(57)【要約】ホイールアセンブリ内のハブに取り付けられたモータを有するホイールアセンブリにおいて、モータが所定の量の電力を受付ると、モータからホイールアセンブリへ動力を供給し、ホイールアセンブリは車軸の周囲を回転する。バッテリーシステムは、モータへ動力供給するように構成される。、バッテリーシステムは、ホイールアセンブリと共に回転するように、配置される。ホイールアセンブリ内のセンサーシステムにより、アセンブリの配置方向の速度および角度に関連するデータが制御システムへ送信される。負荷伝送クイックリリース機構も開示される。この負荷伝送クイックリリース機構により、ホイールアセンブリが車両ホイール取付フレーム部材へ接続される。その較正方法が提供される。【選択図】図7
2015509466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイールアセンブリ内の車軸へ取り付けられたモータと、
前記ホイールアセンブリ内のバッテリーシステムであって、前記モータへ電力を送り込むように構成された前記バッテリーシステムと、
前記ホイールアセンブリ内のセンサーシステムであって、前記ホイールアセンブリの配置方向の速度および角度に関するデータを送信する、センサーシステムと、
前記ホイールアセンブリの配置方向の速度および角度に関するデータを前記センサーシステムから受信する制御機構であって、前記バッテリーシステムから前記モータへ送り込む電力の量を指示する少なくとも１つの入力信号を有する制御機構と、
を備えるホイールアセンブリ。
【請求項２】
前記制御機構は、前記ホイールアセンブリの外部に配置される、請求項１のホイールアセンブリ。
【請求項３】
前記制御機構の出力は、前記モータへ送り込まれる電力の量を制御するように、ユーザによって調節される、請求項２のホイールアセンブリ。
【請求項４】
電動モータホイールアセンブリを車両ホイール取付フレーム部材へ取り付けるための負荷伝送クイックリリース機構であって、
前記ホイールアセンブリの回転軸となる中央シャフトと、
前記ホイールアセンブリを固定するための第１の位置と、前記ホイールアセンブリを前記車両ホイール取付フレーム部材から取り外すための第２の位置との間の移動が可能なように、前記中央シャフトの端部へ旋回可能に接続されたレバーアームと、
エンドナットと前記レバーアームとの間の距離の調節と、前記ホイールアセンブリの前記車両ホイール取付フレーム部材への固定のために、前記レバーアームの対極側にあり、前記中央シャフトの対極側端部に動作可能に接続されたエンドナットと、
前記中央シャフトと同軸を共有するモータシャフトと、
前記モータシャフトの第１の端部へ接続されかつ前記モータシャフトに対し実質的に垂直な負荷負荷伝送部材と、
前記負荷伝送部材へ旋回可能に接続されたストップアームと、
前記負荷伝送部材へ接続された調節機構であって、前記ストップアームの角度を調節し、前記ストップアームおよび前記負荷伝送部材が、前記モータによって生成されたトルクを前記車両ホイール取付フレーム部材の非軸部分へ直接伝送するように、動作する、調節機構と、
を備える負荷転送クイックリリース機構。
【請求項５】
前記モータシャフトは、前記車両ホイール取付フレーム部材へ接続される、請求項４のクイックリリース機構。
【請求項６】
前記負荷伝送部材へ強固に接続されたレベル指示器をさらに備える、請求項４のクイックリリース機構。
【請求項７】
所定のモータシャフト端部ジオメトリをさらに備え、前記負荷伝送部材は、前記モータシャフト端部ジオメトリによって、１つの配置角度のみに対し前記モータシャフト上へスライド可能に挿入可能となる、請求項４のクイックリリース機構。
【請求項８】
前記負荷伝送部材は、第１の部材および第２の部材を有し、前記第１の部材は、前記モータシャフトへ接続することが可能であり、前記第２の部材は、前記ストップアームを支持することが可能である、請求項４のクイックリリース機構。
【請求項９】
前記ストップアームへ動作可能に接続されたバネと、前記ストップアームおよび前記調節機構の接触を維持するための負荷伝送部材とをさらに備える、請求項４のクイックリリース機構。
【請求項１０】
前記ストップアームは、ホイール回転軸から半径方向間隔において前記車両ホイール取付フレーム部材と接触する、請求項４のクイックリリース機構。
【請求項１１】
前記負荷伝送部材の第１の部材および第２の部材のうち少なくとも１つに接続されたレベルをさらに備える、請求項４のクイックリリース機構。
【請求項１２】
前記レバーアームは、前記エンドナットと前記レバーアームとの間の距離を調節するように動作することができる、請求項４のクイックリリース機構。
【請求項１３】
クイックリリース機構を較正する方法であって、
ホイールアセンブリを車両ホイール取付フレーム部材上に取り付けるステップと、
クイックリリース機構の中央シャフトを前記ホイールアセンブリのモータシャフトを介して挿入するステップと、
前記クイックリリース機構のレバーアームを前記中央シャフトの端部上に取り付けるステップと、
前記クイックリリース機構の負荷伝送部材およびストップアームを前記モータシャフト上に取り付けるステップと、
前記クイックリリース機構の調節機能を最低位置へ移動させるステップと、
前記ストップアームが前記車両ホイール取付フレーム部材の非軸部分と接触するまで、前記ホイールアセンブリの軸の周囲において前記クイックリリース機構を回転させるステップと、
前記中央シャフト上にエンドナットを取り付けるステップと、
前記車両ホイール取付フレーム部材上への前記ホイールアセンブリの最適なな位置に固定されるように、前記エンドナットを交互に調節し、前記レバーを解放位置から固定位置へ移動させるステップと、
レベル指示器が水平を指すまで、前記レバーアームを解放位置へ移動させ、前記調節機能を動作させるステップと、
前記レバーアームを固定位置へ移動させるステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
ホイールアセンブリ制御アルゴリズムのための初期傾斜をゼロに設定するステップを含む、請求項１３の較正方法。
【請求項１５】
電気モータホイールアセンブリを車両ホイール取付フレーム部材へ取り付けるための負荷伝送クイックリリース機構であって、
前記ホイールアセンブリの回転を可能にする手段と、
前記ホイールアセンブリを前記車両ホイール取付フレーム部材へ固定する手段と、
前記固定手段の一端に実質的に垂直に接続される負荷伝送手段と、
前記負荷伝送手段からのトルクを伝送する手段であって、前記負荷伝送手段へ旋回可能に接続されるトルク伝送手段手段と、
前記トルク転送手段の一端が前記車両ホイール取付フレーム部材の非軸部分と接触するように、前記トルク転送手段の位置および角度のうち少なくとも１つを調節する手段と、
を備える負荷伝送クイックリリース機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権および関連出願
本出願は、２０１２年１２月３日出願された、同じ発明の名称を有する、同時係属中である米国特許出願第１３／４１５、８２９に基づき優先権を主張するものであり、同出願は、部分継続出願であり、１２／９８９，４０８号（出願日：２０１０年１０月２２日）に基づき優先権を主張する。１２／９８９，４０８号は、ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２３４２４号（出願日：２０１０年２月６日）に基づき優先権を主張する。ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２３４２４号は、米国特許出願第６１／２０６，９０９号（出願日：２００９年２月６日）に基づき優先権を主張する。本出願は、これらの全部の内容が参照によって本明細書中に組み込まれる。
【発明の分野】
【０００２】
本発明は、ハイブリッド自転車に関し、より具体的には、従来の自転車をハイブリッド自転車に変換するための特殊な接続装置の利用による従来の自転車の改造に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在、多数の電動自転車とハイブリッド自転車が市販されている。本発明において用いられる「ハイブリッド」とは、複式の動力源を用いて動力を供給される自転車または車両を指す。本発明において用いられる「ハイブリッド自転車」とは、電気的動力源に加えて少なくとも１つの他の動電源を有する自転車を指す。
【０００４】
現在、従来の人力で動力を得る自転車を改造して、電気動力式またはハイブリッド動力式自転車へ変換するためのキットが入手可能となっている。これらのキットは、従来のホイールを電動ホイールへ変換する部品、または電動ホイールを提供するのが一般的である。現在入手可能なキットには、自転車の多様な部品全体にわたってハードウェアが分配されている。
【０００５】
従来の自転車を電気自転車またはハイブリッド自転車に改造するための現在入手可能なキットのあるタイプでは、ユーザが、バッテリーを自転車フレーム上のいずれかに設置した後、モータへの電力をユーザが制御可能なある種のコントローラをハンドルバー上に取り付ける必要がある。これらのキットを組み立てる作業は時間がかかり、また、顧客の中には、必要な作業時間、技術的専門知識、および組み立てを完了するために必要な器具に起因して、作業を断念する場合がある。
【０００６】
よって、重要なユーザの組み立て部品が不要で、または自転車の多様な範囲に分配される多数の部品がなく、従来の自転車を改造してハイブリッドまたは電気自転車を得ることが可能なアセンブリが必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書中に記載される実施形態において、電気自転車ホイールの設計と、電気自転車ホイールを制御するために用いられるアルゴリズムとについて記述する。
【０００８】
他の実施形態において、ユーザ入力の必要なく電気自転車またはハイブリッド自転車への電力制御を行うためのアルゴリズムと、電気ホイール内のセンサーの組合せを開示する。
【０００９】
さらなる実施形態において、ユーザがモータへの電力の制御を外部制御機構を通じて行う電気ホイールを開示する。
【００１０】
本明細書中に記載される別のさらなる実施形態において、フロントホイールアセンブリに全てのハードウェア構成部品が組み込まれた電気自転車ホイールについて記述する。
【００１１】
本明細書中に記載される他の実施形態において、自転車の電動力を制御するための加速度計を用いた電気自転車ホイールについて記載する。
【００１２】
さらに他の実施形態において詳述されるホイールは単一のアセンブリであり、自転車を改造してハイブリッド自転車を得るために、用いることができる。
【００１３】
別の実施形態によって説明される電気フロントホイールアセンブリは、クイックリリース軸を有する従来の自転車に対し器具を用いること無く、従来の自転車を改造してハイブリッド自転車を得るために必要な全てのハードウェアを備える。
【００１４】
さらに他の実施形態において、電気フロントホイールアセンブリのためのクイックリリースシステムを用いて、ユーザがアルゴリズムの傾斜をゼロへ手動設定することを可能にする方法が開示される。
【００１５】
多様な例示的実施形態の一態様において、ホイールアセンブリは、ホイールアセンブリ内の車軸へ取り付けられたモータと、ホイールアセンブリ内にあって、モータへ電力を送り込むように構成されるバッテリーシステムと、ホイールアセンブリ内にあって、ホイールアセンブリの配置方向の速度および角度に関するデータを送信するセンサーシステムと、ホイールアセンブリの配置方向の速度および角度に関するデータをセンサーシステムから受信して、バッテリーシステムからモータへ送り込む電力の量を指示する、少なくとも１つの入力信号を有する制御機構と、を備える。
【００１６】
多様な例示的実施形態の一態様において、電気モータホイールアセンブリを車両ホイール取付フレーム部材へ取り付けるための負荷伝送クイックリリース機構は、ホイールアセンブリの回転軸となる中央シャフトと、ホイールアセンブリを固定するための第１の位置とホイールアセンブリを車両ホイール取付フレーム部材から取り外すための第２の位置との間の移動を可能にするように、中央シャフトの端部へ旋回可能に接続されたレバーアームと、レバーアームの対極にある中央シャフトの対極側端部に動作可能に接続されたエンドナットであって、エンドナットとレバーアームとの間の距離を調節し、ホイールアセンブリを車両ホイール取付フレーム部材へ固定するエンドナットと、中央シャフトと同軸を共有するモータシャフトと、モータシャフトの第１の端部へ接続されかつモータシャフトに対し実質的に垂直な負荷伝送部材と、負荷伝送部材へ旋回可能に接続されたストップアームと、負荷伝送部材へ接続された調節機構であって、ストップアームの角度を調節し、ストップアームおよび負荷伝送部材がモータによって生成されたトルクを車両ホイール取付フレーム部材の非軸部分へ直接伝送するように動作するための調節機構と、を備える。
【００１７】
多様な例示的実施形態の一態様において、クイックリリース機構を較正する方法は、ホイールアセンブリを車両ホイール取付フレーム部材上に取り付けるステップと、クイックリリース機構の中央シャフトをホイールアセンブリのモータシャフトを介して挿入するステップと、クイックリリース機構のレバーアームを中央シャフトの端部上に取り付けるステップと、クイックリリース機構の負荷伝送部材およびストップアームをモータシャフト上に取り付けるステップと、クイックリリース機構の調節機能を最低位置へ移動させるステップと、ストップアームが車両ホイール取付フレーム部材の非軸部分と接触するまで、クイックリリース機構をホイールアセンブリの軸の周囲において回転させるステップと、中央シャフト上にエンドナットを取り付けるステップと、エンドナットを交互に調節するステップと、車両ホイール取付フレーム部材上へのホイールアセンブリの最適な位置に固定されるように、レバーを解放位置から固定位置へ移動させるステップと、レバーアームを解放位置へ移動させるステップと、レベル指示器が水平を指すまで調節機能を動作させるステップと、レバーアームを固定位置へ移動させるステップと、を含む。
【００１８】
多様な例示的実施形態の一態様において、電気モータホイールアセンブリを車両ホイール取付フレーム部材へ取り付けるための負荷伝送クイックリリース機構は、ホイールアセンブリの回転を可能にする手段と、ホイールアセンブリを車両ホイール取付フレーム部材へ固定する手段と、固定手段の一端へ実質的に垂直に接続される負荷伝送手段と、負荷伝送手段からのトルクを伝送する手段であって、負荷伝送手段へ旋回可能に接続されるトルク伝送手段と、トルク伝送手段の一端が車両ホイール取付フレーム部材の非軸部分と接触するように、トルク伝送手段の位置および角度のうち少なくとも１つを調節する手段と、を備える。
【００１９】
さらなる実施形態により説明される負荷伝送クイックリリース機構のためのクイックリリースシステムにより、過大応力および金属疲労に起因する車軸の金属破壊が回避される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
以下の図面を参照することにより、多様な実施形態がより詳細に理解され得る。当業者であれば、以下に示す図面は例示目的のためのものに過ぎず、本明細書に記載の範囲をいかようにも限定しないことを理解すると推測する。よって、本明細書中に提示される実施形態に加えて、または本明細書中に提示される実施形態の代わりに他の実施形態を用いることが、本開示の意図および範囲から逸脱することなく可能である。異なる図面中において同一の参照符号が記載されている場合、同一または類似の部品またはステップを指すことが意図される。
【００２１】
【図１】図１は、電気自転車ホイールの実施形態の切り取り内部の斜視図である。
【００２２】
【図２】図２は、ホイールモータへ付加される出力電圧の決定のための機能ブロック図である。
【００２３】
【図３】図３は、図１に示す電気自転車ホイールの動作のフローチャートである。
【００２４】
【図４】図４は、図１中の電気自転車ホイールの速度の算出のためのフローチャートである。
【００２５】
【図５】図５は、図１に示す電気自転車ホイールの角度の算出のためのフローチャートである。
【００２６】
【図６】図６は、電気自転車ホイール上に取り付けられた電気自転車ホイール接続機構の例示的実施形態である。
【００２７】
【図７】図７は、例示的実施形態の電気自転車ホイール接続機構の斜視図である。
【００２８】
【図８】図８は、例示的実施形態の電気自転車ホイール接続機構の分解図である。
【００２９】
【図９】図９は、例示的実施形態の電気自転車ホイール接続機構の正面平面図である。
【００３０】
【図１０】図１０は、例示的実施形態の電気自転車ホイール接続機構左側平面図である。
【００３１】
【図１１】図１１Ａは、電気自転車ホイール接続機構の負荷伝送部材の例示的実施形態の斜視図である。
【００３２】
図１１Bは、電気自転車ホイールのモータシャフトの例示的実施形態の斜視図である。
【００３３】
【図１２】図１２は、自転車フレーム上に取り付けられた例示的実施形態の電気自転車ホイール接続機構の左側平面図である。
【００３４】
【図１３】図１３は、アルゴリズムの初期傾斜を手動でゼロに設定するためのフローチャートである。
【００３５】
【図１４】図１４は、例示的実施形態の電気自転車ホイール接続機構の斜視図である。
【００３６】
【図１５】図１５は、例示的実施形態の電気自転車ホイール接続機構の左側平面図である。
【発明の詳細な説明】
【００３７】
図１は、自転車フロントホイールアセンブリ１０の実施形態を示す。自転車フロントホイールアセンブリ１０は、ホイールアセンブリ１０内に設置された部品のみを用いて動力を供給する。ホイールアセンブリ１０は、中央車軸８の周囲に取り付けられたモータ１２によって動力供給される。ホイールアセンブリは、タイヤ４およびカバー２を有する。カバー２は、ホイールアセンブリ１０の両側に存在するが、側面から除去することにより、ホイールアセンブリの内部の視認が可能になる。
【００３８】
ホイールアセンブリ１０は、車軸８の周囲を回転する。モータアセンブリ１２としてホイールアセンブリ１０内において用いることが可能なモータの一例として、２４ボルトの２５０ワットのモータ（製造元：Ｊｉａ−Ｙｕ）がある。
【００３９】
本実施形態において、制御機構をホイールアセンブリ１０の外部に設けることにより、ユーザ指示によってホイールアセンブリ１０から電力が供給され、または電力を増加させることが可能となる。ユーザは、制御機構を介して、モータ１２への給電を命令する。
【００４０】
別の実施形態において、ユーザ制御機構は存在せず、ホイールアセンブリは、ユーザ制御または入力無しに動作するための十分な情報を備える。電気ホイールアセンブリ１０は、ユーザ入力が不要となるよう、十分な情報と共に設計される。よって、ハンドルバーまたは自転車上のいずれの場所においても、ユーザ制御機構は不要となる。ホイールアセンブリ１０内の電子機器により、電気モータへ供給すべき電力量が決定される。
【００４１】
ユーザ入力または制御が不要である実施形態において、ホイールアセンブリ１０内のアルゴリズムおよびセンサーの組合せによって、モータ１２へ付加される電圧が制御される。
【００４２】
別の実施形態において、従来の自転車フロントホイールの代わりにホイールアセンブリ１０が用いられる。ホイールアセンブリ１０は、スマート電気ホイール設計であり、ホイールアセンブリ１０を備えた従来の自転車の改造を簡単な作業とする。本実施形態において、スマート電気ホイールアセンブリ１０は、自転車を駆動するための電力を供給するために必要な全てのハードウェアを備える。ホイールアセンブリ１０内には、バッテリー、コントローラ、内部に組み込まれたケーブルが保持される。従来の自転車のフロントホイールをホイールアセンブリ１０と交換するだけで、使用時にホイールアセンブリを所定位置に配置することができる。よって、ホイールアセンブリ１０によって改造された従来の自転車は、従来の方式で供給される動力方式と、ホイールアセンブリ１０をによって供給される電動力とを併せ持つハイブリット自転車となる。
【００４３】
実施形態において、電動車輪アセンブリ１０は、複数の種類のセンサーを備えることができる。これらの種類のセンサーを挙げると、加速度計、モータ１２の内部で、またはモータ１２と関連付けられ、モータ１２の地面に対する角度位置を測定する符号器、１または１以上のスポーク２４中の歪みゲージがある。
【００４４】
モータ１２のための電力は、バッテリーアセンブリ２２によって提供される。バッテリーアセンブリ２２は組立体であり、いくつかのバッテリーとの接続を備える。実施形態において、バッテリーアセンブリは、ホイールアセンブリ１０と共に回転することができる。図１に示すバッテリーアセンブリ２２に含まれるバッテリーは、車軸８の周囲に円周方向に分散配置され、これにより、バッテリーアセンブリ２２がホイールアセンブリ１０と共に回転することが可能になる。コントローラ６は、モータ１２がバッテリーシステム２２から受信すべき電力量について、主要回路基板１６から信号を受信する。バッテリーシステム２２を再充電するために、ＤＣ電力接続（図示せず）が設けられる。
【００４５】
バッテリーアセンブリ２２の実施形態として、２０のＤサイズの充電式バッテリーが用いられる。使用可能な充電式バッテリーの一例として、Ｄサイズの充電式バッテリー（ＮＥＸｃｅｌｌ（登録商標））がある。多数の種類のバッテリーをバッテリーアセンブリ２２内において用いることができ、２０個よりも多数または少数のバッテリーをバッテリーアセンブリ内に設けることが可能である点について言及する。車軸８の周囲の円周方向に分散配置されるバッテリーを備えない、または、ホイールアセンブリ１０と共に回転しない、バッテリー電力を提供するための付加的な組立体が想定される点に言及する。
【００４６】
図１に示すホイールアセンブリ１０において、多様なセンサーを用いても良い。用いることが可能なセンサーの１種として、加速度計１４があり、ホイールアセンブリの動作を示すセンサーデータを提供する。好ましい加速度計１４の一例として、３軸アナログ出力を提供するＦｒｅｅｓｃａｌｅＫＩＴ３３７６ＭＭＡ７３４１Ｌがある。加速度計１４は、スポーク２４のうち１つに取り付けられ、ホイールアセンブリ１０と共に回転する。加速度計１４からのアナログセンサーデータは、主要回路基板１６に入力される。加速度計１４からのアナログセンサーデータは、主要回路基板１６上でデジタルセンサーデータへ変換され得る。加速度計１４がホイールアセンブリ１０と共に回転しているが、加速度計がホイールアセンブリ１０と共に回転せず、代わりに車軸８に相対する固定位置に保持される実施形態が想定される。
【００４７】
ここではアナログ情報の使用について記述されるが、当業者であれば、所望であれば、本開示の意図および範囲から逸脱することなく、例示的実施形態を容易に改変してデジタル情報を利用することができる点が十分に理解される。
【００４８】
主要回路基板１６に必要な機能を提供できる入手可能な回路基板の一例として、例えばＲＡＢＢＩＴＢＬ４Ｓ２００がある。ＲＡＢＢＩＴＢＬ４Ｓ２００を用いた実施形態において、それに設けられたプロセッサは、加速度計１４からのデジタルセンサーデータに高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行することができる。本実施形態において、このプロセッサは、加速度計１４からのデジタルセンサーデータに対し、数学演算をリアルタイムで行うことができる。ＲＡＢＢＩＴＢＬ４Ｓ２００上のプロセッサは、これらの演算をリアルタイムで行うことができるほど十分に高速である。
【００４９】
他の実施形態において、主要回路基板１６中に保持されるメモリ内のルックアップテーブル（ＬＵＴ）を使用することができる。ＲＡＢＢＩＴＢＬ４Ｓ２００は、ＬＵＴ機能を提供することが可能なフラッシュメモリを備える。加速度計１４からのセンサーデータをＦＦＴによって時間領域から周波数領域へ変換することができ、ＬＵＴ内に配置することができる。このＬＵＴを読み出すことにより、現在ホイールアセンブリ１０が存在している角度を取得することができる。
【００５０】
ホイールアセンブリ１０内において用いることが可能な別のセンサーとして、符号器１８があり、ホイールアセンブリ１０の線形速度に関するデータを提供する機能を担う。符号器１８は回転符号器であっても良く、ホイールアセンブリ１０と共に回転しない１つの部品と、ホイールアセンブリ１０と共に回転する別の部品とを有する。回転しているホイールアセンブリ１０の線形速度を決定するために、ホイールアセンブリ１０と共に回転しない部品に対するホイールアセンブリ１０と共に回転する部品の移動を測定する。このような符号器の一例として、ＡｖａｇｏＨＥＤＳ−９７０１がある。
【００５１】
ＡｖａｇｏＨＥＤＳ−９７０１は、光経路内に配置されたコリメートレンズにより平行ビームに視準された放射光線を放つ発光ダイオード（ＬＥＤ）を備える。ＬＥＤの反対側には、１組の光検出器があり、ＬＥＤから受光した光からデジタル波形を生成する信号処理回路と関連付けられている。本実施形態において、ＬＥＤ、コリメートレンズ、光検出器および信号処理回路はホイールアセンブリ１０と共に回転し、コードホイールは、車軸８との空間関係を固定したまま保持する。
【００５２】
コードホイールは、ＬＥＤと光検出器との間に配置される。コードホイールは、ホイールアセンブリ１０と共に回転しない。そのため、コードホイールがＬＥＤおよび光検出器に相対して移動すると、コードホイール上の空間およびバーのパターンにより、光線が干渉される。フォトダイオードは、パターン状に配置されたこれらの干渉を検出する。光検出器は、一対の光検出器上の明期が隣接する一対の光検出器上の暗期に対応するように、間隔を空けて配置される。フォトダイオードからの出力は、信号処理回路内のコンパレーターへ入力され、チャネルＡおよびＢのための最終出力が生成される。チャネルＡおよびチャネルＢの出力はデジタル信号であり、９０度だけ位相がずれているかまたは直角位相となる。回転しているコードホイールの位相数を数えることにより、ホイールアセンブリ１０の速度が決定される。チャネルＡおよびＢの出力を示すこれらの信号は、主要回路基板１６へ入力される。以下にさらに詳述するように、チャネルＡおよびＢからの出力は、ＬＵＴ内に配置され得る。他の実施形態において、主要回路基板１６上のＬＵＴを用いることなくチャネルＡおよびＢの出力を数学的演算に直接的に利用することや、チャネルＡおよびＢの出力を主要回路基板１６上のメモリに配置してそれらを直接的に利用することも可能である。
【００５３】
上記した回転符号器は、１つの特定の種類の回転符号器の一例であり、当業者であれば、他の回転符号器も利用可能であることを容易に理解する。さらに、ホイールアセンブリ１０を用いた自転車の速度を決定するために、回転符号器以外の他の種類の符号器を用いてよい。
【００５４】
一の実施形態において、センサーは、符号器および加速度計とによって構成される。
【００５５】
加速度計１４は、加速度計１４がホイールアセンブリ１０と共に回転して加速度強度を測定するような位置に設置され得る。加速度の値は、符号器１８の読み取りと共に電子機器によって読み取られる。符号器１８の読み取りは、ホイールの表面が平坦であるときに人為的にゼロに設定することにより、初期化できる。初期化後、電子機器は、符号器位置および加速度計読み取り値を追跡し続ける。実施形態において、符号器１８位置および加速度計１４読み取り値は、主要回路基板１６上のプロセッサにより、速度および位置の演算のためにそれぞれ用いられる。加速度計の位相角度を計算することにより、傾斜の測定値を取得することができる。電子機器は符号器１８の時間単位の位置変化、すなわち自転車の速度の測定値を算出することも可能である。これらの傾斜および速度の２つの値を主要回路基板１６上のプロセッサによってリアルタイムで比較することにより、傾斜による補正および速度に起因する抗力に対する補正を行うためにモータに必要とされる対応する電圧を生成するための情報が得られる。
【００５６】
ルックアップテーブルを用いた他の実施形態において、ホイールアセンブリ１０の動作時に、事前に計算されてルックアップテーブル中に配置されたデータを取り出し、ルックアップテーブル中に含まれる値を比較することができる。その結果によって、傾斜による補正および速度に起因する抗力の補正を行うことで、モータに必要な対応する電圧を生成するための情報が得られる。
【００５７】
上述したように、アルゴリズムにおいて、傾斜がゼロになるよう初期設定することが必要となる。よって、ユーザは、平面上で装置を較正する必要がある。このタイプの実施形態において、自転車が起動して（地面にあると推定され、）初期傾斜が計算および保存されると、初期化以後の回転において計算された位相角度から減算される。または、初期化リセット機構をホイールアセンブリ１０中に組み込むことにより、ユーザが出発点を指示することが可能になる。
【００５８】
実施形態において、アルゴリズムの初期傾斜を手動でゼロに較正するための方法が開示される。しかし、歪みゲージセンサー２８のうち１つを用いることにより、この初期化ステップを省くことができる。
【００５９】
実施形態において、１または１以上の歪みゲージセンサー２８がスポーク２４上に配置される。各スポーク２４上に配置された歪みゲージセンサー２８を使用する実施形態において、タイヤ近傍のスポーク端部が地面に最も近付いた後、歪みゲージセンサー２８からの出力が最大となり、その結果、スポーク２４上の歪量が最大となる。その結果得られる歪みゲージのＦＦＴおよび加速度計ＦＦＴにより、較正することなく無く傾斜が得られる。
【００６０】
単一の歪みゲージセンサー２８を用いた実施形態において、歪みゲージセンサー２８と関連付けられた電子機器は、応力値の重心を算出して、ホイールアセンブリの配置角度を特定することができる。
【００６１】
実施形態において、ホイートストンブリッジ増幅器は、各歪みゲージセンサー２８と対応付けられる。他の実施形態において、複数の歪みゲージセンサー２８により、ホイートストンブリッジ回路によって複数の抵抗値が得られる。
【００６２】
図２は、ホイールアセンブリ１０の本実施形態における機能ブロック図を示す。図２中に示す実施形態では、ユーザ制御が全く不要のまま動作することが可能なホイールアセンブリ１０であるため、ユーザインターフェースも不要となる。図２中の実施形態において、ホイールアセンブリを構成する電子機器により、ユーザは、単にペダルまたはブレーキを踏むだけですむ。ホイールアセンブリ１０が有する複数のセンサーにより、自転車の傾斜および速度を読み取るための十分な情報が得られる。
【００６３】
図２に示すホイールアセンブリ１０の実施形態におけるセンサーは、１または１以上の歪みゲージ２８を含む。歪みゲージ２８により、ホイールアセンブリ１０の初期化を簡単かつ効果的にすることができる。各歪みゲージ２８をホイートストンブリッジ増幅器回路（フル、ハーフまたはクオーター）と対応付けることにより、歪みゲージの抵抗値が変化したことを検出することが可能になる。歪みゲージ増幅器２５を用いて、ホイートストンブリッジ増幅器回路の励起と、歪みゲージ読み取り値の増幅とを行うことができる。
【００６４】
ホイールアセンブリ１０のスポーク上の複数の歪みゲージを用いた実施形態において、地面から受ける力に起因して、地面に最も近いスポーク２４上の歪みゲージ２８の読み取り値が最大となる。これらの実施形態において、歪みゲージ２８を各スポーク２８上に配置することで、主要回路基板上のプロセッサ２３がホイールアセンブリの位置を認知することを可能にする情報を生成することができる。
【００６５】
実施形態は、単一の歪みゲージ２８を用いることにより、重力に対する傾斜角度を測定することを含む。歪みゲージ２８は、複数の方向に対する応力を測定するように構成され得る。その後、応力の重心を用いて、ホイールアセンブリ１０の位置を決定することができる。単一の歪みゲージ２８を用いた実施形態では、応力レベルの重心を決定することによりホイールアセンブリ１０の位置の主要回路基板上のプロセッサ２３に通知できるような方法をとる。
【００６６】
アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１９は、歪みゲージのデータをバスＡ上に配置されるようデジタル形態に変換する。その後、歪みゲージのデータは、プロセッサ２３によって用いられ得る。
【００６７】
符号器１８によって出力される直角位相信号は、ホイールアセンブリ１０の車軸８の周囲の動作を示す。符号器１８からの信号は、実施形態において、デジタル信号であり得る。そのため、アナログ／デジタル変換は不要である。これらの直角位相信号は、バスＡ上に配置され、プロセッサ２３によって用いられて、ホイールアセンブリ１０が移動する際の線形速度が計算される。
【００６８】
他の実施形態において、直角位相信号を主要回路基板１６上のメモリ中に配置し、プロセッサによって読み出すことにより、速度を計算することができる。この目的のために、バスＡを介したルックアップテーブル（ＬＵＴ）２７ａも用いることができる。
【００６９】
加速度計１４は、ホイールアセンブリ１０の動作に起因して発生する力と、重力に起因する力とを測定する。加速度計１４は、加速度計１４上に発生する力に応答して、電圧出力を生成する。これらの電圧出力は、Ａ／Ｄ２６によって受信され、デジタル形態に変換される。その後、デジタル化された加速度計データは、バスＡを介して、アレイ２１中に格納される。アレイ１８からのデータは、プロセッサ２３によって定期的に読み出されて、ＦＦＴ２０によって高速フーリエ変換が行われ得る。
【００７０】
別の実施形態では、加速度計１４からのデータの高速フーリエ変換を、バスＡを介してルックアップテーブル（ＬＵＴ）２７ｂ中に格納する。ＬＵＴ２７ｂ中に配置されたデータは、プロセッサによって用いられ得る。
【００７１】
アレイ２１およびＦＦＴ２０を、主要回路基板１６上のメモリ中に配置することができる。アレイ２１は、保存目的のためのメモリの割り当てである。データ構造としてアレイ２１を用いる代わりに、他のデータ構造（例えば、リンクリスト）を用いてもよい。ＦＦＴ２０は、主要回路基板１６上のメモリ内に常駐し得るプログラムである。
【００７２】
ＬＵＴ２７ａおよび２７ｂを用いた実施形態において、これらは、主要回路基板１６上のフラッシュメモリ中に配置され得る。
【００７３】
加速度計からのデータの高速フーリエ変換は、傾斜を示す。初期化時において、歪みゲージの位相角度を加速度計位相角度から減算（例えば、φＡ−φＢ）すると、ホイールアセンブリ１０が存在する傾斜角度が得られる。
【００７４】
実施形態において、電子機器は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を用いることができる。これらのルックアップテーブル２７ａおよび２７ｂは、歪みゲージからのデータと傾斜角度とを関数に持つ加速度計データを保持することができる。
【００７５】
実施形態において、コンピュータは、センサーの値に応じて２つのＬＵＴ２７ａおよび２７ｂを読み出し、ＬＵＴ２７ａおよび２７ｂからの値を組み合わせて、バッテリーアセンブリ２２からモータ１２へ出力されるべき出力電圧の値を生成する。このようにして、主要回路基板１６上のプロセッサは、自転車速度に起因する傾斜および抗力を補正することができ、これにより、自転車に乗ることをより容易にかつより快適にする。
【００７６】
他の実施形態において、センサーから直接計算することで、ルックアップテーブルの使用が不要となる。
【００７７】
図３は、傾斜、速度および位相角度の算出の基本的機能を示すフロー図である。ホイールアセンブリ１０が使用されると、このルーチンが開始する。ホイールアセンブリのためのシステムに対する初期化３２において、システムリソースが必要に応じて取得され、多様な部品が初期化される。速度検出３３では、ホイールアセンブリが十分に移動するのを待機した後、任意のセンサーデータを読み出す。この場合、自転車が静止位置にある間、モータ１２へ印加されるのは０ボルトである。速度の検出後、並列分岐がとられる。速度データの収集３４は、図４中のフロー図と同様であり、加速度計データの収集は、図５中のフロー図と同様であり、それらは同時に実行される得る。
【００７８】
ホイールアセンブリ１０の線形速度は、速度データの計算３４によって決定される。加速度計データの位相角度は、ＦＦＴ実行３６によって決定される。加速度計位相角度から速度位相角度の減算による傾斜の算出３８により、傾斜角度が得られ、これは、コントローラ６によってバッテリーアセンブリ２２からモータ１２へ送られるべき出力電圧を決定する工程に援用される。
【００７９】
その後、図３のルーチンは初期化後の状態に戻り、ルーチンを再開させる。
【００８０】
実施形態において、角度演算が決定されることにより、自転車が乗られている間の任意の時点において、バッテリーアセンブリ２２からモータ１２へ所望の出力電圧を供給することが可能となる。自転車が坂を上っているときは、出力電圧も上昇するはずであり、自転車が平坦な地面を移動している間または坂を下っているときは、出力電圧も下降するはずである。
【００８１】
さらに、自転車の移動速度が高いとき、出力電圧も上昇するはずである。これには、以下の２つの理由がある：（１）速度と共に上昇する機械的抗力に対抗するため、および（２）モータがより高速回転する際にモータから発生する後方電磁場に対抗するため。
【００８２】
所望の出力電圧を、方程式１の計算によって得ることができる。
方程式１：出力電圧＝＝［（ＡＮＧＬＥ＊Ｃ１）＋（ＶＥＬＯＣＩＴＹ＊Ｃ２）］＋Ｃ３
【００８３】
ここで、ＡＮＧＬＥは、乗られている自転車の地面の角度である。ＶＥＬＯＣＩＴＹは、自転車の線形速度である。、Ｃ１は、ＡＮＧＬＥに適用される利得である。Ｃ２は、ＶＥＬＯＣＩＴＹに適用される利得である。Ｃ３は、計算全体に適用される基準値である。
【００８４】
本実施形態において、Ｃ１は、角度に適用される利得であり、３７である。角度はラジアン単位で表記される。Ｃ２は、速度に適用される利得であり、０．４２である。速度はメートル毎秒単位で測定される。Ｃ３は、計算全体へ適用される基準値であり、０．７５ボルトである。多様な実施形態において、異なる利得Ｃ１、Ｃ２および基準値Ｃ３を採用することができ、上記は、いくつかの可能な実施形態のうちの一例に過ぎない点に留意されたい。
【００８５】
実施形態において、ホイールが１回転する毎にＡＮＧＬＥを更新する。ＡＮＧＬＥの更新は、実施形態の変更に従って、より高いまたは低い頻度で実行され得る。
【００８６】
別の実施形態において、ホイールがＮ回回転する毎にＶＥＬＯＣＩＴＹを更新する。ＶＥＬＯＣＩＴＹの更新は、実施形態の変更に従って、より高いまたは低い頻度で実行され得る。実施形態において、Ｎの値は９０である。ＶＥＬＯＣＩＴＹが更新される周波数は、実施形態の変更に従って、大幅に変更され得る。
【００８７】
実施形態において、ＶＥＬＯＣＩＴＹの更新の度に、加速度計１４からのデータを更新し、主要基板１６上のメモリ内のアレイ中に保存することができる。ホイールアセンブリ１０の各回転のたびに、アレイ中の加速度計データを読み出して、加速度計の位相オフセットの計算に用いることができる。
【００８８】
主要回路基板１６上のプロセッサ２３を用いて、計算を実行することができる。データソースを以下に示す：
【００８９】
ＶＥＬＯＣＩＴＹおよびＡＮＧＬＥの計算のデータソースとしては、（１）加速度計１４および（２）２チャネルデジタル回転符号器１８の２つがある。２チャネルデジタル回転符号器１８は、車軸８に対して静止する１つの部品と、ホイールアセンブリ１０と共に回転するもう一つの部品を有する。
速度（ＶＥＬＯＣＩＴＹ）の算出：
【００９０】
図４は、実施形態のホイールアセンブリ１０の速度を算出するフロー図である。ｉ＝０に設定（４１）により、インデックス変数が初期化される。割り込み受付（４３）において、主要回路基板１６上のプロセッサへの割り込みを待機する。ホイールアセンブリ１０が回転すると、符号器１８は直角位相パルスを生成する。これらの直角位相パルスを用いて、主要回路基板１６上のプロセッサへの割り込みが実行される。ホイールアセンブリ１０がＮ回回転するたびに、符号器１８は直角位相パルスを生成する。よって、符号器１８からのパルスにより、Ｎ回の回転毎に、主要回路基板１６上のプロセッサへの割り込みが実行される。各割り込みにより、割り込みサービスルーチン（ＩＳＲ）が起動される。本実施形態において、Ｎの値は、９０であるが、この値は、実施形態の変更に伴って大幅に変更し得る。
【００９１】
ＩＳＲが起動されるたびに、タイマー読み取り４３により、主要回路基板１６上のタイマーの値が読みとられる。最終割り込みからの経過時間の計算（４５）において、最終割り込みからの経過時間としてタイマー値が保存される。最終割り込みから計算された移動距離は、符号器パルス間において一定となる既知の値である。タイマー読み取りおよび既知の距離速度＝（移動距離）／タイマー読み取り（４７）距離により、方程式２に示す関係を実行する：
方程式２：速度（ＶＥＬＯＣＩＴＹ）＝符号器パルス間の移動距離／タイマー値
【００９２】
主要回路基板１６上のプロセスを割り込むパルスが符号器１８から送信される度に、符号器１８からの最終パルスを認知してから（最終割り込みから）経過した時間長さが既知となる。本実施形態において、タイマーの分解能は、１００，０００カウント／秒であり得る。他の実施形態において、異なるタイマー分解能が用いられる（より多数のカウント／秒またはより少数のカウント／秒）。各符号器パルスによって、各パルス間で所定の移動距離が網羅されたことが示唆される。この距離は一定であるため、速度（ＶＥＬＯＣＩＴＹ）計算が簡単な作業となる。
【００９３】
速度の計算後、タイマーリセット（４８）において、タイマーが０へリセットされる。「ｉ＝ｉ＋１に設定」により、インデックス変数ｉがインクリメントされて、Ｎの値までカウントされる。ｉ＝Ｎになるまで、ｉ＜Ｎ（４２）にて図４のルーチンに戻る。なぜならば、ホイールアセンブリ１６の完全に回転が完了し、ホイールアセンブリ１０の速度が計算されたからである。
【００９４】
このようにして、出力電圧の速度依存部分が更新される。
【００９５】
実施形態において、図４は終了していないが、再度エントリーポイントＡへ戻り、ホイールアセンブリ１０の次の回転において速度計算が開始される。
角度（ＡＮＧＬＥ）の算出：
【００９６】
本実施形態において、角度計算が複数のデータソースから導出される。これらのデータソースとは、回転符号器および／または加速度計であり得る。
【００９７】
実施形態において、ホイールが１回転する度に、角度計算が更新される。よって、このような実施形態において、図５を参照して以下に述べるデータ取得および計算は、図４を参照して上記に述べたデータ取得および計算と同時に機能する。
実施形態において、角度計算は、以下の第１の部分及び第２の部分において実行される：
【００９８】
角度計算の第１の部分において、加速度計１４は、ホイールアセンブリ１０と共に回転する。そのため、自転車が平坦な地面上を一定速度で回転している場合、重力に起因して、加速度計１４の出力は正弦波となる。加速度計からの信号は、Ｎ回／回転ごとに、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換が実行される。これらの値は、アレイまたはリンクリストとして主要回路基板１６上のメモリ中に保存される。回転が完了すると、加速度計１４からのデータはメモリに保存され、信号の位相オフセットの計算に用いられる。
【００９９】
図５を参照する。主要回路基板１６上のプロセッサによって実行される角度計算ルーチンは、エントリーポイントＢを有する。図４を参照して上述したように、「ｉ＝０に設定」により、センサーデータの読み取りのインデックスに用いられるインデックス変数が初期化される。デジタル化された加速度計データの読み取り（５３）により、センサーデータを加速度計１４から取得する。加速度計データのアレイ内への保存（５４）により、取得されたセンサーデータが加速度計１４から主要回路基板１６上のメモリ中に配置されて、アレイとしてのアクセスが可能となる。加速度計データの保存および読み出しを繰り返し実行するリンクリストが、アレイの代わりに生成され得る点に留意されたい。さらに、メモリ中に保存された加速度計データに繰り返しアクセスが可能なものであれば、任意のデータ構造が利用可能である。「ｉ＝ｉ＋１に設定」（５５）により、インデックス変数ｉをインクリメントする。判定ブロックｉ＜ｎ（５６）において、インデックス変数ｉの値を確認する。図５中のルーチンは、インデックス変数ｉがＮに等しくなるまで、分岐してデジタル化された加速度計データの読み取り（５３）に戻ってループする。
【０１００】
実施形態において、上記したループは、図４を参照して述べた速度計算と同時に実行される。符号器１８からのパルスが主要回路基板１６上のプロセッサに割り込む度に、加速度計データが取得され、アレイ中に保存される。これは、ホイールアセンブリ１０が回転する間継続され、その後再開する。回転が完了すると、加速度計１４からのデータはメモリ中に保存されて、信号の位相オフセットの計算に用いられる。回転が完了すると、メモリ中に保存されていた加速度計１４からのデータを用いて、信号の位相オフセットを計算する。
【０１０１】
実施形態において、ＭａｔＬａｂ実行が、保存されている加速度計データからの位相オフセット信号の計算に用いられる。このＭａｔＬａｂ実行を以下に示す。
関数［ａｎｇ１、ａｎｇ２］＝ａｎｇｌｅ＿ｃａｌｃ（ｙ１、Ｎ）
％１つの入力信号について、ｙ１は、信号の位相オフセットを返す。
％ｙ１はＮ個のサンプルについて主に１Ｈｚであると仮定する。
％ｙ１は、ｐｅｎｄｕｌｕｍ＝Ａｌ＊ｃｏｓ（２＊ｐｉ＊ｘ＋ａｎｇｌ）である。
％Ｎ＝９０；
ｘ＝（０：Ｎ−ｌ）／Ｎ；
ｂａｓｉｓ＿ｐｅｎｄｕｌｕｍ＿ｃｏｓ（ｘ）＝ｃｏｓ（２＊ｐｉ＊ｘ）；
ｂａｓｉｓ＿ｐｅｎｄｕｌｕｍ＿ｓｉｎ（ｘ）＝ｓｉｎ（２＊ｐｉ＊ｘ）；
ａ１＝０；
ｂ１＝０；
ｉ＝１：Ｎにおいて、
ａ１＝ａ１＋ｙｌ（ｉ）＊ｂａｓｉｓ＿ｐｅｎｄｕｌｕｍ＿ｃｏｓ（ｉ）；
１＝ｂ１＋ｙｌ（ｉ）＊ｂａｓｉｓ＿ｐｅｎｄｕｌｕｍ＿ｓｉｎ（ｉ）；
ｅｎｄ
ａ１＝ａ１／Ｎ；
ｂ１＝ｂ１／Ｎ；
ａ２＝ａ２／Ｎ；
ｂ２＝ｂ２／Ｎ；
Ａ１＝２＊ｓｑｒｔ（ａｌ＾２＋ｂｌ＾２）；
ａｎｇ１＝ａｔａｎ２（−ｂ１、ａ１）．
【０１０２】
別の実施形態において、上記ＭａｔＬａｂ実行において行われる計算は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって実行される。ＦＦＴをあるバージョンのＣ＋＋または他の高レベルプログラムにおいて実行することにより、上記ＭａｔＬａｂ実行によって実行されるのと同じ数学的計算が実行される。
【０１０３】
角度計算の第２の部分において、加速度計１４を用いて、重力だけでなく全ての加速力を感知する。自転車の線形加速度も、加速度計によって測定される加速度の成分の集合を形成する。本発明において、自転車の線形加速度に起因する角度の成分は、所望の成分ではない。これを補正するために、方程式３の関係に従って、線形平均線形加速度を速度データから計算する。
【０１０４】
図５を参照する。ＦＦＴ、ＭａｔＬａｂ実行または他のプログラミング解法を用いて、回転終了時に実行される加速度計の位相オフセットの計算（５７）を行う。
【０１０５】
線形加速度に起因する角度の計算（５８）において、以下に述べる計算を実行する。先ず、平均線形計算を方程式３に従って行う：
方程式３：平均線形加速度＝［（回転終了時の速度）−（回転開始時の速度）］／（発生する回転数）
【０１０６】
方程式３から得られた結果を定数で乗算して、重力単位（Ｇ）の９．８１ｍ／ｓ２とする。
【０１０７】
その後、線形加速度に起因する角度部分を、方程式４の関係に従って計算する：
方程式４：見かけの＿角度＝ａｔａｎ（平均線形加速度）
【０１０８】
位相オフセットからの角度減算（５９）にて、見かけの＿角度を第１の部分において計算された角度から減算し、その結果得られた角度を出力電圧の計算に用いる。
【０１０９】
実施形態において、最終的に計算された角度が＋／−７度の範囲を超えた場合、以下を行うシステムソフトウェアに実装される論理を用いて＋／−７度へクリップされる。
（角度＞７度）の場合、
｛
角度＝７度
｝
（角度＜−７度）の場合、
｛
角度＝−７度
｝
さらなる計算：
【０１１０】
ノイズ源による影響を低減するために、以下に示す方程式４の関係式によってに、移動平均を角度計算において用いる。
方程式４：当該回転に適用される角度＝前回のｎ回転において計算された角度の平均（ｎの最適な値は、ここでも決定されるが、ここで記載する場合には、ｎ＝４である。）
【０１１１】
前回の角度と当該角度との間に線形補間を行うと、回転全体に２つの角度間の変化が及ぶ。その結果、ホイール回転の境界における電圧の急激な変化が確実に発生しなくなる。
補間の例：
【０１１２】
上記したように角度が新たに計算されており、前回の角度も既知であると仮定する。
以下の値を仮定する：
角度（ｎ−１  回転）＝１度
角度（ｎ  回転）＝２度
【０１１３】
各回転を９０ステップに分割すると仮定する。各ステップに、角度の１／９０の差がホイールへ適用される。我々の例において、角度差は、２度−１度＝１度となる。１度の１／９０＝０．０１１１である。
表１
割り込み番号    適用される角度
１      １
２      １．０１１１
３      １．０２２２
４      １．０３３３
・・・  ・・・
８７    １．９６６７
８８    １．９７７８
８９    １．９８８９
９０    ２．０００
【０１１４】
表１に示すように、ホイールの回転全体に角度変化を適用することにより、モータへの電圧が急激に変化する事態が回避される。
【０１１５】
ここで図６を参照する。電気自転車ホイール接続機構１００の例示的実施形態が、電気自転車ホイール１０および車両ホイール取付フレーム部材１１０上に取り付けられている態様で図示されている。本発明において言及される車両を挙げると、自転車、三輪車、四輪車、または他の車輪付きの移動用機械がある。接続機構１００は、後述する図に示すようなクイックリリース機構を組み込むことにより、電動車輪アセンブリ１０の取り外しおよび取付を器具を必要すること無く容易にする。
【０１１６】
別の例示的実施形態において、接続機構１００は、車両ホイール取付フレーム部材１１０のより高強度な部位へ負荷を伝送することにより、車軸にかかるの高い捩り力に起因して自転車フレームの車軸接続端部が破壊される事態を回避する。
【０１１７】
さらに別の例示的実施形態において、接続機構１００において、ユーザが任意選択的にアルゴリズムの初期傾斜をゼロへ手動で較正することが可能である。
【０１１８】
図７は、接続機構１００の例示的実施形態の斜視図であり、クイックリリースレバー１２０が固定位置および非固定位置１３０（点線）にある態様が図示されている。固定位置へ移動すると、レバー１２０から張力が中央シャフト１８０へ付加される（図８中に図示）。エンドナット１４０は、中央シャフト１８０へネジにより接続され得る。シャフト１８０に付加される張力の大きさは、エンドナット１４０からレバー１２０への距離と、車両ホイール取付フレーム部材間の距離とに依存する。固定されると、レバー１２０およびエンドナット１４０は、ホイールアセンブリ１０を車両ホイール取付フレーム部材１１０へピン留めするクランプとして機能する。クイックリリース機構は、自転車のホイール／フレーム間接続として関連分野において見受けられるものと同様であり、本明細書中に記載される例示的実施形態の中で使用されるように適合させることができる。レバー１２０、エンドナット１４０および中央シャフト１８０が固定されると、負荷伝送部材１５０は、モータによって生成されたトルク（図示せず）をストップアーム１７０を通じて車両ホイール取付フレーム部材１１０へ伝送する。このトルク負荷を車軸から離隔方向に向けて車両ホイール取付フレーム部材１１０へ伝送することにより、過大応力および金属疲労に起因して車軸に発生する金属不具合がほぼ回避される。
【０１１９】
図８は、図７の分解図である。例示的実施形態において、中央シャフト１８０をモータシャフト２１０を通じて挿入することができ、中央シャフト１８０とモータシャフト２１０は、ホイールアセンブリ１０と同じ軸を共有し得る。完全挿入されると、レバー１２０の反対側の中央シャフト１８０の端部は、負荷伝送部材１５０を超えて突出して、エンドナット１４０は、中央シャフト１８０へねじにより接続され得る。負荷伝送部材に対するストップアーム１７０の角度を、調節ノブ１６０を介して調節することができる。調節ノブ１６０は、ネジ式シャフトおよび六角形ノブで構成されても良く、ねじ穴１６５を介して負荷伝送部材１５０へねじ留めされ得る。もちろん、設計変更に応じて、他の調節手段も利用可能である。ノブ１６０が調節されると、接続機構１００がモータシャフト２１０の周囲を回転し得る。ストップアーム１７０は、負荷伝送部材１５０上において回転軸２４５（図１０）を中心に回転することができ、よって、異なる車両ホイール取付フレーム部材に対応することも可能である。ストップアーム１７０は、異なる車両取付フレーム部材に対応するために、異なる端部構成を取っても良い。ストップアーム１７０が負荷伝送部材１５０上において回転しないように（図１０中、接点２４０として図示）、バネ１９０を用いて、調節ノブ１６０とストップアーム１７０との間の接触を維持することができる。負荷伝送部材１５０は、水平レベル指示器２００（例えば、泡、液体または水平を決定するための他の手段）を備え得る。負荷伝送部材１５０をＬ字型構成として図示しているが、他の形状（例えば、弧）を用いてもよい。同様に、ストップアーム１７０も別の形状因子または形状を取り得る。よって、多様な改修および変更が、本開示の意図および範囲から逸脱することなく可能である。
【０１２０】
ここで図９を参照する。レバー１２０のロック位置を示す正面図が図示されている。本実施形態において、所望であれば、モータシャフト２１０の軸の長さは異なっても良い点に留意されたい。いくつかの実施形態において、端部分２２０および２３０は、実質的に同じ長さであっても良く、モータシャフト２１０の中央部分の長さと異なっても良い。
【０１２１】
ここで図１１Ａおよび図１１Ｂを参照する。図示される例示的実施形態において、負荷伝送部材１５０およびモータシャフト２１０は、１方向のみの挿入を可能とする特殊な端部ジオメトリを保持し得る。モータシャフト２１０の端部上の平坦部２６０に対応するように負荷伝送部材内に平坦部２５０を設けることができる。または、モータシャフト２１０の回転を回避するための他の類似の効果的な方法も利用可能である（例えば、鍵および鍵穴２６５、シヤーピン、圧入など）。
【０１２２】
図１２は、車両ホイール取付フレーム部材１１０上に取り付けられた例示的実施形態の接続部材１００の左側平面図である。ノブ１６０を調節してレベル２００を水平にした後、ストップアーム１７０が（（「ドロップアウト」１１２から離れて）位置２７０において車両ホイール取付フレーム部材１１０と接触することで、「ドロップアウト」１１２よりも十分に高強度になると理解される態様が図示される。位置２７０および１１２における反力によりモータトルクが均等化され、その結果、モータシャフトへ取り付けられたナットを用いることによりモータトルクを保持する従来の設計と比較して、荷重がより小さくなる。ストップアーム１７０を「円形の」端部１７２を有するものとして図示しているが、他の形態または形状の端部１７２も利用可能であることが理解される。
【０１２３】
接続機構１００を、アルゴリズムの傾斜をゼロ（またはそれに近い値に）手動で設定する方法３００（例えば、図１３に示すプロセス）と合わせて用いることが可能である。ユーザが車両を配置するのに十分な水平面を選択する（ステップ３２０）と、ユーザは、電動車輪アセンブリを車両上に取り付ける（ステップ３３０）。その後、ユーザは、レバー１２０によってさらなる移動が回避されるまで、中央シャフト１８０をモータシャフト２１０の中央を通じて挿入する（ステップ３４０）。次に、ユーザは、接続アセンブリ１００をレバー１２０の反対側のモータシャフト２１０端部上へ取り付け（ステップ３５０）て、調節ノブ１６０を最低屈折位置へ移動させる（ステップ３６０）。次に、ストップアーム１７０が車両フレーム１１０と接触するまで、接続アセンブリ１００をホイールアセンブリ軸の周囲において回転させる（ステップ３７０）。エンドナット１４０を中央シャフト１８０上に緩く締結し、クイックリリースレバー１２０を固定位置へ移動させる（ステップ３８０）。ナットおよびレバーの固定に起因して発生する中央シャフト上の張力が不適切である場合（ステップ３９０）、ユーザは、ナット締結レベルをレバー締結レベルと合わせて微調整し（ステップ４００）、その後レバーを再度固定（ステップ４１０）して、張力を再度確認する。適切な張力が獲得された後、ユーザは、レバー１２０を非固定位置へ移動させ（ステップ４２０）、レベル指示器２００が水平になるまでノブ１６０を調節する（ステップ４３０）。最後に、ユーザは、レバー１２０を再度固定し、ノブ１６０を締結し（ステップ４４０）、ステップ４５０において終了する。
【０１２４】
図１４および図１５は、接続機構のいくつかの代替可能な例示的実施形態のうちの１例を示す。上記の実施形態と同様に、モータシャフト５２０は負荷伝送部材５４０と係合し、負荷伝送部材５４０は、旋回軸５７０を介してストップアーム５５０と接続する。ストップアーム５５０の角度は、調節ノブ５６０およびバネ５８０によって調節することができる。レバー５９０および中央シャフト５２５は、エンドナット５３０の対極側で接続され、エンドナット５３０が締結されて、接続アセンブリ５００をホイールアセンブリ（図示せず）および車両フレーム（図示せず）へクランプする。
【０１２５】
上記において述べたのは、１つ以上の実施形態の例である。もちろん、上記実施形態を記載する目的のために構成要素または方法の想定される組み合わせそれぞれを既述することは不可能であり、当業者であれば、多様な実施形態のさらなる多数の組み合わせおよび置換が可能であることを認識する。よって、記載の実施形態は、添付の特許請求の範囲の意図および範囲内に納まるこのような改修、変更などを全て包含することが意図される。さらに、詳細な説明または特許請求の範囲中において「ｉｎｃｌｕｄｅ」という用語が用いられる範囲において、このような用語は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語と同義に用いられるものとして意図される。なぜならば、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」という用語は、請求項中の移行語として用いられるからである。
【図１】
2015509466.tif 000003
【図２】
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【図３】
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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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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