专利名称：在测力计或自行车上测量力、扭矩和功率的方法和装置的制作方法很长时间以来，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 Al。 此外，由DE 37 22 728 Cl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，例如借助于磁致伸縮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。这种磁致伸縮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 Al描述了一种以磁致伸縮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縮的材料制成的涂层。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。
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 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，分别根据磁致伸縮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。 此外，本发明提出，为了确定由使用者以其右腿和/或左腿产生的功率检测所述轴的转速并且输入存储单元和/或评估单元，并且在评估单元中通过在右侧和/或左侧作用在轴上的扭矩除以所测量的转速计算出由使用者用其右腿和/或左腿产生的功率。 在器械方面本发明涉及一种用于在测力计或者自行车上测量力和功率的装置，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且进一步传递到测力计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。 为了在装置方面实现所提出的目的，在皮带轮或链轮的轴向两侧分别设置至少一
个传感机构，该传感机构用于无接触地检测轴的以由力矩传递引起的弹性扭转形式的变形
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。 有利的是，分别由至少一个磁致伸縮的扭矩传感机构来形成用于测量轴的弹性扭 转的测量机构。在此，该扭矩传感机构分别包括位于轴上的磁性编码的区域以及至少一个 与之隔开设置的传感器线圈。轴的磁性编码的区域所关心的是，该区域可以由与轴牢固连 接的、由磁致伸縮的材料制成的涂层形成或者由分开的、与该轴牢固连接的、由上述磁致伸 縮的材料制成的附件形成。 此外，为了确定由使用者引入测力计或者自行车中的功率，将转速发送器设置在 轴的表面上，该转速发送器与转速传感器共同作用，该转速传感器沿径向设置在转速发送 器的上方并且与存储单元和/或评估单元相连接。在轴旋转时，运动经过转速传感器的转 速发送器产生了转速传感器中的转速信号，该转速信号进一步传给存储单元和/或评估单
5兀。 其它有利的是，扭矩传感机构分别与电子的存储单元和/或评估单元电连接或者
无接触地连接，该评估单元用于处理由轴的检测到的变形所产生的传感器信号。 根据所谈及的装置的第一有利的实施例变体，皮带轮或链轮连同设置在皮带轮或
链轮的轴向两侧的传感机构设置在轴的、由该轴的两个轴颈沿轴向限定的区域的内部。 根据第二有利的实施例变体，皮带轮或者链轮也可以设置在轴的、由该轴的两个
轴颈沿轴向限定的区域的外部，其中传感机构设置在皮带轮或链轮的轴向两侧，并且其中
至少一个传感机构设置在上述区域的内部。


下面参照附图以两个优选实施方式对本发明进行详细解释。图中示出 图1根据第一实施方式示出了测力计的根据本发明构造的轴连同设置在两个轴
颈之间的皮带轮以及测量装置； 图2根据第二实施方式示出了测力计的根据本发明构造的轴连同设置在两个轴颈之间的区域外部的皮带轮。

已知的并且相应没有详细示出的测力计的内轴承的、在图1中示意性示出的轴1能够将扭矩从两个装配有踏板的踏板曲柄通过轴1传递到挠性传动装置上并且进一步传递到测力计飞轮上。该轴1借助于两个轴颈2，3上的滚动轴承旋转地支承在测力计的、没有详细示出的框架中。当前，挠性传动装置构造成皮带传动装置并且具有皮带轮4，该皮带轮至少在旋转方向上抗扭地与轴1连接。 为了可以在测量技术方面的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的使用者的两条腿相互分开地进行检测，在皮带轮4的轴向两侧上分别设置了传感机构5或者说6用于无接触地检测轴1的、由力矩传递引起的弹性扭转形式的变形。由传感机构检测的弹性扭转代表施加到轴1上的力或者说扭矩的尺度，用于在计算方面求得测力计的使用者的左腿和右腿的由操作者每单位时间产生的功率。
测量机构分别由至少一个磁致伸縮的扭矩传感机构5或6形成，并且包括位于轴1上的磁性编码的区域5a，6a以及至少一个与之隔开设置的传感器线圈5b，6b。这种磁致伸縮的扭矩传感机构5，6的功能在开头已经详细地解释过了。 磁性编码的区域5a，6a优选由磁致伸縮的材料制成的、与轴1牢固连接的涂层形成。然而代替这种做法设置单独的有待与轴1牢固连接的附件、例如由磁致伸縮的材料制成的环形的附件也可以是有利的，将该附件串到轴1上并且与该轴力配合地和/或形状配合地连接，从而将轴1的有待检测的弹性扭转传递到磁致伸縮的附件上(没有详细示出)。
扭矩传感机构5， 6或者说其传感器线圈5b， 6b分别以电的形式或者无接触地、例如通过无线电或者超声波与电子存储单元和/或评估单元7连接，该评估单元用于处理轴1的、所检测的变形或者说弹性扭转的、由传感机构5，6产生的传感器信号8，9。为此需要的电压有针对性地由固定电网和/或一个或者多个蓄电池提供。 如图1进一步所示，皮带轮4连同沿轴向设置在其两侧的传感机构5，6设置在轴
61的、由轴1的两个轴颈2，3在轴向上限定的区域的内部，由此实现特别紧凑的并且相应在所需要的结构空间方面最小化的设置。 在图2中示出的实施例与前面描述的变型方案的区别基本上在于，皮带轮4设置在包围在轴1的两个轴颈2，3之间的区域的轴向外部，其中虽然同样在皮带轮4的轴向两侧设置了传感机构5，6，但是至少一个传感机构5设置在上述区域的内部。
此外，图2示出了在轴1的圆周上相互间隔开地设置了磁性的信号发送器10，该信号发送器与已知的转速传感器11共同作用，该转速传感器径向隔开地定位在转速发送器10上。在由于轴1的旋转运动使得转速发送器10运动经过转速传感器11时，该转速传感器记录下了改变的磁场并且由此产生转速信号12，该转速信号进一步传给存储单元和/或评估单元7。也可以替代所描述的测量原理使用其它的测量原理用来检测轴1的转速，例如已知的光学测量系统。 借助于从轴1的所记录的扭转中求得的扭矩以及轴的所测量的转速，可以在存储单元和/或评估单元7中确定每单位时间施加在轴1的各个侧面上的扭矩以及使用者所消耗的功率。了解使用者的功率、尤其由使用者的右腿和/或左腿施加的功率，不仅仅是对测力计的使用者的信息感兴趣，而且也用于精确地调节测力计的制动装置的机械阻力、例如所涉及的涡流制动器或者带式制动器的机械阻力。 在至今为止已知的测力计中，从涡流制动器的电源电压中借助于数学上不成比例的关系估算出涡流制动器的制动力矩或者说制动功率，该制动力矩反作用于或者说会反作用于测力计的使用者。在此，精度处于制动力矩的实际值的±10%的范围内，该制动力矩至少在诊断方面有待使用的测力计中被认为是不够的。因此，在这种已知的测力计中通常要对涡流制动器进行校正，从而找出涡流制动器的电源电压和其制动作用(制动力矩，制动功率)之间不成比例的关系并且可以实现制动力矩调节器的或者说用于使用者的扭矩和功率显示器的根据DIN规定所要求的精度。 在根据本发明的并且尤其根据图2的测量系统中不需要这样的花费，因为根据扭
矩测量和转速测量可以连续地确定由测力计的使用者施加的扭矩或者说功率。 上述实施例提出了具有皮带传动装置形式的挠性传动装置的测力计。然而本发明
不限制于这些实施例，还包括链条传动装置形式的挠性传动装置以及具有皮带传动装置或
者链条传动装置的常规的自行车，该自行车根据本发明装配有特别的传感机构5，6，用于在
按规定使用并对内轴承进行加载时检测轴1的在内轴承区域中的弹性扭转，优选装配有磁
致伸縮的扭矩传感机构5，6(没有示出)。参考标号
1轴2轴颈3轴颈4皮带轮5传感机构(扭矩传感机构)5a磁性编码的区域5b传感器线圈6传感机构(扭矩传感机构)
76a磁性编码的区域6b传感器线圈7存储单元和/或评估单元8信号9信号10转速发送器11转速传感器12转速信号
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本发明涉及一种用于在测力计或自行车上测量力、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(1)传递到挠性传动装置上并进一步传递到测力计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(4)或者链轮，该皮带轮至少在旋转方向上抗扭地与轴(1)连接。本发明提出，在皮带轮(4)或者链轮的两侧分别相互独立地检测轴(1)的、由力矩传递引起的弹性的扭转作为施加到轴(1)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、产生相应的电传感器信号(8，9)并且将该传感器信号输入存储单元和/或评估单元(7)用于进行进一步处理。