FI114042B - Voimansiirtimen välittämän voiman mittaus - Google Patents

Description

1 114042

Voimansiirtimen välittämän voiman mittaus

Keksinnön ala

Keksinnön soveltamisalana on voimansiirtimen välittämän voiman mittaus. Edullisesti voimansiirrin on polkupyörän ketju, jolloin keksinnöllä mita-5 taan pyöräilijän poikimien välityksellä ketjuun kohdistamaa voimaa.

Keksinnön tausta

Pyöräilijän polkupyörään polkemisen aikana kohdistaman voiman mittaus on mielenkiintoinen sovellusalue niin satunnaisen pyöräilijän kuin aktiivisen liikunnanharjoittajan kannalta. Mittaustulosten avulla pystytään muun 10 muassa saamaan tietoa pyöräilijän pyöräilytekniikasta, sekä tarkkailemaan pyöräilysuorituksen rasittavuutta ja sitä kautta edelleen suunnittelemaan harjoituksen ja rasituksen välistä suhdetta. Pyöräilytehon ja -voiman määritys on edelleen edullista esimerkiksi laihduttamiseen tähtäävissä pitkäkestoisissa harjoitteissa, jolloin kuntoilija pyrkii esimerkiksi suorittamaan kuntosuorituksen 15 tietyn kynnysarvon alapuolisella tehotasolla. Ketjun välittämän voiman mittaus on edelleen tärkeä sovellusalue esimerkiksi moottoripyörissä, jolloin ketjun välittämän voiman avulla voidaan arvioida moottorin kuormitusta, polttoaineen kulutusta ja mekaanista kulumista.

Tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa voimansiirtimen, kuten 20 ketjun, voiman mittauksessa on käytetty esimerkiksi menetelmää, jossa voi-maa on arvioitu käyttäen hyväksi pyörän liikkeen aiheuttamaa ketjun mekaa-nista värähtelyä, joka muodostuu ketjuun esimerkiksi ketjun ja hammasrattai-den välisestä kitkasta ja pyöräilyalustan epätasaisuuksista. On selvää, että tunnetun tekniikan mukainen ratkaisu voimansiirtimen värähtelyn ja edelleen 25 voiman määrittämiseksi on epätarkka mittauksen tapahtuessa välillisesti ja ' · · * ‘ ketjusta erillisessä yksikössä.

Keksinnön lyhyt selostus : '; Keksinnön tavoitteena on toteuttaa parannettu menetelmä ja mene- , , telmän toteuttava laitteisto voimansiirtimen välittämän voiman eli voimansiirti- 30 meen vaikuttavan vetojännityksen mittaamiseksi. Tämä saavutetaan seuraa- I · ’ vaksi esitettävällä menetelmällä. Kyseessä on menetelmä voimansiirtimen vä- : Γ: littämän voiman mittaamiseksi, jossa menetelmässä voimansiirrin on järjestetty : > · 5 suljetun silmukan muodostavaan muotoon ollen kytketty ensimmäiseen pyöri- tysvälineeseen ja ensimmäisestä pyöritysvälineestä erilliseen toiseen pyöritys- 2 114042 välineeseen, jonka ensimmäisen pyöritysvälineen pyörittäminen voimanlähteen avulla aiheuttaa voiman välittymisen voimansiirtimen avulla toiseen pyöri-tysvälineeseen pyörittäen toista pyöritysvälinettä ensimmäisen pyöritysvälineen suuntaisesti. Menetelmässä lähetetään voimansiirtimeen nähden erilli-5 sestä lukulaitteesta sähkömagneettinen heräte voimansiirtimessä olevalle vä-rähtelyanturille ja luetaan lukulaitteessa langattomasi värähtelyanturin reso-nanssitaajuus, joka riippuu voimansiirtimen välittämän voiman suuruudesta ja lasketaan luetun resonanssitaajuuden perusteella lukulaitteeseen yhteydessä olevilla laskentavälineillä voimansiirtimen välittämä voima.

10 Keksinnön kohteena on myös järjestely voimansiirtimen välittämän voiman mittaamiseksi käsittäen suljetun silmukan muodostavan voimansiirtimen ja voimansiirtimeen kytketyn ensimmäisen pyöritysvälineen ja ensimmäisestä pyöritysvälineestä erillisen, voimansiirtimeen kytketyn toisen pyöritysvälineen, jonka ensimmäisen pyöritysvälineen pyörittäminen voimanlähteen 15 avulla aikaansaa voiman välittymisen voimansiirtimen avulla toiseen pyöritys-välineeseen pyörittäen toista pyöritysvälinettä ensimmäisen pyöritysvälineen suuntaisesti. Voimansiirrin käsittää värähtelyanturin voimansiirtimen välittämään voimaan verrannollisen resonanssitaajuuden muodostamiseksi, järjestelyn käsittäessä voimansiirtimestä rakenteellisesti erillisen lukulaitteen, joka 20 on sovitettu muodostamaan ja lähettämään sähkömagneettisen herätteen vä-rähtelyanturille. Lukulaite on sovitettu vastaanottamaan langattomasi värähte-lyanturin sähkömagneettiseen herätteeseen muodostaman sähkömagneetti-sen vasteen. Järjestely käsittää edelleen lukulaitteeseen yhteydessä olevat : V: laskentavälineet voimansiirtimen välittämän voiman laskemiseksi värähtelyan- ·:··· 25 turin sähkömagneettisen vasteen perusteella.

Keksinnön kohteena on myös polkupyörä, joka käsittää voimansiir-.···. timenään ketjun polkupyörän polkijan lihasvoiman siirtämiseksi polkijalta pol kupyörään polkupyörän liikuttamiseksi. Polkupyörän ketjussa on värähtelyan-, turi, joka värähtelyanturi on sovitettu värähtelemään ketjun välittämään voi- ;;; 30 maan verrannollisella resonanssitaajuudella, polkupyörässä ketjusta raken- ;·* teellisesti erillään olevan lukulaitteen, joka lukulaite on sovitettu muodosta- : maan ja lähettämään sähkömagneettisen herätteen värähtelyanturille ja lu- : kemaan langattomasi värähtelyanturin resonanssitaajuuden, johon lukulait- . . teeseen ovat yhteydessä laskentavälineet ketjuun vaikuttavan voiman laske- I * · v,‘ 35 miseksi luetun resonanssitaajuuden perusteella.

• · 3 114042

Keksinnön kohteena on myös värähtelyanturi käytettäväksi voiman-siirtimen välittämän vetojännityksen mittaamisessa. Voimansiirtimeen kiinnitettäväksi tarkoitettu värähtelyanturi on sovitettu vastaanottamaan sähkömagneettisen herätteen voimansiirtimestä rakenteellisesti erillään olevalta lukulait-5 teelta ja muodostamaan voimansiirtimen välittämään vetojännitykseen verrannollisen sähkömagneettisen vasteen, joka sähkömagneettinen vaste on lukulaitteella langattomasi luettavissa käytettäväksi voimansiirtimen välittämän vetojännityksen laskennassa.

Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patentti-10 vaatimusten kohteena.

Keksinnön kohteena on siis menetelmä ja laitteisto voimansiirtimen välittämän voiman mittaamiseksi. Voimansiirrin on järjestetty suljetun silmukan muotoon. Edullisesti keksinnön selostuksen yhteydessä voimansiirtimellä tarkoitetaan polkupyörän, kolmipyörän, moottoripyörän tai vastaavan ketjua. Kek-15 sinnön mukainen järjestely käsittää ensimmäisen pyöritysvälineen ja ensimmäisestä pyöritysvälineestä erillisen, voimansiirtimeen kytketyn toisen pyöritysvälineen. Pyöritysvälineellä tarkoitetaan edullisesti hammasratasta, johon ketju on kytkettävissä. Etummainen pyöritysväline on tällöin etummainen hammasratas, johon polkupyörän polkimet ovat kytketyt ja toinen pyöritysväli-20 ne on takapyörän hammasratas. Ensimmäisen pyöritysvälineen pyörittäminen voimanlähteen avulla aiheuttaa voiman välittymisen voimansiirtimen avulla toi-seen pyöritysvälineeseen pyörittäen toista pyöritysvälinettä ensimmäisen pyö-ritysvälineen suuntaisesti, eli esimerkiksi polkupyörän tapauksessa poikimien :V: välityksellä polkijan tuottama voima siirtyy etummaisen hammasrattaan kautta ·:··· 25 ketjuun ja edelleen sitä kautta taempaan hammasrattaaseen ja takapyörään.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa voimansiirtimeen on kiinnitetty värähtely-.··. anturi, joka on sovitettu muodostamaan voimansiirtimen välittämään voimaan verrannollisen värähtelysignaalin. Järjestely käsittää edelleen lukulaitteen vä-. rähtelyanturin voimaan verrannollisen värähtelysignaalin lukemiseksi värähte- 1;:; 30 lyanturin kulkiessa lukulaitteen ohi tai läpi. Keksinnön eräässä edullisessa suo- » > ’·;' ritusmuodossa järjestelyllä lasketaan myös voimansiirtimellä tuotettu teho mi- : ;': tatun voiman ja voimansiirtimen liikkeen nopeuden avulla.

t t > »

Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa voimansiirrin on ketju, joka käsittää ketjupaloja keksintöä ketjupalojen määrään mitenkään ra- * » ·] 35 joittamatta. Ketjupalan rakenne on esimerkiksi tunnetun kaltainen siten, että ' * se käsittää sivulevyt ja sivulevyjen molemmissa päissä akselireiät. Ketjupalat 4 114042 ovat liitettävissä toisiinsa akselireikiin asetettavien akselitappien avulla siten, että kunkin ketjupalan ensimmäinen ja toinen pää liitetään eri ketjupaloihin. Eräässä edullisessa suoritusmuodossa ketjun värähtelyä mittaava värähtely-anturi on sijoitettu akselitappiin. Toisen edullisen suoritusmuodon mukaan vä-5 rähtelyanturi on sijoitettu ketjupalan sivulevyyn. Edullisesti värähtelyanturi on sähköisesti eristetty metallisesta ketjusta esimerkiksi siten, että värähtelyantu-rin käsittävä ketjupala on valmistettu hiilikuituhartsista, keramiikasta tai muovista.

Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa värähtelyanturi 10 on resonanssipiiri, joka on toteutettu esimerkiksi kelakondensaattoripiirinä (LC-piiri). Erään edullisen suoritusmuodon mukaan kela on käämitty jatkopa-lan sivulevyn ympärille ja kondensaattori on sijoitettu kelan läheisyyteen esimerkiksi sivulevyyn. Tällöin värähtelyanturin resonanssitaajuus muuttuu voi-mansiirtimeen vaikuttavan voiman funktiona johtuen resonanssipiirin konden-15 saattorin kapasitanssin ja/tai kelan induktanssin muutoksesta. Järjestely ketjun voiman mittaamiseksi käsittää edelleen voimansiirtimestä rakenteellisesti erillisen eli fyysisesti erillään olevan lukulaitteen, joka on yhteydessä värähte-lyanturiin sähkömagneettisen yhteyden avulla värähtelyanturin resonans-si/värähtelytaajuuden lukemiseksi. Lukulaite käsittää lähetysvälineet sähkö-20 magneettisen herätteen lähettämiseksi värähtelyanturille ja vastaanotinväli-neet värähtelyanturin resonanssitaajuuden lukemiseksi. Edullisesti mainitut välineet toteutetaan keloina, jolloin lähetyskela värähtelee laajakaistaisesti v,: löytäen värähtelyanturille sillä hetkellä ominaisen voimaan verrannollisen re- :V: sonanssitaajuuden, vastaanottokelan lukiessa kyseisen taajuuden. Mainitut ·:··· 25 ominaisuudet lukulaitteessa voidaan toki toteuttaa myös yhden kelan avulla.

Järjestely käsittää edelleen lukulaitteeseen yhteydessä olevat laskentaväli-.···. neet muodostaa lukulaitteen lukemasta resonanssitaajuudesta voimansiirti- meen kohdistuva vetojännitys. Lukulaite on esimerkiksi polkupyörän tapauksessa sijoitettu polkupyörän runkoon, jolloin värähtelyanturi ja lukulaite voivat ;;; 30 olla sähkömagneettisessa vuorovaikutuksessa keskenään värähtelyanturin * ; *' ohittaessa lukulaitteen tai mennessä lukulaitteen läpi.

i Keksinnön mukainen menetelmä määrittelee askeleet, joilla edellä kuvatun keksinnön mukaisen järjestelyn välittämän voiman mittaus suoritetaan.

v-'t 35 Keksinnön etuna on mittausjärjestelyn yksinkertaisuus ja sitä kautta : helppo asennettavuus, sekä edullinen valmistettavuus suurissa sarjoissa.

5 114042

Menetelmän mukaisella laitteistolla saavutetaan lisäksi tarkka voiman ja tehon mittaus, kun mittaus suoritetaan ketjussa olevan värähtelyanturin avulla.

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin piirus-5 tuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen menetelmän erästä suoritusmuotoa, kuvio 2 esittää keksinnön mukaista ratkaisua sovitettuna polkupyörään, kuvio 3A esittää keksinnön mukaisen värähtelyanturin erästä sijoi-10 tuspaikkaa, kuvio 3B esittää keksinnön mukaisen värähtelyanturin erästä sijoituspaikkaa, kuvio 4 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen laitejär-jestelyn mukaista ratkaisua.

15 Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Keksintöä selostetaan seuraavassa eräiden edullisten suoritusmuotojen avulla viitaten oheisiin kuvioihin 1-4. Kuviossa 1 on havainnollistettu keksinnön mukaisen menetelmän erästä edullista suoritusmuotoa. Menetelmän alkuaskeleessa 100 polkupyörän ketjuun on asennettuna ainakin yksi värähtely-. *1. 20 anturi. On selvää, että värähtelyantureita voi olla ketjussa useitakin, jolloin voi- man ja tehon mittaus voidaan suorittaa useammin kuin kerran ketjun tehdessä 'W yhden kierroksen. Polkupyörän runkoon lähelle ketjua esimerkiksi kohtaan, jos sa värähtelyanturin käsittävä ketjupala on ylimmässä kohdassaan, on sijoitettu # · * · · *,,* lukulaite, jolla värähtelyanturin värähtelysignaali on luettavissa. Lukulaite voi- *··* 25 daan kiinnittää polkupyörään myös esimerkiksi siten, että lukulaite ympäröi ket- Y.: jua, jolloin anturi menee luettaessa lukulaitteen läpi. Lukulaite aktivoi värähtely- anturin värähtelemään resonanssitaajuudella, joka on verrannollinen polkijan ( poikimien välityksellä ketjuun kohdistamaan voimaan. Mitattava resonanssitaa- :juus aiheutuu ketjuun vaikuttavasta pituussuuntaisesta voimasta. Tunnetun tek-. 30 nilkan mukaisessa ratkaisussa, jossa voiman laskenta perustuu ketjun pituus- ;;. ‘ suuntaan nähden kohtisuoraan mekaaniseen värähtelyyn.

t I

Ennen liikkeellelähtöä värähtelypiiri edullisesti kalibroidaan askeleen : Y: 102 mukaisesti. Kalibrointi suoritetaan värähtelypiirille, koska ketjupalaan, johon ;·· värähtelypiiri on sijoitettu, vaikuttavat muun muassa edellisellä käyttökerralla ta- 35 pahtunut mahdollinen venymä ja erityisesti mittaushetken lämpötila. Kalibrointi 6 114042 suoritetaan esimerkiksi siten, että värähtelyanturi tuodaan lukulaitteen läheisyyteen ilman, että polkupyörällä poljetaan tai vaihtoehtoisesti polkupyörää poljetaan minimivoimalla. Tällöin saadaan referenssitaajuus, eli värähtelyanturin värähtelytaajuus vähäisellä voimalla tai ilman ketjuun kohdistettavaa voimaa mit-5 taushetkellä vallitsevassa lämpötilassa.

Askeleessa 104 polkija kohdistaa polkupyörän poikimiin voiman, joka välittyy poikimien ja poikimien kampien välityksellä ketjuun. Ketjuun on kiinnitetty ainakin yksi värähtelyanturi, joka aina ohittaessaan rungossa olevan lukulaitteen saa lukulaitteelta herätteen, jonka seurauksena ilmaisee resonanssitaajuutensa 10 lukulaitteelle. Lukulaitteen ja värähtelyanturin välinen vuorovaikutus on esimerkiksi sähkömagneettista, jolloin anturin saapuminen lukulaitteen sähkömagneet-tikenttään saa aikaan anturissa sähkövirran. Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa anturi on kelasta ja kondensaattorista muodostuva reso-nanssipiiri, jolloin lukulaite indusoi värähtelyanturiin resonoivan sähkövirran, jon-15 ka taajuus on lukulaitteella vastaavasti luettavissa. Askeleessa 106 muodostetaan luetusta resonanssitaajuudesta pyöräilijän tuottama voima. Laskenta suoritetaan esimerkiksi lukulaitteesta erillisessä yksikössä, joka on kiinnitettävissä polkupyörään tai pidettävissä esimerkiksi pyöräilijän ranteessa. Informaation siirto laskentavälineisiin tehdään esimerkiksi yhdysjohdon välityksellä tai langatto-20 masti. Laskentavälineisiin on edullisesti yhteydessä näyttövälineet, kuten esimerkiksi nestekidenäyttö informaation näyttämiseksi askeleen 108 mukaisesti. Näytettävä informaatio on mitatun voiman lisäksi esimerkiksi polkupyörän nope-:Y: us, joka voidaan helposti laskea niiden kertojen avulla, jolloin värähtelyanturi on ohittanut lukulaitteen. On selvää, että edellä mainituista suureista voidaan joh-25 taa lukuisia suureita, jotka muodostetaan laskentavälineillä ja näytetään näytöl-.*·*. lä. Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa mitatusta voimasta ja to- detusta ketjun nopeudesta lasketaan polkijan pyörään kohdistama teho kerto-‘ ’ * maila voima ja nopeus keskenään. Muodostettavia suureita voivat olla edelleen esimerkiksi pyöräilijän polkupyörään kohdistaman voiman liukuva keskiarvo, *;; · 30 maksimi/minimivoimat tai muu vastaava suure. On selvää, että edellämainittujen suureiden, kuten esimerkiksi voiman, laskenta voidaan tehdä viimeksi mitatun • ; *; arvon sijaan myös esimerkiksi viimeisen kymmenen mittauksen liukuvana kes- • I · » , · ·. kiarvona.

• · ’ · ’ Kuviossa 2 on kuvattu keksinnön mukaisen laitteiston eräs suoritus- ‘ ‘ 35 muoto karkealla tasolla. Kuvassa on esitetty polkupyörää 202 polkeva pyöräilijä • ” * 200, jonka tuottamaa voimaa halutaan mitata. Pyörä 202 käsittää ensimmäisen 7 114042 pyöritysvälineen 204 ja siitä erillään sijaitsevan toisen pyöritysvälineen 206, jotka on kytketty toisiinsa voimansiirtovälineen 208 avulla. Ensimmäinen pyöritys-väline 204 on polkupyörän tapauksessa edullisesti hammasratas, jonka pyörimisen aiheuttaa pyöräilijä poikimien ja poikimien kampien välityksellä. Toinen 5 pyöritysväline on edullisesti myös hammasratas, joka on yhteydessä ketjuun 208 saaden siitä pyörimisvoiman. Voimansiirtovälineeseen eli ketjuun 208 on liitetty värähtelyanturi 210, joita voi olla ketjussa 208 useitakin. Ketjuun 208 vaikuttava voima on suurimmillaan, kun polkimet ovat samalla vaakatasolla ja minimissään, kun toinen poljin on yläasennossaan ja toinen ala-asennossaan. Vä-10 rähtelyanturin 210 sijoittaminen lukulaitteeseen 212 nähden voidaan tehdä siis esimerkiksi siten, että polkimet ovat tällöin 45 asteen kulmassa vaakatasoon nähden, jolloin saadaan mitattua ketjuun 208 vaikuttava keskimääräinen voima. Sijoittamalla ketjuun 208 useita värähtelyantureita voidaan mitata esimerkiksi pyöräilijän ketjuun kohdistamaa minimi- tai maksimivoimaa tai vasemman ja oi-15 kean jalan tuottamia voimia. Näin voidaan polkijan suoritusta ohjata kohti optimaalista pyöräilysuoritusta, jolloin molempien jalkojen tuottama voima ja teho ovat olennaisesti yhtä suuria.

Polkupyörän 202 yhteydessä on lukulaite 212 lähellä ketjua 208, jolloin värähtelyanturi 210 tullessaan lukulaitteen 212 läheisyyteen, joutuu lukulait-20 teen 212 sähkömagneettikenttään. Värähtelyanturin 210 resonanssitaajuus luetaan siis lukulaitteella 212 induktiivisesti, eli ne eivät ole fyysisessä kontaktissa toisiinsa. Lukulaite 212 voidaan integroida valmistuksessa osaksi polkupyörää :V: 202 tai se voi olla irrotettavasi! kiinnitettävä eri paikkoihin polkupyörässä 202.

Polkupyörän 202 yhteydessä on edelleen laskentavälineet 214, jotka lukulait-.... j 25 teen 212 tapaan on joko integroitu osaksi polkupyörää 202 tai ovat irrotettavasti .···. kiinnitettävissä polkupyörään 202 haluttuun paikkaan. Laskentavälineet 214 ovat yhteydessä lukulaitteeseen 212 yhdysjohdon välityksellä tai langattomasti, jossa lukulaitteelta 212 saadusta värähtelytiedosta lasketaan polkijan 200 ketjuun 208 tuottama voima. Voimatieto ja mahdollinen muu informaatio esitetään »· · ·;;; 30 polkijalle 200 näytöllä 216. On selvää, että edellämainitut laskentavälineet 214 ja näyttö 216 voivat sijaita myös fyysisesti samassa laiteyksikössä kuin lukulaite • 212. Edelläkuvatussa mittausjärjestelyssä laskentavälineet 214 ja näyttö 216 ei- * t · · .···. vät ole välttämättömiä, vaan informaatiota voidaan tarkastella myös jälkikäteen “ esimerkiksi tallettamalla informaatio muistiin ja käsittelemällä sitä jälkikäteen ul- 35 koisella tietokoneella. Informaatio voidaan siirtää tietokoneelle tunnettuja teknii-‘ · ’ ‘ · koita hyväksikäyttäen, kuten esimerkiksi langattomasti.

8 114042

On selvää, että kuviossa 2 kuvattu polkupyörä 202 on esitetty vain esimerkkinä polkupyörästä 202 ja käytännön sovelluksissa polkupyörässä 202 on usein enemmän vaihteita kuin yksi. Vaihteiden vaihtuessa ketju 208 saattaa siirtyä vaaka- ja pystysuuntaisesta mikä tulee ottaa huomioon lukulaitteen 212 5 asettelussa ja suunnittelussa siten, että värähtelyanturi 210 on kaikilla vaihteilla luettavissa. Tähän voidaan päästä esimerkiksi sijoittamalla lukulaite 212 vaihteen siirtimeen tai tekemällä lukulaitteen 212 lukukenttä niin suureksi, että värähtelyanturi 210 tulee aina lukukentän vaikutuspiiriin.

Kuviossa 3A on keksinnön mukaiset ketjupalat 300A, 300B kahden 10 edullisen suoritusmuodon avulla. Ketjupalassa 300A värähtelyanturi 210A on kiinnitetty ketjupalan 300A sivulevyyn. Kiinnitys sivulevyyn voidaan tehdä esimerkiksi liimalla. Anturi 210A toteutetaan kyseisessä tapauksessa esimerkiksi kondensaattorina, jonka kapasitanssi muuttuu ketjua venyttävän voiman funktiona. Ketjupalassa 300B puolestaan kela 308 on käämitty ketjupalan 300B si-15 vulevyn ympärille pituussuunnassa ja kondensaattori 310 sijaitsee sivulevyssä kelan läheisyydessä. Tässä toteutusvaihtoehdossa anturin 21 OB resonanssitaa-juus muuttuu siihen kohdistuvan vetojännityksen vaikutuksesta. Lukulaitteessa 212 olevan mittauskelan kohdalla anturi saa sähköstaattisen herätteen, joka saa anturin värähtelemään voimaan verrannollisella taajuudella, joka voidaan luku-20 laitteella 212 havaita.

Ketjupalat 300A, 300B on yhdistetty toisiinsa välikappaleen 306 avul- ·,./· la siten, että ketjupalan 300A akselireikään 304A ja ketjupalan 300B akseli- :V: reikään 304B on asetettu akselitapit. Ketjupalojen 300A, 300B mitat ovat esi- :Y: merkiksi kuviossa 3A sellaiset, että akselireikä on suuruudeltaan 3 mm, pituus • · 25 vaakasuorassa 20 mm, korkeus kapeimmasta kohdasta 4 mm ja leveimmästä ,···, kohdasta 8 mm. Akselitapin pituus on esimerkiksi 10 mm. Mitattava voima mää- ,Y. ritetään esimerkiksi asteikolla 10 N - 5000 N resoluution ollessa 10 N. Toiminta- *“ lämpötila-alue puolestaan voidaan määritellä olevaksi välillä (-20 C) - (+80 C).

Tehon laskennassa käytettävä ketjun nopeus on käytännössä välillä 0-2 m/s. 30 Värähtelyanturin 210A, 210B käsittävä ketjupala 300A, 300B on edullisesti eris-tävää materiaalia, esimerkiksi hiilikuituhartsia. Edelleen, kyseinen ketjupala on ; f: edullisesti tehty valmistusteknisesti niin, että siinä olevat kela ja/tai kondensaat- .*··. tori ovat suojatut mekaanista kulutusta ja kosteutta vastaan. Kuviossa 3B on esitetty kuviossa 3A näkyvä ketjupalarakenne 90 astetta käännettynä sivukuva-: ‘ : 35 na olennaisilta osiltaan. Kuvion 3B ratkaisussa värähtelyanturi 210A on sijoitettu » I M i » · 9 114042 akselitapin 308 sisään. Akselitappia 308 ympäröi vahvike 310, joka esimerkiksi on metallilieriö.

Kuviossa 4 on kuvattu keksinnön erään suoritusmuodon mukainen laitejärjestely keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi. Lukulaite 212 5 on esimerkiksi elektroninen piiri, joka käsittää vaihtovirtalähteen 400 ja siihen yhteydessä olevan säädettävän kelan (L1) 404 ja kondensaattorin (C1) 404. Piirin vastusta on kuvattu R1:llä 402. Värähtelyanturi 210B on edullisesti LC-piiri eli kelan (L2) 308 ja kondensaattorin (C2) 310 muodostama resonanssipiiri. Väräh-telyanturipiirin vastusta kuvaa R2 408. Keksinnön erään sovellusmuodon mu-10 kaisessa ratkaisussa tällöin lukulaitteen 212 lähetinkela 406 värähtelee laaja-kaistaisesti kattaen värähtelyanturin 210B voimasta ja lämpötilasta johtuvan re-sonanssitaajuuden vaihtelualueen. Värähtelyanturin 210 voimaan verrannollinen resonanssitaajuus muuttuu kondensaattorin 310 kapasitanssin ja/tai kelan 308 induktanssin muutoksista. Edullisesti värähtelyanturi on laskennan helpottami-15 seksi sellainen, että voiman ja resonanssitaajuuden välillä vallitsee lineaarinen riippuvuussuhde.

Teknisesti lukulaite toteutetaan esimerkiksi siten, että havainnoidaan lukulaitteen virtapiirin jännitteen muutoksia, jotka aiheutuvat piirin impedanssin muutoksista. Lukulaitteen 212 piirin impedanssiin vaikuttavat piirin omien kom-20 ponenttien 402-406 muodostama impedanssi, sekä värähtelyanturin 210B aiheuttama impedanssi. Kun värähtelyanturi 210B tuodaan lukulaitteen 212 lähei-syyteen tai sisälle, muuttuu lukulaitteen 212 impedanssi, jolloin jännitteen muu- :Y: tos on lukulaitteessa 212 luettavissa. Jännitteen muutoksesta lukulaitteessa 212 • ·

:Y: voidaan laskea värähtelyanturiin 210B vaikuttava voima. Värähtelyanturin 210B

25 kelan 308 tilavuus on esimerkiksi (1*4*5) mm3 lukulaitteen 212 kelan 406 tila-.···. vuuden ollessa esimerkiksi (20*20*50) mm3 eli värähtelyanturin 210B kela 308 on edullisesti merkittävästi lukulaitteen 212 kelaa 406 pienempi. Värähtelyantu-rissa 210B käytettävän kelan 308 induktanssi on esimerkiksi 200 nH ja konden-, saattorin 310 kapasitanssi 330 pF. Anturin 210B nopeus voidaan helposti mää- I I » •;; | 30 rittää lukulaitteen pituuden ja kelojen välisen magneettiseen vuorovaikutukseen Y.: kuluvan ajan avulla. Mitattujen voiman ja voimansiirtimen nopeuden avulla voi- • daan voimansiirtimen välittämä teho laskea kaavasta teho (P) = voima (F) * no- ,*·. peus (v). Kun anturikelan 210B pituus on pieni verrattuna lukulaitteen 212 ke- ·’ laan 406, on mitattava impulssivaste lähes suorakaidepulssi, jonka amplitudi on • * * ‘ ‘ ‘ 35 lukulaitteessa 212 mitattavan jännitteen muutos.

» » 10 114042

Lukulaitteista 212 on yhteydessä laskentavälineisiin 214, joka muodostaa lukulaitteiston avulla mitattujen suureiden, kuten esimerkiksi voiman, ka-denssinopeuden ja tehon laskentaa. Laskentavälineet 214 on edullisesti toteutettu ohjelmallisesti, ASIC:na, erillisillä logiikkakomponenteilla tai muulla vastaa-5 valla tavalla. Laskentayksikköön 214 on edullisesti yhteydessä näyttö 216 laskentayksikössä muodostettujen suureiden näyttämiseksi. Näyttö toteutetaan esimerkiksi nestekidenäyttönä.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan sitä 10 voidaan monin tavoin muunnella oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

• · • · • · · f · I ( ·

(MM

• ·

Claims (30)

1. Menetelmä voimansiirtimen välittämän voiman mittaamiseksi, jossa menetelmässä voimansiirrin on järjestetty suljetun silmukan muodosta- 5 vaan muotoon ollen kytketty ensimmäiseen pyöritysvälineeseen ja ensimmäisestä pyöritysvälineestä erilliseen toiseen pyöritysvälineeseen, jonka ensimmäisen pyöritysvälineen pyörittäminen voimanlähteen avulla aiheuttaa voiman välittymisen voimansiirtimen avulla toiseen pyöritysvälineeseen pyörittäen toista pyöritysvälinettä ensimmäisen pyöritysvälineen suuntaisesti, tunnettu 10 siitä, että lähetetään voimansiirtimeen nähden erillisestä lukulaitteesta sähkömagneettinen heräte voimansiirtimessä olevalle värähtelyanturille, ja luetaan (104) lukulaitteessa langattomasi! värähtelyanturin resonanssitaajuus, joka riippuu voimansiirtimen välittämän voiman suuruudesta ja lasketaan (106) luetun resonanssitaajuuden perusteella lukulaitteeseen yhteydessä olevilla las-15 kentavälineillä voimansiirtimen välittämä voima.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että voimansiirrin on polkupyörän ketju.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ketju muodostuu ketjupaloista, jotka on yhdistetty toisiinsa suljetun silmu- 20 kan muodostavaan muotoon akselitappien avulla ja että värähtelyanturi on akselitapin sisällä. I * ·

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, . v. että värähtelyanturi on ketjun ketjupalan sivulevyssä.

] 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 25 että värähtelyanturi on kelakondensaattoripiiri (LC-piiri).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, * · > · ‘ että mitataan värähtelyanturin etenemisnopeus lukulaitteen suhteen.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ,,,·’ että muodostetaan voimansiirtimen välittämä teho etenemisnopeuden ja voi- ·[[[: 30 mansiirtimen välittämän voiman avulla.

; ’ ·, 8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ♦ » » '; ,että menetelmässä mitataan polkupyörän ketjun välittämää voimaa ja että lu-;* kulaite on sijoitettu polkupyörään siten, että ketjuun kiinnitetty värähtelyanturi v,; kulkee lukulaitteen ohi tai läpi niin, että värähtelyanturin resonanssitaajuus on ':": 35 lukulaitteella luettavissa. 114042

9. Järjestely voimansiirtimen välittämän voiman mittaamiseksi käsittäen suljetun silmukan muodostavan voimansiirtimen ja voimansiirtimeen (208) kytketyn ensimmäisen pyöritysvälineen (204) ja ensimmäisestä pyöri-tysvälineestä (204) erillisen, voimansiirtimeen (208) kytketyn toisen pyöritys- 5 välineen (206), jonka ensimmäisen pyöritysvälineen (204) pyörittäminen voimanlähteen (200) avulla aikaansaa voiman välittymisen voimansiirtimen (208) avulla toiseen pyöritysvälineeseen (206) pyörittäen toista pyöritysvälinettä (206) ensimmäisen pyöritysvälineen (204) suuntaisesti, tunnettu siitä, että voimansiirrin (208) käsittää värähtelyanturin (210) voimansiirtimen (208) välitit) tämään voimaan verrannollisen resonanssitaajuuden muodostamiseksi, järjestelyn käsittäessä voimansiirtimestä rakenteellisesti erillisen lukulaitteen, joka on sovitettu muodostamaan ja lähettämään sähkömagneettisen herätteen värähtelyanturille, ja joka lukulaite on sovitettu vastaanottamaan langattomasi värähtelyanturin sähkömagneettiseen herätteeseen muodostaman sähkö-15 magneettisen vasteen, järjestelyn käsittäessä edelleen lukulaitteeseen yhteydessä olevat laskentavälineet (214) voimansiirtimen (208) välittämän voiman laskemiseksi värähtelyanturin sähkömagneettisen vasteen perusteella.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että voimansiirrin on polkupyörän ketju.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että ketju käsittää ketjupaloja.

11 1 14042 Patentti vaati m u kset

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestely, tunnettu siitä, v.: että ketjun jatkopalat ovat yhdistettävissä ketjun käsittämillä akselitapeilla ja :V: että värähtelyanturi on akselitapissa. ·:·*: 25

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestely, tu n n ettu siitä, että ketjupala käsittää sivulevyn ja että värähtelyanturi on ketjupalan sivule- .···. vyssä. * *

14. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että lukulaite on sovitettu mittamaan värähtelyanturin etenemisnopeuden luku-30 laitteen suhteen.

» · *·;*' 15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen järjestely, tunnettu siitä, : että laskentayksikkö on sovitettu laskemaan voimansiirtimen välittämä tehon värähtelyanturin etenemisnopeuden ja voimansiirtimen välittämän voiman . . avulla. » > ·

16. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestely, tunnettu siitä, »»»«♦ että lukulaite on sijoitettu voimanmittauksen kohteena olevaan polkupyörään 114042 siten, että ketjuun kiinnitetty värähtelyanturi on lukulaitteella luettavissa väräh-telyanturin ohittaessa tai lävistäessä lukulaitteen.

17. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että värähtelyanturi on kelakondensaattoripiiri (LC-piiri).

18. Polkupyörä (202), joka käsittää voimansiirtimenään ketjun (208) polkupyörän (202) polkijan (200) lihasvoiman siirtämiseksi polkijalta (200) polkupyörään polkupyörän (202) liikuttamiseksi, tunnettu siitä, että ketjussa (208) on värähtelyanturi (210), joka värähtelyanturi (210) on sovitettu värähte-lemään ketjun (208) välittämään voimaan verrannollisella resonanssitaajuu-10 della, polkupyörässä (202) ketjusta (208) rakenteellisesti erillään olevan lukulaitteen (212) , joka lukulaite on sovitettu muodostamaan ja lähettämään sähkömagneettisen herätteen värähtelyanturille ja lukemaan langattomasi! väräh-telyanturin resonanssitaajuuden, johon lukulaitteeseen (212) ovat yhteydessä laskentavälineet (214) ketjuun (208) vaikuttavan voiman laskemiseksi luetun 15 resonanssitaajuuden perusteella.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen polkupyörä, tunnettu siitä, että ketju käsittää ketjupaloja, jotka on yhdistetty toisiinsa akselitappien avulla ja että värähtelyanturi sijaitsee kahta ketjupalaa yhdistävän akselitapin sisällä.

20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen polkupyörä, tunnettu sii tä, että ketjupala käsittää sivulevyn ja että värähtelyanturi sijaitsee sivulevys-sä.

21. Patenttivaatimuksen 18 mukainen polkupyörä, tunnettu sii-•'V: tä, että värähtelyanturi on kelakondensaattoripiiri (LC-piiri). ·:··: 25

22. Patenttivaatimuksen 18 mukainen polkupyörä, tunnettu sii- tä, että lukulaite on sovitettu muodostamaan sähkömagneettisen herätteen, .··. joka saa värähtelyanturin värähtelemään voimansiirtimen välittämään voi maan verrannollisella resonanssitaajuudella, joka lukulaite on edelleen sovi-. tettu lukemaan langattomasi! värähtelyanturin resonanssitaajuuden. *;;; 30

23. Patenttivaatimuksen 18 mukainen polkupyörä, tunnettu sii- ·”' tä, että lukulaite on sovitettu mittamaan värähtelyanturin etenemisnopeuden : lukulaitteen suhteen. * * * ·

24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen polkupyörä, tunnettu siitä, että laskentayksikkö on sovitettu muodostamaan ketjun välittämän tehon * » » ’ 35 etenemisnopeuden ja ketjun välittämän voiman avulla. * * 114042

25. Patenttivaatimuksen 18 mukainen polkupyörä, tunnettu siitä, että lukulaite on sijoitettu polkupyörään siten, että ketjuun kiinnitetty väräh-telyanturi on lukulaitteella luettavissa värähtelyanturin ohittaessa tai lävistäessä lukulaitteen. 5

26. Värähtelyanturi käytettäväksi voimansiirtimen välittämän veto- jännityksen mittaamisessa, tunnettu siitä, että voimansiirtimeen kiinnitettäväksi tarkoitettu värähtelyanturi on sovitettu vastaanottamaan sähkömagneettisen herätteen voimansiirtimestä (208) rakenteellisesti erillään olevalta lukulaitteelta (212) ja muodostamaan voimansiirtimen välittämään vetojännityk-10 seen verrannollisen sähkömagneettisen vasteen, joka sähkömagneettinen vaste on lukulaitteella langattomasi luettavissa ja käytettävissä voimansiirtimen välittämän vetojännityksen laskennassa.

27. Patenttivaatimuksen 26 mukainen värähtelyanturi, tunnettu siitä, että värähtelyanturi on kelakondensaattoripiiri (LC-piiri).

28. Patenttivaatimuksen 27 mukainen värähtelyanturi, tunnettu siitä, että voimansiirrin on ketju käsittäen ketjupaloja, jotka on yhdistetty toisiinsa akselitappien avulla.

29. Patenttivaatimuksen 26 mukainen värähtelyanturi, tunnettu siitä, että värähtelyanturi on ketjupaloja yhdistävässä akselitapissa.

30. Patenttivaatimuksen 26 mukainen värähtelyanturi, tunnettu siitä, että ketjupala käsittää sivulevyn, johon värähtelyanturi on kiinnitetty vä-rähtelemään ketjun välittämään vetojännitykseen verrannollisella resonanssi- :V: taajuudella. • · · • · · * I * · # * · • · • · « ♦ · • · » » · * * · *' * · · • · * · • · · * t 114042