(57)【要約】  電気的な補助駆動部を備えた自転車であって、電動機（２）を有しており、当該電動機（２）に接続されている、電気エネルギーを蓄積するバッテリーを有しており、ペダルシャフト（１ｂ）に固定されているペダル（１ａ）を備えたクランク駆動部（１）を有しており、当該ペダルシャフトは、クランク軸（Ａ）の周りに回転可能に配置されており、前記電動機（２）によっても運転者の筋力によっても自転車を駆動する遊星ギア（１２）を有しており、前記遊星ギア（１２）と前記電動機（２）は、前記クランク駆動部（１）のペダルシャフト（１ｂ）の周りに配置されている。
2012511462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的な補助駆動部を備えた自転車であって、
・電動機（２）と、
・当該電動機（２）に接続され、電気エネルギーを蓄積するバッテリー（１５）と、
・クランク軸（Ａ）の周りに回転可能に配置されたペダルシャフト（１ｂ）に固定されているペダル（１ａ）を備えたクランク駆動部（１）と、
・前記電動機（２）によっても運転者の筋力によっても自転車を駆動する遊星ギア（１２）とを備え、
・前記遊星ギア（１２）と前記電動機（２）は、前記クランク駆動部（１）のペダルシャフト（１ｂ）の周りに配置されている、
ことを特徴とする、電気的な補助駆動部を備えた自転車。
【請求項２】
前記電動機（２）は、中空シャフト（３）を介して前記遊星ギア（１２）の太陽歯車（６）と接続されており、前記ペダルシャフト（１ｂ）は当該中空シャフト（３）内に配置されている、請求項１記載の自転車。
【請求項３】
前記クランク駆動部（１）は、前記遊星ギア（１２）の遊星キャリア（５ａ）と接続されている、請求項１または２記載の自転車。
【請求項４】
前記クランク駆動部（１）は、前記遊星ギア（１２）の中心歯車（４）と接続されている、請求項１または２記載の自転車。
【請求項５】
フリーホイールを有するロック装置（１３）をさらに備え、これによって前記電動機（２）の回転子（２ｂ）をロックする、請求項１から４までのいずれか１項記載の自転車。
【請求項６】
前記遊星ギア（１２）の前記中心歯車（４）は外側噛み合いを有しており、これによって前記遊星ギア（１２）の被駆動側を形成する、請求項１から５までのいずれか１項記載の自転車。
【請求項７】
前記自転車は駆動ホイール（９）にギア転換装置（８）、殊にディレイラーまたはギアハブを有しており、
前記駆動ホイール（９）は前記遊星ギア（１２）と接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の自転車。
【請求項８】
制御ユニット（１６）と、殊に前記遊星ギア（１２）の中心歯車（４）に取り付けられている、遊星ギア（１２）の回転数センサ（１０）と、自転車速度を検出する速度センサ（１１）と、ギア転換を行うための電気的なアクチュエータ（１４）とをさらに備え、
前記電動機（２）と前記電気的なアクチュエータ（１４）を、所定の制御プログラムに応じて、かつ、前記回転数センサ（１０）および前記速度センサ（１１）の値に基づいて制御するように、前記制御ユニット（１６）が構成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の自転車。
【請求項９】
前記太陽歯車（６）の歯の数は、前記遊星歯車（５）の歯の数と同じである、請求項１から８までのいずれか１項記載の自転車。
【請求項１０】
前記クランク駆動部（１）は前記太陽歯車（６）と接続されており、前記電動機（２）は遊星キャリアと接続されており、駆動用のチェーン（７）は前記中心歯車（４）と接続されている、請求項１記載の自転車。
【請求項１１】
前記電動機（２）と前記第１の遊星ギア（１２）との間に接続された第２の遊星ギア（２０）をさらに備え、
前記第２の遊星ギア（２０）は、前記クランク駆動部のペダルシャフト（１ｂ）の周りに配置されている、請求項１０記載の自転車。
【請求項１２】
前記第２の遊星ギア（２０）は、前記電動機（２）の回転数を、殊に１：８の比まで低減させる、請求項１１記載の自転車。
【請求項１３】
前記第２の遊星ギアの太陽歯車（２６）は、前記電動機（２）の回転子（２ｂ）と接続され、前記第２の遊星ギアの遊星歯車（２５）と噛み合い、
前記遊星歯車（２５）は遊星キャリア（５ａ）に配置されており、当該遊星キャリアには、前記第１の遊星ギア（１２）の遊星歯車（５）も配置されており、
前記遊星キャリア（５ａ）は回転可能に、前記ペダルシャフト（１ｂ）に支承されている、請求項１１または１２記載の自転車。
【請求項１４】
前記第１の遊星ギア（１２）の前記太陽歯車（６）、遊星歯車（６）および中心歯車（４）は傾斜噛み合わせを有しており、前記第２の遊星ギア（２０）の太陽歯車（２６）、遊星歯車（２５）および中心歯車（２４）は傾斜噛み合わせを有しており、
前記第１の遊星ギア（１２）の遊星歯車（５）は、前記第２の遊星ギア（２０）の遊星歯車（２５）と直接的に接続されている、請求項１１または１２記載の自転車。
【請求項１５】
前記クランク駆動部（１）に配置されたクラッチをさらに備え、当該クラッチは、自転車の力を前記太陽歯車（６）または前記中心歯車（４）に出力するように構成されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本願発明は、電動自転車用のハイブリッド駆動部に関する。
【０００２】
種々異なる設計の電動自転車が従来技術から知られている。既知の電動自転車は例えば、前輪または後輪のハブにそれぞれ電気駆動部を有している。
【０００３】
ＷＯ９１／１９６３７号から、ハイブリッド車両に対するハイブリッド駆動部が既知である。ここでは、ハイブリッド車両は補助モータによって駆動される。この補助モータは、ハブ内に配置された遊星ギアの太陽歯車を駆動し、運転者の筋力が遊星ギアの中心歯車に作用する。この実施形態では、動力の取り出しは、ハイブリッド車両の後輪で行われる。ここで補助モータは、遊星ギア内に組み込まれていない。電気駆動部とギアが別個に配置されていることによって、車両の操舵および走行特性に不所望な作用が生じる。なぜならこのような構造様式によって、駆動部、ひいては車両の重心が、車輪駆動部の方向にずれてしまうからである。
【０００４】
発明の概要
請求項１に記載された特徴を備えた補助駆動部を有する本願発明の自転車は、これとは異なり、次のような利点を有している。すなわち、本願発明の自転車では、電動機と遊星ギアが一緒に、自転車の実質的に中央の、深い取り付け位置で、クランク駆動部の領域に配置されている、という利点を有している。これによって実質的に、バランスが良く、かつ操舵しやすい、車両の走行特性が得られる。なぜなら、上述のように位置付けされた駆動ユニットの重量が、駆動車輪からの自転車重心のずれに作用するからである。さらに、駆動ユニット／ギアユニット全体はコンパクトに構成され、構成部材の数が少ないので、低コストで生産される。本願発明では自転車は、クランク駆動部のクランクシャフト内に共に配置されている、遊星ギアと電動機を有している。ここで遊星ギアは一方ではクランク駆動部と接続されており、他方では電動機と接続されている。これによって、クランク駆動部を伴った特にコンパクトな構造と、運転者下方の、駆動ユニットの低い重心位置が得られる。
【０００５】
本願発明の有利な実施形態が従属請求項に記載されている。
【０００６】
さらに、電動機は有利には、ペダルシャフトを取り囲んでいる中空シャフトを介して、遊星ギアの太陽歯車と接続されている。これによって、遊星ギアに対する電動機の駆動は、クランク駆動部のペダルシャフトの操作に依存せずに、運転者の筋力によって行われる。
【０００７】
本願発明の別の有利な構成では、クランク駆動部は、遊星ギアの遊星キャリアと接続されている。これによってコンパクトかつ確実な作用接続が得られる。本願発明の択一的な、有利な構成に相応して、クランク駆動部は、遊星ギアの中心歯車と接続されている。これによって同じように、コンパクトかつ確実に作動する作用接続が実現される。
【０００８】
さらに、電動機は有利には、フリーホイールを備えた駆動装置を有している。これによって電動機の回転子がロックされ、自転車の駆動は、電動機の牽引を用いずに、筋力によってのみ行われるようになる。
【０００９】
本願発明の別の有利な構成では、遊星ギアの中心歯車は外側噛み合わせを有しており、これによって、遊星ギアの動力取り出しが行われる。これによって、ディレイラーの従来のチェーンまたはギアハブが、中心歯車の外側噛み合わせに介入することによって、自転車を駆動させることができる。
【００１０】
別の有利な構成では自転車は、１つの駆動車輪において、ギア転換装置を有している。これは殊に、ディレイラーまたはギアハブである。ここでこの駆動車輪は、遊星ギアと接続されている。これによって、従来のギア転換装置が、電気的な補助駆動部を備えた本願発明の自転車において使用可能である。従来のギア転換装置は広く頒布され、確実に作動し、かつ低コストである。有利には、本願発明の自転車は制御ユニットと、遊星ギア、殊に遊星ギアの中心歯車に取り付けられた回転数センサと、自転車速度を検出する速度センサと、ギア転換を行うための電気的なアクチュエータとを有している。この制御ユニット、所定の制御プログラムに相応して、かつ回転数センサおよび速度センサの値に基づいて電動機と電気的なアクチュエータを制御するように構成されている。これによって、自転車の走行制御全体が、最低限のセンサとアクチュエータによって実現される。これによっても、増大する費用効果が低減される。
【００１１】
本願発明の別の有利な実施形態では、ギア転換時に電動機のトルクが、ギア転換装置にかかる負荷が低減されるように変化するように、制御ユニットが構成されている。このような負荷低減によって、ギア転換が最適化され、チェーンおよび回路コンポーネントの耐久性ないしは寿命が、負荷の無いギア転換によって改善される。
【００１２】
有利には、電動機は、直流モータまたは電気的に転流されるモータである。このような構造様式は殊に、高い動作確実性、メンテナンスのしやすさ、および良好な費用効果を特徴とする。
【００１３】
別の有利な構成ではこの自転車は入力装置を有し、これによって、制御ユニットに対する種々の制御プログラムが選択される。このようにして、運転者は容易に、例えばハイブリッド駆動部の補助の度合を調整することができる。
【００１４】
さらに、太陽歯車は多数の歯を有している。これらの数は、遊星ギアの歯の数と同じである。これによって、全走行状態において、電動自転車の作動に対して有利なギアサポートが得られる。
【００１５】
さらに、この自転車はバッテリー制御ユニットを有している。これは、制御ユニットと接続されており、バッテリーの作動状態（例えば負荷状態または機能障害）を検出する。このようにして、運転者は常に、バッテリーの使用可能なエネルギー並びに障害の可能性に関する情報を得ることができる。
【００１６】
本願発明の択一的な有利な構成では、クランク駆動部が太陽歯車と接続されており、電動機が遊星キャリアと接続されており、被駆動側に対するチェーンが中心歯車と接続されている。これによって、遊星ギアの全ての部分が回転し、ここで殊に電動機の回転数が低減される。
【００１７】
特に有利には、この自転車は第２の遊星ギアを有している。この第２の遊星ギアは、電動機と第１の遊星ギアの遊星キャリアとの間に接続されている。ここでこの第２の遊星ギアは同じように、クランク駆動部のペダルシャフトの周りに配置されている。従ってこの有利な実施例では、ペダルの間に、２つの遊星ギアと電動機がコンパクトに配置される。第２の遊星ギアによって殊に、電動機の回転数が低減される。ここでは所望される全ての走行機能が実現される。有利には、第２の遊星ギアは電動機の回転数を殊に、１：８の値にまで低減する。
【００１８】
特に有利には、第１の遊星ギアの太陽歯車、遊星キャリアおよび中心歯車は、傾斜した噛み合わせを伴って構成されており、第２の遊星ギアの太陽歯車、遊星キャリアおよび中心歯車も同じように、傾斜した噛み合わせを伴って構成されている。ここで、第１の遊星ギアの遊星歯車はそれぞれ直接的に、第２の遊星ギアの遊星歯車と接続されている。これによって、２つの遊星ギアが、遊星キャリアを設けることなく構成される。従って、遊星ギアの構成部材の数が低減される。さらにこれによって、軸方向における構造空間低減が可能になる。従って、電気的な補助駆動部および遊星歯車が問題無く、ペダルシャフトに配置される。構成部材の数が低減されることによってさらに、重量およびコストに有利な影響が与えられる。
【００１９】
さらに有利には、クランク駆動部に配置されており、運転者の力を第１の遊星ギアの太陽歯車または中心歯車に伝達するように構成されたクラッチが設けられる。これによって、異なる２つの作動様式が実現される。運転者の力がこのクラッチを介して太陽歯車に伝達される場合には、接続されているならば、電動機による電気的なサポートによる走行が行われる。運転者の力が中心歯車に伝達される場合には、電気システムが使用可能でない場合の、電気的サポートの無い緊急走行が行われる。従って自転車は常に運転者の力だけによって走行することができる。この場合には、運転者の力が直接的に中心歯車に伝達され、そこでチェーンに伝達されることによって、遊星ギアの不必要に可動する別の部分ないしは電動機の回転子が、連動する必要がない。このクラッチは有利には手動で操作される。
【００２０】
以下では添付の図面を参照しながら本願発明の有利な実施形態を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本願発明の第１の実施例に即した、遊星ギアと電動機が配置されているクランク駆動部の概略的な断面図
【図２】図１の遊星ギアの概略的な断面図
【図３】第１の実施例の電動機のコンポーネントの概略図
【図４】本願発明の第２の実施例に即した、遊星ギアと電動機が配置されているクランク駆動部の概略的な断面図
【実施例】
【００２２】
以降で、図１から３を参照して、本願発明の第１の有利な実施例に即した、電気的な補助駆動部が設けられている自転車を詳細に説明する。
【００２３】
図１の概略的な断面図から分かるように、電気的な補助駆動部を備えた自転車はクランク駆動部１、ペダル１ａを含んでいる。ここでこのペダル１ａは、ペダルシャフト１ｂの両端に固定されている。ここでペダルシャフトは、クランク軸Ａの周りに、回転可能に配置されている。固定子２ａと回転子２ｂとを備えた電動機２が、中空シャフト３上に配置されている。ここで回転子２ｂは、中空シャフト３と固定的に接続されている。この中空シャフトは同じように、遊星ギア１２の太陽歯車６と固定的に接続されている。クランク駆動部１のペダルシャフト１ｂは中空シャフト３内を通り、遊星ギア１２の遊星キャリア５ａと固定的に接続されている。遊星キャリア５ａ上には遊星歯車５が自由回転可能に配置されている。これらの遊星歯車５はそれぞれ、遊星ギア１２の太陽歯車および中心歯車４と干渉関係にある。中空歯車４は自由回転可能に、中空シャフト３上に支承されている。中心歯車４の外周には、外側噛み合いが設けられている。これは、チェーン７の一部と干渉関係にあり、これによって中心歯車４の出力を、自転車のチェーン７に伝えることができる。中空歯車４の外側には回転数センサ１０が設けられている。この回転数センサは、中心歯車４の回転数を検出する。
【００２４】
ロック装置１３によって、電動機２の回転子２ｂないしは太陽歯車６は固定的に、自転車のフレームに接続されている。ロック装置１３はフリーホイールを有しており、これによって、回転子２ｂないし太陽歯車６の回転が正の回転方向においてのみ実現され、さらに、太陽歯車６が負の回転方向において固定的に支えられる。ロック装置１３は機械的にまたは電気的に操作される。ここで、電気的に操作される場合には、装置の無電流状態によってロックされた位置が生じ、電流のある装置状態によって、ロックされていない位置が生じる。
【００２５】
図２は、簡略化された、図１と比べて拡大された、遊星ギア１２の概略的な断面図を示している。これは、ペダルシャフト１ｂ、中空シャフト３、太陽歯車６、遊星キャリア５ａ上の遊星歯車５およびチェーン７を含めた中心歯車を示している。
【００２６】
図３は、本願発明の電動自転車のコンポーネントを概略図を示している。図３では電動機２は、より良く理解するために、線描で、遊星ギア１２の隣に示されている。これは本来は、太陽歯車６の中央に、正しく軸方向に配置される（図２では、遊星ギア１２の後方にあるので、見えない）。図３から分かるように、チェーン７は、中空歯車４の外側噛み合いおよびギア転換装置８の周りに巻かれている。ギア転換装置は、駆動車輪９のハブ上に配置されている。ギア転換装置８は、歯車パケットを備えた従来のディレイラーまたはギアハブであり得る。有利な電気的アクチュエータ１４は、チェーン７とギア転換装置８との間に配置されている。このアクチュエータ１４は例えば磁石であり、その位置はボーデンケーブを介して（機械的に）または信号を介して（電気的に）変えられる。これはそれぞれ正確に、ギア転換装置９のギアに割り当てられている。
【００２７】
中央制御ユニット（ＣＰＵ）１６が、自転車のハイブリッド駆動部を制御するために設けられている。制御ユニット１６は、遊星ギア１２の中心歯車４に配置されている回転数センサ１０、並びに駆動車輪９に配置されている速度センサ１１の信号を受信する。これらのセンサは、駆動部の制御に必要である。さらに、モータ２が、制御のために、直接的に制御ユニット１６と接続されており、エネルギー供給のためにバッテリー１５と接続されている。制御ユニット１６はさらに、アクチュエータ１４と接続されており、これによって切換過程がトリガされる。最後に、制御ユニット１６はコミュニケーションバスを介して、バッテリー制御ユニット１５ａと、バッテリー１５の作動状態を監視するために接続されており、これと並んで入力装置１７と接続されている。ここでこの入力装置は次のように構成されている。すなわち運転者が、制御ユニット１６の種々異なる走行プログラムないし制御プログラムを、自転車の種々異なる走行状態に対して呼び出すことができるように構成されている。
【００２８】
以降では、このシステムによってあらわされる、ハイブリッド駆動部の走行状態を説明する。
【００２９】
１．運転開始：
車両の静止時には、中空歯車４、遊星歯車５ａおよび太陽歯車６での回転数は０である。運転者は、運転開始時に、筋力によるトルクを遊星キャリア５ａに形成する。このトルクは、走行抵抗に対して支えられる。太陽歯車６が加速され、すぐに電気駆動部が回転を開始することによって、これはトルクを生成する。このトルクはここで同じように、運転者が入力装置で電動機によるサポートをセットした場合には、運転者で支えられる。これによってトルクが被駆動側ないし中空歯車４に伝達される。電動機２はここで、正の駆動出力を供給する。運転者のパワーはほぼ０である。なぜなら、遊星キャリア５ａでの回転数は０だからである。運転者は支持モーメントを、自身の体の重量によって生成する。これに相応して、強く、かつ快適な運転開始サポートが実現される。これは、運転者がクランク駆動部１でのトルクによって調整ないしコントロールすることができる。
【００３０】
２．サポートを伴う駆動：
運転者はクランク駆動部１を操作し、電動機２は継続的な駆動モーメントを形成する。この駆動モーメントは運転者によって支えられる。また、運転者がペダルを踏んでいるときには、遊星ギア１２の全ての部分は回転状態にある。運転者のパワーも電気駆動部の出力も正である。このようにして例えば、登山走行時に、または別の走行抵抗を補償するためにサポートが行われる、またはトルクが加速フェーズにおいて短期間、高められる。
【００３１】
３．フリーホイール：
運転者が遊星キャリア５ａにトルクを加えない場合、すなわち、踏んでいない場合、遊星キャリア５ａにはトルクがかからない。自転車は電動機２によってのみ駆動される。これによって太陽歯車６が、中心歯車４に比例して回転する。遊星キャリア５ａは動かない。
【００３２】
４．回生：
エネルギー回生のこの状態は、運転者による制動時に生じる。運転者は、負のトルクを遊星キャリア５ａで生成する（逆踏み）。このトルクは、電動機２の発電作用トルクによって支えられる。自転車はこれによって速度を落とす。運転者のパワーはほぼ０である。なぜなら、遊星キャリア５ａが静止しているからである。運転者は自信の体重を介して支える。電動機２は発電機として作動し、パワーを生成し、これによってバッテリーを充電する。このトルクは回生時に有利には運転者によって、直観的に逆踏みを介して調整される。登山走行時には、自転車がフルーホイールを有していない、ないしはフリーホイールが起動されていないときに、発電機能が提供される。
【００３３】
５．緊急走行作動：
バッテリー１５が空である場合、または電動機２が故障している場合には、太陽歯車６はもはや電動機２によって駆動されない。これによって自転車が走行可能でなくなる。このような場合に、運転者の筋力による従来の走行作動（すなわちモータを用いない走行）を可能にするために、電動機２の回転子２ｂおよび太陽歯車６が固定的に接続されている中空シャフト３が、ロック装置１３を介して固定される。ロック装置１３におけるフリーホイールによって、太陽歯車６は一方向においてのみ回転可能になる。駆動の場合には、ロック装置１３は、運転者のトルクを支える。遊星キャリア５ａが停止している場合に、太陽歯車６は、フリーホイール状態において説明されたように、回転することができる。
【００３４】
６．負荷点持ち上げ：
特別な場合において、バッテリーを筋力で充電することが望まれる。このシステムによって、この場合には、いわゆる負荷点持ち上げが行われる。すなわち、走行抵抗が小さい場合には、モータは運転者の筋力によって発電機として作動され、これによってバッテリーが充電される。運転者はこの状態においてクランク駆動部１も、電動機２も駆動し（ロック装置１３は固定しない）、クランクでの回転数を自由に調整することができる。
【００３５】
７．切換過程の間のトルク低減：
従来のディレイラーまたはギアハブまたはチェーンが使用されている場合に、負荷下での切換過程時の損傷または過度の摩耗を阻止するために、制御ユニット１６は特別な実施形態では次のように構成されている。すなわち、遊星ギア１２でのトルクを変える制御が行われるように構成されている。これによって、ハイブリッド駆動部からチェーン７を介して、回路８に作用する負荷が低減される。このために、ギア転換時には（下方転換時にも上方転換時にも）、電動機２の回転数ないし駆動、ひいては遊星ギア１２の太陽歯車６でのトルクが短時間の間、低減される。これによって、ディレイラーまたはギアハブでのソフトかつ快適な切換過程が実現され、切換コンポーネントが大事に扱われる。
【００３６】
上述の実施例の他に、電気的な補助駆動部では、択一的な実施形態が可能である。ここでは電動機２が、遊星ギア１２の太陽歯車６に作用し、運転者の力がクランク駆動部１を介して遊星ギア１２の中心が中心歯車４に作用し、チェーン７で、遊星ギア１２の遊星キャリア５ａを介して力の取り出しが行われる。この実施形態は、ギア内のローラー作動が低減され、これによって効率が改善される、という利点を有している。上述の実施例とは異なり、運転者が使用可能な変速比は緊急走行作動中には僅かである。電気的な駆動の場合には、２つの実施例において、電動機２として、直流電流モータまたは電子整流モータが使用される。電動機２は、使用されている従来のギア転換装置の変速段を使用するので、コンパクトに構成される。電動機２の最小構造体積は、クランク駆動部１での遊星ギア１２との統合を容易にする。
【００３７】
電気的な補助駆動部を備えた本発明の自転車は、従来技術とは異なって、改善された走行特性の他に、運転者の下方の総合重心の位置が有利であるので、次の利点も有する。すなわち、駆動部の変速比が、電動機２の回転数を介して無段階に調整可能であり、これに従った、ギア転換装置８の個々の変速段または、（第２のチェーンベルトに対する）クランク駆動部１でのディレイラーを省くことができる、という利点を有する。さらに駆動部を、中心歯車での回転数センサ１０および駆動ホイール９での速度センサ１１によって検出された回転数によってのみ調整することができる。トルクセンサは必要ではない。従って、構成部分の数が少ないことおよび自転車の全体構造が簡単であることによって、製造コストを格段に低減させることができる、ないしはコスト効果を改善することができる。
【００３８】
以降では図４を参照して、本願発明の第２の実施例を詳細に説明する。ここでは同じ構成部分ないしは同じ機能を有する構成部分に、第１の実施例と同じ参照番号が付与されている。
【００３９】
図４から読み取れるように、電気的補助駆動部を有する自転車は同じように、ペダル１ａとペダルシャフト１ｂとを備えたクランク駆動部１を有している。ペダルシャフト１ｂの周りには同じように、電動機２並びに第１の遊星ギア１２および第２の遊星ギア２０が配置されている。ペダルシャフト１ａ、２つの遊星ギア１２、２０および電動機はここで共に、ペダルシャフト１ｂの軸Ａ内に位置している。第２の遊星ギア２０はここで、電動機２と第１の遊星ギア１２との間に接続されている。
【００４０】
図４に示された駆動ユニットは同じように２つの駆動部と１つの被駆動側を有している。ここで第１の駆動部は、運転者がペダルを踏むことによって提供され、第２の駆動部は電動機２である。被駆動側は同じようにチェーン７であり、このチェーンは第１の遊星ギアの中心歯車７の外周に噛み合っている。運転者の力は第１の遊星ギア１２を介して供給され、電動機２のモーメントは第２の遊星ギア２０を介して供給される。第２の遊星ギア２０はここで、電気的駆動部の回転数を低減するために使用される。これによって電動機２を、高い回転数を有する駆動部として設けることができる。従って、電動機は、出力が同じ場合に、回転数の小さい電気的な駆動部と比較して、重量がより軽くなる。さらに、電動機２として、高い効率を有する電動機を使用することができる。
【００４１】
図４に示されているように、電動機２の回転子２ｂは第１の軸受け３１を介して支承されており、第２の軸受け３２は回転可能にペダルシャフト１ｂで支承されている。回転子２ｂは、接続フランジ２７を介して、第２の遊星ギア２０の太陽歯車２６と接続されている。太陽歯車２６はここで、第３の軸受け３３によって、ペダルシャフト１ｂで支持されている。太陽歯車２６は、第２の遊星ギア２０の複数の遊星歯車２５と介入関係にある。ここでこれらの遊星歯車２５は、遊星キャリア５ａに支承されている。遊星歯車２５はさらに、第２の遊星ギア２０の位置固定された中心歯車２４と介入関係にある。ここで中心歯車２４は、図４に示されているように、固定子２ａに固定されている。遊星キャリア５ａは、第４の軸受け３４を介して、ペダルシャフト１ｂ上に支承されている。さらに図４から読み取れるように、第５の軸受け３５は、第１の遊星ギア１２の中空シャフト４を支承する。さらに、第１の遊星ギアの太陽歯車６は、ペダルシャフト１ｂと固定的に接続されている。同じように遊星キャリア５ａに支承されている、第１の遊星ギア１２の遊星歯車５は、第１の遊星ギアの太陽歯車６とも、中空歯車４とも噛み合う。中空歯車４は同じように、チェーン７に対する接続部用の外側噛み合いを有している。固定子２ａは、第６の軸受け３６を介して回転子で支承されており、第７の軸受け３７を介してペダルシャフト１ｂで支承されている。従ってクランク軸Ａの軸方向においては、第１の遊星ギア１２と電動機２との間に第２の遊星ギアが配置されている。
【００４２】
このようにして、第１の遊星ギア１２は太陽歯車６と、中心歯車４と、遊星歯車５と遊星キャリア５ａとを含んでいる。第２の遊星ギア２０は太陽歯車２６と、中心歯車２４と、遊星歯車２５と上述の遊星キャリア５ａを有している。このように、遊星歯車５ないし２５がそれぞれ１つの軸側に配置されている共通の遊星キャリア５ａを使用することによって、駆動部の構成部分の数、ひいては重量が低減される。ペダルシャフト１ｂは、中心歯車４、遊星歯車キャリア５ａ、太陽歯車２６並びに回転子２ｂおよび少なくとも片側で固定子２ａを支持するためにも使用される。
【００４３】
従って第２の遊星ギア２０は電動機２の起動時にそのモータ回転数を低減させ、場合によってはさらに供給される運転者のパワーを第１の遊星ギア１２を介して加える。動力取り出しは、第１の遊星ギア１２の中心歯車４でチェーン７を介して行われる。従って図４に示されているように、本願発明の駆動ユニットはクランク軸Ａの軸方向において非常に短い構造長しか有していない。従って、ペダルシャフト１の長さは、この領域内に、２つの遊星ギア１２、２０と電動機２を配置するのに十分である。第２の遊星ギア２０によって行われる回転数低減によって、さらに、電動機２は非常にコンパクトに構成され、かつ重量が軽くなる。これはさらに自転車の操作性を改善する。ここでは回転数の高い電動機２が駆動され、高い効率が得られる。従って、電動自転車の到達距離全体が格段に改善される。
【００４４】
その他の点に関しては、この実施例は前述の実施例に対応するので、その実施例についての説明を参照することができる。
【００４５】
さらに、遊星キャリア５ａを省き、第１の遊星ギア１２の遊星歯車５を直接的に、第２の遊星ギア２０の遊星歯車２５と直接的に、例えば接続軸を介して接続した場合に、図４に示された駆動ユニットをさらにコンパクトに構成することができることに留意されたい。これによってさらにコンパクトに構成される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年7月26日(2011.7.26)
【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】
電気的な補助駆動部を備えた自転車であって、
・電動機（２）と、
・当該電動機（２）に接続され、電気エネルギーを蓄積するバッテリー（１５）と、
・クランク軸（Ａ）の周りに回転可能に配置されたペダルシャフト（１ｂ）に固定されているペダル（１ａ）を備えたクランク駆動部（１）と、
・前記電動機（２）によっても運転者の筋力によっても自転車を駆動する遊星ギア（１２）とを備え、
・前記遊星ギア（１２）と前記電動機（２）は、前記クランク駆動部（１）のペダルシャフト（１ｂ）の周りに配置されている、
ことを特徴とする、電気的な補助駆動部を備えた自転車。
【請求項２】
前記電動機（２）は、中空シャフト（３）を介して前記遊星ギア（１２）の太陽歯車（６）と接続されており、前記ペダルシャフト（１ｂ）は当該中空シャフト（３）内に配置されている、請求項１記載の自転車。
【請求項３】
前記クランク駆動部（１）は、前記遊星ギア（１２）の遊星キャリア（５ａ）と接続されている、請求項１または２記載の自転車。
【請求項４】
前記クランク駆動部（１）は、前記遊星ギア（１２）の中心歯車（４）と接続されている、請求項１または２記載の自転車。
【請求項５】
フリーホイールを有するロック装置（１３）をさらに備え、これによって前記電動機（２）の回転子（２ｂ）をロックする、請求項１から４までのいずれか１項記載の自転車。
【請求項６】
前記遊星ギア（１２）の前記中心歯車（４）は外側噛み合いを有しており、これによって前記遊星ギア（１２）の被駆動側を形成する、請求項１から５までのいずれか１項記載の自転車。
【請求項７】
前記自転車は駆動ホイール（９）にギア転換装置（８）を有しており、
前記駆動ホイール（９）は前記遊星ギア（１２）と接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の自転車。
【請求項８】
前記ギア転換装置（８）は、ディレイラーまたはギアハブである、請求項７記載の自転車。
【請求項９】
制御ユニット（１６）と、遊星ギア（１２）の回転数センサ（１０）と、自転車速度を検出する速度センサ（１１）と、ギア転換を行うための電気的なアクチュエータ（１４）とをさらに備え、
前記電動機（２）と前記電気的なアクチュエータ（１４）を、所定の制御プログラムに応じて、かつ、前記回転数センサ（１０）および前記速度センサ（１１）の値に基づいて制御するように、前記制御ユニット（１６）が構成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の自転車。
【請求項１０】
前記回転数センサ（１０）は、前記遊星ギア（１２）の中心歯車（４）に取り付けられている、請求項９記載の自転車。
【請求項１１】
前記太陽歯車（６）の歯の数は、前記遊星歯車（５）の歯の数と同じである、請求項１から１０までのいずれか１項記載の自転車。
【請求項１２】
前記クランク駆動部（１）は前記太陽歯車（６）と接続されており、前記電動機（２）は遊星キャリアと接続されており、駆動用のチェーン（７）は前記中心歯車（４）と接続されている、請求項１記載の自転車。
【請求項１３】
前記電動機（２）と前記第１の遊星ギア（１２）との間に接続された第２の遊星ギア（２０）をさらに備え、
前記第２の遊星ギア（２０）は、前記クランク駆動部のペダルシャフト（１ｂ）の周りに配置されている、請求項１２記載の自転車。
【請求項１４】
前記第２の遊星ギア（２０）は、前記電動機（２）の回転数を低減させる、請求項１３記載の自転車。
【請求項１５】
前記第２の遊星ギア（２０）は、前記電動機（２）の回転数を１：８の比まで低減させる、請求項１４記載の自転車。
【請求項１６】
前記第２の遊星ギアの太陽歯車（２６）は、前記電動機（２）の回転子（２ｂ）と接続され、前記第２の遊星ギアの遊星歯車（２５）と噛み合い、
前記遊星歯車（２５）は遊星キャリア（５ａ）に配置されており、当該遊星キャリアには、前記第１の遊星ギア（１２）の遊星歯車（５）も配置されており、
前記遊星キャリア（５ａ）は回転可能に、前記ペダルシャフト（１ｂ）に支承されている、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の自転車。
【請求項１７】
前記第１の遊星ギア（１２）の前記太陽歯車（６）、遊星歯車（６）および中心歯車（４）は傾斜噛み合わせを有しており、前記第２の遊星ギア（２０）の太陽歯車（２６）、遊星歯車（２５）および中心歯車（２４）は傾斜噛み合わせを有しており、
前記第１の遊星ギア（１２）の遊星歯車（５）は、前記第２の遊星ギア（２０）の遊星歯車（２５）と直接的に接続されている、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の自転車。
【請求項１８】
前記クランク駆動部（１）に配置されたクラッチをさらに備え、当該クラッチは、自転車の力を前記太陽歯車（６）または前記中心歯車（４）に出力するように構成されている、請求項１から１７までのいずれか１項記載の自転車。
【国際調査報告】
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