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TWI648195B - 自行車踩踏力偵測器 - Google Patents

自行車踩踏力偵測器 Download PDF

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TWI648195B
TWI648195B TW104138831A TW104138831A TWI648195B TW I648195 B TWI648195 B TW I648195B TW 104138831 A TW104138831 A TW 104138831A TW 104138831 A TW104138831 A TW 104138831A TW I648195 B TWI648195 B TW I648195B
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TW
Taiwan
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pedaling force
force detector
crank
bicycle
sensor circuit
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TW104138831A
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TW201627200A (zh
Inventor
手塚俊雄
吉田文昭
森進太郎
Original Assignee
島野股份有限公司
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Publication date
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Abstract

本發明揭示一種自行車踩踏力偵測器，其基本上包含一第一感測器電路、一無線通信器及一第一電連接部件。該第一感測器電路經耦合至一第一外殼中，該第一外殼經構形以安裝至一曲柄總成。該無線通信器經耦合至一第二外殼中，該第二外殼經構形以可拆卸地安裝至一曲柄總成。該第二外殼係與該第一外殼分離之一部件。該第一電連接部件經構形以電連接該無線通信器與該第一感測器電路。

Description

自行車踩踏力偵測器
本發明大體係關於一種自行車踩踏力偵測器。更特定言之，本發明係關於具有一無線通信器之一自行車踩踏力偵測器，該無線通信器經構形以可拆卸地連接至一曲柄總成且經容置遠離安裝於曲柄總成之一感測電路。
自行車有時配備用於提供資訊至騎者及/或用於提供資訊至一控制器以控制自行車之各種態樣(諸如換擋或懸吊剛性)之各種感測器。一種此感測器係用於偵測騎者之一踩踏力之一扭矩或力感測器。已提出各種感測配置以用於偵測騎者之一踩踏力。舉例而言，在美國專利案第7,516,677號(讓渡給Shimano In c.)中，在一曲柄軸上提供一圓柱形扭轉偵測套筒部件(力感測單元)，以用於偵測踩踏期間施加至曲柄軸之一踩踏力。
踩踏力偵測器通常使用應變計來在踩踏期間量測踩踏力。舉例而言，在美國專利申請案第2010/0282001號(讓渡給Shimano Inc.)中揭示一力感測器，其利用一應變計來偵測踩踏期間施加至曲柄軸件之一踩踏力。最近，踩踏力偵測器已併入無線通信技術。舉例而言，在美國公開專利申請案第2012/0214646號中揭示一踩踏力感測器，該案描述在一外殼內包含處理電路之一功率量測器件。處理電路與安裝於曲柄臂上之應變計耦合，且產生無線發射至可接收且顯示功率量測之一 單獨顯示器之一功率值。一些踩踏力偵測器經構形使得部分經安置於可自一曲柄總成移除之一感測器板上，如在美國公開專利申請案第2014/0060212號(讓渡給Shimano)中揭示。
一般言之，本發明係關於偵測施加至自行車曲柄臂之一踩踏力之一自行車踩踏力偵測器之各種特徵。
鑒於已知技術之狀態且根據本發明之一第一態樣，提供一種自行車踩踏力偵測器，其基本包括一感測器電路、一無線通信器及一電連接部件。該感測器電路經安置於一外殼中，該外殼經構形以安裝至一曲柄總成。該無線通信器經安置於一外殼中，該外殼經構形以可拆卸地安裝至該曲柄總成。該無線通信器之該外殼係與該感測器電路之該外殼分離之一部件。該電連接部件經構形以延伸穿過該曲柄總成之一內側空間且電連接該無線通信器與該感測器電路。
根據本發明之一第二態樣，根據該第一態樣之該自行車踩踏力偵測器經構形使得該曲柄總成包含一曲柄臂。
根據本發明之一第三態樣，根據該第二態樣之該自行車踩踏力偵測器經構形使得該感測器電路經構形以安裝至該曲柄臂。
根據本發明之一第四態樣，根據該第二態樣之該自行車踩踏力偵測器經構形使得該無線通信器經構形以可拆卸地安裝至該曲柄臂。
根據本發明之一第五態樣，根據該第二態樣之該自行車踩踏力偵測器經構形使得該感測器電路經構形以安裝至該曲柄臂外側。
根據本發明之一第六態樣，根據該第二態樣之該自行車踩踏力偵測器經構形使得該感測器電路經構形以安裝至該曲柄臂內側。
根據本發明之一第七態樣，根據該第二態樣之該自行車踩踏力偵測器進一步包括複數個應變感測器。該等應變感測器經固定至該曲柄臂，且經電連接至該感測器電路。
根據本發明之一第八態樣，根據該第二態樣之該自行車踩踏力偵測器經構形使得該曲柄臂包含一固定結構，且該無線通信器之該外殼經構形以可拆卸地附接至該固定結構。
根據本發明之一第九態樣，根據該第二態樣之該自行車踩踏力偵測器進一步包括複數個應變感測器。該等應變感測器經固定至該曲柄臂之一外部，且經電連接至該感測器電路。
根據本發明之一第十態樣，根據該第二態樣之該自行車踩踏力偵測器進一步包括複數個應變感測器，該等應變感測器經固定至該曲柄臂之一內部且經電連接至該感測器電路。
根據本發明之一第十一態樣，根據該第二態樣之該自行車踩踏力偵測器經構形使得該電連接部件包含一電線，且該曲柄臂包含一洞。該電線至少部分安置於該洞中。
根據本發明之一第十二態樣，根據該第十一態樣之該自行車踩踏力偵測器經構形使得該電連接部件進一步包含一第一連接器及一第二連接器。該第一連接器經安裝於該曲柄臂上。該第二連接器經安裝於該無線通信器上。當該無線通信器可拆卸地安裝至該曲柄臂時，該第二連接器可拆卸地連接至該第一連接器。
根據本發明之一第十三態樣，根據該第二態樣之該自行車踩踏力偵測器經構形使得該踩踏力偵測器進一步具有一額外感測器電路及一額外電連接部件，其電連接該無線通信器與該額外感測器電路。該曲柄總成進一步包含一額外曲柄臂及連接至該等曲柄臂之一曲柄軸件。該等感測器電路之一者經固定至該等曲柄臂之一者且該等感測器電路之另一者經固定至該等曲柄臂之另一者。
根據本發明之一第十四態樣，根據該第一態樣之該自行車踩踏力偵測器經構形使得該感測器電路包含一放大器電路及一計算電路。
根據本發明之一第十五態樣，根據該第一態樣之該自行車踩踏 力偵測器經構形使得該感測器電路經構形以永久安裝至該曲柄總成。
根據本發明之一第十六態樣，根據該第一態樣之該自行車踩踏力偵測器經構形使得該無線通信器之該外殼進一步包含一電池接納結構。
根據本發明之一第十七態樣，根據該第一態樣之該自行車踩踏力偵測器進一步包括附接至該感測器電路之該外殼及該無線通信器之該外殼之一者之一節奏感測器。
根據本發明之一第十八態樣，根據該第十七態樣之該自行車踩踏力偵測器經構形使得該節奏感測器經安裝至該感測器電路之該外殼。
根據本發明之一第十九態樣，根據該第十八態樣之該自行車踩踏力偵測器經構形使得該節奏感測器經安裝至該無線通信器之該外殼。
根據本發明之一第二十態樣，根據該第十三態樣之該自行車踩踏力偵測器經構形使得該額外電連接部件延伸穿過該曲柄軸件。
熟習此項技術者亦將自下列實施方式瞭解所揭示之自行車踩踏力偵測器之其他目標、特徵、態樣及優勢，實施方式結合隨附圖式揭示該自行車踩踏力偵測器之經選擇之實施例。
4‧‧‧線
10‧‧‧自行車
12‧‧‧自行車曲柄總成
14‧‧‧踩踏力偵測器
16‧‧‧第一曲柄臂
16A‧‧‧曲柄軸件接納開口
16B‧‧‧螺紋開口
18‧‧‧第二曲柄臂
18A‧‧‧曲柄軸件接納開口
18B‧‧‧螺紋開口
19‧‧‧線
20‧‧‧曲柄軸件
20A‧‧‧開口
20B‧‧‧開口
20C‧‧‧開口
22‧‧‧無線通信器
24‧‧‧控制器
26‧‧‧使用者介面
28‧‧‧顯示器
30‧‧‧揚聲器
32‧‧‧第一感測器電路
32A‧‧‧放大器電路
32B‧‧‧計算電路
34‧‧‧無線通信器
36‧‧‧第一電連接部件
38‧‧‧第一應變感測器
40‧‧‧電線
42‧‧‧第一外殼
44‧‧‧第二外殼
44a‧‧‧無螺紋穿孔
46‧‧‧節奏感測器
46’‧‧‧節奏感測器
48‧‧‧磁體
50‧‧‧固定結構
52‧‧‧螺紋孔
54‧‧‧固定螺栓
56‧‧‧電池
56A‧‧‧電池接納結構
56B‧‧‧可拆卸蓋
60‧‧‧第二感測器電路
60A‧‧‧放大器電路
60B‧‧‧計算電路
62‧‧‧第二電連接部件
64‧‧‧第二應變感測器
66‧‧‧電線
70‧‧‧電線
70A‧‧‧第一端
70B‧‧‧第二端
72‧‧‧第一連接器
74‧‧‧第二連接器
76‧‧‧電線
78‧‧‧第一洞
80‧‧‧第二洞
82‧‧‧第三洞
84‧‧‧電線
84A‧‧‧第一端
84B‧‧‧第二端
86‧‧‧電線
86A‧‧‧第一端
86B‧‧‧第二端
88‧‧‧配接電連接器
90‧‧‧配接電連接器
92‧‧‧防水蓋
94‧‧‧洞
95‧‧‧橡膠套圈
96‧‧‧感測器外殼
98‧‧‧洞
112‧‧‧自行車曲柄總成
114‧‧‧踩踏力偵測器
116‧‧‧第一曲柄臂
118‧‧‧第二曲柄臂
132‧‧‧第一感測器電路
136‧‧‧第一電連接部件
138‧‧‧第一應變感測器
142‧‧‧第一外殼
144‧‧‧第二外殼
160‧‧‧第二感測器電路
162‧‧‧第二電連接部件
170‧‧‧電線
171‧‧‧電連接器
172‧‧‧第一電連接器
173‧‧‧第二電連接器
175‧‧‧電連接器
177‧‧‧凹槽
184‧‧‧電線
186‧‧‧電線
188‧‧‧電連接器
190‧‧‧電連接器
212‧‧‧自行車曲柄總成
214‧‧‧踩踏力偵測器
216‧‧‧第一曲柄臂
218‧‧‧第二曲柄臂
232‧‧‧第一感測器電路
234‧‧‧無線通信器
236‧‧‧第一電連接部件
238‧‧‧第一應變感測器
260‧‧‧第二感測器電路
262‧‧‧第二電連接部件
264‧‧‧第二應變感測器
A‧‧‧軸
B‧‧‧軸
BC‧‧‧自行車鏈
C‧‧‧軸
CC‧‧‧行車電腦
F‧‧‧自行車框架
LED‧‧‧指示燈
P‧‧‧自行車踏板
PCB‧‧‧印刷電路板
S1‧‧‧鏈輪
S2‧‧‧鏈輪
SW‧‧‧校準開關
現參考隨附圖式，其等形成此原始揭示內容之一部分：圖1係配備具有根據一第一繪示實施例之一踩踏力偵測器之一自行車曲柄總成之一自行車之一側視立面視圖；圖2係具有在圖1中繪示之踩踏力偵測器之自行車曲柄總成之一透視圖；圖3係具有在圖1及圖2繪示之踩踏力偵測器之自行車曲柄總成之一側視圖； 圖4係沿圖2之剖面線4-4可見在圖1至圖3中繪示之踩踏力偵測器之自行車曲柄總成之一橫截面視圖；圖5係包含一踩踏力偵測器及一行車電腦之一自行車輸入力處理裝置之一方塊圖；圖6係右曲柄臂之一內側視圖，該右曲柄臂具有附接至其之在圖1至圖4中繪示之踩踏力偵測器之一感測器電路及一無線通信器；圖7係如在圖6中繪示具有安裝於其之無線通信器之右曲柄臂之一俯視圖；圖8係具有在圖6及圖7繪示之無線通信器之曲柄臂之一部分側視圖；圖9係在圖1至圖4中繪示之踩踏力偵測器之右曲柄臂、感測器電路及無線通信器之一分解透視圖；圖10係在圖6中繪示之右曲柄臂之一俯視透視圖，其中無線通信器被移除；圖11係藉由電連接部件互連之感測器電路及無線通信器之一透視圖；圖12係在圖1至圖4中繪示之踩踏力偵測器之無線通信器之一外側立面視圖；圖13係在圖1至圖4中繪示之踩踏力偵測器之在圖11中繪示之無線通信器之一內側立面視圖，其中移除印刷電路板及電池接納結構以展示電池；圖14係在圖1至圖4中繪示之踩踏力偵測器之左曲柄臂併入部分之一內側立面視圖；圖15係在圖14中繪示之左曲柄臂之一透視圖，其中一部分脫離以用於繪示電線穿出左曲柄臂至曲柄軸件接納開口中；圖16係與在圖1至圖4繪示之踩踏力偵測器一起使用之曲柄軸件 之一透視圖；及圖17係在圖15中繪示之曲柄軸件之另一透視圖；圖18係具有根據一第二實施例之一踩踏力偵測器之一自行車曲柄總成之一側視立面視圖；圖19係沿圖18之剖面線19-19可見之自行車曲柄總成之一橫截面視圖；圖20係右曲柄臂之一內側透視圖，其中右曲柄臂具有附接至其之感測器電路及無線通信器；及圖21係具有根據一第三實施例之一踩踏力偵測器之一自行車曲柄總成之一橫截面視圖。
現將參考圖式解釋經選擇之實施例。熟習自行車領域者將自此揭示內容瞭解，實施例之下列描述僅為繪示且非為如隨附申請專利範圍及其等等效物界定般限制本發明之目的而提供。
首先參考圖1，繪示一自行車10，其配備具有根據一第一實施例之一踩踏力偵測器14之一自行車曲柄總成12。自行車曲柄總成12以一習知方式可旋轉地安裝至自行車10之一自行車框架F。基本上，踩踏力偵測器14偵測藉由一騎者施加至自行車曲柄總成12之一踩踏力，且接著提供踩踏力資訊至騎者。此處，在第一實施例中，踩踏力資訊藉由踩踏力偵測器14無線輸出至一無線行車電腦CC。此處，自行車10係包含各種受電控制之組件之一公路型自行車。當然，熟習此項技術者將自此揭示內容瞭解，踩踏力偵測器14可與其他類型之自行車一起使用。
如在圖1至圖4中可見，自行車曲柄總成12包含一第一曲柄臂16，其係一右曲柄臂。自行車曲柄總成12進一步包含一第二曲柄臂18，其係一左曲柄臂。自行車曲柄總成12進一步包含一曲柄軸件20。 曲柄軸件20經連接至第一曲柄臂16及第二曲柄臂18。特定言之，第一曲柄臂16及第二曲柄臂18經固定耦合至曲柄軸件20，使得第一曲柄臂16及第二曲柄臂18按相反方向自曲柄軸件20垂直延伸。在所繪示實施例中，第一曲柄臂16具有一曲柄軸件接納開口16A，其與曲柄軸件20之一第一端不可旋轉地配接。第一曲柄臂16不可移除地附接至曲柄軸件20之第一端。第二曲柄臂18具有一曲柄軸件接納開口18A，其與曲柄軸件20之一第二端不可旋轉地配接。第二曲柄臂18以一可釋放且可再安裝之方式附接至曲柄軸件20之第二端。在第一繪示實施例中，第一曲柄臂16具有一對鏈輪S1及S2。鏈輪S1及S2以一習知方式(例如，環形螺母及環形螺栓)固定安裝至第一曲柄臂16。如在圖4中可見，曲柄軸件20之縱向中心界定自行車曲柄總成12之一旋轉軸或曲柄軸A。
如在圖1中可見，自行車曲柄臂16及18之自由端各可配備一自行車踏板P。特定言之，如在圖2中可見，自行車曲柄臂16具有用於以一習知方式附接自行車踏板P之一者(圖1)之一螺紋開口16B。類似地，如在圖2中可見，自行車曲柄臂18具有用於以一習知方式附接自行車踏板P之一者(圖1)之一螺紋開口18B。螺紋開口18A及18B之各者界定一踏板軸B。自行車曲柄臂16及18之各者具有與曲柄(旋轉)軸A及踏板軸B交叉之一縱向軸C。一騎者施加一踩踏力至自行車踏板P，且接著此踩踏力經傳輸至自行車曲柄臂16及18，其等圍繞曲柄(旋轉)軸A旋轉以用於使一自行車鏈BC移動來以一習知方式推進自行車10。如在下文中解釋，自行車曲柄總成12配備偵測一踩踏力以提供資訊(例如，傳輸至自行車曲柄總成12之功率)之踩踏力偵測器14，該資訊可經輸送至騎者及/或由各種電子組件使用。
現參考圖5，其繪示一自行車輸入力處理裝置之一方塊圖，該裝置包含行車電腦CC及踩踏力偵測器14，該裝置安裝於自行車曲柄總成12上。基本上，踩踏力偵測器14與行車電腦CC無線通信以用於無 線地提供資訊(例如，傳輸至踩踏力偵測器14之功率)至行車電腦CC。
行車電腦CC基本上包括一雙向無線通信器22(即，一無線接收器-無線傳輸器)及一控制器24。控制器24係一微型電腦，其包含一中央處理單元(CPU)或處理器及其他習知組件，諸如一輸入介面電路、一輸出介面電路及儲存器件(諸如ROM(唯讀記憶體)器件及RAM(隨機存取記憶體)器件)。行車電腦CC通常包含一使用者介面26、一顯示器28及一揚聲器30。較佳地，行車電腦CC包含其他習知部分，諸如一可替換電池(未展示)。雖然無線通信器22及控制器24經繪示為行車電腦CC之一部分，但可提供與行車電腦CC分離之無線通信器22及控制器24。舉例而言，替代地，無線通信器22可藉由一或多個通信繩索連接至行車電腦CC，熟習此項技術者將自此揭示內容瞭解，可使用許多類型之無線通信器22來接收踩踏力資訊。因此，不會在本文中詳細討論及/或繪示行車電腦CC。另外，熟習此項技術者將自此揭示內容瞭解，許多類型之無線通信在無線通信領域中已為熟知，且不會在本文中詳細討論及/或繪示踩踏力偵測器14與行車電腦CC之間的無線通信。又，控制器24較佳地經程式化以在顯示器28上顯示踩踏力資訊。若需要及/或期望，控制器24可包含其他程式。舉例而言，控制器24可包含一自動換擋程式，其用於基於踩踏力資訊及/或使用其他感測器(未展示)偵測之其他自行車騎行條件而自動換擋自行車10之齒輪。
仍參考圖5，自行車踩踏力偵測器14基本上包括一第一感測器電路32、一無線通信器34及一第一電連接部件36。踩踏力偵測器14進一步具有複數個第一應變感測器38。第一應變感測器38藉由一電線40電連接至第一感測器電路32。電線40可係習知線束或一可撓印刷板。
第一感測器電路32經固定至該第一曲柄臂16。第一電連接部件36電連接無線通信器34與第一感測器電路32。第一感測器電路32係放大一應變信號且接著解譯應變信號以產生踩踏力資訊之一器件。在第 一實施例中，第一感測器電路32包含一放大器電路32A及一計算電路32B。計算電路32B經由放大器電路32A電連接至第一應變感測器38。計算電路32B包含分析來自放大器電路32A之一放大信號以產生踩踏力資訊之一處理器，踩踏力資訊經由第一電連接部件36發送至無線通信器34。換言之，計算電路32B經由第一電連接部件36將踩踏力資訊輸出至無線通信器34。計算電路32B可基於來自放大器電路32A之一放大信號、來自計算電路60B之踩踏力資訊及來自節奏感測器46之一信號而計算瓦特功率。計算電路32B可計算在踏板軸B之偏離之切向方向上之一第一力、在曲柄軸A之一徑向方向上之一第二力及圍繞曲柄臂16之縱向軸C之一第三力(扭轉力)。由於計算電路已為熟知，故不會在本文中詳細討論及/或繪示計算電路32B。
一般言之，第一應變感測器38輸出一電壓信號，其指示在安裝第一應變感測器38之表面上出現一力(應變)。較佳地，第一應變感測器38經固定至第一曲柄臂16且經配置以量測沿若干不同空間軸之應變。第一應變感測器38可經固定至第一曲柄臂16之一外側表面、第一曲柄臂16之一內側表面或第一曲柄臂16之一內側表面及一外側表面兩者之一組合。當第一應變感測器38經安置於第一曲柄臂16之內側時，第一應變感測器38可經固定至亦經永久固定至第一曲柄臂16之一感測器支撐部件(未繪示)。由於應變感測器已為熟知，故不會在本文中詳細討論及/或繪示第一應變感測器38。
基本上，放大器電路32A經電連接至計算電路32B及第一應變感測器38。放大器電路32A放大來自第一應變感測器38之一應變信號，且將經放大信號輸出至計算電路32B。由於放大電路及計算電路已為熟知，故不會在本文中詳細討論及/或繪示放大器電路32A及計算電路32B。第一電連接部件36經構形以電連接無線通信器34與第一感測器電路32。以此方式，來自第一感測器電路32之信號經傳輸至無線通信 器34。一般言之，無線通信器34自行車電腦CC接收無線資料且將無線資料傳輸至行車電腦CC。較佳地，無線通信器34接收來自第一感測器電路60之踩踏力資訊。因此，無線通信器34將包含踩踏力資訊之無線資料輸出至行車電腦CC。
第一應變感測器38經固定至第一曲柄臂16。在第一實施例中，第一應變感測器38經固定至第一曲柄臂16之一外部。較佳地，第一應變感測器38藉由黏合劑永久安裝至第一曲柄臂16。當然，自此揭示內容將瞭解，第一應變感測器38可藉由其他類型之緊固方法永久安裝至第一曲柄臂16。在任何情況下，第一應變感測器38經固定至第一曲柄臂16，以量測施加至第一曲柄臂16之扭矩或功率。接著，可藉由第一感測器電路32使用來自第一應變感測器38之資訊以計算藉由騎者施加之作用力。
如在圖6中可見，第一感測器電路32經安置於一第一外殼42中，第一外殼42經構形以安裝至曲柄總成12。特定言之，第一感測器電路32經構形以藉由第一外殼42安裝至第一曲柄臂16。較佳地，第一感測器電路32經構形以永久安裝至曲柄總成12之第一曲柄臂16。舉例而言，如繪示，第一感測器電路32黏合地附接至第一曲柄臂16上，其中第一外殼42覆蓋第一感測器電路32以保護第一感測器電路32。替代地，第一感測器電路32可經安裝至第一外殼42，外殼42繼而藉由一接合材料(黏合劑、焊料、焊接等等)及/或鉚釘永久安裝至第一曲柄臂16。無線通信器34經安置於一第二外殼44中，第二外殼44經構形以可拆卸地安裝至曲柄總成12。特定言之，無線通信器34經構形以藉由第二外殼44可拆卸地安裝至第一曲柄臂16。換言之，在本實施例中，無線通信器34經構形以可拆卸地安裝至曲柄總成12之一鏈輪安裝部。第一電連接部件36經構形以電連接無線通信器34與第一感測器電路32。以此方式，第二外殼44係與第一外殼42分離之一部件。在第一實施例中，第一感測器電路32經構形以安裝至第一曲柄臂16之外側。
踩踏力偵測器14進一步包含附接至第一外殼42及第二外殼44之一者之一節奏感測器46。在第一實施例中，第二外殼44包含一印刷電路板PCB，印刷電路板PCB可自第二外殼44之剩餘部分拆卸。第一電連接部件36經電連接至印刷電路板PCB，印刷電路板PCB繼而經電連接至無線通信器34。在第一實施例中，節奏感測器46經安裝至第二外殼44。替代地，如在圖6中可見，一節奏感測器46'可經安裝至第一外殼42，如在虛線中展示。在任何情況下，節奏感測器46或46'經電連接至無線通信器34，使得無線通信器34接收來自節奏感測器46或46'之一信號，該信號指示曲柄總成12之踩踏節奏。節奏感測器46係偵測曲柄總成12圍繞曲柄軸件20之中心曲柄軸之每分鐘轉數(RPM)之一器件。節奏感測器46可(例如)係一磁場偵測器件(例如，一簧式開關)，其偵測如在圖5中圖解繪示附接至自行車框架F之一磁體48之一磁場。節奏感測器46可安裝於偵測磁體48之磁場之任何適當位置處。在第一實施例中，節奏感測器46經安裝至第二外殼44，第二外殼44係由容許磁通量穿過其以啟動節奏感測器46(例如，一簧式開關)之一材料(諸如塑膠)製成。接著，無線通信器34進一步經構形以將自節奏感測器46接收之節奏資訊無線輸出至行車電腦CC。
在第一實施例中，如在圖7至圖10中可見，第一曲柄臂16包含一固定結構50。第二外殼經構形以可拆卸地附接至固定結構50。此處，在第一實施例中，固定結構50包含形成於第一曲柄臂16中之一對螺紋孔52及一對固定螺栓54。第二外殼44具有用於接納穿過其之固定螺栓54之一對無螺紋穿孔44a。固定螺栓54可自螺紋孔52旋出以將無線通信器外殼44自第一曲柄臂16拆卸。以此方式，第二外殼44藉由固定結構50可拆卸地附接至第一曲柄臂16。因此，本文使用之詞組「可拆卸地附接」當係指第一結構與第二結構之間的一附接時意謂，第一結構可自第二結構拆卸且可再安裝至第二結構，而不必破壞及/或修復其 等之間的連接。熟習此項技術者將自此揭示內容瞭解，可替代地使用其他習知可拆卸固定配置(諸如一配接扣件連接)替換固定結構50之螺紋孔52及固定螺栓54。因此，不會在本文中詳細討論及/或繪示其他可拆卸固定配置。
在第一實施例中，一電池56經安置於第二外殼44中以供應電力至踩踏力偵測器14之電組件，該等電組件安裝於自行車曲柄總成12上。電池56經電連接至主印刷電路板PCB。在第一實施例中，第二外殼44進一步包含支撐電池56之一電池接納結構56A(即，在第一實施例中，界定第二外殼44中之一凹槽之一內部支撐件)。電池接納結構56A可係第二外殼44之一整合部分、一可移除結構或印刷電路板PCB之一部分。在圖13中，已移除印刷電路板PCB及電池接納結構56A以展示第二外殼44內側之電池56。較佳地，第二外殼44具有用於將電池56保持於電池接納結構56A(即，在第一實施例中，第二外殼44中之一凹槽)中之一可拆卸蓋56B。以此方式，電池56經可拆卸地附接至電池接納結構56A。電池56可(例如)係一內建電池、一乾電池組及/或安裝於電池接納結構56A上之一可再充電乾電池組。替代地，亦可藉由附接至自行車曲柄總成12及/或踩踏力偵測器14之一或多個太陽能電池提供踩踏力偵測器14之電組件之電力。替代地，可自壓電式器件或電池、太陽能電池、壓電式器件及其他適當電源之任何組合產生踩踏力偵測器14之電組件之電力。由於電池已為熟知，故不會在本文中詳細討論及/或繪示關於電池56之進一步細節。
返回參考圖5，自行車踩踏力偵測器14進一步包括一第二感測器電路60及一第二電連接部件62。踩踏力偵測器14進一步具有複數個第二應變感測器64。第二應變感測器64藉由一電線66電連接至第二感測器電路60。電線66可係一電纜或一可撓印刷板。
第二感測器電路60經固定至第二曲柄臂18。第二電連接部件62 延伸穿過曲柄軸件20，且電連接無線通信器34與第二感測器電路60。第二感測器電路60係放大一應變信號且接著解譯應變信號以產生踩踏力資訊之一器件。在第一實施例中，第二感測器電路60包含一放大器電路60A及一計算電路60B。計算電路60B經由放大器電路60A電連接至第二應變感測器64。計算電路60B包含分析來自放大器電路60A之一放大信號以產生踩踏力資訊之一處理器，踩踏力資訊經由第二電連接部件62發送至無線通信器34。換言之，計算電路60B接著經由第二電連接部件62將踩踏力資訊輸出至無線通信器34。計算電路60B可計算在踏板軸B之偏離之切向方向上之一第一力、在曲柄軸A之一徑向方向上之一第二力及圍繞曲柄臂18之縱向軸C之一第三力(扭轉力)。由於計算電路已為熟知，故不會在本文中詳細討論及/或繪示計算電路60B。
一般言之，第二應變感測器64輸出一電壓信號，其指示在安裝第二應變感測器64之表面上出現一力(應變)。較佳地，第二應變感測器64經固定至第二曲柄臂18且經配置以量測沿若干不同空間軸之應變。第二應變感測器64可經固定至第二曲柄臂18之一外側表面、第二曲柄臂18之一內側表面或第二曲柄臂18之一內側表面及一外側表面兩者之一組合。當第二應變感測器64經安置於第二曲柄臂18之內側時，第二應變感測器64可經固定至亦經永久固定至第二曲柄臂18之一感測器支撐部件(未繪示)。由於應變感測器已為熟知，故不會在本文中詳細討論及/或繪示第二應變感測器64。
現將詳細討論無線通信器34。無線通信器34係一習知組件。無線通信器34基本上包含控制行車電腦CC與第一感測器電路32及第二感測器電路60之間的通信之一處理器。無線通信器34包含一天線，天線可發送儲存於無線通信器34之一儲存器件中之無線資料。天線亦可接收儲存於無線通信器34之儲存器件中之無線資料。無線通信器34經 由第一電連接部件36及第二電連接部件62經由一實體電連接自第一感測器電路32及第二感測器電路60接收踩踏力資訊。無線通信器接著無線傳輸資訊至行車電腦CC。
在第一實施例中，如在圖12中可見，第二外殼44配備一校準開關SW及一指示燈LED。如在圖11至圖13中可見，校準開關SW及指示燈LED(圖12)經電連接至印刷電路板PCB(圖11)，印刷電路板PCB經連接至無線通信器34(圖13)。校準開關SW用來使用一校準電路及/或程式來校準第一感測器電路32及第二感測器電路60。在第二外殼44之印刷電路板PCB上提供用於校準第一感測器電路32及第二感測器電路60之處理器、記憶體及電路。指示燈LED可係任何光源(較佳地為一LED)。指示燈LED可使用顏色碼來指示各種操作條件。舉例而言，指示燈LED在校準第一感測器電路32及第二感測器電路60期間閃爍。指示燈LED亦電連接至電池56(圖13)以用於指示電池56之功率位準。舉例而言，當電池56之功率位準足以操作踩踏力偵測器14之電組件時指示燈LED發射一綠光。當電池56之功率位準低(即，不足以操作踩踏力偵測器14之電組件)時指示燈LED發射一閃爍紅光。在第二外殼44之印刷電路板PCB上提供用於控制指示燈LED以指示電池56之功率位準之處理器、記憶體及電路。
現將更詳細討論第一實施例之第一電連接部件36。第一電連接部件36包含一電線70，電線70具有電連接至第一感測器電路32之一第一端70A。較佳地，第一端70A經固線式連接至第一感測器電路32。第一電連接部件36進一步包含一第一連接器72及一第二連接器74。第一連接器72經連接至電線70之一第二端70B。第一電連接部件36進一步包含一電線76，電線76具有電連接至無線通信器34之一第一端76A。電線76之一第二端76B經連接至第二連接器74。電線70及76之各者具有用於將來自第一感測器電路32之信號攜載至無線通信器34之 複數個電導體。此處，在第一實施例中，電線70及76係可撓印刷板(即，經接合至一薄介電膜之複數個電導體)。替代地，電線70及76可係習知線束。
在第一實施例中，第一連接器72經安裝至第一曲柄臂16上。第二連接器74經安裝於無線通信器34上。當無線通信器34可拆卸地安裝至第一曲柄臂16時，第二連接器74可拆卸地連接至第一連接器72。以此方式，當自第一曲柄臂16拆卸第二外殼44時，第一連接器72及第二連接器74立即與彼此切斷連接。類似地，當第二外殼44經附接至第一曲柄臂16時，第一連接器72及第二連接器74立即連接至彼此。第一連接器72經安置於第一洞78中。此處，第一連接器72係一母連接器，而第二連接器74係一公連接器。因此第二連接器74插入至第一連接器72中。當然，自此揭示內容將瞭解，若需要及/或期望，第一連接器72可係一公連接器，且第二連接器74係一母連接器。
在第一實施例中，為接納電連接部件36，第一曲柄臂16包含一第一洞78。電線70之一第二端70B經連接至第一連接器72。因此，電線70至少部分安置於第一洞78中。第一洞78係一橢圓形通道，其自第一曲柄臂16之一外部表面延伸至第一曲柄臂16之曲柄軸件接納開口16A。第一曲柄臂16進一步包含一第二洞80，其中電線70自接納開口16A穿過至第一曲柄臂16之一內部區域。第一曲柄臂16進一步包含一第三洞82，其中電線70自第一曲柄臂16之內部區域穿過至第一曲柄臂16之外部，其中第一端70A經電連接至第一感測器電路32。
現將更詳細討論第一實施例之第二電連接部件62。第二電連接部件62包含兩個電線84及86，其等藉由一對配接電連接器88及90耦合在一起。第二電連接部件62將來自第二感測器電路60之信號傳輸至無線通信器34。電線84具有經電連接至第二感測器電路60之一第一端84A。較佳地，第一端84A經固線式連接至第二感測器電路60。電線 84具有經電連接至配接電連接器88之一第二端84B。電線86具有經電連接至第一連接器72之一第一端86A。較佳地，第一端86A經插入至第一連接器72中，使得可容易拆卸電線86。電線86具有經電連接至配接電連接器90之一第二端86B。憑藉此配置，第二感測器電路60可與無線通信器34切斷連接。亦憑藉此配置，可使用不具有任何電組件(諸如第二感測器電路60及第二應變感測器64)之一習知曲柄臂替換第二曲柄臂18。
如在圖4、圖14及圖15中可見，第二曲柄臂18之曲柄軸件接納開口18A較佳地配備實質上閉合曲柄軸件接納開口18A之一防水蓋92。電線84穿過防水蓋92之一中心孔。電線84穿過一洞94，洞94自曲柄軸件接納開口18A延伸至第二曲柄臂18之內部。較佳地，一橡膠套圈95經安置於洞94中以用於保護電線84。
如在圖4及圖14中可見，第二感測器電路60經構形以永久安裝至曲柄總成12之第二曲柄臂18。舉例而言，如繪示，第二感測器電路60黏合地附接至第二曲柄臂18上，其中一感測器外殼96覆蓋第二感測器電路60以保護第二感測器電路60。替代地，第二感測器電路60可經安裝至第二外殼96，第二外殼96繼而藉由一接合材料(黏合劑、焊料、焊接等等)及/或鉚釘永久安裝至第二曲柄臂18。第二曲柄臂18具有一洞98，電線84穿過洞98以用於連接至第二感測器電路60。
如上文提及，第二應變感測器64經電連接至第二感測器電路60。第二應變感測器64經固定至第二曲柄臂18。在第一實施例中，第二應變感測器64經固定至第二曲柄臂18之一外部。較佳地，第二應變感測器64藉由黏合劑永久安裝至第二曲柄臂18。當然，自此揭示內容將瞭解，第二應變感測器64可藉由其他類型之緊固方法永久安裝至第二曲柄臂18。在任何情況下，第二應變感測器64經固定至第二曲柄臂18，以量測施加至第二曲柄臂18之扭矩或功率。接著，可藉由第二感 測器電路60使用來自第二應變感測器64之資訊以計算藉由騎者施加之作用力。第二感測器電路60輸出信號，該等信號經由第二電連接部件62傳輸至無線通信器34。
參考圖16及圖17，單獨繪示曲柄軸件20。由於曲柄軸件眾所周知，故不會在本文中詳細討論及/或繪示曲柄軸件20，惟曲柄軸件20不同於一習知曲柄軸件之程度除外。基本上，曲柄軸件20經配置使得第一曲柄臂16及第二曲柄臂18經固定至曲柄軸件20之對立端且按相反之徑向方向延伸。舉例而言，曲柄軸件20之各端具有複數個鍵槽，用於按一所期望定向將第一曲柄臂16及第二曲柄臂18不可旋轉地固定至該等鍵槽。此配置係使得第一曲柄臂16及第二曲柄臂18一起旋轉成具有曲柄軸件20之一單元。曲柄軸件20係中空部件，如在圖4中可見，第二電連接部件62穿過其中。此處，曲柄軸件20具有用於電線70穿過曲柄軸件20之一對開口20A及20B。曲柄軸件20亦具有用於電線84穿過曲柄軸件20之一開口20C。以此方式，電組件之佈線不需要沿第一曲柄臂16及第二曲柄臂18之外部表面伸展。
現參考圖18至圖20，繪示一自行車曲柄總成112，其具有根據一第二實施例之一踩踏力偵測器114。基本上，自行車曲柄總成112與第一實施例之自行車曲柄總成12相同，惟已針對在不同位置之踩踏力偵測器114之特定安裝部分且針對接納踩踏力偵測器114之一不同佈線配置而修改自行車曲柄總成112除外。因此，自行車曲柄總成112包含一第一曲柄臂116、一第二曲柄臂118及一曲柄軸件120。鑒於自行車曲柄總成112與第一實施例之自行車曲柄總成12之間的相似，為簡明起見不會討論與自行車曲柄總成12之部分具有相同功能之自行車曲柄總成112之部分。類似地，鑒於自行車踩踏力偵測器114與第一實施例之自行車踩踏力偵測器14之間的相似，為簡明起見不會討論與自行車踩踏力偵測器14之部分具有相同功能之自行車踩踏力偵測器114之部 分。
在第二實施例中，自行車踩踏力偵測器114基本上包括一第一感測器電路132、一無線通信器134、一第一電連接部件136、複數個第一應變感測器138、一第二感測器電路160、一第二電連接部件162及複數個第二應變感測器164。第一感測器電路132、無線通信器134、第一電連接部件136、第一應變感測器138、第二感測器電路160、第二電連接部件162及第二應變感測器164與第一實施例之對應部分相同，惟已修改第一電連接部件136及第二電連接部件162之佈線路線及電連接器除外。
類似地，在第二實施例中，第一感測器電路132及第一應變感測器138經固定至第一曲柄臂116且容置於一第一外殼142中。無線通信器134藉由一第二外殼144安裝至第一曲柄臂116。第一電連接部件136具有用於將第一感測器電路132電連接至無線通信器134之一電線170。特定言之，第二外殼44具有與電線170之一第一電連接器172配接之一電連接器171。因此，電線170之第一電連接器172直接插入至第二外殼144之電連接器171中。電連接器171經電連接至無線通信器134之一電路板。電線170之另一端具有與第一外殼142之一電連接器175配接之一第二電連接器173。因此，電線170之第二電連接器173直接插入至第一外殼142之電連接器175中。電連接器175經電連接至第一感測器電路132，第一感測器電路132經電連接至第一應變感測器138。電線170經安置於曲柄臂之外側表面上。較佳地，第一曲柄臂116具有用於接納電線170之一凹槽177。
第二電連接部件162包含兩個電線184及186，其等藉由一對配接電連接器188及190耦合在一起。此處，電連接器188安裝至第二曲柄臂118上，且電連接器190插入至電連接器188中。憑藉此配置，電連接器190可容易與電連接器188切斷連接。又，電線184主要沿第二曲 柄臂118之一外部表面伸展。當然，第二曲柄臂118之外部表面可配備凹槽，使得電線184完全沿第二曲柄臂118之外部表面伸展。
現參考圖21，繪示一自行車曲柄總成212，其具有根據一第三實施例之一踩踏力偵測器214。基本上，自行車曲柄總成212與第一實施例之自行車曲柄總成12相同，惟已針對將踩踏力偵測器214之特定部分安裝於不同位置中而修改自行車曲柄總成212除外。因此，自行車曲柄總成212包含一第一曲柄臂216、一第二曲柄臂218及曲柄軸件220。鑒於自行車曲柄總成212與第一實施例之自行車曲柄總成12之間的相似，為簡明起見不會討論與自行車曲柄總成12之部分具有相同功能之自行車曲柄總成212之部分。類似地，鑒於自行車踩踏力偵測器214與第一實施例之自行車踩踏力偵測器14之間的相似，為簡明起見不會討論與自行車踩踏力偵測器14之部分具有相同功能之自行車踩踏力偵測器214之部分。
在第三實施例中，自行車踩踏力偵測器214基本上包括一第一感測器電路232、一無線通信器234、一第一電連接部件236、複數個第一應變感測器238、一第二感測器電路260、一第二電連接部件262及複數個第二應變感測器264。第一感測器電路232、無線通信器234、第一電連接部件236、第一應變感測器238、第二感測器電路260、第二電連接部件262及第二應變感測器264與第一實施例之對應部分相同，惟第一感測器電路232、第一應變感測器238、第二感測器電路260及第二應變感測器264之安裝位置除外。此處，在第三實施例中，第一感測器電路232經構形以安裝至第一曲柄臂216之內側。第一應變感測器經固定至第一曲柄臂216之一內部。第一應變感測器238以與第一應變感測器38及第一感測器電路32相同之方式電連接至第一感測器電路232，如在上文第一實施例中討論。類似地，第二感測器電路260經構形以安裝至第二曲柄臂218之內側。第二應變感測器264經固定至 第二曲柄臂218之一內部。第二應變感測器264以與第二應變感測器64及第二感測器電路60相同之方式電連接至第二感測器電路260，如在上文第一實施例中討論。
在理解本發明之範疇中，如本文中使用之術語「包括」及其派生詞意在為開端式術語，其等規定所陳述之特徵、元件、組件、群組、整數及/或步驟之存在，但不排除其他未陳述之特徵、元件、組件、群組、整數及/或步驟之存在。上文亦應用於具有相似含義之單詞(諸如術語「包含」、「具有」及其等派生詞)。又，術語「零件」、「區段」、「部分」、「部件」或「元件」當使用單數形式時可具有一單一零件或複數個零件之雙重含義，除非另有陳述。
如在本文中使用，下列指向性術語「框架面向側」、「非框架面向側」、「向前」、「向後」、「前部」、「後部」、「上」、「下」、「上方」、「下方」、「向上」、「向下」、「頂部」、「底部」、「側向」、「垂直」、「水平」、「正交」及「橫向」以及任何其他相似之指向性術語係指處於一直立、騎行位置中且配備具有踩踏力偵測器之自行車曲柄總成之一自行車之該等方向。因此，應相對於處於一水平表面上之一直立騎行位置且配備自行車曲柄總成之一自行車解譯利用來描述自行車曲柄總成之此等指向性術語。術語「左側」及「右側」用於指示當係指自從自行車之後部觀看之右側時之「右側」及當係指自從自行車之後部觀看之左側時之「左側」。
亦將理解，儘管術語「第一」、「第二」可在本文中用於描述各種組件，但此等組件不應被此等術語限制。此等術語僅用於將組件與彼此區分。因此，舉例而言，上文討論之一第一組件可在不脫離本發明之教示的情況下稱為一第二組件且反之亦然。如本文所使用之術語「附接」涵蓋藉由將一元件附加至另一元件而將該元件直接固定至另一元件之構形；藉由將一元件附加至(諸)中間部件(其繼而附加至另一 元件)而將該元件間接固定至另一元件之構形；及一個元件與另一元件整合之構形(即，一個元件本質上係另一元件之部分)。此定義亦應用於具有相似含義之單詞，例如，「聯結」、「連接」、「耦合」、「安裝」、「接合」、「固定」及其等派生詞。最後，程度術語(諸如本文使用之「實質上」及「大約」)意謂經修改之術語之一偏差量，使得不會顯著改變最終結果。
雖然僅選擇經選定之實施例來繪示本發明，但熟習此項技術者將自此揭示內容瞭解，可在不脫離在隨附申請專利範圍中定義之本發明之範疇的情況下，作出各種改變及修改。舉例而言，除非另有特別陳述，否則可如需要及/或期望改變各種組件之大小、形狀、位置或定向，只要改變並不實質上影響其等之預期功能。除非另有特別陳述，否則展示為彼此直接連接或接觸之組件可具有安置於其等之間的中間結構，只要改變並不實質上影響其等之預期功能。一個元件之功能可藉由兩個元件執行且反之亦然，除非另有特別陳述。一項實施例之結構及功能可在另一實施例中採用。不必同時在一特定實施例中呈現所有優勢。不同於先前技術之每一特徵(單獨或與其他特徵組合)亦應被申請人視為進一步發明之一獨立描述，其等包含藉由此(等)特徵體現之結構及/或功能概念。因此，根據本發明之實施例之上文描述僅為繪示提供，且並非為限制藉由隨附申請專利範圍及其等等效物定義之本發明之目的。

Claims (19)

  1. 一種用於一自行車之自行車踩踏力偵測器，其包括：一感測器電路，其經安置於一外殼中，該外殼經構形以安裝至一曲柄總成；一無線通信器，其經安置於一外殼中，該外殼經構形以可拆卸地安裝至該曲柄總成之一鏈輪安裝部，該無線通信器之該外殼係與該感測器電路之該外殼分離之一部件；及一電連接部件，其經構形以延伸穿過該曲柄總成之一內側空間且電連接該無線通信器與該感測器電路。
  2. 如請求項1之自行車踩踏力偵測器，其中該曲柄總成包含一曲柄臂。
  3. 如請求項2之自行車踩踏力偵測器，其中該感測器電路經構形以安裝至該曲柄臂。
  4. 如請求項2之自行車踩踏力偵測器，其中該感測器電路經構形以安裝至該曲柄臂之外側。
  5. 如請求項2之自行車踩踏力偵測器，其中該感測器電路經構形以安裝至該曲柄臂之內側。
  6. 如請求項2之自行車踩踏力偵測器，其進一步包括複數個應變感測器；及該等應變感測器經固定至該曲柄臂，且經電連接至該感測器電路。
  7. 如請求項2之自行車踩踏力偵測器，其中該曲柄臂包含一固定結構；及該無線通信器之該外殼經構形以可拆卸地附接至該固定結構。
  8. 如請求項2之自行車踩踏力偵測器，其進一步包括複數個應變感測器；且該等應變感測器經固定至該曲柄臂之一外部，且經電連接至該感測器電路。
  9. 如請求項2之自行車踩踏力偵測器，其進一步包括複數個應變感測器，其等經固定至該曲柄臂之一內部，且經電連接至該感測器電路。
  10. 如請求項2之自行車踩踏力偵測器，其中該電連接部件包含一電線，及該曲柄臂包含一洞，其中該電線至少部分安置於該洞中。
  11. 如請求項10之自行車踩踏力偵測器，其中該電連接部件進一步包含一第一連接器及一第二連接器；該第一連接器經安裝於該曲柄臂上；該第二連接器經安裝於該無線通信器上；及當該無線通信器可拆卸地安裝至該鏈輪安裝部時，該第二連接器可拆卸地連接至該第一連接器。
  12. 如請求項2之自行車踩踏力偵測器，其進一步包括一額外感測器電路；及一額外電連接部件，其電連接該無線通信器與該額外感測器電路；該曲柄總成進一步包含一額外曲柄臂及連接至該等曲柄臂之一曲柄軸件；該等感測器電路之一者經固定至該等曲柄臂之一者且該等感測器電路之另一者經固定至該等曲柄臂之另一者。
  13. 如請求項1之自行車踩踏力偵測器，其中該感測器電路包含一放大器電路及一計算電路。
  14. 如請求項1之自行車踩踏力偵測器，其中該感測器電路經構形以永久安裝至該曲柄總成。
  15. 如請求項1之自行車踩踏力偵測器，其中該無線通信器之該外殼進一步包含一電池接納結構。
  16. 如請求項1之自行車踩踏力偵測器，其進一步包括一節奏感測器，其經附接至該感測器電路之該外殼及該無線通信器之該外殼之一者。
  17. 如請求項16之自行車踩踏力偵測器，其中該節奏感測器經安裝至該感測器電路之該外殼。
  18. 如請求項17之自行車踩踏力偵測器，其中該節奏感測器經安裝至該無線通信器之該外殼。
  19. 如請求項12之自行車踩踏力偵測器，其中該額外電連接部件延伸穿過該曲柄軸件。
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