(57)【要約】  本発明は、ペダル車両用のパワートレイン（１）に関する。パワートレイン（１）は、第１の回転軸（２５）の周りを回転するクランク軸（２）と出力スプロケット（３）とを含む。クランク軸（２）と出力スプロケット（３）との間の結合は、第１の回転軸（２５）から空間的にずらされた第２の回転軸（１５）の周りを回転するリングギア（１１）、遊星キャリア（１２）および太陽歯車（１３）を含む遊星歯車システムを経由する。【選択図】図１
2020531363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
・第１の回転軸（２５）を中心に回転するように配置されたクランク軸（２）と、
・第１の回転軸（２５）を中心に回転するように配置された出力スプロケット（３）と、
・第１のモータ（４０）と、
・第２のモータ（５０）と、
・第１のギア要素、第２のギア要素および太陽歯車（１３）を含む遊星歯車セットであって、
該クランク軸（２）および該第２のモータ（５０）は、該遊星歯車セットの最初の入力を形成するために、該第１のギア要素を介して該遊星歯車セットに接続されており、
該第１のモータ（４０）は、該遊星歯車セットの第２の入力を形成するために、該太陽歯車（１３）を介して該遊星歯車セットに接続されており、
該第２のギア要素は、該遊星歯車セットの出力を形成するために、該遊星歯車セットを該出力スプロケット（３）に接続している、遊星歯車システムと、を備え、
該第１のギア要素、該第２のギア要素および該太陽歯車（１３）は、該第１の回転軸（２５）とは異なる同一の第２の回転軸（１５）を中心に回転するように配置されており、
該クランク軸（２）から該出力スプロケット（３）への機械的な動力の伝達を可能にするように配置された第１のワンウェイクラッチ（７１）をさらに備え、また
該第１のワンウェイクラッチ（７１）は、該出力スプロケット（３）が該クランク軸（２）よりも遅く回転するのを防ぐように、該クランク軸（２）と該出力スプロケット（３）との間に配置される、ペダル車両用のパワートレイン（１）。
【請求項２】
前記第１のギア要素は、前記遊星歯車セットのリングギア（１１）であり、前記第２のギア要素は、前記遊星歯車セットの遊星キャリア（１２）である、請求項１に記載のパワートレイン（１）。
【請求項３】
前記第１のギア要素は、前記遊星歯車セットの遊星キャリア（１２）であり、前記第２のギア要素は、前記遊星歯車セットのリングギア（１１）である、請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項４】
前記クランク軸（２）が前記第１のギア要素と直接噛み合っている、および／または前記第２のモータ（５０）のロータが前記第１のギア要素と直接噛み合っている、および／または前記第１のモータ（４０）のロータが、前記太陽歯車（１３）に固定的に取り付けられる、および／または前記第２のギア要素が、前記出力スプロケット（３）と直接噛み合っている、請求項１から３のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項５】
前記制御ユニットは、前記第１のモータを制御するために速度比パラメータをさらに使用するように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項６】
前記制御ユニットは、回転速度設定値を決定し、該回転速度設定値を前記第１のモータ（４０）に課すように構成されており、前記回転速度設定値は、前記第２のモータ（５０）の角度位置の測定要素によって取得された前記第２のモータ（５０）の回転速度と、速度比パラメータとに正比例するように決定されている、請求項１に記載のパワートレイン（１）。
【請求項７】
前記制御ユニットは、前記第２のモータ（５０）を制御するために、前記パワートレインの速度比パラメータおよび支援レベルパラメータをさらに使用する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項８】
前記制御ユニットは、電流設定値またはトルク設定値を決定し、該電流設定値またはトルク設定値を前記第２のモータ（５０）に課すように構成されており、前記電流設定値またはトルク設定値は、前記第１のモータ（４０）の電流の測定要素によって取得された前記第１のモータ（４０）のトルクまたは電流に正比例するように決定されており、また前記パワートレインの速度比パラメータおよび前記パワートレインの支援レベルパラメータとに基づいて決定されている、請求項１に記載のパワートレイン（１）。
【請求項９】
前記クランク軸（２）と前記第１のギア要素は、前記第１のギア要素が前記クランク軸（２）よりも速く回転するように接続されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項１０】
前記出力スプロケット（３）と前記第２のギア要素は、前記第２のギア要素が前記出力スプロケット（３）よりも速く回転するように接続されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項１１】
前記第２のモータ（５０）は、前記第１のギア要素が前記第２のモータ（５０）よりも遅く回転するように前記第１のギア要素に接続される、請求項１から１０のいずれ一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項１２】
プリント回路基板（６０）をさらに備え、前記第１のモータ（４０）の角度位置の前記測定要素は第１のセンサ（４１）を含み、前記第２のモータ（５０）の角度位置の前記測定要素は第２のセンサ（５１）を含み、前記第１のセンサ（４１）および前記第２のセンサ（５１）は、好ましくは該プリント回路基板（６０）に配置されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項１３】
前記ペダル車両の前進運動に相当する回転方向での前記第２のモータ（５０）による前記クランク軸（２）の駆動を防止するように配置された第２のワンウェイクラッチ（７２）をさらに備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項１４】
・前記第１のモータ（４０）の角度位置の測定要素、
・前記第２のモータ（５０）の角度位置の測定要素、
・前記第１のモータの電流測定要素（４０）、および
・前記第２のモータ（５０）の電流の測定要素の
うちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項１５】
前記第１のモータ（４０）、前記第２のモータ（５０）に接続され、好ましくは前記第１のモータ（４０）の角度位置、前記の第２のモータ（５０）の角度位置、前記第１のモータ（４０）の電流、および前記第２のモータ（５０）の電流に従って前記第１のモータ（４０）および前記第２のモータ（５０）を制御するように構成されている制御ユニットを更に備え、該制御ユニットは、好ましくは電流制御またはトルク制御に従って前記第２のモータ（５０）を制御し、角度位置制御または角速度制御に従って前記第１のモータ（４０）を制御するように構成されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）を備えるペダル車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペダル車両、特に自転車または電動自転車用のパワートレインに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、遊星歯車システム、クランク軸、出力スプロケット、第１のモータおよび第２のモータを備える、自転車用のパワートレインを記載している。遊星歯車システムは、リングギア、太陽歯車および遊星キャリアを備える。
【０００３】
このシステムでは、遊星キャリアは二重遊星を備え、これは製造したり組み立てたりするのに複雑であり、高価でもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６／０３４５７４号
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的の１つは、製造が簡単で、軽量で、頑丈で、コンパクトなサイズのペダル車両用のパワートレインを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的のために、本発明は、ペダル車両用のパワートレインを提案しており、これは、
・第１の回転軸を中心に回転するように配置されたクランク軸と、
・第１の回転軸を中心に回転するように配置された出力スプロケットと、
・第１のモータと、
・第２のモータと、
・第１のギア要素、第２のギア要素および太陽歯車を含む遊星歯車システムであって、
クランク軸および第２のモータは、遊星歯車セットへの最初の入力を形成するために、第１のギア要素を介して遊星歯車セットに接続されており、
第１のモータは、遊星歯車セットへの第２の入力を形成するために、太陽歯車を介して遊星歯車セットに接続されており、
第２のギア要素は、遊星歯車セットからの出力を形成するために、遊星歯車セットを出力スプロケットに接続している、遊星歯車システムと、を備え、
第１のギア要素、第２のギア要素および太陽歯車は、第１の回転軸とは異なる第２の回転軸を中心に回転するように配置されている。
【０００７】
本発明によるパワートレインでは、第１のギア要素、第２のギア要素および太陽歯車は、クランク軸および出力スプロケットの回転軸から空間的にずらされた回転軸を有する。これにより、太陽歯車のサイズをクランク軸の直径と無関係にすることができる。これにより、より小さな直径の太陽歯車を取り付けることが可能になり、その結果、遊星歯車比を増大させることができる。したがって、二重遊星を使用せずに遊星歯車セットに関して十分な比率を獲得することが可能である。これにより、パワートレインが製造し易く、組み立て易くなり、またより安価にすることが可能になる。
【０００８】
本発明によるパワートレインはまた、第１のモータと出力スプロケットとの間に大きな減速比を得ることを可能にする。実際、このような減速比は、遊星歯車セット比と、第２のギア要素と出力スプロケットとの間の減速比とに依存する。
【０００９】
パワートレインの利点の１つは、クランク軸と遊星歯車セットの第１のギア要素との間のギア比を低下させることが可能であることである。その結果、遊星歯車セットのすべての要素がより速く、かつより少ないトルクで回転することになる。これにより、それらが被る機械的なストレスが低下する。
【００１０】
本発明によるパワートレインの別の利点は、第１のモータ軸がクランク軸と異なるため、位置センサを第１のモータ軸の中心に容易に配置することが可能であることである。
【００１１】
本発明によるパワートレインの別の利点は、第１のモータ軸がクランク軸と異なるため、第１のモータが比較的簡素であり得ることである。
【００１２】
本発明によるパワートレインの別の利点は、同じハウジング内で電気的支援と自動ギアボックスを合体させることである。
【００１３】
本発明によるパワートレインの別の利点は、継続的に可変の伝達比を提供することである。
【００１４】
クランク軸と出力スプロケットが同じ回転軸を有するという事実により、クランク軸が、出力スプロケットを後輪に連結するチェーンの邪魔にならないようにすることができる。これにより、チェーンを短くすることが可能になる。また、これにより、ペダル車両上でのパワートレインの位置決めにも大きな自由度が与えられる。さらに、これにより、クランク軸と後輪との間のスペースを最小限に抑えることができ、このことは、ペダル車両により優れた操縦性を与える。
【００１５】
好ましくは、パワートレインは、以下の測定要素、
・第１のモータの角度位置の測定要素、
・第２のモータの角度位置の測定要素、
・第１のモータの電流の測定要素および
・第２のモータの電流の測定要素のうちの少なくとも１つを備える。
【００１６】
好ましくは、パワートレインは、第１のモータ、第２のモータに接続され、第１のモータの角度位置、第２のモータの角度位置、第１のモータの電流および第２のモータの電流に従って、第１のモータおよび第２のモータを制御するように構成された制御ユニットを備え、該制御ユニットは、電流制御またはトルク制御に従って第２のモータを制御するように構成されている。
【００１７】
２つの値の間には直接の数学的関係があるため、位置制御と速度制御との間には基本的な違いはないということは興味深いことである。角速度は、角度位置の時間導関数である。例えば、一定の角速度で回転するようにモータを制御することは、時間の関数として線形に徐々に進む角度位置をたどるようにモータを制御することと同じである。
【００１８】
好ましくは、第１の回転軸と第２の回転軸は平行である。好ましくは、第２のモータの回転軸もまたそれらと平行である。
【００１９】
この文献の枠内では、２つの接続された、または連結された要素は、直接または間接的に接続される場合、または連結される場合がある。例えば、それらは、少なくとも１つの中間歯車、ベルトおよび／またはローラを介して直接または間接的に噛み合う場合もある。
【００２０】
この文献の枠内では、「入力」および「出力」という用語は、運動学的連鎖の中での入力および出力という意味で理解すべきである。入力は好ましくは機械的動力の入力であり、出力は好ましくは機械的動力の出力である。
【００２１】
この文献の枠内では、遊星歯車セット比は遊星歯車セットの減速である。単一の遊星を備えた遊星歯車セットの場合、それはリングギアの直径と太陽歯車の直径との比である。
【００２２】
この文献の枠内では、ペダル車両は、例えば自転車、モペット、三輪車であり得る。
【００２３】
この文献の枠内では、ギア要素は、例えば、１つの歯車、または機械的にトルクがかけられた、もしくはお互いに噛み合った複数の歯車であり得る。
【００２４】
この文献の枠内では、「回転軸を中心に回転するように配置された」要素は、好ましくは、この軸を中心として概して対称的な要素である。
【００２５】
この文献の枠内では、２つの物体間の「固定比」は、それらの回転速度が一定の比率であることを意味する。
【００２６】
この文献の機構では、「パワートレインのギア比」とは、クランク軸と出力スプロケットとの間に存在するギア比を指す。
【００２７】
この文献の機構では、「パワートレインの支援レベル」とは、サイクリストによって与えられた動力に対する、電気的支援によって与えられた動力部分を指す。これは、２つのモータの出力を２つのモータの出力とサイクリストの動力との合計で割ることによって計算することができる。それは、「支援レベルパラメータ」とも呼ばれる場合がある。これは、制御インターフェースを介してサイクリストによって手動で制御されるか、または他のパラメータの機能の制御ユニットによって自動的に計算され得るパラメータである。
【００２８】
この文献の枠内では、二重遊星には、同心円状にかつ固定式に取り付けられた大きな歯車と、小さな歯車とが含まれる。
【００２９】
この文献の枠内では、角度位置の測定は角速度の測定に相当する。実際、本発明によるパワートレインは好ましくは、このモータの角度位置からモータの一方の角速度を決定する手段を含む。
【００３０】
この文献の枠内では、電流の測定値はトルクの測定値に相当する。実際、本発明によるパワートレインは好ましくは、このモータに供給される電流からモータの一方のトルクを決定する手段を含む。
【００３１】
遊星歯車システムには、リングギア、遊星キャリアおよび太陽歯車が含まれる。遊星キャリアには遊星が含まれる。太陽歯車は、内側太陽歯車またはサンと呼ばれる場合もある。リングギアは外側リングギアと呼ばれる場合もある。太陽歯車とリングギアは、遊星を介して接続されていることが好ましい。
【００３２】
好ましくは、遊星キャリアは単一の遊星のみを含む。実際、本発明によるパワートレインは、二重遊星の使用を回避することを可能にする。
【００３３】
第１のモータは、ロータおよびステータを含む。第２のモータは、ロータおよびステータを含む。第１のモータのロータは、太陽歯車を介して遊星歯車セットに接続されており、第２のモータのロータは、第１のギア要素を介して遊星歯車セットに接続されている。
【００３４】
好ましくは、第１のモータのロータは、第２の回転軸に従って回転するように配置されている。好ましくは、第２のモータのロータは、第１の回転軸および第２の回転軸とは異なる第３の回転軸に従って回転するように配置されている。
【００３５】
好ましくは、パワートレインは、制御ユニットが配置されるプリント回路基板を含む。
【００３６】
好ましくは、パワートレインは、１つまたはいくつかのバッテリーを含む。
【００３７】
好ましくは、出力スプロケットは、クランク軸を囲むように配置され、かつクランク軸と同軸の中空シャフトに固定される。
【００３８】
本発明の一実施形態では、出力スプロケットは、好ましくはチェーン、シャフトトランスミッションまたはベルトによってペダル車両の後輪ピニオンに連結される。
【００３９】
クランク軸の回転は、ペダル車両を使用しているサイクリストのペダルを踏む動作から生じる。クランクシャフトを入力として取り入れる遊星歯車セットの使用によって、サイクリストが提供する回転と出力スプロケットの回転とのギア比の変更が可能になる。
【００４０】
本発明の一実施形態では、第１のモータの役割は、パワートレインのギア比を管理することである。その機能の１つは、所定の伝達比を提供することである。この伝達比は、クランク軸の角速度と出力スプロケットの角速度との比である。例えば、この伝達比は、ペダル車両のユーザが提供する速度比パラメータに基づいて決定される、またはサイクリストに自動ギアシフトを提供するために制御ユニットによって決定される場合がある。この決定は、ギアシフトアルゴリズムによって実現することができる。第１のモータは好ましくは、例えば第１のモータを制御する制御ユニットを介して角度位置または角速度によって制御されることで、角度位置または角速度設定値が考慮されることになる。
【００４１】
本発明の一実施形態では、第２のモータの役割は、パワートレインの正当な支援レベルを管理することである。その機能の１つは、クランクにトルクを加えることにより、サイクリストの運動を支援することである。好ましくは、支援レベルは、とりわけ支援レベルパラメータに基づいて制御ユニットによって決定される。支援レベルパラメータは、ユーザによって決定される、またはパワートレインの制御ユニットによって自動的に決定される場合がある。支援レベルは、パワートレインのギア比とは無関係であることが望ましい。第２のモータは好ましくは、例えば第２のモータを制御する制御ユニットを介して電流またはトルクによって制御されることで、電流またはトルクの設定値が考慮されることになる。
【００４２】
好ましくは、制御ユニットは、第１のモータの角度位置の測定要素、第２のモータの角度位置の測定要素、第１のモータに供給される電流の測定要素および第２のモータに供給される電流の測定要素に電気的に接続される。
【００４３】
第１および第２のモータの制御は、例えば、本発明の第１の実施形態において以下の方法で行うことができる。
【００４４】
自転車の後輪の角速度
2020531363.tif 000003
は、出力スプロケットの角速度
2020531363.tif 000004
に比例しており、
2020531363.tif 000005
式中
2020531363.tif 000006
は、自転車の後輪の角速度と出力スプロケットの角速度との伝達比である。出力スプロケットの角速度は次の式で与えられ、
2020531363.tif 000007
式中
2020531363.tif 000008
は遊星キャリアと出力スプロケットとの比率であり、
2020531363.tif 000009
はクランク軸とリングギアとの比率であり、
2020531363.tif 000010
は第１のモータの角速度であり、
2020531363.tif 000011
はクランクの角速度であり、Ｒは遊星歯車セットの減速比である。
【００４５】
クランクの角速度は、第２のモータの測定された角速度
2020531363.tif 000012
から決定することができ、
2020531363.tif 000013
式中
2020531363.tif 000014
は、第２のモータとリングギアとの減速比である。
【００４６】
制御ユニットは、速度比パラメータ
2020531363.tif 000015
（英語の歯車係数に対する）および第２のモータの測定された角速度
2020531363.tif 000016
に依拠して、第１のモータに課される角速度
2020531363.tif 000017
を決定することで、
2020531363.tif 000018
パラメータ
2020531363.tif 000019
が一定の場合、後輪の角速度はクランクの角速度に比例するようになる
2020531363.tif 000020
【００４７】
したがって、
2020531363.tif 000021
は第１のモータに課される角速度設定値である。同様にして、この速度設定値
2020531363.tif 000022
の単なる積分値である位置設定値をそれに割り当てることにより、第１のモータを位置制御することが可能である。
【００４８】
第１のモータのトルク
2020531363.tif 000023
は、
2020531363.tif 000024
によって与えられ、
式中
2020531363.tif 000025
はクランクのトルクであり、
2020531363.tif 000026
は出力スプロケットのトルクである。
【００４９】
例えば、出力スプロケットに供給される総エネルギーに対する電力の比率に等しい、支援レベルパラメータＡＦ（英語の支援因数に対する）を考慮することができる。
2020531363.tif 000027
【００５０】
動力がトルクに角速度を乗じたものに等しいことを考慮することによって、方程式
2020531363.tif 000028
から第１のモータのトルク
2020531363.tif 000029
に基づいて、所望の支援レベルパラメータに到達するのに適切な第２のモータのトルクを決定することが可能である。
【００５１】
したがって、
2020531363.tif 000030
は、第２のモータに加えられるトルクまたは電流の設定値である。
【００５２】
好ましくは、モータ制御は、フィードバック制御とも呼ばれる情報フィードバックを伴う制御である。
【００５３】
本発明によるパワートレインは、コースターブレーキとして機能することができ、これにより、制動エネルギーを回収してバッテリーを再充電することが可能になる。好ましくは、パワートレインはこのとき、後輪が、運動を出力スプロケットに伝達するようにチェーンを駆動することができるように構成される。これは、例えば、後輪のピニオンを後輪のハブに固定式に取り付けることによって実現することができる。したがって、ペダル車両が坂道を下る場合、チェーンが回転し、出力スプロケットを駆動する。これにより、第１のモータおよび／またはクランクが通常の動作方向に回転する。サイクリストがブレーキをかけたい場合には、クランクを後方に、つまり通常の操作方向とは反対方向に作動させることができる。クランクの位置は、第２のモータの角度位置測定要素によって、例えば第２のセンサを利用して決定することができる。好ましくは、第２のモータは、制御ユニットによって制御されない。好ましくは、第１のモータは、モータが発電機として作用するという事実に相当する負のトルク設定値で、トルクまたは電流によって制御される。この負のトルク設定値は、クランクによって実行される負の角度に比例することが好ましい。このような角度の測定値は、サイクリストがクランクを後方に作動させる瞬間にゼロに設定される。したがって、サイクリストがクランクを後方に作動させた瞬間に、第１のモータが自転車にブレーキをかけ始める。その結果、サイクリストは第１のモータの制動トルクに比例するトルクを感じ、クランクを前方に戻すように動かす。したがって、それは安定したシステムである。サイクリストが後方に押すほど、第１のモータはより大きくブレーキをかける。サイクリストがクランクに対する後方への圧力を解除した場合、クランクは前方に戻り、第１のモータが停止して自転車にブレーキをかける。出力スプロケットが遊星キャリアに接続されている場合、遊星キャリアは差動装置として作用する。その結果、それは、第１のモータを通常の動作方向に回転させる傾向がある。この時点で、第１のモータは発電機として制御されて自転車にブレーキをかけ、よってバッテリーに電力を伝達する。このシステムは、例えば発雷信号システムのようにバックペダル動作によって作動させることができる。ブレーキ力、および結果としてバッテリーに供給されるエネルギー量は、サイクリストが加えているバックペダル力に従って制御することができる。
【００５４】
本発明の第１の実施形態では、第１のギア要素は遊星歯車セットのリングギアであり、第２のギア要素は遊星歯車セットの遊星キャリアである。
【００５５】
この実施形態によれば、クランク軸は、好ましくは固定比でリングギアに接続され、第２のモータのロータは、好ましくは固定比でリングギアに接続されており、第１のモータのロータは、好ましくは固定比で太陽歯車に接続され、太陽歯車とリングギアは遊星歯車セットへの２つの入力を形成し、遊星キャリアは遊星歯車セットの出力を形成し、遊星キャリアは、好ましくは固定比で出力スプロケットに接続されている。
【００５６】
本発明の第２の実施形態では、第１のギア要素は遊星歯車セットの遊星キャリアであり、第２のギア要素は遊星歯車セットのリングギアである。
【００５７】
この実施形態によれば、クランク軸は、好ましくは固定比で遊星キャリアに接続されて
おり、第２のモータのロータは、好ましくは固定比で遊星キャリアに接続されており、第１のモータのロータは、好ましくは固定比で太陽歯車に接続されており、遊星キャリアと太陽歯車は遊星歯車セットの２つの入力を形成し、リングギアは遊星歯車セットの出力を形成し、リングギアは、好ましくは固定比で出力スプロケットに接続されている。
【００５８】
本発明の一実施形態では、クランク軸は第１のギア要素と直接噛み合っている、および／または第２のモータのロータは第１のギア要素と直接噛み合っている、および／または第１のモータのロータは太陽歯車に固定式に取り付けられる、および／または第２のギア要素は出力スプロケットと直接噛み合っている。
【００５９】
本発明の一実施形態では、制御ユニットは、とりわけ速度比パラメータ（ＧＣ）に従って第１のモータを制御するように構成される。
【００６０】
本発明の一実施形態では、制御ユニットは、回転速度設定値を決定し、該回転速度設定値を第１のモータに課すように構成されており、回転速度設定値は、第２のモータの角度位置測定要素によって取得された第２のモータの回転速度と、速度比パラメータ（ＧＣ）とに正比例するように決定されている。
【００６１】
本発明の一実施形態では、制御ユニットは、とりわけパワートレインの速度比パラメータ（ＧＣ）および支援レベルパラメータ（ＡＦ）に従って第２のモータを制御する。
【００６２】
本発明の一実施形態では、制御ユニットは、電流設定値またはトルク設定値を決定し、該電流設定値またはトルク設定値を第２のモータに課すように構成されており、電流設定値またはトルク設定値は、第１のモータの電流測定要素によって取得された第１のモータのトルクまたは電流に正比例するように決定されており、またパワートレインの速度比パラメータ（ＧＣ）およびパワートレインの支援レベルパラメータ（ＡＦ）に従って決定されている。
【００６３】
本発明の一実施形態では、クランク軸と第１のギア要素は、第１のギア要素がクランク軸よりも速く回転するように接続されている。
【００６４】
これにより、減速（速度の向上）が可能になる。したがって、トルクが低くなることから、遊星歯車セットは、機械的ストレスをほとんど受けることがない。
【００６５】
本発明の一実施形態では、出力スプロケットと第２のギア要素は、第２のギア要素が出力スプロケットよりも速く回転するように接続されている。
【００６６】
これにより減速が可能になる。したがって、遊星歯車セットは比較的低いトルクを維持する。
【００６７】
本発明の一実施形態では、第２のモータは、第１のギア要素が第２のモータのロータよりも遅く回転するように第１のギア要素に接続されている。これにより、トルクを低下させ、第２のモータのロータの回転速度を上げることが可能になり、それ故第２のモータのサイズを最小限に抑えること可能になる。
【００６８】
本発明の一実施形態では、パワートレインは、とりわけプリント回路基板を含んでおり、第１のモータの角度位置測定要素は第１のセンサを含み、第２のモータの角度位置測定要素は第２のセンサを含んでおり、第１のセンサおよび第２のセンサは、プリント回路基板上に配置されていることが好ましい。
【００６９】
プリント回路基板は平面であることが好ましい。
【００７０】
好ましくは、第１の磁石が、第１のモータのロータ回転軸の一端に配置される。第１のセンサは、第１の磁石の前方に配置されることが好ましい。これにより、第１のモータの角度位置および／または角速度を容易に測定することが可能になる。
【００７１】
好ましくは、第２の磁石が、第２のモータのロータ回転軸の一端に配置される。第２のセンサは、第２の磁石の前方に配置されることが好ましい。これにより、第２のモータの角度位置および／または角速度を容易に測定することが可能になる。
【００７２】
本発明の一実施形態では、パワートレインはとりわけ、クランク軸から出力スプロケットへの機械的な動力の伝達を可能にするように配置されたワンウェイクラッチを含む。第１のワンウェイクラッチにはさまざまな位置が可能である。
【００７３】
第１のワンウェイクラッチの機能は、たとえモータが作動していない場合でも、クランク軸から出力スプロケットへの完全に機械的な動力伝達を可能にすることである。したがって、万一モータに障害が発生した場合にも、サイクリストはいつでもペダルを踏んで帰宅することができる。好ましくは、このような作動モードは最小の機械的伝達比に相当する。この最小の機械的伝達比は、サイクリストが急な坂を登るときにも使用される。
【００７４】
本発明の好ましい一実施形態では、第１のワンウェイクラッチは好ましくは、出力スプロケットがクランク軸よりも遅く回転するのを防ぐためにクランク軸と出力スプロケットとの間に直接配置される。
【００７５】
これにより、クランク軸が出力スプロケットよりも速く回転するのを回避することが可能になる。ブロックされた位置では、クランク軸が出力スプロケットを直接駆動する。自由な位置では、出力スプロケットはクランク軸よりも速く回転することができる。この位置によって、パワートレインのとりわけ低い第１のギア比に到達することが可能になる。
【００７６】
本発明の一実施形態では、第１のワンウェイクラッチは、遊星キャリアがリングギアよりも遅く回転するのを防ぐためにリングギアと遊星キャリアとの間に配置される。
【００７７】
本発明の一実施形態では、第１のワンウェイクラッチは、第１のモータのロータが特定の方向に回転するのを阻止するために、第１のモータのロータと車両のフレームに対して固定される要素との間に配置される。車両のフレームに対して固定される要素は、例えば第１のモータまたはパワートレインのハウジングである。
【００７８】
本発明の一実施形態では、パワートレインはさらに、ペダル車両の前方移動に対応する回転方向での第２のモータによるクランク軸の駆動を阻止するために配置された第２のワンウェイクラッチを含む。
【００７９】
本発明はさらに、本発明の実施形態の１つによるパワートレインを含むペダル車両を提案する。
【００８０】
本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照する理解のために以下の詳細な説明を読むと明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の第１の実施形態の第１の変形例によるパワートレイン１を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の第２の変形例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の第３の変形例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の第４の変形例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態によるパワートレインを示す図である。
【図６】パワートレインの別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００８２】
本発明は、特有の具現化で図を参照して説明されるが、本発明はそれらに限定されない。記載される図面または図は単に概略的なものであり、限定的なものではない。
【００８３】
本文書の文脈において、「第1」および「第2」という用語は、異なる要素を区別するためにのみ使用され、これらの要素間の順序を意味するものではありません。
【００８４】
図面では、同一または類似の要素には同じ参照番号が付けられている場合がある。
【００８５】
図１から図４は、本発明の第１の実施形態の４つの変形例によるパワートレイン１を示している。図５は、本発明の第２の実施形態によるパワートレイン１を示している。
【００８６】
パワートレイン１は、同じ回転軸２５のクランク軸２と出力スプロケット３とを含む。この軸は、第１の回転軸２５と呼ばれる場合もある。好ましくは、クランク軸２は２つのクランクアーム２１に固定される。
【００８７】
パワートレイン１は、第１のモータ４０と、第２のモータ５０とを含む。第１のモータ４０は、ステータ４６と、磁石４８を含むロータ４７とを含む。ロータ４７は、第２の回転軸１５を中心に回転するように配置されている。第２のモータ５０は、ステータ５６と、磁石５８を含むロータ５７とを含む。ロータ５７は、第３の回転軸３５を中心に回転するように配置されている。
【００８８】
パワートレイン１は、第１のモータ４０の電流の測定要素と、第２のモータ５０の電流の測定要素とを含む。
【００８９】
パワートレイン１はさらに、好ましくはプリント回路基板６０に固定された制御ユニットを含む。プリント回路基板６０は好ましくは、第２の回転軸１５および第３の回転軸３５に対して垂直に配置される。
【００９０】
好ましくは、第１の磁石４３が第１のモータシャフト４０の端部に固定され、第２の磁石５３が第２のモータシャフト５０の端部に固定される。
【００９１】
好ましくは、第１のセンサ４１は、第２の回転軸１５にほぼ一致するようにプリント回路基板６０に固定される。第１のセンサ４１および第１の磁石４３は、第１のモータ４０の角度位置の測定要素の一部である。
【００９２】
好ましくは、第２のセンサ５１は、第３の回転軸３５とほぼ一致するようにプリント回路基板６０に固定される。第２のセンサ５１および第２の磁石５３は、第２のモータ５０の角度位置の測定要素の一部である。
【００９３】
制御ユニットは、第１のモータ４０の角度位置、第２のモータ５０の角度位置、第１のモータ４０の電流および第２のモータ５０の電流に応じて、第１のモータ４０および第２
のモータ５０を制御し、これらの情報は、測定要素によって制御ユニットに供給されている。
【００９４】
制御ユニットは、電流またはトルクによって第２のモータ５０を制御する。制御ユニットは、角度位置または角速度によって第１のモータ４０を制御する。
【００９５】
パワートレイン１は、第１のギア要素、第２のギア要素および太陽歯車１３を含む遊星歯車セットを含む。
【００９６】
本発明の第１の実施形態（図１〜図４）では、第１のギア要素はリングギア１１であり、第２のギア要素は遊星キャリア１２である。好ましくは、遊星キャリア１２は少なくとも１つの遊星１６を含む。好ましくは、リングギア１１は、少なくとも１つの遊星１６に噛み合っている。好ましくは、太陽歯車１３は、少なくとも１つの遊星１６に噛み合っている。
【００９７】
本発明の一実施形態では、第１の歯車２２がクランク軸２に固定式に取り付けられている。第１の歯車２２は、第２の歯車２３と噛み合っている。第２の歯車２３は、リングギア１１に固定式に取り付けられている。好ましくは、第１の歯車２２は、第２の歯車２３の直径よりも大きい直径を有する。
【００９８】
本発明の一実施形態では、第３の歯車２４が出力スプロケット３に固定式に取り付けられている。第３の歯車２４は、第４の歯車２８と噛み合っている。第４の歯車２８は、遊星キャリア１２と共に回転するように、遊星キャリア１２に固定式に取り付けられている。好ましくは、第３の歯車２４は、第４の歯車２８の直径よりも大きい直径を有する。
【００９９】
本発明の一実施形態では、第５の歯車２９は、ロータ５７と共に回転するように、第２のモータ５０のロータ５７に結合され、好ましくは固定される。第５の歯車２９は、リングギア１１と噛み合っている。
【０１００】
通常の動作では、本発明の第１の実施形態によるパワートレインは以下のように動作する。クランク軸２および第２のモータ５０が、リングギア１１を駆動する。リングギア１１は、遊星歯車セットの最初の入力である。第１のモータ４０が、太陽歯車１３を駆動し、これは遊星歯車セットの第２の入力である。リングギア１１および太陽歯車１３が、遊星キャリア１２を駆動し、これは遊星歯車セットの出力である。遊星キャリア１２は、出力スプロケット３を駆動する。
【０１０１】
好ましくは、本発明によるパワートレイン１は、少なくとも１つのワンウェイクラッチを含む。
【０１０２】
図１〜図４に示された本発明の第１の実施形態の４つの変形例ならびに図５に示された本発明の第２の実施形態では、パワートレイン１は、たとえモータ４０、５０が作動していない場合でも、クランク軸２から出力スプロケット３への完全に機械的な動力伝達を可能にする機能を有する第１のワンウェイクラッチ７１を含む。
【０１０３】
本発明の第１の実施形態の第１の変形例（図１）および第４の変形例（図４）では、第１のワンウェイクラッチ７１は、クランク軸２と出力スプロケット３との間に配置される。例えば、第１のワンウェイクラッチ７１は、第１の歯車２２と第３の歯車２４との間に配置することができる。ブロックされた位置では、ワンウェイクラッチ７１は、クランク軸２が出力スプロケット３に固定式に取り付けられるようにする。自由位置では、出力スプロケット３は、クランク軸２よりも速く自由に回転する。
【０１０４】
本発明の第１の実施形態の第２の変形例（図２）では、第１のワンウェイクラッチ７１は、リングギア１１と遊星キャリア１２との間に配置されている。したがって、遊星キャリア１２がリングギア１１よりも遅く回転するのを回避することが可能になる。ブロックされた位置では、ワンウェイクラッチ７１は、リングギア１１が遊星キャリア１２に固定式に取り付けられるようにする。自由位置では、遊星キャリア１２は、リングギア１１よりも速く自由に回転する。
【０１０５】
本発明の第１の実施形態の第３の変形例（図３）では、第１のワンウェイクラッチ７１は、第１のモータ４０のロータ４７と、車両のフレームに固定されるパワートレインのハウジング４５との間に配置される。ブロックされた位置では、ワンウェイクラッチ７１は、ロータ４７がハウジング４５に固定式に取り付けられるようにする。したがって、ロータ４７は速度ゼロでブロックされる。自由位置では、ロータ４７は、ハウジング４５よりも速く自由に回転する。
【０１０６】
さらに、本発明によるパワートレイン１は、第２のモータ５０がクランク軸２を前方に駆動するのを防止する機能を果たす第２のワンウェイクラッチ７２を含むことが可能である。第２のワンウェイクラッチ７２の可能なものが図４に示されている。第２のワンウェイクラッチ７２は、図１から図３に示される第１のワンウェイクラッチ７１の様々な位置と互換性がある。
【０１０７】
第２のワンウェイクラッチ７２は、例えば、第１の歯車２２とクランク軸２との間に配置することができる。第２のワンウェイクラッチ７２は、クランク軸２が前方に作動される際、第１の歯車２２を駆動するが、第１の歯車２２はクランク軸２を前方に駆動することはできない。
【０１０８】
第２のワンウェイクラッチ７２は、そのおかげで第２のモータ５０がクランク軸２を作動させずに回転することができるため、より大きな制御の柔軟性を提供する。これにより、例えばサイクリストがクランクを作動させずに、スロットルの助けを借りて電動化を利用することが可能になる。
【０１０９】
図５は、本発明の第２の実施形態によるパワートレイン１を示している。本発明の第２の実施形態は、主に遊星歯車セットの配置によって本発明の第１の実施形態と異なっている。図５および図１の同一および類似の要素は、以下で詳細には説明されない。
【０１１０】
本発明の第２の実施形態では、第１のギア要素は遊星キャリア１２であり、第２のギア要素はリングギア１１である。好ましくは、遊星キャリア１２は少なくとも１つの遊星１６を含む。好ましくは、リングギア１１は、少なくとも１つの遊星１６に噛み合っている。好ましくは、太陽歯車１３は、少なくとも１つの遊星１６に噛み合っている。
【０１１１】
図５に示す実施形態では、第１の歯車２２は、クランク軸２と共に回転するように、クランク軸２に結合され、好ましくは固定されている。第１の歯車２２は、第２の歯車２３と噛み合っている。第２の歯車２３は、遊星キャリア１２と共に回転するように、遊星キャリア１２に結合され、好ましくは固定されている。好ましくは、第１の歯車２２は、第２の歯車２３の直径よりも大きい直径を有する。
【０１１２】
図５に示す実施形態では、第３の歯車２４は、出力スプロケット３と共に回転するように、出力スプロケット３または出力スプロケット３に固定された中空シャフトに結合され、好ましくは固定されている。第３の歯車２４は、第４の歯車２８と噛み合っている。第４の歯車２８は、リングギア１１と共に回転するようにリングギア１１に結合され、好ま
しくは固定されている。好ましくは、第３の歯車２４は、第４の歯車２８の直径よりも大きい直径を有する。
【０１１３】
通常の動作では、本発明の第２の実施形態によるパワートレインは以下のように動作する。クランク軸２および第２のモータ５０は、遊星キャリア１２を駆動する。遊星キャリア１２は、遊星歯車セットの最初の入力である。第１のモータ４０は、遊星歯車セットの第２の入力である太陽歯車１３を駆動する。太陽歯車１３は、遊星キャリア１２を駆動する。遊星キャリア１２は、遊星歯車セットの出力であるリングギア１１を駆動する。リングギア１１は、出力スプロケット３を駆動する。
【０１１４】
好ましくは、本発明の第２の実施形態によるパワートレイン１は、たとえモータ４０、５０が稼働していない場合でも、クランク軸２から出力スプロケット３への完全に機械的な動力伝達を可能にするための機能などを有するワンウェイクラッチ７１を含む。好ましくは、第１のワンウェイクラッチ７１は、クランク軸２と出力スプロケット３との間に配置される。第１のワンウェイクラッチ７１は、第１のモータ４０のロータと第１のモータ４０のモータハウジングとの間に位置することも可能である。
【０１１５】
さらに、本発明の第２の実施形態によるパワートレイン１は、第２のモータ５０がクランク軸２を駆動することを防止する機能などを有する第２のワンウェイクラッチを含むことができる。
【０１１６】
本発明によるパワートレインの配置は、国際公開第２０１３／１６０４７７号パンフレットに記載されているパワートレインの変形例または既知のパワートレインの他の変形例と互換性があることは興味深いことである。
【０１１７】
図６は、パワートレイン１０１の別の例を示している。これは、国際公開第２０１６／０３４５７４号の図６を参照して説明したパワートレインに非常に似ている。本文書の図６に示されるパワートレインの特異性は、クランク軸１０５と遊星歯車セット１０６との間の接続が、ベルト１０４またはチェーンを介して連結された大きな歯車１０３と、小さな歯車１０２とを介して行われることである。
【０１１８】
言い換えると、本発明は、ペダル車両用のパワートレイン１について言及している。パワートレイン１は、クランク軸２と、第１の回転軸２５を中心に回転する出力スプロケット３とを含む。クランク軸２と出力スプロケット３との間の結合は、第１の回転軸２５に関して空間的にずらされた第２の回転軸１５の周りを回転するリングギア１１、遊星キャリア１２および太陽歯車１３を含む遊星歯車セットを通る。
【０１１９】
本発明を特定の実施形態に関連して説明してきたが、これらは純粋に例示的な値を有するものであり、限定するものと見なすべきではない。概して、本発明は、上記で例示および／または説明された例に限定されない。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「包含する（ｃｏｎｔａｉｎ）」などの動詞およびそれらの活用形の使用は、言及した要素以外の要素の存在を決して排除するものではない。要素を始めて取り入れるための不定冠詞「ａ」、「ａｎ」、または定冠詞「ｔｈｅ」の使用は、これらの要素が複数存在することを排除するものではない。請求項の参照番号は、その範囲を制限するものではない。
【図１】
2020531363.tif 000031
【図２】
2020531363.tif 000032
【図３】
2020531363.tif 000033
【図４】
2020531363.tif 000034
【図５】
2020531363.tif 000035
【図６】
2020531363.tif 000036
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月30日(2020.4.30)
【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】
・第１の回転軸（２５）を中心に回転するように配置されたクランク軸（２）と、
・第１の回転軸（２５）を中心に回転するように配置された出力スプロケット（３）と、
・第１のモータ（４０）と、
・第２のモータ（５０）と、
・第１のギア要素、第２のギア要素および太陽歯車（１３）を含む遊星歯車セットであって、
該クランク軸（２）および該第２のモータ（５０）は、該遊星歯車セットの最初の入力を形成するために、該第１のギア要素を介して該遊星歯車セットに接続されており、
該第１のモータ（４０）は、該遊星歯車セットの第２の入力を形成するために、該太陽歯車（１３）を介して該遊星歯車セットに接続されており、
該第２のギア要素は、該遊星歯車セットの出力を形成するために、該遊星歯車セットを該出力スプロケット（３）に接続している、遊星歯車システムと、を備え、
該第１のギア要素、該第２のギア要素および該太陽歯車（１３）は、該第１の回転軸（２５）とは異なる同一の第２の回転軸（１５）を中心に回転するように配置されており、
該クランク軸（２）から該出力スプロケット（３）への機械的な動力の伝達を可能にするように配置された第１のワンウェイクラッチ（７１）をさらに備え、また
該第１のワンウェイクラッチ（７１）は、該出力スプロケット（３）が該クランク軸（２）よりも遅く回転するのを防ぐように、該クランク軸（２）と該出力スプロケット（３）との間に配置される、ペダル車両用のパワートレイン（１）。
【請求項２】
前記第１のギア要素は、前記遊星歯車セットのリングギア（１１）であり、前記第２のギア要素は、前記遊星歯車セットの遊星キャリア（１２）である、請求項１に記載のパワートレイン（１）。
【請求項３】
前記第１のギア要素は、前記遊星歯車セットの遊星キャリア（１２）であり、前記第２のギア要素は、前記遊星歯車セットのリングギア（１１）である、請求項１に記載のパワートレイン。
【請求項４】
前記クランク軸（２）が前記第１のギア要素と直接噛み合っている、および／または前記第２のモータ（５０）のロータが前記第１のギア要素と直接噛み合っている、および／または前記第１のモータ（４０）のロータが、前記太陽歯車（１３）に固定的に取り付けられる、および／または前記第２のギア要素が、前記出力スプロケット（３）と直接噛み合っている、請求項１から３のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項５】
前記第１のモータを制御するために速度比パラメータをさらに使用するように構成された制御ユニットを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項６】
前記制御ユニットは、回転速度設定値を決定し、該回転速度設定値を前記第１のモータ（４０）に課すように構成されており、前記回転速度設定値は、前記第２のモータ（５０）の角度位置の測定要素によって取得された前記第２のモータ（５０）の回転速度と、速度比パラメータとに正比例するように決定されている、請求項５に記載のパワートレイン（１）。
【請求項７】
前記制御ユニットは、前記第２のモータ（５０）を制御するために、前記パワートレインの速度比パラメータおよび支援レベルパラメータをさらに使用する、請求項５又は６に記載のパワートレイン（１）。
【請求項８】
前記制御ユニットは、電流設定値またはトルク設定値を決定し、該電流設定値またはトルク設定値を前記第２のモータ（５０）に課すように構成されており、前記電流設定値またはトルク設定値は、前記第１のモータ（４０）の電流の測定要素によって取得された前記第１のモータ（４０）のトルクまたは電流に正比例するように決定されており、また前記パワートレインの速度比パラメータおよび前記パワートレインの支援レベルパラメータとに基づいて決定されている、請求項７に記載のパワートレイン（１）。
【請求項９】
前記クランク軸（２）と前記第１のギア要素は、前記第１のギア要素が前記クランク軸（２）よりも速く回転するように接続されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項１０】
前記出力スプロケット（３）と前記第２のギア要素は、前記第２のギア要素が前記出力スプロケット（３）よりも速く回転するように接続されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項１１】
前記第２のモータ（５０）は、前記第１のギア要素が前記第２のモータ（５０）よりも遅く回転するように前記第１のギア要素に接続される、請求項１から１０のいずれ一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項１２】
前記ペダル車両の前進運動に相当する回転方向での前記第２のモータ（５０）による前記クランク軸（２）の駆動を防止するように配置された第２のワンウェイクラッチ（７２）をさらに備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項１３】
・前記第１のモータ（４０）の角度位置の測定要素、
・前記第２のモータ（５０）の角度位置の測定要素、
・前記第１のモータの電流測定要素（４０）、および
・前記第２のモータ（５０）の電流の測定要素の
うちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項１４】
前記第１のモータ（４０）、前記第２のモータ（５０）に接続され、前記第１のモータ（４０）の角度位置、前記の第２のモータ（５０）の角度位置、前記第１のモータ（４０）の電流、および前記第２のモータ（５０）の電流に従って前記第１のモータ（４０）および前記第２のモータ（５０）を制御するように構成されている制御ユニットを更に備え、該制御ユニットは、電流制御またはトルク制御に従って前記第２のモータ（５０）を制御し、角度位置制御または角速度制御に従って前記第１のモータ（４０）を制御するように構成されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載のパワートレイン（１）を備えるペダル車両。
【国際調査報告】
2020531363.tif 000037
2020531363.tif 000038
2020531363.tif 000039
2020531363.tif 000040
2020531363.tif 000041
2020531363.tif 000042