JP2015529330A - クランク・アクスルおよびクランク・アームにおいてパワーを測定する装置、システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

パワー測定アセンブリがアクスル内に搭載される。ある一具体例においては、アクスルがスピンドルであり、そのスピンドルは、自転車、エクササイズ用自転車またはフィットネス用の他の設備のうちの複数のクランクを互いに連結する。このパワー測定アセンブリは、適切な回路（例えば、ホイートストンブリッジ回路）と接続された複数の歪みゲージを有してもよく、前記回路は、乗り手がクランクを踏んで回転させることによってアクスル上に発生する力を表す出力信号を提供する。前記歪みゲージは、アクスルに搭載される場合には、クランクに加えられたトルクによって発生するねじれを測定する。その測定値は、プロセッサによってパワー測定値に変換され、その後、表示のために無線送信される。前記プロセッサおよび／または前記送信機は、アクスルの内部に装着してもよい。別のパワー測定アセンブリを、複数のクランクのうちの一つに搭載してもよく、そのアセンブリは、自身のプロセッサおよび送信機を有するか、またはアクスル内のプロセッサおよび送信機を利用してもよい。【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、米国特許法第１１９条のもと、同時に係属している米国仮特許出願第６１／６９３，９６７号に対して優先権を主張する正規の出願であり、その米国仮特許出願は、２０１２年８月２８日に出願され、かつ、発明の名称を「クランク・アクスル(crank axle、クランク軸）およびクランク・アームにおいてパワー(power、動力、仕事率）を測定する装置、システムおよび方法」とするものであり、この出願は、引用によって本出願書類に合体する。本出願は、さらに、同時に係属している米国特許出願第１３／３５６，４８７号に関連し、かつ、その米国特許出願第１３／３５６，４８７号の一部継続出願であり、その米国特許出願第１３／３５６，４８７号は、２０１２年１月２３日に出願され、かつ、発明の名称を「パワーを測定する装置、システムおよび方法」とするものであり、この出願は、引用によって本出願書類に合体する。

この書類に開示されているもののいくつかの側面は、パワー(power、動力、仕事率）測定装置およびパワー計算方法であって、自転車、エクササイズ用自転車または他のエクササイズおよびフィットネス用設備のうちのクランク・アセンブリ(crank assembly、クランク組立体）と共に使用されるものに関する。

特に自転車に乗る人(bicyclist、サイクリスト)向けにパワー・メータ(power meter、パワー計測器、動力計）を用いて行われるフィットネス・トレーニングが普及しつつある。パワー・メータというものは、前記乗り手(rider、ライダー)のパワー出力値を測定して表示し、典型的には、そのパワー出力値をワットという単位を用いて表示し、そのパワー出力値は、ペダリング(pedaling、ペダルを踏んで回転させる動作）のために用いられる。多くの種類のパワー・メータがこれまで、自転車、エクササイズ用自転車および他のフィットネス用設備上に装着されて(on、外付けされて）使用されるように適合させられてきた(adapted、設計されてきた）。それらの設計構造のうちの大部分は、過度に複雑であり、エラーが発生し易く、および／または故障し易く、さらに、比較的に高価となる傾向もある。したがって、多くのヘルス・クラブ(health club、民間の会員制の健康増進クラブなど）は、未だにパワー・メータを、室内でサイクリングおよびエクササイズを行うための自転車に付加しておらず、また、多くの乗り手が、パワーを自身のロード・バイクまたはマウンテン・バイクに付加するための出費が非常に高価であると思っている。

よくあることであるが、そのようなクラブおよび乗り手は、パワー・メータを使用するのではなく、トレーニングのため、および、乗り手へのフィードバックを提供するために、ハート・レート・モニタ（heart rate monitor、心拍数モニタ）を用いる。それらのデバイスは、さらに、速度、走行距離およびカロリに関する情報をも提供するが、その情報は、パワー測定値(power measurements、動力測定値、仕事率測定値）を含んでいないし、パワー測定値に基づくものでもなく、よって、その情報は、パワー測定心拍数から導出される数値ほど正確ではない可能性がある。運動の効果(performance)を測定するのに有用な情報を提供しつつ、一貫した(consistent、安定した）有用な情報を乗り手に提供する際に、パワーを測定する行為ほど優れたものは存在しない。例えば、急勾配で加速したり全力で走る際に、心拍数は、乗り手の運動(effort、動作、動き)に対して遅れを有するが、パワーであれば、乗り手の運動をほぼ瞬間的に反映する。乗り手が、脱水状態にあり、栄養不良状態にあり、疲労しており、病気であり、負傷しており、または、それらに該当しなくても最適ライディング状態(optimal riding condition、自転車のペダルをこぐ最適な状態)にはない場合に、その乗り手は、典型的な値の(typical、基準値の）心拍数でトレーニング(work out、エクササイズ)を行うかもしれないが、その心拍数を示すときのその乗り手のパワーは典型値よりかなり低いかもしれない。よって、その乗り手は、非最適状態(non-optimal condition)を特定し、ひっとしたら、それを是正することが可能である。最終的には、長いトレーニングの期間中ずっとパワーを測定して比較することにより、乗り手が、パワーが増進するのを助けるトレーニングと、そうではないトレーニングとをそれぞれ互いに識別することを助け、それにより、トレーニング・メニュー(training regimen)を継続的にリファインするとともに改善することが可能である。

特に上述の知見を念頭において、パワー・メータおよびそれに関連するパワー測定技術についてのいくつかの側面であってこの書類に開示されているものが発明された。

いくつかの例示的な実施形態が複数枚の図面のうち参照される図面に示されている。意図されることは、それら実施形態および図面であってこの書類に開示されているものは、発明の範囲を限定するものとしてではなく、発明を例示的に説明するものとして考慮されるべきであるということである。

図１は、クランク・アセンブリの斜視図であり、そのクランク・アセンブリは、クランク・アクスル(crank axle、クランク軸）によって互いに連結された一対のクランク・アームを有し、当該クランク・アセンブリは、第１の歪みゲージおよび回路であって、いずれも、前記クランク・アクスルの内部に搭載されたものと、クランク・アームに搭載された第２の歪みゲージとを有し、その第２の歪みゲージは１本のクランク・アームに搭載され、それにより、両方のクランク・アームから発生するトルク(torque、回転力）がそれぞれ測定され、それぞれの測定値が、パワー値のクランク・アーム別(crank arm specific）パワー測定値に変換される。

図２は、図１に示すクランク・アセンブリおよびパワー測定装置を示す底面図である。

図３は、図１に示すクランク・アセンブリおよびパワー測定装置を示す背面図である。

図４は、図１に示すクランク・アセンブリおよびパワー測定装置を示す正面図である。

図５は、図１に示すクランク・アセンブリおよびパワー測定装置を示す左側面図である。

図６は、図１に示すクランク・アセンブリおよびパワー測定装置を示す右側面図である。

図７は、図１に示すクランク・アセンブリおよびパワー測定装置を示す平面図である。

図８は、歪みゲージ・アセンブリの正面図であり、その歪みゲージ・アセンブリは、互いに異なる（distinct、独立した）４つの歪みゲージ（導電体(conductor、コンダクタ））であって２対の歪みゲージ（two pairs、２つの歪みゲージが向きを同じくするペアを成す歪みゲージ対が２つ存在する）という形態を有し、それら２対の歪みゲージは、互いに約９０度ずれており、前記４つの歪みゲージは、フレキジブルなホイル(foil、箔）に搭載されており、そのホイルは、前記アクスルの内側壁に接着され、その接着は、ねじり力（矢印で示す）が、前記２つの歪みゲージ対の一方(one of the pair）に属する複数の導電体と方向が一致する(aligned with、位置合わせされる）一方、相手側の歪みゲージ対（the opposing pair）に属する複数の導電体の方向とは約９０度成すように配向されるように、行われる。

図９は、１本のクランク・アームの斜視図であり、そのクランク・アームは、パワー測定装置を当該クランク・アームに接続された状態で備えている。

図１０は、図９に示すクランク・アームおよびパワー測定装置を示す正面図である。

図１１は、図９に示すクランク・アームを示す左側面図であり、この図は、特に、当該クランク・アームの外側面(outside)であって、ペダルが延び出すことになる部分を示している。

図１２Ａは、図９に示すクランク・アームおよびパワー測定装置を示す平面図である。

図１２Ｂは、図９に示すクランク・アームおよびパワー測定装置を示す平面図であり、この図においては、いくつかの内部部品を図示するため、前記パワー測定装置のうちのいくつかの部品が隠れて見えない。

図１３Ａは、図９に示すクランク・アームおよびパワー測定装置を示す右側面図であり、この図は、特に、当該クランク・アームの内側面(inside)であって、前記パワー測定装置が接続される部分を示している。

図１３Ｂは、図９に示すクランク・アームおよびパワー測定装置を示す右側面図であり、この図は、特に、当該クランク・アームの内側面(inside)であって、前記パワー測定装置が接続される部分を示しており、この図においては、いくつかの内部部品を図示するため、前記パワー測定装置のうちのいくつかの部品が隠れて見えない。

図１４は、前記クランク・アームの内側面(inside)を示す斜視図であり、この図は、特に、凹部を示しており、その凹部は、機械加工されるかまたは当該クランク・アーム内に一体的に成形されることが可能であり、前記凹部内に、４つの抵抗性のリード・スイッチが存在し、それらは、前記クランクに連結されたペダルに作用する力に比例するように抵抗値が変化することを実現する。

図１５は、図１４に示すクランク・アームを示す右側面図であり、この図は、そのクランク・アームの凹部内における前記複数の歪みゲージの配列に関して詳細に示している。

図１６は、前記クランク・アームおよびパワー測定装置を示す平面図であり、この図においては、いくつかの内部部品を図示するため、種々の部品が隠れて見えない。

図１７は、前記クランク・アームおよびパワー測定装置を示す斜視図であり、この図においては、ハウジングのうち、片持ち状に支持されている部分(cantilevered portion)のカバーが取り外されている。

図１８は、前記クランク・アームおよびパワー測定装置を示す斜視図であり、この図においては、種々の部品が隠れて見えない。

図１９は、ホイートストンブリッジ回路とそれに関連する複数の処理部品とを示す回路図であり、それら処理部品は、前記クランク・アクスルまたはクランク・アームに作用する力に比例する電圧出力値を提供するために用いることが可能である。

図２０Ａは、クランク・アームが回転中に位置する種々のポイント(point、回転位置、周方向位置）を示す図であり、それら種々のポイントは、図２０Ｂに示す出力電圧波形に対応する。

図２０Ｂは、図１９に示すホイートストンブリッジ回路の出力電圧波形であり、その波形は、クランク・アームの約１回転分に相当する。

図２１は、前記クランク・アクスルの内部に配置された複数の電気部品と、前記クランク・アームに配置された複数の電気部品と、前記パワー測定装置のハウジングの内部に配置された複数の電気部品とを示すシステム図(system diagram、系統図）であり、それら電気部品は、前記パワー測定装置から分離するように提供された表示用コンピュータと無線通信する。

図２２は、パワー測定値を計算して当該パワー測定装置から送信する方法の一つを表すフローチャートである。

この書類に開示されているもののいくつかの側面は、パワー測定アセンブリに関連し、そのパワー測定アセンブリは、中空のアクスル(crank axle、クランク軸）すなわちスピンドルであって一対のクランク・アームを互いに連結するものの内部に搭載される。そのクランク・アセンブリは、エクササイズ用自転車、室内サイクリング用自転車、自転車または他の形式の移動可能装置(mobile device、可動装置、移動体など）もしくはエクササイズ用設備であってクランク・アセンブリを用いるものの一部であってもよい。歪みゲージが前記アクスルの内側壁に取り付けられるとともに、前記アクスルに作用するトルク(torque、回転力）を測定するように構成される。そのトルクは、前記複数のクランク・アームに作用するトルクを表す。概略的に説明すれば、乗り手（rider、ライダー）の全パワー出力値は、前記アクスルから取得されるトルク測定値から導出されるパワー(power、動力、仕事率）を２倍することによって近似してもよい（approximated）。しかしながら、この書類に開示されているもののいくつかの側面は、さらに、一対のクランク・アームのうち駆動スプロケットに隣接するクランク・アームに搭載される第２のパワー測定装置またはパワー測定アセンブリに関連してもよい。この例においては、前記乗り手が、それぞれの脚ごとに、パワー測定値（それぞれのクランクに作用するトルクから導出される）を取得してもよい。当該パワー測定装置は、さらに、全パワー出力値を、前記アクスル（一対のクランク・アームのうち前記スプロケットとは反対の側に位置するクランク・アームを代表する）に作用するトルクと、そのクランク・アームとは反対の側に位置するクランク・アームであって前記スプロケットに隣接するクランク・アームに作用するトルクとからそれぞれ導出される２つのパワー値を合計することによって生成する。

具体的な一実施態様においては、複数の部品であって、パワーを測定し、パワーを計算し、そして、そのパワー計算値を表示器に送信するものの各々が前記アクスルの内部に搭載されている。これに代えて、それら部品を、前記クランク・アーム(the crank arm、１本のクランク・アーム）に搭載してもよい。具体的な一実施態様においては、前記表示器がパワー・データ(power data、パワー値を表すデータ）を無線で受信して複数のパワー値を表示する。その表示器は、任意の望ましい場所、例えば、自転車のハンドル(handlebar)上に搭載してもよい。この表示器は、腕に着用されて使用されるリスト・ウォッチまたはサイクリング用コンピュータに組み込んでもよい。最後に、前記パワー・データは、他のデバイス、例えば、スマートフォン、タブレット・コンピュータ、ラップ・トップ・コンピュータまたは他のコンピューティング・デバイスに、リアルタイムでの表示および／または保存を行うために送信してもよい。

さらに具体的に説明するとともに図１−図７を参照すると、クランク・アセンブリ１０であってこの書類に開示されているもののいくつかの側面に適合するものは、互いに反対側に位置する一対のクランク・アーム（１２Ａ，１２Ｂ）を有しており、それらクランク・アーム１２Ａ，１２Ｂは、完全にまたは実質的に中空であるアクスル１４によって互いに連結されており、そのアクスル１４は、「スピンドル」とも称される。そのアクスル１４は、各クランク(each crank、各クランク・アーム１２Ａ，１２Ｂ）と、それぞれ対応する開口部（１６Ａ，１０Ｂ）において連結されており、それら開口部１６Ａ，１０Ｂは、それぞれ対応するクランク・アーム１２Ａ，１２Ｂ内に形成される。種々の形状を採用可能なペダルが取り付けられるペダル側開口部（１８Ａ，１８Ｂ）が、同じクランクのうち、開口部（１６Ａ，１０Ｂ）とは反対側の端部に形成されている。左側クランク１２Ａについては、ペダル側開口部１８Ａの内面と、アクスル１４の端部の外面とが、互いに嵌り合う複数本のリッジを、クランク１２Ａが、力が付加されたときに、アクスル１４に対して相対的に回転しないように、形成する。それとは反対側である右側クランク・アーム１２Ｂは、同様にして、アクスル１２に搭載されている。しかし、右側クランク・アーム１２Ｂは、駆動スプロケット２０が搭載されるアクスル１４の外周を取り巻くように周方向フランジを形成することが可能である。その駆動スプロケット２０は、後輪を駆動するチェーンまたはベルト（通常の自転車においては）、または、はずみ車（室内サイクリング用の自転車においては）、またはその他のものを担持する。１個のスプロケットが図示されているが、別のいくつかのスプロケットも有することが可能である。さらに、その１個のスプロケットまたは複数個のスプロケット（「チェーン・リング」とも称される）を、アクスル１４またはクランクに、異なる方法で連結することが可能である。

上述のように、アクスル１４は、中空であってもよく、よって、内側壁を有するチューブ(tube、筒状部材、筒状内部空間）を定義する。歪みゲージ・アセンブリ(a strain gauge assembly、１つの歪みゲージ・アセンブリ）２２が、前記内側壁上に装着されている。図８は、印刷回路基板２４の一例であり、その印刷回路基板２４は、２個の歪みゲージを１セットとする歪みゲージ・セットを２セット(two sets、２つの歪みゲージ対）有する。この例においては、第１セット(the first set、第１の歪みゲージ対、２つの歪みゲージ対の一方）が歪みゲージ７０Ａおよび７０Ｂを有し、第２セット(the second set、第２の歪みゲージ対、２つの歪みゲージ対の他方）が歪みゲージ７０Ｃおよび７０Ｄを有する。図示されているように、第１の歪みゲージ・セットは、ある角度を有するように(set at angle、基準線に対してある角度を成す向きで、基準線に対して斜めに）配置されており、また、第２の歪みゲージ・セットは、第１の歪みゲージ・セットに対して約９０度回転させられている(the second set of gauges are rotated about 90 degrees relative to the first set、第２の歪みゲージ・セットを構成する歪みゲージ７０Ｃおよび７０Ｄの向きが、第１の歪みゲージ・セットを構成する歪みゲージ７０Ａおよび７０Ｂの向きに対して約９０度回転させられている）。図８に示すように、印刷回路基板２４がアクスル１４の内側壁に搭載される場合には、ねじり力であってアクスル１４によって変換されたものが、第１の歪みゲージ・セットと第２の歪みゲージ・セットとのうちのいずれかの方向と一致するように位置合わせされる(the torsional forces aligh with either the first set of gauges or the second set of gauges、第１の歪みゲージ・セットを構成する歪みゲージ７０Ａおよび７０Ｂと、第２の歪みゲージ・セットを構成する歪みゲージ７０Ｃおよび７０Ｄとのいずれかの向きが、ねじり力の向きに一致する）
。ここでは２対の歪みゲージ（ゲージ導電体）・アセンブリ２２が図示されているが、２つの歪みゲージまたは１つの歪みゲージのみを用いることが可能である。しかし、図示されている構成態様によれば、他の選択肢に比較し、高効率の温度補償および他の利点が得られる。万一、個数の如何を問わず、歪みゲージが用いられるとすると、フル・ホイートストンブリッジ回路の他に、クォータ・ブリッジ回路、ハーフ・ブリッジ回路、特に、低抵抗の変化のために、ケルビン・ブリッジ回路、その他のもののような他の回路技術を用いることが可能である。

図８および図９に示すように、複数の歪みゲージ７０は、それぞれ、複数のリード(lead、導線など)７６を有しており、それらリード７６は、ホイートストンブリッジ回路構成(circuit arrangement、回路配列）を成すように接続されている。例えば、図９に示すように、複数の歪みゲージ７０は、図示されている回路構成を成すように接続されている。ハーフ・ブリッジ構成のような、個数の如何を問わず歪みゲージを用いる他のいくつかの回路構成が存在し得る。入力電流が前記ブリッジ回路に印加され、その回路の出力電圧は、前記乗り手が左側クランク・アーム（図示されている例において）を踏んで回転させることによって前記クランク・アームに作用するねじり力（トルク）に比例し、その理由は、複数の歪みゲージ７０の抵抗値(resintance、電気抵抗値）が、それら歪みゲージ７０が伸び状態または縮み状態になるにつれて変化するからである。図８を参照するに、ねじり力が矢印の向きに作用すると、歪みゲージ７０Ａおよび７０Ｂが伸び状態に置かれ、その結果として発生する抵抗値の変化が、前記トルクに関連する出力電圧に変換される。その出力電圧は、例えば差動アンプおよびフィルタであって出力電圧をプロセッサに供給するもののような、条件設定(conditioning、コンディショニング、調整、波形整形など）および増幅を行うある形式の回路に印加することが可能である。さらに可能であることは、前記信号を変換して条件設定(conditioning、コンディショニング、調整、波形整形など）を行うためにアナログ・デジタル変換器を用いることである。上述のように、前記印刷回路基板であって、ホイートストンブリッジ回路、プロセッサ、条件設定部、増幅部、無線送信機などを支持するものが前記アクスルの内部において支持される。よって、複数のリード(lead)７６であって、同様に、前記アクスルの内部に配置されるとともに、歪みゲージＰＣＢ（strain gauge PCB、印刷回路基板２４）から延びるものが、メインＰＣＢ（main PCB、主印刷回路基板）まで延びることが可能である。パワー値に変換されることが必要である１つのトルク値と複数のパワー値とのいずれかが前記送信機から無線送信される。

前記アクスルの内部に搭載されている複数の歪みゲージにより、パワーを１本のクランク(one crank、片側のクランク・アーム）に関連付けて測定することが可能である。全パワーを推定するために、１個の測定値を２倍にすることが可能である。この種の構成態様においては、同じ乗り手の右脚と左脚とが相対的に対称であると仮定され、前記スピンドル内にある当該パワー測定装置から計算された平均パワー値が２倍にされ、それが表示用プロセッサに送信される（または、その表示用プロセッサにおいて２倍にされる）。これに代えて、前記クランク・アセンブリは、第２のパワー測定装置を、反対側のクランクに関連付けて有することが可能である。図１に示す例においては、乗り手から左側クランク１２Ａに出力されたパワーがクランク・アクスル１４の内部において測定され、一方、同じ乗り手が右側、すなわち、反対側のクランク１２Ｂに出力したパワーが、右側クランク１２Ｂに搭載された複数の歪みゲージ２６より成る１セットであって前述の歪みゲージ・アセンブリ２２とは別の(separate)ものまたは右側クランク１２Ｂに関連付けられた他のいくつかの部品によって測定される。概略的に説明すれば、複数の歪みゲージが右側クランク１２Ｂに搭載され、それら歪みゲージの複数のリード(lead、導線）が、トルク値を表す出力電圧を発生させるホイートストンブリッジ回路に接続される。そのホイートストンブリッジ回路および他のいくつかの処理要素は、アクスル１４内にある印刷回路基板（ＰＣＢ）２８上に設置することが可能である。この種の構成態様においては、ペダルに搭載された歪みゲージから延びる複数のリードがアクスル１４の内部まで延びるとともに、前記ホイートストンブリッジ回路とは別の(separate)ホイートストンブリッジ回路に接続される。これに代えて、後述のように、別の電子部品を複数の歪みゲージと共にクランク(the crank、同じ片側クランク）に搭載することが可能である。

さらに具体的に説明するとともに特に図９−図２０を参照すれば、ここに図示されている例示的な実施態様においては、パワー測定装置３０が、１本のクランク・アーム３２に搭載されている。図示されているクランク・アーム３２は、室内サイクリング(ＩＣ)用の自転車に特に適しているが、そのクランク・アーム３２は、他の形式のエクササイズ用自転車に、その自転車が直立姿勢であるか、横臥姿勢であるか、それらとは別のものであるかを問わず、使用することが可能であり、また、エリプティカル・トレーナ、階段登りトレーニング・マシンなどのような、クランク・アームを用いる他の形式のフィットネス用設備と共に用いることも可能であり、また、クランク・アームを有する任意のデバイスであって、パワー測定またはパワーを構成する複数の成分要素（例えば、トルク、力、ＲＰＭ）の測定が要望されるかその他の点で利益があるものと共に用いることも可能である。

このパワー測定装置３０は、ハウジング３４を有しており、そのハウジング３４は、今回のクランク・アームの内側部分(inside portion)３８であって底部ブラケット(bottom bracket、ボトム・ブラケット）側開口部４０とペダル側開口部４２との間に位置するものに外れないように固定されている。種々のパワー測定用電子部品がそのハウジング３４内に提供される。今回のクランク・アームの内側部分３８にハウジング３４が装着されるが、その内側部分３８は、自転車用のフレーム、駆動スプロケット、その他の部品に隣接するかまたは対向している部分である。可能な種々の他の実施態様においては、ハウジング３４が、今回のクランク・アームのうちの他の部分、例えば、上部、底部または外側部分に外れないように固定することも可能である。しかし、ハウジング３４を今回のクランク・アームの内側部分３８にしっかりと固定することにより、ハウジング３４およびそれに付随するパワー測定部品が、乗り手にも他の障害物にも不注意に接触してしまうことから保護される。例えば、乗り手の足がペダルから滑り落ちてしまうと、そのときにハウジング３４が今回のクランク・アームのうちの他のある部分にしっかりと固定されていると、前記足がハウジング３４に接触してしまう可能性がある。しかし、今回のクランク・アームの内側においては、乗り手の足がハウジング３４に接触しない。

次に、図１２−図１８を参照すると、ハウジング３４は、被搭載部(mounted portion、ハウジング３４のうち、相手部品に搭載される部分)４４と、片持ち状部(cantilever portion、ハウジング３４のうち、片側のみ、相手部品によって支持される部分）４６とを備えている。被搭載部４４は、前記クランク・アーム内の、機械加工された凹部５０に、例えば、一対のボルト４８により、外れないように固定される。別に可能であることは、ハウジング３４を前記クランク(the crank、前記クランク・アーム）に、テープ、接着剤または他のメカニズムを用いて貼り付ける(attach、付着させる、装着する）ことである。後に詳述するように、１または複数の歪みゲージが、前記クランク・アームのうち、機械加工された凹部５０の内部に搭載される。被搭載部４４は、雄部を有し、その雄部は、周方向フランジ５２を、当該雄部の大きさが、機械加工された凹部５０のちょうどフィットする大きさであるように、有する。ガスケット５４を、被搭載部４４のうち、前記クランクに隣接する部分に形成される周方向通路内に提供してもよい。組立時、そのガスケット５４は、水分、例えば、乗り手からの汗、登山道(trail)や道路（road)からの水もしくは泥が、凹部５０内に侵入することもハウジング３４内に侵入することも阻止するために、ハウジング３４の被搭載部４４と前記クランク・アームとの間にサンドイッチされる。

被搭載部４４は、さらに、空洞部５６を有しており、その空洞部５６内に、回路基板５８、リード・スイッチ(reed switch)６０（回路基板５８に接続される）およびポート６２が提供されており、そのポート６２により、回路基板５８上の複数の電気部品がアクセスされるかまたはそれ以外の方法で通信を行うことが可能であり、その目的は、ソフトウエアまたはファームウエアの更新および情報の入手にある。よって、前記歪みゲージおよびその歪みゲージへの電気的な接続部に加えて、前記歪みゲージの出力信号を処理してそのデータを送信する種々の電気部品も、ハウジング３４の空洞部５６内に配置される。具体的な一配置態様においては、一対のボルト４６が被搭載部４４を貫通して、前記クランク内の凹部５０内に形成されたねじ付き開口部６４であって前記一対のボルト４６と嵌り合うものにしっかりと固定される。印刷回路基板５８は、一対の成形済シリンダ（cylinder、円筒部）４６の間を延びるとともにそれらに連結され、それら成形済シリンダ４６を一対のボルト４８が貫通している。それら成形済シリンダ６６は、ハウジング３４の被搭載部４４の一部であって一体的であるものを構成するとともに、被搭載部４４の外側壁６８と前記クランク・アーム内の凹部５０との間を延びている。それら成形済シリンダ４６は、それらが前記クランクに係合するとともに、ハウジング３４が、ボルト４８の締め付け作業中に、裂けないような大きさを有することが可能である。

この書類に説明されているパワー・アセンブリ(power assembly、パワー測定アセンブリ、パワー測定装置）３０は、さらに、前記クランク(the crank、前記クランク・アーム）に手を加えることなく、既存のクランク・アームであって任意の形式を有するものに接着したり、非機械的な方法で締結することが可能である。この種の例においては、パワー・アセンブリ３０のハウジングが片持ち状部を有してもよいし有しなくてもよく、また、凹部に係合するように構成された雄部を有しないことなる。複数の歪みゲージを、前記クランク(the crank、前記クランク・アーム）の側壁(side wall)を物理的に変形させることなく、前記クランクのうちのある壁(a particular crank wall）に直に接着することが可能である。しかし、何らかの表面調製作業(surface preparation)（洗浄など）を、前記複数の歪みゲージを前記クランク壁に接着するのに先立って行うことを必要としてもよい。パワー・アセンブリ３０のハウジングの底面は、前記複数の歪みゲージを被覆する(cover、保護する）とともにそれら歪みゲージに接続された複数のリード(lead)を収容するのに適した開口部(an opening、１つの開口部）を有するであろう。当該パワー・アセンブリが接着されるかもしれないクランク・アームであって存在することが可能であるものの数が膨大であることを考慮すると、前記クランク・アームの表面に係合する前記底面および／または底壁(the lower surface and/or wall、パワー・アセンブリ３０のハウジング３４の底面および／または底壁）は、定められた(given、注目されている)クランク・アームのクランク・アーム壁形状にマッチするような形状を有することが可能である。これに代えて、互いに異なる複数のアダプタを、共通のパワー・アセンブリ・ハウジング(power assembly housing、パワー・アセンブリ３０の、複数のクランク・アームに共通に使用されるハウジング３４）が、互いに異なる複数のクランク・アームに嵌まるように製造することが可能である。この種の構成態様においては、アダプタが、定められた(given)クランク・アームに嵌り合う形状を有する第１側部と、前記共通のパワー・アセンブリ・ハウジング(power assembly housing、パワー・アセンブリ３０のハウジング３４）に嵌まる形状を有する第２側部とを有することが可能である。前記ハウジングは、それに定められた構成態様の如何を問わず、プロセッサ、バッテリおよび無線送信が可能な部品を収容する。したがって、当該システムは、前記クランク・アームを変更することなく（例えば、前記クランクを構造的に完全なものにし得る(could effect the structural integrity)複数本のボルトを受け入れるように前記クランク・アームに雌ねじ切りを行う(tap)ことなく）、広範囲の既存のクランク・アームのうち任意のものに嵌まることが可能であり、また、当該パワー・アセンブリは、前記クランクを有するデバイスに乗っているかおよび／またはその上に乗ってエクササイズしている最中に作用しているパワーの値を表示するために用いられることが可能であるパワー値を無線送信するであろう。この種のシステムを用いれば、ドライブ・トレイン（drive train、駆動力伝達）系の既存部品を購入することも交換することも不要となる。むしろ、乗り手は、自分のドライブ・トレイン系の既存部品のために(for、そのれを残したまま、それに合わせて）、単に、クランク・アームを改修するか、またはクランク・アーム（パワー測定アセンブリが装着されたもの）を購入することが可能である。

図１５、図１６および他の図面に示すように、前記クランク・アームの凹部５０の内部において、１または複数の歪みゲージ７０を提供することが可能である。図示されている実施態様においては、２つの歪みゲージ対が、各ゲージ対(each pair)のうちの一部材が、前記クランク・アームの中心線７２から距離に関して、反対側のゲージ対(opposing pair)と等しい状態で図示されている。それら歪みゲージ７０は、前記クランク・アームの前記内側壁上に設置されている。具体的な一実施態様においては、それら歪みゲージ７０が、前記クランクの平滑で平坦な表面に接着されている。機械加工によるかまたは他の方法で形成された凹部５０が図示されているが、当該パワー測定装置は、既存のクランク・アームに、そのクランク・アームに対する事前の処理をほとんど行わないかまたは全く行うことなく、適用することが可能である。機械加工された凹部５０は、平滑で平坦な底面を有しており、その底面に、複数の歪みゲージ７０が強固に固定される。複数のクランク・アセンブリ間での統一性(consistency、歪みゲージ配列に関する複数のクランク・アセンブリ間での統一性）を促進するために、１つのテンプレートを、それら歪みゲージ７０を前記機械加工された凹部５０内のクランク表面に貼り付けるために用いることが可能である。これに代えて、歪みゲージ７０を、サブストレート上に目標の配列(configuration)を成すように事前に搭載しておき、そのサブストレートを前記クランクに搭載することが可能である。機械加工された凹部５０の複数の側壁は、さらに、前記ハウジング(the housing、パワー・アセンブリ３０のハウジング３４）を位置決めするための便利な方法を提供する。

図示されている実施態様においては、複数の歪みゲージ７０が、前記クランクが底部ブラケット(the bottom bracket、前記クランクの基端部のブラケット、基端ブラケット、ボトム・ブラケット）６５に搭載される位置４０により近い位置であって、トルクがペダル７４から前記クランク・アームに付加される位置からはより遠い位置に配置されている。したがって、複数の歪みゲージ７０は、前記クランク・アームのピボット・ポイント（pivot point、回転中心点）（すなわち、理論的なはりにおける曲げポイント）により近い位置に配置されるため、歪みゲージ出力値分解能(resolution、感度限界）が高く、それにより、ここに説明されるホイートストンブリッジ回路の出力電圧が、トルクが同じである状況で、複数の歪みゲージ７０がペダル・ポイント(the pedal point、ペダル７４に力が入力されるポイント）により近い位置に設置される場合より、高くなる。分解能が高いため、前記出力電圧が、ノイズおよび他の偽電圧出力値より高くなり、よって、前記ホイートストンブリッジ回路が、自身の電圧検出値を精度良く抽出するために、フィルタリング、増幅などを行う必要性が低下する。

図示されているように、複数の歪みゲージ７０は、前記クランク・アームのうちの同じ壁上に設置されることが可能であるとともに、それら歪みゲージ７０は、相対的に同じ向きを有するように配列されている。具体的な一実施態様においては、それら歪みゲージ７０の各々が、他のゲージに対して平行である。換言すれば、各歪みゲージ７０は、伸びまたは縮み(tension or compression、前記クランク・アームの伸びまたは縮み）に各歪みゲージ７０自身が応答して変化する長手軸線を有する。各歪みゲージ７０は、それぞれの長手軸線が互いに平行であるように、配列される。したがって、図１５の例においては、前記クランクに作用する力であって下向き力として図示されているものにより、上側の歪みゲージ（７０Ａおよび７０Ｂ）が伸び状態に置かれる一方、下側の歪みゲージ（７０Ｃおよび７０Ｄ）が縮み状態に置かれることになる。このような配列の幾何学的特性により、前記複数のクランクに作用するパワーであって前記底部ブラケットを中心にした回転を発生させるものの測定に重要ではない複数の力が除去される（filter out、フィルタによって除去される）。例えば、乗り手が下向き力と非下向き力との双方をペダル７４に加えるなどしたために、万一、横力(traverse force）（例えば、前述の２対の歪みゲージ７０によって定義される１枚の平面に対して直角な方向）がペダル７４に作用すると、前記横力が原因となり(from、から）、すべての歪みゲージ７０が同じ方向に縮むかまたは伸び、前記ホイートストンブリッジ回路の電圧出力値が０となる。同様に、ペダル７４に作用する非接線力(non-tangential force、前記ペダル・ポイントの回転軌跡の、そのポイントにおける接線と交差する直線に沿って作用する力）が、自動的に、接線力(tangential force、前記接線に沿って作用する力）の測定値に正規化される。

さらに、複数の歪みゲージ７０は、クランク・アーム３２のうちの同じ壁または同じ表面上に配置されている。この書類に記載されている具体的ないくつかの実施態様においては、複数の歪みゲージ７０がそれぞれクランク・アーム３２の内側壁上に配置されている。その内側壁は、他方のクランクに対向する壁であるか、または、前記クランクがエクササイズ用自転車に組み付けられる場合には、そのエクササイズ用自転車のフレームである。当該アセンブリは、その構成に応じ、他のいくつかの壁上に配置することが可能である。しかし、前記内側壁であれば、他の部品との不注意な接触をある程度防止することが可能である。この内側壁（または、この内側壁に対向する(opposite、それとは反対側にある）外側壁）は、自転車のペダルを漕いでいる際に、上側壁および下側壁（それら壁またはそれらの表面は、内側壁と外側壁とを互いに接続する）の撓みより少ない撓みを経験する。複数の歪みゲージ７０をそれら上側壁および／または下側壁上に設置すると、同じ力の割りに、歪みゲージ用ブリッジ回路からの出力が増加し、それにより、潜在的に高い分解能で大きな歪みゲージ用ブリッジ回路の出力値が実現される。それにもかかわらず、潜在的には、他の部品との不注意な接触のリスクが高く、このことは、室内用自転車であるか屋外用自転車であるかを問わない。

各歪みゲージ７０は、複数のリード(lead、導線など)７６を有しており、それらリード７６は、ホイートストンブリッジ回路構成を成すように接続されている。例えば、図１９に示すように、複数の歪みゲージ７０は、図示されている回路構成を成すように接続されている。ハーフ・ブリッジ構成のような、個数の如何を問わず歪みゲージを用いる他のいくつかの回路構成が存在し得る。図２１を参照するに、複数の歪みゲージ７０、プロセッサおよび送信機を、クランク・アクスル内に、または、クランク・ハウジング内に設置することが可能である。入力電圧が前記ブリッジ回路に印加され、そのブリッジ回路の出力電圧は、前記クランク・アームに作用する曲げ力であって接線方向に作用するもの（トルク）に比例する。その出力電圧は、例えば差動アンプおよびフィルタであって出力電圧をプロセッサに供給するもののような、条件設定(conditioning、コンディショニング、調整、波形整形など）および増幅を行うある形式の回路に印加することが可能である。さらに可能であることは、前記信号を変換して条件設定(conditioning、コンディショニング、調整、波形整形など）を行うためにアナログ・デジタル変換器を用いることである。

図示されている歪みゲージ構成(configuration、配列態様など）により、ホイートストンブリッジ回路の出力電圧が、加えられたトルクに比例するとともに、クランク・アームの回転方向およびクランク位置(the crank position、クランクの回転位置）をも示している。図２０Ａおよび図２０Ｂに示すように、概略的に説明すれば、第２のホイートストンブリッジ回路の出力値が正弦波状を成しており、その出力値は、クランク・アームがほぼ水平位置にあり、そのクランク・アームに下向き力が作用する状態（図２０Ｂでは、クランク位置Ａ）で、最高の出力電圧となる。クランク・アームが下向き垂直位置（クランク位置Ｂ）まで移動すると、前記電圧が典型的には約０となり、また、クランク・アームが上向きに移動して水平位置（クランク位置Ｃ）に到達すると、前記電圧がわずかに負の値となる。典型的には、反対側のクランク・アームの下向き力により、測定対象であるクランク・アームが乗り手の脚の重さのうちの一部に抗して押し上げられ（典型的には、乗り手は、それらクランク・アームを引き上げることはせず、よって、反対側の脚は、それの一部の力を、反対側のクランク・アーム（the opposing crank arm、測定対象であるクランク・アーム）を反対側の脚(the opposing leg、測定対象であるクランク・アームのペダルに乗せられている脚）に抗して上向きに押し上げるために用いる）、また、クランク・アームが上向き垂直位置（クランク位置Ｄ）まで移動すると、前記出力電圧が、負の値から正の値に変化し、そして、クランク・アームが水平位置（クランク位置Ａ）まで回転させられると、前記出力電圧がそれのピーク出力値に再度到達する。第１の歪みゲージ・セット(set of strain gauge、歪みゲージ・アセンブリ２２）および第１のホイートストンブリッジ回路（クランク・アクスルに関連付けられる）は、同様な正弦波を生成し、ただし、その正弦波は、図２０Ａおよび図２０Ｂに示す正弦波とは位相が約１８０度ずれており、なぜなら、それらクランク・アームは、位相が１８０度互いにずれているからである。

前述のように、可能であることは、パワー測定が、２本のクランク・アームの一方のみにおいて行われ、２本のクランク・アームの一方のみに関連付けられるということである。この種の構成態様においては、定められた(given)乗り手の右脚と左脚とが相対的に対称であると仮定され、当該パワー測定装置から計算される平均パワー値であって一方のクランクに関連するものが２倍され、それが表示用プロセッサに送信される。図２１に示すように、当該パワー測定装置とは別のデバイス(a separate device)が、無線受信機と、前記プロセッサに追加される別のプロセッサ(an additional processor)と、表示器とを有することが可能である。一例においては、パワー値を２倍することが、当該パワー測定装置（該当するクランクのハウジング内に存在するか、該当するクランクに位置する）において、適切なプロセッサによるかまたはその他の方法で行われ、当該パワー測定装置によって無線送信されるパワー値が、２倍にされること(the doubling、２倍された値）を含んでいる。この種の構成態様においては、当該パワー測定装置が、適切な表示装置と共に作動することが可能であり、または、複数のサードパーティ(third party、当該パワー測定装置を製造販売する当事者企業ではない他社業者)・デバイスと共に作動することが可能であり、そのサードパーティ・デバイスは、左右の脚を説明する(account for、左右の脚に見合う）値が入力されることを想定しており、そのサードパーティ・デバイスは、値を２倍する機能を本質的に有しない。いくつかの例においては、当該パワー測定装置は、片側の脚（片側のクランク）のパワー値を無線送信し、その値を２倍することが、表示用プロセッサまたは関連する表示用電子部品において行われることが可能である。これに代えて、当該パワー測定装置は、それとは別の複数のパワー測定装置がそれぞれ、互いに対向する複数本のクランク・アームに搭載され、それにより、互いに異なる複数のクランク・アーム別パワー測定値を出力する場合に、受信した複数のパワー値を合計するように構成することが可能である。

それにもかかわらず、表示されるパワー計算値／測定値は、定められた(given)乗り手によって出力される全パワーを示している。片側の脚のみのパワーを測定することは、理論的には、脚ごとに別々のデバイスを用いて測定するほど正確ではないが、それにもかかわらず、いくつかの利点を有する。第１に、当該パワー測定装置を改修するとともに保守することの複雑さおよびコストが、２つのデバイスを有する同様な実施態様に比べれば、非常に低い。したがって、例えば、スピンドルを利用したパワー測定に関し、既存のクランク・セット(crank set、クランク、アクスルすなわちスピンドル、クランクとアクスルとの双方）を、単に、パワー測定部が装備されたスピンドルを用いて改修することが可能である。第２に、トレーニング設備(training equipment、自転車など）に装着される場合、特に、あるジム環境においては、この書類に説明されているパワー測定装置が、複数台のマシン（machine、自転車など）の間でパワー測定値が統一されるように較正される(calibrated、キャリブレーションされる）ことが可能であり、そのジム環境においては、同じ乗り手が、あるジムまで繰返し移動する際に(during successive trips to the gym、同じジムに毎日移動する際に)同じ設備(equipment、自転車など）を使用しない可能性がある。この種の統一によれば、ライディング(riding、自転車に乗ってそれのペダルを踏んで回転させる動作）が複数台のマシン（machine、自転車など）間で(across machines、異なる複数台のマシンを使って）行われるか否かを問わず、同じ乗り手は、全体的かつ相対的なライディング特性の変化(overall relative riding differences、複数回のライディング時に測定された複数のパワー値を全体にわたって観察した場合におけるパワー測定値の前回値と今回値との差として表される乗り手のパワー値の変化）を測定することが可能である。もちろん、可能であることは、同じマシンのうちのスピンドルとクランク・アームとにパワー測定装置を装着し、複数のパワー測定値の合計値のみならず、それぞれのクランク・アームごとのパワー測定値をも出力するということである。この種の実施態様においては、乗り手に、脚ごとのデータが、全パワー出力を表す全パワー出力値に加えて提供されることになる。

リード(reed)・スイッチ６０が、当該パワー測定装置内に収容され、磁石（図示しない）が、クランクが装着される装置の種類の如何を問わず、その装置のフレームに、リード・スイッチ６０が前記磁石を通過すると閉じるように設置される。よって、リード・スイッチ６０の２つのパルス間の時間が、１本のクランクの完全な１回転を示す。マイクロプロセッサ・クロック(microprocessor clock、内部クロック）を使用することにより、それらパルスが、１分当たりの回転数の測定値に変換され得る。

「パワー」は、乗り手の体力を表す最も一般的な測定値である。図２２を参照するに、一実施態様においては、瞬間トルク値が前記複数の歪みゲージによって測定され、このとき、それら歪みゲージの出力電圧は、表示のために、パワー値に変換される。第１に、それら歪みゲージの電圧出力は、プロセッサに出力される（工程１４００）。クランク・アーム(the crank arms、前記複数のクランク・アーム）に関し、第２の回路の出力値がトルク測定値であり、そのトルク測定値は、ひいては、毎秒ラジアン角度値(a radians/sec value、角速度値）を取得することにより、パワー値に変換される。同様にして、第１の回路の出力値（アクスル内の複数の歪みゲージに関する）は、１本のクランクによってスピンドル上に生成されるねじりの測定値である。パワーは、いずれかの値(either value、トルク値とねじり力とのいずれか）について同様にして計算することが可能である。２本のクランク・アームから発生するトルク値に基づく一例を特に参照すると、この書類において述べられるように、前記電圧出力が、まず、アナログ・デジタル変換器により、デジタル値に変換されることが可能である。具体的な一実施態様においては、次のように、パワー（ワット）が、毎秒ラジアン角度値(radians/sec value、角速度値）にトルク値が乗算されることによって計算される。
（１） パワー (ワット)＝毎秒ラジアン角度値×トルク

前記リード・スイッチおよび／または加速度計(accelerometer)により、２本のクランク・アームのそれぞれの回転数を表すデータが提供される。プロセッサ・クロックまたはその他の方法と組み合わせて、プロセッサは、１秒当たりのラジアン角度という単位で、１分当たりの回転数を取得する（工程１４１０）。リード・スイッチにより、１個のパルスが、１本のクランク・アームの１回転ごとに検出され、そのパルスは、前記プロセッサ・クロックとの比較により、１分当たりの回転数に変換される。その後、そのＲＰＭ値を毎秒ラジアン角度値に変換するために、具体的な一例においては、次のように、０．１０４７という乗算値が用いられる。
（２） ＰＲＭ×０．１０４７＝毎秒ラジアン角度値

前記歪みゲージ測定値は、前記回転数測定値と組み合されて、上述の手法により、瞬間パワー値に変換され、その値は、次のように、１本のクランク・アームのうち、前記２個の開口部間の長さを掛け算される（工程１４２０）。
（３） トルク（Ｎｍ）＝力（Ｎ）×長さ（ｍ）

したがって、前記毎秒ラジアン角度値がトルク測定値に乗算されることにより、パワー値が計算される。一例においては、パワー値が、３２Ｈｚという周期で、サンプリングされ、変換され、そして、ダイナストリーム イノベーションズ社によって開発されたＡＮＴ＋プロトコルを用いて、前記表示器に無線送信される（工程１４３０）。前記送信機が、前記ハウジング内に存在する個別の部品として図示されているが、可能であることは、他の電気部品と共に、アクスルまたはクランク用ハウジング内のプロセッサ内に提供されるということである。さらに、そのプロセッサは、ＡＳＩＣとして実装したり、プロセッサに接続されたメモリ内の複数の指令であってコンピュータによって実行可能なものとして実装したり、カスタムＩＣなどとして実装することが可能である。さらに、他のプロトコルおよび他の無線送信メカニズムを採用することが可能である。例えば、前記送信機は、ブルートゥース(登録商標）・メッセージを送信したり、この種の構成態様において、複数のメッセージを、アクスルまたはクランクを有するプロセッサに送信することが可能であり、なぜなら、ブルートゥースは、双方向性を有するからである。

可能な一実施態様においては、平均パワー値が、すべてのサンプル値の平均値ではなく、ある数のサンプル値について、表示されることが可能である（工程１４４０）。この方法によれば、例えば、急加速に伴うパワーの大きな変化はキャプチャされるが、複数のパワー測定値間の大きき変動は、平均化により、除去されることが可能である。一例においては、直近の６４個の測定値についての移動平均値(rolling average)が表示される。したがって、平均パワー値を表示するために、それら直近の６４個の測定値が合計され、その合計値が６４で割り算される。注目すべきことは、当該パワー測定装置は、複数の瞬間パワー測定値を３２Ｈｚで送信し、それら測定値は、２倍される（反対側のクランクについては、パワー測定装置を用いることなく、片側のクランクについての測定値でカバーするため）ということである。送信周波数と平均化とをこのように組み合わせて用いることは不可欠ではないが、明らかであることは、急加速に伴う瞬間的な変化に反応するということを、平均化される値の数が過少であっても過大にチラチラしない(not overly jittery)表示器を提供しつつ、実現するということである。さらに可能であることは、複数のトルク値（または複数の電圧値）およびＲＰＭ測定値を送信し、その後、表示器コンソール内においてパワー値を計算するということである。

ハウジング１４を示す複数の図面（例えば、図９、図１０および図１２）を再び参照すると、被搭載部４４の近傍に、このハウジング１４の片持ち状部４６が存在する。その片持ち状部４６は、被搭載部４４から、クランク・アーム本体部に沿って、ペダル側開口部４２まで延びている。この片持ち状部４６は、電力をハウジング１４の被搭載部４４内の複数の電気部品に供給するために、複数のバッテリ７８と複数の接点８０とを収容する。この片持ち状部４６は、クランク・アームの内側部の近傍ではあるがそれに接触しない位置に、実質的に平坦な底部を有する。クランク・アームが、使用中、わずかではあるが、曲がるため、ハウジング１４の一部を片持ち状にすることにより、いくつかの利点を実現する。第１に、クランク・アームに接触しないことにより、クランク・アームが片持ち状部４６に対して相対的に動いてそれを擦ることによってキーキー音が発生することがなくなる。第２に、その片持ち状部４６がクランク・アームにボルト止めされない。この片持ち状部４６がボルト止めされていると、被搭載部４４上の前記複数本のボルト(the bolts、ボルト４８）の、片持ち状部４６のボルトに対する相対的な距離が曲がること(bending distance、被搭載部４４上のボルト４８と片持ち状部４６のボルトとの間の距離すなわち長さ部分がクランク・アームの曲りに伴って曲がること)により、潜在的に、ハウジング１４が裂ける原因、前記複数本のボルトが緩む原因、または、いくつかの内部部品が損傷する原因となり得る。

片持ち状部４６は、基部８２を有し、その基部８２は、被搭載部４４から延びるとともに、被搭載部４４と一体的である。その基部８２は、互いに対向する側壁８４と、前壁８６であって、被搭載部４４の中央壁８８より遠位寄りに位置するものとを有する。複数のバッテリ用の接点８０は、前壁８６と中央壁８８とに配置されており、複数のバッテリ７８は、それら前壁８６と中央壁８８との間に配置される。複数本のワイヤが複数の接点８０に接続されるとともに、電力を、前記基板に接続された種々の部品に供給するために、その基板に到達するように経路が設定されている。カバー９０が、基部８２にちょうどフィットし、さらに、短いスクリュー９２であって前壁８８内のねじ付き開口部に係合するものによって抜けないように固定される。図示されているこの実施態様は、２本のＡＡバッテリを有しており、それらは、簡単な交換と長い寿命を必要とするクラブ環境に非常に適している。より小型の腕時計型（硬貨型）のバッテリ(watch style (coin) batteries、ボタン電池）や他の形式の電源を用いることも可能である。

別の実施態様においては、２軸または３軸を有するかもしれない加速度計を、単独で、またはリード・スイッチ７０と組み合わせて使用することが可能である。加速度計は、クランク位置とｒｐｍ測定値との双方を出力するために用いることが可能である。すなわち、例えば、２軸の加速度計、または３軸の加速度計であってそれら３軸のうち２軸が用いられるものにおいては、一方の軸がクランク・アームに一致するように位置合わせされる一方、他方の軸がクランク・アームに対して９０度成すように配向される。したがって、一方の軸は、クランクによって経験される重力(g-force)に相当する力を出力し、他方の軸は、最初の軸についての値(the first)に対して位相が９０度ずれている値を出力する。クランクに関連付けられている軸がいずれかであるかということと、その軸が左側クランクと右側クランクとのいずれに装着されているかを知っていることにより、前記加速度計は、複数のファクタのうち、特に、クランク位置に応じた値を出力する。さらに、他方の軸の出力値を比較することにより、それらクランクが前進方向にペダリングされているか後退方向にペダリングされているかを決定することが可能である。

さらに別の実施態様においては、サーミスタが、プロセッサと相互に作動することが可能な状態でプロセッサに関連付けられる。複数の歪みゲージ、クランクを構成する材料および他の部品は、温度の影響を受ける。したがって、ライド(ride、自転車に乗ってペダルを踏んで回転させる動作）が早朝開始され、そのライドが外気温が上昇する間に継続される期間中であるなど、パワー・アセンブリがかなりの温度変化に曝される場合には、当該パワー測定装置によって出力されるパワー出力値が、温度によって変動する。そのような状況においては、当該パワー測定装置が、乗り手が同じパワーでクランクを回している場合であっても、温度の影響で、異なるパワー値を出力するかもしれない。したがって、早朝、１５０ワットでクランクを回している乗り手であると、１５０ワットというパワー測定値を取得し、同じ乗り手であって、外気温度が上昇した後に１５０ワットでクランクを回しているものが、１００ワットというパワー測定値しか取得しないかもしれない。今回のサーミスタは、温度補償をそのようなパワー値に提供し、それにより、温度がパワー計算値に与える影響を軽減ないしは解消するために、用いることが可能である。

具体的な一実施態様においては、前記ホイートストンブリッジ回路が、それの電圧出力をアナログ・デジタル変換器に供給し、それにより、その電圧がデジタル値に変換される。前記サーミスタは、さらに、それの電圧を前記アナログ・デジタル変換器に供給し、それにより、その電圧がデジタル値に変換される。それら値は、その後、前記プロセッサに入力される。したがって、そのプロセッサは、パワー値を表すデジタル値と、温度値を表すデジタル値とを受け付ける。

前記プロセッサは、メモリおよび／または基板上メモリに接続されるが、このプロセッサは、パワー特性カーブを有し、さらに、温度特性カーブを有するかもしれない（サーミスタを有する前述のいくつかの実施態様において）。各カーブは、前記アナログ・デジタル変換器の出力値を、２つの既知の値（例えば、ペダル上の既知の２つの力値、または、既知の２つの温度値）のもとで測定することによって定義することが可能である。それらカーブは、典型的には、いずれも直線カーブであるため、各カーブの勾配を決定するのに２つの値で充分である。パワー特性カーブについては、アナログ・デジタル変換値がパワー特性カーブと比較され、それにより、クランクに加えられているパワー値が検出される。温度補償を行うため、前記サーミスタの前記アナログ・デジタル変換値が、前記パワー値に付加される温度オフセット値（すなわち、補償量）を前記温度特性カーブから選択するために用いられる。

本発明の種々の代表的な実施態様をある程度具体的に説明したが、当業者であれば、その開示されているいくつかの実施態様に対して多数の変更をこの明細書に記載されている発明的な主題の主旨からも範囲からも逸脱することなく施すことが可能である。方向についてのすべての言及（例えば、上側、下側、上方向、下方向、左側、右側、左方向、右方向、上端、下端、上方に、下方に、垂直、水平、時計方向および反時計方向）は、読者が本発明のいくつかの実施態様を理解することを助けるために、区別という目的においてのみ使用され、本発明を、特に、位置、向きまたは使用法に関して本発明を限定することはない。接続に関する言及（例えば、装着、連結、接続その他同様なもの）は、広く解釈すべきであり、特記されない限り、集まった複数の要素間に介在する中間部材、および複数の要素間の相対運動を含むことが可能である。したがって、接続に関する言及は、２つの要素が直接的に接続されるとともに互いに一体的であることを必ずしも想起しない。

いくつかの例においては、複数の部品が、「端部」への言及が、具体的な特性を有するかおよび／または別の部品に接続される状態で、説明される。しかし、当業者であれば、本発明が、他の部品との接続点を超えてすぐに終端となる部品に限定されないことが認識される。よって、「端部」という用語は、それに隣接するエリア、それの後方のエリア、それの前方のエリア、または、それ以外のものであって、具体的な要素、リンク、部品、部材その他同様のものの終端の近傍に位置するものを含む方法で、広く解釈すべきである。この書類に直接的にまたは間接的に記載されている方法論においては、種々の工程および種々の動作が、一つの可能な実行順序で記載されているが、当業者であれば、それら工程および動作を、本発明の主旨および範囲を必ずしも逸脱することなく、並び替え、交換しまたは、省略することが可能であることが認識される。意図されていることは、上述の詳細な説明の欄に包含されるすべての事項、または、添付されている図面に示されているすべての事項は、本発明の例示であって本発明を限定するものではないと解釈すべきである。細部または構造におけるいくつかの変更を、後続する特許請求の範囲の欄において定義されている発明の範囲から逸脱することなく、行うことが可能である。

Claims (25)

1. パワー測定アセンブリであって、
   クランク・アクスルと、
   そのクランク・アクスルの内側部分に搭載された第１の歪みゲージと、
   その歪みゲージに接続された第１の回路であって、前記クランク・アクスルに作用する力に比例する第１の出力信号を提供するように構成されるものと
   を含むパワー測定アセンブリ。
2. さらに、前記クランク・アクスルに連結された第１のクランク・アームを含み、前記第１の出力信号は、その第１のクランク・アームに作用する力に比例する請求項１に記載のパワー測定アセンブリ。
3. 前記第１の歪みゲージは、少なくとも２つの歪みゲージを有する請求項１に記載のパワー測定アセンブリ。
4. 前記少なくとも２つの歪みゲージは、４つの歪みゲージを有し、前記第１の回路は、ホイートストンブリッジ回路を有する請求項３に記載のパワー測定アセンブリ。
5. 前記アクスルは、中空内側部分を有しており、
   前記第１の回路は、前記中空内側部分内に搭載されており、
   当該パワー測定アセンブリは、さらに、前記第１の出力信号を前記第１の回路から受信して第１の力値を計算するように構成されるプロセッサ第１を含む請求項１に記載のパワー測定アセンブリ。
6. さらに、前記第１のプロセッサと通信可能な無線送信機を含み、その無線送信機は、前記中空内側部分内に搭載されており、その無線送信機は、前記第１の力値を表す情報を送信するように構成される請求項５に記載のパワー測定アセンブリ。
7. 前記クランク・アクスルは、第１のクランク・アームに連結されるように構成されており、前記第１の出力信号は、前記クランク・アームのときに前記第１のクランク・アームに作用する力に比例し、
   当該パワー測定アセンブリは、さらに、前記クランク・アクスルに連結された第２のクランク・アームを含み、その第２のクランク・アームは、第２の回路に接続された少なくとも２つの歪みゲージを有し、前記第２の回路は、前記第２のクランクに作用する第２の力に比例する第２の出力信号を提供するように構成される請求項１に記載のパワー測定アセンブリ。
8. 前記アクスルは、中空内側部分を有しており、
   前記第１の回路および前記第２の回路は、前記中空内側部分内に搭載されており、
   第１のプロセッサは、前記第１の出力信号を前記第１の回路から受信するとともに前記第２の出力信号を前記第２の回路から受信するように構成されており、
   前記第１のプロセッサは、前記第１のクランクに作用する第１の力を表す第１の力値を計算するとともに、前記第２のクランクに作用する第２の力を表す第２の力値を計算するように構成される請求項７に記載のパワー測定アセンブリ。
9. さらに、前記第１のプロセッサと通信可能な無線送信機を含み、その無線送信機は、前記中空内側部分内に搭載されており、その無線送信機は、前記第１の力値および前記第２の力値を表す情報を送信するように構成される請求項８に記載のパワー測定アセンブリ。
10. さらに、第２のプロセッサと相互に作動するようにその第２のプロセッサに接続された無線受信機を含み、前記第２のプロセッサは、少なくとも前記第１のクランク・アームの回転数を表す値を受信し、そのクランク・アームの回転数および前記第１の力値に基づき、パワー値を計算するように構成される請求項６に記載のパワー測定アセンブリ。
11. さらに、前記第２のクランク・アームに搭載されたハウジングであって、第２の回路を収容するものを含み、
    その第２の回路は、前記少なくとも２つの歪みゲージに接続されるとともに、第３のプロセッサに、前記第２のクランク・アームに作用する第２の力に比例する出力信号を提供するように構成されており、
    前記第２のプロセッサは、第２の力値を計算するように構成されており、
    前記ハウジングは、さらに、第２の無線受信機を収容し、その第２の無線受信機は、前記第２の力値を受信し、その第２の力値を表す情報を送信するように構成される請求項７に記載のパワー測定アセンブリ。
12. 前記第２のクランク・アームは、長手軸線を有し、その軸線の第１の側に、第１の歪みゲージが配置され、前記軸線の第２の側に、前記第１の歪みゲージから等距離離れるように、第２の歪みゲージが配置され、
    前記少なくとも第１および第２の歪みゲージは、互いに実質的に平行であるとともに、前記第２のクランク・アームの壁であって前記第１および第２の歪みゲージに共通である共通壁の上に配置される請求項７に記載のパワー測定アセンブリ。
13. 前記長手軸線は、１本の中心線であり、前記共通壁は、前記クランク・アームの内側壁である請求項１２に記載のパワー測定アセンブリ。
14. さらに含み、前記第２のクランク・アームは、ペダル側開口部および底部ブラケット側開口部を有しており、
    前記長手状の中心線は、前記ペダル側開口部と前記底部ブラケット側開口部との間を延びており、
    前記少なくとも２つの歪みゲージは、４つの歪みゲージを、前記第１の歪みゲージに隣接し、かつ、前記中心線に関して同じ側に配置された第３の歪みゲージと、前記第２の歪みゲージに隣接し、かつ、前記中心線に関して同じ側に配置された第４の歪みゲージとを有する状態で有しており、
    前記回路は、第２のホイートストンブリッジ回路であり、その第２のホイートストンブリッジ回路は、前記第１の歪みゲージと、前記第２の歪みゲージと、前記第３の歪みゲージと、前記第４の歪みゲージとを収容している請求項１３に記載のパワー測定アセンブリ。
15. さらに、リード(reed)・スイッチと、加速度計と、光学センサとのうちの少なくとも一つであって、前記パワー値を検出するために前記第２のプロセッサによって用いられるクランク回転数を表す値を生成するために前記第２のプロセッサに接続されるものを含む請求項１０に記載のパワー測定アセンブリ。
16. さらに、温度を表す値を提供するエレメントを含み、その値は、温度補償パワー値を提供するために用いられる請求項１０に記載のパワー測定アセンブリ。
17. さらに、表示用プロセッサと、それに関連する表示器とを含み、
    それら表示用プロセッサおよび表示器は、前記パワー値を前記第２のプロセッサから受信するように構成されており、
    前記パワー値は、前記表示用プロセッサによって平均化される瞬間値である請求項１０に記載のパワー測定アセンブリ。
18. さらに、サーミスタを、前記第２のプロセッサと通信可能な状態で含み、
    その第２のプロセッサは、さらに、温度による影響を補償するように前記パワー値を調整するように構成されており、
    前記表示器は、前記パワー値を、温度補償が行われ、かつ、２倍の大きさを有する状態で表示する請求項１７に記載のパワー測定アセンブリ。
19. パワー測定装置であって、
    少なくとも１つの歪みゲージを支持する中空内側部分を有するクランク・アクスルを含み、
    前記中空内側部分は、さらに、前記歪みゲージに接続されるとともに、前記クランク・アクスルに作用する力に比例した第１の出力信号を提供するように構成される第１の回路を有し、
    その第１の回路は、プロセッサに接続されており、
    そのプロセッサは、前記第１の出力信号を前記第１の回路から受信して第１の力値を計算するように構成されており、
    前記内側部分は、さらに、無線送信機を、前記プロセッサと通信可能な状態で有しており、
    前記無線送信機は、前記第１の力値を表す情報を送信するように構成されるパワー測定装置。
20. 前記少なくとも１つの歪みゲージは、４つの歪みゲージを有し、
    前記回路は、ホイートストンブリッジ回路を有する請求項１９に記載のパワー測定装置。
21. 前記中空内側部分は、内側壁を有し、
    前記４つの歪みゲージは、前記内側壁に貼り付けられる請求項２０に記載のパワー測定装置。
22. 前記アクスルの前記中空内側部分は、長手軸線を有し、
    前記４つの歪みゲージのうちの第１の歪みゲージおよび第２の歪みゲージは、前記長手軸線に対して約４５度を有するように搭載されており、
    前記４つの歪みゲージのうちの第３の歪みゲージおよび第４の歪みゲージは、前記第１の歪みゲージおよび前記第２の歪みゲージから約９０度ずれている請求項２１に記載のパワー測定装置。
23. 前記クランク・アクスルは、第１のクランクおよび第２のクランクと連結可能である請求項１９に記載のパワー測定装置。
24. 前記プロセッサは、パワー値を計算する請求項１９に記載のパワー測定装置。
25. 前記送信機は、パワー値への変換のためにフェイス値を送信する請求項１９に記載のパワー測定装置。

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