CN104245057A - 扭矩感测滑轮以及相关方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种健身器，包括框架、滑轮、第一传感器和第二传感器。滑轮包括内毂、外毂和至少一个偏置元件。内毂进一步包括至少一个位置指示器。此外，外毂包括至少一个位置指示器并且可以能够相对于内毂旋转。该至少一个偏置元件可以将外毂相对于内毂偏置到第一角位置。第一传感器可以相对于框架被固定并且被定位成检测内毂的该至少一个位置指示器。第二传感器也可以相对于框架被固定并且被定位成检测外毂的该至少一个位置指示器。

Description

扭矩感测滑轮以及相关方法和系统
技术领域
一般地，本公开内容涉及用于确定扭矩的滑轮。更具体地，本公开内容涉及用于健身装置的扭矩感测滑轮以及相关方法。
背景技术
固定的健身设备可以被构造成近似于在竞技体育中使用的各种装置。例如，固定的自行车可以近似于公路自行车的蹬踏和操作，且固定的划动器可以近似于划船的划动和操作。因此，运动员可以利用这样的健身设备来为比赛比如自行车赛或划船进行训练。
固定的健身设备可以给运动员提供若干优点。固定的健身设备可以方便室内训练，使得运动员可以在温度可控的环境中训练。此外，固定的健身设备可以便于监测运动员的表现，如速度、心率、平均力量输出等。
对于某些运动，比如骑自行车，可能理想的是确定运动员传递到设备的瞬时扭矩(例如，通过脚踏板和曲柄臂施加于自行车的曲柄组的扭矩)。扭矩测量在传统上通过利用应变仪系统从自行车曲柄组来获得。然而，这样的系统相对复杂并且昂贵。
在颁发给Robert Ryan Phillips等人并转让给大河谷州立大学的美国专利第7,806,006号中公开了一种类型的扭矩测量装置。在此专利中，多个应变仪被安装在自行车的每个曲柄臂上以提供被施加于每个曲柄臂的扭矩的测量。每个应变仪包括独立电源、电路以及用于将应变测量信息发送到主控制器的无线发送器。
发明内容
在本公开内容的一方面，滑轮与健身器一起构造或使用。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括包含至少一个位置指示器的内毂。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括包含至少一个位置指示器的外毂。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括能够相对于内毂旋转的外毂。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合以及可以还包括将外毂相对于内毂偏置到第一角位置的至少一个偏置元件。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括被定位成抑制外毂相对于内毂的振荡运动的阻尼器。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括被定位在内毂与外毂之间的对接面处的阻尼脂。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括具有在标准温度和压力下大于100帕斯卡·秒的粘度的阻尼脂。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括至少部分由硅石形成的阻尼脂。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括被构造成与带对接的周向延伸的表面。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括耦合到内毂的具有脚踏板的曲柄臂。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括具有多个周向间隔开的位置指示器的外毂的至少一个位置指示器。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括被定位在距外毂的中心基本上相同的径向距离处的外毂的每个位置指示器。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括具有多个周向间隔开的位置指示器的内毂的至少一个位置指示器。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括被定位在距内毂的中心基本上相同的径向距离处的内毂的每个位置指示器。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括具有至少一个磁体的内毂的至少一个位置指示器。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括具有至少一个磁体的外毂的至少一个位置指示器。
在本公开内容的一个方面，测量被施加于滑轮的扭矩的方法可以包括提供滑轮。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括提供滑轮，提供滑轮可以包括提供包括包含至少一个位置指示器的内毂的滑轮。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括提供滑轮，提供滑轮可以包括提供包括包含至少一个位置指示器的外毂的滑轮，该外毂能够相对于内轮股旋转。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括提供包括将外毂相对于内毂偏置到第一角位置的至少一个偏置元件的滑轮。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括当内毂的至少一个位置指示器旋转经过第一传感器时，对该内毂的该至少一个位置指示器进行检测。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括当外毂的至少一个位置指示器旋转经过第二传感器时，对该外毂的该至少一个位置指示器进行检测。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括确定与来自第一传感器的信号与来自第二传感器的信号之间的时间差相关联的第一时间间隔。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括相对于滑轮的旋转速度来评估第一时间间隔以确定被施加于滑轮的扭矩
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括确定与来自第一传感器和第二传感器中的一个传感器的信号与来自该同一个传感器的下一信号之间的时间差相关联的第二时间间隔。
本公开内容的另一方面可以包括上述特征的任意组合并且可以还包括相对于滑轮的旋转速度来评估第一时间间隔以确定被施加于滑轮的扭矩，该评估包括评估第一时间间隔与第二时间间隔的比率以确定被施加于滑轮的扭矩。
附图说明
附图示出了本方法和系统的各种实施方式，并且是说明书的一部分。示出的实施方式仅是本系统和方法的示例并不限制其范围。
图1为根据本公开内容的实施方式的固定的自行车的等距视图。
图2为图1中的固定的自行车的框架的一部分和滑轮的截面视图。
图3为图2的滑轮的外毂的等距视图。
图4为图2的滑轮的内毂的毂板的等距视图。
图5为图2的滑轮的内毂的保持板的等距视图。
图6为图2的滑轮的内毂的连接板的等距视图。
图7为图2的滑轮的内毂的中央板和轴组件的等距视图。
图8为图2的滑轮的第一侧的等距视图。
图9为图2的滑轮的第二侧的等距视图。
图10为图1的固定的自行车的电子部件的示意图。
在所有附图中，相同的附图标记指示相似但不必然相同的元件。
具体实施方式
图1为根据本公开内容的实施方式的健身器，具体地为固定的自行车10。固定的自行车10包括框架12、座位14、把手16、控制台18以及耦合到驱动机构24的曲柄臂20和脚踏板22。驱动机构24可以包括耦合到自行车曲柄臂20的滑轮26、阻力装置28以及在阻力装置28与滑轮26之间延伸的驱动元件比如带30。
如图2所示，滑轮26可以包括内毂(inner hub)32、外毂(outer hub)34和至少一个偏置元件(biasing element)比如弹簧36(参见图9)。内毂32可以位于滑轮26的中心处并且可以耦合到曲柄臂20。内毂32可以包括两个或多个板，比如毂板38、保持板40、连接板42和中央板44。板38、40、42和44可以比如通过一个或多个铆钉、螺栓46(参见图9)、螺钉48、粘接剂和其它紧固元件接合在一起。
在径向外侧区域中，板38、40可以限定围绕内毂32周向延伸的通道50。内毂32可以还包括至少一个位于其上的位置指示器52。例如，位置指示器52可以包括围绕内毂32周向间隔开的多个磁体。每个位置指示器52可以被定位在距滑轮26的旋转轴54基本上相同的径向距离处，并且可以按预定的角距离彼此间隔开。在一种实施方式中，如图5和图8所示，四个位置指示器52可以相对于彼此以90度增量定位。
外毂34的一部分可以被定位在由内毂32限定的通道50中。外毂34的径向内柱面可以定位成与内毂32的相应柱面相邻并且可以被定尺寸和构造成绕内毂32的柱面。外毂34可以能够相对于内毂32旋转过角距离a(参见图9)。弹簧36或其它偏置元件可以将外毂34相对于内毂32偏置到第一角位置。
图3中示出图示外毂34的第一侧的等距视图。外毂34的主体可以由注射模制聚合物形成。例如，外毂34可以由结构上加强的聚合物比如玻璃纤维填充尼龙形成。这可以便于以相对低的成本制造以相对复杂方式定形状的外毂34。
外毂34可以包括径向外表面56，径向外表面56被定形状和构造成在其上接纳带。例如，径向外表面56可以包括被定尺寸和定位成与具有槽的带的槽对应的多个周向延伸的槽。
外毂34的径向内表面58可以具有大致圆筒形状。外毂的第一侧可以包括一个或更多个突出部60和一个或更多个偏置构件保持特征62(例如，弹簧保持器)。相对的，第二侧(参见图8)可以包括一个或多个位置指示器64。例如，第二侧可以包括距离内毂的中心为第一径向距离的周向间隔开的四个腔体，并且在每个腔体中可以分别定位有磁体(例如陶质磁体)。
内毂32可以包含多个部件，包括毂板38、保持板40、连接板42和中央板44，它们可以结合到包括轴66的组件中。
图4中示出内毂32的毂板38的等距视图。毂板38的本体可以由与外毂34的本体相似的注射模制聚合物形成。例如，毂板38可以由结构上增强的聚合物比如玻璃纤维填充尼龙形成。毂板38可以包括形成于其中的一个或更多个通道68和一个或更多个偏置构件保持特征70(例如，弹簧保持器)。毂板38还可以包括一个圆筒形支承表面72，并有多个周向间隔开的孔口74。
图5中示出内毂32的保持板40的等距视图。如图所示，保持板40可以包括多个孔口75和位置指示器52。例如，保持板40可以包括距离中心为第一径向距离的周向间隔开的四个腔体，并且在每个腔体中可以分别定位有磁体(例如，陶质磁体)以设置位置指示器52。
如在如图2所示的截面图中可以看到的，毂板38和保持板40一起可以形成内毂32的通道50，外毂34被定位在通道50中。此外，阻尼脂76可以被定位在外毂34与内毂组件32之间的对接面处。阻尼脂76可以是具有相对高粘度的脂，这提供了对外毂34相对于内毂组件32的振荡运动的抑制。例如，阻尼脂76可以具有在标准温度和压力下大于100帕斯卡·秒的动态粘度(即，在标准温度和压力下大于一罗哥阻尼脂)。在一些实施方式中，阻尼脂76可以包括合成碳氢化合物流体基和硅石(silica)增稠剂并且可以具有在标准温度和压力下约220帕斯卡·秒的动态粘度(即，在标准温度和压力下约2.2罗哥阻尼脂)。例如，能够从英国利兹的罗哥(ROCOL)获得商标名为ROCOLKILOPOISE 0868S的阻尼脂可能是合适的阻尼脂76。
图6示出内毂32的连接板42的等距视图。如图所示，连接板42可以被构造为包含形成于其中的多个外孔口78和多个内孔口80的环形体。
图7中示出包括中央版44和轴66的组件82的等距视图。如图所示，轴66可以具有每个都被构造成用于附接到对应的曲柄臂20(参见图1)的第一端部84和相对的第二端部86(参见图9)。轴66的定位于第一端部84与第二端部86之间的部分可以被定尺寸和构造成与至少一个轴承88耦合以便经由轴承座90(参见图1)可旋转地附接到框架。
轴66可以固定到中央板44。例如，轴66和中央板44可以为用整体材料加工的一体式结构。在另一示例中，轴66和中央板44可以单独形成并且之后例如通过焊缝、紧固件、粘合剂等接合在一起。中央板44和轴66可以包括诸如钢之类的金属或被构造成能提供足够的结构强度以接收由用户施加在脚踏板22和曲柄臂20上的力并且可以相对于框架12支撑滑轮26的任何其它材料。
为了组装滑轮26，阻尼脂76可以提供给外毂34、毂板38、和/或保持板40。然后，外毂34的突出部60可以与毂板38的对应通道68对准。此外，外毂34的偏置构件保持特征62可以与毂板38的对应偏置构件保持特征70对准。因而，外毂34的径向内表面58可以被定位在毂板38的圆筒形支承表面72上。
在外毂34和毂板38被嵌套在一起后，连接板42的多个外孔口78可以与毂板38的对应的孔口74以及保持板40的对应的孔口75对准。然后，螺钉48可以插入以将连接板42、毂板38以及保持板40紧固在一起。
在连接板42、毂板38以及保持板40通过螺钉48紧固在一起之后，至少一个偏置构件可以定位于毂板38与外毂34之间。例如，弹簧36可以每个都被压缩并插入对应的毂板38的偏置构件保持特征62与外毂34的偏置构件保持特征70的组之间。在弹簧36被定位于毂板38的偏置构件保持特征62与外毂34的偏置构件保持特征70之间后，外毂34的每个突出部60的第一侧可以被偏置成与毂板38的每个相应通道68的第一侧相接触，如图9所示。
同时，轴66可以被定位在轴承座90和轴承88中，轴承88可以为下述轴承中的一个或更多个：球轴承、滚子轴承、锥形轴承和滑动轴承。轴承88可以有利于轴相对于框架12的轴承座90的旋转。
在轴66和中央板44被安装在框架12的轴承座90之上后，中央板44和连接板42可以接合在一起以形成滑轮26。中央板44可以包括被定尺寸和定位成与连接板42的内孔口80对准的多个孔口92。在中央板44的孔口92已经与连接板42的内孔口80对准之后，螺栓46可以嵌入其中以将连接板42和中央板44紧固在一起。
当滑轮26被全部组装在健身装置(例如，固定的自行车10)之上时，带30可以被定位在外毂34的径向外表面56上。带30也可以被定位在阻力装置28上，阻力装置28可以对带30的运动提供可选择的机械阻力。另外，传感器94、96可以被定位在带26附近并相对于健身装置10的框架12固定，如图2所示。传感器94、96(例如，霍尔效应传感器)可以被定位在与滑轮26的位置指示器52、64的径向位置对应的位置处。
第一传感器94可以被定位成检测内毂32的位置指示器52。第一传感器94可以被定位使得当滑轮26旋转，内毂32的位置指示器52(例如，位于保持板40上的位置指示器52)可以接近第一传感器94而经过。
同样地，第二传感器96可以被定位成检测感测外毂34的位置指示器64。第二传感器96可以被定位成使得当滑轮26旋转时，外毂34的位置指示器64可以靠近第二传感器96而经过。
当没有扭矩被施加于滑轮26时，弹簧36可以使内毂32的位置指示器52相对于外毂34的位置指示器64偏置到第一位置。例如，内毂32的位置指示器52可以每个都与外毂34的相应位置指示器64角向对准。
在操作期间，例如由用户通过脚踏板22和附接到滑轮26的曲柄臂20施加扭矩，扭矩可以被施加于滑轮26。所施加的扭矩可以克服弹簧36的偏置扭矩，并且内毂32可以相对于外毂34旋转。内毂32相对于外毂34的旋转可导致内毂32的位置指示器52相对于外毂34的位置指示器64被移动到不同的角位置。
当滑轮26旋转，内毂32的位置指示器52可以旋转经过第一传感器94，并且第一传感器94可以产生指示内毂32的每个位置指示器52经过的时间的信号。另外，外毂34的位置指示器64可以旋转经过第二传感器96，并且第二传感器96可以产生指示外毂34的每个位置指示器64经过的时间的信号。
来自第一传感器94、第二传感器96的信号可以被传递到可以分析信号的计算机98的中央处理单元(CPU)。滑轮26的旋转速度(例如，每分钟的旋转圈数(RPM))可以通过单独查看来自第一传感器94和第二传感器96的信号来进行分析。通过利用外滑轮的每个位置指示器64之间的已知距离，旋转速度可以通过用第二传感器96感测每个位置指示器64之间的时间差来计算。对于其中外毂34包括四个等间隔的位置指示器64的实施方式，旋转速度可以通过等式R＝1/(4(TO2-TO1)来计算。其中：
R为旋转速度；
TO1为外毂34的第一位置指示器64经过第二传感器96的时间；以及
TO2为外毂34的下一位置指示器64经过第二传感器96的时间。
在另一实施方式中，由第一传感器94感测的数据可以用来确定旋转速度。此外，多个数据点可以被取平均值以确定旋转速度。
通过利用滑轮26的已计算出的旋转速度，来自第一传感器94和第二传感器96的信号之间的时间差可以被用来确定内毂32相对于外毂34的旋转位移量，其中，该位移由于所施加的扭矩而产生。当滑轮26在没有被施加的扭矩的情况下旋转时，由第一传感器94感测内毂32的位置指示器52和由第二传感器96感测外毂34的相应位置指示器64之间的时间差可以通过等式ΔT0＝(TO0-TI0)来计算。其中：
ΔT0为当没有扭矩被施加于滑轮26时，来自第一传感器94和第二传感器96的信号之间的时间差；
TO0为外毂34的位置指示器64经过第二传感器96的时间；以及
TI0为内毂32的相应位置指示器52经过第一传感器94的时间。
当滑轮26通过所施加的扭矩旋转时，由第一传感器94感测内毂32的位置指示器52和由第二传感器96感测外毂34的相应位置指示器64之间的时间差可以通过等式ΔT1＝(TO1–TI1)来计算。其中：
ΔT1为当扭矩被施加于滑轮26时，来自第一传感器94和第二传感器96的信号之间的时间差；
TO1为外毂34的位置指示器64经过第二传感器96的时间；以及
TI1为内毂32的相应位置指示器52经过第一传感器94的时间。
此外，位移的角度A可以用等式A＝R(ΔT1-ΔT0)来计算。ΔT0的值将是恒定值，其将基于滑轮26的设计。在实施方式中——其中，内毂32、外毂34的相应位置指示器52、64基本上同时经过第一传感器94和第二传感器96——，当没有扭矩被施加于滑轮时，ΔT0的值可以等于0并且位移角的等式可以简化为A＝R·ΔT1。
通过内毂32相对于外毂34的已知位移角可以计算出所施加的扭矩。在一些实施方式中，每个偏置构件可以是弹簧36并且所施加的扭矩可以利用胡克定律F＝kx来计算，其中：
F为所施加的力；
k为弹性常数；以及
x为弹簧36的位移。
在确定了所施加的力F后，被施加于滑轮26的扭矩可以通过等式T＝FD来计算，其中：
T为被施加于滑轮26的扭矩；
F为所施加的力；以及
D为每个弹簧36距滑轮26的转动轴54的径向距离。
在另一实施方式中，所施加的扭矩可以通过利用经验数据(例如，通过观察或实验获得的信息)来计算。例如，各种扭矩可以被施加于滑轮26并且对应于每种扭矩的位移可以被测量。然后，在使用中，计算机98可以利用查找表或呈现经验数据的功能以确定所施加的扭矩。
当确定了所施加的扭矩，计算机98可以将信号发送到控制台18以将扭矩输出信息提供给用户。因而，用户可以利用此信息来实现期望的练习，以致力于更高的峰值扭矩输出，并且/或者致力于持续的扭矩输出。
工业实用性
健身器比如固定的自行车可以包括可以用来确定比如通过脚踏板施加于其的扭矩的滑轮。包括该滑轮的健身器可以由运动员出于健身目的来使用。因此，运动员可以从健身器收到关于扭矩输入的反馈并提高其性能。
该滑轮可以包括内毂、外毂和至少一个偏置元件比如弹簧。在一些实施方式中，偏置元件可以是螺旋压缩弹簧。在另一些实施方式中，偏置元件可以是弹性材料、拉伸弹簧、弹簧片、柔性机构或其它偏置元件。
内毂可以位于滑轮中心处并且可以耦合到曲柄臂。该内毂可以包括通过例如一个或更多个铆钉、螺栓、螺钉、粘合剂以及其它紧固元件接合在一起的两个或多个板。在径向外部区域，这些板可以限定围绕内毂周向延伸的通道。该内毂可以还包括位于其上的至少一个位置指示器。例如，位置指示器可以包括围绕内毂周向间隔开的多个磁体。在一些实施方式中，内毂可以包括四个位置指示器。在另一些实施方式中，该内毂可以包括至少一个位置指示器，并且任意数量的附加位置指示器围绕内毂分布，对此都没有限制。
每个磁体可以被定位在距滑轮的旋转轴基本相同的径向距离处，并且可以以预定的角距离彼此间隔开。在一种实施方式中，四个磁体可以相对彼此以90度增量定位。在另一些实施方式中，可以利用不同数量的磁体，并且可以利用位置指示器之间的任意角距离。
外毂的一部分可以被定位在由内毂限定的通道中。外毂的径向内圆筒形表面可以被定位在内毂的对应圆筒形表面附近并且可以被定尺寸和构造成绕内毂的圆筒形表面旋转。外毂可以能够相对于内毂旋转过角距离u。弹簧或其它偏置元件可以将外毂相对于内毂偏置到第一角位置。
外毂的主体可以由注射模制聚合物形成。例如，外毂可以由结构上加强的聚合物如玻璃纤维填充尼龙形成。这可以有利于以相对低的成本的制造以相对复杂方式定形状的外毂。在另一些实施方式中，外毂可以由其它材料形成。例如，外毂可以由金属比如铸造铝形成。
外毂可以包括被定形状和构造成在其上接纳驱动元件比如带的径向外表面。例如，径向外表面可以包括多个周向延伸的槽，所述槽被定尺寸和定位成与具有槽的带的槽对应。在另一些实施方式中，驱动元件可以包括不同类型的带，如v带。在又一些实施方式中，驱动元件可以为链、齿轮传动的齿轮、蜗杆传动装置，或其它摩擦或啮合传动元件。
外毂的径向内表面可以具有大致圆筒形状。外毂的第一侧面可以包括一个或多个突出部以及一个或多个偏置元件保持特征(例如，螺旋弹簧保持器)。相对的第二侧面可以包括一个或多个位置指示器。例如，第二侧面可以包括距中心为第一径向距离处的四个周向间隔开的腔体，并且在每个腔体中可以分别定位有磁体(例如陶质磁体)。
内毂可以包括多个构件，包括毂板、保持板、中央板以及轴组件和连接板。
内毂的毂板的本体由与外毂的本体相似的注射模制聚合物形成。例如，毂板可以由结构上强化的聚合物如玻璃纤维填充尼龙形成。毂板可以包括形成在其中的一个或更多个通道和一个或更多个偏置元件保持特征(例如，螺旋弹簧保持器)。毂板还可以包括圆筒形支承表面和多个周向间隔开的孔口。在另一些实施方式中，毂板可以由其它材料形成。例如，毂板可以由金属比如铸造铝形成。
保持板可以包括一个或多个位置指示器。例如，保持板可以包括距中心为第一径向距离处的四个周向间隔开的腔体，并且在每个腔体中可以相应地定位有磁体(例如，陶瓷磁体)。
阻尼脂可以被定位在外毂与内毂组件之间的对接面处。阻尼脂可以是具有相对高粘度的脂，这提供了对外毂相对于内毂组件的振荡运动的抑制。例如，可以使用具有在标准温度和压力下大于100帕斯卡·秒的动态粘度(即，在标准温度和压力下大于罗哥阻尼脂)的阻尼脂。在一些实施方式中，阻尼脂可以包括碳氢化合物流体基和硅石增稠剂并且可以具有在标准温度和压力下约220帕斯卡·秒的动态粘度(例如，在标准温度和压力下约2.2罗哥阻尼脂)。例如，能够从英国利兹的罗哥获得的商标名为ROCOLKILOPOISE 0868S的阻尼脂可以是合适的阻尼脂76。
内毂组件的中央板和轴组件可以包括具有第一端部和相对的第二端部的轴，第一端部和第二端部每个都被构造成用于附接到相应曲柄臂。轴的被定位在第一端部与第二端部之间的部分可以被定尺寸和构造成配合至少一个轴承以便通过轴承座可旋转地附接到框架。该轴可以耦合到中央板。例如，该轴和中央板可以为由整体材料加工而成的一体结构。又例如，该轴和中央板可以单独形成，并且之后通过例如焊缝接合在一起。该中央板和轴组件可以由金属例如钢构成，其可以提供足够的结构强度以接收由用户施加在脚踏板和曲柄臂上的力并且相对于框架支撑滑轮。因此，该轴可以被定位在轴承座内，并且轴承(比如球轴承、滚子轴承、锥形轴承和滑动轴承中的一个或多个)可以有助于该轴相对于框架的轴承座的旋转。
传感器可以被定位在滑轮附近并且相对于健身装置的框架被固定。传感器可以被定位在与滑轮的位置指示器的径向位置对应的位置处。在一些实施方式中，该传感器可以是霍尔效应传感器。在另一些实施方式中，传感器可以包括可以能够检测到位置指示器的其它传感器。例如，传感器可以包括下述传感器中的一个或更多个：红外传感器、激光器、光电传感器以及电感传感器。
第一传感器可以被定位成检测内毂的位置指示器。第一传感器可以被定位使得当滑轮旋转，内毂的位置指示器(例如，位于保持板上的位置指示器)可以接近第一传感器而经过。
同样地，第二传感器可以被定位成检测外毂的位置指示器。第二传感器可以被定位成使得当滑轮旋转，外毂的位置指示器可以接近第二传感器而经过。
当没有扭矩被施加于滑轮时，偏置元件可以使内毂的位置指示器相对于外毂的位置指示器定位到第一位置。例如，内毂的位置指示器可以每个都与外毂的相应位置指示器角向对准。
在操作中，例如由用户通过脚踏板和附接到滑轮的曲柄臂施加扭矩，扭矩可以被施加于滑轮。所施加的扭矩可以克服偏置构件的偏置力，并且内毂可以相对于外毂旋转。内毂相对于外毂的旋转可导致内毂的位置指示器相对于外毂的位置指示器被移动到不同的角位置。
当滑轮旋转，内毂的位置指示器可以旋转经过第一传感器，并且第一传感器可以产生对内毂的每个位置指示器经过的时间进行指示的信号。另外，外毂的位置指示器可以旋转经过第二传感器，并且第二传感器可以产生对外毂的每个位置指示器经过的时间进行指示的信号。
来自第一传感器和第二传感器的信号可以被传递到计算机的中央处理单元(CPU)，其可以对信号进行分析。滑轮的旋转速度(例如，每分钟旋转的数量(RPM))可以通过单独查看来自第一传感器和第二传感器的信号来分析。利用外滑轮的每个位置指示器之间的已知距离，旋转速度可以通过感测每个位置指示器之间的时间差来计算。
当确定了所施加的扭矩时，计算机可以将信号发送到控制台以将扭矩输出信息提供给用户。因而，用户可以利用此信息以完成期望的练习，以致力于更高的峰值扭矩输出，并且/或者致力于持续的扭矩输出。在另一些实施方式中，该信号可以由机载计算机或外部计算机记录，并且该数据可以被分析以提供关于练习的附加信息。

Claims (20)

1.一种用于健身器的滑轮，所述滑轮包括：
内毂，所述内毂包括至少一个位置指示器；
外毂，所述外毂包括至少一个位置指示器，所述外毂能够相对于所述内毂旋转；
至少一个偏置元件，所述至少一个偏置元件将所述外毂相对于所述内毂偏置到第一角位置。
2.根据权利要求1所述的滑轮，还包括被定位成抑制所述外毂相对于所述内毂的振动运动的阻尼器。
3.根据权利要求2所述的滑轮，其中，所述阻尼器包括被定位在所述内毂与所述外毂之间的对接面处的阻尼脂。
4.根据权利要求3所述的滑轮，其中，所述阻尼脂具有在标准温度和压力下大于100帕斯卡·秒的粘度。
5.根据权利要求4所述的滑轮，其中，所述阻尼脂包括硅石。
6.根据权利要求1所述的滑轮，其中，所述外毂包括被构造成与带对接的周向延伸的表面。
7.根据权利要求1所述的滑轮，还包括耦合到所述内毂的具有脚踏板的曲柄臂。
8.根据权利要求1所述的滑轮，其中，外毂的所述至少一个位置指示器包括每个都被定位在距所述外毂的中心基本上相同的径向距离处的多个周向间隔开的位置指示器，并且其中，所述内毂的所述至少一个位置指示器包括每个都被定位在距所述内毂的中心基本上相同的径向距离处的多个周向间隔开的位置指示器。
9.根据权利要求1所述的滑轮，其中，所述内毂的所述至少一个位置指示器包括至少一个磁体，并且其中，所述外毂的所述至少一个位置指示器包括至少一个磁体。
10.一种健身器，包括：
框架；
滑轮，所述滑轮包括：
内毂，所述内毂包括至少一个位置指示器；
外毂，所述外毂包括至少一个位置指示器，所述外毂能够相对于所述内毂旋转；
至少一个偏置元件，所述至少一个偏置元件将所述外毂相对于所述内毂偏置到第一角位置；
第一传感器，所述第一传感器相对于所述框架被固定并且被定位成检测所述内毂的所述至少一个位置指示器；
第二传感器，所述第二传感器相对于所述框架被固定并且被定位成检测所述外毂的所述至少一个位置指示器。
11.根据权利要求10所述的健身器，其中，所述滑轮还包括被定位成抑制所述外毂相对于所述内毂的振动运动的阻尼器。
12.根据权利要求11所述的健身器，其中，所述阻尼器包括被定位在所述内毂与所述外毂之间的对接面处的阻尼脂。
13.根据权利要求12所述的健身器，其中，所述阻尼脂具有在标准温度和压力下大于100帕斯卡·秒的粘度。
14.根据权利要求13所述的健身器，其中，所述阻尼脂包括硅石。
15.根据权利要求10所述的健身器，还包括阻力装置和带，所述带耦合所述阻力装置和所述滑轮的所述外毂。
16.根据权利要求10所述的健身器，还包括耦合到所述内毂的具有脚踏板的曲柄臂。
17.根据权利要求10所述的健身器，其中，外毂的所述至少一个位置指示器包括每个都被定位在距所述外毂的中心基本上相同的径向距离处的多个周向间隔开的位置指示器，并且其中，内毂的所述至少一个位置指示器包括每个都被定位在距所述内毂的中心基本上相同的径向距离处的多个周向间隔开的位置指示器。
18.根据权利要求10所述的健身器，其中，所述内毂的所述至少一个位置指示器包括至少一个磁体，并且其中，所述外毂的所述至少一个位置指示器包括至少一个磁体。
19.一种测量被施加于滑轮的扭矩的方法，所述方法包括：
提供滑轮，所述滑轮包括：
内毂，所述内毂包括至少一个位置指示器；
外毂，所述外毂包括至少一个位置指示器，所述外毂能够相对于所述内毂旋转；
至少一个偏置元件，所述至少一个偏置元件将所述外毂相对于所述内毂偏置到第一角位置；
当所述内毂的所述至少一个位置指示器旋转经过第一传感器时，检测所述内毂的所述至少一个位置指示器；
当所述外毂的所述至少一个位置指示器旋转经过第二传感器时，检测所述外毂的所述至少一个位置指示器；
确定与来自所述第一传感器的信号与来自所述第二传感器的信号的时间差相关联的第一时间间隔；
相对于所述滑轮的旋转速度来评估所述第一时间间隔以确定被施加于所述滑轮的扭矩。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
确定与来自所述第一传感器和所述第二传感器中的一个传感器的信号与来自该同一个传感器的下一信号的时间差相关联的第二时间间隔；
其中，相对于所述滑轮的所述旋转速度来评估所述第一时间间隔以确定被施加于所述滑轮的所述扭矩包括：评估所述第一时间间隔与所述第二时间间隔的比率以确定被施加于所述滑轮的所述扭矩。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107596626A (zh) * 2016-07-11 2018-01-19 乔山健康科技(上海)有限公司 具有可变化温度的握把的运动器材
CN113613735A (zh) * 2019-01-08 2021-11-05 美迪卡医学有限公司 具有肢体支架的训练设备以及确定作用于训练设备的肢体支架上的力的方法
WO2022016319A1 (zh) * 2020-07-20 2022-01-27 宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 一种皮带轮装置、皮带轮失效监测系统及监测方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060201762A1 (en) * 2005-03-08 2006-09-14 Wan-Kuan Lai Magnetic damping device
CN1901975A (zh) * 2003-11-17 2007-01-24 齐亚德·贝达尼 训练器械
WO2009034317A2 (en) * 2007-09-10 2009-03-19 Trixter Plc Improvements relating to exercise bicycles
CN201510691U (zh) * 2009-06-02 2010-06-23 耿军岗 健身器
CN101784308A (zh) * 2007-08-24 2010-07-21 谢夫勒两合公司 在测力计或自行车上测量力、扭矩和功率的方法和装置
CN101918087A (zh) * 2007-08-17 2010-12-15 雷亚吕德公司 自行车健身器械
US20110111923A1 (en) * 2007-08-30 2011-05-12 Milan Bacanovic Ergometric training device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5051638A (en) * 1989-12-19 1991-09-24 Nathan Pyles Magnetically variable air resistance wheel for exercise devices
GB9919065D0 (en) * 1999-08-12 1999-10-13 Fast Technology Gmbh Transducer Element
WO2009003170A1 (en) * 2007-06-27 2008-12-31 Radow Scott B Stationary exercise equipment
WO2009054135A1 (ja) * 2007-10-26 2009-04-30 Denso Corporation 動力伝達装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1901975A (zh) * 2003-11-17 2007-01-24 齐亚德·贝达尼 训练器械
US20060201762A1 (en) * 2005-03-08 2006-09-14 Wan-Kuan Lai Magnetic damping device
CN101918087A (zh) * 2007-08-17 2010-12-15 雷亚吕德公司 自行车健身器械
CN101784308A (zh) * 2007-08-24 2010-07-21 谢夫勒两合公司 在测力计或自行车上测量力、扭矩和功率的方法和装置
US20110111923A1 (en) * 2007-08-30 2011-05-12 Milan Bacanovic Ergometric training device
WO2009034317A2 (en) * 2007-09-10 2009-03-19 Trixter Plc Improvements relating to exercise bicycles
CN201510691U (zh) * 2009-06-02 2010-06-23 耿军岗 健身器

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107596626A (zh) * 2016-07-11 2018-01-19 乔山健康科技(上海)有限公司 具有可变化温度的握把的运动器材
CN107596626B (zh) * 2016-07-11 2019-05-14 乔山健康科技(上海)有限公司 具有可变化温度的握把的运动器材
CN113613735A (zh) * 2019-01-08 2021-11-05 美迪卡医学有限公司 具有肢体支架的训练设备以及确定作用于训练设备的肢体支架上的力的方法
CN113613735B (zh) * 2019-01-08 2022-07-19 美迪卡医学有限公司 带肢体支架的训练设备及确定该支架上的作用力的方法
WO2022016319A1 (zh) * 2020-07-20 2022-01-27 宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 一种皮带轮装置、皮带轮失效监测系统及监测方法

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