TWI527608B - 腳踏車訓練機 - Google Patents

Description

腳踏車訓練機 【相關申請案之交互參照】

本申請案根據35 U.S.C.§ 119主張2012年8月27日申請之標題為「腳踏車訓練機」的美國臨時專利申請案61/693,685以及2012年11月19日申請之標題為「腳踏車訓練機」的美國臨時專利申請案61/728,155的優先權，並特此以全文引用方式將該等兩個申請案併入本申請案中。

本發明之態樣涉及提供各種特徵之腳踏車訓練機，該等特徵包含可攜性、可調平性、高度調節、功率量測及可控性(諸如經由智慧裝置或平板電腦)，以及其他特徵及優勢。

繁忙的日程、惡劣的天氣、集中訓練及其他因素使得從初學者到專業人士之腳踏車騎士在室內訓練。存在眾多室內訓練選擇，包含運動腳踏車及訓練機。運動腳踏車看上去類似於腳踏車但是沒有車輪，且包含車座、把手、踏板、曲柄臂、驅動鏈輪及鏈條。相反，室內訓練機係一種機構，其允許騎士將其實際腳踏車安裝至訓練機，不論該實際腳踏車是否帶有後輪，皆可於安裝後在室內騎腳踏車。訓練機提供阻力並支撐腳踏車，但在其他方面係比完整的運動腳踏車更為簡單的機構。此類訓練機有助於讓使用者使用自己的腳踏車訓練，且比完整的運動腳踏車小得多，且 通常較完整的運動腳踏車更為便宜。

儘管非常有用，但習知訓練機仍有許多弊端。例如，常常難以左右調平習知訓練機。此外，騎略微傾斜之腳踏車並不舒服且可對腳踏車造成意外損壞。在另一實例中，許多騎士偏好其腳踏車為前後水平的，以使得騎士感覺就像正在平坦的表面上訓練，而不是傾斜或下傾的表面上訓練。然而，大多數習知訓練機無法在垂直方向上調節，因此騎士在訓練機下方置放木板、書本等等來抬高整個訓練機，或在前輪下方置放木板、書本等等來抬高腳踏車之前端。類似地，許多訓練機係針對具有特定車輪大小(諸如習知的26吋車輪、相對較新但愈來愈受歡的29吋登山腳踏車車輪，以及更近期的700c車輪大小)的腳踏車來設計的。然而，習知訓練機意欲用於僅一種大小的腳踏車輪胎，且因此騎士將需要有單獨的訓練機，或若例如使用者希望將26吋的訓練機用於29吋的登山腳踏車，則騎士將需要使用木板等等來抬高整個訓練機。

儘管基於其相對較小的簡單事實，許多訓練機為可攜式的。 但是此類訓練機很重，可能難以裝載至汽車行李箱中，且可能在不使用時仍佔用大量空間。然而，由於一些人可能希望在不使用時收納其訓練機，且一些人可能將其訓練機帶去比賽等等以便在比賽前進行熱身並在比賽後收操，因此可攜性很重要。最後，使用功率計之健身訓練愈來愈受歡迎，尤其係針對騎腳踏車的人而言。功率計量測並顯示騎士用於踩踏的功率輸出(通常以瓦特為單位來顯示)。許多不同種類之功率計已經調適來在腳踏車、運動腳踏車及其他健身設備上使用。然而，許多此等設計過於複雜、易於出錯及/或易於故障，且往往亦較為昂貴。

由於上述的此等想法，本文所揭示之各種態樣的訓練機因此被思及。

本揭露內容之態樣涉及一種腳踏車訓練機，該腳踏車訓練機提供優於習知設計之若干優勢。訓練機包含可在垂直方向上調節的後輪軸及卡盒(腳踏車後齒輪)，使用者在該後輪軸及卡盒處將其腳踏車安裝至訓練機。一般而言，使用者自位於腳踏車之後部的勾爪(未圖示)移除其後輪，且隨後將訓練機之後輪軸及卡盒連接至勾爪，連接方式與後輪被耦接至腳踏車的方式相同。另外，訓練機經建構而具有可逆墊圈，該可逆墊圈允許安裝具有不同寬度之後輪及附帶的框架或輪轂間距的腳踏車，諸如登山腳踏車及公路腳踏車。

卡盒耦接至滑輪，該滑輪驅動連接至飛輪或其他阻力機構的皮帶，以使得當使用者在運動時，其踩踏運動驅動該飛輪。飛輪包含可控制之電磁煞車。另外，在支架處量測由騎士踩踏安裝在訓練機上之腳踏車而施予在飛輪上的轉矩，該支架將飛輪之一部分與框架之固定部分互連。 基於功率量測值、RPM、心率及其他因素，可控制磁性煞車。訓練機之控制以及眾多可能特徵(功率、RPM、地形、視訊、使用者概況、心率等等)之顯示可經由專門裝置或經由智慧型手機、平板電腦等等來提供，該智慧型手機、平板電腦等等運行經建構而與訓練機通訊的應用程式。

在腳踏車訓練機之一實施方式中，該訓練機包含支撐輪軸之框架總成，腳踏車之後輪可連接至該輪軸。訓練機進一步包含飛輪總成，該飛輪總成包括磁性煞車總成及飛輪構件，其中該飛輪總成係旋轉地被支 撐於該框架總成上。磁性煞車總成係由耦接在該煞車總成與該框架總成之間的構件來旋轉地固定。飛輪構件與輪軸耦接，以使得當騎士在踩踏與輪軸連接的腳踏車時，飛輪相對於磁性煞車總成旋轉。訓練機亦包含安裝在該構件上之應變規，該應變規偵測當騎士在踩踏時施予在該構件上的轉矩。

本文亦描述並列舉其他實行方案。另外，儘管揭示了多個實行方案，但是根據以下詳細描述，本案揭示之技術的其他實行方案對於所屬領域中具有通常知識者將變得顯而易見，該詳細描述顯示並描述本案揭示之技術的例示性實行方案。將了解的是，本案揭示之技術能夠在各方面進行修改，其均不偏離本案揭示之技術的精神及範疇。因此，圖式及詳細描述應被視為本質上具有例示性且不具有限制性。

10‧‧‧訓練機

12‧‧‧中心支腳

14‧‧‧樞軸安裝支架

16‧‧‧第一滑輪

18‧‧‧第一支腳

20‧‧‧第二支腳

22‧‧‧第一襯墊

23‧‧‧狹長襯墊

24‧‧‧第二襯墊

26‧‧‧調節軸環

28‧‧‧主框架構件

30‧‧‧氣泡水平儀

32‧‧‧缺口

34‧‧‧保持總成

36‧‧‧第一樞軸銷/銷

38‧‧‧使用者可嚙合頭部

39‧‧‧保持總成

40‧‧‧軸環

42‧‧‧彈簧

44‧‧‧輪軸

46‧‧‧卡盒

48‧‧‧飛輪/飛輪構件

50‧‧‧高度調節支架

52‧‧‧調節孔口/孔口

54‧‧‧銷

56‧‧‧可逆雙面輪軸襯墊

58‧‧‧較長之第二墊圈區段

60‧‧‧較短之第一墊圈區段

62‧‧‧軸環

64‧‧‧勾爪安裝座

66‧‧‧孔口

67‧‧‧孔口

68‧‧‧飛輪總成

70‧‧‧應變規

72‧‧‧飛輪輪軸

74‧‧‧第二滑輪

76‧‧‧皮帶

78‧‧‧皮帶張緊器總成

80‧‧‧皮帶張緊器支架

82‧‧‧張緊器輪

84‧‧‧狹長孔口

86‧‧‧鎖定螺栓

88‧‧‧調節螺釘

92‧‧‧核心

94‧‧‧T形部分

98‧‧‧導體

100‧‧‧處理器

101‧‧‧螺栓

102‧‧‧安裝板

104‧‧‧管狀構件

105‧‧‧磁鐵/電磁構件

106‧‧‧轉矩支架

108‧‧‧銷

109‧‧‧襯套

110‧‧‧顯示器

111‧‧‧頸部

112‧‧‧功率量測裝置

114‧‧‧末端罩蓋

116‧‧‧外殼

118‧‧‧惠斯登橋電路

120‧‧‧應變規總成

122‧‧‧經加工的凹部

124‧‧‧手柄/手柄構件

126‧‧‧蓋子

127‧‧‧蓋子

136‧‧‧光學感測器

138‧‧‧處理器

140‧‧‧使用者介面/應用程式設計介面

在圖式之參考圖中例示出示例性實施例。本文所揭示之實施例及圖意欲被視為具有例示性而非限制性。

圖1係訓練機之等角視圖；圖1A係圖1A中所例示之訓練機之一部分的縮放區域視圖，其中使訓練機之第一支腳係透明的，以便例示用來將該支腳鎖定在折疊位置或使用位置的保持總成之內部組件；圖2係圖1之訓練機的前視圖；圖2A係雙面墊圈之等角視圖，該雙面墊圈可用來將不同大小及類型之腳踏車安裝至訓練機；圖3係圖1之訓練機的左側視圖；圖4係圖1之訓練機的後視圖； 圖5係圖1之訓練機的俯視圖；圖6係圖1之訓練機的右側視圖；圖7係圖1之訓練機的仰視圖；圖8係圖1之訓練機的右側視圖，其中飛輪總成之外部飛輪部分經移除來例示飛輪之內部組件，或曲柄臂及功率量測裝置之視圖，其中各種組件經隱藏來例示內部組件；圖9A係訓練機之第一後等角視圖，其中若干組件係隱藏的或透明的，來更好地例示飛輪總成之內部組件，該等內部組件相對於旋轉的飛輪部分將電磁組件及其他組件固定在適當位置且亦提供功率量測；圖9B係訓練機之第二後等角視圖，其中若干組件係隱藏的或透明的，來更好地例示飛輪總成之內部組件，該等內部組件相對於旋轉的飛輪部分將電磁組件及其他組件固定在適當位置且亦提供功率量測；圖10係訓練機之右側視圖，其中若干組件係隱藏的或透明的，來更好地例示飛輪總成之內部組件，該等內部組件相對於旋轉的飛輪部分將電磁組件及其他組件固定在適當位置且亦提供功率量測；圖11係第二訓練機之等角視圖，該第二訓練機符合本揭露內容之態樣；圖12係圖12中示出之訓練機的左側視圖；圖13係圖12中示出之訓練機的前等角視圖，圖13之視圖提供呈透明視圖的飛輪，從而例示內部飛輪煞車總成之各種組件；圖14係圖12中示出之訓練機的左側視圖，該視圖包含呈透明視圖的蓋子，從而示出否則會隱藏在該蓋子中的各種組件； 圖15係圖12中示出之訓練機的右側視圖，該視圖包含係隱藏的或呈透明視圖的各種飛輪總成組件，從而例示耦接磁性煞車與框架的轉矩支架；圖16係飛輪總成之後等角縮放視圖，其中各種組件係隱藏的或透明的，來例示轉矩構件及其與框架及飛輪總成的關係；圖17係飛輪總成之前等角縮放視圖，其中各種組件係隱藏的或透明的，來例示轉矩構件及其與框架及飛輪總成的關係；圖18係可部署於轉矩構件上來量測該構件上之轉矩的應變規之一實例的電氣簡圖，該應變規可用來量測騎士踩踏功率；以及圖19係獲得轉矩資料、計算功率資料及控制飛輪之磁性煞車及其他所涉及的電氣組件之方塊圖。

本揭露內容之態樣涉及腳踏車訓練機，該腳踏車訓練機提供優於習知設計之若干優勢。訓練機包含可在垂直方向上調節的後輪軸及卡盒(腳踏車後齒輪)，使用者在該後輪軸及卡盒處將其腳踏車安裝至訓練機。一般而言，使用者自位於腳踏車之後部的勾爪移除其後輪(未圖示)，且隨後將訓練機之後輪軸及卡盒連接至勾爪，連接方式與後輪將被耦接至腳踏車的方式相同。另外，訓練機經組配有可逆墊圈，該可逆墊圈允許安裝具有不同寬度之後輪及附帶的框架或輪轂間距的腳踏車，諸如登山腳踏車及公路腳踏車。

卡盒耦接至滑輪，該滑輪驅動連接至飛輪或其他阻力機構的皮帶，以使得當使用者在運動時，其踩踏動作驅動該飛輪。該飛輪包含可 控制之電磁煞車。另外，在支架處量測由騎士踩踏安裝在訓練機上之腳踏車而施予在飛輪上的轉矩，該支架將飛輪之一部分與框架之固定部分互連。基於功率量測值、RPM、心率及其他因素，可控制磁性煞車。訓練機之控制以及眾多可能特徵(功率、RPM、地形、視訊、使用者概況、心率等等)之顯示可經由專門裝置或經由智慧型手機、智慧平板等等來提供，該智慧型手機、智慧平板等等運行經組配來與訓練機通訊之應用程式。

更特定而言，且參考圖1至圖7，腳踏車訓練機10包含中心支腳12，其耦接至前部樞軸安裝支架14且自前部樞軸安裝支架14向後延伸。中心支腳12佈置在第一滑輪16下方且稍稍偏離訓練機10之縱向中心線。一對支腳18、20樞轉地耦接至樞軸安裝支架14且耦接於樞軸安裝支架14之相對的兩端。第一支腳18及第二支腳20經組配來朝向中心支腳12向內樞轉以便儲存及移動訓練機10，並且當訓練機10在使用時向外且遠離中心支腳12樞轉。

在樞軸安裝支架14之第一樞轉連接及第二樞轉連接的遠端，第一襯墊22及第二襯墊24耦接於個別第一支腳18及第二支腳20中之每一者的外端。另外，狹長襯墊23耦接至樞軸安裝支架14之底側。每一襯墊22、24及支腳18、20以相同的方式工作，因此僅詳細論述位於第一支腳18之外端的第一襯墊22。參考圖3，第一襯墊22係可調節地安裝至第一支腳18來允許訓練機10橫切縱向中心線得到調平，並藉此將所安裝的腳踏車維持在左右水平的定向。儘管其他替代方案係可能的，但是在圖中所例示的實例中，第一支腳18界定螺紋孔口，且第一襯墊22與嚙合該孔口之螺紋構件耦接。調節軸環26與該螺紋構件耦接，以使得調節軸環26之旋轉導致 第一襯墊22相對於第一支腳18在垂直方向上移動。

主框架構件28自樞軸安裝支架14在垂直方向上延伸且向後延伸。主框架構件28樞轉所在的平面定向成相對於支腳樞轉所在的平面大約成直角。因此，在一可能的實行方案中，氣泡水平儀30(在圖2中示出)被安裝在主框架構件28中之凹部中。氣泡水平儀30係安裝為與支腳18、20樞轉所在的平面平行。因此，當氣泡水平儀30顯示水平時，主框架構件28為垂直的或以其他方式垂直於支腳18、20所界定的平面。在此種定向中，安裝至輪軸的任何腳踏車將為直立的，且不向左或向右傾斜。藉由此種整合的水平，即使在不平坦或傾斜的表面上，使用者可快速且容易地調節一個或兩個支腳上的襯墊22、24並藉此調平訓練機10。

參考圖1A，在鄰近每一樞軸處，前部樞軸安裝支架14界定具有一對缺口32之上部弓狀表面，該對缺口對應於支腳18、20之向內樞轉構形以及支腳18、20之向外樞轉(未圖示)構形。保持總成34在鄰近上部弓狀表面及缺口32處與支腳耦接。保持總成34包含具有使用者可嚙合頭部38之彈簧加載銷36。銷36支撐裝配在缺口32中之軸環40。藉由抵著彈簧42壓下銷36，軸環40向下移動，進入界定於支腳18、20中的凹部且脫離個別缺口32。支腳可隨後向內或向外樞轉，且當使用者釋放銷36時，彈簧42向上輕推銷36，從而導致軸環40嚙合個別缺口32中之一者，從而將支腳18、20固定在所需的位置。

參考圖1及圖2，其中第一滑輪16、輪軸44、卡盒46、飛輪48及其他組件係由主框架構件28支撐，該主框架構件自樞軸安裝支架14向後且向上延伸。主框架構件28係樞轉地安裝至樞軸安裝支架14來調 節腳踏車被支撐的高度。因此，主框架構件28可相對於圖式中所例示之定向向上或向下樞轉，從而在垂直方向上調節腳踏車之高度。

如在圖1A中近距離看到，高度調節支架50係耦接在主框架構件28與中心支腳12之間，來將主框架構件28維持在所需的高度。更具體而言，在向後的末端處，高度調節支架50包含u形部分，該u形部分界定相對的構件，該等相對的構件係佈置在中心支腳12之任一側。每一構件界定一孔口。中心支腳12沿其長度界定複數個孔口52，該複數個孔口組配來容納銷54，該銷延伸穿過相對的構件孔口以及中心支腳12中之複數個孔口52中之一者。在所例示的實例中，與銷之包含手柄部分的部分相對的孔口具有螺紋。類似地，銷之與手柄相對的末端亦具有螺紋。藉由用沿中心支腳12的複數個孔口52中之一者高度調節支架50，使用者可升高或降低主框架構件28，藉此升高或降低輪軸44，腳踏車係安裝至該輪軸。

其他機構亦可能用來將高度調節支架50固定至中心支腳12，以及用來抬高中心支腳12。例如，與主框架構件28樞轉地耦接的套筒伸縮式垂直構件可能被用來調節主框架構件28之高度，且藉由固定套筒伸縮的量來將該高度固定在特定位置。高度調節支架50可能包含一個或一對彈出銷37來相對於中心支腳中之孔口固定u形支架。

現在轉而將腳踏車安裝至訓練機10，且參考圖2A，訓練機10可經轉換來用於具有不同大小之車輪、鏈拉條、勾爪及/或輪軸間距的腳踏車，以適應典型登山腳踏車與公路腳踏車之間的寬度差異。一般而言，與登山腳踏車上之輪軸間距相比，公路腳踏車具有較窄的輪軸間距(及車輪與輪緣)。在一些實行方案中，諸如圖2A中所示出，訓練機10可包含可 逆雙面輪軸墊圈56，該輪軸墊圈允許使用者在不使用工具的情況下輕易在用於公路腳踏車與登山腳踏車或其他尺寸的腳踏車之間轉換該訓練機。訓練機10包含可逆雙面輪軸墊圈56，該雙面墊圈位於輪軸44之末端(與卡盒46相對)，且可取決於安裝在訓練機上之腳踏車的類型來反轉該雙面墊圈。當訓練機10正在使用時，快速釋放輪軸(未圖示)延伸穿過可逆雙面輪軸墊圈56來將該可逆墊圈以及腳踏車固定在適當位置並固定在訓練機10上。

仍參考圖2A，可逆雙面輪軸墊圈56包含鄰近相對較短之第一墊圈區段60的相對圓柱形較長之第二墊圈區段58。墊圈區段58、60被軸環62分開，該軸環藉由限制可逆雙面輪軸墊圈56被容納於孔口67中的深度來確保可逆雙面輪軸墊圈56之正確定位，該孔口係界定於主框架構件28中。自每一墊圈區段58、60延伸的係勾爪安裝座64，該勾爪安裝座經設定尺寸來容納於腳踏車上之勾爪中。腳踏車勾爪可直接安裝在勾爪安裝座64上，兩者均由快速釋放輪軸固定至訓練機10。如所示出，穿過可逆雙面輪軸墊圈56界定孔口66，該孔口容納快速釋放輪軸。主框架構件28中之孔口67經設定大小來容納較短及較長之墊圈區段58、60。框架中之孔口67的深度至少與墊圈區段58、60中之較長者一樣深。因此，較長及較短之第二和第一墊圈區段58、60均裝配在孔口67中。另外，藉由將墊圈區段58、60插入至框架中之孔口67中，將可逆雙面輪軸墊圈56牢牢固定在腳踏車框架上。因此，當使用者安裝腳踏車時，將可逆雙面輪軸墊圈56牢牢固定在框架上，從而使腳踏車安裝對於騎士而言更為容易。在所示出的定向中，當可逆雙面輪軸墊圈56插入至主框架的孔口67中時，較短之第一墊圈區段 60自主框架構件28延伸且軸環62緊靠著主框架構件28。安裝在訓練機10上的公路腳踏車之勾爪被置放在自較短之第一墊圈區段60延伸的勾爪安裝座64上。為了安裝登山腳踏車，反轉可逆雙面輪軸墊圈56以使得相對較短之第一墊圈區段60自主框架構件28延伸。類似地，軸環62緊靠著主框架壁，藉此確保可逆雙面輪軸墊圈56被適當地定位，且登山腳踏車勾爪係安裝在自相對較長之第二墊圈區段58延伸的勾爪安裝座64上。

如上面所介紹，主框架構件28支撐飛輪總成68。不同於習知飛輪總成68，本總成特定而言經組配來允許功率量測。一般而言，訓練機10藉由量測飛輪總成68之構件上的轉矩來確定騎士在踩踏時所耗費的功率的量。轉矩可經由安裝在該構件上之應變規70來量測，且該構件上之轉矩可轉換為瓦特數量測值，該瓦特數量測值反映騎士所耗費的功率的量。

更特定而言，且參考圖1、圖8至圖10及其他，現在更詳細地論述飛輪總成68以及用於量測功率之組件。飛輪總成68包含相對較重之外部飛輪構件48，該外部飛輪構件經組配來相對於複數個內部組件旋轉，該複數個內部組件相對於可旋轉的外部飛輪構件48大致上係固定的。 飛輪構件48與飛輪輪軸72耦接，該飛輪輪軸與主框架構件28連通且係由主框架構件28旋轉地支撐。飛輪輪軸72亦包含第二滑輪74，該第二飛輪滑輪連同第一滑輪16一起經由皮帶76旋轉。皮帶76將該等滑輪16、74互連且可包含齒狀物，該等齒狀物對應於第一滑輪16及第二滑輪74上之齒狀物。在所描繪的佈置中，使用者之踩踏力經由皮帶自較大的第一滑輪16轉換至支撐在飛輪輪軸72上的第二滑輪74，此又導致飛輪構件48旋轉。

皮帶張緊器總成78安裝在主框架構件28上且用來將皮帶 76安裝至滑輪16、74且自滑輪16、74移除皮帶76，且亦用來調節皮帶76之張力以便正常工作。皮帶張緊器支架80大體上為L形且將張緊器輪支撐在支架之較長側的末端上。皮帶係繞著張緊器輪82來定位，且藉由前後調節張緊器輪82，可增加或減小皮帶76上之張力。在鄰近張緊器輪82處，皮帶張緊器支架80界定狹長孔口84，安裝至主框架構件28之鎖定螺栓86經定位穿過該狹長孔口。當皮帶張緊器支架80及張緊器輪82被定位在合適的前/後位置時，鎖定螺栓86，藉此將皮帶張緊器支架80及張緊器輪82鎖定在適當位置。最後，在皮帶張緊器支架80之較短部分上，調節螺釘88與主框架構件28之正面連接且穿過皮帶張緊器支架80之較短部分中的螺紋調節孔口。當鎖定螺栓86鬆開時，調節鎖定螺釘86可用來前後移動皮帶張緊器支架80。

飛輪構件48係部分或全部使用金屬材料或其他磁性材料製成。飛輪總成68之固定的內部組件可包含安裝在核心92上之複數個電磁構件105，且提供磁性飛輪煞車。在一些佈置中，磁性煞車可為電腦控制的，藉此動態地調節煞車力來模擬任何可能的騎車概況。在所例示的實例中，核心92界定六個T形部分94，該等T形部分自環形主體96輻射狀地延伸。 諸如銅線的導體98纏繞在T形部分94之頸部上，該頸部介於T形之上部分與環形核心92之間。導線可為連續的，以使得一致的電流在每一T形部分94、核心92周圍流動；在核心92周圍均勻地產生一致的電磁力。T形部分94與纏繞的導線可共同產生磁場，該磁場與飛輪構件48磁性耦接。訓練機包含處理器100及相關聯的電子元件，其允許控制流過導線的電流，藉此自T形部分94感應出可控制的磁場。由於飛輪構件48係磁性的，因此， 藉由改變磁場之強度，亦可改變抵抗飛輪48之旋轉的煞車力的量。

現在更為具體地轉至藉以量測功率的機構，飛輪總成68之各種旋轉地固定的部分係直接地或間接地連接至鄰近主框架構件28的安裝板102。安裝板102旋轉地安裝至由主框架構件28支撐的管狀構件104。飛輪輪軸72延伸穿過安裝板102之中心；因此，飛輪構件48係與安裝板102同軸。儘管安裝板102係旋轉地安裝，但是其藉由轉矩支架106旋轉地固定，該轉矩支架連接在主框架構件28與安裝板102之間。一般而言，應變規70安裝在轉矩支架106上。由於轉矩支架106將主框架構件28耦接至安裝板102，因此當旋轉力在飛輪構件48與旋轉地固定的組件(例如磁鐵)105之間轉移時，該等力在轉矩支架106上施加轉矩，該轉矩由應變規70偵測。 在沒有轉矩支架106的情況下，整個飛輪總成68將繞飛輪輪軸72旋轉，而不是唯有固定至飛輪輪軸72的外部飛輪構件48將繞其旋轉。因此，由騎士施加的踩踏力經由飛輪總成68轉換且係於轉矩支架106處量測，該轉矩支架抵抗施加在飛輪48上之旋轉轉矩。

更具體而言，且主要參考圖9A、圖9B及圖10，轉矩支架106為弓狀且大體上沿安裝板102之匹配半徑界定一半徑。轉矩支架106之每一端之間的中間部分經加工，且該中間部分上安裝有應變規總成120。轉矩支架106之一端界定被銷108延伸穿過的孔口，該銷108與主框架構件28固定。襯套109可與轉矩支架孔口一起支撐銷108。襯套109可亦包含在主框架構件28中，在任一狀況中，銷108之至少一端在襯套中浮動。因此，銷108抵抗飛輪48之旋轉。然而，儘管銷108可在無任何襯套109的情況下固定，但是藉由使用一或多個襯套109或其他等效機構，不會對銷108 造成不良的應力或應變。在轉矩支架106之相對端，轉矩支架106係由螺栓101固定至安裝板102，或以其他方式固定至安裝板102。因此，安裝板102係經由以下各者之組合來旋轉地固定：固定至主框架構件28的銷108、與銷108連接的轉矩支架106，以及與安裝板102耦接的轉矩支架106。因此，當使用者旋轉安裝有飛輪輪軸72的飛輪48時，旋轉力被轉換至飛輪安裝板102。轉矩支架106偏轉或以其他方式受到張力或壓縮，該轉矩支架係抵抗旋轉移的唯一構件。應變規總成120偵測該偏轉，且該偏轉被轉換為功率量測值。轉矩支架106可定位在飛輪48與訓練機10之一些固定的部分之間的其他替代位置。

在一特定實行方案中，顯示器110與處理器100無線地耦接，該處理器接收應變規70之量測值並計算功率。顯示器110可無線地接收功率資料並顯示功率值。無線的顯示器110可安裝在任何需要的位置，諸如把手上。顯示器110亦可併入腕表或碼表(cycling computer)中。亦可將功率資料傳輸至其他裝置，諸如智慧型手機、平板電腦、膝上型電腦及其他計算裝置，以便即時顯示及/或儲存。

在本文示出的示例性實行方案中，功率量測裝置112安裝在飛輪48之支架總成部分的內壁上。另一選擇為，功率量測裝置112以及其他電子元件可安裝在位於主框架構件28之頂部的末端罩蓋114中。功率量測裝置112可包含外殼116，各種功率量測及其他電子元件提供於該外殼內，其中包含惠斯登電橋(Wheatstone bridge)電路118，該電路與轉矩支架106上之應變規總成120連接且產生與施加至轉矩支架106之轉矩成比例的輸出電壓。將該輸出諸如經由導線或無線地發送至處理器100，該處理器安 裝在末端罩蓋114內或作為功率量測裝置112之一部分或其他。在各種可能的其他實行方案中，外殼116及/或應變規總成120可亦固定至轉矩支架106之其他部分。應變規總成120可涉及一或多個(諸如四個)離散的應變規70。當壓縮張力被施加至應變規70時，阻力改變。當連接在惠斯登橋電路118或其他電路中時，產生與轉矩支架106上之轉矩成比例的電壓值或其他值。

一或多個應變規70可提供於轉矩支架106之凹陷部分內。一般而言，在對應的不同力的作用下，轉矩支架106將被拉伸至不同程度。應變規70相應地伸長，且將該伸長量測並轉換為功率量測值。在一特定實行方案中，應變規70係膠黏至轉矩支架106之光滑的平坦部分，諸如經加工的凹部122。儘管已示出經加工的或以其他方式提供的經加工的凹部122，但是功率量測設備可應用於幾乎未經預處理或未經預處理的支架。經加工的凹部122幫助保護應變規受到無意接觸，並放大應變量測值。經加工的凹部122具有光滑的平坦底部，應變規70固定於該底部上。為輔助轉矩支架106之間的一致性並藉此輔助製造，可使用模板來將應變規70應用於經加工的凹部122內之表面。另一選擇為，可將應變規70以所需的構形預安裝於基板上，且將該基板安裝至該表面。經加工的凹部122之側壁亦提供便捷的方式來定位外殼116。

圖11至圖17例示出符合本揭露內容之態樣的替代訓練機10。訓練機10工作及操作的方式大體上與圖1至圖10中所例示的實施例的方式相同，且下文論述一些改變。總體而言，訓練機10具有位於裝置10之前部的樞軸安裝支架14。第一支腳18及第二支腳20各自樞轉地安裝至 樞軸安裝支架14。支腳18、20可向外折疊以便使用(如圖示)或向內折疊以便運輸及儲存。保持總成34定位成鄰近每一樞軸來將個別支腳固定在任一位置。

主框架構件28自樞軸安裝支架14向上且向後延伸。在鄰近主框架構件28處，中心支腳12自主框架構件28向後延伸。第一滑輪16定位在中心支腳12上方且大體上與該中心支腳在同一平面中，該滑輪係旋轉地安裝至主框架構件28，且輪軸44及卡盒46係耦接至該滑輪。因此，當腳踏車安裝在輪軸44上且其鏈條係置放在卡盒46周圍時，該腳踏車係大體上沿訓練機10之中心定位，該中心位於主框架構件28與中心支腳12之間。

為調節主框架構件28之高度並藉此調節與訓練機10連接的任何腳踏車之後部的高度，高度調節支架50與主框架構件28樞轉地安裝且與中心支腳12可調節地連接。更特定而言，高度調節支架50可銷接於沿中心支腳12之長度的各個位置，該支架越向前銷接，則主框架構件28越高，高度支架50越向後銷接，則主框架構件28越低。

訓練機10可包含與主構件之前壁耦接的手柄構件124。使用者可使用手柄124來運輸或以其他方式提起並移動訓練機10。在所示出的實例中，手柄124在該手柄之任一端栓接至主框架構件28。其他手柄形式係可能的，諸如：T形構件；L形構件，其僅在一端栓接至主框架；一對較小手柄，其位於主構件之任一側上，而不是主構件之面向前的壁上(如所示)；一對球形突出部，其自主構件之兩側及/或主框架構件28之正面延伸；及其他。

大體上為三角形的蓋子126定位在皮帶76、皮帶張緊器78、飛輪輪軸72、第二滑輪74及其他鄰近的組件上，位於第一滑輪16與飛輪輪軸72處之第二滑輪74之間。蓋子126可由栓接在一起的左側128與右側130組成。在一實例中，左側128(在圖11中示出)可被移除來提供至被覆蓋的組件的通道。如在圖12中看出，飛輪總成68可另外包含覆蓋總成68之內部組件的蓋子127。圖14例示出呈透明視圖的蓋子126，藉此例示出哪些組件被覆蓋。

現具體參考圖15至圖17，轉矩支架106耦接在飛輪安裝板102與主框架構件28之間。應變規70安裝在轉矩支架106上。應變規70定位在具有4個柵極的全電橋電路134中，其中應變規70佈置成彼此成90度。四個柵極構成正方形且轉動90度至鄰近的應變規70。應變規70中之兩者為上下匹配且應變規70中之另兩者為左右匹配，且此等匹配對係在彼此相對的拐角上。其對轉矩支架106上的偏轉進行量測。係藉由允許煞車(抵抗飛輪之旋轉的電磁組件)繞與飛輪48相同的軸線旋轉來量測力。應變規構件(轉矩構件)106停止該旋轉，且施加至該轉矩支架106之力得以量測。由於運動限制而產生的此力表示轉矩。

轉矩支架106在一端界定孔口，銷108延伸穿過該孔口，進入主框架構件28。亦可按壓襯套109，使其進入該孔口，其中銷108延伸穿過襯套109。兩個螺栓將轉矩支架106固定至安裝板102。轉矩支架106在兩端之間縮頸。轉矩支架106之偏轉因此集中在頸部111。因此，應變規70可定位在縮頸區域之平坦表面上，如圖17中最佳地示出。

圖18例示出應變規70之一實例。與上述應變規不同但類似 地工作的每一離散應變規70(在圖18之每一四分部中示出)包含連接在惠斯登橋電路118中的引線。使用更多或更少之應變規70的其他電路佈置係可能的，諸如四分之一電橋或半電橋組態。將輸入電壓施加至惠斯登橋電路118，且電路之輸出電壓與施加至轉矩支架106之彎曲力(轉矩)成比例。 可將該輸出電壓施加至某種形式的調節與放大電路系統，諸如將提供輸出電壓至處理器100之差動放大器及濾波器。進一步可能使用類比轉數位轉換器來轉換並調節訊號。在2012年1月23日申請的題為「用於功率量測之設備、系統及方法」的第13/356,487號申請案中揭示一種量測功率之方法以及其他特徵，特此以引用方式將該申請案併入本文中。

參考圖18，存在垂直地定位在應變規總成120之頂部的兩個應變規70，以及水平地佈置在應變規總成120之底部的兩個應變規70。 上部垂直應變規70主要偵測轉矩支架106之偏轉。

現亦參考圖19，其中諸如經由光學感測器136以及第一滑輪16上之交替的黑白圖案在第一滑輪16處量測後輪之每分鐘轉數(RPM)。光學感測器136在圖案旋轉時藉由感測器偵測圖案，並藉此產生指示RPM之訊號。第一滑輪16與飛輪48之間存在8：1的齒輪比，因此，藉由知曉滑輪RPM，即可導出飛輪RPM。另一選擇為，可直接量測飛輪RPM。所量測的轉矩乘以飛輪RPM得出功率值，此可由處理器100計算。

「功率」係對騎士之力量的最常見量測。藉由將所量測的轉矩乘以弧度/秒值(RPM)，計算出功率。在一實例中，將轉矩量測值及RPM量測值傳達至處理器100，且計算出功率。可隨後使用由Dynastream Innovations公司開發的ANT+協定將功率值無線地傳輸至第二處理器138， 該第二處理器與提供使用者介面140的顯示器110耦接。傳輸器可為與在外殼116內位於主框架構件28之頂部的處理器100耦接的離散組件。ANT協定在其當前反覆中係單向的。因此，可使用無線ANT協定來傳輸功率量測值及其他資料。

亦可採用其他協定及無線傳輸機構。在一具體實例中，處理器100經組配來經由藍牙連接進行通訊。例如，經由藍牙連接進行通訊的智慧型手機、平板電腦或其他裝置可自處理器100接收資料，諸如功率資料及RPM資料，且亦可傳輸控制資料至處理器100。例如，運行腳踏車訓練應用程式的智慧型手機可提供若干設定。在一實例中，經由使用者介面140進行互動的騎士可針對特定的訓練騎車選擇功率等級。該功率等級與功率曲線相關聯，該功率曲線與訓練機之RPM量測值相關聯。當騎士使用訓練機10時，RPM及功率量測值被傳輸至計算裝置，且應用程式將該等值與該功率等級進行比較並基於該比較來傳輸煞車控制訊號。因此，例如，若騎士產生的功率超過設定所要求的功率，則應用程式將發送顯示訊號來變更節奏(RPM)及/或發送由處理器100使用的訊號來減小施加至飛輪48的煞車力，其中任一變更或兩者導致騎士之功率輸出被減小。應用程式將繼續對資料取樣，並提供控制訊號以供騎士維持設定等級。

在另一實例中，訓練機可經程式設計來維持設定功率值。因此，當騎士超出設定功率值時，自第一處理器100至第二處理器138的控制訊號增加磁性煞車。相反地，當騎士低於設定功率值時，第一處理器100命令第二處理器138降低煞車功率。此等實例及其他實例用途可藉由針對該裝置開發出的應用程式或其他應用軟體來實現。因此，主裝置(第一處 理器及記憶體)可提供應用程式設計介面(API)140，連接至該API的裝置(諸如運行應用程式的智慧型手機及平板電腦)可傳遞資料、命令及其他資訊至該裝置，以便控制訓練機10之功率以及其他屬性。由於習知訓練機10不具有整合的轉矩及功率量測能力與機構來自動地控制電磁煞車，因此該裝置開闢無數機會來自訂訓練機之控制，提供基於功率的健身訓練，互動或模擬已記錄的實際騎車，模擬爬坡及下坡，使訓練機10與圖形資訊(諸如速度變更、高度變更、風力變更、騎士重量及腳踏車重量等等)相協調。

儘管上文已以一定程度之特殊性描述各種代表性實施例，但所屬領域中具有通常知識者可在不偏離說明書中所闡述的本發明主題之精神及範疇的情況下對所揭示的實施例做出眾多修改。所有方向性參考(例如：上部、下部、向上、向下、左、右、向左、向右、頂部、底部、上方、下方、垂直、水平、順時針及逆時針)僅用於識別目的，來幫助讀者理解本發明之實施例，且並不產生限制，尤其係對位置、定向或本發明之用途 的限制，除非申請專利範圍中特別闡述。連接詞參考(例如：附接、耦接、 連接等等)應寬泛地理解，且可包含元件之連接之間的中間構件及元件之間的相對移動。因此，連接詞參考並不一定推論出兩個元件係直接連接且彼此形成固定的關係。

在一些狀況中，參考具有特定特徵及/或係連接至另一部件的「末端」來描述組件。然而，所屬領域中具有通常知識者將認識到，本發明並不限於在超出其與其他部件的連接點處立即終止的組件。因此，應以如下方式寬泛地解釋「末端」一詞，其包含與特定元件、聯結、組件、 構件等等之終端鄰近、在該終端之後、在該終端之前或以其他方式靠近該終端的區域。在本文直接或間接闡述的方法論中，各種步驟及操作係按一種可能的操作次序來描述，但是所屬領域中具有通常知識者將認識到，可在不偏離本發明之精神及範疇的情況下重新排列、替換或刪除步驟及操作。意欲以上描述中所含有的或附圖中所示出的所有內容應解釋為僅具有例示性且不具有限制性。可在不偏離所附申請專利範圍中界定的本發明之精神的情況下對細節或結構做出變更。

10‧‧‧訓練機

12‧‧‧中心支腳

14‧‧‧樞軸安裝支架

16‧‧‧第一滑輪

18‧‧‧第一支腳

20‧‧‧第二支腳

28‧‧‧主框架構件

46‧‧‧卡盒

48‧‧‧飛輪/飛輪構件

50‧‧‧高度調節支架

52‧‧‧調節孔口/孔口

68‧‧‧飛輪總成

76‧‧‧皮帶

Claims (18)

1. 一種腳踏車訓練機，其包括：一框架總成，其支撐一輪軸，來自於一腳踏車的一對勾爪可以被連接到該輪軸，用以可操作地將該腳踏車連接至該腳踏車訓練機；一飛輪總成，其包括一磁性煞車總成及一飛輪構件，該飛輪總成旋轉地被支撐在該框架總成上，該磁性煞車總成由一轉矩支架旋轉地固定，該轉矩支架被耦接在該煞車總成與該框架總成之間，且該飛輪構件與該輪軸耦接，以使得當一騎士在踩踏與該輪軸連接的一腳踏車時，該飛輪相對於被旋轉地固定的該磁性煞車總成旋轉；一應變規，其安裝在該轉矩支架上，該應變規偵測當一騎士在踩踏時施予在該構件上的轉矩。
2. 如申請專利範圍第1項之腳踏車訓練機，其中該框架總成係可垂直調整的。
3. 如申請專利範圍第2項之腳踏車訓練機，其中該框架總成包括：一主框架構件，其與一支架樞轉地耦接，該主框架構件支撐該輪軸；一中心框架構件，其自該主框架構件延伸；一調整支架，其與該主框架構件樞轉地連接且經建構來沿該中心框架構件之一長度與該中心框架構件可調節地連接；藉此可藉由將該調整支架連接在該中心框架構件之不同位置處而調節該輪軸之垂直高度，從而將該主框架構件支撐在對應於該輪軸之不同高度的不同樞軸位置。
4. 如申請專利範圍第3項之腳踏車訓練機，其中該框架總成包括： 一第一支腳及一第二支腳，該第一支腳與該第二支腳中之每一者係樞轉地安裝在該框架總成上，來朝向該中心框架構件向內樞轉或自該中心框架構件向外樞轉。
5. 如申請專利範圍第1項之腳踏車訓練機，其進一步包括一與該輪軸耦接的可逆墊圈，該可逆墊圈具有界定一第一寬度的一第一部分及界定一第二寬度的一第二部分，該第一寬度對應於一腳踏車之一第一勾爪間距且該第二寬度對應於一第二勾爪間距，該第二勾爪間距比該第一勾爪間距寬。
6. 如申請專利範圍第4項之腳踏車訓練機，其中該框架總成進一步包括一安裝支架，該安裝支架包含一第一弓狀表面，該第一支腳係樞轉地安裝成與第一弓狀表面相鄰，該支架包括一第二弓狀表面，該第二支腳係樞轉地安裝成與第二弓狀表面相鄰；一沿著該第一弓狀表面的第一缺口以及一沿著該第二弓狀表面的第二缺口，該第一缺口接收一第一彈簧負載銷，用以將該第一支腳固定在一個向外樞轉位置之中，該第二缺口接收一第二彈簧負載銷，用以將該第二支腳固定在一個向外樞轉位置之中。
7. 如申請專利範圍第1項之腳踏車訓練機，其中：該框架總成包括一主框架構件，其支撐該輪軸；該磁性煞車總成包含一與一管狀構件耦接的板件，該管狀構件與一飛輪輪同軸，該飛輪輪軸被可旋轉地支撐在該主框架構件處；以及耦接在該主框架構件與該板件之間的構件，從而該構件係禁止該磁性煞車總成繞著該飛輪輪軸旋轉。
8. 如申請專利範圍第7項之腳踏車訓練機，其中一銷係耦接在該主框架 構件與該構件之間，該銷被支撐在一位於該轉矩支架的一孔口之內的襯套之中。
9. 如申請專利範圍第8項之腳踏車訓練機，其中該應變規係安裝在該轉矩支架上，用以測量張力或壓縮。
10. 如申請專利範圍第9項之腳踏車訓練機，其中該轉矩支架界定出一頸部部位，該應變規係安裝在該頸部部位上，用以測量該構件的偏轉。
11. 如申請專利範圍第1項之腳踏車訓練機，其中該磁性煞車總成係一電磁煞車總成，其進一步包含安裝在一核心上的複數個電磁構件，該等電磁構件可以控制來產生一磁場，該磁場係以磁性的方式與該飛輪構件耦合。
12. 如申請專利範圍第1項之腳踏車訓練機，其中一第一滑輪該輪軸耦接，該第一滑輪與一第二滑輪互相連接，而該第二滑輪係與一可旋轉地支撐該飛輪構件的飛輪輪軸相耦接，並且其中一卡盒係與該輪軸相耦接，藉此一來自於該腳踏車而與該卡盒銜接的鏈條可以驅動該第一滑輪，並且透在該第一滑輪與該第二滑輪之間的互相連接來驅動該飛輪構件。
13. 一種腳踏車訓練機，其包括：一框架總成，其支撐一輪軸，一腳踏車可以被操作地連接到該輪軸，用以驅動一支撐在該框架總成上的飛輪構件；一磁性煞車總成，其旋轉地被支撐在該框架總成上，並且被固定到該框架總成，以使得當一騎士踩踏一與該輪軸連接的腳踏車時，該飛輪構件可以相對於該旋轉地固定的磁性煞車總成轉動；一轉矩測量裝置，其被可操作地支撐在該磁性煞車總成與該飛輪構件之間，用以偵測偵測當一騎士在踩踏時施予在該構件上的轉矩。
14. 如申請專利範圍第13項之腳踏車訓練機，其中該轉矩測量裝置包含一被耦接在該煞車總成與該框架總成之間的轉矩支架，該轉矩支架旋轉地固定該磁性煞車總成，該轉矩測量裝置進一步包含至少一個應變規，其安裝在該轉矩支架上，該應變規偵測當一騎士在踩踏時施予在該構件上的轉矩。
15. 如申請專利範圍第13項之腳踏車訓練機，其中該框架總成係可垂直調整的。
16. 如申請專利範圍第15項之腳踏車訓練機，，其中該框架總成包括：一主框架構件，其與一支架樞轉地耦接，該主框架構件支撐該輪軸；一中心框架構件，其自該主框架構件延伸；一調整支架，其與該主框架構件樞轉地連接且經建構來沿該中心框架構件之一長度與該中心框架構件可調節地連接；藉此可藉由將該調整支架連接在該中心框架構件之不同位置處而調節該輪軸之垂直高度，從而將該主框架構件支撐在對應於該輪軸之不同高度的不同樞軸位置。
17. 如申請專利範圍第16項之腳踏車訓練機，其中該框架總成包括：一第一支腳及一第二支腳，該第一支腳與該第二支腳中之每一者係樞轉地安裝在該框架總成上，來朝向該中心框架構件向內樞轉或自該中心框架構件向外樞轉。
18. 如申請專利範圍第13項之腳踏車訓練機，其進一步包括：一與該輪軸耦接的可逆墊圈，該可逆墊圈具有界定一第一寬度的一第一部分及界定一第二寬度的一第二部分，該第一寬度對應於一腳踏車之一 第一勾爪間距且該第二寬度對應於一第二勾爪間距，該第二勾爪間距比該第一勾爪間距寬；以及該框架總成中之一孔口，該孔口經組配來容納該第一部分及該第二部分並界定一深度，該深度約為該第二較寬寬度。