具有可變形電磁線圈結構的可彈性變形的運動裝備用品的制作方法
【專利說明】具有可變形電磁線圈結構的可彈性變形的運動裝備用品
[0001]本發(fā)明的實施方式總體上涉及一種可彈性變形的運動裝備用品或者比賽設備，例如可充氣的球，并且更具體地涉及可彈性變形的運動裝備用品，該運動裝備用品具有至少一個可變形的電磁線圈結構，該至少一個電磁線圈結構圍繞運動裝備用品內的曲面布置。
[0002]當例如銅線的電導體被纏繞時形成電磁線圈，或者只是形成線圈，以便產(chǎn)生電感元件或者電磁元件。其中，也可以圍繞芯件或者模件來纏繞。一個線環(huán)可以被稱為繞組，并且一個線圈具有一個或多個線圈。被用作電感裝置或者電感器的線圈作為將能量存儲在它的磁場中的無源二端電部件廣泛分布在電子電路中。例如線圈可以被用于實現(xiàn)變壓器，借助該變壓器在不移動部件的情況下經(jīng)由電感耦合將能量從一個電路轉移到另一個電路。此外線圈可以被用于構建諧振電路，該諧振電路包括串聯(lián)和/或并聯(lián)布置的電感器和電容器。在某些應用中，線圈還可用作用于諸如例如在借助電磁波進行識別(射頻識別，RFID)或在類似的應用中檢測電磁場的天線或者類似天線的元件。
[0003]針對其中一個應用，例如提出了利用電磁場和/或信號來檢測運動比賽物體(諸如球或冰球)是否通過了檢測平面(例如球門平面)。在如例如英式足球或足球的某些球類運動中，討論了自動球門檢測系統(tǒng)的使用以避免錯誤的人工判定。因此，所謂的球門線技術(Goal Line Technology)是能夠確定球何時穿越球門線從而輔助裁判員判罰是否進球的技術。存在用于確定球的精確位置或定位的各種另選的方法，諸如基于視頻的系統(tǒng)或基于電磁場的系統(tǒng)。在基于電磁場的系統(tǒng)中，運動物體(諸如球)可以設有用于發(fā)送和/或接收和/或反射電磁信號的電子電路。針對這些電磁方法需要在球內部設置電子部件，其中，電子裝置的尺寸可以根據(jù)它的功能性和使用頻率范圍而不同。例如，對于小的和中等大小的系統(tǒng)可以將電子裝置安裝在球的中心內。對于需要更多空間和體積的球門檢測系統(tǒng)，如例如對于使用子兆赫范圍內的磁場的系統(tǒng)，可以在球的周面上安裝所需要的環(huán)形天線和/或額外的電子部件。
[0004]為了實現(xiàn)盡可能與轉動無關的檢測特性，針對射門檢測系統(tǒng)，提出在例如為球的移動物體中或移動物體上安裝三個正交布置的線圈或者環(huán)形天線，以便發(fā)射或反射至少部分電磁場。由于線圈的這種正交布置，球的旋轉位置對電磁發(fā)射特性或者電磁反饋特性僅造成極小的影響，這是因為這三個正交的環(huán)狀天線理論上產(chǎn)生有效的環(huán)形天線，該環(huán)形天線的有效開口表面垂直于來自安裝在球門上或者靠近球門安裝的發(fā)射裝置的入射磁場。也就是說，有效環(huán)形天線的有效開口表面的法線基本上平行于磁場矢量。
[0005]為了能夠正確地起作用，即，為了實現(xiàn)球門檢測系統(tǒng)的高精度，球或者冰球的電磁特性具有決定性的意義。在一個示例中，借助圍繞門框鋪設的導電導體來產(chǎn)生磁場以用于球門檢測系統(tǒng)。其中，所產(chǎn)生的磁場垂直于由門框所限定的檢測平面。該激發(fā)的磁場被球反射，其中，所反饋的信號應該產(chǎn)生與激發(fā)磁場相同的方向矢量(因球電子裝置發(fā)生了相移)。所反射的信號的幾何精確性直接影響測量結果并且因此影響進球判罰的準確性。
[0006]該檢測系統(tǒng)基于三個在球中正交的線圈。每個線圈可包括多個繞組，這些繞組例如可以被裝入球膽與球的殼部或者蓋部材料之間。為了在球中能獲得適當?shù)闹C振線圈的質量，線圈的直徑應盡可能大，這就意味著，線圈應被安裝在球的蓋部材料之中或其下方。
[0007]由于例如可由多塊皮革縫補片(Lederflicken)縫制而成的球的蓋部材料具有彈性，因而所有從外部施加在球上的力沖擊被直接轉移到球中的線圈上。為了使線圈不會因這樣的力沖擊而斷裂，線圈自身應具有彈性。已知的是借助電導體以蜿蜒的方式將線圈引入至球上，使得線圈的縱軸線能夠在周向上被分別延長。然而，由于線圈持續(xù)受力而導致在蜿蜒布置的導體的角上在所需運行時間結束之前就已經(jīng)產(chǎn)生了疲勞斷裂。在圖1中示意性地示出了反映線圈結構的疲勞斷裂的斷裂位置的示例。
[0008]由此產(chǎn)生了對用于在球中或者在十分普遍的運動裝備用品內部布置一個或多個線圈的改進方案的需求。
[0009]為了實現(xiàn)基于電磁場的球門檢測系統(tǒng)的盡可能好的系統(tǒng)性能，優(yōu)選地三個基本上相互正交的環(huán)形天線或電磁線圈可以被集成到運動裝備用品內部，該運動裝備用品根據(jù)一些實施方式可以是可充空氣的球，諸如英式足球。通常這樣的可充氣的球(例如足球或手球)至少包括外部的蓋部材料或球蓋(即，球殼部)和在所述球殼部下方的內球膽。還能夠在所述殼部與所述球膽之間添加附加的材料以保護所述球膽免于外部損害，如例如滾壓等。盡管本發(fā)明的實施方式也適用于除球以外的比賽裝備，但是這里將主要針對可充氣的球對本發(fā)明的原理進行說明。
[0010]來自球中的集成環(huán)形天線或線圈的反射電磁信號取決于球中的至少一個環(huán)形天線的周長或直徑。也就是說，環(huán)形直徑越大，則反射信號的信號強度將越高并且基于電磁場的球門檢測系統(tǒng)的檢測率將越好。為了獲得盡可能高的環(huán)形天線直徑，所述球中的所述一個或多個環(huán)形天線應該與所述球的外部形狀匹配。這可以通過將電磁線圈形式的環(huán)形天線直接放置在所述球的殼部下方、放置在所述球的殼部與所述球膽或附加的保護組織之間、或鄰接所述球膽的內壁放置在所述球膽內部來實現(xiàn)。然而，當這樣做時，可能會將包括殼部和球膽的所述球的彈性變形直接轉移至集成的電磁線圈。在沒有任何對策的情況下，所述線圈可能會在球發(fā)生彈性變形的情況下被損壞。
[0011]因此，本發(fā)明的實施方式旨在提供一種線圈，該線圈能夠經(jīng)受或適應于球以及一般而言運動裝備用品的彈性變形。為此，可以如此設計集成到可彈性變形的運動裝備用品中的至少一個電磁線圈結構，使得在進行比賽時，所述電磁線圈結構具有優(yōu)選與運動裝備用品最大彈性變形相對應的伸長預留(膨脹緩沖)。其中所述伸長預留例如位于5%至30%的“常規(guī)”長度范圍內。
[0012]因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種可彈性變形的運動裝備用品，該運動裝備用品具有至少一個可變形的電磁線圈結構，該電磁線圈結構圍繞運動裝備用品內的曲面布置，其中，至少一部分電磁線圈結構具有三維空間曲線，該三維空間曲線具有非零幾何旋繞(或扭曲)和曲率(類似于螺旋線纜)，以便實現(xiàn)對應于運動裝備用品的最大彈性變形或與之相關的伸長預留。其中，空間曲線的旋繞或者說扭曲是體現(xiàn)該空間曲線與平面走向間的偏離程度的標準。綜上所述，空間曲線的曲率和旋繞與平面曲線的曲率相類似。該旋繞與曲率一起描述了空間曲線的局部走勢。
[0013]實施方式還提出了將機械負載更均勻地分布到運動裝備用品內的線圈結構的電導體的所有部段上。為此，可以在某些實施方式中，將傳統(tǒng)二維的蜿蜒結構擴展到第三維度，由此產(chǎn)生在周向上呈螺旋狀或者螺旋形形狀的線圈或者其至少一部分。
[0014]運動裝備用品內的曲面在該用品的非變形的或者未變形狀態(tài)下可以是具有以下周長的球形表面，即，其中，線圈結構的至少一個螺旋狀纏繞的繞組(在周向上)的長度在某些實施方式中可以大于該周長，以便實現(xiàn)在周向上的伸長預留。該伸長預留可處于5%至30%的周長范圍內。
[0015]例如該曲面可以是球的球膽的內表面或外表面或者球的殼部的內表面或外表面。也就是說，本發(fā)明的某些實施方式提出，將電磁線圈集成到運動裝備用品內，該電磁線圈可優(yōu)選具有比運動裝備用品本身更大的周長。這可以通過如下來實現(xiàn)，即線圈被形成為具有非零旋扭和曲率的三維空間曲線，即，使得該線圈圍繞彎曲軸線被螺旋狀或者螺旋形(類似于螺旋線纜)地纏繞，該彎曲軸線在周向上延伸并且對應于所述曲面。其中該彎曲軸線只是一個假想軸線。
[0016]也就是說，在實施方式中，至少一個電磁