CN103373431A

CN103373431A - 自行车曲柄臂

Info

Publication number: CN103373431A
Application number: CN2012104893800A
Authority: CN
Inventors: 渡会悦义
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-11-27
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2032-11-27
Also published as: TW201343470A; US8689645B2; ITMI20130670A1; US20130283969A1; CN103373431B; DE102013007016B4; DE102013007016A1; TWI499537B

Abstract

一种自行车曲柄臂，设置有曲柄主体、参考构件以及传感器。所述曲柄主体具有曲柄轴安装部和踏板安装部。所述参考构件附接到所述曲柄主体。所述传感器附接到所述曲柄主体和所述参考构件的至少一个。所述传感器设置为基于所述曲柄主体与所述参考构件之间的距离输出信号。

Description

自行车曲柄臂

技术领域

本发明总体上涉及一种自行车曲柄臂。更具体地，本发明涉及一种具有检测蹬踏力的传感器的自行车曲柄臂。

背景技术

自行车有时候装备有各种传感器，用于对骑行者提供信息和/或用于对控制器提供信息以控制自行车的各个方面，例如变速或悬架刚度。一种这样的传感器是用于检测骑行者的蹬踏力的扭矩或力传感器。已经提出了各种感测装置用于检测骑行者的蹬踏力。例如，在美国专利No.7,516,677（授予Shimano Inc.）中，在曲柄轴上设置有圆柱形扭矩检测套筒构件（力传感器单元），用于检测在蹬踏期间施加到曲柄轴的蹬踏力。在日本实用新型专利No.3047816（参见图3和图4）中公开了用于检测施加到曲柄臂的蹬踏力的力传感器的另一个示例。在该实用新型专利中，使用扭矩传感器来检测柔性杆与曲柄臂之间的相对阻力。曲柄臂和柔性杆能够经由单向离合器轴承绕着曲柄轴旋转。柔性杆的自由端接触曲柄臂的部分12。

更近地，已经使用应变计来检测蹬踏期间的蹬踏力。例如，在美国专利申请公开No.2010/0282001（授予Shimano Inc.）中公开了一种力传感器，其使用应变计来检测在蹬踏期间施加到曲柄轴的蹬踏力。在美国专利No.8,006,574中公开了另一个示例，其中在曲柄臂上使用应变计来检测骑行者的蹬踏力。通常，应变计需要以高精度安装从而获得精确的测量。因此，当在自行车曲柄臂上安装应变计以检测骑行者的蹬踏力时，制造自行车曲柄臂的制造成本和/或制造时间增加。

发明内容

总体上，本发明涉及一种自行车曲柄臂，其设置有检测施加在自行车曲柄臂上的蹬踏力或动力的感测装置。

在一个实施例中，提供了一种自行车曲柄臂，其基本上包括曲柄主体、参考构件以及传感器。所述曲柄主体具有曲柄轴安装部和踏板安装部。所述参考构件附接到所述曲柄主体。所述传感器附接到所述曲柄主体和所述参考构件的至少一个。所述传感器设置为基于所述曲柄主体与所述参考构件之间的距离输出信号。

通过该自行车曲柄臂，与通过使用需要高精度来组装的应变计的自行车曲柄臂相比，用于检测自行车曲柄臂上的动力的结构更简单。从下面结合附图公开优选实施例的详细描述，自行车领域的技术人员将清楚所公开的自行车曲柄臂的附加发明特征、目的、方面以及优点。

附图说明

现在参考附图，其形成该原始公开的一部分：

图1为装备有具有根据第一实施例的一对自行车曲柄臂的自行车曲柄组件的自行车的侧视图；

图2为图1中所示的自行车曲柄组件的组装立体图；

图3为图1和图2中所示的左侧自行车曲柄臂的外视图，其中去除了盖以示出左侧自行车曲柄臂的内部蹬踏力感测装置；

图4为当沿着图3的剖开线4-4观察时的图1至图3中所示的左侧自行车曲柄臂的纵向剖视图；

图5为当沿着图4的剖开线5-5观察时的左侧自行车曲柄臂的简化横向剖视图；

图6为左侧自行车曲柄臂的一部分的放大视图，以示出参考构件的自由端部相对于线圈传感器的运动（为了例示而放大）；

图7为左侧自行车曲柄臂的一部分的放大视图，以示出参考构件的自由端部相对于曲柄主体的运动（为了例示而放大），并且其中取代第一实施例的线圈传感器使用电容器传感器；

图8为左侧自行车曲柄臂的一部分的放大视图，以示出参考构件的自由端部相对于曲柄主体的运动（为了例示而放大），并且其中取代第一实施例的线圈传感器使用包括激光设备和光接收器的光学传感器；

图9为左侧自行车曲柄臂的一部分的放大视图，以示出参考构件的自由端部相对于曲柄主体的运动（为了例示而放大），并且其中在参考构件的自由端部上安装有传感器；以及

图10为左侧自行车曲柄臂的一部分的放大视图，以示出参考构件的自由端部相对于曲柄主体的运动（为了例示而放大），并且其中在参考构件的自由端部上安装有第一传感器部件并且在曲柄主体上安装有第二传感器部件。

具体实施方式

现在将参考附图对选定实施例进行说明。从本发明中本领域技术人员将会清楚，下面的实施例的描述仅是例示性的，而不是为了对本发明进行限制，本发明由所附权利要求及其等同物限定。

首先参考图1，示出了自行车10，其包括具有根据第一实施例的第一（左侧）自行车曲柄臂14的自行车曲柄轴组件12。自行车曲柄轴组件12还包括第二（右侧）曲柄臂16。自行车曲柄臂14和16的自由端每个设置有自行车踏板18。骑车者在自行车踏板18上施加蹬踏力，该蹬踏力被传递到自行车曲柄臂14和16，用于使自行车链条C运动，从而以常规方式推进自行车10。

如图2所示，自行车曲柄轴组件12还包括曲柄轴20。第一和第二自行车曲柄臂14和16固定地联接到曲柄轴20，以便第一和第二自行车曲柄臂14和16沿着相反方向从曲柄轴20垂直地延伸。在示出的实施例中，第一曲柄臂14以可释放且可重新安装的方式附接到曲柄轴20的第一端。第二曲柄臂16以常规方式（例如，卷曲、锁定环、粘合剂等）附接到曲柄轴20的第二端。在第一示出实施例中，第二曲柄臂16具有一对链轮22和24。链轮22和24以常规方式（例如，环形螺母和环形螺栓）固定地安装到第二曲柄臂16。如图2所示，曲柄轴16的纵向中心限定自行车曲柄轴组件12的旋转轴线A。

现在参考图3至图6，现在将更详细地讨论第一曲柄臂14。第一曲柄臂14设置有内部蹬踏力感测装置30。虽然内部蹬踏力感测装置30示出为安装在第一曲柄臂14中，但是从本发明将会清楚内部蹬踏力感测装置30可以安装在右侧曲柄臂例如第二曲柄臂16中。换句话说，从本发明将会清楚，内部蹬踏力感测装置30根据需要和/或期望，可以安装在第一和第二曲柄臂14和16的任意一个中或两者中。

基本上，第一曲柄臂14包括支承内部蹬踏力感测装置30的曲柄主体32。在第一示出实施例中，曲柄主体32包括接纳内部蹬踏力感测装置30的凹部或腔34。优选地，盖构件36固定地联接到曲柄主体32以覆盖腔34的开口，并且以隐藏内部蹬踏力感测装置30。然而，从本发明将会清楚，盖构件36不是必需的。例如，腔34可以形成为在曲柄主体32的朝向自行车车架的一侧开放，以便当安装在自行车10上时内部蹬踏力感测装置30被隐藏而看不见。

曲柄主体32还包括曲柄轴安装部38、踏板安装部40以及臂部42。腔34形成在臂部42中，臂部42位于曲柄轴安装部38与踏板安装部40之间。臂部42构成曲柄主体32的基体构件。盖构件36固定地附接到臂部42（即基体构件）以基本上封闭腔34。

在第一示出实施例中，曲柄轴安装部38、踏板安装部40以及臂部42一体地形成为一件式整体构件，由在制造曲柄臂时通常使用的金属材料制成。然而，曲柄主体32可以由非金属材料形成，例如纤维增强材料（例如，碳纤维材料）。

虽然曲柄主体32总体上为非常刚硬的构件，但是当骑行者蹬踏时，曲柄主体32经历少量的弹性挠曲。换句话说，在当骑行者蹬踏时蹬踏力经由自行车踏板18施加到踏板安装部40时，曲柄主体32的臂部42弹性地变形。因此，在施加蹬踏力时，曲柄主体32是能够弹性变形的。

曲柄轴安装部38具有花键孔44和从花键孔44的外周延伸的狭槽46。使用一对螺栓48以常规方式来调节花键孔44的有效直径。踏板安装部40具有用于固定地附接其中一个自行车踏板18的螺纹孔50。在左侧曲柄臂的情况下，螺纹孔50的螺纹是用于附接左侧自行车踏板的左旋螺纹。另一方面，在右侧曲柄臂的情况下，通常使用右旋螺纹来附接右侧自行车踏板。

现在将更详细地讨论内部蹬踏力感测装置30。内部蹬踏力感测装置30基本上包括参考构件52和传感器54。参考构件52为固定地附接到曲柄主体32的梁。在该第一实施例中，传感器54固定地附接到曲柄主体32。曲柄主体32的腔34容纳参考构件52和传感器54两者。传感器54设置为基于如图6所示的曲柄主体32与参考构件52之间的距离D的变化来输出信号。

参考图3和图4，参考构件52具有固定端部52a和自由端部52b。参考构件52的固定端部52a固定到曲柄主体32的曲柄轴安装部38。参考构件52从曲柄主体32的曲柄轴安装部38以悬臂布置朝向踏板安装部40延伸。参考构件52的自由端部52b位于距踏板安装部40比距曲柄轴安装部38更靠近的位置。虽然在第一示出实施例中曲柄主体32和参考构件52是分离的，但是曲柄主体32和参考构件52可以形成为一件式整体构件。

传感器54在曲柄主体32和参考构件52之间配置在参考构件52的沿着第一曲柄臂14的旋转方向R（如图2和图3所示）朝向的一侧。优选地，传感器54与参考构件52的自由端部52b相邻地配置。然而，虽然在示出实施例中仅使用了单个传感器，但是可以根据需要和/或期望使用附加的传感器。例如，可以使用两个传感器，其中在参考构件52的相对于曲柄臂14的旋转方向R的每侧上配置一个。在使用两个传感器的该替代结构中，来自每个传感器的差分输出值比仅使用一个传感器时大，并且因此当骑行者蹬踏曲柄组件12时更容易检测距离D的轻微差异。

如图6所示，当骑行者蹬踏曲柄组件12时，由于沿着旋转方向施加蹬踏力F，所以曲柄主体32将经历少量的弹性挠曲。换句话说，当骑行者使曲柄组件12旋转时，曲柄臂14将基于来自骑行者的蹬踏力F轻微地弯曲。这样，曲柄主体32的臂部42将弹性地变形，以便踏板安装部40将相对于曲柄轴安装部38偏斜。因此，曲柄主体32的一侧与参考构件52的自由端部52b之间的距离D将改变。具体地，踏板安装部40相对于曲柄轴安装部38的该偏斜将使得曲柄主体32与参考构件52之间的距离D增大到距离D’。距离D’的值将取决于施加到踏板安装部40的蹬踏力F。

在第一实施例中，传感器54是线圈传感器，其检测涡电流的变化以便检测曲柄主体32与参考构件52之间的距离D何时变化为距离D’。因此，线圈传感器54的输出信号随着参考构件52的自由端部52b与安装到曲柄主体32的线圈传感器54的线圈之间的相对距离而变化。如图6所示，设置线圈传感器54用于检测参考构件52的自由端部52b相对于第一曲柄臂14的曲柄主体32的运动（在图6中为了例示而放大）。因为例如线圈传感器54等线圈传感器是公知的（例如，日本特许专利公开No.2009-192385），所以本文将不详细地讨论线圈传感器54。

在第一实施例中，内部蹬踏力感测装置30还包括通信单元56，通信单元56安装在曲柄主体32的臂部42的腔34中。通信单元56由电线58操作性地连接到传感器54，以从传感器54接收信号，并且基于来自传感器54的信号输出信息。优选地，通信单元56包括微处理器56a。微处理器56a被编程来基于从传感器54接收的信号以公知方式计算施加到第一曲柄臂14的力或动力。优选地，通信单元56还包括无线传送器56b，以便通信单元56将信息无线地传送至一个或多个电气自行车部件。换句话说，无线传送器56b无线地传送传感器54的传感器信号和/或计算的数据。

如图1所示，自行车10装备有自行车计算机60、电子前拨链器62和电子后拨链器64。无线传送器56b将传感器54的传感器信号和/或计算的数据无线地传送至自行车计算机60。无线传送器56b也可以根据需要和/或期望将来自通信单元56的信息传送至电子拨链器62和64的其中一个或两者。替代地，通信单元56可以由一条或多条电线操作性地连接到自行车计算机60、电子前拨链器62和电子后拨链器64的其中一个或多个。

现在参考图7，现在将根据第二实施例说明内部蹬踏力感测装置130。基本上内部蹬踏力感测装置130取代内部蹬踏力感测装置30并且安装在第一和第二曲柄臂14和16的任意一个或两者中。换句话说，虽然内部蹬踏力感测装置130示出为安装在第一曲柄臂14中，但是从本发明将会清楚内部蹬踏力感测装置130可以安装在右侧曲柄臂例如第二曲柄臂16中。

考虑到第一和第二实施例之间的相似性，对于第二实施例的与第一实施例的部件相同的部件将给予与第一实施例的部件相同的参考标记。并且，为了简洁可能省略对第二实施例的与第一实施例的部件相同的部件的描述。

在第二实施例中，内部蹬踏力感测装置130与内部蹬踏力感测装置30相同，除了使用电容器传感器154来检测参考构件52的自由端部52b相对于第一曲柄臂14的曲柄主体32的运动以外（在图7中为了例示而放大）。具体地，电容器传感器154检测电容的变化，以便检测曲柄主体32与参考构件52之间的距离D何时变化为距离D’。因此，电容器传感器154的输出信号随着参考构件52的自由端部52b与安装到曲柄主体32的电容器传感器154的电容器之间的相对距离而变化。因为例如电容器传感器154等电容器传感器是公知的，所以本文将不详细地讨论电容器传感器154。

现在参考图8，现在将根据第三实施例说明内部蹬踏力感测装置230。基本上内部蹬踏力感测装置230取代内部蹬踏力感测装置30并且安装在第一和第二曲柄臂14和16的任意一个或两者中。换句话说，虽然内部蹬踏力感测装置230示出为安装在第一曲柄臂14中，但是从本发明将会清楚内部蹬踏力感测装置230可以安装在右侧曲柄臂例如第二曲柄臂16中。

考虑到第一和第三实施例之间的相似性，对于第三实施例的与第一实施例的部件相同的部件将给予与第一实施例的部件相同的参考标记。并且，为了简洁可能省略对第三实施例的与第一实施例的部件相同的部件的描述。

在第三实施例中，内部蹬踏力感测装置230与内部蹬踏力感测装置30相同，除了使用光学传感器254来检测参考构件52的自由端部52b相对于第一曲柄臂14的曲柄主体32的运动以外（在图8中为了例示而放大）。具体地，光学传感器254包括激光设备254a和光接收器254b。光学传感器254通过反射激光设备254a的光离开自由端部52b到达光接收器254b，来检测参考构件52的自由端部52b相对于第一曲柄臂14的曲柄主体32的运动，并且然后测量当距离D改变时已经改变的光的反射动作时间和/或量。因此，光学传感器254的输出信号随着参考构件52的自由端部52b与安装到曲柄主体32的光学传感器254之间的相对距离而变化。因为例如光学传感器254等光学传感器是公知的，所以本文将不详细地讨论光学传感器254。

现在参考图9，现在将根据第四实施例说明内部蹬踏力感测装置330。基本上内部蹬踏力感测装置330取代内部蹬踏力感测装置30并且安装在第一和第二曲柄臂14和16的任意一个或两者中。换句话说，虽然内部蹬踏力感测装置330示出为安装在第一曲柄臂14中，但是从本发明将会清楚内部蹬踏力感测装置330可以安装在右侧曲柄臂例如第二曲柄臂16中。

考虑到第一和第四实施例之间的相似性，对于第四实施例的与第一实施例的部件相同的部件将给予与第一实施例的部件相同的参考标记。并且，为了简洁可能省略对第四实施例的与第一实施例的部件相同的部件的描述。

在第四实施例中，内部蹬踏力感测装置330与内部蹬踏力感测装置30相同，除了在参考构件52的自由端部52b安装传感器354用于检测参考构件52的自由端部52b相对于第一曲柄臂14的曲柄主体32的运动以外（在图9中为了例示而放大）。传感器354可以是线圈传感器、电容器传感器或光学传感器。在任何情况下，传感器354检测参考构件52的自由端部52b相对于第一曲柄臂14的曲柄主体32的运动。因此，传感器354的输出信号随着参考构件52的自由端部52b与曲柄主体32之间的相对距离而变化。

现在参考图10，现在将根据第五实施例说明内部蹬踏力感测装置430。基本上内部蹬踏力感测装置430取代内部蹬踏力感测装置30并且安装在第一和第二曲柄臂14和16的任意一个或两者中。换句话说，虽然内部蹬踏力感测装置430示出为安装在第一曲柄臂14中，但是从本发明将会清楚内部蹬踏力感测装置430可以安装在右侧曲柄臂例如第二曲柄臂16中。

考虑到第一和第五实施例之间的相似性，对于第五实施例的与第一实施例的部件相同的部件将给予与第一实施例的部件相同的参考标记。并且，为了简洁可能省略对第五实施例的与第一实施例的部件相同的部件的描述。

在第五实施例中，内部蹬踏力感测装置430与内部蹬踏力感测装置30相同，除了在参考构件52的自由端部52b上安装第一传感器部件454a并在曲柄主体32上安装第二传感器部件454b用于检测参考构件52的自由端部52b相对于第一曲柄臂14的曲柄主体32的运动以外（在图10中为了例示而放大）。第一和第二传感器部件454a和454b可以是检测参考构件52的自由端部52b相对于第一曲柄臂14的曲柄主体32的运动的任何类型的传感器装置。因此，第一和第二传感器部件454a和454b的其中一个或两者的输出信号随着参考构件52的自由端部52b与曲柄主体32之间的相对距离而变化，并且经由电线458a和458b发送到通信单元56。优选地，第一和第二传感器部件454a和454b形成在曲柄主体32和参考构件52两者上配置在曲柄主体32与参考构件52之间的区域中的传感器，该传感器位于参考构件52的沿着曲柄臂14的旋转方向R朝向的一侧。

在理解本发明的范围时，当在本文中使用时，术语“包括”及其派生词旨在成为开放式的术语，其明确说明所述特征、元件、部件、组、整体和/或步骤的存在，但不排除其他未述特征、元件、部件、组、整体和/或步骤的存在。上述解释也适用于具有相似意思的词，例如术语“包含”、“具有”和它们的派生词。而且，术语“部分”、“段”、“部”、“构件”或“元件”当用作单数时，可以具有单个部分或多个部分的双重意思，除非另外说明。当在本文中使用来描述上述实施例时，下面的方向性术语 “向前的”、“向后的”、“上方的”、“向下的”、“竖直的”、“水平的”、“下方的”和“横向的”及任何其他相似方向性术语是指装备有自行车曲柄臂的自行车的那些方向。因而，这些术语当使用来描述自行车曲柄臂时，应该相对于装备有自行车曲柄臂的自行车解释为在水平面上以直立骑行位置使用。最后，当在本文中使用时，程度术语，例如“基本上”、“大约”、“近似”意味着被修饰术语的合理偏离量，以便使得最终结果不被显著改变。

虽然仅选择了选定实施例来例示本发明，但是本领域的技术人员从本发明将会清楚，在不脱离如所附权利要求限定的本发明范围的情况下，在本文中可以作出各种改变和变更。例如，各部件的大小、形状、位置或朝向可以根据需要和/或期望来改变。显示为直接互相连接或接触的部件可以具有设置在它们之间的中间结构。一个元件的功能可以由两个来执行，反之亦然。一个实施例的结构和功能可以在另一个实施例中采用。不需要将所有优点都同时展现在具体实施例中。对于与现有技术相比独特的每个特征，单独地或与其他特征组合，也应该被认为是申请人的进一步的发明的单独描述，包括由这样的特征（或多个特征）体现的结构和/或功能概念。因此，根据本发明的实施例的前述描述仅用于例示，而不是为了对本发明进行限制，本发明由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1. 一种自行车曲柄臂，包括

曲柄主体，具有曲柄轴安装部和踏板安装部；

参考构件，附接到所述曲柄主体；以及

传感器，附接到所述曲柄主体和所述参考构件的至少一个，所述传感器设置为基于所述曲柄主体与所述参考构件之间的距离输出信号。

2. 根据权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

当施加蹬踏力到所述踏板安装部时，所述曲柄主体能够变形。

3. 根据权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述参考构件具有自由端部和固定到所述曲柄主体的固定端部。

4. 根据权利要求3所述的自行车曲柄臂，其中

所述参考构件的固定端部固定到所述曲柄主体的曲柄轴安装部，并且所述参考构件从所述曲柄主体的曲柄轴安装部朝向所述踏板安装部延伸。

5. 根据权利要求4所述的自行车曲柄臂，其中

所述参考构件的自由端部位于距所述踏板安装部比距所述曲柄轴安装部更靠近的位置。

6. 根据权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器在所述曲柄主体与所述参考构件之间配置在所述参考构件的沿着所述曲柄臂的旋转方向朝向的一侧。

7. 根据权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器在所述曲柄主体和所述参考构件两者上配置在所述曲柄主体与所述参考构件之间的区域中，该传感器位于所述参考构件的沿着所述曲柄臂的旋转方向朝向的一侧。

8. 根据权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器配置在所述参考构件的自由端部上。

9. 根据权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器配置在所述曲柄主体的与所述参考构件的自由端部相对的一部分上。

10. 根据权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述曲柄主体包括容纳所述参考构件和所述传感器的腔。

11. 根据权利要求10所述的自行车曲柄臂，其中

所述曲柄主体包括基体构件和附接到所述基体构件以基本上封闭所述腔的盖构件。

12. 根据权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器是线圈传感器。

13. 根据权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器是电容器传感器。

14. 根据权利要求1所述的自行车曲柄臂，其中

所述传感器是包括激光设备和光接收器的光学传感器。

15. 根据权利要求1所述的自行车曲柄臂，还包括：

通信单元，操作性地连接到所述传感器，以从所述传感器接收信号并且基于来自所述传感器的信号输出信息。

16. 根据权利要求15所述的自行车曲柄臂，其中

所述通信单元无线地传送信息。