行驶量确定方法以及滚轴冰鞋和滑板的辊轮的制作方法

专利名称：行驶量确定方法以及滚轴冰鞋和滑板的辊轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种确定行驶量的方法以及根据权利要求1和权利要求17，19的前序部分的用于滚轴冰鞋和滚轴滑板的辊轮。
穿着在双脚上的运动器械，例如直列冰鞋，滚轴冰鞋，滑草器，滑板等已经越来越普及，所以有必要对使用这些运动器械后所取得的运动成绩加以确定，例如滑行的里程或所达到的速度(当前速度，最高速度，平均速度)。
从美国专利US4,689,577中已得知一种车轮，其中有关速度的测量是通过设置于车轮轴上的装置来实现的。但是在这篇文献中所描述的结构无法用于滚轴冰鞋和滚轴滑板等具有尺寸很小的辊轮的场合，困难之处在于例如所产生的信号需要由一非常复杂的信号拾取结构来拾取。
从日本专利JP62-177453A中可以了解到一种自行车，其通过一由旋转磁铁和静止传感器构成的计算器来确定速度，在此描述的这种机构不适合暴露在冲击应力特别大的滚轴冰鞋和滚轴滑板中。
从德国专利DE-GM9209825.8中可以了解到一种公路溜冰鞋，其上带有一个安装在公路溜冰鞋靴子上的里程计算器。鞋上设置有一摩擦轮与连接在辊轮悬挂器上的驱动轮共同作用以将来自公路溜冰鞋的辊轮的数据传送到所行里程计算器上。这种机构被认为结构很复杂的并且易损坏，此外，该机构的尺寸很大。
从德国专利DE-GM29606965中得知，该专利提供了一种滚轴冰鞋的辊轮，其带有可产生感应电流并馈送至光发射元件的磁铁和线圈，该文献没有涉及对有关使用者的成绩参数的测量问题。
从德国专利DE4444315A1中得知，该专利在同辊轮相固定的轴上设置了一个发电机用以产生用来发光的电流。该机构在实际应用中也被证明非常复杂，此外该机构不适用于绕非转动固定轴旋转的辊轮。
因此，本发明的目的在于提供用于滚轴冰鞋和辊轮滑板的辊子，利用它可以以简单坚固和价格便宜的方式测量出使用者的成绩参数。
该目的是通过权利要求1所述的辊轮和权利要求17和19所述的方法实现的。
根据本发明，可以提供一种滚轴冰鞋和滚轴滑板，其能够确定辊轮的转速(转动速度)和/或使用者的实际行驶速度。该测量装置被设计得更为紧凑且结构更加牢固，从而也提高可靠性了。根据“位于辊轮上的装置”这一名词，顾名思义，整个(测量)装置位于轮轴与轮周边之间，即，具体而言，该(测量)装置正好位于辊轮体和可安装在所述辊轮上的一滑入或插入部分之上。
本发明的优选实施例是从属权利要求的主题。根据本发明的一优选实施例，所述辊轮具有一固定于其所围绕转动的非转的转轴之上的线圈和同心地环绕线圈连接于辊轮体上的磁铁。当辊轮旋转时，磁铁围绕线圈转动，这样就在线圈中感应出电流。该感应电流与辊轮转速成正比。该感应电流(或感应电压)可以被引导至一可执行信号处理的电控装置之中。磁铁和线圈的结构被证明设计得十分牢固和紧凑。而且，根据使用环境的要求，无需提供给电控装置供电的额外的电池。进一步讲，随着所述电流的产生，可对一储备电池进行充电以确保对电控装置和/或其他元件的直流电供应。所述储备电池与和其相串接的整流器均可以集合到辊轮当中。
也可以用相反的方式，将磁铁固定于所述轴上，而将线圈同心地环绕磁铁并连接到辊轮体。
辊轮可适当地包括用于确定其与地面相接触的装置和/或用于确定辊轮的瞬间触地或接触方向与配带该运动器械的使用者的行驶有效方向之间的夹角的装置。因为例如在滚轴冰鞋与直线冰鞋中，在任一时刻通常只有一只冰鞋触地，所以有可能以该方式确定各种情况下与地面相接触的那只滚轴冰鞋或直线冰鞋，并以此为基础确定转速和行驶速度。此外，通过确定辊轮的触地方向与行驶的实际方向之间的夹角，可以对使用者行驶的实际参数或成绩实际参数进行更准确的测量。有时，特别是在高水平运动领域中，这种对测量的精确度是有迫切需要的。
最好是，发电机或测力计，具体而言是压电元件被用来确定辊轮与地面的接触和/或确定辊轮与地面的瞬时接触方向与行驶的有效方向之间的夹角。用于此目的的这类压电元件具有非常紧凑的结构，非常坚固，并且可以被设置在轮内或其附近的多个点上。
一种合适的方式是，至少有一个压电元件被设置在辊轮体内，特别是位于辊轮的外滚动表面处，以便对推力和/或地面与辊轮之间的剪切力进行测量。压电元件的这种布置方式可使测量特别准确和可靠。根据所需要的测量精度，对设置在辊轮表面的压电元件的数目可以进行改变。
一种合适的方式是，多个压电元件分布在辊轮体的周边。以此方式，可以保证直接测定出辊轮与地面的任何接触以及在方向上的任何变化。
还可以以一种先进的方式，将至少一个压电元件设置在转轴上，特别是设置于轴悬挂装置的区域内，以便测量地面和辊轮之间的推力和/或剪切力和/或由于辊轮的方向上的变化而引起的旋进力，在此，一个特别的进步之处在于发电机或压电元件的尺寸或数量可以很小，此外，它们被安装在非转动的轴上，比起安装在可转动的辊轮上而言，可以使磨损更小。
还可以进一步在轴悬挂装置和/或辊轮的轴承上设置至少一个压电元件，以便测量地面与辊轮之间的压力和/或剪切力和/或由于辊轮的方向变化而引起的旋进力。以此方式布置的压电元件也具有紧凑结构并且由于其所具有的非旋转设置方式，也很少有被磨损的可能。
根据本发明的另一优选实施例，辊轮拥有一个在所述轮的转轴与地面之间延伸的传感器。该连接在转轴上的传感器具有略大于轮半径的长度，所以当与地面相接触的情况发生时，传感器可以以某种方式探测到这一情况。可以利用弹簧元件，弹性元件，带有弹性局部区的刚性元件等做为传感器使用。光学的和/或电子装置也可用来确定辊轮与地面的接触。
最好是，传感器具有至少一个测力计，具体而言是一个压电元件，用以检测辊轮与地面的接触和/或辊轮的接触瞬时方向与行驶的实际方向之间的夹角。
最好是，传感器固定于位于轴悬挂装置外侧的转轴延伸处。这种转轴延伸部很容易被构造出来。
最好是，磁铁与线圈可以以一模块的形式整体地构成，做为位于辊轮体内的发电机的一个部分，其中将发电机轴用做为转轴，这种模块型的结构已被证明在价格方面特别合适。因为这一结构可以以一简单的方式插入到中空的辊轮内当中。有关辊轮的组装工作也因此减少了。
最好是，辊轮拥有一个与辊轮体成为一体的电控装置。在这种方式下，例如来自线圈或所使用的压电元件的信号通路非常的短，由此可以确保信号的快速，可靠传送或数据处理。
最好是，为了与另一只辊轮进行数据交换。而在第二只滚轴溜冰鞋的一辊轮上提供一无线电联络装置，和/或以腕表的形式提供一显示装置以显示被确定的数据。以此方式，所确定的数据可被以简单的方式显示给使用者。此外，由于在各单个辊轮之间存在数据传递，所以可仅在一只辊轮上提供电子控制装置的基本元件，以此来处理从其他辊轮转移来的数据。
最好是，经磁线圈装置或经发电机产生的电流可被用于完成其他功能，特别是用于向连接至运动器材的二极管后灯供电。在这种方式下，装备有本发明辊轮的滚轴溜冰鞋或滑板的公路行驶安全性得以提高。也可以以此方式设置声音警告装置。
根据本发明的一个特定的优选实施例，用于确定与地面接触情况的装置具有一个用于拾取和记录描述辊轮转动速度的测量曲线的装置。当辊轮触地或从地上抬起时，所述的测量曲线上会显示出例如由与辊轮一体构成的电子装置所检测到的弯点(测量曲线的导数变化)，利用这一弯点，可以以一种简单的方式确定出触地区间。利用这一测量曲线或其弯点，也可以检测出辊轮的某种行驶状态，例如加速，恒速行驶或急停。为使在滚轴溜冰鞋速度表装置所需的费用最低。最好是在每双滚轴溜冰鞋或直线溜冰鞋只设置一只本发明所述的辊轮。在带有相关的辊轮的靴子不触地期间，使用者所滑过的距离可以从对测量的直接处理中外推出来。
根据按照本发明方法的一个优选实施例，当检测到转速和/或辊轮的触地方向与行驶的实际方向之间的夹角时可以确定至少一个辊轮与地面的接触。在这一方式中，由于总是仅仅与地面接触的辊轮的测量数据被处理，所以可以使测量的精度更高。在例如带有根据本发明测量装置的二个辊轮同时触地的情况下，也可以将二个测量值同时拾取，从而由此形成一个平均值，利用这种方式，测量精度还可以进一步提高。
下面结合附图，对本发明的优选实施例做更加详细的说明，其中

图1示出了本发明辊轮的第一实施例的示意性局部剖面图；图2示出了本发明辊轮的第二实施例的示意性局部剖面图；图3示出了本发明辊轮的第三实施例的示意性局部剖视图；图4示出了根据本发明第四实施例的示意性局部剖面图；图5示出了一个测量曲线，曲线示出了在一段时间间隔内本发明辊轮的每秒转速；图6示出了本发明辊轮的一优选实施例的透视图，并以图示的方式示出了滚轴冰鞋上的辊轮的结构以及将测量数据传递给被设计成腕表形式的显示装置。
在图1至图4中，示出了围绕非转动固定轴9或19转动的辊轮或辊子20，这种辊轮可以用在例如滚轴冰鞋或直线冰鞋或滑板，蛇形板或滑草器之中。所述辊轮在轴9，19上对称设置，因此将关于轴9以下的部分的描述省略。
在图1中，辊轮20包括一轮体，轮上有一个凹部，可以供永久磁铁4，线圈5和电控装置7插入其中。在此，电控装置7和线圈5相对于非转动轴9以非转动方式安装。至少一块永磁铁4以非转动方式安装在轮体21中，以便围绕轴9转动。线圈5被安装在线圈安装架6中。
保护罩10用来保护插入到凹部22中的元件免受外部影响。辊轮体21通过轴承8以可转动方式安装在轴9上。
压电元件2位于辊轮体21的运行表面1上，当有力施加到压电元件2上时，就产生了电流(或电压)，该电流或电压可经导线和接触刷3传递到电控装置7。
压电元件可以被用来测定压力以确定辊轮20与地面的接触和/或确定地面与辊轮之间的剪切力。当应变施加到辊轮20，即当使用者的重量被施加到与辊轮20相连接的滚轴冰鞋或直线冰鞋上时，压力产生。当辊轮的触地方向与使用者行驶的实际方向不一致时，会产生一剪切力。当以所谓的“水冰滑行步伐”向前行进时，滚轴溜冰鞋和直线冰鞋上会经常出现在触地方向与行驶方向之间存在一个夹角的问题。可以将几个压电元件2安装在运行表面1上，利用某些压电元件2测量压力而利用另外一些压电元件测量剪切力。
当辊轮转动时，固定于轮体21的磁铁围绕以固定方式连接于非转动固定轴9的线圈转动。在该线圈中产生一个取决于辊轮转速的电压值。经过一个模/数转换器和一个控制函数，根据已知的辊轮直径，所产生的电压与一转动速度相对应，因此就可以确定出轮的行程，在此应该提到的是，这种测量法也可以检测使用者的后退运动。
如上所述，由于在行驶时，滚轴冰鞋或直线冰鞋并不总是在行驶方向触地(水冰滑行步伐)，所以辊轮行驶过的距离并不与使用者的实际行驶距离相一致。为确定实际的行驶距离，靴子与行驶方向之间的夹角被做为滚轴20与地面相接触的信息由压电器件2来确定，这些数据还被经过接触刷3传递到电控装置7。
图2示出了本发明辊轮的另一实施例，与图1中相同的元件以相同的参考标号表示。图2中的实施例与图1中的实施例的不同之处在于，位于非转动的轴9上的测力器或压电元件2被一体形成在至少一个轴悬挂装置13的高度方位上。例如在图1中已经描述过的作用在辊轮20上的力被经轴9传递到设置在悬挂装置13中的压电元件上。除了能测量压力和剪切力之外，以这种方式设置的压电元件还可以测量旋进力或回转力。即，如果辊轮20被看做是一个回转体，则辊轴冰鞋或直线冰鞋的方向变化，这也是转动轴9的方向上的变化，与一人工旋进过程等同。根据方向的改变程度，可以观察到或大或小的轴承力，因此所述轴承力决取于辊轮20的应变以及触地方向与行驶的实际方向的夹角，附带的旋进力在此可被用做测量。
在本发明的连接方式中，为了简化数据处理过程，制造商例如可以将与不同的夹角位置和/或不同的夹角变化相对应的测量系列数据记录下来并将其编入电控装置之中。以此方式，可以将实际测出的力的大小与测量系列值相比较，以此可以简化数据处理。
对压电元件2的非转动设置，具体而言是将其设置在轴悬挂装置区的方式使得压电元件的尺寸和数目可以减小很多。此外，在此方式下，压电元件的机械应变或磨损可得以减小。
图3中示出了本发明辊轮的另一个实施例，这里，与前面实施例相同的元件以相同的参考标号表示。
这里，力的传递是经一传感器11到达压电元件2，而不是经过辊轮体21和轴9。所述传感器11固定在位于轴悬挂装置13外侧的轴9的延长部。传感器的长度略大于辊轮的半径，所以辊轮20与地面的任何接触都可以经传感器11被检测到。根据前面已经描述的实施例，压力和剪切力可以经传感器11被传递到相应设置的压电元件上，以使所需的数据处理过程与前面已描述过的大致相同。
传感器例如可以被界定为具有弹性的或柔性的层状的或刷形元件的形式。它还可以进一步被构造成为具有弹性端部区域的大致刚性的杆。一种特别优选的方式是利用二个压电元件2对与地面的接触和行驶角进行测量。
图4示出了本发明辊轮的另一个实施例，这里，用于产生电流或电压的元件，即永磁铁和线圈以模块形式安装到发电机14当中。在此，发电机14的轴可以被用做辊轮的非转动轴19。如果发电机14被插入到辊轮体21的相应凹部当中，则根据发电机被设计成外极发电机或是内极发电机，永磁铁或是线圈被以非转动形式连接到发电机轴19。发电机14的罩体以及为产生电流所需的其他元件，即线圈或永久磁铁绕发电机轴19枢转并可被连接到辊轮体21。当辊轮体21绕作为转轴的发电机轴9旋转时可以按上述方式产生出电流或电压。
用于进行力测量的压电元件2以图3中所示的实施例的形式示出，其位于转轴19上位于轴悬挂装置的一高度位置处。但是，也可以用所描述的其他方式中的任一种来测量力。
在各种情况下被确定的数据在电控装置7中被评判和传输，例如，通过无线电联络传送到位于使用者手腕上的接收器上，数据被显示在腕表形式的显示器中。根据本发明，为测量使用者的成绩参数所产生的电流也足够供完成其他功能所需。具体而言，可以用此电流来使安装在靴子上的二极管后灯工作。利用该灯可以提高公路行驶的安全性。也可以以此方式来操作表或计时器。这里，已经证明使用储备电池是一个先进之处，该储备电池经过一整流器使所产生的电流平稳并将其存贮起来。这样，在辊子短暂的停动期间也可以保持电流供应。
参见图5，现在将描述用于确定滚轴冰鞋的行驶速度的优选的方法。这里，所测量到的辊轮的每秒转速与时间的关系被显示出来。在区间I1和I4，辊轮的转速提高了。在t1和t4时刻，测量曲线上显示了弯点，这些弯点与转速下降区间I2和I5相连接。从测量曲线在t1，t4时刻的弯点并且后续阶段转速有所下降这一特征可以判断出，在这些时刻，辊轮脱离了地面。在区间I2和I5之中，辊轮处于悬空状态。只有在t1和t5时刻，由弯点状态且后续转速的快速上升这一的特征可知辊轮再次与地面相接触，并且开始加速。这里，上面已经提到的区间I1和I4与由于辊轮与地面接触而形成的强加速阶段相连接。这里应该提到的是，从I3向I4或是从I4向I7的过渡在实际操作中比图中示意性表示的状态更加平缓些。此外，还示出了I7和I8区间，I7区间为一个滑出阶段，其中辊轮的转动速度渐渐减小(没有任何弯点现象)。在区间8，产生了一个加速滑行状态。同样未出现弯点，因此此时辊轮没有抬离地面。
在本发明的连接方式中，已经证明最好是将冰鞋的各单个参数包括进或编入电控装置中，例如将步长或冰鞋的典型触地角31作为参考，通过这些参数，可以减少由电控装置完成的计算。
最后，在图6中，以透视的形式示出了用于滚轴冰鞋和滑板的辊轮的另一实施例，这里，辊轮20具有一带有凹部22的轮体21。
至少一块永磁铁可以以适当的方式(未示出)和轮体21成为一体。
根据本发明，测量轮在滚轴冰鞋上的一个可能的位置也在图6中被示意性地示出，轮轴与轮轨101的固定以已为人所知的方式完成并在此不再赘述。
在凹部22处，可以插入或安装一个圆盘形的或是圆柱体垫片型的部件30。在该元件30中，可以插入用于测量辊轮速度的上述电子元件。在实例中，线圈5，电阻或放大器7a以及电控装置7的芯片7b以示意形式示出。这些部件最好是被铸入或封入由人造树脂构成的元件30中。元件30具有一个中心凹部30a，当元件30插入辊轮20的凹部22时，在该处形成带有中心凹部21a的配平部(fit flush)。非转动轴9可以经凹部21a，13a被安装。元件30可以以非转动方式与轴9相连接。当辊轮转动时，轴9和元件30相对于转动轮20保持不转动。通过将电子元件集成到元件30中，在另一实例里可以设置例如一保护罩10，这样的一种设计被证明是很牢固的。此外，含有电控装置在内的部件30可以一种模块形式来代替现有形式。
利用芯片7b，被记录下的测量值可以通过无线电传输到设计成腕表形式的显示装置50中，如图6中示意性示出的那样。
权利要求
1.一种用于滚轴溜冰鞋和滚轴滑板的辊轮，带有一个非转动的转轴(9，19)及一个围绕该转轴转动的轮体，以及位于辊轮之上的测量装置，其特征在于，具有位于辊轮上的用于测量辊轮的速度的装置(2，4，5，10)，用于确定其转速以及运动器械使用者的实际行驶速度。
2.根据权利要求1所述的辊轮，其特征在于，至少一线圈(5)以非转动形式安装在转轴(9)上，以及至少一磁铁(4)至少部分地环绕线圈以非转动形式安装在轮体(20)上。
3.根据权利要求1所述的辊轮，其特征在于，至少有一个磁铁(4)以非转动方式安装在转轴上，以及至少一个线圈(5)安装在轮体上并至少部分地环绕磁铁(4)。
4.根据权利要求1所述的辊轮，其特征在于，具有用来确定其与地面相接触的装置(2，11)和/或用来确定运动器械使用者的辊轮(20)触地方向与其实际行驶方向之间的夹角的装置(2，11)。
5.根据权利要求4所述的辊轮，其特征在于，至少有一个测力器，具体而言是一压电元件，用来测定辊轮与地面之间的接触和/或辊轮的触地方向与运动器械使用者的实际行驶方向之间的夹角。
6.根据权利要求4或5中所述的辊轮，其特征在于，至少有一个压电元件(2)位于轮体(21)之上，具体而言是在辊轮(20)的外运行表面(1)上，以便测量压力和/或测量地面与辊轮(20)之间的剪切力。
7.根据权利要求4所述的辊轮，其特征在于，有多个压电元件(2)分布在轮体(21)的外周。
8.根据权利要求4至7中任一所述的辊轮，其特征在于，在轴(9)上设置有至少一个压电元件(2)，特别是设置在轴悬挂装置区域(3)，以便测量压力和/或地面与辊轮(20)之间的剪切力和/或由于滚轮子方向变化而引起的旋进力。
9.根据前述任一权利要求所述的辊轮，其特征在于，在轴悬挂装置(3)和/或辊轮的轴承(8)上至少设置有一个压电元件，用以测量压力和/或辊轮与地面之间的剪切力和/或由于辊轮方向的变化而引起的旋进力。
10.根据权利要求4所述的辊轮，其特征在于，具有一个在轴(9)与地面之间延伸的传感器(11)。
11.根据权利要求10所述的辊轮，其特征在于，传感器(11)与至少一个测力计，具体而言是一个压电元件(2)共同作用，以便检测辊轮与地面之间的接触和/或辊轮的触地方向与运动器械的使用者的行驶实际方向之间的夹角。
12.根据权利要求10或11所述的辊轮，其特征在于，传感器(11)被安装在设置在轴悬挂装置(3)外侧的轴(9)的延长位置处。
13.根据上述任一权利要求所述的辊轮，其特征在于，磁铁(4)和线圈(5)作为发电机(14)的部件以模块形式和轮体成为一体，以发电机的轴(19)作为轮的转轴。
14.根据上述任一权利要求所述的辊轮，其特征在于，电控装置(7)和轮体成为一体。
15.根据上述任一权利要求所述的辊轮，其特征在于，其包括一个用于和另一个辊轮(20)，具体而言是指另一只冰鞋的辊轮(20)，进行数据传输的无线电联络装置和/或显示装置，特别是指腕表形式的显示装置，用以显示所确定的数据。
16.根据前述权利要求4至15中任一所述的辊轮，其特征在于，用于确定与地面相接触的装置包括一用来记录描述辊轮的转速的测量曲线的装置。
17.根据前述任一权利要求所述的辊轮，其特征在于，有一相对于转轴(9)以非转动形式插入到轮体(20)的部件(30)，其中部件(30)和用于确定辊轮的转速的装置(5，7a，7b)可至少部分地被插入。
18.根据权利要求17所述的辊轮，其特征在于，部件(30)由人造树脂构成，用于确定辊轮转速的装置被铸于其中。
19.一种确定行驶量，特别是滚轴冰鞋或滑板的使用者的行驶速度或行驶距离的方法，其特征在于，可以确定至少一个辊轮(20)的转速以及使用者行驶的实际方向与至少一个辊轮的触地方向之间的夹角。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，辊轮(20)与地面的接触确定了至少一个辊轮的转速，以及触地方向与实际行驶方向之间的夹角。
21.一种确定行驶于地面的滚轴冰鞋或滑板使用者的行驶量，特别是行驶速度或行驶距离的方法，该方法通过所述滚轴冰鞋或滑板以至少其一个辊轮的转动速度滑过地面，考虑到辊轮与地面的接触，这一方法的特征在于描述辊轮转速的测量曲线被特别连续记录，同时辊轮与地面的接触通过测量线中的弯点来确定。
全文摘要
一种用于滚轴冰鞋或滑板的辊轮,其具有一非转动的转轴(9,19),围绕该转轴转动的轮体,以及测量辊轮转速的装置,装置(2,4,5,10)被设置在辊轮上,以确定其转速和/或运动器械使用者的行驶实际速度。
文档编号G01P3/46GK1240369SQ97180676
公开日2000年1月5日 申请日期1997年12月13日 优先权日1996年12月19日
发明者丹尼尔·格鲁斯 申请人:丹尼尔·格鲁斯