扭矩感測滑輪以及相關(guān)方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種健身器，包括框架、滑輪、第一傳感器和第二傳感器?；啺▋?nèi)轂、外轂和至少一個偏置元件。內(nèi)轂進一步包括至少一個位置指示器。此外，外轂包括至少一個位置指示器并且可以能夠相對于內(nèi)轂旋轉(zhuǎn)。該至少一個偏置元件可以將外轂相對于內(nèi)轂偏置到第一角位置。第一傳感器可以相對于框架被固定并且被定位成檢測內(nèi)轂的該至少一個位置指示器。第二傳感器也可以相對于框架被固定并且被定位成檢測外轂的該至少一個位置指示器。
【專利說明】扭矩感測滑輪以及相關(guān)方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 一般地，本公開內(nèi)容涉及用于確定扭矩的滑輪。更具體地，本公開內(nèi)容涉及用于健 身裝置的扭矩感測滑輪以及相關(guān)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 固定的健身設(shè)備可以被構(gòu)造成近似于在競技體育中使用的各種裝置。例如，固定 的自行車可以近似于公路自行車的蹬踏和操作，且固定的劃動器可以近似于劃船的劃動和 操作。因此，運動員可以利用這樣的健身設(shè)備來為比賽比如自行車賽或劃船進行訓練。
[0003] 固定的健身設(shè)備可以給運動員提供若干優(yōu)點。固定的健身設(shè)備可以方便室內(nèi)訓 練，使得運動員可以在溫度可控的環(huán)境中訓練。此外，固定的健身設(shè)備可以便于監(jiān)測運動員 的表現(xiàn)，如速度、心率、平均力量輸出等。
[0004] 對于某些運動，比如騎自行車，可能理想的是確定運動員傳遞到設(shè)備的瞬時扭矩 (例如，通過腳踏板和曲柄臂施加于自行車的曲柄組的扭矩）。扭矩測量在傳統(tǒng)上通過利用 應變儀系統(tǒng)從自行車曲柄組來獲得。然而，這樣的系統(tǒng)相對復雜并且昂貴。
[0005] 在頒發(fā)給Robert Ryan Phillips等人并轉(zhuǎn)讓給大河谷州立大學的美國專利第 7, 806, 006號中公開了一種類型的扭矩測量裝置。在此專利中，多個應變儀被安裝在自行車 的每個曲柄臂上以提供被施加于每個曲柄臂的扭矩的測量。每個應變儀包括獨立電源、電 路以及用于將應變測量信息發(fā)送到主控制器的無線發(fā)送器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在本公開內(nèi)容的一方面，滑輪與健身器一起構(gòu)造或使用。
[0007] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括包含至少 一個位置指示器的內(nèi)轂。
[0008] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括包含至少 一個位置指示器的外轂。
[0009] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括能夠相對 于內(nèi)轂旋轉(zhuǎn)的外轂。
[0010] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合以及可以還包括將外轂相 對于內(nèi)轂偏置到第一角位置的至少一個偏置元件。
[0011] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括被定位成 抑制外轂相對于內(nèi)轂的振蕩運動的阻尼器。
[0012] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括被定位在 內(nèi)轂與外轂之間的對接面處的阻尼脂。 _
[0013] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括具有在標 準溫度和壓力下大于100帕斯卡?秒的粘度的阻尼脂。
[0014] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括至少部分 由硅石形成的阻尼脂。
[0015] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括被構(gòu)造成 與帶對接的周向延伸的表面。
[0016] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括耦合到內(nèi) 轂的具有腳踏板的曲柄臂。
[0017] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括具有多個 周向間隔開的位置指示器的外轂的至少一個位置指示器。
[0018] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括被定位在 距外轂的中心基本上相同的徑向距離處的外轂的每個位置指示器。
[0019] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括具有多個 周向間隔開的位置指示器的內(nèi)轂的至少一個位置指示器。
[0020] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括被定位在 距內(nèi)轂的中心基本上相同的徑向距離處的內(nèi)轂的每個位置指示器。
[0021] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括具有至少 一個磁體的內(nèi)轂的至少一個位置指示器。
[0022] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括具有至少 一個磁體的外轂的至少一個位置指示器。
[0023] 在本公開內(nèi)容的一個方面，測量被施加于滑輪的扭矩的方法可以包括提供滑輪。
[0024] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括提供滑輪， 提供滑輪可以包括提供包括包含至少一個位置指示器的內(nèi)轂的滑輪。
[0025] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括提供滑輪， 提供滑輪可以包括提供包括包含至少一個位置指示器的外轂的滑輪，該外轂能夠相對于內(nèi) 輪股旋轉(zhuǎn)。
[0026] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括提供包括 將外轂相對于內(nèi)轂偏置到第一角位置的至少一個偏置元件的滑輪。
[0027] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括當內(nèi)轂的 至少一個位置指示器旋轉(zhuǎn)經(jīng)過第一傳感器時，對該內(nèi)轂的該至少一個位置指示器進行檢 測。
[0028] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括當外轂的 至少一個位置指示器旋轉(zhuǎn)經(jīng)過第二傳感器時，對該外轂的該至少一個位置指示器進行檢 測。
[0029] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括確定與來 自第一傳感器的信號與來自第二傳感器的信號之間的時間差相關(guān)聯(lián)的第一時間間隔。
[0030] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括相對于滑 輪的旋轉(zhuǎn)速度來評估第一時間間隔以確定被施加于滑輪的扭矩
[0031] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括確定與來 自第一傳感器和第二傳感器中的一個傳感器的信號與來自該同一個傳感器的下一信號之 間的時間差相關(guān)聯(lián)的第二時間間隔。
[0032] 本公開內(nèi)容的另一方面可以包括上述特征的任意組合并且可以還包括相對于滑 輪的旋轉(zhuǎn)速度來評估第一時間間隔以確定被施加于滑輪的扭矩，該評估包括評估第一時間 間隔與第二時間間隔的比率以確定被施加于滑輪的扭矩。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]附圖示出了本方法和系統(tǒng)的各種實施方式，并且是說明書的一部分。示出的實施 方式僅是本系統(tǒng)和方法的示例并不限制其范圍。
[0034]圖1為根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的固定的自行車的等距視圖。
[0035]圖2為圖1中的固定的自行車的框架的一部分和滑輪的截面視圖。
[0036]圖3為圖2的滑輪的外轂的等距視圖。
[0037]圖4為圖2的滑輪的內(nèi)轂的轂板的等距視圖。
[0038]圖5為圖2的滑輪的內(nèi)轂的保持板的等距視圖。
[0039]圖6為圖2的滑輪的內(nèi)轂的連接板的等距視圖。
[0040]圖7為圖2的滑輪的內(nèi)轂的中央板和軸組件的等距視圖。
[0041] 圖8為圖2的滑輪的第一側(cè)的等距視圖。
[0042] 圖9為圖2的滑輪的第二側(cè)的等距視圖。
[0043] 圖1〇為圖1的固定的自行車的電子部件的示意圖。
[0044]在所有附圖中，相同的附圖標記指示相似但不必然相同的元件。

【具體實施方式】
[0045]圖1為根據(jù)本公開內(nèi)容的實施方式的健身器，具體地為固定的自行車10。固定的 自行車10包括框架12、座位14、把手I6、控制臺18以及耦合到驅(qū)動機構(gòu)24的曲柄臂20和 腳踏板22。驅(qū)動機構(gòu)24可以包括耦合到自行車曲柄臂20的滑輪26、阻力裝置28以及在 阻力裝置28與滑輪26之間延伸的驅(qū)動元件比如帶30。
[0046] 如圖2所示，滑輪26可以包括內(nèi)轂（inner hub)32、外轂（outer hub)34和至少一 個偏置元件（biasing element)比如彈簧36 (參見圖9)。內(nèi)轂32可以位于滑輪26的中心 處并且可以耦合到曲柄臂20。內(nèi)轂％可以包括兩個或多個板，比如轂板38、保持板40、連 接板42和中央板44。板38、40、42和44可以比如通過一個或多個鉚釘、螺栓46 (參見圖 9)、螺釘48、粘接劑和其它緊固元件接合在一起。
[0047] 在徑向外側(cè)區(qū)域中，板3S、40可以限定圍繞內(nèi)轂32周向延伸的通道50。內(nèi)轂32 可以還包括至少一個位于其上的位置指示器52。例如，位置指示器52可以包括圍繞內(nèi)轂 32周向間隔開的多個磁體。每個位置指示器52可以被定位在距滑輪26的旋轉(zhuǎn)軸54基本 上相同的徑向距離處，并且可以按預定的角距離彼此間隔開。在一種實施方式中，如圖 5和 圖8所示，四個位置指示器52可以相對于彼此以90度增量定位。
[0048] 外轂34的一部分可以被定位在由內(nèi)轂犯限定的通道50中。外轂34的徑向內(nèi)柱 面可以定位成與內(nèi)轂32的相應柱面相鄰并且可以被定尺寸和構(gòu)造成繞內(nèi)轂32的柱面。外 轂34可以能夠相對于內(nèi)轂32旋轉(zhuǎn)過角距離 a (參見圖9)。彈簧況或其它偏置元件可以將 外轂34相對于內(nèi)轂32偏置到第一角位置。
[0049]圖3中示出圖示外轂34的第一側(cè)的等距視圖。外轂34的主體可以由注射模制聚 合物形成。例如，外轂34可以由結(jié)構(gòu)上加強的聚合物比如玻璃纖維填充尼龍形成。這可以 便于以相對低的成本制造以相對復雜方式定形狀的外轂34。
[0050] 外轂34可以包括徑向外表面56,徑向外表面56被定形狀和構(gòu)造成在其上接納帶。 例如，徑向外表面56可以包括被定尺寸和定位成與具有槽的帶的槽對應的多個周向延伸 的槽。
[0051] 外轂34的徑向內(nèi)表面58可以具有大致圓筒形狀。外轂的第一側(cè)可以包括一個或 更多個突出部60和一個或更多個偏置構(gòu)件保持特征62 (例如，彈簧保持器）。相對的，第二 側(cè)（參見圖8)可以包括一個或多個位置指示器64。例如，第二側(cè)可以包括距離內(nèi)轂的中心 為第一徑向距離的周向間隔開的四個腔體，并且在每個腔體中可以分別定位有磁體（例如 陶質(zhì)磁體）。
[0052] 內(nèi)轂32可以包含多個部件，包括轂板38、保持板40、連接板42和中央板44,它們 可以結(jié)合到包括軸66的組件中。
[0053] 圖4中示出內(nèi)轂32的轂板38的等距視圖。轂板38的本體可以由與外轂34的本 體相似的注射模制聚合物形成。例如，轂板38可以由結(jié)構(gòu)上增強的聚合物比如玻璃纖維填 充尼龍形成。轂板38可以包括形成于其中的一個或更多個通道68和一個或更多個偏置構(gòu) 件保持特征70 (例如，彈簧保持器）。轂板38還可以包括一個圓筒形支承表面72,并有多 個周向間隔開的孔口 74。
[0054] 圖5中示出內(nèi)轂32的保持板40的等距視圖。如圖所示，保持板40可以包括多個 孔口 75和位置指示器52。例如，保持板40可以包括距離中心為第一徑向距離的周向間隔 開的四個腔體，并且在每個腔體中可以分別定位有磁體（例如，陶質(zhì)磁體）以設(shè)置位置指示 器52。
[0055] 如在如圖2所示的截面圖中可以看到的，轂板38和保持板40-起可以形成內(nèi)轂 32的通道50,外轂34被定位在通道50中。此外，阻尼脂76可以被定位在外轂34與內(nèi)轂 組件32之間的對接面處。阻尼脂76可以是具有相對高粘度的脂，這提供了對外轂34相對 于內(nèi)轂組件32的振蕩運動的抑制。例如，阻尼脂76可以具有在標準溫度和壓力下大于1〇〇 帕斯卡?秒的動態(tài)粘度（即，在標準溫度和壓力下大于一羅哥阻尼脂）。在一些實施方式 中，阻尼脂76可以包括合成碳氫化合物流體基和硅石（silica)增稠劑并且可以具有在標 準溫度和壓力下約220帕斯卡?秒的動態(tài)粘度（即，在標準溫度和壓力下約2. 2羅哥阻尼 脂）。例如，能夠從英國利茲的羅哥（ROCOL)獲得商標名為ROCOL種)KIL0P0ISE 0868S的 阻尼脂可能是合適的阻尼脂76。
[0056] 圖6不出內(nèi)轂32的連接板42的等距視圖。如圖所示，連接板42可以被構(gòu)造為包 含形成于其中的多個外孔口 78和多個內(nèi)孔口 80的環(huán)形體。
[0057] 圖7中示出包括中央版44和軸66的組件82的等距視圖。如圖所示，軸66可以 具有每個都被構(gòu)造成用于附接到對應的曲柄臂2〇(參見圖1)的第一端部84和相對的第二 端部8e(參見圖9)。軸6e的定位于第一端部S4與第二端部86之間的部分可以被定尺寸 和構(gòu)造成與至少一個軸承88耦合以便經(jīng)由軸承座90 (參見圖1)可旋轉(zhuǎn)地附接到框架。 [0058] 軸66可以固定到中央板44。例如，軸66和中央板44可以為用整體材料加工的 一體式結(jié)構(gòu)。在另一示例中，軸66和中央板44可以單獨形成并且之后例如通過焊縫、緊固 件、粘合劑等接合在一起。中央板44和軸66可以包括諸如鋼之類的金屬或被構(gòu)造成能提 供足夠的結(jié)構(gòu)強度以接收由用戶施加在腳踏板22和曲柄臂20上的力并且可以相對于框架 12支撐滑輪26的任何其它材料。
[0059] 為了組裝滑輪26,阻尼脂76可以提供給外轂34、轂板38、和/或保持板40。然后， 外轂34的突出部60可以與轂板38的對應通道68對準。此外，外轂34的偏置構(gòu)件保持特 征62可以與轂板38的對應偏置構(gòu)件保持特征70對準。因而，外轂34的徑向內(nèi)表面58可 以被定位在轂板38的圓筒形支承表面72上。
[0060] 在外轂34和轂板38被嵌套在一起后，連接板42的多個外孔口 78可以與轂板38 的對應的孔口 74以及保持板40的對應的孔口 75對準。然后，螺釘48可以插入以將連接 板42、轂板38以及保持板40緊固在一起。
[0061] 在連接板42、轂板38以及保持板40通過螺釘48緊固在一起之后，至少一個偏置 構(gòu)件可以定位于轂板38與外轂34之間。例如，彈簧36可以每個都被壓縮并插入對應的轂 板38的偏置構(gòu)件保持特征62與外轂34的偏置構(gòu)件保持特征 7〇的組之間。在彈簧36被 定位于轂板38的偏置構(gòu)件保持特征62與外轂34的偏置構(gòu)件保持特征70之間后，外轂34 的每個突出部60的第一側(cè)可以被偏置成與轂板38的每個相應通道68的第一側(cè)相接觸，如 圖9所示。
[0062] 同時，軸66可以被定位在軸承座90和軸承88中，軸承88可以為下述軸承中的一 個或更多個：球軸承、滾子軸承、錐形軸承和滑動軸承。軸承88可以有利于軸相對于框架12 的軸承座90的旋轉(zhuǎn)。
[0063] 在軸66和中央板44被安裝在框架12的軸承座90之上后，中央板44和連接板42 可以接合在一起以形成滑輪26。中央板44可以包括被定尺寸和定位成與連接板42的內(nèi) 孔口 8〇對準的多個孔口 92。在中央板44的孔口 92已經(jīng)與連接板42的內(nèi)孔口 80對準之 后，螺栓46可以嵌入其中以將連接板42和中央板44緊固在一起。
[0064] 當滑輪26被全部組裝在健身裝置（例如，固定的自行車10)之上時，帶30可以被 定位在外轂34的徑向外表面56上。帶30也可以被定位在阻力裝置28上,阻力裝置28可 以對帶30的運動提供可選擇的機械阻力。另外，傳感器94、96可以被定位在帶26附近并 相對于健身裝置10的框架12固定，如圖2所示。傳感器94、96(例如，霍爾效應傳感器） 可以被定位在與滑輪26的位置指示器52、64的徑向位置對應的位置處。
[0065] 第一傳感器94可以被定位成檢測內(nèi)轂32的位置指示器52。第一傳感器94可以 被定位使得當滑輪26旋轉(zhuǎn)，內(nèi)轂32的位置指示器52 (例如，位于保持板40上的位置指示 器52)可以接近第一傳感器94而經(jīng)過。
[0066] 同樣地，第二傳感器96可以被定位成檢測感測外轂34的位置指示器61第二傳 感器％可以被定位成使得當滑輪26旋轉(zhuǎn)時，外轂34的位置指示器64可以靠近第二傳感 器96而經(jīng)過。
[0067] 當沒有扭矩被施加于滑輪26時,彈簧36可以使內(nèi)轂32的位置指示器52相對于 外轂34的位置指示器64偏置到第一位置。例如，內(nèi)轂32的位置指示器52可以每個都與 外轂34的相應位置指示器64角向?qū)省?br> [0068] 在操作期間，例如由用戶通過腳踏板22和附接到滑輪26的曲柄臂20施加扭矩， 扭矩可以被施加于滑輪26。所施加的扭矩可以克服彈簧36的偏置扭矩，并且內(nèi)轂32可以 相對于外轂34旋轉(zhuǎn)。內(nèi)轂32相對于外轂34的旋轉(zhuǎn)可導致內(nèi)轂32的位置指示器52相對 于外轂34的位置指示器64被移動到不同的角位置。
[0069] 當滑輪26旋轉(zhuǎn)，內(nèi)轂32的位置指示器52可以旋轉(zhuǎn)經(jīng)過第一傳感器94，并且第一 傳感器94可以產(chǎn)生指示內(nèi)轂32的每個位置指示器52經(jīng)過的時間的信號。另外，外轂34 的位置指示器64可以旋轉(zhuǎn)經(jīng)過第二傳感器96,并且第二傳感器96可以產(chǎn)生指示外轂 34的 每個位置指示器64經(jīng)過的時間的信號。
[0070]來自第一傳感器94、第二傳感器96的信號可以被傳遞到可以分析信號的計算機 98的中央處理單元（CPU)。滑輪26的旋轉(zhuǎn)速度（例如，每分鐘的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)（RPM))可以通 過單獨查看來自第一傳感器94和第二傳感器 96的信號來進行分析。通過利用外滑輪的每 個位置指示器64之間的已知距離，旋轉(zhuǎn)速度可以通過用第二傳感器96感測每個位置指示 器64之間的時間差來計算。對于其中外轂34包括四個等間隔的位置指示器 64的實施方 式，旋轉(zhuǎn)速度可以通過等式R= VG(TO2-TO1)來計算。其中：
[0071] R為旋轉(zhuǎn)速度；
[0072] TO1為外轂M的第一位置指示器64經(jīng)過第二傳感器％的時間；以及 [0073] TO2為外轂34的下一位置指示器64經(jīng)過第二傳感器96的時間。
[0074] 在另一實施方式中，由第一傳感器94感測的數(shù)據(jù)可以用來確定旋轉(zhuǎn)速度。此外， 多個數(shù)據(jù)點可以被取平均值以確定旋轉(zhuǎn)速度。
[0075]通過利用滑輪26的已計算出的旋轉(zhuǎn)速度，來自第一傳感器94和第二傳感器96的 信號之間的時間差可以被用來確定內(nèi)轂32相對于外轂34的旋轉(zhuǎn)位移量，其中，該位移由于 所施加的扭矩而產(chǎn)生。當滑輪26在沒有被施加的扭矩的情況下旋轉(zhuǎn)時，由第一傳感器94 感測內(nèi)轂32的位置指示器52和由第二傳感器96感測外轂34的相應位置指示器64之間 的時間差可以通過等式AT。= (TOtrTIci)來計算。其中：
[0076] A Ttl為當沒有扭矩被施加于滑輪26時，來自第一傳感器94和第二傳感器96的信 號之間的時間差；
[0077] TOtl為外轂34的位置指示器64經(jīng)過第二傳感器96的時間；以及 [0078] TIq為內(nèi)轂32的相應位置指示器52經(jīng)過第一傳感器94的時間。
[0079] 當滑輪26通過所施加的扭矩旋轉(zhuǎn)時，由第一傳感器94感測內(nèi)轂32的位置指示器 52和由第二傳感器96感測外轂34的相應位置指示器64之間的時間差可以通過等式A T1 =(TO1 -TI1)來計算。其中：
[0080] AT1為當扭矩被施加于滑輪26時，來自第一傳感器94和第二傳感器96的信號之 間的時間差；
[0081] TO1為外轂34的位置指示器64經(jīng)過第二傳感器96的時間；以及
[0082] TI1為內(nèi)轂32的相應位置指示器52經(jīng)過第一傳感器94的時間。
[0083] 此外，位移的角度A可以用等式A = R(AT1-ATq)來計算。AT。的值將是恒定值， 其將基于滑輪26的設(shè)計。在實施方式中--其中，內(nèi)轂32、外轂34的相應位置指示器52、 64基本上同時經(jīng)過第一傳感器M和第二傳感器96--，當沒有扭矩被施加于滑輪時，A T0 的值可以等于0并且位移角的等式可以簡化為A = R* AT1。
[0084] 通過內(nèi)轂32相對于外轂34的已知位移角可以計算出所施加的扭矩。在一些實施 方式中，每個偏置構(gòu)件可以是彈簧 36并且所施加的扭矩可以利用胡克定律F = kx來計算， 其中：
[0085] F為所施加的力；
[0086] k為彈性常數(shù)；以及
[0087] X為彈簧36的位移。
[0088] 在確定了所施加的力F后，被施加于滑輪26的扭矩可以通過等式T = FD來計算， 其中：
[0089] T為被施加于滑輪26的扭矩；
[0090] F為所施加的力；以及
[0091] D為每個彈簧36距滑輪26的轉(zhuǎn)動軸54的徑向距離。
[0092] 在另一實施方式中，所施加的扭矩可以通過利用經(jīng)驗數(shù)據(jù)（例如，通過觀察或?qū)?驗獲得的信息）來計算。例如，各種扭矩可以被施加于滑輪26并且對應于每種扭矩的位移 可以被測量。然后，在使用中，計算機98可以利用查找表或呈現(xiàn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)的功能以確定所 施加的扭矩。
[0093] 當確定了所施加的扭矩，計算機98可以將信號發(fā)送到控制臺18以將扭矩輸出信 息提供給用戶。因而，用戶可以利用此信息來實現(xiàn)期望的練習，以致力于更高的峰值扭矩輸 出，并且/或者致力于持續(xù)的扭矩輸出。
[0094] 工業(yè)實用性
[0095] 健身器比如固定的自行車可以包括可以用來確定比如通過腳踏板施加于其的扭 矩的滑輪。包括該滑輪的健身器可以由運動員出于健身目的來使用。因此，運動員可以從 健身器收到關(guān)于扭矩輸入的反饋并提高其性能。
[00%] 該滑輪可以包括內(nèi)轂、外轂和至少一個偏置元件比如彈簧。在一些實施方式中，偏 置元件可以是螺旋壓縮彈簧。在另一些實施方式中，偏置元件可以是彈性材料、拉伸彈簧、 彈簧片、柔性機構(gòu)或其它偏置元件。
[0097] 內(nèi)轂可以位于滑輪中心處并且可以耦合到曲柄臂。該內(nèi)轂可以包括通過例如一個 或更多個鉚釘、螺栓、螺釘、粘合劑以及其它緊固元件接合在一起的兩個或多個板。在徑向 外部區(qū)域，這些板可以限定圍繞內(nèi)轂周向延伸的通道。該內(nèi)轂可以還包括位于其上的至少 一個位置指示器。例如，位置指示器可以包括圍繞內(nèi)轂周向間隔開的多個磁體。在一些實 施方式中，內(nèi)轂可以包括四個位置指示器。在另一些實施方式中，該內(nèi)轂可以包括至少一個 位置指示器，并且任意數(shù)量的附加位置指示器圍繞內(nèi)轂分布，對此都沒有限制。
[0098]每個磁體可以被定位在距滑輪的旋轉(zhuǎn)軸基本相同的徑向距離處，并且可以以預定 的角距離彼此間隔開。在一種實施方式中，四個磁體可以相對彼此以90度增量定位。在另 一些實施方式中，可以利用不同數(shù)量的磁體，并且可以利用位置指示器之間的任意角距離。 夕卜轂的一部分可以被定位在由內(nèi)轂限定的通道中。外轂的徑向內(nèi)圓筒形表面可以 被定位在內(nèi)轂的對應圓筒形表面附近并且可以被定尺寸和構(gòu)造成繞內(nèi)轂的圓筒形表面旋 轉(zhuǎn)。外轂可以能夠相對于內(nèi)轂旋轉(zhuǎn)過角距離u。彈簧或其它偏置元件可以將外轂相對于內(nèi) 轂偏直到第一角位置。
[0100]^外轂的主體可以由注射模制聚合物形成。例如，外轂可以由結(jié)構(gòu)上加強的聚合物 如^璃纖維填充尼龍形成。這可以有利于以相對低的成本的制造以相對復雜方式定形狀的 外穀。在另一些實施方式中，外轂可以由其它材料形成。例如，外轂可以由金屬比如鑄造鋁 形成。
[0101]外轂可以包括被定形狀和構(gòu)造成在其上接納驅(qū)動元件比如帶的徑向外表面。例 如，徑向外表面可以包括多個周向延伸的槽，所述槽被定尺寸和定位成與具有槽的帶的槽 對應。在另一些實施方式中，驅(qū)動元件可以包括不同類型的帶，如V帶。在又一些實施方式 中，驅(qū)動元件可以為鏈、齒輪傳動的齒輪、蝸桿傳動裝置，或其它摩擦或嚙合傳動元件。
[0102] 外轂的徑向內(nèi)表面可以具有大致圓筒形狀。外轂的第一側(cè)面可以包括一個或多個 突出部以及一個或多個偏置元件保持特征（例如，螺旋彈簧保持器）。相對的第二側(cè)面可以 包括一個或多個位置指示器。例如，第二側(cè)面可以包括距中心為第一徑向距離處的四個周 向間隔開的腔體，并且在每個腔體中可以分別定位有磁體（例如陶質(zhì)磁體）。
[0103] 內(nèi)轂可以包括多個構(gòu)件，包括轂板、保持板、中央板以及軸組件和連接板。
[0104] 內(nèi)轂的轂板的本體由與外轂的本體相似的注射模制聚合物形成。例如，轂板可以 由結(jié)構(gòu)上強化的聚合物如玻璃纖維填充尼龍形成。轂板可以包括形成在其中的一個或更多 個通道和一個或更多個偏置元件保持特征（例如，螺旋彈簧保持器）。轂板還可以包括圓 筒形支承表面和多個周向間隔開的孔口。在另一些實施方式中，轂板可以由其它材料形成。 例如，轂板可以由金屬比如鑄造鋁形成。
[0105] 保持板可以包括一個或多個位置指示器。例如，保持板可以包括距中心為第一徑 向距離處的四個周向間隔開的腔體，并且在每個腔體中可以相應地定位有磁體（例如，陶 瓷磁體）。
[0106] 阻尼脂可以被定位在外轂與內(nèi)轂組件之間的對接面處。阻尼脂可以是具有相對高 粘度的脂，這提供了對外轂相對于內(nèi)轂組件的振蕩運動的抑制。例如，可以使用具有在標準 溫度和壓力下大于100帕斯卡?秒的動態(tài)粘度（即，在標準溫度和壓力下大于羅哥阻尼脂） 的阻尼脂。在一些實施方式中，阻尼脂可以包括碳氫化合物流體基和硅石增稠劑并且可以 具有在標準溫度和壓力下約220帕斯卡?秒的動態(tài)粘度（例如，在標準溫度和壓力下約2. 2 羅哥阻尼脂）。例如，能夠從英國利茲的羅哥獲得的商標名為ROCOL @ KIL0P0ISE 0868S的 阻尼脂可以是合適的阻尼脂76。
[0107] 內(nèi)轂組件的中央板和軸組件可以包括具有第一端部和相對的第二端部的軸，第一 端部和第二端部每個都被構(gòu)造成用于附接到相應曲柄臂。軸的被定位在第一端部與第二端 部之間的部分可以被定尺寸和構(gòu)造成配合至少一個軸承以便通過軸承座可旋轉(zhuǎn)地附接到 框架。該軸可以耦合到中央板。例如，該軸和中央板可以為由整體材料加工而成的一體結(jié) 構(gòu)。又例如，該軸和中央板可以單獨形成，并且之后通過例如焊縫接合在一起。該中央板和 軸組件可以由金屬例如鋼構(gòu)成，其可以提供足夠的結(jié)構(gòu)強度以接收由用戶施加在腳踏板和 曲柄臂上的力并且相對于框架支撐滑輪。因此，該軸可以被定位在軸承座內(nèi)，并且軸承（比 如球軸承、滾子軸承、錐形軸承和滑動軸承中的一個或多個）可以有助于該軸相對于框架 的軸承座的旋轉(zhuǎn)。
[0108] 傳感器可以被定位在滑輪附近并且相對于健身裝置的框架被固定。傳感器可以被 定位在與滑輪的位置指示器的徑向位置對應的位置處。在一些實施方式中，該傳感器可以 是霍爾效應傳感器。在另一些實施方式中，傳感器可以包括可以能夠檢測到位置指示器的 其它傳感器。例如，傳感器可以包括下述傳感器中的一個或更多個：紅外傳感器、激光器、光 電傳感器以及電感傳感器。
[0109] 第一傳感器可以被定位成檢測內(nèi)轂的位置指示器。第一傳感器可以被定位使得當 滑輪旋轉(zhuǎn)，內(nèi)轂的位置指示器（例如，位于保持板上的位置指示器）可以接近第一傳感器而 經(jīng)過。
[0110] 同樣地，第二傳感器可以被定位成檢測外轂的位置指示器。第二傳感器可以被定 位成使得當滑輪旋轉(zhuǎn)，外轂的位置指示器可以接近第二傳感器而經(jīng)過。
[0111] 當沒有扭矩被施加于滑輪時，偏置元件可以使內(nèi)轂的位置指示器相對于外轂的位 置指示器定位到第一位置。例如，內(nèi)轂的位置指示器可以每個都與外轂的相應位置指示器 角向?qū)省?br> [0112] 在操作中，例如由用戶通過腳踏板和附接到滑輪的曲柄臂施加扭矩，扭矩可以被 施加于滑輪。所施加的扭矩可以克服偏置構(gòu)件的偏置力，并且內(nèi)轂可以相對于外轂旋轉(zhuǎn)。內(nèi) 轂相對于外轂的旋轉(zhuǎn)可導致內(nèi)轂的位置指示器相對于外轂的位置指示器被移動到不同的 角位置。
[0113] 當滑輪旋轉(zhuǎn)，內(nèi)轂的位置指示器可以旋轉(zhuǎn)經(jīng)過第一傳感器，并且第一傳感器可以 產(chǎn)生對內(nèi)轂的每個位置指示器經(jīng)過的時間進行指示的信號。另外，外轂的位置指示器可以 旋轉(zhuǎn)經(jīng)過第二傳感器，并且第二傳感器可以產(chǎn)生對外轂的每個位置指示器經(jīng)過的時間進行 指示的信號。
[0114] 來自第一傳感器和第二傳感器的信號可以被傳遞到計算機的中央處理單元 (CPU)，其可以對信號進行分析?；喌男D(zhuǎn)速度（例如，每分鐘旋轉(zhuǎn)的數(shù)量（RPM))可以通 過單獨查看來自第一傳感器和第二傳感器的信號來分析。利用外滑輪的每個位置指示器之 間的已知距離，旋轉(zhuǎn)速度可以通過感測每個位置指示器之間的時間差來計算。
[0115]當確定了所施加的扭矩時，計算機可以將信號發(fā)送到控制臺以將扭矩輸出信息提 供給用戶。因而，用戶可以利用此信息以完成期望的練習，以致力于更高的峰值扭矩輸出， 并且/或者致力于持續(xù)的扭矩輸出。在另一些實施方式中，該信號可以由機載計算機或外 部計算機記錄，并且該數(shù)據(jù)可以被分析以提供關(guān)于練習的附加信息。 ~
【權(quán)利要求】
1. 一種用于健身器的滑輪，所述滑輪包括： 內(nèi)轂，所述內(nèi)轂包括至少一個位置指示器； 外轂，所述外轂包括至少一個位置指示器，所述外轂能夠相對于所述內(nèi)轂旋轉(zhuǎn)； 至少一個偏置元件，所述至少一個偏置元件將所述外轂相對于所述內(nèi)轂偏置到第一角 位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑輪，還包括被定位成抑制所述外轂相對于所述內(nèi)轂的振動 運動的阻尼器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的滑輪，其中，所述阻尼器包括被定位在所述內(nèi)轂與所述外轂 之間的對接面處的阻尼脂。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的滑輪，其中，所述阻尼脂具有在標準溫度和壓力下大于100帕 斯卡?秒的粘度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的滑輪，其中，所述阻尼脂包括硅石。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑輪，其中，所述外轂包括被構(gòu)造成與帶對接的周向延伸的 表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑輪，還包括耦合到所述內(nèi)轂的具有腳踏板的曲柄臂。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑輪，其中，外轂的所述至少一個位置指示器包括每個都被 定位在距所述外轂的中心基本上相同的徑向距離處的多個周向間隔開的位置指示器，并且 其中，所述內(nèi)轂的所述至少一個位置指示器包括每個都被定位在距所述內(nèi)轂的中心基本上 相同的徑向距離處的多個周向間隔開的位置指示器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滑輪，其中，所述內(nèi)轂的所述至少一個位置指示器包括至少 一個磁體，并且其中，所述外轂的所述至少一個位置指示器包括至少一個磁體。
10. -種健身器，包括： 框架； 滑輪，所述滑輪包括： 內(nèi)轂，所述內(nèi)轂包括至少一個位置指示器； 外轂，所述外轂包括至少一個位置指示器，所述外轂能夠相對于所述內(nèi)轂旋轉(zhuǎn)； 至少一個偏置元件，所述至少一個偏置元件將所述外轂相對于所述內(nèi)轂偏置到第一角 位置； 第一傳感器，所述第一傳感器相對于所述框架被固定并且被定位成檢測所述內(nèi)轂的所 述至少一個位置指示器； 第二傳感器，所述第二傳感器相對于所述框架被固定并且被定位成檢測所述外轂的所 述至少一個位置指示器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的健身器，其中，所述滑輪還包括被定位成抑制所述外轂相 對于所述內(nèi)轂的振動運動的阻尼器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的健身器，其中，所述阻尼器包括被定位在所述內(nèi)轂與所述 外轂之間的對接面處的阻尼脂。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的健身器，其中，所述阻尼脂具有在標準溫度和壓力下大于 1〇〇帕斯卡?秒的粘度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的健身器，其中，所述阻尼脂包括硅石。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的健身器，還包括阻力裝置和帶，所述帶耦合所述阻力裝置 和所述滑輪的所述外轂。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的健身器，還包括耦合到所述內(nèi)轂的具有腳踏板的曲柄臂。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的健身器，其中，外轂的所述至少一個位置指示器包括每個 都被定位在距所述外轂的中心基本上相同的徑向距離處的多個周向間隔開的位置指示器， 并且其中，內(nèi)轂的所述至少一個位置指示器包括每個都被定位在距所述內(nèi)轂的中心基本上 相同的徑向距離處的多個周向間隔開的位置指示器。
18. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的健身器，其中，所述內(nèi)轂的所述至少一個位置指示器包括 至少一個磁體，并且其中，所述外轂的所述至少一個位置指示器包括至少一個磁體。
19. 一種測量被施加于滑輪的扭矩的方法，所述方法包括： 提供滑輪，所述滑輪包括： 內(nèi)轂，所述內(nèi)轂包括至少一個位置指示器； 外轂，所述外轂包括至少一個位置指示器，所述外轂能夠相對于所述內(nèi)轂旋轉(zhuǎn)； 至少一個偏置元件，所述至少一個偏置元件將所述外轂相對于所述內(nèi)轂偏置到第一角 位置； 當所述內(nèi)轂的所述至少一個位置指示器旋轉(zhuǎn)經(jīng)過第一傳感器時，檢測所述內(nèi)轂的所述 至少一個位置指示器； 當所述外轂的所述至少一個位置指示器旋轉(zhuǎn)經(jīng)過第二傳感器時，檢測所述外轂的所述 至少一個位置指示器； 確定與來自所述第一傳感器的信號與來自所述第二傳感器的信號的時間差相關(guān)聯(lián)的 第一時間間隔； 相對于所述滑輪的旋轉(zhuǎn)速度來評估所述第一時間間隔以確定被施加于所述滑輪的扭 矩。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括： 確定與來自所述第一傳感器和所述第二傳感器中的一個傳感器的信號與來自該同一 個傳感器的下一信號的時間差相關(guān)聯(lián)的第二時間間隔； 其中，相對于所述滑輪的所述旋轉(zhuǎn)速度來評估所述第一時間間隔以確定被施加于所述 滑輪的所述扭矩包括：評估所述第一時間間隔與所述第二時間間隔的比率以確定被施加于 所述滑輪的所述扭矩。
【文檔編號】A63B22/06GK104245057SQ201380020414
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月19日
【發(fā)明者】特倫頓·萬·拉森, 理查德·布拉德·埃利斯, 喬舒亞·西恩·卡普 申請人:艾肯運動與健康公司