CN102175371A - 脚踏曲柄组合的功率测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种脚踏曲柄组合的功率测量装置，包含一个连接盘，及一个功率测量单元。该连接盘连接一个曲柄及一个负载轮。该功率测量单元设置于该连接盘，并包括一个力矩传感器、一个重力传感器，及一个信号处理器。该力矩传感器能经由感测该连接盘在所述曲柄受力转动时所产生的形变，进而输出与力矩有关的力矩信号。该重力传感器能随着该连接盘的转动进行圆周运动，同时根据不同位置的重力变化而输出角速度信号。该信号处理器能根据一个采样频率连续接收力矩信号与角速度信号，并运算得到实时的功率值。

Description

脚踏曲柄组合的功率测量装置
技术领域
本发明涉及一种用于脚踏运动器材上的测量装置，特别是涉及一种脚踏曲柄组合的功率测量装置。
背景技术
美国专利号第5027303号揭露一种脚踏曲柄组合的测量装置(Measuring apparatus for pedal-crank assembly)，该测量装置能经由一个力矩连接件(torque link)测量到力矩，经由一角度位置传感器(angular position sensor)搭配一个多槽圆盘(slotted disk)测量到角度值，以及经由一个具有一个微处理器(microprocessor)的仪表来进行力矩与角度值的运算，运算方式采用加总一段固定的时间(time)内多个力矩与角度值的乘积得到功，最后再除以该时间得到功率值并显示给用户，进而达到让使用者对运动状况更了解的功能，然而，该测量装置的设计有以下缺点：
1.该力矩连接件、该角度位置传感器，以及该多槽圆盘需要分别安装在一个脚踏运动器材的不同部位上，以上三者由一个人全部安装完成需要三次安装程序，且该角度位置传感器与该多槽圆盘之间要进行对准，所以安装耗时麻烦。
2.该力矩连接件实际上是采用一个块体及多个安装在该块体上的应变规(strain gauge)构成，该块体本身增加了制造成本，且该块体的两端必须分别连结于一个脚踏曲柄与一个链轮(chain wheel)，表示该脚踏曲柄与该链轮都需要有配合该块体安装的设计，如此将造成安装使用更加不便。
3.该多槽圆盘共有16个槽，槽的数目决定运算力矩的「分辨率」，除此之外还经过一段固定的时间取平均才得到功率值，所以功率值的准确度其实不高，只能概略地算出平均功率值，在地形变化大的路段无法反应真实的实时功率值。
由于功率值是经过一段固定的时间取平均才得到，所以功率值的更新速度较慢并非实时，导致使用者根据功率值调整运动状态的反应也会较慢，对于帮助使用者提升运动成绩的效果有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便于安装且使用效果佳的脚踏曲柄组合的功率测量装置。
该脚踏曲柄组合包含一个曲柄轴、两个分别连接于该曲柄轴两端的曲柄，及至少一个围绕该曲柄轴设置的负载轮。
本发明脚踏曲柄组合的功率测量装置包含一个连接盘，及一个功率测量单元。该连接盘连接其中一个曲柄及所述负载轮；该功率测量单元设置于该连接盘，并包括一个力矩传感器、一个重力传感器，及一个信号处理器；该力矩传感器能经由感测该连接盘在所述曲柄受力转动时所产生的形变，进而输出与力矩有关的力矩信号；该重力传感器能随着该连接盘的转动进行圆周运动，同时根据不同位置的重力变化而输出角速度信号；该信号处理器能根据一个采样频率连续接收力矩信号与角速度信号，并运算得到实时的功率值。
较佳地，该连接盘包括一个用于连接在其中一个曲柄的套接孔、多个沿该套接孔的径向延伸的肋条，及多个形成于所述肋条之间的凹槽，该力矩传感器采用多个分别连接于所述肋条的应变规，该重力传感器与该信号处理器是位于所述凹槽内。
较佳地，所述肋条各具有两个分别垂直于该连接盘的转动方向的应力面，该力矩传感器采用多个分别连接于所述肋条的应力面的应变规。
较佳地，所述应变规配置成一个惠斯顿电桥电路。
较佳地，该连接盘还包括一个第一侧面，及一个相反于该第一侧面的第二侧面，该功率测量单元还包括一个基板、一个第一防水盖，及一个第二防水盖，该重力传感器与该信号处理器是设置于该基板，该基板是贴靠于该连接盘的第一侧面，该第一防水盖与该第二防水盖是分别朝该第一侧面与该第二侧面相向锁接夹固住该基板。
较佳地，该功率测量单元还包括多个螺丝，该第一防水盖具有多个对应于所述凹槽的穿孔，该第二防水盖具有多个对应于所述凹槽与所述穿孔的内螺纹柱，所述螺丝是穿过所述穿孔后螺锁于所述内螺纹柱。
较佳地，该功率测量单元还包括一个电连接该信号处理器的无线传输单元，功率值是经由该无线传输单元以无线信号的形式向外传出。
本发明的有益效果在于：安装时，只需要以该功率测量装置的该连接盘连接其中一个曲柄及所述负载轮，经由一道安装程序就可以安装完成，且不需要对既有的该曲柄及所述负载轮作任何结构改变，所以能充分达到安装便利性高的优点，此外，由于该力矩传感器与该重力传感器都是提供连续性的感测信号，功率值的更新速度及分辨率是与该信号处理器的采样频率有关，而目前该信号处理器的采样频率都能轻易达到数千赫兹(KHz)的频率，所以功率值能实时更新，让使用者能随时根据功率值调整运动状态，进而能达到有效帮助用户提升运动成绩的功能。
附图说明
图1是一示意图，说明本发明脚踏曲柄组合的功率测量装置的较佳实施例；
图2是一分解图，说明该较佳实施例搭配一个曲柄及两个负载轮作组合的对应结构；
图3是一分解图，说明该较佳实施例中，一个连接盘及一个功率测量单元的组成结构；
图4是一示意图，说明该较佳实施例中，该功率测量单元的一个基板、一个力矩传感器、一个重力传感器、一个信号处理器，及一个无线传输单元组合在该连接盘的结构。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
本发明的脚踏曲柄组合的功率测量装置中，脚踏曲柄组合包含一个曲柄轴、两个分别连接于该曲柄轴两端的曲柄，及至少一个围绕该曲柄轴设置的负载轮，该脚踏曲柄组合适于安装在一辆自行车(图未示)或一辆脚踏健身车(图未示)上，功率测量装置包含一个连接盘及一个功率测量单元。
在如图1、2、3所示的本发明脚踏曲柄组合的功率测量装置200的较佳实施例中，该脚踏曲柄组合90包含一个曲柄轴91、两个分别连接于该曲柄轴91两端的曲柄92，及两个分别围绕该曲柄轴91设置的负载轮93，在本实施例中，所述负载轮93采用两个直径分别为一个大一个小的链轮，实际制造时也可以是安装在该脚踏健身车上的皮带轮。
该功率测量装置200包含一个连接盘20及一个功率测量单元30，并能搭配一个具有屏幕显示功能的仪表94使用。
该连接盘20连接其中一个曲柄92及所述负载轮93，该连接盘20包括一个第一侧面21、一个相反于该第一侧面21的第二侧面22、一个贯穿该第一侧面21与该第二侧面22且用于连接在该曲柄92的套接孔23、多个沿该套接孔23的径向延伸的肋条24、多个形成于所述肋条24之间的凹槽25。
所述肋条24各具有两个分别垂直于该连接盘20的转动方向的应力面241。
如图1、3、4所示，该功率测量单元30设置于该连接盘20，并包括一个基板31、一个第一防水盖32、一个第二防水盖33、多个螺丝34、一个力矩传感器35(torque sensor)、一个重力传感器36(gravitys ensor)、一个信号处理器37，及一个无线传输单元38。
该基板31贴靠于该连接盘20的第一侧面21，该重力传感器36、该信号处理器37，以及该无线传输单元38都设置于该基板31并位于所述凹槽25内。
该第一防水盖32具有多个对应于所述凹槽25的穿孔321。
该第二防水盖33具有多个对应于所述凹槽25与所述穿孔321的内螺纹柱331。
所述螺丝34是穿过所述穿孔321后螺锁于所述内螺纹柱331，进而使得该第一防水盖32与该第二防水盖33分别朝该第一侧面21与该第二侧面22相向锁接夹固住该基板31，达到保护该基板31防水侵入的功能。
该力矩传感器35能经由感测该连接盘20在所述曲柄92受力转动时所产生的形变，进而输出与力矩有关的力矩信号，在本实施例中，该力矩传感器35采用多个分别连接于所述肋条24的应力面241的应变规351(strain gauge)，并配置成一个惠斯顿电桥电路(wheatstone bridge circuit)，综合所述应变规351的电性变化能得到力矩信号。
该重力传感器36能随着该连接盘20的转动进行圆周运动，同时根据不同位置的重力变化而输出角速度信号。
该信号处理器37能根据一个采样频率连续接收力矩信号与角速度信号，并运算得到实时的功率值。
该无线传输单元38是电连接该信号处理器37，功率值是经由该无线传输单元38以无线信号的形式向外传出到该仪表94，借以提供实时的功率值数据。
借此，安装时，只需要以该功率测量装置200的连接盘20连接该曲柄92及所述负载轮93，就可以与该曲柄92同步连动运转，经由一道安装程序就可以安装完成，且不需要对既有的该曲柄92及所述负载轮93作任何结构改变，所以能充分达到安装便利性高的优点，此外，由于该力矩传感器35与该重力传感器36都是提供连续性的感测信号，功率值的更新速度及分辨率是与该信号处理器37的采样频率有关，而目前该信号处理器37的采样频率都能轻易达到数千赫兹(KHz)的频率且成本低廉，所以功率值能实时更新，让使用者能随时掌握真实的、实时的功率值，并根据功率值调整运动状态，进而能达到有效帮助用户提升运动成绩的功能。

Claims (7)

1.一种脚踏曲柄组合的功率测量装置，该脚踏曲柄组合包含一个曲柄轴、两个分别连接于该曲柄轴两端的曲柄，及至少一个围绕该曲柄轴设置的负载轮，该功率测量装置的特征在于：
该功率测量装置包含一个连接盘，及一个功率测量单元；
该连接盘连接其中一个曲柄及所述负载轮；
该功率测量单元设置于该连接盘，并包括一个力矩传感器、一个重力传感器，及一个信号处理器；
该力矩传感器能经由感测该连接盘在所述曲柄受力转动时所产生的形变，进而输出与力矩有关的力矩信号；
该重力传感器能随着该连接盘的转动进行圆周运动，同时根据不同位置的重力变化而输出角速度信号；
该信号处理器能根据一个采样频率连续接收力矩信号与角速度信号，并运算得到实时的功率值。
2.根据权利要求1所述的脚踏曲柄组合的功率测量装置，其特征在于：该连接盘包括一个用于连接在其中一个曲柄的套接孔、多个沿该套接孔的径向延伸的肋条，及多个形成于所述肋条之间的凹槽，该力矩传感器采用多个分别连接于所述肋条的应变规，该重力传感器与该信号处理器是位于所述凹槽内。
3.根据权利要求2所述的脚踏曲柄组合的功率测量装置，其特征在于：所述肋条各具有两个分别垂直于该连接盘的转动方向的应力面，该力矩传感器采用多个分别连接于所述肋条的应力面的应变规。
4.根据权利要求3所述的脚踏曲柄组合的功率测量装置，其特征在于：所述应变规配置成一个惠斯顿电桥电路。
5.根据权利要求2所述的脚踏曲柄组合的功率测量装置，其特征在于：该连接盘还包括一个第一侧面，及一个相反于该第一侧面的第二侧面，该功率测量单元还包括一个基板、一个第一防水盖，及一个第二防水盖，该重力传感器与该信号处理器是设置于该基板，该基板是贴靠于该连接盘的第一侧面，该第一防水盖与该第二防水盖是分别朝该第一侧面与该第二侧面相向锁接夹固住该基板。
6.根据权利要求5所述的脚踏曲柄组合的功率测量装置，其特征在于：该功率测量单元还包括多个螺丝，该第一防水盖具有多个对应于所述凹槽的穿孔，该第二防水盖具有多个对应于所述凹槽与所述穿孔的内螺纹柱，所述螺丝是穿过所述穿孔后螺锁于所述内螺纹柱。
7.根据权利要求1所述的脚踏曲柄组合的功率测量装置，其特征在于：该功率测量单元还包括一个电连接该信号处理器的无线传输单元，功率值是经由该无线传输单元以无线信号的形式向外传出。
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