(57)【要約】  本発明は、ペダル車両のためのパワートレインに関し、パワートレインは第１のモータ及び第２のモータを備え、第２のモータはクランクセットの軸と係合し、第１のモータは遊星歯車に連結される。遊星キャリアは、パワートレインの出力プレートに連結され、パワートレインは、第１のモータによって供給されたトルクを示す測定信号を生成するように構成された測定要素と、モータの角速度に基づいて、第１のモータへ供給される速度制御信号、及び第２のモータへ供給されるトルク制御信号を生成する制御ユニットとを備える。
2015514635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペダル車両、特に自転車のための動力ユニットであり、前記動力ユニットは、第１及び第２のモータ、並びに遊星ホルダとリングと太陽歯車を有する遊星歯車列を備え、前記第１のモータは、前記遊星歯車列に連結されており、前記動力ユニットはまた、前記遊星歯車列の第１の入力を形成するために前記リングが連結されるボトム・ブラケット・スピンドルを備える、動力ユニットであって、前記第２のモータは、前記ボトム・ブラケット・スピンドルに噛み合わされ、前記第１のモータは、前記太陽歯車に連結され、前記遊星ホルダは、前記動力ユニットの出力スプロケットに連結されており、前記第１及び第２のモータにはそれぞれ、第１及び第２のセンサが設けられており、前記第１及び第２のセンサはそれぞれに関連付けられた前記モータの角速度を測定するように構成されており、前記第１及び第２のセンサは、制御ユニットに連結されており、前記制御ユニットには、前記自転車がサイクリストにより推進されている速度を測定するように構成された第３のセンサも接続され、前記動力ユニットは、前記第１のモータによって供給されたトルクを示す測定信号を生成するように構成された測定要素を備え、前記制御ユニットは、前記センサによって測定された速度、及び予め決定された設定値、並びに前記トルクを示す前記測定信号に基づいて、第１及び第２の制御信号を生成するように構成されており、前記第１の制御信号は、前記第１のモータに供給される回転速度制御信号であり、前記第２の制御信号は、前記第２のモータに供給されるトルク制御信号であることを特徴とする動力ユニット。
【請求項２】
前記制御ユニットは、所定の数のギア比から前記サイクリストにより選択されたギア比を示すギア比信号を受信するための入力を備え、前記制御ユニットは、受信した前記ギア比信号にも応じて、前記第１の制御信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の動力ユニット。
【請求項３】
前記動力ユニットは、前記制御ユニットに接続され且つ前記自転車がサイクリストにより推進されている速度を測定するように構成された第３のセンサを備え、前記制御ユニットは、前記測定された速度に基づいて、所定の数のギア比から選択されたギア比を示すギア比信号を生成するように構成されており、前記制御ユニットは、受信した前記ギア比信号にも応じて、前記第１の制御信号を生成するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の動力ユニット。
【請求項４】
前記制御ユニットは、前記第２のモータの前記測定された角速度と、前記第２のモータの減速比によって重み付けされた前記受信したギア比信号から得られた重み付け信号との乗算によって得られた重み付けされた信号を生成し、前記重み付けされた信号を用いて前記第１の制御信号を生成するように構成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の動力ユニット。
【請求項５】
前記制御ユニットは、前記第１の制御信号を、前記第１のモータの前記測定された角速度と比較し、前記比較を通して確定された差に応じて前記第１の信号を調節して、前記第１のモータの角速度を、前記第１の制御信号により課せられた角速度に維持するように構成されることを特徴とする請求項２から４までのいずれか一項に記載の動力ユニット。
【請求項６】
前記制御ユニットは、前記サイクリストにより選択された補助レベルに応じて前記第２の制御信号を生成するように構成されることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の動力ユニット。
【請求項７】
前記遊星歯車列は、前記リングにより駆動されるように取り付けられた第１の組の小さな遊星を備え、前記第１の組の小さな遊星は、前記遊星ホルダに取り付けられており、前記第１の組の小さな遊星は、前記太陽歯車に噛み合わされた第２の組の大きな遊星に連結されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の動力ユニット。
【請求項８】
前記小さな遊星及び前記大きな遊星は、同じ遊星スピンドルに固定されることを特徴とする請求項７に記載の動力ユニット。
【請求項９】
前記第１のモータのロータが、前記第１のモータの所定の回転方向と反対の方向に前記ロータが回転することを防止するように、前記動力ユニットのシャシ上のフリーホイールを用いて取り付けられることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載の動力ユニット。
【請求項１０】
前記第１のモータのロータが、前記ボトム・ブラケット・スピンドルに対する軸受に固定されることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一項に記載の動力ユニット。
【請求項１１】
前記第２のモータは、レセプションホイールによって前記ボトム・ブラケット・スピンドルに噛み合わされることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一項に記載の動力ユニット。
【請求項１２】
前記第１のモータのロータが、前記太陽歯車に固定されることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一項に記載の動力ユニット。
【請求項１３】
前記第１及び第２のモータは、ブラシレス型の電気モータであることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一項に記載の動力ユニット。
【請求項１４】
前記制御ユニット、前記第１のモータ、及び前記遊星歯車列は、同じハウジング内に取り付けられることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか一項に記載の動力ユニット。
【請求項１５】
前記遊星ホルダは、前記ボトム・ブラケット・スピンドルよりも遅く前記遊星ホルダが回転することを防止するように、前記ボトム・ブラケット・スピンドル上のフリーホイールによって取り付けられることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の動力ユニット。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか一項に記載の動力ユニットを備える自転車。
【請求項１７】
前記第１のモータ及び前記遊星歯車列は、前記自転車のボトム・ブラケット・シェル内に取り付けられることを特徴とする請求項１６に記載の自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペダル車両、特に自転車のための動力ユニットに関し、前記動力ユニットは、第１及び第２のモータ、並びに遊星キャリア及び太陽歯車を有する遊星歯車列を備え、前記第１のモータは、遊星歯車列に連結されており、前記動力ユニットはまた、遊星歯車列に対する第１の入力を形成するリングが取り付けられるボトム・ブラケット・スピンドルを備える。
【背景技術】
【０００２】
そのような動力ユニットは、特許出願ＷＯ２０１０／０９２３３１により知られている。この既知の動力ユニットは電動アシスト自転車で使用される。電動アシスト自転車は、人間の力と、電気駆動により発生する機械的力とが共同して推進する自転車である。これらの自転車は、サイクリストがペダリングするときだけ電気駆動が変速機構に動力を供給するという点で、二輪電気自動車と区別される。この既知の動力ユニットでは、ボトム・ブラケット・スピンドルが遊星歯車列の遊星キャリアを駆動する。第２のモータは、基本的に、バッテリを充電するための発電機を提供し、それにより範囲を拡張する役割をする。
【０００３】
この既知の動力ユニットの１つの欠点は、２つのモータが存在するにも関わらず、供給される補助の力が弱いということである。これは、ペダリングのための補助を使用者に提供するのに寄与するモータが１つのみであるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２０１０／０９２３３１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、両方のモータが寄与するペダリング・トルク（又はペダリング力）に比例する電気的補助を提供する動力ユニットを製作することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的のため、本発明による動力ユニットは、第２のモータは、ボトム・ブラケット・スピンドルに噛み合わされ、第１のモータは、太陽歯車に連結され、遊星ホルダは、動力ユニットの出力スプロケットに連結されており、前記第１及び第２のモータにはそれぞれ、第１及び第２のセンサが設けられており、第１及び第２のセンサはそれぞれに関連付けられたモータの角速度を測定するように構成されており、前記第１及び第２のセンサは、制御ユニットに連結されており、制御ユニットには、自転車がサイクリストにより推進されている速度を測定するように構成された第３のセンサも接続され、前記動力ユニットは、第１のモータによって供給されたトルクを示す測定信号を生成するように構成された測定要素を備え、前記制御ユニットは、センサによって測定された速度、及び予め決定された設定値、並びにトルクを示す測定信号に基づいて、第１及び第２の制御信号を生成するように構成されており、前記第１の制御信号は、第１のモータに供給される回転速度制御信号であり、前記第２の制御信号は、第２のモータに供給されるトルク制御信号であることを特徴とする。第２のモータは、ボトム・ブラケット・スピンドルに噛み合うので、サイクリストのペダリング運動を補助する。サイクリストのペダリングによって生成される動力と第２のモータの動力との合計が、リングを介して遊星歯車列の第１の入力に伝達される。その部分に関して第１のモータは太陽歯車を介して遊星歯車列の第２の入力と一体化される。通常、チェーンを介して車輪を駆動する出力スプロケットは、遊星ホルダによって遊星歯車列の出力と一体化される。したがって、出力スプロケットの速度は、２つの入力、すなわちリング及び遊星歯車の速度と線形関係であり、そのトルクは、課せられた設定値によって２つの入力のトルクに直接関係している。したがって、サイクリストがペダリングしているときに、２つのモータがサイクリストを支援するのに役立つ。通常の動作では、遊星歯車列の３つの独立した部品が同じ方向に回転する。これは、それらが可動部品の相対速度に比例するので、軸受の摩擦力を制限することで効率的に増大する。
【０００７】
本発明による動力ユニットの第１の好ましい実施例は、制御ユニットが、所定の数のギア比からサイクリストにより選択されたギア比を示すギア比信号を受信するための入力を備え、前記制御ユニットが、受信したギア比信号にも応じて、前記第１の制御信号を生成するように構成されていることを特徴とする。したがって、サイクリストには、既存のシステム（変速機チェーン又は内部ギア−変更ハブ）に代わって、ギア比の電子的変更のためのシステムが提供される。ギアチェンジは、ギア比信号によって電子的に制御される。したがって、ギアチェンジは、２つの方法、すなわち、ギア比の手動変更（ハンドルバーでの制御）又は制御ユニットにより行われるギア比の自動的変更のいずれかで行うことができる。本発明はまた、（離散的な比ではなく）無段変速機構を実現する可能性を提供する。そして、本発明は、そのユーザに、２つの変更モード、すなわち、従来のままを好む者のための離散的比を備える手動モードと、連続的比を備え、最適ギア比（サイクリストトルクと走行速度間の２次元テーブルから計算される比）をサイクリストに連続してもたらす自動モードとを共に提供することができる。この方法がより自然であるが、連続的比（回転ハンドル）を備える手動モード、及び離散的比を備える自動モードを排除するものではない。さらに、このシステムは、動きながら衝撃なしにトルクに対して比を変更することができるので、容易な伝動を可能にする。
【０００８】
本発明による動力ユニットの第２の好ましい実施例は、制御ユニットが、第２のモータの測定された角速度と、第２のモータのステップダウン比によって重み付けされた受信したギア比信号との乗算によって得られた重み付けされた信号を生成し、重み付けされた信号を用いて前記第１の制御信号を生成するように構成されることを特徴とする。これにより、ギア比信号を容易に考慮に入れることができる。
【０００９】
次に、本発明による動力ユニットの好ましい実施例を示す図面を用いて本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による動力ユニットを備える自転車を示す図である。
【図２】本発明による動力ユニットを受け入れることができるボトム・ブラケット・シェルからなる自転車の概略図である。
【図３】本発明による動力ユニットの通常動作における動力チェーンを概略的に示す図である。
【図４】本発明による動力ユニットの分解図である。
【図５】遊星歯車列及び出力スプロケットの取付けを示す図である。
【図６】本発明による動力ユニットの断面図である。
【図７】遊星歯車列とボトム・ブラケット・スピンドルの噛み合いを示す図である。
【図８】遊星ホルダを示す図である。
【図９】モータの制御に必要な種々の要素を示す図である。
【図１０】バリエータ・モータの設定速度値を計算するブロック図である。
【図１１】牽引モータに課せられる設定トルク値を計算するためのブロック図である。
【図１２】制御ユニットの制御ロジックを示すフロー図である。
【図１３】本発明による動力ユニットの別の実施例を示す図である。
【図１４】ペダリング角速度と第１のモータの角速度との間の関係を示す図である。
【図１５】ギア比を示す図である。
【図１６】ギア比を示す図である。
【図１７】ギア比を示す図である。
【図１８】サイクリストに与えられる補助を概略的に示す図である。
【図１９】本発明による動力ユニットの別の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面では、同じ要素又は類似の要素に対して同じ参照符号が付されている。本発明は、動力ユニットの自転車への適用に関して説明される。しかしながら、本発明は自転車に限定されず、ペダルを有する任意の車両に適用される。
【００１２】
図１は、本発明による動力ユニットを備える自転車４０を概略的に示す。自転車は、図２により詳細に示されるように、フレーム４３及びボトム・ブラケット２７を備える。フレームは、直径が１５ｃｍと２０ｃｍの間のボトム・ブラケット・シェル１を備え、これは従来の自転車フレームよりも広い。このシェルは、本発明による動力ユニットを少なくとも部分的に収容する。動力ユニットからの出力において、車輪４１のリア・ピニオンを駆動する出力スプロケット２３がある。本発明によって提示される動力ユニットは、中央駆動装置、つまり自転車のボトム・ブラケットに位置する駆動装置であり、自転車のできる限り低い重心を実現し、それにより自転車の安定性を改善する。動力ユニットの主な部分は、自転車ボトム・ブラケットのシェル１にカートリッジとして挿入される。図２に示される実例では、動力ユニットの一部分を形成する１つの牽引モータ４のみが、自転車ボトム・ブラケットのシェル１の外部に収容される。
【００１３】
図３に概略的に示されるように、動力ユニットは、以下の２つの電気モータを備える。
・ボトム・ブラケット・シェルに位置する（ＭＶとして示される）第１のいわゆる「バリエータ」モータ５
・ボトム・ブラケット・シェルの外部に固定された（ＭＴとして示される）第２のいわゆる「牽引」モータ４
【００１４】
動力ユニットは、特に動力ユニットに電流を供給する働きをするバッテリ３０に連結される。動力ユニットの主な部分は、ボトム・ブラケット・シェル１内に固定される。牽引モータ４は、ボトム・ブラケットのスピンドル上の減速歯車３２を介して作用する。後者は、サイクリスト３１によっても駆動される。牽引モータ及びサイクリストによってもたらされる牽引力は合計され３３、遊星歯車列２４のリング１２に伝達され、リング１２自体は出力スプロケット２３に連結される。
【００１５】
図２及び図４から図８は、本発明による動力ユニットの実施例を示す。動力ユニットは、第２のモータを別として、ボトム・ブラケット・シェル１内に位置し、ボトム・ブラケット・シェル１は、牽引モータ４を支持する役割もする２つのプレート２及び３によって閉じられる。第１のモータ５は、ロータ１９と同軸に取り付けられたステータ２０を備える。巻回されたステータ２０は、ボトム・ブラケット・シェルに固定される。第１のモータは、遊星歯車列２４の一部分を形成する太陽歯車１３に連結される。遊星歯車列は、３つの独立した部品、すなわち、太陽歯車１３、遊星ホルダ１４、及びリング１２から構成される。遊星歯車は、好ましくは第１のモータ５のロータ１９と一体的に取り付けられる。遊星歯車列はまた、図５に最もよく示されるように、小さな遊星歯車の第１の組１５、及び大きな遊星歯車の第２の組１６を備える。遊星歯車の各組は、３つの歯車を含むことが好ましく、その理由は、これにより可動部品と遊星歯車列の重さとの間の良好なバランスがもたらされるからである。第１及び第２の遊星の組の小さな遊星及び大きな遊星はそれぞれ、同じ遊星スピンドル１７に固定されることが好ましい。小さな遊星１５及び大きな遊星１６は共に遊星スピンドル１７と一体的になることに留意されたい。第１及び第２の遊星の組の小さな遊星及び大きな遊星は、図５及び図８に示されるように、遊星キャリア１４の両側に取り付けられる。太陽歯車は、遊星ホルダ１４の速度を増大するために大きな遊星１６に噛み合っている。これは、遊星ホルダ１４の速度が、リング１２及び太陽歯車１３の速度と線形関係であるためである。出力スプロケット２３は遊星ホルダ１４に取り付けられる。出力スプロケットは、チェーン又は歯付きベルト２１が取り付けられるように用いられ、チェーン又は歯付きベルト２１は、自転車の後輪のピニオンを駆動する役割をする。第１の組立体１５の小さな遊星は、遊星歯車列の一部分をそれ自体が形成するスプロケット１２内に設けられた第１の歯１２’と噛み合う。スプロケットの第２の歯１２”は第２のモータ４と噛み合い、第２のモータ４には、この目的で駆動ピニオン７が設けられている。駆動ピニオン７とスプロケットの間の変速機構は、閉鎖カバー６によって密閉される。ボトム・ブラケット・スピンドルは、たとえば、図示されない溝によって、遊星歯車列のスプロケット１２と一体化されることが好ましい。当然、ボトム・ブラケット・スピンドル及びリングを一緒に固定するために、回転をロックする他のシステムが設けられてもよい。
【００１６】
図６に示されるように、ボトム・ブラケット・スピンドル１１は遊星歯車列を貫通し、軸受９によって支持される。リング１２（それは、ボトム・ブラケット・スピンドルに連結されている）は、遊星歯車列の第１の入力を形成する。通常の動作では、リング１２は小さな遊星１５を駆動して、出力スプロケット１８と一体化された遊星ホルダ１４を回転させる。出力スプロケット１８は、チェーン又はノッチ付きベルト２１を駆動する。薄いシール壁１０は、遊星歯車列をバリエータ・モータ５から分離する。いくつかのシールが、バリエータ・モータ５と潤滑機械部品との間のシールを形成する。最後に、制御ユニットは、電線の配線を制限するように、モータの近くに配置されたハウジング５０に収容されることが好ましい。このハウジングは、ボトム・ブラケット・シェルの形状と合致するように円形であることが好ましい。
【００１７】
通常の動作では、牽引モータ４は、駆動ピニオン７及びリング１２によって形成される２つの歯車を介してボトム・ブラケット１１のスピンドルを駆動することによって、サイクリストを補助する。これは、第２のモータ４のピニオン７がリングの歯１２”に噛み合わされると、第２のモータによって駆動されるピニオンの回転によりリングが回転するからである。別の実施例（図示せず）によれば、ピニオン７は、ボトム・ブラケットのスピンドルに取り付けられたレセプションホイールと係合することができる。第２のモータ４及び人間の力によって供給されたトルクの組合せが、リング１２を回転させる。この構成は、第２のモータ４がサイクリストと同様に（可変の変速機構の）歯車の変更から利益を得る場合、より効率的に動作し、より有利である。本発明による動力ユニットは、いくつかのギア比又は単一のギア比のいずれかで動作することができる。
【００１８】
各モータは、それぞれの機能を有する。バリエータ・モータの目的は、補助のレベル（供給される人間の力に対する供給される総電力の比）、及び移動の速度に関わらず、制御ユニットがモータに課する伝達比を連続的に提供することである。実際、伝達比は、バリエータ・モータ５の速度の比、及びボトム・ブラケット２７の速度の比に依存する。以下でより詳細に説明するように、この比は、ボトム・ブラケットの速度の関数として、バリエータ・モータの速度の変化を表す直線の角度係数に相当する。したがって、この角度係数を一致に維持しながら一定の伝達比に留まることが可能である。比を変更するために、サイクリストは角度係数の値を変更する。したがって、バリエータ・モータは、その速度バリエータとしての機能を実現するために角速度に関して制御される。当然、このモータは、伝動チェーンに動力を与え、もちろん任意の摩擦の範囲まで、その動力全体が車輪に見られる。第１のバリエータ・モータが反対方向（ボトム・ブラケットの所定の回転方向と反対の方向）に回転するのを防止するために、第１のモータのロータ１９がフリーホイール１８に取り付けられ、フリーホイール１８自体はフレーム２９に取り付けられる。このフリーホイールの機能は、モータのあらゆる種類の供給に断絶が生じた場合に、動作しているホイールに対する純粋に機械的な動力伝達を可能にすることである。モータが故障した場合に、サイクリストは家に帰るために依然としてペダリングをすることが可能である。この動作モードは、最も小さい伝達比に対応する。このモード中、第１のバリエータ・モータは供給を受けず、第２の牽引モータはサイクリストを補助するために供給され得る。
【００１９】
牽引モータ４は、ボトム・ブラケットにトルクを加えることによってサイクリストの動きを補助する。いくつかの特定の動作の場合に、このモータはサイクリストのペダルの動きを制動することもできる。実際、その役割は、「係合した」伝達比、及び走行速度に関わらず、制御ユニットがモータに課した補助のレベルに継続的に従うことである。このモータはトルクを制御される。
【００２０】
動力ユニットが取り付けられた自転車は、ホイールのリア・ピニオンに従来のフリーホイールを備えて、自転車が慣性により移動し続けるときにチェーン（又はベルト）が回転するのを防止することもできる。（後述する）別の形態では、中間フリーホイールなしにホイールに固定されたピニオンを用い、それにより、バリエータ・モータを制動し、バリエータ・モータを再充電する。
【００２１】
次に、２つのモータの制御についてより詳細に説明する。第１のモータ５によって遊星ホルダに供給されるトルクは、道路法によって制限が課せられる。伝達比の設定値に従うように速度が制御される。第２のモータの速度は、それがリングに対して伝動の別のシステムに歯車によって運動学的に連結されているため、サイクリストのペダリング速度によって規定される。したがって、それはサイクリストを労力の面で補助するためにトルクが制御される。設定速度値は、ペダリング速度の一次関数であり、乗算係数は、サイクリストに選択されたギア比、又はサイクリストが移動する速度に従って制御ユニットによって決定されたギア比に応じて決まる。この目的のため、制御ユニットは、所定の数のギア比からサイクリストによって選択されたギア比を示すギア比信号を受信するための入力を備える。ギアチェンジが自動の場合、動力ユニットは、制御ユニットに接続され、且つ自転車がサイクリストにより推進される速度を測定するように構成された第３のセンサを備える。制御ユニットは、次いで、測定された速度に基づいて、所定の数のギア比から選択されたギア比を示すギア比信号を生成するように構成されている。
【００２２】
この動力ユニットの別の利点は、制動の際に機能し、それにより、ホイール・ピニオンに当初取り付けられたフリーホイールが省略された場合にバッテリを再充電するために制動エネルギーを回復することができる動力ユニットの能力である。この時点で、自転車が特定の慣性で発進され、又は自転車が傾斜を走り降りている場合、チェーンが回転して動力ユニットの出力スプロケットを駆動する。出力スプロケットは遊星ホルダに連結されているので、後者はここで動力差動装置として作用する。それは、バリエータ・モータを（その正常方向で）回転させる傾向を有し、このとき、自転車を制動してバッテリに電力を伝達するために、発電機として制御されることになる。このシステムは、たとえば、魚雷（ｔｏｒｐｅｄｏ）システムのようにバックペダリングによってアクティブにすることができる。制動の力、すなわちバッテリに供給されるエネルギーの量は、サイクリストが加えるバックペダリングの力に従って制御され得る。
【００２３】
最も小さいギア比では、第１のモータ５には電流が供給されない。第２のモータのみが電気的補助に関与する。太陽歯車は、フレーム（左側矢印（２））を第１のモータ５のロータ１９に連結するフリーホイール１８によってロックされる。伝達比を増大するために、第１のモータ５を始動する必要がある。すると、これが大域的な電気的補助に関与を開始する。第１のモータの速度が増大するほど、伝達比が増大し、また、これが大域的な電気的補助により関与する。
【００２４】
図９は、制御ユニット３８のモータ４及び５の電気的接続を概略的に示す。各モータは、ロータの回転ごとに６カウントまでカウントできるホール効果センサ３５、３６を備えることが好ましい。センサからの情報は、制御ユニットに送られて分析される。制御ユニットはまた、各モータ上のトルク（電流の強度に比例するトルク）を計算するために、各モータに注入される電流を計算する。最後に、様々なギア比が利用可能な場合、車輪の速度のセンサ３７が制御ユニットに必要である。ペダルに対してサイクリストが課すトルクを計測するために、制御ユニットは、２つのモータのシャフトに対するトルクを使用して計算を行う。これは、トルクが直流モータの誘導コイルを通る電流に比例するので、容易に測定できる。サイクリストが加速をするとき、制御ユニットは、たとえば、遊星歯車列の運動方程式を用いて、モータの速度から自転車の速度を計算することができる。自転車が惰性で走っているとき、車輪の速度が出力スプロケットの速度から切り離されるので、この速度センサ３７が必要である。
【００２５】
本発明による動力ユニットの動作を理解するために物理学に頼る必要があり、そのためこの物理学に関して最初に説明する。いくつかの略称を使用するため、それらの略称について以下の表で最初に定義する。
【００２６】
【表１】
2015514635.tif 000003
【００２７】
最初に数学的方程式の理解を容易にするために、第２のいわゆる牽引モータ４なしに論拠を説明する。遊星歯車列が、この新規の駆動装置の主要な革新に寄与する。遊星歯車列の方程式を下記に示す。
【００２８】
【数１】
2015514635.tif 000004
【００２９】
【数２】
2015514635.tif 000005
【００３０】
ここで、Ｒは、二重遊星歯車列、すなわち小さな遊星及び大きな遊星の要素の大きさによって定義されることに留意されたい。
【００３１】
回転の速度ωｐｌａｔ及びスプロケットに対するトルクＣｐｌａｔが走行状況により規定され、これが（式（２）によって）ＣＭＶ及びＣｐｅｄを規定する。しかしながら、これは、ωｐｅｄ及びωＭＶについて自由な選択を残している。実際、ペダリング速度はサイクリストにより規定され、これは、走行条件に従って平均で３０ｒｅｖ／ｍｉｎと９０ｒｅｖ／ｍｉｎの間にある。これは、補助を与えるために回転速度を調節することを可能にするが、また、適用可能な場合は、サイクリストに見られるギア比を人為的に変更することも可能にする。式（２）によれば、ペダリング・トルクが、界磁巻線を通る電流を測定することにより容易に測定できるバリエータ・モータのトルクに関連付けられる。したがって、本発明による動力ユニットはペダリング・トルク・センサを必要としない。これは、他のタイプの駆動装置で使用されるトルク・センサが複雑で非常に高価であるので、メカニズムの原価の観点から軽視できない利点である。
【００３２】
第１のモータ５が出力を落とされると、ボトム・ブラケット・スピンドルと一体化された遊星歯車列のリング１２が遊星６及び１５を駆動する。フリーホイールによってボトム・ブラケット・シェルのフレームに連結された遊星歯車１３は、第１のモータによって駆動されないため、この時点で速度ゼロでロックされる。したがって、出力スプロケット２３に連結された遊星ホルダ１４は、したがって、ペダリング速度よりわずかに遅い速度で、最小のステップダウン比で駆動される。
【００３３】
【数３】
2015514635.tif 000006
【００３４】
ステップダウン比を増大するために、第１のモータ５を始動する必要があり、次いで第１のモータ５は、フリーホイールを介して遊星歯車列の太陽歯車１３を駆動する。これは、ここでゼロより大きい速度で回転することになる。このとき、スプロケットは、次の式で表される速度で回転する。
【００３５】
【数４】
2015514635.tif 000007
【００３６】
第１のモータの回転速度ωＭＶは、係合したギア比（ハンドルバー上の電子セレクタ又は任意の自動モード）に応じて、ペダル回転速度ωｐｅｄによって乗算された係数ａと等しくなる。したがって、サイクリスト又は自動制御装置から来た比を変更する要求は、この係数ａを変更する効果を有することになる。したがって、第１のモータ５は、ボトム・ブラケット・スピンドルの角速度を測定するセンサからの情報を使用して調整ループによって速度が調整される。この動作は、ステップダウン（自転車のステップダウン比を意味する簡略化した用語）の定義によって有効にされる。これは、一定の係数「ａ」を維持することによってステップダウンも一定に留まるからである。係数「ａ」を増大することによってステップダウンが増大する。
【００３７】
ωＭＶ＝ａ・ωｐｅｄ及びａ∈［０：ｖａｌｌｉｍ］として、以下が容易に得られる。
【００３８】
【数５】
2015514635.tif 000008
【００３９】
サイクリストに見られるステップダウンのこの作為的変更は、係合したギア比ごとの異なるレベルの補助を動力ユニットに対して課することに留意されたい。事実上、力の均衡を作ることにより、電力を人間の力によって割ることにより定義される補助レベルを計算することが可能である。
Ｐｐｌａｔ＝Ｐｐｅｄ＋ＰＭＶ＝Ｃｐｅｄ・ωｐｅｄ＋ＣＭＶ・ωＭＶ
【００４０】
上記に定義された式によってωＭＶ及びＣＭＶを変更することにより、以下が容易に得られる。
【００４１】
【数６】
2015514635.tif 000009
【００４２】
補助レベルは、供給される電力と出力スプロケットに供給される全動力の比として定義される。ここで、その定義は以下の式にまとめられる。
【００４３】
【数７】
2015514635.tif 000010
【００４４】
したがって、補助レベルは、明らかに第１のモータの回転速度とともに増大する。これは、小さいステップダウン比では補助レベルが低くなり、大きいステップダウン比では補助レベルが最大になることを意味する。
【００４５】
本発明による動力ユニットは第２のモータ４も備える。第２のいわゆる牽引モータは、いくつかの有利な役割を有する。その第１の役割は、明らかに、補助レベルを任意の状況に適応させるために、この動力ユニットの制御における自由度を得ることである。第２のモータは、ステップダウン・ギア・セットを介してボトム・ブラケット・スピンドルに直接的に連結されるので、低いステップダウン比で補助レベルを増大することが可能である。運動学的チェーンにおけるこの第２のモータ４の構成は有利であり、それは、サイクリストと同様に、このモータがステップダウン比の恩恵を受けることで、急勾配や変形した地面での走行のような多大な労力を要する走行状況において高いトルクが得られるからである。出力スプロケットに供給される全エネルギーに対する電気エネルギーの比として定義される補助レベルは、以下のようになる。
【００４６】
【数８】
2015514635.tif 000011
【００４７】
この式を先に確立された式で修正することにより、以下の結果が得られる。
【００４８】
【数９】
2015514635.tif 000012
【００４９】
したがって、第２のモータは、良好な補助レベルを可能にする設定トルク値を有する閉ループで制御され、その回転速度は、その変速機構の幾何学的構成によって規定されるステップダウン比を介したペダリング速度によって規定される。
ωＭＴ＝ＲＭＴ・ωｐｅｄ
【００５０】
フリーホイールなしにボトム・ブラケットに直接連結されているため、このモータは、制動モードで動作することもでき、いかなる場合においても補助レベルの制御を可能にする。発電機モードで動作し、それによりバリエータ・モータで生成されたエネルギーを返すことも、調整された速度よりも速い速度で走るために（バッテリから電流が来ない）純粋ペダリング・モードで想定される、そのため、この手順は、この動作に対して必要な第２の遊星歯車列の追加の交換をする。
【００５１】
最後に、自転車の後輪の速度は、ピニオンの幾何学的構成によって規定されるステップダウン比を介した出力スプロケットの速度に数学的にリンクされる。この変速機構の式は次のようになる。
ωＲ＝Ｒｔｒａｎｓ・ωｐｌａｔ
【００５２】
図１０は、バリエータ・モータの設定速度値を計算するためのブロック図である。第２のモータの測定された角速度ωＭＴと、第２のモータの減速比ＲＭＴによって割られたステップダウン係数とを乗算することで、第１のモータにおける設定角速度ωＭＶを構成することができる。制御ユニット３８は、実際に第１のモータが設定角速度で回転するように供給を受けることを確実にするために調整ループ内に実装される。一定の伝達比を維持するために、「第１のモータの速度−ペダリング速度」直線の角度係数が一定である必要がある。したがって、制御ユニットは、同じギア比に対してペダリング速度と比例する速度をバリエータ・モータに課する。伝達比を変えるには、「ａ」で示されるこの角度係数の値を変更すればよい。
【００５３】
図１１は、牽引モータ４に課せられる設定トルク値を計算するためのブロック図である。これは、第１のモータ５のロータにあるトルクに応じて変わる。第２のモータの設定トルク値は、サイクリストに与えられる補助レベルにも応じて変わる。遊星歯車列Ｒの減速比と乗算係数ａは加算されてから、決定された補助レベルで乗算される。次に、この決定された補助レベル、第１のモータの測定されたトルクから、第２のモータに関する設定トルク値ＣＭＴが決定される。また、第２のモータが設定値のトルクによって決定されたトルクを供給することを確実にするために、調整ループが提供される。
【００５４】
図１２は、制御ユニットにより行われる管理をフロー図で示す。動力ユニットが起動されると、第２のモータの角速度が測定される。それがゼロより大きい場合、第１のモータの設定速度値、及び第１のモータの設定トルク値が決定される。また、設定値がモータに供給される前にブレーキ・センサがアクティブにされたかどうかを確認することが好ましい。
【００５５】
前述のように、動力ユニットの正常な動作は、第１のモータが回転している限りは高い速度で保証される。しかしながら、国によっては、特定の制限（ヨーロッパでは２５ｋｍ／ｈ、カナダでは３２ｋｍ／ｈ）を超える電気的補助を禁止している場合がある。つまり、制限速度に達したとき、バリエータ・モータは出力を落とされるべきであり、したがって、高ギア比から最小ギア比に変更され、サイクリストはこの速度を避けたい場合に快適でない状況に置かれることになる。この不都合を回避するために、サイクリストが制限速度を超えるより前のギア比に近いギア比を維持することを可能にする技術的解決策を見つけることが必要である。
【００５６】
この問題に対する３つの可能な解決策がある。
１．メカニズムを単純にして２つのモータを切り離す。サイクリストが速度制限を超えようとする場合、サイクリストが最小ギア比に向かうように強制して、この制限を超える使用を難しくする。
２．より高いギア比に機械的にロックするシステムを確立する。
ａ．第２の遊星歯車列をメカニズムに組み込み、そのリングが「補助された」機能で自由に回転し、制動がされ且つモータが「純粋ペダリング（ｐｕｒｅ  ｐｅｄａｌｌｉｎｇ）」モードで停止すると、この遊星歯車列を介して出力スプロケットを作動させる。
ｂ．異なるサイズの２つの歯車からなるスピンドルを組み込み、一方のホイールはスピンドルに固着され、他方は噛み合い継手によって駆動される。このスピンドルは、２に近いステップダウン比でボトム・ブラケットにスプロケットを連結する。
ｃ．各端部で歯車を備える軸受上のスピンドルを追加し、ボトム・ブラケットを出力スプロケットに直接連結する。
３．このメカニズムの単純さを維持し、バリエータ・モータに供給するために発電機モードで第２のモータを使用する。
【００５７】
以下に３つの解決策を１つずつ説明する。
【００５８】
第１の解決策は、最も単純で最も費用がかからないという利点があるが、２５ｋｍ／ｈより上の速度は電動自転車ではそれほど多く使用されないとは言え、このタイプの技術の将来の入手者を抑止する可能性がある。
【００５９】
第２の解決策では、基本的メカニズムに適用する可動部品の追加のために過剰な重量、複雑さ、及び製造コストを必要とする。しかしながら、最終的に得られるメカニズムは、これらの制約にも関わらず有利である。この動作のために、第１のモータのロータと太陽歯車との間のフリーホイールが追加され、太陽歯車がロータより速く回転できるようにされていることに留意されたい。
【００６０】
図１３は、追加の遊星歯車列のオプション（２ａ）を用いた動作を例示する。遊星歯車列ＴＥ２がＴＥ１と同じ側に挿入される。この構成では、実際、ＴＥ１のリング（ボトム・ブラケット）はＴＥ２の遊星ホルダに連結され、ＴＥ１の遊星ホルダ（スプロケット）はＴＥ２の太陽歯車にリンクされる。「補助」モードでは、ＴＥ２のリング２０は空転する。ペダリング・モードがトリガーされると、アクチュエータがＴＥ２のリングをロックし、このとき、太陽歯車ＴＥ１は、停止された（２つの間のフリーホイール）第１のモータより速く回転し、ボトム・ブラケットそれ自体で、ＴＥ２の内部比に依存する固定されたギア比によって出力スプロケットを駆動する。
【００６１】
この解決策は、電動アシスト自転車のユーザによって少ししか使用されないこの単一機能を実現するために、追加の遊星歯車列、（ブレーキ・タイプの）機械的ロック・システム、及び追加のアクチュエータの挿入を必要とする。この構成はまた、製造及び組立てがある程度難しくなり、密閉性の問題も生じやすくなる。最後に、部品の追加により、メカニズムのコスト、重量、及び容積が増大する傾向もある。
【００６２】
第３の解決策では、ボジティブ・ロッキングする歯車が提供される。基本的メカニズムと比べると、上部にスピンドル及び歯車が追加されている。スピンドルは、動力ユニットのフレームに軸受を介して固定される。歯車３ａはスピンドルに固着され、ＴＥ１のリング（ボトム・ブラケット）によって駆動される。第２のホイールは、スピンドルとともに回転するが、軸方向並進については自由である。第１のホイールは、軸受（又はニードル・ケージ）に取り付けられ、したがって、「補助」モードでそのスピンドルから分離される。第２のモータから来る動力は、捩れ歯を有する第２のホイールによってボトム・ブラケットに伝達される。ヘリカル・ギアによって提供された軸推力が、第１のホイールから第２のホイールを遠くに維持する。「純粋ペダリング」モードがトリガーされると、ボトム・ブラケットが第１のモータを駆動し、次いで、捩れ歯の軸推力が第１のホイールに向かって第２のホイールを押し、第１のホイールにロックする。したがって、出力スプロケットは、第１及び第３のホイール上の歯の数の比に特定される減速比でボトム・ブラケットによって直接駆動され続ける。解決策（ａ）と比較すると、この第２のメカニズムの解決策は必要な部品が少なく、したがって軽量である。さらに、これは、新しいアクチュエータを必要としないので、より廉価で複雑でないように思われる。しかしながら、常に組立体の密閉に関するリスクがあり、また解決策は軸方向によりかさばるリスクがある。
【００６３】
動力ユニットは、短絡スピンドルで動作することもできる。係合されると、これら２つの歯車を備えたスピンドルは、実際、ボトム・ブラケットのスピンドル及び出力スプロケットを短絡する。歯車の比が、課される機械的速度を規定する。この選択肢が３つのうち最も単純である。また最も費用がかからないことは間違いない。唯一の難点は係合レバーにある。最後に、追加の部品がメカニズムのコスト、重量、及び容積を増大させる傾向がある。
【００６４】
第３の解決策は、図４〜図７に示された基本システムと比べて補充的な機械部品の追加を必要としない。この技法は、パワーエレクトロニクスに属する。この原理は、第２の牽引モータを発電機として使用し、それにより生成された電気をバリエータ・モータに再注入することからなる。この解決策が機能するためには、第２のモータとボトム・ブラケットの間の機械的連結が可逆的であり、したがって、この２つの間にフリーホイールが設置されないことが必要である。
【００６５】
このシステムの動作は以下のようになる（図１２）。サイクリストの脚から来るエネルギーは二経路を移動する。一部は、ＴＥ１のリングを直接駆動し、他方は、第２のモータ及び第１のモータを介する太陽歯車を駆動する。第２のモータは、実際、減速歯車を介して駆動され、それによって第１のモータに供給する電流を生成する。第２のモータは、このループを通るエネルギー部分を定義し、それにより大域的変換のギア比を定義するために、制動トルクが制御される。制動力の制御、ひいては供給される電力の制御は、モータ電機子における磁界の位相を変えることによって電子的に行われる。この解決策の別の利点は、第１のモータが係合したギア比を維持するのを回避するサイクリストによる追加的努力がある場合バッテリを充電するためにトルクの一部を回復できることである。同様に、（フリーホイールに入る前のギア比を回復するために）第１のモータがその設定速度値を再開するときに高速のフリーホイールにおける動作の後にペダリング運動が再開される場合、ボトム・ブラケットの移動を制動することが可能である。
【００６６】
この解決策の欠点は、第２のエネルギー・ループの低い効率である。その理由は、ブラシレス電気モータは効率が約８５％であり（発電機モードの効率は同じと考えられる）、第２のエネルギー経路の伝達効率が約７２％であるので、大域的な伝達効率が低下するからである。これは、より物理的に「純粋ペダリング・モード」で自転車を使用する。サイクリストが受け取るこの伝達効率を増大し、「従来の」自転車で走る感覚をサイクリストに与える１つの方法は、バッテリから来る小さなエネルギーを供給することである。このように、バッテリ２１は、このタイプの動作で生じるエネルギーの損失を補償する。この結果として、電気エネルギーの損失、したがって範囲の損失があるが、この着想は、速度制限を上回る電動アシスト自転車の使用の割合が考慮に入れられるならば、正当化できる。これに加えて、この着想は、そのメカニズムが、非常に設計上単純であり軽量でコンパクトで且つ製造コストが低いままであるため、非常に有望である。このような理由で、この解決策は最も有利であると判断されている。
【００６７】
この技術の１つの変形形態では、第２のモータを発電機として使用し、それにより生成した電気をバッテリに送り、それに応じてバッテリからバリエータ・モータに供給する。実際、バッテリによる供給は、品質（電圧、レート）がより良く、それにより自転車の動作が改善する。このタイプの方式は上述の着想と同じになるが、別の経路を電気で使用する。とはいえ、このタイプの動作が、駆動装置の認証に関して受け入れられるか確認する必要がある。
【００６８】
第３の解決策の別の大きな利点は、第２の解決策の３つの変形形態では最小及び最大の伝達比のみを可能にするのに対し、バッテリの故障又は完全な放電の場合でも「純粋ペダリング・モード」でいくつかのギア比で走行することが可能なことである。
【００６９】
ここで、本発明による動力ユニットの動作を説明するために、図９、図１０、及び図１１に戻る。各モータは、ホール効果センサを備え、それにより測定された各モータの角速度は制御ユニットに返される。制御ユニットはまた、ステータ電機子を通る電流を測定することによって、負荷トルクの測定値を得るように構成される。したがって、「補助」モードでは、制御ユニットが、２つのモータについてのトルク及び角速度に関する情報をいつも利用可能であり、これは、かなりの利点を構成する。その理由は、太陽歯車の速度（第１のモータの速度）、及び遊星歯車列のリングの速度（第２のモータの速度）を知ることにより、出力スプロケットの速度が、上記に開示し以下に繰り返す式によって計算されるからである。次に、太陽歯車（第１のモータ）のトルクについての知識からだけで、リング（ボトム・ブラケット）のトルク、及び遊星ホルダ（出力スプロケット）のトルクが、下記の第２の式によって容易に導かれる。
【００７０】
【数１０】
2015514635.tif 000013
【００７１】
【数１１】
2015514635.tif 000014
【００７２】
したがって、以下の式によって、ＣＨｏｍｍｅとして示される、サイクリストによってペダルに適用されるトルクに関する情報を有することができる。
【００７３】
【数１２】
2015514635.tif 000015
【００７４】
これにより、制御ユニットは調整ループによって第１のモータのトルクを調整する。
【００７５】
したがって、サイクリストのトルクに関する情報は、２つのモータによって供給されるトルクの測定によって回収される。最後の情報は、動力ユニットの制御に必要であり、前輪又は後輪に設置された速度センサによって供給される。これは、後輪の速度は、自転車が「フリーホイール中」と言われる場合にホイール・ピニオンの速度と異なり得るからである。次いで、補助がトリガーされ得るかどうかを知るために自転車の正確な速度を知る必要がある。
【００７６】
第１のモータの主要な役割は、上述のように、必要とされる伝達率を提供することである。したがって、第１のモータは設定速度点に従うように調整される。実際、この設定点は、係数「ａ」を第２のモータの減速比で除算してから、第２のモータが備えるホール効果センサの速度測定値によって乗算したものである。
【００７７】
【数１３】
2015514635.tif 000016
【００７８】
駆動装置が「自動」モードであるかそれとも「手動」モードであるかに応じて、係数「ａ」は制御ユニット又はサイクリスト自身によって規定される。これらの速度を管理する２つの方法について以下に開示する。
【００７９】
第２の牽引モータは、必要とされる補助レベル「ＮｉｖＡｓｓｉｓｔ」を満たすために、不足している出力を提供する。したがって、このモータは、特に、低いギア比で動作し（この動作のために第１のモータはホイールにほとんど出力を与えない）、その出力は、乗算係数「ａ」が増大するに従って減衰する。なお、補助レベルは、供給される電力と、駆動装置の出力スプロケットに対する全動力との比として定義される。補助モードでは、以下の式によって特徴が示される。
【００８０】
【数１４】
2015514635.tif 000017
【００８１】
速度−乗算係数「ａ」は、サイクリストによって選択されるか、又は自動ギアチェンジ・アルゴリズムによって計算される。Ｒ、及びＲSECOND  MOTORは、ギアに特有の固定された寸法値である。ＣＭＶは、制御ユニットによって測定することができる（強度の測定）。必要とされる補助レベルを得るためには、第１のモータのトルクを制御すれば十分である。したがって、牽引モータは、以下の設定トルク値に従うように調整される。
【００８２】
【数１５】
2015514635.tif 000018
【００８３】
したがって、制御ユニットは、第２のモータのトルクを調整する調整ループ（図１１）を組み込む必要がある。第１のモータの設定トルク値は、正又は負であり得ることに留意されたい。これが負である場合、第１のモータは、発電機モードで動作し、それによりバッテリを充電する。
【００８４】
先に述べたように、ギア比の変更は乗算係数「ａ」の制御を介して行われる。ａの最小値はゼロであり、これは、ボトム・ブラケット・シェルに太陽歯車を連結するフリーホイールがロックされたときの第１の機械的ギア比に対応する。係数ａを増大することにより、ボトム・ブラケットから見たステップダウンが増大する。これは、グラフで見ることもでき（図１４）、実際、係数ａは、第１のモータの角速度の傾きである。
【００８５】
ωＭＶ＝ａ・ωｐｅｄ
【００８６】
技術的に言えば、動力ユニットは、自転車のハンドルバーに固定された、２つの電子ボタンから構成される小さな電子ボックスを備え、電線を介して（又は随意に無線技術によって）制御ユニットからの情報を返す。２つのボタンのうちの１つは速度を増加させ、他方は減少させる役割をする。したがって、駆動システムは、逐次式電子ボックスとして機能する。いくつかの離散的な比が、それぞれ係数ａの値に対応して、駆動装置を管理するコンピュータに組み込まれる。「＋」ボタンを押すことにより、制御ユニットは、「ａ」のある値を後続のより高い値に変更する。「−」ボタンを押すことにより、制御ユニットは、より低い「ａ」の値に移る。この動作は、図１５に提示される実例により示される。駆動装置は、５つの離散的な比を含む。第１の速度は、ａ＝０に対応し、第５の速度は、たとえば、最大比又はａ＝２に対応する。しかしながら、これらの数字は、最終的な大きさを表していない。中間的な比は、たとえば、ａ＝０．４、ａ＝１、及びａ＝１．５である。この場合、速度の構成はこのように表される。インデックスＭは、比が「機械的」であることを表し、インデックスＥは、比が電気的であることを表す。
【００８７】
サイクリストが休止から開始し、２５ｋｍ／ｈの速度へ加速を始める場合、サイクリストは最後まで連続的に比を変更することになる。いくつかの比を経ながら、サイクリストは制御ユニット内のａの値を増大する。
【００８８】
この手動バージョンの利点は、高品質の比変更を提供しながら、変速機付き自転車のように、サイクリストが望むようにこれらの比を適合させる可能性を、サイクリストに与えることである。これは、このシステムにより、ギアチェンジが、トルク下で移動中に（ダブルクリック、トリプルクリック）、また静止中にも行うことができるからである。加えて、ここでは、速度の制御が機械的でなく電子的であるので、指示の遂行がより容易にされ、システムの頑健性が高い。（再）作製、損耗、故障（金属ケーブルの断線）のリスクに何ら合致しない。要するに、ギアの使用の容易さに関して多大な利点がある。
【００８９】
自動ギアチェンジを有するバージョンでは、制御ユニットに送られる係数「ａ」の値を決めるのはもはやサイクリストではない。ここでは、係数「ａ」は、いくつかのパラメータに従って制御ユニット自体によって計算される。そして、比変更のマッピング（ｃａｒｔｏｇｒａｐｈｙ）が（自動車の自動ボックスの制御と同様に）制御ユニットに導入される。このマッピングは、２つのパラメータ、すなわち自転車の速度及びボトム・ブラケット上のトルクに従って適用される「ａ」の値を与える。図１６に、マッピングが実例として与えられている。図１６の図は、濃い黒で「上昇」原理、薄い黒で「後退」原理の実例を示し、それは３段変速ギアボックスのギアのアップ及びダウン（並びに係数「ａ」の）箇所を示す。
【００９０】
自動バージョンでは、「ＣＶＴ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」とも称される無段変速機構を得るため、使用可能な比の個数を際限なく増大できる。これは、有限個の離散的な比を持つ代わりに駆動装置は乗算係数「ａ」を連続的に変更することを意味する。図１７にそのグラフ表示がある。自動バージョンの利点は、速度制御ボックスがもはや必要でないため、導入されるシステムが非常に単純なことである。また、これにより、ハンドルバー上のスペースが解放され、自転車がより純粋なスタイルにされる。このタイプの制御は、高い走行快適性を要求する人々により適している。
【００９１】
ここで、通常モード（「補助」モード）で第１のバリエータ・モータ５及び第２の牽引モータ４を制御する方法について説明する。図１８は、サイクリストが移動している地形に従って提供される補助を示す。発進は、静止状態からの自転車の始動を表す。ボトム・ブラケットの速度が特定の閾値に達するとすぐに補助がトリガーされる。この段階で、ボトム・ブラケットに対するトルクに関する情報が前述の式を介して利用可能である。そして、制御ユニットは、第２のモータに適用される設定トルク値を計算するように構成され、それにより、第２のモータが始動する。最小ギア比では、第１のモータは出力を落とされ、他のすべての比では動作している。ここで、２つのモータは、先に説明したように調整される。
【００９２】
補助が反応しやすくするため、好ましくは、制御ユニットが、短い応答時間で第１のモータから速度情報を受け取ることが必要である。このため、角度センサの分解能が細かいことが好ましい。これに関しては、ペダルと第２のモータが約２０の比を有するギアボックスにより分離されているので何ら問題がないはずであり、それは、ボトム・ブラケットがわずか２０分の１の回転をしたときに第２のモータが１回転することを意味する。第２のモータの１回転あたりでホール効果センサの状態の３回の変更がカウントされる場合、ボトム・ブラケット上で６度の分解能が与えられ、それで十分なはずである。
【００９３】
しかしながら、開始時の電気的補助の反応が過度に遅い場合、その解決策は、第１のモータが出力を落とされたときに太陽歯車をロックするように機能するフリーホイールを修正することからなる。このフリーホイールはボトム・ブラケット・シェルのフレームにおいて（１又は２度で）自由に回転し、ばね付きスイッチがこの隙間に挿入される。サイクリストがペダルを押してその自転車を移動させるとき、太陽歯車は反対方向に回転しようとする傾向を有し、またスイッチを押し付け、これにより、第１のモータ及び第２のモータの動作が開始する。
【００９４】
ギアチェンジが手動又は自動であるかを問わず、係数「ａ」が変化するとすぐに、第１のモータのセット値がそれにより修正され、第１のモータがその速度を変更する。  線形で滑らかなギアチェンジを達成するために、手動モードは加速／減速ランプを課することができる。電動アシスト自転車の大多数と同様に、動力ユニットには、ブレーキ・ハンドルに取り付けられたスイッチが伴う。制御ユニットは制動情報を受け取るとすぐに、２つの電気モータをオフに切り替える。
【００９５】
測定されたサイクリストのトルクが特定の閾値を下回るとき、第２のモータがオフに切り替えられる。第１のモータは乗算係数「ａ」を介してペダリング速度と関連付けられているため、第１のモータがその速度を低下させる。サイクリストが逆方向にペダリングして、自転車のリア・ピニオンのフリーホイールを動作させる場合、第１のモータがオフに切り替えられる。
【００９６】
サイクリストがペダルに労力をかけるのを再開する前に遊星歯車列のすべての部品が停止されるので、開始時とまったく同様にすべてが再開される。ベルト（又はチェーン）は、（従来の自転車と同様に）リア・ピニオンに配置されたフリーホイールのせいで回転しない。ボトム・ブラケットの速度測定値が取得されるとすぐに、トリガーされたギア比により与えられた設定速度値を受けて（ギア比が最小のものと異なる場合に）第１のモータが始動する。第２のモータの調整ループも再び活動化される。
【００９７】
純粋ペダリングは、バッテリが放電されたか又は故障した状況で実施され得る。この場合、サイクリストは単純にペダリングによってその自転車を動かす。サイクリストの自転車は、まず初めに、第１の機械的ギア比にある（太陽歯車のフリーホイールがフレームに対してロックされる）その後の比は、手動又は自動で変更される。第１のモータの設定速度値に従うように第１のモータに供給するために必要なエネルギーは、第２のモータによって得られ、したがって第２のモータは発電機モードで動作する。その制動トルクは、指示の切替えの位相によって制御される。
【００９８】
「補助」モードでサイクリストが速度制限に近づくと、まず、駆動装置がその補助レベルを徐々に低下させて、自転車がその限界にちょうど達するときにゼロになるようにする。この時点から、バッテリが「第２のモータ発電機」動作において失われた電力以下の電力を部分的に第１のモータに供給できることを別として、「純粋ペダリング」での動作と同様のあらゆることが生じる。バッテリが依然として充電され、ちょうどこの場合に駆動装置の動作によって生じる損失を補償することが可能である。このようにして、サイクリストにより供給されたすべてのエネルギーが（もちろん変速機構で発生した摩擦を除いて）道路へ伝わる。
【００９９】
図１９は、本発明による別の実施例の動力ユニットを示す。この実施例では、動力ユニットのすべての構成要素が、自転車フレームと独立した密封ハウジング１０１内に位置する。ハウジング１０１は、互いに連結された３つの部分、すなわち、右側ケーシング１０２’、左側ケーシング１０２”、及びカバー１０３からなる。ケーシング１０１は、たとえば取付けねじで形成された、取付け具によって自転車フレームに固定される。必要に応じて、ハウジングを自転車フレームに固定するように、自転車フレームが適合又は設計される。ハウジング１０１は、中央にボトム・ブラケット・スピンドル１１１を含み、さらに、２つの電気モータ１０４及び１０５、並びに電子制御回路１０６を含む。
【０１００】
第１のモータ１０５は、ロータ１１９と同軸に取り付けられたステータ１２０を備える。巻回されたステータ１２０は、右側ケーシング１０２’に固定される。第１のモータは、遊星歯車列１２４の一部分を形成する太陽歯車１１３に連結される。遊星歯車列は、３つの独立した部品、すなわち、太陽歯車１１３、遊星ホルダ１１４、及びリング１１２から構成される。遊星歯車は、第１のモータ１０５のロータ１１９と一体的に取り付けられることが好ましい。遊星歯車列はまた、１組の二重遊星１１５を備える。各二重遊星１１５は、互いに固定され、好ましくはサイズが異なる２つの歯車からなる。最も小さい歯車は「小さな遊星」１１６’と称され、最も大きい歯車は「大きな遊星」１１６”と呼ばれる。３つの二重遊星１１５があることが好ましく、その理由は、これにより可動部品と遊星歯車列の重さとの間の良好なバランスがもたらされるからである。各二重遊星１１５は、１つ又は２つの軸受によって遊星スピンドル１１７に取り付けられる。遊星スピンドル１１７は、両端で固定され、一方の側で遊星ホルダ１１４に、他方の側で遊星ホルダ１１４’の補強プレートに固定されることが好ましい。太陽歯車は、遊星ホルダ１１４の回転速度を増大するために大きな遊星１１６”に噛み合っている。これは、遊星ホルダ１１４の回転速度が、リング１１２及び太陽歯車１１３の回転速度と線形関係であるためである。出力スプロケット１２３は遊星ホルダ１１４に固着される。中空スピンドル１２３’は、ボトム・ブラケット・スピンドル１１１の周りに同軸に取り付けられており、左側に位置する遊星ホルダ１１４から来るトルクをハウジング１０１の右側に位置する出力スプロケットへ伝達する。出力スプロケット１２３は、その上にチェーン又はノッチ付きベルトを取り付けるために使用され、チェーン又はノッチ付きベルトは、自転車の後輪のピニオンを駆動するように作用する。遊星１１６’は、遊星歯車列の一部分をそれら自体が形成するリング１１２上の内歯１１２’と噛み合う。外歯１１２”は、リング１１２と一体化され、第２のモータ１０４と噛み合い、第２のモータ１０４には、この目的で駆動ピニオン１０７が設けられている。駆動ピニオン１０７とリングの間の変速機構は、左側ケーシング１０２”によって密閉される。ボトム・ブラケット・スピンドル１１１は、たとえば、図示されない溝によって、遊星歯車列のリング１１２に固着される。当然、ボトム・ブラケット・スピンドル及びリングを固着するために、回転に対してロックをする他のシステムが設けられてもよい。
【０１０１】
第１のモータ１０５のロータ１１９は、右側ケーシング１０２’に収容された１つ又は複数の軸受によってガイドされる。ボトム・ブラケット・スピンドル１１１は遊星歯車列を貫通し、出力スピンドルが２つの軸受によって支持される。右側で、軸受は出力スピンドル１２３’に連結される。左側で、軸受はハウジング１０１に収容される。出力スピンドル１２３’及び遊星ホルダ１１４は、２つの軸受によってガイドされる堅固な組立体を形成するように組み立てられる。右側で、軸受はハウジング１０１に収容される。左側で、軸受は、フリーホイール１１８を備え、ボトム・ブラケット・スピンドル１１１に連結されて、ボトム・ブラケット・スピンドル１１１よりも遅く遊星ホルダ１１４が回転することを防止する。フリーホイール１１８は、第１のモータ１０５が供給を受けない場合、ボトム・ブラケット・スピンドルと同じ速度で第１のモータ１０５のロータ１１９を回転させる。したがって、遊星歯車列の２つの入力は、同じ速度で回転し、（遊星歯車列の運動方程式により）この同じ速度で出力スプロケットを回転させる。この構成により、第１のモータ１０６が過負荷である場合又は制御システムが故障した場合に、トルクの伝達を維持することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１９】
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【図３】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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