CN102438884A - 用于椭圆自行车的可调曲柄臂和使用方法 - Google Patents

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布伦特·C·迪尔
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Abstract

一种设备，包括：框架，具有限定于其上的枢转轴；传动轮，连接至该框架；第一和第二脚连接件，可操作地连接至传动轮，以使功率传送至传动轮，从而推进该设备，每个脚连接件均包括用于接纳操纵者的脚部的脚接纳部、前端以及后端；以及可调步长机构，将脚连接件的后端以径向长度连接至枢转轴，该可调步长机构包括用于调节径向长度的多个附接点。

Description

用于椭圆自行车的可调曲柄臂和使用方法
技术领域
本发明大体上涉及椭圆自行车，更具体地涉及用于椭圆自行车的曲柄臂。
背景技术
公开号为2008/0116655的美国申请公开了一种由椭圆驱动系统推进的自推进式车辆(在下文中称为“椭圆自行车”)，该申请通过引用并入本文。椭圆自行车设计的挑战之一是如何在相同的椭圆自行车框架上有效地容纳不同人体尺寸的骑行者。由于一些骑行者喜欢较长步长而另外一些骑行者喜欢较短步长，所以在没有能力调节给定椭圆自行车上的步长的情况下，单一框架不能为各种使用者提供愉悦和舒适的体验。取而代之，将需要多种框架尺寸或曲柄臂尺寸，会增加制造和分配过程的成本和复杂性并降低每个椭圆自行车的功能性(因而减少每个椭圆自行车的价值)。
发明内容
本发明的一个方面包括可调步长机构，可调步长机构包括与连接至椭圆自行车的框架的轴承配合的左曲柄可调臂和右曲柄可调臂。每个曲柄臂具有用于连接脚连接件的一系列可能的附接点。通过改变连接至脚连接件的实际附接点，改变从曲柄臂轴承的中心线到脚连接件上被连接点的距离。调整这个距离改变了推进椭圆自行车时操纵者的脚部将行进通过的椭圆路径。最显著的变化是“步长”(椭圆的长轴的长度)。在本发明的一个实施方式中，曲柄臂的有效长度改变而端至端长度保持固定；可调节的是从曲柄臂轴承的中心线到脚连接件的实际附接点的距离。用于选择性地调节从曲柄臂轴承的中心线到脚连接件的实际附接点的距离的附接机构是结实的，因而在使用过程中不可能松开。由于每个曲柄臂基本上是单件式曲柄臂，所以对制造而言相对轻量化和便宜。
本发明具有几个优点。部件数量的减少使得可调步长机构更具可制造性并且生产成本更低。如果已被调整，对于将步长重复设定为相同距离的使用者而言，可调步长机构还更简单且更容易。在骑行过程中可调步长结构的可调曲柄臂不太可能松开，这是因为附接机构更结实且更可靠。最后，可调曲柄臂比之前的设计更省空间且重量更轻。
本发明的另一方面包括装置，该装置包括：框架，带有限定于其上的枢转轴；传动轮，连接至该框架；第一和第二脚连接件，可操作地连接至传动轮，以使功率传送至所述传动轮，从而推进该装置，每个脚连接件包括用于接纳操纵者的脚部的脚接纳部、前端、以及后端；以及可调步长机构，将脚连接件的后端以径向长度连接至枢转轴，可调步长机构包括用于调节径向长度的多个附接点。
本发明的另一方面包括：框架，具有可转动地支撑于其上的传动轮以及限定于其上的枢转轴；第一和第二脚连接件，每个脚连接件均具有第一端部、第二端部以及限定于脚连接件上的脚接纳部；连接组件，与所述枢转轴并且与所述第一和第二脚连接件中的每个脚连接件的第一端部机械连接，所述连接组件包括可调步长机构，所述可调步长机构包括多个附接点并且被操作为以弓形行进路径引导所述脚连接件的所述第一端部；脚连接件引导件，由所述框架支撑，所述引导件能够操作为接合所述脚连接件中的每个脚连接件的第二端部，并且所述引导件能够操作为沿着往复行进路径引导所述第二端部；功率传送连接器，与所述连接组件并且与所述传动轮机械连接；其中当所述脚连接件中的一个脚连接件的第一端部和第二端部分别以所述弓形行进路径和所述往复行进路径行进时，被支撑于其上的操纵者的脚部以大体上椭圆的行进路径行进，所述大体上椭圆的行进路径具有由用于所述可调步长机构上的所述脚连接件的选定附接点确定的步长，并且所述功率传送连接器将功率从所述连接组件传送到所述传动轮，以向所述传动轮提供推进功率。
本发明的再一方面包括装置，该装置包括：框架，具有可转动地支撑于其上的传动轮以及限定于其上的枢转轴；第一和第二脚连接件，每个脚连接件均具有第一端部、第二端部以及限定于脚连接件上的脚接纳部；连接组件，与所述枢转轴并且与所述第一和第二脚连接件中的每个脚连接件的第一端部机械连接，所述连接组件包括可调步长机构，所述可调步长机构包括多个附接点并且被操作为以弓形行进路径引导所述脚连接件的所述第一端部；脚连接件导轨，由所述框架支撑，所述脚连接件导轨能够被操作为接合所述脚连接件中的每个脚连接件的第二端部，并且所述脚连接件导轨沿着往复行进路径引导所述第二端部；功率传送连接器，与所述连接组件并且与所述传动轮机械连接；其中当所述脚连接件中的一个脚连接件的第一端部和第二端部分别以所述弓形行进路径和所述往复行进路径行进时，被支撑于其上的操纵者的脚部以大体上椭圆的行进路径行进，所述大体上椭圆的行进路径具有由用于所述可调步长机构上的所述脚连接件的选定附接点确定的步长，并且所述功率传送连接器将功率从所述连接组件传送到所述传动轮，以向所述传动轮提供推进功率。
本发明的又一方面包括装置，该装置包括：框架，具有可转动地支撑于其上的传动轮以及限定于其上的枢转轴；第一和第二脚连接件，每个脚连接件均具有第一端部、第二端部以及限定于脚连接件上的脚接纳部；连接组件，与所述枢转轴并且与所述第一和第二脚连接件中的每个脚连接件的第一端部机械连接，所述连接组件包括可调步长机构，所述可调步长机构包括多个附接点并且被操作为以弓形行进路径引导所述脚连接件的所述第一端部；第一和第二摆臂，由所述框架支撑，所述第一和第二摆臂能够操作为接合每个脚连接件的第二端部，并且所述第一和第二摆臂能够操作为沿着往复行进路径引导所述第二端部；功率传送连接器，与所述连接组件并且与所述传动轮机械连接；其中当所述脚连接件中的一个脚连接件的第一端部和第二端部分别以所述弓形行进路径和所述往复行进路径行进时，被支撑于其上的操纵者的脚部以大体上椭圆的行进路径行进，所述大体上椭圆的行进路径具有由用于所述可调步长机构上的所述脚连接件的选定附接点确定的步长，并且所述功率传送连接器将功率从所述连接组件传送到所述传动轮，以向所述传动轮提供推进功率。
本发明的另一方面包括装置，该装置包括：框架，具有曲柄臂轴承，所述曲柄臂轴承包括中心线和限定于其上的枢转轴；转向机构，连接至所述框架；前轮和后轮，连接至所述框架，所述后轮包括连接至所述枢转轴的后轮轮轴；第一和第二脚连接件，每个脚连接件均包括用于接纳操纵者的脚部的脚接纳部、前端以及后端；可调步长机构，连接至所述枢转轴并且包括多个附接点；以及附接机构，用于在连接点处选择性地将所述脚连接件的所述后端附接至所述可调步长机构的所述多个附接点之一，以用于选择性地调节从所述曲柄臂轴承的所述中心线到所述连接点的距离，从而调节在推进所述装置时使用者的脚部将行进通过的椭圆路径。
以上描述的本发明的各方面的一个或多个实现包括以下内容中的一个或多个：用于选择性地将所述脚连接件的所述后端附接至所述可调步长机构的所述多个附接点之一的附接机构；用于选择性地将所述枢转轴附接至所述可调步长机构的所述多个附接点之一的附接机构；和/或以椭圆路径行进的脚接纳部并且所述可调步长机构可操作地用于改变该脚接纳部行进的椭圆路径。
本发明的其他特征和优势将对阅读完以下详细说明和附图后的本领域技术人员变得更显而易见。
附图说明
本发明关于其结构和操作的细节可部分通过研究附图来收集，在附图中相似的参考标号指示相似的部件，在附图中：
图1是依照本发明的实施方式构造的包括具有可调曲柄臂的可调步长机构的椭圆自行车的实施方式的正视图，；
图2是沿图1中的区域B的放大正视图并示出了具有可调曲柄臂的可调步长机构。
具体实施方式
参见图1和2，示出了包括椭圆自行车110的可调曲柄臂100的可调步长机构90的实施方式。在描述可调步长机构90之前，将首先描述椭圆自行车110。在可选的实施方式中，可调步长机构90被应用于椭圆三轮车、其它类型的椭圆车辆和/或其它类型的椭圆自行车。在此示出并描述的椭圆自行车110的实施方式包括用于产生椭圆运动的滑动件-曲柄机构。在可选的实施方式中，椭圆自行车110包括用于产生椭圆运动的四杆机构，该可选实施方式在关于Miller的第6,663,127号美国专利中的图1示出和描述，该专利通过引用并入本文。滑动件-曲柄机构以及四杆机构均利用可调步长机构90，以在脚连接件的一个端部处产生圆形运动。差异在于在另一端部处，滑动件-曲柄机构利用具有滚筒(或某些其它滑动界面)的线性轨道，以产生线性运动，而且四杆机构利用一对摆臂以产生线性运动。
椭圆自行车110包括可移动地安装在框架或框架结构114上的脚连接件组件112，在框架或框架结构114上安装有一个或多个车轮(前轮115，后轮117)。大体上，每个脚连接件组件112在其前端和其后端可移动地安装至框架114，在其前端其可滑动地连接至脚连接件导轨255，在其后端其可转动地连接至曲柄组件215。
大体上，每个脚连接件组件112均包括脚连接件205和脚连接件连接装置(未示出)，每个脚连接件205均具有脚平台210。操纵者站于其上的脚平台210在每个脚连接件205的前端附近安装在每个脚连接件205的上表面上。朝向每个脚连接件的前端设有接触脚连接件导轨255的脚连接件连接装置(未示出)。在图1描绘的实施方式中，两个脚连接件导轨255在椭圆自行车110的纵向轴的任一侧平行于彼此伸展，并且两个脚连接件导轨255连接至框架114或者与框架114为一体。每个脚连接件连接装置(未示出)均可包括两个承载轮，承载轮安装至固定轮轴并且允许脚连接件205沿着脚连接件导轨255几乎无摩擦地线性运动。在可选的实施方式中，例如但不作为限制，可设有其它数量的脚连接件导轨255、设有其它数量的承载轮、设有其它类型的脚连接件导轨255、设有其它类型的脚连接件连接装置、或者滑动件-曲柄机构可由以上所描述的四杆机构来代替。
在椭圆自行车110的后部、邻近后轮117处设有可调步长机构90，可调步长机构90包括可调曲柄臂100、传动链轮240、曲柄臂轴承245、链条130、后轮链轮135以及后轮轮毂145。
在脚踏过程中，操纵者(未示出)利用其如同在行走或慢跑时的大体上向下和向后的运动中的重量，在脚平台210上施加作用力，并因此在脚连接件205上施加作用力。这种作用力使承载轮沿着脚连接件导轨255朝向椭圆自行车110的后部滚动，并绕着曲柄臂轴承245转动曲柄臂100，从而使传动链轮240转动。与常规的自行车相同，转动传动链轮240使后轮链轮135转动，这是因为传动链轮240与后轮链轮135被链条130连接。应该理解，在其它实施方式中，链条130可由带、转动轴或其它传动装置来代替，或者可通过将可调步长机构90的可调曲柄臂100连接至后轮轮毂145从而将该链条、传动链轮240以及后轮链轮135完全除去。在这个实施方式中，转动后轮链轮135使后轮117转动，这是因为后轮链轮135被附接至后轮轮毂145。转动后轮117提供了使椭圆自行车110能够沿着表面移动的原动力。如现有技术中已知的那样，椭圆自行车110可采用“固定的”或“自由的”后轮。如现有技术中已知的那样，椭圆自行车110也可采用具有不同传动比的行星齿轮轮毂或变速器系统。
脚踏如上所述的椭圆自行车110，引起操纵者的脚部以可被描述为大体上椭圆的形状行进。与上下脚踏运动或圆形脚踏运动相反，采用椭圆脚踏运动的推进具有基本上模拟自然人奔跑或行走运动的优点。另外，例如相比垂直压踏运动，椭圆脚踏运动是更简单和更有效的转动后轮117的方式。而且，在椭圆脚踏运动中，椭圆的长轴可以比圆形或竖直压踏脚踏运动的行程长度长得多，从而使操纵者在脚踏行程过程中在更长的运动范围可用到的肌肉群的数量比他或她在圆形或上下脚踏运动中可用到的肌肉群的数量更多。
现在将更详细地描述可调步长机构90。可调步长机构90包括可调曲柄臂100连接，可调曲柄臂100与曲柄臂轴承245配合，以转动传动链轮240，可调曲柄臂100连接到椭圆自行车110的框架114。每个曲柄臂100均可具有用于连接脚连接件205的多个离散的附接点252，或者如果例如不具有离散的附接点(例如，脚连接件205被夹至曲柄臂100上的任意点)，那么脚连接件附接机构256可使脚连接件205能够在曲柄臂100上的(例如，无数个点中的)任意点处被附接。因此，当提及本文中的“多个附接点”时，可以指的是不止一个离散的附接点或者在不具有离散的附接点的实施方式中无数可能附接点中不止一个附接点。在可选的实施方式中，附接点252定位于连接至曲柄臂轴承245的、用于改变附接点252的曲柄臂100的相对端部附近。此外，这些附接点可以为离散的附接点，或者在这个实施方式中的附接机构能允许在曲柄臂上的(例如，无数个点中的)任意点处连接。
通过改变连接至脚连接件205的附接点252，改变了从曲柄臂轴承245的中心线到脚连接件205上的实际附接点254的距离。调整这个距离，改变了推进椭圆自行车110时操纵者的脚部将行进通过的椭圆路径。最显著的变化是“步长”，其为椭圆的长轴的长度。尽管曲柄臂100被称为“可调的”，但是应该注意，在所示的实施方式中曲柄臂100的长度保持固定；可调节的是从曲柄臂轴承245的中心线到脚连接件205的实际附接点254的距离。因此，曲柄臂100的有效长度改变，且曲柄臂100的端至端的长度保持固定。用于选择性地调节从曲柄臂轴承245的中心线到脚连接件205的实际附接点254的距离的附接机构256(例如，螺纹轴、销、夹钳、支架、螺纹紧固件)是结实的，因而在使用过程中不可能松开。由于每个曲柄臂100基本上是单件式曲柄臂，所以对制造而言相对轻量化和便宜。
当与之前的设计相比时，部件数量的减少使得可调步长机构90更具可制造性并且生产成本更低。如果已被调整，对于将其步长重复设定为相同距离的使用者而言，可调步长机构90还更简单且更容易。在骑行过程中可调曲柄臂100不太可能松开，这是因为附接机构256更结实且更可靠。可调曲柄臂100相比之前的设计还更省空间且重量更轻。
以上的附图可描绘关于本发明的示例性配置，这样做是为了增加本发明中所包括的特征和功能性的理解。本发明不限于所示出的架构或配置，而是能利用各种可选的架构和配置来实现。此外，尽管以上根据示例性实施方式和实现描述了本发明，但是应该理解，在个别的实施方式中的一个或多个实施方式中描述的各种特征和功能性能够单独地或以某种结合应用到本发明的其他实施方式的一个或多个实施方式中，不论这些实施方式是否作为所描述的实施方式的一部分来描述，也不论这些特征是否作为所描述的实施方式的一部分来呈现。因此，尤其在任何所附的权利要求中，本发明的幅度和范围不应被上述示例性的实施方式限制。
除非清楚地另有所指，本文件中所使用的术语和短语及其变型应解释为开放性的而不是限制性的。作为上文的示例：术语“包括”应解读为意思是“包括，但不限于”诸如此类；术语“实施例”被用于提供讨论项的示例性例子，而不是其穷举性或限制性列表；而且诸如“常规的”、“传统的”、“标准的”、“已知的”形容词以及类似含义的术语不应解释为将所述项限于给定的时间周期或限于具有给定时间的可用项，但相反应解读为包含现在或将来的任何时间可获得的或已知的常规的、传统的、正规的、或标准的技术。类似地，除非清楚地另有所指，与连词“和”连接的一组项不应解读为需要在该组中出现的那些项目中的每一个，而应解读为“和/或”。类似地，除非清楚地另有所指，与连词“或”连接的一组项不应解读为需要在该组之中的相互排斥性，而应解读为“和/或”。另外，尽管本公开中的项、零件或部件可以以单数描述或在权利要求中保护，除非限制为单数被清楚地指示，在公开的范围之内也考虑复数。在一些示例中出现的诸如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”等的宽泛的词语和短语不应解读为意味着在缺少这些宽泛的短语的示例中预期或需要的较窄情况。

Claims (17)

1.一种装置，包括：
框架，具有限定于其上的枢转轴；
传动轮，连接至所述框架；
第一和第二脚连接件，可操作地连接至所述传动轮，以使功率传送至所述传动轮，从而推进所述装置，每个脚连接件均包括用于接纳操纵者的脚部的脚接纳部、前端以及后端；
可调步长机构，将所述脚连接件的所述后端以径向长度连接至所述枢转轴，所述可调步长机构包括用于调节所述径向长度的多个附接点。
2.如权利要求1所述的装置，进一步包括用于选择性地将所述脚连接件的所述后端附接至所述可调步长机构的所述多个附接点之一的附接机构。
3.如权利要求1所述的装置，进一步包括用于选择性地将所述枢转轴附接至所述可调步长机构的所述多个附接点之一的附接机构。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述脚接纳部以椭圆路径行进，并且所述可调步长机构能够操作为用于改变所述脚接纳部行进的所述椭圆路径。
5.一种装置，包括：
框架，具有可转动地支撑于其上的传动轮以及限定于其上的枢转轴；
第一和第二脚连接件，每个脚连接件均具有第一端部、第二端部以及限定于脚连接件上的脚接纳部；
连接组件，与所述枢转轴并且与所述第一和第二脚连接件中的每个脚连接件的第一端部机械连接，所述连接组件包括可调步长机构，所述可调步长机构包括多个附接点并且被操作为以弓形行进路径引导所述脚连接件的所述第一端部；
脚连接件引导件，由所述框架支撑，所述引导件能够操作为接合所述脚连接件中的每个脚连接件的第二端部，并且所述引导件能够操作为沿着往复行进路径引导所述第二端部；
功率传送连接器，与所述连接组件并且与所述传动轮机械连接；其中当所述脚连接件中的一个脚连接件的第一端部和第二端部分别以所述弓形行进路径和所述往复行进路径行进时，被支撑于其上的操纵者的脚部以大体上椭圆的行进路径行进，所述大体上椭圆的行进路径具有由用于所述可调步长机构上的所述脚连接件的选定附接点确定的步长，并且所述功率传送连接器将功率从所述连接组件传送到所述传动轮，以向所述传动轮提供推进功率。
6.如权利要求5所述的装置，进一步包括用于选择性地将所述脚连接件的所述后端附接至所述可调步长机构的所述多个附接点之一的附接机构。
7.如权利要求5所述的装置，进一步包括用于选择性地将所述枢转轴附接至所述可调步长机构的所述多个附接点之一的附接机构。
8.如权利要求5所述的装置，其中所述可调步长机构能够操作为用于改变所述操纵者的脚部行进通过的所述椭圆路径。
9.一种装置，包括：
框架，具有可转动地支撑于其上的传动轮以及限定于其上的枢转轴；
第一和第二脚连接件，每个脚连接件均具有第一端部、第二端部以及限定于脚连接件上的脚接纳部；
连接组件，与所述枢转轴并且与所述第一和第二脚连接件中的每个脚连接件的第一端部机械连接，所述连接组件包括可调步长机构，所述可调步长机构包括多个附接点并且被操作为以弓形行进路径引导所述脚连接件的所述第一端部；
脚连接件导轨，由所述框架支撑，所述脚连接件导轨能够被操作为接合所述脚连接件中的每个脚连接件的第二端部，并且所述脚连接件导轨沿着往复行进路径引导所述第二端部；
功率传送连接器，与所述连接组件并且与所述传动轮机械连接；其中当所述脚连接件中的一个脚连接件的第一端部和第二端部分别以所述弓形行进路径和所述往复行进路径行进时，被支撑于其上的操纵者的脚部以大体上椭圆的行进路径行进，所述大体上椭圆的行进路径具有由用于所述可调步长机构上的所述脚连接件的选定附接点确定的步长，并且所述功率传送连接器将功率从所述连接组件传送到所述传动轮，以向所述传动轮提供推进功率。
10.如权利要求9所述的装置，进一步包括用于选择性地将所述脚连接件的所述后端附接至所述可调步长机构的所述多个附接点之一的附接机构。
11.如权利要求9所述的装置，进一步包括用于选择性地将所述枢转轴附接至所述可调步长机构的所述多个附接点之一的附接机构。
12.如权利要求9所述的装置，其中所述可调步长机构能够操作为用于改变所述操纵者的脚部行进通过的所述椭圆路径。
13.一种装置，包括：
框架，具有可转动地支撑于其上的传动轮以及限定于其上的枢转轴；
第一和第二脚连接件，每个脚连接件均具有第一端部、第二端部以及限定于脚连接件上的脚接纳部；
连接组件，与所述枢转轴并且与所述第一和第二脚连接件中的每个脚连接件的第一端部机械连接，所述连接组件包括可调步长机构，所述可调步长机构包括多个附接点并且被操作为以弓形行进路径引导所述脚连接件的所述第一端部；
第一和第二摆臂，由所述框架支撑，所述第一和第二摆臂能够操作为接合每个脚连接件的第二端部，并且所述第一和第二摆臂能够操作为沿着往复行进路径引导所述第二端部；
功率传送连接器，与所述连接组件并且与所述传动轮机械连接；其中当所述脚连接件中的一个脚连接件的第一端部和第二端部分别以所述弓形行进路径和所述往复行进路径行进时，被支撑于其上的操纵者的脚部以大体上椭圆的行进路径行进，所述大体上椭圆的行进路径具有由用于所述可调步长机构上的所述脚连接件的选定附接点确定的步长，并且所述功率传送连接器将功率从所述连接组件传送到所述传动轮，以向所述传动轮提供推进功率。
14.如权利要求13所述的装置，进一步包括用于选择性地将所述脚连接件的所述后端附接至所述可调步长机构的所述多个附接点之一的附接机构。
15.如权利要求13所述的装置，进一步包括用于选择性地将所述枢转轴附接至所述可调步长机构的所述多个附接点之一的附接机构。
16.如权利要求13所述的装置，其中所述可调步长机构能够操作为用于改变所述操纵者的脚部行进通过的所述椭圆路径。
17.一种装置，包括：
框架，具有曲柄臂轴承，所述曲柄臂轴承包括中心线和限定于其上的枢转轴；
转向机构，连接至所述框架；
前轮和后轮，连接至所述框架，所述后轮包括连接至所述枢转轴的后轮轮轴；
第一和第二脚连接件，每个脚连接件均包括用于接纳操纵者的脚部的脚接纳部、前端以及后端；
可调步长机构，连接至所述枢转轴并且包括多个附接点；以及
附接机构，用于在连接点处选择性地将所述脚连接件的所述后端附接至所述可调步长机构的所述多个附接点之一，以用于选择性地调节从所述曲柄臂轴承的所述中心线到所述连接点的距离，从而调节在推进所述装置时使用者的脚部将行进通过的椭圆路径。
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