CN109969328A - 曲柄装置、自行车及室内健身车 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种曲柄装置、自行车及室内健身车，所述曲柄装置包括一曲柄臂、至少一薄形材料层及至少一感测元件。曲柄臂具有至少一凹穴，至少一凹穴与外界相互连通。至少一薄形材料层嵌入于至少一凹穴内，且暴露出一外表面。至少一感测元件贴附于外表面上。曲柄臂为非均匀应变特性的材料，薄形材料层为具均匀应变特性的材料，曲柄臂适于受力产生变形，薄形材料层适于随曲柄臂的变形而相应地产生变形，至少一感测元件适于量测薄形材料层的应变以测得曲柄臂所受的力。

Description

曲柄装置、自行车及室内健身车

技术领域

本发明涉及一种曲柄装置、自行车及室内健身车，尤其涉及一种曲柄装置与使用此曲柄装置的自行车以及室内健身车。

背景技术

传统的自行车功率计，常用的形式是采用应变规贴附于曲柄的表面来量测踩踏扭力，此种形式主要是利用曲柄受力后会造成形体扭曲与表面变形的特性，进而根据应变规的应力特性变化，经适度地换算而得到踩踏扭力。

然而，当曲柄为碳纤材质时，要将应变规贴附于碳纤材质的表面来量测踩踏扭力，必须另外考量以下因素：(1)应变规较难直接黏贴于碳纤材质，现有的方式是在碳纤材质的表面涂上一层金油层以利与应变规结合，但碳纤材质的变形量传递至金油层时，应变规所测得的数据会有失真的问题；(2)由于碳纤材质各叠层纤维方向各异，使得曲柄形体的扭曲与表面的变形不均匀，导致应变规量测得到的应力特性变化量不够线性。

因此，现有的应变规在碳纤材质曲柄的踩踏扭力量测精准度将会大幅下降。此外，现有的应变规为了增加量测的精确度，通常会在使用前进行特定的校正程序，使用者在使用上极为不便。

发明内容

本发明提供一种曲柄装置、自行车及室内健身车，其能够提高量测的精准度，且能够增加使用者在使用上的便利性。

本发明的一种曲柄装置，包括一曲柄臂、至少一薄形材料层及至少一感测元件。曲柄臂具有至少一凹穴，至少一凹穴与外界相互连通。至少一薄形材料层嵌入于至少一凹穴内，且暴露出一外表面。至少一感测元件贴附于外表面上。曲柄臂为非均匀应变特性的材料，薄形材料层为具均匀应变特性的材料，曲柄臂适于受力产生变形，薄形材料层适于随曲柄臂的变形而相应地产生变形，至少一感测元件适于量测薄形材料层的应变以测得曲柄臂所受的力。本发明还提供一种自行车及一种室内健身车分别装配有上述的曲柄装置。

在本发明的一实施例中，上述的曲柄臂包括多个突出壁，这些突出壁分别覆盖于薄形材料层的边缘。

在本发明的一实施例中，上述的这些突出壁限制薄形材料层在曲柄臂内任三垂直轴向上的移动。

在本发明的一实施例中，上述的曲柄臂为实心件。

在本发明的一实施例中，上述的曲柄臂为中空件。

在本发明的一实施例中，上述的曲柄臂为非均匀应变特性的复合材料。

在本发明的一实施例中，上述的复合材料包括非金属与非金属的复合材料、非金属与金属的复合材料、以及金属与金属的复合材料。

在本发明的一实施例中，上述的曲柄臂的材质包括碳纤维、玻璃纤维、克维拉(Kevlar)纤维、迪尼玛(Dyneema)纤维、植物纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、单晶晶须(Monocrystalline whisker)、金属丝和硬质细粒的任一者或其中至少二者所混合而成的复合材料。

在本发明的一实施例中，上述的薄形材料层为具均匀应变特性的单一材料。

在本发明的一实施例中，上述的薄形材料层的材质包括金属、塑胶或可挠玻璃。

在本发明的一实施例中，上述的薄形材料层经过一表面处理而形成一粗糙表面，表面处理方式可为喷砂、咬花、激光、等离子体、化学处理其中任一者。

在本发明的一实施例中，上述的薄形材料层的厚度介于0.1毫米至1.85毫米之间。

在本发明的一实施例中，上述的至少一感测元件为应变规(Strain Gauge)或压力传感器。

在本发明的一实施例中，上述的至少一应变规以单轴向的方式配置于薄形材料层的外表面上，至少一应变规适于量测薄形材料层在单一轴向上的应变。

在本发明的一实施例中，上述的至少一应变规的数量为至少二个，至少二应变规以双轴向的方式配置于薄形材料层的外表面上，至少二应变规适于量测薄形材料层在二垂直轴向上的应变。

在本发明的一实施例中，上述的至少一应变规的数量为至少三个，至少三应变规以三轴向的方式配置于薄形材料层的外表面上，至少三应变规适于量测薄形材料层在三垂直轴向上的应变。

在本发明的一实施例中，上述的至少一应变规以四分之一桥接的方式配置于薄形材料层的外表面上。

在本发明的一实施例中，上述的至少一应变规以二分之一桥接的方式配置于薄形材料层的外表面上。

在本发明的一实施例中，上述的至少一应变规以全桥接的方式配置于薄形材料层的外表面上。

本发明的一种自行车，包括一车体及上述的曲柄装置。车体包括一曲柄轴。曲柄臂固定于曲柄轴上，曲柄臂适于受使用者的踩踏而受力产生变形。

本发明的一种室内健身车，包括一架体及上述的曲柄装置。架体包括一曲柄轴。曲柄臂固定于曲柄轴上，曲柄臂适于受使用者的踩踏而受力产生变形。

基于上述，在本发明的曲柄装置、自行车及室内健身车中，薄形材料层嵌入于曲柄臂的凹穴内，且暴露出外表面，至少一感测元件进一步贴附于薄形材料层所暴露出的外表面上，曲柄臂为非均匀应变特性的材料，薄形材料层为具均匀应变特性的材料，曲柄臂适于受力产生变形，薄形材料层适于随曲柄臂的变形而相应地产生变形，至少一感测元件适于量测薄形材料层的应变以测得曲柄臂所受的力，通过感测元件直接量测具均匀应变特性的材料的薄形材料层，可提高感测元件量测薄形材料层的应变的精准度，进一步精确地计算出曲柄臂所受的踩踏力。此外，通过感测元件直接量测具均匀应变特性的材料的薄形材料层，使用者能够省去对感测元件校准的动作，故能够增加使用者在使用上的便利性，进而增进其运动体验。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的一实施例的一种曲柄装置的剖面示意图。

图2是本发明的另一实施例的一种曲柄装置的剖面示意图。

图3是图1的曲柄装置的制造过程示意图。

图4是本发明的再一实施例的一种曲柄装置的立体示意图。

图5是图4的曲柄装置的局部剖面示意图。

图6是本发明的又一实施例的一种曲柄装置的立体示意图。

图7是图6的曲柄装置的局部剖面示意图。

图8是本发明的更一实施例的一种曲柄装置的立体示意图。

附图标记说明

50：自行车

52：车体

54：曲柄轴

60：室内健身车

62：架体

64：曲柄轴

100、100A、200、200A、200B：曲柄装置

110、110A、210、210A、210B：曲柄臂

111、211、211A：凹穴

112：突出壁

113、113A：固定端

114、114A：踩踏端

115：表面

116：壁面

217：顶面

218：底面

219A1、219A2：侧面

120、220、220A、220B：薄形材料层

122、222、222A、222B：外表面

124：边缘

126：嵌入面

128：侧面

130、230、230A1、230A2、230A3、230A4、230B1、230B2、230B3、230B4：感测元件

S：空间

T：厚度

具体实施方式

图1是本发明的一实施例的一种曲柄装置的剖面示意图。请参考图1，曲柄装置100包括曲柄臂110、至少一薄形材料层120以及至少一感测元件130。曲柄臂110在制造过程中可自然形成有至少一凹穴111，且凹穴111与外界相互连通。薄形材料层120嵌入于凹穴111内，且薄形材料层120暴露出外表面122。感测元件130贴附于薄形材料层120所暴露出的外表面122上。曲柄臂110为非均匀应变特性的材料，薄形材料层120为具均匀应变特性的材料，曲柄臂110可受力产生变形，薄形材料层120可随曲柄臂110所产生的变形相应地产生变形，感测元件130可通过薄形材料层120测得曲柄臂110所受的力。在本实施例中，凹穴111设置在曲柄臂110上的位置与数量并没有特别的限制，且薄形材料层120的位置与数量可对应凹穴111的位置与数量设置，端视实际需求而定。

本实施例的曲柄装置100可装设于自行车、室内健身车或其它适于踩踏的器械，在此并不特别设限。举例而言，曲柄装置100可装设于自行车50，自行车50可包括车体52，车体52更进一步包括可旋转地设置于其上的曲柄轴54，曲柄臂110的固定端113固定于车体52的曲柄轴54上，以随着曲柄轴54转动，而曲柄臂110的踩踏端114可装设脚踏板(未示出)，以供使用者踩踏，当使用者踩踏脚踏板(未示出)时，曲柄臂110即会随之受力而产生变形，随着曲柄臂110受力产生变形，变形后的曲柄臂110会挤压或拉伸嵌入于凹穴111内的薄形材料层120，使得薄形材料层120进一步产生变形。由于薄形材料层120嵌入于凹穴111内，曲柄臂110与薄形材料层120之间的各个表面之间会有完整且良好的接触，使得曲柄臂110所受到的力能够良好地传递至薄形材料层120，且因为薄形材料层120具均匀应变特性(或称均向性)，故薄形材料层120受力后所产生的变形均匀，可提高感测元件130量测曲柄臂110扭力的精准度，进一步精确地计算出曲柄臂110所受的踩踏力，使得感测元件130在量测薄形材料层120的应变时能够更为精准。换句话说，感测元件130量测的目标是非均匀应变特性(或称非均向性)材料的曲柄臂110，薄形材料层120作为曲柄臂110所受力量传递至感测元件130的一介质，通过薄形材料层120可将曲柄臂110所受的非均匀形变的力量予以均匀化或均向化，使得感测元件130所量测到的力在各方向上力的变化能够趋于均向应变，藉此提升感测元件130量测曲柄臂110扭力的精准度，如此可避免现有技术中感测元件直接量测非均匀应变特性(或称非均向性)材料的曲柄臂时造成的数据失真问题。此外，由于薄形材料层120本身具均匀应变特性，在将本发明的曲柄装置100装设于自行车50上之后，并不需要另外再对感测元件130进行任何校准的动作，故能够增加使用者在使用上的便利性，进而增进其运动体验。

在本实施例中，曲柄臂110可以是非均匀应变特性(或称不等向性)的复合材料。举例来说，应用于非均匀应变特性的复合材料可以是包含有陶瓷、石墨、橡胶、合成树脂、碳、碳纤维、玻璃纤维、克维拉(Kevlar)纤维、迪尼玛(Dyneema)纤维、植物纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、单晶晶须(Monocrystalline whisker)、金属丝、硬质细粒、铝、镁、铜和钛的任一者或其中至少二者所混合而成的复合材料。在此并没有特别限制曲柄臂110的材料，非均匀应变特性的复合材料可以是非金属与非金属的复合材料、非金属与金属的复合材料、以及金属与金属的复合材料，只要其为非均匀应变特性(或称不等向性)即可，也就是说当在曲柄臂110施加一力量时，曲柄臂110在受力点所导致结构上的拉伸量或压缩量与施力方向并无明确的关系可循，拉伸量或压缩量在各个方向上呈现不规则的变化。

在本实施例中，薄形材料层120为具均匀应变特性(或称等向性)的单一材料。举例而言，薄形材料层120的材质包括金属、塑胶或可挠玻璃。在此并没有特别限制薄形材料层120的材料，只要其为具均匀应变特性(或称等向性)即可，也就是说当以相同的力施加于薄形材料层120的各方向上时，薄形材料层120在每个不同施力方向的伸长量或压缩量均相同。在本实施例中，薄形材料层120的较佳的厚度T介于0.1毫米(mm)至1.85毫米(mm)之间，且薄形材料层120可经过表面处理而形成一粗糙表面，使得薄形材料层120在被嵌入夹固于曲柄臂110表面(即制程中自然形成的至少一凹穴111)时能够更加地咬合且紧固，也有助于应变力量的有效传递，此表面处理方式例如可为喷砂、咬花、激光、等离子体、化学处理其中任一种方式。

在本实施例中，曲柄臂110包括多个突出壁112，这些突出壁112遮蔽住部分的凹穴111，并覆盖住薄形材料层120的边缘124，以限制薄形材料层120在曲柄臂110的凹穴111内任三垂直轴向(即X,Y,Z空间坐标)上的移动，即薄形材料层120被夹持嵌固于曲柄臂表面已形成凹陷状的凹穴111之中。换言之，这些突出壁112覆盖住薄形材料层120的边缘124，能够使薄形材料层120稳固地嵌入于曲柄臂110的凹穴111中。

在本实施例中，曲柄臂110还包括一表面115及多个壁面116，表面115与多个壁面116共同界定出凹穴111。表面115与突出壁112彼此相对，且这些壁面116分别连接于表面115与突出壁112之间，突出壁112覆盖住凹穴111的外缘。换句话说，突出壁112沿薄形材料层120的厚度T的方向投射到曲柄臂110的表面115上的正投影位于凹穴111的壁面116之内。

薄形材料层120具有嵌入面126以及多个侧面128，嵌入面126位于薄形材料层120上相对远离外表面122的另一面，这些侧面128分别连接于外表面122与嵌入面126之间。在本实施例中，曲柄臂110的凹穴111是四边形，也就是说具有四个壁面116，曲柄臂110以一个表面115、四个壁面116、以及四个突出壁112共同界定出凹穴111，但在其它实施例中，凹穴也可以是其他形状的多边形所界定而成，在此并不特别限制凹穴的形状为何，只要能够确保薄形材料层被稳固地嵌入于凹穴中不会造成任何位移即可。

在本实施例中，感测元件130为应变规，但在其它实施例中感测元件也可以是压力传感器。至少一感测元件130是以单一个作为举例，且以单轴向的方式配置于薄形材料层120的外表面122上，以适于量测薄形材料层120在单一轴向上的应变，即空间坐标上X,Y,Z仅其中单一方向上不同位置的受力变化，藉此测得薄形材料层120的拉伸应变、压缩应变或扭曲应变，但感测元件的数量并不特别设限，感测元件的配置数量可以依据实际上的量测需求进行选用。在其它实施例中，感测元件可以双轴向或三轴向的方式配置于薄形材料层的外表面上，即空间坐标上X,Y,Z其中至少两个方向上不同位置的受力变化，且感测元件的数量对应其不同的配置方式为对应的多个。举例而言，在其它实施例中，配置在薄形材料层的外表面上的感测元件的数量可以是至少二个，此至少二个感测元件以双轴向的方式配置于薄形材料层的外表面上，以适于量测薄形材料层在二垂直轴向上的应变，藉此得到薄形材料层的拉伸应变、压缩应变、蒲松比(Poisson's ratio)或扭力变化，感测元件在实际装设时可以依照需求选用多组双轴向配置的感测元件。举例而言，在其它实施例中，配置在薄形材料层的外表面上的感测元件的数量可以是至少三个，此至少三个感测元件以三轴向的方式配置于薄形材料层的外表面上，以适于量测薄形材料层在三垂直轴向上的应变，藉此测得薄形材料层的拉伸应变、压缩应变、扭曲应变、蒲松比或不同方向上应变的分量，感测元件在实际装设时可以依照需求选用多组三轴向配置的感测元件。

在本实施例中，至少一感测元件130的数量是以单一个作为举例，且以四分之一桥接的组态配置于薄形材料层120的外表面122上，但感测元件130的数量并不特别设限，感测元件130的配置数量可以依据实际上的需求进行选用。在其它实施例中，感测元件可依照量测灵敏度的需求，选择以二分之一桥接或全桥接的方式配置于薄形材料层的外表面上。举例而言，在其它实施例中，在薄形材料层的外表面上的感测元件的数量可以是至少二个，此至少二个感测元件以二分之一桥接的组态方式配置于薄形材料层的外表面上，感测元件以二分之一桥接的组态方式配置，实际装设时可以依照需求选用多组的二分之一桥接配置方式的感测元件。举例而言，在其它实施例中，配置在薄形材料层的外表面上的感测元件的数量可以是至少四个，此至少四个感测元件以全桥接的组态方式配置于薄形材料层的外表面上，实际装设时可以依照需求选用多组的全桥接配置方式的感测元件，本发明在此并不设限。

在本实施例中，曲柄臂110为实心件，但在其它实施例中，曲柄臂也可以为空心件。图3是图1的曲柄装置的制造过程示意图，而此制程也适用于如图2所示的曲柄装置。请对照参考图1及图3，本实施例利用实心件的曲柄臂110完成曲柄装置100的制造方法步骤如下：提供由非均向应变特性的材料所制作而成的曲柄臂110；令具有均向应变特性的薄形材料层120以嵌入面126接触于曲柄臂110的表面115上；令突出壁112覆盖于薄形材料层120的边缘124，在曲柄臂110表面115上自然形成略呈凹陷状的至少一凹穴111，通过突出壁112所延伸的覆盖结构令薄形材料层120被嵌入夹固于曲柄臂110的凹穴111中，同时使薄形材料层120保有暴露出的外表面122；以及令感测元件130贴附于薄形材料层120的外表面122上。

图2是本发明的另一实施例的一种曲柄装置的剖面示意图。在本实施例的曲柄装置100A中，与上述实施例的曲柄装置100相同或相似的元件符号沿用前述实施例的元件符号，在此仅针对曲柄装置100A的不同之处加以说明。请参考图2，在本实施例中，曲柄装置100A的曲柄臂110A为空心件，但在其它实施例中，曲柄臂也可以为实心件。曲柄臂110A的内部具有空间S，空间S可连通或不连通于外界，如此可在制造过程中，节省曲柄臂110A的材料，进而达成曲柄装置100A轻量化的目的。

本实施例的曲柄装置100A可装设于自行车、室内健身车或其它适于踩踏的器械，在此并不特别设限。举例而言，曲柄装置100A可装设于室内健身车60，室内健身车60可包括架体62，架体62更进一步包括可旋转地设置于其上的曲柄轴64，曲柄臂110A的固定端113A固定于架体62的曲柄轴64上，以随着曲柄轴64转动，而曲柄臂110A的踩踏端114A可装设脚踏板(未示出)，以供使用者踩踏，当使用者踩踏脚踏板(未示出)时，曲柄臂110A即会随之受力而产生变形，随着曲柄臂110A受力产生变形，变形后的曲柄臂110A会挤压嵌入于凹穴111内的薄形材料层120，使得薄形材料层120进一步产生变形。由于薄形材料层120嵌入于凹穴111内，曲柄臂110A与薄形材料层120之间的各个表面之间会有完整且良好的接触，使得曲柄臂110A所受到的力能够良好地传递至薄形材料层120，且因为薄形材料层120具均匀应变特性(或称均向性)，故薄形材料层120受力后所产生的变形均匀，可提高感测元件130量测曲柄臂110A扭力的精准度，进一步精确地计算出曲柄臂110A所受的踩踏力，使得感测元件130在量测薄形材料层120的应变时能够更为精准。换句话说，感测元件130量测的目标是非均匀应变特性(或称非均向性)材料的曲柄臂110A，薄形材料层120作为曲柄臂110A所受力量传递至感测元件130的一介质，通过薄形材料层120可将曲柄臂110A所受的非均匀形变的力量予以均匀化或均向化，使得感测元件130所量测到的力在各方向上力的变化能够趋于均向应变，藉此提升感测元件130量测曲柄臂110A扭力的精准度，如此可避免现有技术中感测元件直接量测非均匀应变特性(或称非均向性)材料的曲柄臂时造成的数据失真问题。此外，由于薄形材料层120本身具均匀应变特性，使用者再将本发明的曲柄装置100A装设于室内健身车60上之后，并不需要另外再对感测元件130进行任何校准的动作，故能够增加使用者在使用上的便利性，进而增进其运动体验。

图4是本发明的再一实施例的一种曲柄装置的立体示意图。图5是图4的曲柄装置的局部剖面示意图。为了清楚表现与便于说明，在图4中以虚线的方式示出曲柄装置200被遮蔽的轮廓，请对照参考图4及图5，曲柄装置200包括曲柄臂210、至少一薄形材料层220以及至少一感测元件230。曲柄臂210具有至少一凹穴211，且凹穴211与外界相互连通。薄形材料层220嵌入于凹穴211内，且薄形材料层220暴露出外表面222。感测元件230贴附于薄形材料层220所暴露出的外表面222上。曲柄臂210为非均匀应变特性的材料，薄形材料层220为具均匀应变特性的材料，曲柄臂210可受力产生变形，薄形材料层220可随曲柄臂210所产生的变形相应地产生变形，感测元件230可量测薄形材料层220的应变，以通过所量测的应变量计算得出曲柄臂210所受的力。

在本实施例中，曲柄臂210包括彼此相对的顶面217及底面218，凹穴211的数量为二个，且分别位于曲柄臂210的顶面217及底面218，薄形材料层220对应凹穴211的数量为二个，二薄形材料层220分别嵌入位于曲柄臂210的顶面217及底面218的凹穴211内。感测元件230对应薄形材料层220的数量为二个，二感测元件230分别以单轴向的方式配置于薄形材料层220的外表面222上，以适于量测薄形材料层220在单一轴向上的应变，即空间坐标上X,Y,Z仅其中单一方向上不同位置的受力变化，藉此测得薄形材料层220的拉伸应变、压缩应变或扭曲应变，但感测元件230的数量并不特别设限，感测元件230的配置数量可以依据实际上的量测需求进行选用。举例而言，感测元件230的延伸方向可如图4所示沿平行于Y轴的方向配置，以使感测元件230可量测单一轴向即Y轴向上的应变，藉此测得薄形材料层的拉伸应变、压缩应变或扭曲应变。在本实施例中，感测元件230以四分之一桥接的组态配置于薄形材料层220的外表面222上，但感测元件230的数量并不特别设限，感测元件230的配置数量可以依据实际上的需求进行选用。在其它实施例中，二感测元件的延伸方向亦可平行于图4所示的X轴向配置于曲柄臂的顶面及底面，以使感测元件可量测单一轴向即X轴向上的应变，藉此测得薄形材料层的拉伸应变、压缩应变或扭曲应变。除此之外，在其它实施例中，曲柄臂在顶面可同时配置有沿X、Y二轴向延伸的二感测元件，使得此二感测元件以二分之一桥接的组态配置于薄形材料层的外表面上，而使二感测元件可量测双轴向即X、Y轴向上的应变，藉此测得薄形材料层的拉伸应变、压缩应变、蒲松比(Poisson's ratio)或扭曲应变。相似地，在其它实施例中，曲柄臂在底面可同时配置有沿X、Y二轴向延伸的二感测元件，使得此二感测元件以二分之一桥接的组态配置于薄形材料层的外表面上，而使二感测元件可量测双轴向即X、Y轴向上的应变，藉此测得薄形材料层的拉伸应变、压缩应变、蒲松比(Poisson's ratio)或扭曲应变。需特别说明的是，为了方便说明，在图4中示意性地示出X,Y,Z空间坐标，感测元件230实际上量测的方向并不以图4中所示的X,Y,Z方向为限，端视实际需求而定。

图6是本发明的又一实施例的一种曲柄装置的立体示意图。图7是图6的曲柄装置的局部剖面示意图。在本实施例的曲柄装置200A中，与上述实施例的曲柄装置200相同或相似的元件符号沿用前述实施例的元件符号，在此仅针对曲柄装置200A的不同之处加以说明。为了清楚表现与便于说明，在图6中以虚线的方式示出曲柄装置200A被遮蔽的轮廓，请对照参考图6及图7，在本实施例中，曲柄臂210A包括彼此相对的二侧面219A1、219A2，其中曲柄臂210A所包括的凹穴211A的数量为单一个，且位于曲柄臂210A的侧面219A1，薄形材料层220A对应凹穴211A的数量为单一个，薄形材料层220A被嵌入于曲柄臂210A的侧面219A1的适合量测应力特性变化的位置。薄形材料层220A的外表面222A上配置有四个感测元件230A1、230A2、230A3、230A4，四感测元件230A1、230A2、230A3、230A4以略呈45度角的方式排列配置于薄形材料层220A的外表面222A，而可量测至少两个空间方向上(即双轴向)力的分量变化，换言之，前述配置方式适于量测薄形材料层220A在二垂直轴向(在空间上均位于XY,YZ或XZ的共平面)上受力的应变，但感测元件的数量并不特别设限，感测元件的配置数量可以依据实际上的量测需求进行选用。在本实施例中，感测元件230A1、230A2、230A3、230A4以全桥接的组态配置于薄形材料层220A的外表面222A上，但感测元件的数量并不特别设限，感测元件的配置数量可以依据实际上的需求进行选用。需特别说明的是，为了方便说明，在图6中示意性地示出X,Y,Z空间坐标，感测元件230A1、230A2、230A3、230A4实际上量测的方向并不以图6中所示的X,Y,Z方向为限，端视实际需求而定。

需特别说明的是，在本实施例中，感测元件230A1、230A2二者以双轴向的方式配置于薄形材料层220A的外表面222A上，感测元件230A3、230A4二者以双轴向的方式配置于薄形材料层220A的外表面222A上，也就是说，感测元件230A1、230A2、230A3、230A4以两组双轴向配置的方式或全桥接的组态配置于薄形材料层220A的外表面222A上，以适于量测薄形材料层220A在二垂直轴向上的应变，藉此得到薄形材料层220A的拉伸应变、压缩应变、蒲松比(Poisson's ratio)或扭力变化。举例而言，感测元件230A1、230A2的延伸方向可如图6所示分别配置在YZ平面上的任二垂直轴向。相似地，感测元件230A3、230A4的延伸方向可如图6所示分别配置在YZ平面上的任二垂直轴向，且感测元件230A1、230A2、230A3、230A4并不限定配置在Y轴向或Z轴向，端视需求而定。在其它实施例中，四感测元件可以全桥接的组态、或二感测元件可以二分之一桥接的组态分别沿Z轴向及Y轴向配置于如图6的曲柄装置200A的二侧面219A1、219A2的其中至少一者，且一感测元件可以四分之一桥接的组态沿X轴配置于图4的曲柄装置200的顶面217或底面218的其中至少一者，以适于量测薄形材料层在三轴向上(X、Y、Z轴向)的应变，藉此得到薄形材料层的拉伸应变、压缩应变、蒲松比(Poisson'sratio)或扭力变化，而各感测元件实际上量测的方向并不以图6或图4中所示的X,Y,Z方向为限，端视实际需求而定。

图8是本发明的更一实施例的一种曲柄装置的立体示意图。在本实施例的曲柄装置200B中，与上述实施例的曲柄装置200相同或相似的元件符号沿用前述实施例的元件符号，在此仅针对曲柄装置200B的不同之处加以说明。为了清楚表现与便于说明，在图8中以虚线的方式示出曲柄装置200B被遮蔽的轮廓，请参考图8，感测元件230B1、230B2、230B3、230B4四者以双轴向的方式平行排列配置于薄形材料层220B的外表面222B上，以适于量测薄形材料层220B在单一方向上不同位置处的应变，藉此得到薄形材料层220B的拉伸应变、压缩应变或扭曲应变，但感测元件的数量以及配置方式并不特别设限，端视实际上的量测需求进行选用。在本实施例中，感测元件230B1、230B2、230B3、230B4以全桥接的组态配置于薄形材料层220B的外表面222B上，但感测元件的数量以及配置方式并不特别设限，端视实际上的量测需求进行选用。在本实施例中，将感测元件230B1、230B2、230B3、230B4以全桥接的方式配置于薄形材料层220B的外表面222B上，可拥有较佳的量测灵敏度。需特别说明的是，为了方便说明，在图8中示意性地示出X,Y,Z空间坐标，感测元件230B1、230B2、230B3、230B4实际上量测的方向并不以图8中所示的X,Y,Z方向为限，端视实际需求而定。

综上所述，在本发明的曲柄装置中，曲柄臂为非均匀应变特性的材料，薄形材料层为具均匀应变特性的材料，薄形材料层嵌入于凹穴内，曲柄臂与薄形材料层之间的各个表面之间会有完整且良好的接触，使得曲柄臂所受到的力能够良好地传递至薄形材料层，当使用者踩踏脚踏板时，曲柄臂即会随之受力而产生变形，随着曲柄臂受力产生变形，变形后的曲柄臂会挤压嵌入于凹穴内的薄形材料层，使得薄形材料层进一步产生变形，感测元件可通过作为力量传递介质的薄形材料层测得曲柄臂所受的力，由于薄形材料层受力后所产生的变形均匀，可提高感测元件量测薄形材料层的应变的精准度，如此可避免现有技术中感测元件直接量测非均匀应变特性(或称非均向性)材料的曲柄臂时造成的数据失真问题。此外，由于薄形材料层本身具均匀应变特性，在将本发明的曲柄装置装设于自行车或室内健身车上之后，并不需要另外再对感测元件进行任何校准的动作，故能够增加使用者在使用上的便利性，进而增进其运动体验。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (21)

1.一种曲柄装置，包括：

曲柄臂，具有至少一凹穴，且所述至少一凹穴与外界相互连通；

至少一薄形材料层，嵌入于所述至少一凹穴内，且暴露出外表面；以及

至少一感测元件，贴附于所述外表面上，其中所述曲柄臂为非均匀应变特性的材料，所述薄形材料层为具均匀应变特性的材料，所述曲柄臂适于受力产生变形，所述薄形材料层适于随所述曲柄臂的变形而相应地产生变形，所述至少一感测元件适于量测所述薄形材料层的应变以测得所述曲柄臂所受的力。

2.根据权利要求1所述的曲柄装置，其中所述曲柄臂包括多个突出壁，所述多个突出壁分别覆盖于所述薄形材料层的边缘。

3.根据权利要求2所述的曲柄装置，其中所述多个突出壁限制所述薄形材料层在所述曲柄臂内任三垂直轴向上的移动。

4.根据权利要求1所述的曲柄装置，其中所述曲柄臂为实心件。

5.根据权利要求1所述的曲柄装置，其中所述曲柄臂为中空件。

6.根据权利要求1所述的曲柄装置，其中所述曲柄臂为非均匀应变特性的复合材料。

7.根据权利要求6所述的曲柄装置，其中所述复合材料包括非金属与非金属的复合材料、非金属与金属的复合材料、以及金属与金属的复合材料。

8.根据权利要求1所述的曲柄装置，其中所述曲柄臂的材质包括碳纤维、玻璃纤维、克维拉纤维、迪尼玛纤维、植物纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、单晶晶须、金属丝和硬质细粒的任一者或其中至少二者所混合而成的复合材料。

9.根据权利要求1所述的曲柄装置，其中所述薄形材料层为具均匀应变特性的单一材料。

10.根据权利要求1所述的曲柄装置，其中所述薄形材料层的材质包括金属、塑胶或可挠玻璃。

11.根据权利要求1所述的曲柄装置，其中所述薄形材料层经过表面处理而形成粗糙表面，所述表面处理方式可为喷砂、咬花、激光、等离子体、化学处理其中任一者。

12.根据权利要求1所述的曲柄装置，其中所述薄形材料层的厚度介于0.1毫米至1.85毫米之间。

13.根据权利要求1所述的曲柄装置，其中所述至少一感测元件为应变规或压力传感器。

14.根据权利要求13所述的曲柄装置，其中所述至少一应变规以单轴向的方式配置于所述薄形材料层的所述外表面上，所述至少一应变规适于量测所述薄形材料层在单一轴向上的应变。

15.根据权利要求13所述的曲柄装置，其中所述至少一应变规的数量为至少二个，所述至少二应变规以双轴向的方式配置于所述薄形材料层的所述外表面上，所述至少二应变规适于量测所述薄形材料层在二垂直轴向上的应变。

16.根据权利要求13所述的曲柄装置，其中所述至少一应变规的数量为至少三个，所述至少三应变规以三轴向的方式配置于所述薄形材料层的所述外表面上，所述至少三应变规适于量测所述薄形材料层在三垂直轴向上的应变。

17.根据权利要求13所述的曲柄装置，其中所述至少一应变规以四分之一桥接的方式配置于所述薄形材料层的所述外表面上。

18.根据权利要求13所述的曲柄装置，其中所述至少一应变规以二分之一桥接的方式配置于所述薄形材料层的所述外表面上。

19.根据权利要求13所述的曲柄装置，其中所述至少一应变规以全桥接的方式配置于所述薄形材料层的所述外表面上。

20.一种自行车，包括：

车体，包括曲柄轴；以及

如权利要求1至19中任一权利要求所述的曲柄装置，其中所述曲柄臂固定于所述曲柄轴上，所述曲柄臂适于受使用者的踩踏而受力产生变形。

21.一种室内健身车，包括：

架体，包括曲柄轴；以及

如权利要求1至19中任一权利要求所述的曲柄装置，其中所述曲柄臂固定于所述曲柄轴上，所述曲柄臂适于受使用者的踩踏而受力产生变形。