(57)【要約】【課題】動力計及び付随する方法を提供すること。【解決手段】接着結合式の動力計は、メカニカルアームの力、トルク、仕事率及び速度のうちの１つ以上を測定する。動力計は、メカニカルアームに接着結合するように前処理された第１の表面を伴うプレートを含む。少なくとも１つの歪みゲージが、接着結合式の動力計の配向に対応する配向で、プレートの第１の表面とは反対側の第２の表面と物理的に結合されており、こうしてプレートがメカニカルアームに対して接着結合されたときにメカニカルアームから少なくとも１つの歪みゲージまで機械的力が伝達されるようになっている。動力計は同様に、少なくとも１つの歪みゲージからの信号を受信し、信号から力、トルク、仕事率及び速度のうちの１つ以上を決定するための電子機器と、受信装置に対して、力、トルク、仕事率及び速度のうちの１つ以上を伝送するための無線送信機と、を含んでいる。【選択図】図３
2019113560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メカニカルアームの力、トルク、仕事率及び速度のうちの１つ以上を測定するための接着結合式の動力計であって、
前記メカニカルアームと接着結合するように前処理された第１の表面を有するプレートと、
前記接着結合式の動力計の配向に対応する配向で、前記第１の表面とは反対側の前記プレートの第２の表面と物理的に結合された少なくとも１つの歪みゲージであって、前記プレートが前記メカニカルアームに対して接着結合されたときにメカニカルアームから前記少なくとも１つの歪みゲージまで機械的力が伝達される、少なくとも１つの歪みゲージと、
前記少なくとも１つの歪みゲージからの信号を受信し、前記信号から力、トルク及び仕事率のうちの１つ以上を決定するための電子機器と、
受信装置に対して、力、トルク及び仕事率のうちの１つ以上を伝送するための無線送信機と、
を含み、
前記１つ以上の歪みゲージの配向が、影響、歪みからの結合、及び、前記メカニカルアームの曲げに寄与しない力、の１つ以上を除去するように選択される、
接着結合式の動力計。
【請求項２】
前記メカニカルアームの動きを検知するための少なくとも１つの慣性センサをさらに含み、前記電子機器が、検知された力及び検知された動きに基づいて仕事率を決定する、請求項１に記載の接着結合式の動力計。
【請求項３】
前記電子機器が、前記検知された動きに基づいて前記メカニカルアームの少なくとも角速度を決定する、請求項２に記載の接着結合式の動力計。
【請求項４】
前記少なくとも１つの慣性センサが、磁気リードスイッチ、加速度計、ジャイロスコープ及び磁力計からなる群から選択される、請求項２に記載の接着結合式の動力計。
【請求項５】
前記少なくとも１つの歪みゲージが、前記メカニカルアーム内の対象でない力、モーメント及びトルクに対する感度を削減するように配向されている、請求項１に記載の接着結合式の動力計。
【請求項６】
前記少なくとも１つの歪みゲージが、該少なくとも１つの歪みゲージのうちの他の歪みゲージに対して角度を成して配向されている、請求項１に記載の接着結合式の動力計。
【請求項７】
前記プレートが、或る方向で歪みに対して感度がより高いものとなるように形成されている、請求項１に記載の接着結合式の動力計。
【請求項８】
前記プレートが、方向性剛性を提供する整列された複合繊維を有する、請求項１に記載の接着結合式の動力計。
【請求項９】
前記プレートが、方向性剛性を提供するように焼結プラスチックで形成されている、請求項１に記載の接着結合式の動力計。
【請求項１０】
前記プレートが、せん断力の伝達を改善し且つ垂直方向圧縮力の伝達を削減する垂直方向ハニカム構造で形成されており、こうして前記メカニカルアームに対する表面欠陥の影響が軽減される、請求項１に記載の接着結合式の動力計。
【請求項１１】
前記プレートが、前記プレートの縁部において接着剤に作用するせん断応力を削減するために、テーパの付いた縁部厚みを有する、請求項１に記載の接着結合式の動力計。
【請求項１２】
前記プレートが、接着剤中の最大せん断応力を削減するために異なる材料を用いて剛性を増大させながら遷移する、請求項１に記載の接着結合式の動力計。
【請求項１３】
前記プレートが、接着剤に作用するせん断力を削減するためにジグザグ縁部を有する、請求項１に記載の接着結合式の動力計。
【請求項１４】
前記プレートが、前記少なくとも１つの歪みゲージの基板を形成する、請求項１に記載の接着結合式の動力計。
【請求項１５】
前記プレートが、前記メカニカルアームと実質的に同じ熱膨張係数を有する材料で形成されている、請求項１に記載の接着結合式の動力計。
【請求項１６】
メカニカルアームに対して接着結合された動力計を用いて前記メカニカルアームの歪みを測定するための方法であって、
前記動力計の電子機器内で、前記動力計のプレートを介して前記メカニカルアームに機械的に結合された少なくとも１つの歪みゲージからの信号を受信するステップと、
前記信号に基づいて前記メカニカルアーム内の前記歪みを決定するステップと、
前記歪みを受信用デバイスに送信するステップと、
前記メカニカルアームに対し機械的に結合された少なくとも１つの慣性センサからの第２の信号を受信するステップと、
前記歪みに基づいて力及びトルクのうちの１つ以上を決定するステップと、
前記第２の信号に基づいて、前記メカニカルアームの速度を決定するステップと、
前記決定された力、前記決定されたトルク及び前記決定された速度のうちの１つ以上に基づいて、前記メカニカルアームに適用される仕事率を計算するステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
メカニカルアームに対して接着結合された動力計を用いて前記メカニカルアームの歪みを測定するための方法であって、
前記動力計の電子機器内で、前記動力計のプレートを介して前記メカニカルアームに機械的に結合された少なくとも１つの歪みゲージからの信号を受信するステップと、
前記信号に基づいて前記メカニカルアーム内の前記歪みを決定するステップと、
前記歪みを受信用デバイスに送信するステップと、
前記メカニカルアームに適用された既知の力に基づいて、前記力の測定値を自己較正するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１４年８月２６日出願で、本明細書中に参照により組込まれる「力、トルク及び仕事率の測定用の接着結合式の動力計並びに付随する方法」という名称の米国特許出願第６２／０４２，２０８号に対する優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
サイクリストは、自らがサイクリングにどれほどの労力をつぎ込んでいるかを知りたいと考えるものである。自転車に対し動力測定を追加するためには、１つ以上の高価な構成要素の交換が求められる。
【発明の概要】
【０００３】
閉囲され得る内部壁（プレート）に対しセンサが取付けられる一方、このプレートのもう一方の面は、その範囲内で歪みを測定すべきメカニカルアームに対して堅く取付けられる。センサはすでにプレートに貼付されているため、プレートの取付けに訓練された技術者は必要でない。プレートは、自転車のクランク、トレーニング用機器の部品、工場の機械、車の部品又は静荷重若しくは動荷重を支持するあらゆるタイプのメカニカルアームに対して取付けることができる。センサが行なう測定は、外部の錘又はロードセルを用いて較正される。代替的には、予め較正されたセンサを使用することができ、それらの出力を通知／警報用閾値と比較することができる。自転車の場合、この較正には、錘を吊るすこと又はロードセルをペダルスピンドル上のさまざまな位置に適用することが含まれる可能性がある。センサは、メカニカルアームにおける曲げモーメントに対し感度が高くなるように配置される。サイクリストからの入力仕事率等の仕事率を計算するために、検知されたトルクと組合わされる回転速度を決定すべく、慣性センサ又は磁気センサを使用することができる。
【０００４】
一実施形態において、接着結合式の動力計は、メカニカルアームの力、トルク、仕事率及び速度のうちの１つ以上を測定する。動力計は、メカニカルアームに接着結合するように前処理された第１の表面を伴うプレートを含む。少なくとも１つの歪みゲージが、接着結合式の動力計の配向に対応する配向で、プレートの第１の表面とは反対側の第２の表面と物理的に結合されており、こうしてプレートがメカニカルアームに対して接着結合されたときに、メカニカルアームから少なくとも１つの歪みゲージまで機械的力が伝達されるようになっている。動力計は同様に、少なくとも１つの歪みゲージからの信号を受信し、信号から力、トルク、仕事率及び速度のうちの１つ以上を決定するための電子機器と、受信装置に対して、力、トルク、仕事率及び速度のうちの１つ以上を伝送するための無線送信機と、を含んでいる。
【０００５】
別の実施形態において、方法は、メカニカルアームに対して接着結合された動力計を用いてメカニカルアームの歪みを測定する。動力計の電子機器は、動力計のプレートを介して、メカニカルアームに対し機械的に結合された少なくとも１つの歪みゲージから信号を受信する。メカニカルアーム内の歪みは、これらの信号に基づいて決定され、受信装置に送信される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一実施形態における、力、トルク及び仕事率の測定のための１つの例示的な接着結合式の動力計を示す。
【図２】メカニカルアーム上に設置された後の図１の動力計の例示的較正を示す。
【図３】一実施形態における、さらなる例示的詳細で図１の動力計を示す概略図である。
【図４】一実施形態における、円形チェーンリングを駆動するクランクアームに結合された図１の接着結合式の動力計を示す。
【図５】一実施形態における、非円形チェーンリングを駆動するクランクアームに結合された図１の接着結合式の動力計を示す。
【図６】接着結合式の動力計の電子機器をさらなる例示的詳細で示す。
【図７】一実施形態における、図１の接着結合式の動力計の動力アルゴリズムにより生成される１つの例示的な動力プロファイルを示す。
【図８】ペダリングしているときの自転車の側方の動きを示す、図１の接着結合式の動力計を伴う自転車の一部分の背面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
フィットネストレーニングは、自覚的労作、心拍数又は仕事率出力などの複数の異なる考えの下で達成可能である。これらの考えは、アスリートの労力の主観的及び客観的尺度のカテゴリーに入る。自覚的労作及び心拍数は、疲労、体温、水分補給、労力の持続時間などに起因して変動し得る主観的な尺度の例である。一方、動力計は、システムに入力されたエネルギー率を決定するために、トルク及び角速度（回転システム内）又は力及び速度（平行移動システム内）の両方を測定する客観的な装置である。このエネルギー率は、一般的に、ワット又は馬力として測定される。
【０００８】
動力計を使用することによってアスリートが出力する仕事率が客観的に表示されることから、動力計はトレーニング及びレース向けに非常に高い評判を得ている。この客観的尺度は、例えば心拍数モニターによって提供される主観的尺度よりも一層望ましいものである。ユーザーの心拍数は、所与の労作中に変化し、この変化は典型的には強い労力を遅延させて、アスリートが発揮している労力を不正確に標示する結果となる。こうして、主観的に決定された測定値には限界があり、一方、動力計の測定値はより精確であり、かつ偏り無くほぼ同時のフィードバックを提供する。
【０００９】
例えば、自転車に入力された仕事率を測定するためには、シューズクリート、ペダル、クランクアーム、クランクをチェーンリングに連結するスパイダースポーク、チェーン、車輪ハブ、及び、フレームを含む、力、トルク及び／又は角速度を測定できるいくつかの場所が存在する。これらの場所の各々における動力測定は、器械を取付けるように特定的に設計されている特別に設計された構成要素上での熟練した技術者による専門的な器具の使用を必要とする課題を提示する。
【００１０】
自転車の動力計は、自転車と併せて販売されず、アフターマーケットで購入され、典型的には、エンドユーザーには、既存の機能的ハードウェア部品を、動力計の器械と共に構成された部品で交換することが求められる。このアプローチには２つの主要な欠点がある。第１に、形状及びサイズが変動する自転車ハードウェアのさまざまなブランドが存在する。これらの変動する設計に対応するためには、動力計メーカーは、各ブランドと共に使用するための特定のバージョンの動力計を開発しなければならず、各ブランドには、動力計により求められる機械的インターフェースを収容するために自社の構成要素のカスタムバージョンを作製することが求められる場合がある。例えば、大部分の自転車クランクは、１つ以上のチェーンリングに連結する一体型スパイダースポークを含んでいる。器械がスパイダースポーク内部に組込まれる場合、メーカーは、取り付けられたスパイダースポークの設置を可能にするためにクランクのカスタムバージョンを生産しなければならない。第２に、動力計の購入時に、エンドユーザーは、動力計を収容するために自らの自転車のすでに購入済みで高価であることの多いハードウェア構成要素を交換するものと予想されることから、エンドユーザーには相当なコストが発生する。
【００１１】
本明細書中に記載されている動力計の実施形態は、自転車クランク、ジム内のウエイト機器、及び工業用機械などのさまざまな構成要素に対し動力計を容易に取付けることができるようにすることによって、多くの型式及びモデルの自転車クランクについて、コストを最小限に抑え適合性を最大限にする。
【００１２】
一実施形態において、動力計は、さまざまな歪みセンサ及び慣性センサ並びにコントローラ―及び無線トランシーバを収納する内蔵型ポッドとして実施される。ポッドは、力、トルク、加速度、角速度、接線分力、軸力及び二次曲げ力（すなわちせん断）のうちの１つ以上を任意の組合せで測定するために、工場で設置されるか又はエンドユーザーにより設置され得る。歪みゲージは、測定値を導出すべき構成要素に対して堅く貼付されるポッドの内部壁に対して、予め取付けられている。一つの代替的実施形態においては、歪みゲージを、自転車のクランクアームに対して直接取付けることもできる。
【００１３】
ひとたびポッドが構成要素に取付けられたならば、ユーザーは、較正ルーティン／プロセス／方法を実施して、ポッドの壁上で測定される歪みと、構成要素に加えられる既知の力と、の間の関係を決定する。力が既知であれば、それに基づいてポッドは自己較正することができる。例えば、外部錘を構成要素に適用することができ（又はロードセルを使用することができる）、この錘の情報は、ポッドに対して直接、又は、コンピュータ、スマートフォン及びタブレットコンピュータのうちの１つ以上のものなどの中間装置を介して提供される。
【００１４】
図１は、一実施形態における、力、トルク及び仕事率の測定のための１つの例示的な接着結合式の動力計１０１を示す。動力計１０１は、１つ以上の歪みゲージ１０２、慣性センサ１５０、並びに、コントローラ及び無線トランシーバを含む電子機器１６０を収納するポッド（例えば図３のハウジング３０２などの内蔵型ハウジング）として実施される。慣性センサ１５０は、本明細書の範囲から逸脱することなく、電子機器１６０内に含まれることができる。慣性センサ１５０は、（ａ）磁気リードスイッチ（他の慣性センサが応用不可能であり得る高振動環境に対する適合性がより高い）、（ｂ）加速度計、（ｃ）ジャイロスコープ、及び（ｄ）磁力計、のうちの１つ以上を含むことができる。慣性センサ１５０は、動力計１０１の回転を決定するために、単独で又は組合せで使用可能である。電子機器１６０は、記憶し処理するためにアナログ信号をデジタル化するための少なくとも１つのアナログ−デジタル変換器を含むことができる。
【００１５】
動力計１０１は、内部の構成要素に電力供給するための電池（図示せず）を含むことができる。動力計１０１は典型的には内蔵型電池により送達される電力によって作動して、無線で作動することから、ＵＳＢケーブル又は類似のＤＣ充電器などの直接的接続以外にも、さまざまな充電オプションが可能である。例えば、動力計１０１は、誘導又はパルスコイル充電回路、機械的ダイナモ、ソーラーパワー及び振動源から得られるエネルギーのうちの１つ以上を含み得る。代替的には、動力計１０１は、歪みゲージ上に設置された２つのコイルを含むことができ、ここで第１のコイルは、歪み測定用ブリッジに電源投入するために外部的に適用される誘導ＡＣ電源を受け取り、第２のコイルは、測定された歪みを表わす結果として得られたＡＣ信号を伝送する。誘導エネルギーのパルス送り及び受入れを、所望されるサンプリングレートに設計することが可能である。
【００１６】
動力計１０１は、力、トルク、加速度及び角速度のうちの１つ以上を任意の組合せで測定するために、エンドユーザーによる取付けのために設計されている。歪みゲージ１０２は、図１に示されているように、ポッドの内部壁１９５（本明細書では「プレート」と呼ばれる）に対し恒常的に貼付される。しかしながら、本明細書の範囲から逸脱することなく、歪みゲージ１０２のための他の配向を使用することも可能である。ポッドは、歪みゲージ１０２、慣性センサ１５０及び電子機器１６０を収納し外部要素から保護するためのハウジングを提供するカバーを含み得る。ユーザーは、動力計１０１のプレート１９５に対応するポッドの１つの外部壁を、測定される構成要素のメカニカルアーム１００に接着剤を用いて取付ける。しかしながら、他の取付け方法も、本明細書の範囲から逸脱することなく使用可能である。接着剤の使用により、先行技術の動力計装置により求められる歪みゲージとの結合用の特別に前処理された表面を有する必要性を回避することができる。
【００１７】
一部の実施形態において、プレート１９５は、プレート１９５の縁部において接着剤に作用するせん断応力を削減するために、テーパの付いた縁部厚みを有する。別の実施形態においては、プレート１９５は、接着層中の最大せん断応力を削減するために異なる材料を用いて剛性を増大させながら遷移する。さらに別の実施形態において、プレート１９５は、テーパ付けと剛性遷移とを組合せる。接着剤（図３の接着剤１９０を参照のこと）に作用するせん断力を削減するために、プレート１９５は、ジグザグ縁部を有することができる。
【００１８】
プレート１９５は、プレートとメカニカルアーム１００との間の接着を改善するために、最適化された表面粗さを有することができる。例えば、プレート１９５の表面粗さは、メカニカルアーム１００に対する直接的な歪みゲージ適用のために通常許容可能であると思われるものより大きいものであってよい。
【００１９】
一実施形態において、歪みゲージ１０２の基板は、プレート１９５を形成するのに充分な厚みを有する。例えば、歪みゲージ１０２の基板は、ゲージ基板を形成すると共にプレート１９５として機能するのに充分な構造を提供する厚いポリアミド層であり得る。
【００２０】
プレート１９５は、一定の方向の歪みに対する感度がより高くなるように形成され得る。一実施形態において、プレート１９５は、方向性剛性を提供する焼結プラスチックで形成される。別の実施形態において、プレート１９５は、方向性剛性を提供する整列された複合繊維を有する。別の実施形態において、プレート１９５は、せん断力の伝達を改善し、垂直方向圧縮力の伝達を削減する垂直方向ハニカム構造で形成され、こうしてメカニカルアーム１００に対する表面欠陥の影響が軽減される。
【００２１】
プレート１９５は、プレート１９５とメカニカルアーム１００との間の膨張率の差によってひき起こされる歪みを削減又は除去するため、メカニカルアーム１００と類似の熱膨張率を有する材料で形成され得る。
【００２２】
１つ以上の歪みゲージ１０２の配向は、対象ではない歪み／力（すなわちメカニカルアーム１００の曲げに寄与しない力）からの影響／結合を除去するように選択される。１つの歪みゲージ１０２が４５度の角度で示されているが、本明細書の範囲から逸脱することなく、他の角度を使用することもできる。さらに、歪みゲージ１０２が多数の歪みゲージを表わす場合、これらの個々の歪みゲージは、同じタイプのものであってもよく、又は、異なるタイプのもの（例えば曲げ、せん断、軸方向）であってもよい。メカニカルアーム１００上の歪み／力測定のために対象となる方向に対するプレート１９５の整列不良を考慮に入れるために、追加の歪みゲージが含まれ得る。歪みゲージ１０２の整列不良、非直交性及び平行移動誤差は、較正中に計算され得、多数の歪みゲージからの信号に基づいてソフトウェアにより除去され得る。各々の選択された歪みゲージは、異なる力（例えばせん断、軸方向、曲げ）及び／又は熱効果へと形を変える望まれない歪みを削減、除去及び／又は相殺するように構成され得る。
【００２３】
一実施形態において、歪みゲージ１０２の上面には、（ａ）ゲージ温度の測定及び対応する電子熱補償を改善するため、（ｂ）測定中に歪みゲージ１０２により発生させられる熱の消散を改善するために、熱伝導性ピロー（図３の熱伝導性ピロー１９６を参照）が組付けられており、この熱伝導性ピローは、（ｃ）プリント回路板アセンブリが非常に均一な熱消散特性を有する場合に使用される。一代替実施形態においては、ゲージ近くの熱源からの局部的な熱勾配を低減するために歪みゲージ１０２の断熱を提供するのに、非熱伝導性ピローを使用することができる。例えば、非熱伝導性ピローは、プリント回路板アセンブリが、歪みゲージ１０２に影響を及ぼす大きい熱勾配を作り出す可能性のある構成要素を有する場合に、使用され得る。測定値の電子的熱補償のために温度測定の精度を改善すべく、歪みゲージ１０２及び／又はプレート１９５上に１つ以上の熱センサを配置することができる。歪みゲージ１０２及び／又はプレート１９５上の局所的な力を削減することによって歪みゲージ１０２に対する機械的損傷を防止するために、軟質ピロー層が含まれ得る。例えば、設置中に使用される挟持力は、歪みゲージ１０２への損傷を回避するために、軟質ピローによってより大きな領域にわたって分散され得る。
【００２４】
例示的組付けプロセス
以下では、動力計１０１をメカニカルアーム１００に接着させる一方で適正量の圧力が加わることを確実にするために、例示的ステップを提供している。動力計１０１は、メカニカルアーム１００の周囲を４分の３だけ包み込み、（例えばハウジング３０２上で）動力計１０１のいずれかの面の一時的フックに連結する弾性ゴムと共に供給され得る。動力計１０１には、メカニカルアーム１００に動力計１０１を取付ける際に使用するためのバネクランプが供給され得る。（例えばハウジング３０２などの）動力計１０１上のタブに取付けられた弾性ゴム／ケーブル／バネを引っ張るように作動するカムが、メカニカルアーム１００の裏側（動力計１０１の反対側）で使用するために供給され得、ここで、カムは、ユーザーが動力計１０１の正しい設置のための適切な量の圧力を加えることができるようにする。
【００２５】
メカニカルアーム１００が炭素繊維で作られている場合、塗装及び／又は保護コーティングの外側層は、接着剤１９０がベースの炭素層に接着してクリープを削減することができるようにするため、研削されるか又は研磨されなければならない場合がある。炭素繊維部材内のクリープ及び疲労に対処する別の方法は、部材の応力の高い領域内に１つ、応力の低い領域に１つの、２セットのほぼ同一の歪みゲージを組付けることである。２つのゲージセットの線形性の変化を経時的に監視することができる。炭素材料内で、より応力の高い領域は、より応力の低い領域に比べて急速に疲労し、こうして、線形性の変化は、疲労が有意なものとなった時点を表わす。
【００２６】
クリープは非線形方程式を用いて模擬可能であり、ロードセル測定装置のようなクリープする材料を使用するか又は電流負荷をより高い信頼性で決定するために、ゼロオフセット点を実時間で更新することができる。
【００２７】
一実施形態において、動力計１０１は２つの部分で構築される。すなわち、歪みゲージ１０２が一方の部分に位置設定され、電子機器は他方の部分に位置設定されている。歪みゲージ１０２を収納する部分はこのとき、自転車／機械の製造中に設置され得、他方の部分（電子機器を収納する）は、購買時又はその後に追加物として販売され得る。この実施形態では、歪みゲージタイプ及び付随する予備較正情報は、ＱＲコード（登録商標）、バーコード、ＮＦＣ、通し番号、ＲＦＩＤ又は他の電子手段などの方法によって示され得る。このゲージタイプ及び較正情報は、上述の識別手段の中に直接符号化され得、又は、（電子機器を収納する）対応する部分内のデータベース内に、若しくは、スマートフォン若しくはインターネットデータベース内に、記憶され得る。
【００２８】
別の実施形態では、歪みゲージ１０２は、メカニカルアーム１００の炭素材料及び／又はファイバグラス材料内に埋設及び／又は成形される。これは、メカニカルアーム１００を形成する原料の成形プロセス中に実施される可能性もあるが、何らかの塗装／保護プロセスの適用前に、メカニカルアーム１００を形成する硬化済み材料上に歪みゲージ１０２を適用することもできる。歪みゲージ１０２を組付けるための炭素の層は、歪みゲージ１０２のための所望される感度特性を提供するように選択され得る。例えば、歪みゲージ１０２は、繊維の方向、それに対し垂直な方向、又はそれに対しある任意の角度で最大の感度を有するように位置づけされ得る。
【００２９】
歪みゲージを貼付するためには、エポキシ、超音波溶接、溶接、ポスト、膠、樹脂、シアノアクリレート、熱可塑性ボンディング剤、超音波溶接など、多くの方法が存在する。歪みゲージ１０２及び／又は電子機器１６０がプレート１９５に適用される場合、これらは、防水、構成要素の保護のため及び構成要素を均一の温度に保つために、コーティング（例えば接着剤又は他のこのような保護コーティング）で覆われ得る。
【００３０】
別の実施形態では、動力計１０１は全体が、直接、メカニカルアーム１００へと組付け及び／又は成形される。
【００３１】
動力計１０１がエンドユーザーによって取付けられなければならない場合、動力計１０１には、動力計１０１の取付けに先立ちメカニカルアーム１００の表面を前処理するのに使用するための携帯式サンドブラスターが供給され得る。この携帯式サンドブラスターは、高速で研磨粒子（例えば、砂）を推進するため、小型カートリッジからの圧縮ガスを使用することができる。例えば、圧縮ガスは、一般的な自転車用ＣＯ２カートリッジからもたらされ得る。メカニカルアーム１００の表面上の所望の領域のみが清浄されるか又はサンドブラストされるように、研磨粒子を捕捉／隔離するために、小さな機械的筐体を使用することができる。この筐体は、研磨粒子を外部環境に放出せずに使用済み圧縮ガスを放出するための通気孔を有していてよい。例えば、筐体内部に研磨粒子を保持するために、フィルター材料又はサイクロンによる分離を使用することもできる。
【００３２】
図２は、メカニカルアーム１００上に設置された後の動力計１０１の例示的較正を示す。動力計１０１はユーザーが取付けできることから、動力計１０１によって検知された力及び／又はトルクと、メカニカルアーム１００に対して実際に入力された力及び／又はトルクと、の間の関係を決定するために、較正方法が利用される。この較正方法中に、既知の力及び／又はトルクをメカニカルアーム１００に適用するために、ロードセル及び／又は１つ以上の懸吊された錘が使用される。既知の力及び／又はトルクが動力計１０１に入力され、ここで歪みゲージ１０２からの検知された値に基づいてメカニカルアーム１００に対し適用される後続する力及び／又はトルクを動力計１０１が決定できるようにする１つ以上の較正係数を、電子機器１６０が決定する。有利にも、この較正方法は単純で、複雑な機器無しで、かつユーザーの装置（例えば自転車）から構成要素を取外す必要無く、実施可能である。有利には、ユーザーは、いつでも動力計１０１を再較正できる。
【００３３】
図３は、さらなる例示的詳細における、動力計１０１を示す概略図である。動力計１０１は、接着剤１９０によりメカニカルアーム１００に取付けられた状態で示されている。メカニカルアーム１００に存在する曲げ及び／又はトルクは、歪みゲージ１０２によって検知され、電子機器１６０内部のコントローラ１０３に入力される。電子機器１６０は、他の信号処理構成要素（例示を明確にするため図示せず）を含むことができる。
【００３４】
接着剤１９０は、メカニカルアーム１００とプレート１９５（すなわち動力計１０１）との間に見られる最大予想せん断と少なくとも同程度の高さのせん断強度を有するように選択される。一代替実施形態においては、接着剤１９０の代りに溶接が使用される。例えば、歪みゲージ１０２はそれらの縁部又は特定の点においてプレート１９５に溶接され得、望ましくない力を削減又は除去するために特定の点及び溶接パターンを選択することが可能である。溶接は、超音波溶接、レーザー溶接、容量放電溶接などのうちの１つ以上を利用することができる。
【００３５】
コントローラ１０３は、ソフトウェアを含み、メカニカルアーム１００に適用された力、トルク及び仕事率のうちの１つ以上を決定するための計算を行なう。電子機器１６０は、コントローラ１０３の制御下で、決定された力、トルク及び／又は仕事率を受信装置、例えばバイクコンピュータ１０５、スマートフォン／タブレット１０６及びコンピュータ１０７に通信する無線インターフェース１０４を含む。コンピュータ１０７は、例えば汎用プロセッサである。無線インターフェース１０４は、デバイス１０５、１０６及び／又は１０７との一方向又は双方向通信を確立するために１つ以上の既知の通信プロトコルを実行することができる。一代替実施形態においては、処理のために、動力計１０１から外部プロセッサ（例えばバイクコンピュータ１０５、スマートフォン／タブレット１０６及びコンピュータ１０７のうちの１つ以上の内部の）まで、データが転送される。例えば、動力計１０１は、歪みゲージ１０２及び／又は慣性センサ１５０からのデータを部分的に処理し、部分的に処理されたデータをさらなる処理のために外部プロセッサに送信することができる。
【００３６】
１つの作動例においては、動力計１０１が、サイクリストにより自転車の駆動トレインに適用された力、トルク及び仕事率の１つ以上を決定する。この駆動トレインは、外側端部においてサイクリストにより各々係合される第１及び第２のクランクアームを含む。各クランクアームの内側端部は自転車のボトムブラケットにおいて自転車に対して回転可能に組付けられている。少なくとも１つのチェーンリングが、自転車の従動輪を回転させるように構成されている。動力計１０１は、第１若しくは第２のクランクアームの側面に設置され得（図１に示されているように）、又は、第１及び第２のクランクアームの各々に１つずつの２つの動力計１０１を設置することもできる。ひとたび動力計１０１がクランクアーム上に設置されたならば、ロードセル（又は錘）を外側端部に連結して、動力計１０１内で測定された歪みと、ロードセルにより提供される荷重と、の間の関係を決定できるようにする。さらに、決定された関係の精度を高めるため、クランクアームの外側端部に、さまざまな錘及びオフセットを適用することができる。
【００３７】
別の作動例においては、動力計１０１は、上述のように、既存の力、トルク及び仕事率と共に「歪み」を決定するために作動する。仕事率は、回転及び平行移動の両方の加速及び／又は運動について決定され得る。回転仕事率は、測定されたトルク及び角速度の積として決定される。平行移動仕事率は、（歪みゲージから測定された）力及び（例えば加速度を積分することにより得られる）速度の積として決定される。
【００３８】
測定精度は、特に動力計１０１がユーザーにより較正される場合の関心事である。動力計１０１は、測定誤差を削減するために多数の歪みゲージ１０２を収納している。従来の動力測定は、メカニカルアーム上の曲げ測定のみを使用している。一実施形態において、多数の歪みゲージ１０２が、メカニカルアーム１００（例えばクランクアーム）の長手方向長さに沿って曲げ、捩り及び軸力を測定するために配向されている。典型的には、サイクリストは、そのくるぶしを捩ることによって、又は、同じく乗車中に変動し得るより多くの力を乗車スタイルに応じてより近い内側に又はより遠い外側に加えることによって、クランクアームに適用される力を変動させることができる。曲げ及び捩り（トルク）の両方を測定することにより、動力計１０１は、動力トレインに対して適用される仕事率のより精確な測定値を決定する。
【００３９】
一実施形態において、クランクアームの長手方向長さに対して４５度で位置づけされたせん断歪みゲージは、曲げ及び捩りによってひき起こされるせん断力の総和を示す（図１中の歪みゲージの配向を参照のこと）。異なるオフセットを有する多数の較正点を利用すること（図２中のラベル１、２及び３を参照のこと）により、及び／又は、異なる錘を適用することによって、動力計１０１は、メカニカルアーム１００の曲げに対するこの捩りの影響を決定し、これにより、力、トルク及び／又は仕事率を決定する際に補償を行なう。こうして、動力計１０１の精度は、多数の試験からの結果を使用することによって増大される。
【００４０】
動力計１０１は、工業的適用例で使用されるメカニカルアーム及び他の部材内の力、トルク、及び／又は、仕事率を測定するために使用され得る。動力計１０１内のプレート１９５は、充分な厚みを有するメカニカルアーム１００に対して動力計１０１が適用された場合、測定精度に対して無視できるほどの影響を有する。したがって、経時的に歪みデータを収集し適切な受信機を有する任意の装置に対し無線で伝送するために、動力計１０１を使用することができる。
【００４１】
電子機器１６０は、歪みゲージ１０２及び慣性センサ１５０からの高速データを一時的に記憶するためのメモリーバッファを含むことができる。これにより、コントローラ１０３は、記憶されたデータを後で処理することができるようになり、及び／又は、さまざまな慣性センサ（例えば磁気リードスイッチ、加速度計など）及び歪みゲージ１０２からのセンサーデータを受信するためにコントローラ１０３に有効に電力が供給される持続時間を短縮することができるようになる。
【００４２】
特定の実施形態において、プレート１９５は、熱膨張係数などの材料特性を考慮に入れることによって、メカニカルアーム１００の材料に対し調和される。炭素繊維又はグラスファイバの適用例に結合させるために、プレート１９５は、膨張係数の差異に起因するいかなる熱歪みも誘発されないように、類似の膨張係数を有する非金属材料であり得る。したがって、プレート１９５は、メカニカルアーム１００の下にある基本材料と同一の材料又は類似の材料で製造され得る。一代替実施形態においては、例えば、さまざまな温度で試験／較正すること又は異なる材料の特性を使用することによって、材料の不一致を無くすために、動力計１０１の較正が使用される。動力計１０１は同様に、動力計内の温度を測定するための温度センサを含み得る。１つの作動例においては、較正中に温度が検知され、較正データと合わせて、動力計１０１内（又は任意には接続された装置内）に記憶される。測定がその後行なわれる場合、再び温度が検知され、計算された値を調整しそれによって動力計１０１の精度を改善するためにこの温度が使用される。一実施形態において、動力計１０１は、測定値に対する温度の効果を決定し、その後、材料及びセンサ内の温度誤差を補償することができる。
【００４３】
特定の適用例において、プレート１９５のために使用される材料は、プレートが取付けられる材料（すなわちメカニカルアーム１００）よりも低い剛性を有し、これによって動力計１０１がメカニカルアーム１００の剛性に大きな影響を及ぼさないように、選択される。こうして、動力計１０１の応答は、メカニカルアーム１００の応答のみであるとみなすことができる。
【００４４】
動力計１０１は、（例えばサイクリストからの）メカニカルアーム１００に対する入力仕事率を計算するために、検知されたトルクと組合せて、コントローラ１０３内で利用可能なメカニカルアームの回転速度を決定するために、慣性センサ１５０（例えば加速度計）を利用することができる。動力計１０１は同様に、磁石及びリードスイッチ並びに／又は他の類似のセンサを使用して、回転速度を測定することもできる。
【００４５】
２以上の動力計１０１を一緒に使用することができ、ここでこれらの動力計は、より複雑なシステムの内部で仕事率を決定するために協働し通信することができる。例えば、２つの動力計１０１が自転車の左右のクランクアームの異なるクランクアームに各々結合されている場合、これらの左右の動力計１０１の各々からの通信を共にかつ個別に使用して、左右のクランクアームの各々に対して及び集合的にサイクリストが提供する仕事率を決定することができる。１つの作動例では、左右の動力計の各々から計算される仕事率を合計して、サイクリストから受ける合計仕事率を決定する。
【００４６】
一代替実施形態では、動力計１０１は、例えばクランプ、クリップ及び当該技術分野において既知の他の類似の手段によって、メカニカルアーム１００に対し機械的に結合される。
【００４７】
さらに別の代替実施形態において、動力計１０１は、力、トルク及び仕事率のうちの１つ以上を決定するために、単一の歪みゲージ１０２を利用する。
【００４８】
図４は、円形チェーンリング４０６を駆動するクランクアーム４００に結合された図１の接着結合式の動力計１０１を示している。ハウジング３０２は、図示されているように、クランクアーム４００に接着付着し、クランクアーム４００に対して適用される仕事率を測定するように作動する。ハウジング３０２は、取外し可能な電池カバー４０２と共に示されている。
【００４９】
図５は、非円形チェーンリング５０６（例えばＱ字形又は楕円形チェーンリング）を駆動するクランクアーム５００に結合された図１の接着結合式の動力計１０１を示している。ハウジング３０２は、図示されているように、クランクアーム５００に接着付着し、クランクアーム４００に対して適用される仕事率を測定するように作動する。ハウジング３０２は、取外し可能な電池カバー４０２と共に示されている。
【００５０】
図６は、動力計１０１内で使用される例示的アルゴリズムを示す、さらなる例示的詳細における電子機器１６０を示す。電子機器１６０は、インターフェース１０４及びコントローラ１０３と共に示されている。コントローラ１０３は、プロセッサ６０２及びメモリ６０４と共に示されている。インターフェース１０４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ａｎｔ＋（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）などを含む群から選択される１つ以上のプロトコルを実施する無線インターフェースである。メモリ６０４は、歪みゲージ１０２からの歪みゲージデータ６３０及び慣性センサ１５０から定期的に受信される慣性センサーデータ６３２を定期的に受信するデータバッファ６０５を含む。データバッファ６０５は、例えば、歪みゲージ１０２及び慣性センサ１５０からの測定値を一時的に記憶するためのサイクリックバッファとして実施される。
【００５１】
メモリ６０４は、本明細書中に記載の機能性を提供するためにプロセッサ６０２が実行できるマシン可読命令を各々が有している、ケーデンスアルゴリズム６１０、動力アルゴリズム６１２、ウォブルアルゴリズム６１４、駆動トレインアルゴリズム６１６及び追跡アルゴリズム６１８をも記憶するものとして示されている。
【００５２】
ケーデンスアルゴリズム６１０は、歪みゲージデータ６３０及び慣性センサーデータ６３２の一方又は両方を解析して、クランクアーム１００、４００、５００のケーデンスプロファイル６３４（例えば回転速度及びその経時的変化）を決定する。ケーデンスアルゴリズム６１０は同様に、速度及びサイクリング効率の変化を追跡するために、データ６３０、６３２の回転間（ｉｎｔｒａ−ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）解析を行なうこともできる。例えば、ケーデンスアルゴリズム６１０は、接着結合式の動力計１０１と共に構成された複数の慣性センサ１５０から受信した慣性センサーデータ６３２を解析することができる。これに対して付加的に又は代替的に、接着結合式の動力計１０１内で、電位差計、光学及び磁気ベースセンサーを含む（ただしこれらに限定されない）より多くの直接的センサが利用され、ケーデンスアルゴリズム６１０によって使用されることが可能である。ケーデンスプロファイル６３４は、例えば、数値形態及び／又はグラフ形態でユーザーに対し表示するため、スマートフォン１０６、バイクコンピュータ１０５及びコンピュータ１０７のうちの１つ以上に対してインターフェース１０４を介して伝送される。
【００５３】
動力アルゴリズム６１２は、歪みゲージデータ６３０及び任意には慣性センサーデータ６３２を解析し、動力プロファイル６３６を生成する。図７は、動力アルゴリズム６１２によって生成された１つの例示的な動力プロファイル６３６を示す。図７の例において、動力プロファイル６３６は、１回の完全な回転について、クランクアーム５００ひいては非円形チェーンリング５０６に適用された力を表わすライン７０２を示す。動力アルゴリズム６１２は、クランクアーム５００の多数回の連続的回転から計算される統計的技術を用いて動力プロファイル６３６を生成することができる。動力プロファイル６３６は、例えば、数値的形態及び／又はグラフ形態でユーザーに対し表示するため、スマートフォン１０６、バイクコンピュータ１０５及びコンピュータ１０７のうちの１つ以上に対してインターフェース１０４を介して伝送される。コンピュータ１０７が、同じ自転車の異なるクランクアームに各々取付けられた２つの接着結合式の動力計１０１からデータを受信する場合、動力アルゴリズム６１２は、２つのグラフ、又は、各々の線が一方の異なるクランクアームに適用される動力を表わす２本のラインにより、動力プロファイル６３６を生成することができ、こうしてサイクリストは、各々の脚で入力した動力を比較することができる。
【００５４】
ウォブルアルゴリズム６１４は、歪みゲージデータ６３０及び慣性センサーデータ６３２を解析して、側方（左右運動）を示すためのウォブルプロファイル６３８を生成する。図８は、ペダリングした時の自転車の側方の動きを示す図１の少なくとも１つの接着結合式の動力計１０１を伴う自転車の一部分８００の背面図である。ウォブルアルゴリズム６１４は、歪みゲージデータ６３０及び慣性センサーデータ６３２から側方運動を分離し、決定された側方運動を示すためにウォブルプロファイル６３８を生成する。ウォブルプロファイル６３８は、例えば、数値的形態及び／又はグラフ形態でユーザーに表示するため、スマートフォン１０６、バイクコンピュータ１０５及びコンピュータ１０７のうちの１つ以上に対してインターフェース１０４を介して伝送される。
【００５５】
駆動トレインアルゴリズム６１６は、振動、駆動トレインアラインメントからの損失、摩耗などのうちの１つ以上を決定するために、慣性センサーデータ６３２及び任意には歪みゲージデータ６３０を経時的に解析し、駆動トレイン状態６４０を生成する。駆動トレイン状態６４０は、例えば、数値的形態及び／又はグラフ形態でユーザーに表示するため、スマートフォン１０６、バイクコンピュータ１０５及びコンピュータ１０７のうちの１つ以上に対してインターフェース１０４を介して伝送される。
【００５６】
追跡アルゴリズム６１８は、慣性センサーデータ６３２及び歪みゲージデータ６３０を経時的に解析し、サイクリストにより提供され決定された入力仕事率に基づいてエネルギーモデル６４２を、及び、以下のものの１つ以上に基づいて推定消費仕事率を、生成する：風抵抗を推定するための風速計又は類似の装置、横断中の地形の勾配を測定するための傾斜計、及び、自転車の転がり抵抗を推定するためにチューブ／タイヤ内に組込まれた圧力センサ。
【００５７】
追跡アルゴリズム６１８は、ライダーが着座しているか又はサドル外にいるかを決定するために、他の検知された静的及び動的成分（例えば必要である場合には追加のセンサを用いた、クランクアーム及び／又は自転車フレーム及び／又は自転車のシートポスト上の荷重）を比較することもできる。
【００５８】
１つの使用例において、グループトレーニングセッション中の各サイクルが少なくとも１つの接着結合式の動力計１０１を有している場合、接着結合式の動力計１０１の各々から決定された動力プロファイル６３６を使用して、伴流効率を計算することができる。個々のライダー各々について、グループの前方でライディングしている場合に標示された動力レベルを、そのグループ内のさまざまなメンバーの後方でドラフティングしている場合に標示される動力レベルと比較することができる。
【００５９】
接着結合式の動力計１０１が電動アシスト自転車に取付けられる場合、ライダーにより入力される動力プロファイル６３６を、自転車の電池／モーターにより提供される動力と比較することができる。
【００６０】
一実施形態において、接着結合式の動力計１０１は、歪みゲージ１０２及び慣性センサ１５０の１つ以上から、バイクコンピュータ１０５、スマートフォン１０６及びコンピュータ１０７の１つ以上まで、部分的に処理された信号を伝送する。バイクコンピュータ１０５、スマートフォン１０６及びコンピュータ１０７の各々は、アルゴリズム６１０、６１２、６１４、６１６、６１８及びエネルギーモデル６４２の１つ以上を実行して、プロファイル６３４、６３６、６３８及び状態６４０に類似したプロファイル及び状態を生成することができる。
【００６１】
他の用途
動力計１０１は、以下のものを含む他の適用例で使用可能である：
・  スキー（ノルディック／クラシック又はスケートスキー用として、コーチング又は仮想コーチングフィードバックのために撓み及び係合を測定するために使用される）
・  ボート競技用のボートオール
・  パラリンピックトライアスロン、バイク及び車椅子ステージの両方
・  アイススケート用器械
・  ウエイトリフティングで、バーベル／ダンベル上の錘を精確に決定するため
・  ウエイトマシンで反復回数及び適用される力の量を決定するため
・  モータースポーツ
−  駆動シャフト及びハーフシャフトの荷重から、車輪馬力を決定するための車輪上の大きいスポークの器械に至るまで、あらゆる多様な適用例において使用され得る
−  サスペンション力の決定
−  ボートレーシング（ハイドロプレーンレース、Ｆ１動力ボートなど）用の船体応力の決定
−  ウィングの遠隔測定のための実際のダウンフォースの決定
−  コントローラ内で使用するための調整可能なウィング上のダウンフォース及びドラグフォースの決定
・  乗馬訓練  馬術を習う学生が力を調整できるように、装置上でインラインで手綱を使用することができる
・  シューズ、キック力又は衝撃力を決定するため
・  以下のものの中における力、トルク、モーメント、共振周波数の測定：
−  ラケット／スティックスポーツ、ホッケー、ゴルフ、ラクロス、野球、テニス、フェンシング、ラケットボール、スクアッシュ、卓球など
−  パドル／オール：カヤック、カヌー、漕艇
・  ウエイトマシン及びエアロビクストレーニング用マシン：力、反復回数、速度及び実時間仕事率の測定
・  フリーウエイトの器械：ダンベル及びバーバルで反復回数、速度及び実時間仕事率を決定するため
・  衝撃力の測定：シューズ（衝撃／かかとの打撃）、ヘルメット、保護用パッド
・  歪みゲージ（又は他の歪み検知要素）の組合せが、運動検知装置（例えば加速度計及びジャイロなどの慣性センサ）と併用される場合、システムの動力学モデルを構築することができる。このようにして、システム（マン／マシン・インターフェース）の同調が可能になると考えられる。例えば、一個人のために最適なラケット／クラブを選択／設計することができる。物体の共振周波数を同調させるために、同じ工具セットを使用することができる
・  （回転するのではなく）平行移動する部材内の力を測定するためにポッドが使用されている場合、部材の速度は、非限定的にＧＰＳ、風速計、ピトー管、慣性センサ、車輪回転数の計数などを含む複数の手段によって推定可能である。力及び速度の推定値から、仕事率を決定することができる
・  １つの部材上への多数のロードセルの適用により、部材の任意の軸を中心とした力、モーメント、せん断及びトルクを検知することが可能になる
・  輸送業界における適用例：駆動シャフト（仕事率決定又は応力解析のため）、サスペンション部材、フレーム要素上の動的力及び外部力（例えば自動車のスポイラ上に働く下向きの力）の測定
・  製造の適用例において、この力測定ポッドは、切断力又は押し抜き力（すなわちロボットスタンピング、打ち抜き加工）を測定するために使用可能である。このようにして、作業者は、工具をいつ研ぐべきか／いつ交換すべきか又はシステムを調整すべきかを知ることになる
・  条件監視の適用例においては、構造の健全性及び適用された荷重を、加速度／振動の測定値及び構造中で測定された付随する歪みから決定することができる
・  ポッド上で全ての動力処理を実施する代りに、歪み生データ又は部分的に処理されたデータをポッドから外に移して、何らかの外部デバイスにより実時間又はオフラインで処理することができる
【００６２】
本発明は、以下のものを含む産業上の適用例においても使用可能である：
・  鉄道車両又は輸送トラック間の連結器。力×線形速度＝内部を伝達されるワット単位の仕事率を使用して、連結器を有する列車又は他の出荷ユニット上の空力抵抗を決定することができ、同様に、力を単独で決定することもできる。
・  任意の機械的部材内の応力及び曲げモーメントを測定する。
【００６３】
特徴の組合せ
以上で説明した特徴及び以下で請求されている特徴は、本明細書の範囲から逸脱することなく、さまざまな形で組合せることができる。以下の実施例は、以上で説明された本発明の可能な非限定的な組合せを例示しており、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、プロセス及び製品に対し多くの変更及び修正を加えることができるということが明白であるはずである。
【００６４】
（Ａ）  メカニカルアームの力、トルク、仕事率及び速度のうちの１つ以上を測定するための接着結合式の動力計は、メカニカルアームと接着結合するように前処理された第１の表面を有するプレートと、接着結合式の動力計の配向に対応する配向で、第１の表面とは反対側のプレートの第２の表面と物理的に結合された少なくとも１つの歪みゲージであって、プレートがメカニカルアームに対して接着結合されたときにメカニカルアームから少なくとも１つの歪みゲージまで機械的力が伝達される、少なくとも１つの歪みゲージと、少なくとも１つの歪みゲージからの信号を受信し、信号から力、トルク及び仕事率のうちの１つ以上を決定するための電子機器と、受信装置に対して、力、トルク及び仕事率のうちの１つ以上を伝送するための無線送信機と、を含む。
【００６５】
（Ｂ）  （Ａ）として示されたシステムにおいて、システムは、メカニカルアームの動きを検知するための少なくとも１つの慣性センサをさらに含み、電子機器は、検知された力及び検知された動きに基づいて仕事率を決定する。
【００６６】
（Ｃ）  （Ａ）及び（Ｂ）として示されたシステムのいずれかにおいて、電子機器は、検知された動きに基づいてメカニカルアームの少なくとも角速度を決定する。
【００６７】
（Ｄ）  （Ａ）から（Ｃ）として示されたシステムのいずれかにおいて、少なくとも１つの慣性センサは、磁気リードスイッチ、加速度計、ジャイロスコープ及び磁力計からなる群から選択される。
【００６８】
（Ｅ）  （Ａ）から（Ｄ）として示されたシステムのいずれかにおいて、少なくとも１つの歪みゲージは、メカニカルアーム内の対象でない力、モーメント及びトルクに対する感度を削減するように配向されている。
【００６９】
（Ｆ）  （Ａ）から（Ｅ）として示されたシステムのいずれかにおいて、少なくとも１つの歪みゲージは、該少なくとも１つの歪みゲージのうちの他の歪みゲージに対して角度を成して配向されている。
【００７０】
（Ｇ）  （Ａ）から（Ｆ）として示されたシステムのいずれかにおいて、プレートは、或る方向で歪みに対して感度がより高いものとなるように形成されている。
【００７１】
（Ｈ）  （Ａ）から（Ｇ）として示されたシステムのいずれかにおいて、プレートは、方向性剛性を提供する整列された複合繊維を有する。
【００７２】
（Ｉ）  （Ａ）から（Ｈ）として示されたシステムのいずれかにおいて、プレートは、方向性剛性を提供するように焼結プラスチックで形成されている。
【００７３】
（Ｊ）  （Ａ）から（Ｉ）として示されたシステムのいずれかにおいて、プレートが、せん断力の伝達を改善し且つ垂直方向圧縮力の伝達を削減する垂直方向ハニカム構造で形成されており、こうしてメカニカルアームに対する表面欠陥の影響が軽減される。
【００７４】
（Ｋ）  （Ａ）から（Ｊ）として示されたシステムのいずれかにおいて、プレートは、プレートの縁部において接着剤に作用するせん断応力を削減するように、テーパの付いた縁部厚みを有する。
【００７５】
（Ｌ）  （Ａ）から（Ｋ）として示されたシステムのいずれかにおいて、プレートは、接着剤中の最大せん断応力を削減するために異なる材料を用いて剛性を増大させながら遷移する。
【００７６】
（Ｍ）  （Ａ）から（Ｌ）として示されたシステムのいずれかにおいて、プレートは、接着剤に作用するせん断力を削減するためにジグザグ縁部を有する。
【００７７】
（Ｎ）（Ａ）から（Ｍ）として示されたシステムのいずれかにおいて、プレートは、少なくとも１つの歪みゲージの基板を形成する。
【００７８】
（Ｏ）  （Ａ）から（Ｎ）として示されたシステムのいずれかにおいて、プレートは、少なくとも１つの歪みゲージの基板を形成すると共にメカニカルアームと直接結合するための構造を提供するポリアミド層である。
【００７９】
（Ｐ）  （Ａ）から（Ｏ）として示されたシステムのいずれかにおいて、プレートは、メカニカルアームと実質的に同じ熱膨張係数を有する材料で形成されている。
【００８０】
（Ｑ）  （Ａ）から（Ｐ）として示されたシステムのいずれかにおいて、１つ以上の歪みゲージの配向は、メカニカルアームの曲げに寄与しない歪み／力による効果／結合を除去するように選択される。
【００８１】
（Ｒ）  メカニカルアームに対して接着結合された動力計を用いてメカニカルアームの歪みを測定するための方法であって、該方法は、動力計の電子機器の内部で、動力計のプレートを介してメカニカルアームに機械的に結合された少なくとも１つの歪みゲージからの信号を受信するステップと、信号に基づいてメカニカルアーム内の歪みを決定するステップと、歪みを受信装置に送信するステップと、を含む。
【００８２】
（Ｓ）  （Ｒ）として示された方法において、該方法は、メカニカルアームに対し機械的に結合された少なくとも１つの慣性センサからの第２の信号を受信するステップと、歪みに基づいて力及びトルクのうちの１つ以上を決定するステップと、第２の信号に基づいてメカニカルアームの速度を決定するステップと、決定された力、決定されたトルク及び決定された速度のうちの１つ以上に基づいて、メカニカルアームに適用された仕事率を計算するステップと、をさらに含む。
【００８３】
（Ｔ）  （Ｒ）及び（Ｓ）として示された方法のいずれかにおいて、該方法は、メカニカルアームに適用された既知の力に基づいて、力測定値を自己較正するステップをさらに含む。
【００８４】
本明細書の範囲から逸脱することなく、上述の方法及びシステム中に変更を加えることができる。以上の説明中に含まれているか又は添付図面中に示されている事項は、例示目的として解釈され、限定的な意味で解釈されるべきものではないという点を指摘しておくべきである。以下の特許請求の範囲は、本明細書中に記載されている全ての一般的且つ特定的な特徴並びに、言語上の問題としてその中に入るものとされ得る本方法及びシステムの範囲の全ての供述を網羅するように意図されている。
【図１】
2019113560.tif 000003
【図２】
2019113560.tif 000004
【図３】
2019113560.tif 000005
【図４】
2019113560.tif 000006
【図５】
2019113560.tif 000007
【図６】
2019113560.tif 000008
【図７】
2019113560.tif 000009
【図８】
2019113560.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月13日(2019.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メカニカルアームの力、トルク、及び仕事率のうちの１つ以上を測定するための動力計であって、
前記メカニカルアームと接着結合するように前処理された第１の表面を有するプレートと、
所定の配向で、前記第１の表面とは反対側の前記プレートの第２の表面と物理的に結合された少なくとも１つの歪みゲージであって、（a）前記プレートが前記メカニカルアームに対して接着結合されたときに前記メカニカルアームから前記少なくとも１つの歪みゲージまで機械的力が伝わり、かつ（b）前記メカニカルアームの曲げに寄与しない力に対する感度を減少した、少なくとも１つの歪みゲージと、
前記少なくとも１つの歪みゲージの信号から力、トルク及び仕事率のうちの１つ以上を決定するための電子機器と、
受信装置に対して、力、トルク及び仕事率のうちの１つ以上を伝送するための無線送信機と、
を含む動力計。
【請求項２】
前記メカニカルアームの動きを検知するための少なくとも１つの慣性センサをさらに含み、前記電子機器が、検知された力及び検知された動きに基づいて仕事率を決定する、請求項１に記載の動力計。
【請求項３】
前記電子機器が、前記検知された動きに基づいて前記メカニカルアームの少なくとも角速度を決定する、請求項２に記載の動力計。
【請求項４】
前記少なくとも１つの慣性センサが、磁気リードスイッチ、加速度計、ジャイロスコープ及び磁力計からなる群から選択される、請求項２に記載の動力計。
【請求項５】
前記プレートが、或る方向で歪みに対して感度がより高いものとなるように形成され、上記歪みは力、トルク及び仕事率からなる群から選択される、請求項１に記載の動力計。
【請求項６】
前記プレートが、方向性剛性を提供する整列された複合繊維を有する、請求項１に記載の動力計。
【請求項７】
前記プレートが、方向性剛性を提供するように焼結プラスチックで形成されている、請求項１に記載の動力計。
【請求項８】
前記プレートが、せん断力の伝達を改善し且つ垂直方向圧縮力の伝達を削減する垂直方向ハニカム構造で形成されており、こうして前記メカニカルアームに対する表面欠陥の影響が軽減される、請求項１に記載の動力計。
【請求項９】
前記プレートが、前記プレートの縁部において接着剤に作用するせん断応力を削減するために、テーパの付いた縁部厚みを有する、請求項１に記載の動力計。
【請求項１０】
前記プレートが、接着剤中の最大せん断応力を削減するために異なる材料を用いて剛性を増大させながら遷移する、請求項１に記載の動力計。
【請求項１１】
前記プレートが、接着剤に作用するせん断力を削減するためにジグザグ縁部を有する、請求項１に記載の動力計。
【請求項１２】
前記プレートが、前記少なくとも１つの歪みゲージの基板を形成する、請求項１に記載の動力計。
【請求項１３】
前記プレートが、前記少なくとも１つの歪みゲージの基板を形成すると共に前記メカニカルアームとの直接的結合のための構造を提供するポリアミド層である、請求項１２に記載の動力計。
【請求項１４】
前記プレートが、前記メカニカルアームと実質的に同じ熱膨張係数を有する材料で形成されている、請求項１に記載の動力計。
【請求項１５】
前記メカニカルアームが自転車の駆動チェーンのクランクアームである、請求項１に記載の動力計。
【請求項１６】
メカニカルアームの力、トルク、及び仕事率のうちの１つ以上を測定するための方法であって、
前記メカニカルアームに接着結合される動力計の電子機器内で、前記動力計のプレートを介して前記メカニカルアームに機械的に結合された少なくとも１つの歪みゲージからの信号を受信するステップと、
前記信号に基づいて前記メカニカルアーム内のトルク、力、及び仕事率のうちの１つ以上を決定するステップと、
を含み、
前記少なくとも１つの歪みゲージは、前記メカニカルアームの曲げに寄与しない前記メカニカルアーム内の力、モーメント、及びトルクに対する感度を減少するように配向される、
方法。
【請求項１７】
トルク、力、及び仕事率のうちの１つ以上を受信装置に無線送信するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記メカニカルアームに加えられる既知の力に基づいて力の測定値を自己較正するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記メカニカルアームが自転車の駆動チェーンのクランクアームである、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
自転車の駆動チェーンに加えられる力、トルク、及び仕事率のうちの１つ以上を測定するためのシステムであって、
前記自転車の駆動チェーンの第１クランクアームと接着結合するように前処理された第１の表面を有する第１プレートと、
所定の配向で、前記第１プレートの第２の表面と物理的に結合された第１歪みゲージであって、（a）前記プレートが前記第１クランクアームに対して接着結合されたときに前記第１クランクアームから前記第１歪みゲージまで機械的力が伝わり、かつ（b）前記第１クランクアームの曲げに寄与しない力に対する感度を減少した、第１歪みゲージと、
前記第１歪みゲージの信号から力、トルク及び仕事率のうちの１つ以上を決定するための電子機器と、
受信装置に対して、力、トルク及び仕事率のうちの１つ以上を伝送するための無線送信機と、
を含むシステム。
【請求項２１】
前記自転車の駆動チェーンの第２クランクアームと接着結合するように前処理された第１の表面を有する第２プレートと、
所定の配向で、前記第２プレートの第２の表面と物理的に結合された第２歪みゲージであって、（a）前記第２プレートが前記第２クランクアームに対して接着結合されたときに前記第２クランクアームから前記第２歪みゲージまで機械的力が伝わり、かつ（b）前記第２クランクアームの曲げに寄与しない力に対する感度を減少した、第２歪みゲージと、を更に含み、
前記電子機器は前記第１及び第２歪みゲージの信号から力、トルク及び仕事率のうちの１つ以上を決定する、
請求項２０に記載のシステム。