ITPR20130008A1 - Dispositivo di allenamento ciclistico indoor e metodo per la misura della potenza - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

TITOLO: DISPOSITIVO DI ALLENAMENTO CICLISTICO INDOOR E METODO PER LA MISURA DELLA POTENZA

CAMPO DI APPLICAZIONE DELL’INVENZIONE

Il presente trovato si inserisce nel campo dei dispositivi di allenamento indoor, con particolare riferimento al ciclismo.

STATO DELL’ARTE

Sono noti dispositivi di allenamento che possono essere predisposti di ausilio, o in sostituzione, della ruota posteriore della bicicletta, così da permettere allenamenti indoor senza dover effettuare l’uscita su strada o sterrato oppure semplicemente per il riscaldamento prima di una gara.

I dispositivi in ausilio della ruota posteriore sono generalmente composti da un telaio che tiene sollevata da terra la ruota posteriore della bicicletta un sistema frenante premuto direttamente contro la ruota.

In questo caso i difetti sono:

• il consumo del copertone;

• l’attrito tra copertone e sistema di frenatura variabile e non misurabile. A seconda di quanto viene premuto il sistema di frenatura contro la ruota, si avrà un certo attrito che qualsiasi dispositivo di misura della potenza applicato al sistema di frenatura, non potrà quantificare e quindi la lettura della potenza sarà sempre approssimativa.

Il vantaggio di questa tipologia di dispositivi à ̈ la maggiore semplicità costruttiva.

I dispositivi in sostituzione della ruota posteriore sono generalmente composti da un telaio fisso, un mozzo con i pignoni in sostituzione di quelli della ruota e un sistema frenante.

Anche questi dispositivi sono dotati di sistemi di frenatura così da simulare lo sforzo della pedalata e ottenere un allenamento efficace.

Tra i sistemi di frenatura sono noti quelli:

- meccanici, dove l’effetto frenante à ̈ ottenuto mediante attrito fra due parti in movimento relativo, il cui difetto principale à ̈ l’usura degli elementi d’attrito;

- aerodinamici, dove l’effetto frenante à ̈ ad opera di ventole. In questo caso gli inconvenienti principali sono:

• la rumorosità. Dato che l’allenamento indoor viene eseguito per lo più in casa, la generazione di rumore potrebbe recare disturbo ai vicini o a se stessi;

• la generazione di correnti d’aria, che nel caso di allenamento durante il periodo invernale, potrebbe non solo essere fastidioso, ma potrebbe comportare malanni quali, ad esempio, contratture muscolari causate dallo sbalzo di temperatura tra il muscolo e la corrente d’aria.

• magnetici a correnti parassite, in cui la frenatura viene creata tramite un magnete o un elettromagnete, che genera all’interno di un disco di frenatura delle correnti parassite. La variazione di frenatura viene fatta variando la posizione del magnete rispetto al disco di frenatura o variando la corrente nell’elettromagnete.

Scopo del presente trovato à ̈ quello di risolvere i problemi sopra citati unendo un dispositivo in sostituzione della ruota posteriore con un sistema frenante a correnti parassite ad azionamento magnetico e un congegno atto a rilevare in maniera precisa la potenza di pedalata generata a seguito di detta frenatura magnetica, che si caratterizza per quanto previsto nelle sotto riportate rivendicazioni.

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di una forma di realizzazione illustrata, a puro titolo esemplificativo e non limitativo, nelle unite tavole di disegno.

- Figura 1: illustra in una vista prospettica una bicicletta da corsa montata sul dispositivo per allenamento indoor di tipo magnetico con rilevamento potenza di pedalata oggetto del presente trovato.

- Figura 2: illustra in una vista prospettica l’altro lato del dispositivo.

- Figura 3: illustra il solo dispositivo per allenamento indoor.

- Figura 4: illustra in una vista prospettica il dispositivo con uno schema semplificato di funzionamento.

- Figura 5: illustra in uno schema semplificato le forze presenti nel dispositivo oggetto del presente trovato.

Con particolare riferimento alle figure, con 1 Ã ̈ globalmente indicato un dispositivo per allenamento ciclistico indoor con frenatura di tipo magnetico con rilevamento potenza di pedalata del tipo comprendente un telaio 2, sistemi di supporto 3, un sistema 4 frenante, un sistema 5 di trasmissione del moto ed un sistema 6 di misura della potenza di pedalata.

Come mostrato in figura 1, una volta tolta la ruota posteriore alla bicicletta 100, il dispositivo si sostituisce alla ruota.

In accordo con la forma preferita illustrata nelle figure allegate, il telaio 2 Ã ̈ costituito da tre tubolari 2a, 2b, 2c di sezione rettangolare uniti tra loro.

Su detto telaio 2 à ̈ fissato il sistema di supporto laterale 3 e un perno conico 7 la cui funzione à ̈ quella di rendere più rigido il collegamento tra la bicicletta 100 e il dispositivo 1.

Alla base del telaio à ̈ fulcrata un’asta 14 che porta sull’estremità libera un sensore 15 di cadenza di pedalata.

Sulla sommità del telaio 2c à ̈ calettato la prima parte del sistema 5 di trasmissione del moto, detto sistema 5 à ̈ costituito da una serie di pignoni 8 coassiali ad una puleggia primaria 9 o motrice ed à ̈ libero di ruotare.

Un elemento flessibile 10, o cinghia, à ̈ posta in tensione tra la puleggia motrice 9 e la puleggia condotta 11, fissata sull’estremità terminale di un albero 19 montato su cuscinetti e che attraversa orizzontalmente il tubolare 2c verticale. All’estremità opposta, l’albero 19 porta calettato un gruppo volano composto da un volano 13b e un secondo disco 13, di metallo, solitamente fatto di alluminio o rame.

Il disco 13, l’elettromagnete 18 e il supporto 20 costituiscono il sistema 4 frenante. L’elettromagnete 18 à ̈ fissato sul tubolare 2b, grazie ad un supporto 20 che funge da circuito magnetico.

Il funzionamento di detto sistema 4 frenante si basa sul principio delle correnti parassite.

Il sistema 6 di misura della potenza di pedalata à ̈ fissato al tubolare 2c e comprende una cella di carico 12 ed un sensore 17 di velocità angolare. In particolare, la porzione terminale della cella di carico 12 comprende un cuscinetto 12b libero di ruotare; detto cuscinetto 12b à ̈ preposto ad essere posizionato contro un tratto dell’elemento flessibile 10, in tensione tra la puleggia motrice 9 e la puleggia condotta 11.

Detta cella di carico 12 non ha funzione di tensionatore della cinghia 10, ma ha lo scopo di acquisire le forze agenti sulla cinghia stessa.

Operativamente, una volta rimossa la ruota posteriore di una bicicletta 100 Ã ̈ possibile agganciare le forcelle posteriori 101 della stessa bicicletta 100 al dispositivo 1 oggetto del presente trovato e ingranare la catena 102 ai pignoni 8.

Durante l’allenamento il sensore 15 di cadenza di pedalata, posto sull’asta 14, rileva il numero di pedalate eseguite e lo trasmette in ingresso ad un modulo di acquisizione dati 16 interfacciato a sua volta con un computer.

Insieme a detto segnale (cadenza di pedalata) in ingresso al modulo di acquisizione dati 16 vi sono altri due parametri:

- la forza F trasmessa al rullino 12b e rilevato dalla cella di carico 12;

-la velocità angolare del volano 13b espressa in giri/minuto, e rilevata dal sensore 17.

In sostanza, con riferimento allo schema delle forze mostrato in figura 5, sul lato della cinghia 10 a contatto con il cuscinetto 12b della cella di carico 12 nei due tratti a monte e a valle della cella 12 stessa nascono due forze T1 e T2.

Con F à ̈ indicata la risultante della forza impressa sulla cella di carico 12 la cui direzione à ̈ perpendicolare alla cella di carico 12. In particolare:

<F = T1 cos>α<+ T2 cos>β

Detta forza F, espressa in Newton così come T1 e T2, à ̈ la forza ricavata dalla cella di carico 12.

Dal momento che la tensione T della cinghia 10 à ̈ la stessa su tutto il tratto che va tra la puleggia motrice 9 e la puleggia condotta 11, si può scrivere che

T1 = T2 = T

L’espressione di prima allora si può semplificare in

<F = T1 cos>α<+ T2 cos>β<= T (cos>α<+ cos>β<).>

E quindi il valore della tensione T risulta essere:

<T = F / (cos>α<+ cos>β<).>

Una volta ricavato questo dato la coppia M trasmessa alla puleggia condotta 11 Ã ̈:

<M = T x R2 = (F x R2) / (cos>α<+ cos>β<),>

dove R2 à ̈ il raggio primitivo della puleggia condotta 11 espresso in metri. Detto raggio primitivo à ̈ un dato di progetto, così come α e β.

La potenza di pedalata, espressa in watt, Ã ̈ dunque pari a:

P = M x rpm x 2Ï€/60

<= [(F x R2) / (cos>α<+ cos>β<)] x [2 x π x velocità / 60]>

In cui rpm, espressa in giri al minuto, à ̈ la velocità di rotazione ricavata dal sensore 17.

Come mostrato in figura 4, oltre agli ingressi analogici sopracitati, in ingresso al modulo di acquisizione dati 16 vi sono anche ingressi esterni al dispositivo 1, in particolare vi sono:

- dati inviati da un ricevitore cardiofrequenzimetro;

- dati inviati da un potenziometro;

- dati impostati mediante un pulsante P1 presente per gestire alcune funzioni del programma senza dover ricorrere alla tastiera del computer.

In accordo con la presente invenzione, i suddetti dati in ingresso al modulo acquisizione dati 16 e, quindi, successivamente in ingresso al computer, vengano elaborati da un apposito software fanno sì che come parametro in uscita via sia la regolazione dell’elettromagnete 18 di frenatura.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (1) di allenamento ciclistico indoor comprendente un telaio (2), un sistema (5) di trasmissione del moto, un sistema (4) frenante e un sistema (6) di rilevamento potenza di pedalata, caratterizzato dal fatto che: a. il sistema (5) di trasmissione del moto comprende una serie di pignoni (8), una puleggia motrice (9), una puleggia condotta (11) e un elemento flessibile (10) tensionato tra detti elementi (11, 9), b. il sistema (4) frenante comprende almeno un disco (13) di metallo, generalmente fatto di alluminio o rame e un magnete mobile o un elettromagnete (18); detto disco à ̈ calettato con un albero (19) alla puleggia (11); il principio che utilizza à ̈ quello delle correnti parassite, c. il sistema (6) di rilevamento potenza di pedalata, fissato al telaio (2), comprende almeno una cella di carico (12) agente sul ramo in tensione dell’elemento flessibile (10) che rileva la coppia (M) trasmessa alla puleggia (11) e un sensore (17) di velocità angolare.
2. 2. Dispositivo (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la cella di carico à ̈ disposta contro il ramo tensionato di detto elemento flessibile (10) mediante l’interposizione di un cuscinetto (12b).
3. 3. Dispositivo (1), secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il telaio (2) tiene la bicicletta sospesa posteriormente e il sistema (5) di trasmissione del moto sostituisce la ruota posteriore.
4. 4. Metodo di rilevamento del valore della potenza in dispositivo (1) di allenamento ciclistico indoor, caratterizzato dal fatto che prevede di acquisire il valore della potenza generata durante la pedalata tramite acquisizione diretta del tensionamento di un ramo dell’elemento flessibile di rinvio del moto e della velocità di rotazione di una delle due pulegge.