(57)【要約】      （修正有）【課題】ひずみゲージロードセルの頑健性を増大させながら、追加のコストを最小にし、それでもなお効率的な製造プロセスを実現する。【解決手段】ロードセル２００が、固定セクション２０４から負荷セクション２０６へ延びており、負荷を受けると動くたわみセクション２０８およびたわみセクション２１０から隔置された中央ビームセクション２１１を含むビーム２０２を含む。少なくとも１つのひずみゲージ２１６が、ビームの動きを検出するようにビームに結合される。停止要素２３４、２３８、２４２が各々、支承面２４４、２４６、２４８をそれぞれ含み、ビーム２０２に結合され、各支承面２４４、２４６、２４８が第１の位置でビーム２０２に係合せず、第２の位置でビーム２０２に係合するように構成される。【選択図】図３
2020027111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定セクション（２０４）から負荷セクション（２０６）へ延びており、負荷を受けると動くように構成されたたわみセクション（２０８）および前記たわみセクションから隔置された中央ビームセクション（２１１）を含むビーム（２０２）と、
前記ビームにかかる負荷を検出するように前記ビームに結合された少なくとも１つのひずみゲージ（２１６）と、
前記ビームに結合された支承面（２４４）を含み、前記支承面が第１の位置で前記ビームに係合せず、前記ビームにかかる前記負荷に基づいて、第２の位置で前記ビームに係合するように構成された停止要素（２３４）と
を備えている、ロードセル（２００）。
【請求項２】
前記たわみセクションと前記中央ビームセクションとの間に第１のチャネル（２２４）が形成され、前記停止要素（２３４）は、前記たわみセクションの孔（２３２）の中に配置され、前記第１の位置で前記第１のチャネル内へ部分的に延び、前記支承面は、前記第２の位置で前記中央ビームセクションに係合し、前記たわみセクション（２０８）は第１のたわみセクションであり、前記停止要素は第１の停止要素であり、前記ビームは、第２のチャネル（２２６）を形成するように前記中央ビームセクションから隔置された第２のたわみセクション（２１０）をさらに含み、前記ロードセル（２００）は、
前記第２のたわみセクションの孔（２３６）の中に配置された支承面（２４６）を含む第２の停止要素（２３８）をさらに備え、前記第２の停止要素（２３８）は、前記第２の停止要素の第１の位置で、前記第２のチャネル内へ部分的に延び、前記支承面は、前記第２の停止要素の第２の位置で、前記中央ビームセクションに係合する、請求項１に記載のロードセル（２００）。
【請求項３】
前記負荷セクションは、第３のチャネルを形成するように前記中央ビームセクションから隔置され、前記ロードセルは、
前記中央ビームセクション内に固定され、前記第３のチャネルを通って前記負荷セクション内へ延びる第３の停止要素（２４２）をさらに備え、前記第３の停止要素は支承面（２４８）を含み、前記第３の停止要素の第１の位置で、前記第３の停止要素の前記支承面と前記負荷セクションとの間に、間隙（２５０）が形成され、前記第３の停止要素の第２の位置で、前記支承面は、前記負荷セクションに係合し、前記第３の停止要素の第３の位置で、前記第３の停止要素の前記支承面は、前記負荷セクションに係合する、請求項２に記載のロードセル。
【請求項４】
前記停止要素（２４２）は、前記中央ビームセクションに固定され、前記負荷セクション内へ延び、前記停止要素は支承面（２４８）を含み、前記停止要素の前記支承面と前記負荷セクションとの間に、間隙（２５０）が形成され、前記停止要素は、ねじ留め、プレス嵌め、接着、またはかしめのうちの少なくとも１つによって、前記中央ビームセクションに固定されている、請求項１に記載のロードセル。
【請求項５】
前記支承面（２４８）は、前記停止要素の前記支承面と前記負荷セクションとの間の前記間隙のサイズが変化するように先細りしており、前記支承面を受け取って係合する前記負荷セクションの孔（２４０）が先細りしている、請求項４に記載のロードセル。
【請求項６】
前記第１の位置で、前記ビームにかかる前記負荷が閾値負荷を下回り、前記第２の位置で、前記ビームにかかる前記負荷が前記閾値負荷を上回り、前記閾値負荷が、前記ビームの材料が降伏する負荷である、請求項１に記載のロードセル。
【請求項７】
固定セクション（２０４）から、負荷を受けるように構成された負荷セクション（２０６）へ延びており、中央ビームセクション（２１１）を含み、前記中央ビームセクション（２１１）が、前記負荷セクションと前記中央ビームセクションとの間にチャネル（２２４）を形成するように前記負荷セクションから隔置されている、ビーム（２０２）と、
前記ビームにかかる負荷を検出するように前記ビームに結合された少なくとも１つのひずみゲージ（２１６）と、
前記中央ビームセクションに固定され、前記チャネルを通って前記負荷セクション内へ延びる調整可能な停止要素（２４２）とを備え、前記調整可能な停止要素が、第１の方向に第１の閾値負荷を上回ると、前記負荷セクションに係合し、第２の方向に第２の閾値負荷を上回ると、前記負荷セクションに係合するように構成されている、
ロードセル（２００）。
【請求項８】
前記調整可能な停止要素（２４２）が、先細りしたヘッド要素（２４７）を含んでいる、請求項７に記載のロードセル。
【請求項９】
前記負荷セクション（２０６）が、前記調整可能な停止要素を受け取る先細りした孔（２４０）を含んでいる、請求項７に記載のロードセル。
【請求項１０】
前記調整可能な停止要素（２４２）がねじ山を含み、前記調整可能な停止要素が前記中央ビームセクション内へねじ込まれると、前記調整可能な停止要素の支承面（２４８）と前記負荷セクションとの間の間隙（２５０）の距離が減少する、請求項７に記載のロードセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の主題は、一般に、ロードセルおよびロードセルを形成する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロードセルは、力およびトルクを測定して電気信号に変換するために、多くの異なる適用分野で使用されている。ひずみゲージロードセルが、最も一般的なタイプである。
【０００３】
特に、ひずみゲージロードセルは、負荷による材料の変形の結果として生じるひずみゲージの抵抗変動を測定する。一定の入力励起電圧を受けると、たわみが小さくてもそのような変動が検出され、したがって負荷を判定することができる。一般的なひずみゲージロードセルは、せん断ビームロードセル、プラットホームロードセル、両端せん断ビームロードセル、曲げビームロードセルなどを含む。
【０００４】
ロードセルを製造するとき、ロードセルのあらゆる所与の使用のために多くの考慮すべき点が存在する。そのような考慮すべき点には、コスト、機械加工性、再現性、空間要件、耐久性、精度、過負荷耐量、材料特徴などが含まれる。多くの場合、コストを節約しようとして、ロードセルの頑健性および性能が犠牲になる可能性がある。一例では、製造者は、コストを抑えるために、ステンレス鋼などのより高価な材料の代わりにアルミニウムなどの材料を利用したいと考えることが多い。しかし、アルミニウムはステンレス鋼ほど強くなく、そのようなロードセルは、降伏条件の影響を受けやすくなり、したがって落下条件などの過負荷条件の結果として、誤り、ドリフト、損傷、および／または動作不良を受けやすくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決すべき課題は、ひずみゲージロードセルの頑健性を増大させながら、追加のコストを最小にし、それでもなお効率的な製造プロセスを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、固定セクションから負荷セクションへ延びており、負荷を受けると動くたわみセクションおよびたわみセクションから隔置された中央ビームセクションを含むビームを含むロードセルを提供することによって解決される。ロードセルはまた、ビームの動きを検出するようにビームに結合された少なくとも１つのひずみゲージと、ビームに結合された支承面を含み、支承面が第１の位置でビームに係合せず、第２の位置でビームに係合するように構成された停止要素とを含んでいる。
【０００７】
ロードセルは、別法として、固定セクションから、負荷を受けるように構成された負荷セクションへ延びるビームを含むことができ、ビームは中央ビームセクションを含み、中央ビームセクションは、負荷セクションと中央ビームセクションとの間にチャネルを形成するように負荷セクションから隔置されている。ロードセルはまた、ビームの動きを検出するようにビームに結合された少なくとも１つのひずみゲージと、中央ビームセクションに固定され、チャネルを通って負荷セクション内へ延びる調整可能な停止要素とを含み、停止要素は、第１の方向に閾値負荷を上回ると、負荷セクションに係合し、第２の方向に閾値負荷を上回ると、負荷セクションに係合するように構成されている。
【０００８】
上記課題はまた、フレームと、フレームに結合された少なくとも１つのペダルと、少なくとも１つのペダルの動きに応答して回転するようにフレームおよび少なくとも１つのペダルに結合されたフライホイールとを含むエクササイズ用デバイスを提供することによって解決することができる。エクササイズ用デバイスはまた、渦電流ブレーキを含み、第１の磁石が第２の磁石から隔置され、第１の磁石と第２の磁石との間にフライホイールが配置されている。負荷セクションを有するビームを含むロードセルは磁石に結合され、したがって第１の方向における第１の磁石の動きにより負荷セクションに負荷がかかり、ロードセルは、閾値力を上回るとビームの動きを防止するようにビームとともに配置された停止要素を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的な実施形態によるロードセルを利用するシステムの概略図である。
【図２Ａ】例示的な実施形態によって形成されたロードセルの上面図である。
【図２Ｂ】例示的な実施形態によるロードセルの側面図である。
【図２Ｃ】例示的な実施形態によって形成されたロードセルの上面図である。
【図２Ｄ】例示的な実施形態によって形成されたロードセルの上面図である。
【図３】例示的な実施形態によるロードセルの断面図である。
【図４Ａ】例示的な実施形態によるロードセルの部分断面図である。
【図４Ｂ】例示的な実施形態によるロードセルの部分断面図である。
【図４Ｃ】例示的な実施形態によるロードセルの部分断面図である。
【図４Ｄ】例示的な実施形態によるロードセルの部分断面図である。
【図５Ａ】例示的な実施形態によって形成されたロードセルの上面図である。
【図５Ｂ】例示的な実施形態によるロードセルの側面図である。
【図５Ｃ】例示的な実施形態によるロードセルの前面図である。
【図６】ホイートストンブリッジ回路の概略回路図である。
【図７】例示的な実施形態による固定自転車上のロードセルの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載の実施形態は、せん断ビーム型のひずみゲージロードセルとして示されているひずみゲージロードセルである。たとえば、例示的な実施形態は、固定セクションと、第１および第２の側部たわみセクションと、第１の側部たわみセクションと第２の側部たわみセクションと間に隔置された中央ビームセクションと、負荷セクションと、停止要素と、完全なホイートストンブリッジを形成するように電気的に接続されたひずみゲージとを有するひずみゲージロードセルを含む。そのような例示的な実施形態は例示的であり、プラットホームロードセル、両端せん断ビームロードセル、曲げビームロードセルなどの追加のひずみゲージロードセルも企図される。
同様に、２分の１（１／２）ホイートストンブリッジ配置、４分の１（１／４）ホイートストンブリッジ配置などを含む追加のひずみゲージ配置も同様に企図される。ロードセルの例示的な実施形態は、ロードセルを落下させた結果を含めて、ロードセルに過負荷条件がかかった場合に、降伏条件を防止するために、補足的な支持を提供するようにロードセルのチャネル内に位置決めされた少なくとも１つの停止要素を含む。
【００１１】
図１は、一実施形態によって形成された負荷システム１００の概略図である。負荷システム１００は、負荷デバイス１０２、ロードセル１０４、および通信デバイス１０６を含む。一例では、負荷デバイス１０２は、固定自転車上のブレーキシステムである。典型的には、負荷デバイス１０２は、ロードセル１０４上で単一の方向に負荷を係合および提供し、ロードセル１０４の変形を引き起こす。ロードセル１０４は、せん断ビームロードセル、プラットホームロードセル、両端せん断ビームロードセル、曲げビームロードセルなどを含む任意のタイプとすることができる。ロードセル１０４は、ロードセルのビームの動きまたはたわみを検出して通信デバイスへ電子信号を送るひずみゲージ１０８を含む。通信デバイス１０６は、ひずみゲージ１０８からの読取り値を使用者に提示するディスプレイ１１０を含む。
例示的な実施形態では、通信デバイス１０６は、表示するためのデータおよび情報を伝送および処理するＣＰＵ、スマートフォン、手持ち式デバイス、ラップトップコンピュータ、スマートウォッチ、他のスマートデバイスなどを含む。
【００１２】
図２Ａ〜４Ｄは、ロードセル２００の例示的な実施形態を示し、一例では、ロードセル２００は図１のロードセル１０４である。この例では、ロードセルはせん断ビームロードセルである。ロードセル２００は、ビームまたは本体２０２、固定セクション２０４、可動の負荷セクション２０６、第１の可動のたわみセクション２０８、第２の可動のたわみセクション２１０、および中央ビームセクション２１１を含む。
【００１３】
ビーム２０２は、固定セクション２０４から負荷セクション２０６へ延びる。第１の可動のたわみセクション２０８および第２の可動のたわみセクション２１０は、固定セクション２０４から平行な隔置関係で延び、負荷セクション２０６へ延びる。
【００１４】
第１のたわみセクション２０８および第２のたわみセクション２１０はそれぞれ、各セクション２０８、２１０に沿って薄いまたは低減された幅を提供する弧状部分２１２および２１４を含む。各セクション２０８、２１０の外面に沿って、少なくとも１つのひずみゲージ２１６が固定される。図２Ａ〜４Ｄの実施形態では、４つのひずみゲージ２１６が利用され、ホイートストンブリッジ回路として互いに電気的に接続される。ロードセル２００に負荷が作用するとき、２つのひずみゲージが圧縮され、２つのひずみゲージが引っ張られる。
他の例では、２分の１ホイートストンブリッジ配置内の２つのひずみゲージ２１６、または４分の１ホイートストンブリッジ配置内の単一のひずみゲージ２１６のみが利用される。図示のように、第１のたわみセクション２０８の最も薄い部分の両側に第１の組のひずみゲージ２１８が配置され、第２のセクション２１０の最も薄い部分の両側に第２の組のひずみゲージ２２０が配置される。したがって、負荷セクション２０６に対して横断方向に負荷が配置されるため、各組２１８、２２０のひずみゲージ２１６間の距離は、負荷の方向に基づいて変化する。各組２１８、２２０のひずみゲージ２１６間の距離の変化の結果、それに対応して抵抗が変化し、したがって電圧電位が変化し、それを使用して負荷を判定する。
【００１５】
中央ビームセクション２１１は、ビーム２０２の固定セクション２０４から負荷セクション２０６へ、第１のたわみセクション２０８と第２のたわみセクション２１０との間に平行な隔置関係で延びる。このようにして、第１のたわみセクション２０８と中央ビームセクション２１１との間に第１のチャネル２２４が形成され、第２のたわみセクション２１０と中央ビームセクション２１１との間に第２のチャネル２２６が形成される。同様に、中央ビームセクション２１１と負荷セクション２０６との間に第３のチャネル２２８が形成され、第１のチャネル２２４および第２のチャネル２２６に連通している。具体的には、第１のチャネル２２４および第２のチャネル２２６は平行な隔置関係で延び、第３のチャネル２２８は、第１のチャネル２２４と第２のチャネル２２６との間に、第１のチャネル２２４および第２のチャネル２２６に対して横断方向に延びる。
したがって、第１のたわみセクション２０８は、第１のチャネル２２４を通って中央ビームセクション２１１に対して動くことができ、第２のたわみセクション２１０は、第２のチャネル２２６を通って中央ビームセクション２１１に対して動くことができる。
【００１６】
図２Ａ〜４Ｄの例示的な代替実施形態では、中央ビーム２１１は、固定セクション２０４と同様に固定されるように取り付けられ、第１のたわみセクション２０８および／または第２のたわみセクション２１０に対する過負荷支持を提供するように位置決めされる。具体的には、中央ビームセクション２１１は、第１のチャネル２２４および／または第２のチャネル２２６の公差または幅の結果、降伏条件の前に第１のたわみセクション２０８または第２のたわみセクション２１０による中央ビームセクション２１１の係合が生じるように構成される。
このようにして、中央ビームセクション２１１は、第１のたわみセクション２０８および／または第２のたわみセクション２１０に対して過負荷支持を提供する。任意選択で、中央ビームセクション２１１が固定されていない場合でも、第１のたわみセクション２０８および／または第２のたわみセクション２１０の係合を引き起こす公差を有するように構成されることによって、中央ビームセクション２１１の剛性により、第１のたわみセクション２０８または第２のたわみセクションを補足し、過負荷の結果として生じる降伏条件を最小化および防止する。
【００１７】
図２Ａ〜４Ｄの例では、過負荷保護システム２３０が提供される。過負荷保護システム２３０は、第１の孔２３２、第１の停止要素２３４、第２の孔２３６、第２の停止要素２３８、第３の孔２４０、および第３の停止要素２４２を含む。
【００１８】
図３の例示的な断面図に示すように、第１の孔２３２は、中央ビームセクション２１１に隣接して第１のたわみセクション２０８を通って配置され、第１のチャネル２２４内へ部分的に配置された第１の停止要素２３４を受け取る。一例では、第１の停止要素２３４は、中央ビームセクション２１１に係合するための支承面２４４を含むピン要素である。この例では、第１の停止要素２３４が、第１のたわみセクション２０８内に第１の孔２３２を通って配置されたピン要素として示されているが、第１の停止要素２３４は、第１の孔２３２を通った第１の停止要素２３４のねじ留め、第１のたわみセクション２０８に対する第１の停止要素２３４の溶接、接合、またはかしめなどを含む他の方法で、第１のチャネル２２４内に部分的に配置することができる。
同じく、一例では第１の停止要素も同様に、中央ビームセクション２１１の孔の中に同様に配置することができ、または溶接、接合、かしめなどによって、第１のチャネル２２４に沿って任意の場所で中央ビームセクション２１１に固定することができる。
【００１９】
第１の停止要素２３４は、ロードセル２００の負荷セクション２０６に隣接して位置決めされる。第１の停止要素２３４をロードセル２００の負荷セクション２０６に隣接して位置決めすることによって、最も大きいモーメント力が生じている場所で、第１の停止要素２３４によって支持が提供され、支持が最大になる。さらに、第１の停止要素２３４が、ロードセル２００の負荷セクション２０６に隣接して第１のチャネル２２４内へ延びると示されているが、製造を容易にするために、第１の停止要素２３４は、第１のたわみセクション２０８への支持を提供するように、第１のチャネル２２４に沿って任意の場所に部分的に配置することができる。
別の代替実施形態では、この場合も製造を容易にするために、第１の停止要素２３４は、中央ビームセクション２１１の孔（図示せず）の中に受け取ることができ、または同様に、溶接、接合、かしめなどを介して中央ビームセクション２１１内に取り付けることができ、その結果、第１の停止要素２３４が第１のチャネル２２４内に部分的に配置される。代替実施形態では、第１の停止要素２３４は、製造を容易にする位置に配置される。
【００２０】
第１の停止要素２３４とともに第１の孔２３２を利用することによって、中央ビームセクション２１１から所定の距離をあけて第１のチャネル２２４内で、第１の停止要素２３４を調整または位置決めすることができる。このようにして、ロードセル２００の材料の降伏条件に応じて、ロードセル２００に過負荷条件が生じたとき、第１の停止要素２３４は、第１のたわみセクション２０８内で降伏条件を防止するように位置決めすることができる。具体的には、第１の方向の負荷セクション２０６に対して横断方向に負荷セクション２０６に負荷が提示されたとき、第１の停止要素２３４は、第１のたわみセクション２０８とともに第１の位置から動き（図２Ａ）、負荷が閾値負荷を超過したとき、第１の停止要素の支承面２４４は、第２の位置で中央ビームセクション２１１に係合する（図２Ｄ）。したがって第１の停止要素２３４は、第１のチャネル２２４を通る第１のたわみセクション２０８の追加の動きを防止する。
したがって、第１のチャネル２２４内で第１の停止要素２３４の位置を調整することによって、使用者は、過負荷条件中に第１のたわみセクション２０８に降伏条件がかかるのを防止するように、第１のたわみセクション２０８の動きを制限することができる。
【００２１】
一例では、材料の降伏条件が生じるのに必要とされる力の量を計算することができ、第１の停止要素２３４は、過負荷条件中にロードセルの落下条件などの降伏条件を防止するように位置決めすることができる。一例では、この計算された力は閾値負荷であり、したがって閾値負荷を下回ると、第１の停止要素２３４の支承面２４４は中央ビームセクション２１１に係合せず、閾値負荷を上回ると、第１の停止要素２３４は中央ビームセクション２１１に係合する。別法として、閾値負荷は、ひずみゲージ２１８のうちの少なくとも１つが損傷しまたは動作不良を起こす負荷である。別法として、第１の停止要素２３４は、中央ビームセクション２１１に係合するように第１の停止要素２３４の制限負荷および位置を調整することによって、顧客設定することができる。このようにして、同じ負荷によるたわみ変化を含む機械的なサイズ変化に対処する。
【００２２】
第２の孔２３６は、中央ビームセクション２１１に隣接して第２のたわみセクション２１０を通って配置され、第２のチャネル２２６内へ部分的に配置された第２の停止要素２３８を受け取る。一例では、第２の停止要素２３８は、中央ビームセクション２１１に係合する支承面２４６を含むピン要素である。この例では、第２の停止要素２３８が、第２のたわみセクション２１０内に第２の孔２３６を通って配置されたピン要素として示されているが、第２の停止要素２３８は、第２の孔２３６を通った第２の停止要素２３８のねじ留め、第２のたわみセクション２１０に対する第２の停止要素２３８の溶接、接合、またはかしめなどを含む他の方法で、第２のチャネル２２６内に部分的に配置することができる。
同じく、一例では第２の停止要素は同様に、中央ビームセクション２１１の孔の中に同様に配置することができ、または溶接、接合、かしめなどによって、第２のチャネル２２６に沿って任意の場所で中央ビームセクション２１１に固定することができる。
【００２３】
第２の停止要素２３８は、ビーム２０２の負荷セクション２０６に隣接して位置決めされる。第２の停止要素２３８をビーム２０２の負荷セクション２０６に隣接して位置決めすることによって、最も大きいモーメント力が生じている場所で、第２の停止要素２３８によって支持が提供され、支持が最大になる。さらに、第２の停止要素２３８が、ビーム２０２の負荷セクション２０６に隣接して第２のチャネル２２６内へ延びると示されているが、製造を容易にするために、第２の停止要素２３８は、第２のたわみセクション２１０への支持を提供するように、第２のチャネル２２６に沿って任意の場所に部分的に配置することができる。
別の代替実施形態では、この場合も製造を容易にするために、第２の停止要素２３８は、中央ビームセクション２１１の孔（図示せず）の中に受け取ることができ、または同様に、溶接、接合、かしめなどを介して中央ビームセクション２１１内に取り付けることができ、その結果、第２の停止要素２３８が第２のチャネル２２６内に部分的に配置される。代替実施形態では、第２の停止要素２３８は、製造を容易にする位置に配置される。
【００２４】
第２の停止要素２３８とともに第２の孔２３６を利用することによって、中央ビームセクション２１１から所定の距離をあけて第２のチャネル２２６内で、第２の停止要素２３８を調整または位置決めすることができる。このようにして、ロードセル２００の材料の降伏条件に応じて、ロードセル２００に過負荷条件が生じたとき、第２の停止要素２３８は、第２のたわみセクション２１０内で降伏条件を防止するように位置決めすることができる。具体的には、第１の方向とは反対の第２の方向の負荷セクション２０６に対して横断方向に負荷セクション２０６に負荷が提示されたとき、第２の停止要素２３８は、第２のたわみセクション２１０とともに第１の位置から動き（図２Ａ）、負荷が閾値負荷を超過したとき、第２の停止要素の支承面２４６は、第２の位置で中央ビームセクション２１１に係合する（図２Ｃ）。
したがって第２の停止要素２３８は、第２のチャネル２２６を通る第２のたわみセクション２１０の追加の動きを防止する。したがって、第２のチャネル２２６内で第２の停止要素２３８の位置を調整することによって、使用者は、過負荷条件中に第２のたわみセクション２１０に降伏条件がかかるのを防止するように、第２のたわみセクション２１０の動きを制限することができる。
【００２５】
一例では、材料の降伏条件が生じるのに必要とされる力の量を計算することができ、第２の停止要素２３８は、過負荷条件中にロードセルの落下条件などの降伏条件を防止するように位置決めすることができる。一例では、この計算された力は閾値負荷であり、したがって閾値負荷を下回ると、第２の停止要素２３８の支承面２４６は中央ビームセクション２１１に係合せず、閾値負荷を上回ると、第２の停止要素２３８は中央ビームセクション２１１に係合する。別法として、閾値負荷は、ひずみゲージ２１８のうちの少なくとも１つが損傷しまたは動作不良を起こす負荷である。別法として、第２の停止要素２３８は、中央ビームセクション２１１に係合するように第２の停止要素２３８の制限負荷および位置を調整することによって、顧客設定することができる。このようにして、同じ負荷によるたわみ変化を含む機械的なサイズ変化に対処する。
【００２６】
第３の孔２４０は、ビーム２０２の負荷セクション２０６を通って配置され、第３のチャネル２２８を通って配置されて中央ビームセクション２１１内に固定された第３の停止要素２４２を受け取る。一例では、第３の停止要素２４２は、負荷セクション２０６に係合するための支承面２４８を形成するヘッド要素２４７を含むピン要素である。この例では、第３の停止要素２４２が、第３のチャネル２２８を通って中央ビームセクション２１１内へ、負荷セクション２０６内に第３の孔２４０を通って配置されたピン要素として示されているが、第３の停止要素２４２は、中央ビームセクション２１１内への第３の停止要素２４２のねじ留め、中央ビームセクション２１１に対する第３の停止要素２４２のプレス嵌め、接着、接合、またはかしめなどを含む他の方法で、中央ビームセクション２１１に固定することができる。
【００２７】
第３の停止要素２４２が無負荷条件または第１の位置で第３の孔２４０内に配置されたとき（図４Ａおよび図４Ｂ）、ヘッド要素２４７の支承面２４８と負荷セクション２０６との間に間隙２５０が形成される。このようにして、負荷セクション２０６が第１の方向に負荷を受けたとき、負荷セクション２０６は、第３の停止要素２４２に対して動く。閾値負荷に到達したとき、ヘッド要素２４７の支承面２４８は負荷セクションに係合し、その結果、ヘッド要素２４７、したがって第３の停止要素２４２および中央ビームセクション２１１が、第２の位置で負荷セクション２０６の追加の動きを支持または阻止する（図４Ｃ）。同様に、負荷セクション２０６が第１の方向とは反対の第２の方向に負荷を受けたとき、負荷セクション２０６は、第３の停止要素２４２に対して動く。
閾値負荷に到達したとき、ヘッド要素２４７の支承面２４８は負荷セクションに係合し、その結果、ヘッド要素２４７、したがって第３の停止要素２４２および中央ビームセクション２１１が、第３の位置で負荷セクション２０６の追加の動きを支持または阻止する（図４Ｄ）。このようにして、第３の停止要素２４２は、過負荷条件のために降伏条件に到達した結果としてロードセルの損傷が生じるのを防止するために、第１の方向および第２の方向の両方で、すなわち双方向に、補足的な支持または力を提供する。
【００２８】
一例では、材料の降伏条件が生じるのに必要とされる力の量を計算することができ、第３の停止要素２４２は、過負荷条件中にロードセルの落下条件などの降伏条件を防止するように位置決めすることができる。一例では、この計算された力は閾値負荷であり、したがって閾値負荷を下回ると、第３の停止要素２４２の支承面２４８は中央ビームセクション２１１に係合せず、閾値負荷を上回ると、第３の停止要素２４２は負荷セクション２０６に係合する。別法として、閾値負荷は、ひずみゲージ２１８のうちの少なくとも１つが損傷しまたは動作不良を起こす負荷である。別法として、第３の停止要素２４２は、中央ビームセクション２１１に係合するように第３の停止要素２４２の制限負荷および位置を調整することによって、顧客設定することができる。このようにして、同じ負荷によるたわみ変化を含む機械的なサイズ変化に対処する。
【００２９】
同じく、一例では第３の停止要素は同様に、中央ビームセクション２１１の孔の中に同様に配置することができ、かつ／またはプレス嵌め、接着、接合、もしくはかしめなどによって、第３のチャネル２２８に沿って任意の場所で負荷セクション２０６に固定することができる。
【００３０】
図４Ａ〜４Ｄは、第３の停止要素２４２を負荷セクション２０６内に受け取る第３の孔２４０の例示的な実施形態の部分図を示す。この例示的な実施形態では、第３の孔２４０は、先細りセクション２５２を含み、第３の停止要素２４２のヘッド要素２４７の支承面２４８は同様に、対応する先細りセクション２５４を有する。孔の先細りセクション２５４および／または先細りセクション２５２の結果、第３の孔２４０を通って第３の停止要素を動かすことによって、支承面２４８と負荷セクション２０６との間の間隙２５０のサイズを調整することができる。
したがって、第１のたわみセクション２０８および第２のたわみセクション２１０の材料の降伏条件を決定することができ、第１のたわみセクション２０８または第２のたわみセクション２１０が降伏条件に到達するのを防止するために、第３の停止要素２４２の補足的な支持を提供するように、第３の孔２４０内の第３の停止要素２４２の動きによって、間隙２５０のサイズを調整することができる。
【００３１】
図２Ａ〜４Ｄの例示的な実施形態は、第１のたわみセクション２０８または第２のたわみセクションに対する追加の支持として、第１の停止要素２３４、第２の停止要素２３８、および第３の停止要素２４２を利用するロードセル２００を示すが、他の実施形態では、停止要素２３４、２３８、または２４２のうちの１つのみが利用される。さらに他の実施形態では、追加の支持を提供するために、３つの停止要素のうちの２つ、２３４および２３８、２３４および２４２、または２３８および２４２のみが利用される。加えて、停止要素２３４、２３８、および／または２４２は、第１のたわみセクション２０８、第２のたわみセクション２１０、および／もしくは中央ビームセクション２１１と同じ材料から形成することができ、またはたわみセクション２０８、２１０に追加の補足的な支持を提供するために、第１のたわみセクション２０８、第２のたわみセクション２１０、および／もしくは中央ビームセクション２１１とは異なる材料から形成することができる。
【００３２】
図５Ａ〜５Ｃは、さらに別の例示的なロードセル５００を示し、一例では、ロードセル５００は図１のロードセル１０４である。この例では、図２Ａ〜４Ｄのロードセルと同様に、ロードセル５００はせん断ビームロードセルである。ロードセル５００は、ビームまたは本体５０２、固定セクション５０４、可動の負荷セクション５０６、第１の可動のたわみセクション５０８、第２の可動のたわみセクション５１０、および中央ビームセクション５１１を含む。
【００３３】
ビーム５０２は、固定セクション５０４から負荷セクション５０６へ延びる。この実施形態では、固定セクション５０４は、ブラケットまたはデバイスを固定するための開口５０５を含む。一実施形態では、開口５０５は、エクササイズ用の固定自転車のブラケットにロードセル５００を固定するために利用される。同様に、この実施形態では、負荷セクション５０６は同様に、ブラケットまたはデバイスに取り付けるための開口５０７を含み、一例では、ブラケットは、エクササイズ用の固定自転車のブラケットを含む。
【００３４】
第１のたわみセクション５０８および第２のたわみセクション５１０は、固定セクション５０４から平行な隔置関係で延び、負荷セクション５０６へ延びる。第１のたわみセクション５０８および第２のたわみセクション５１０はそれぞれ、各セクション５０８、５１０に沿って薄いまたは低減された幅を提供する弧状部分５１２、５１３、５１４、および５１５を含む。この実施形態では、ビーム５０２内に少なくとも１つのひずみゲージ５１６が配置される。図５Ａ〜５Ｃの実施形態では、４つのひずみゲージ５１６が利用され、ホイートストンブリッジ回路として互いに電気的に接続される。他の例では、２分の１ホイートストンブリッジ配置内の２つのひずみゲージ５１６、または４分の１ホイートストンブリッジ配置内の単一のひずみゲージ５１６のみが利用される。この実施形態では、ホイートストンブリッジに一定の電圧を供給する電源コード５１７が示されている。
【００３５】
中央ビームセクション５１１が、ビーム５０２の固定セクション５０４から負荷セクション５０６へ、第１のたわみセクション５０８と第２のたわみセクション５１０との間の平行な隔置関係で延びる。このようにして、第１のたわみセクション５０８と中央ビームセクション５１１との間に第１のチャネル５２４が形成され、第２のたわみセクション５１０と中央ビームセクション５１１との間に第２のチャネル５２６が形成される。同様に、中央ビームセクション５１１と負荷セクション５０６との間に第３のチャネル５２８が形成され、第１のチャネル５２４および第２のチャネル５２６に連通している。具体的には、第１のチャネル５２４および第２のチャネル５２６は平行な隔置関係で延び、第３のチャネル５２８は、第１のチャネル５２４と第２のチャネル５２６との間に、第１のチャネル５２４および第２のチャネル５２６に対して横断方向に延びる。
したがって、第１のたわみセクション５０８は、第１のチャネル５２４を通って中央ビームセクション５１１に対して動くことができ、第２のたわみセクション５１０は、第２のチャネル５２６を通って中央ビームセクション５１１に対して動くことができる。
【００３６】
図５Ａ〜５Ｃの例では、図２Ａ〜４Ｄの例示的な実施形態と同様に、過負荷保護システム５３０が提供される。過負荷保護システム５３０は、第１の停止要素５３４、第２の停止要素（図示せず）、および第３の停止要素５４２を含む。各停止要素は、ロードセル５００に対する過負荷保護を提供するために、上記と同様に動作する。
【００３７】
図６はホイートストンブリッジ回路６００を示し、一例では、ホイートストンブリッジ回路６００は、図２Ａ〜４Ｄのロードセル２００のひずみゲージ２１６および／または図５Ａ〜５Ｃのロードセル５００のひずみゲージ５１６のデジタル出力配置である。提供されるように、ホイートストンブリッジ回路６００は、４つの抵抗要素６０２と、ブリッジに一定の電圧を提供する電源６０４とを含むことができる。互いに対するこの抵抗器の動きの結果、動きを引き起こす負荷に正比例する電圧電位の測定可能な変化が生じる。このようにして、負荷が測定される。
【００３８】
図７は、本明細書に記載する実施形態の少なくとも１つによるロードセル７０２を利用するシステム７００を示す。ロードセル７０２は、一実施形態では図２Ａ〜４Ｄのロードセル２００であり、別の実施形態では図５Ａ〜５Ｃのロードセル５００である。システム７００は、フレーム７０４と、シート７０６と、ペダル７０８と、フライホイール７１０と、ブレーキシステム７１２と、ハンドルバー７１４と、ディスプレイ７１８を有するＣＰＵ７１６とを含むエクササイズ用自転車である。
【００３９】
この例では、ブレーキシステム７１２は、フライホイール７１０の両側で磁石７２０を利用する渦電流ブレーキを含む渦電流ブレーキシステムである。フライホイールが磁石間で回転すると、渦電流が形成され、したがって磁石７２０間の距離がフライホイール７１０にかかる抵抗を決定する。ロードセル７０２はブラケット上に配置され、したがって磁石７２０の動きにより、ロードセル７０２の負荷セクションに負荷がかかる。この負荷は、乗り手によって入力される力を監視するために、ロードセル７０２によって測定され、ＣＰＵ７１６または通信デバイスへ通信される。
過負荷保護のための停止要素を含むロードセル７０２を利用することによって、製造、出荷、顧客による取扱い中などに、取扱者がロードセルを落下させたこと、自転車を倒したこと、ロードセルに当たったことなどの結果として、ロードセルが過負荷条件を受けた場合、停止要素が機械的な安全停止を提供し、ロードセルが降伏条件に到達するのを防止する。これは、ロードセルの材料が容易に屈曲および損傷するときでも生じる。
【００４０】
全体として、開示するロードセル１０４、２００、５００、７０２の機械的停止要素２３４、２３８、２４２、５３４、５４２は安価であり、追加される製造要件は最小であるが、ほぼゼロのコストで追加の安全方策を提供する。したがって、強化された過負荷保護を有する改善されたロードセル１０４、２００、５００、７０２が提供される。したがって、コストまたは製造時間をほとんど追加することなく、損傷、動作不良、および交換が軽減される。したがって、少なくとも上述したすべての課題が解決される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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