[发明专利]在测力计或自行车上测量力、扭矩和功率的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在测力计或者自行车上测量力、扭矩和功 率的方法和装置，其中，在按规定使用测力计或自行车时，可将扭 矩从两个装配有踏板的踏板曲柄通过轴传递到挠性传动装置上并 进一步传递到测力计的飞轮或者自行车的后轮上，并且其中，挠性 传动装置具有皮带轮或者链轮，该皮带轮至少在旋转方向上抗扭地 与轴连接。

背景技术

很长时间以来，测力计和自行车被用作训练器械和/或用于身体 复健，其中有意义的是，在按规定使用该器械时，测量并且相应地 分析使用者在训练时施加的功率。用于检测所施加的功率的耗费的 解决方案包括分析挠性传动装置例如链条中的张力，通过该张力可 以求得所施加的力并且由此再结合所测量的角速度可以换算出功 率。关于这些方面可以参考DE 10 2005 052 445 A1。

此外，由DE 37 22 728 C1公开了一种用于自行车曲柄连杆机 构的所谓的功率测量机，其中直接在自行车的内轴承上测量由人施 加的力。通过在其上使用应变片的合适的弯曲元件的变形将脚踏力 转换成电信号并且通过电感的传递方式传递到与自行车框架连接 的接收器上。脚踏速度通过脚踏频率来求得。脚踏力和脚踏速度这 两个值在自行车上的微型计算机中进行处理、显示并且进行保存或 者说换算成功率。

此外，由DE 44 35 174 C2公开了一种用于检测施加在尤其是 自行车的踏板曲柄上的力和功率的装置，其中通过测量具有设置在 其上的应变片的曲柄销或者踏板轴上的剪切变形来为施加力的人 的两条腿分开地求得所述力。

最后，很长时间以来公开了，借助于已知的磁性的方法，例如 借助于磁致伸缩的扭矩传感器来测量具有或者没有扭转杆的旋转 轴的扭矩。这种磁致伸缩的扭矩传感器以铁磁材料的磁性特征为基 础，其中例如材料中的拉应力会引起在材料中感应的磁场的上升。 与之相对，压应力会导致感应的磁场的减少。绝大多数情况下使用 以交流电供给的传感器线圈，从而使磁场感应到铁磁的传递扭矩的 轴中。当轴中的应力随着扭矩变化时，次级的接收线圈或者其他器 件就监控感应的磁场中的变化。在次级线圈中感应的应力信号是扭 矩的指示标志。

例如DE 34 17 893 A1描述了一种以磁致伸缩的扭矩传感器来 无接触地证明或者说无接触地测量机械部件，例如轴上的机械应力 状况的装置，其中在该轴上设置了由非结晶形的磁致伸缩的材料制 成的涂层。在机械应力的影响下，该层改变了其磁性的导磁系数， 从而又改变了设置在该层附近的包括至少一个线圈的传感器的电 感系数。该涂层可以喷涂或者在电解方面施加到轴上或者构造成薄 膜形式并且粘贴到轴上或者与轴进行焊接。

发明内容

由此出发，本发明的目的是提出一种用于在测力计或自行车上 测量力、扭矩和功率的改进的方法以及一种用于实施该方法的装 置，该测量方法适合于在测量技术方面开销很小的情况下检测出可 靠的测量结果、更确切地说为了对按规定使用测力计或自行车的使 用者的两条腿相互分开地进行检测。

本发明基于这种认识，即对于测力计或者自行车的常规的测量 方法是复杂的并且相应成本大的，该测量方法尤其在挠性传动装置 中进行张力测量或者借助于应变片进行力测量。

所提出的目的相应地首先通过一种用于在测力计或自行车上 测量力、扭矩和功率的方法来实现，其中，在按规定使用测力计或 自行车时，可将扭矩从两个装配有踏板的踏板曲柄通过轴传递到挠 性传动装置上并进一步传递到测力计的飞轮或者自行车的后轮上， 并且其中，该挠性传动装置具有皮带轮或者链轮，该皮带轮至少在 旋转方向上抗扭地与轴连接。此外，根据所述方法在皮带轮或者链 轮的两侧分别相互独立地检测轴的、由力矩传递引起的弹性的扭转 作为施加到轴上的力的尺度，从而求得测力计或者自行车的使用者 的左腿和右腿施加的扭矩和功率、产生相应的传感器信号并且将该 传感器信号输入存储单元和/或评估单元用于进行进一步处理。

随后可以确定所获得的、由使用者用其右腿和/或左腿施加的力 值或者说在踏板曲柄的杠杆长度上作用的扭矩值以及每单位时间 由使用者产生的功率值，并且随后在显示器上显示出来、进行电子 保存和/或用于其它目的。

根据所述方法的特别有利的设计方案，分别根据磁致伸缩的原 理来检测轴的弹性扭转。在此，可以将所产生的传感器信号以电的 方式或者无接触地输入存储单元和/或评估单元。