特許 7235736 車両用トランスミッション装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-28

(45)【発行日】2023-03-08

(54)【発明の名称】車両用トランスミッション装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/32 20060101AFI20230301BHJP

   B62M 6/55 20100101ALI20230301BHJP

   F16H 37/06 20060101ALI20230301BHJP

   H02K 7/116 20060101ALI20230301BHJP

   B62M 11/04 20060101ALI20230301BHJP

【ＦＩ】

F16H1/32 B

B62M6/55

F16H37/06 D

H02K7/116

B62M11/04

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020519290

(86)(22)【出願日】2018-10-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-01-21

(86)【国際出願番号】 GB2018052838

(87)【国際公開番号】W WO2019069084

(87)【国際公開日】2019-04-11

【審査請求日】2021-10-01

(31)【優先権主張番号】1716311.4

(32)【優先日】2017-10-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】514213693

【氏名又は名称】フリーフロー テクノロジーズ リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＦＲＥＥＦＬＯＷ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＬＩＭＩＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100173794

【弁理士】

【氏名又は名称】色部 暁義

(72)【発明者】

【氏名】ニール エドワーズ

(72)【発明者】

【氏名】ニール マクマーティン

【審査官】小川 克久

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０１８５７０６３（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２４５３８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１１－２２７６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１６９２９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ １／３２

Ｂ６２Ｍ ６／５５

Ｆ１６Ｈ ３７／０６

Ｈ０２Ｋ ７／１１６

Ｂ６２Ｍ １１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２つの回転入力、及び少なくとも１つの回転出力を備えるトランスミッション装置であって、
前記回転入力のうちの１つの回転入力はハーモニックドライブであり、
前記ハーモニックドライブはフレックス・スプラインを有し、前記フレックス・スプラインは前記回転入力のうち他の回転入力における駆動アクスルを包囲し、
前記フレックス・スプラインは、ブラケットの周りに備え付けられ、かつ前記ブラケットに回転可能に連結される第１一方向クラッチ、及び前記ブラケット内に画定されるハウジング内に備え付けられる第２一方向クラッチに回転可能に連結され、
前記第２一方向クラッチは前記駆動アクスルに回転可能に連結され、
前記フレックス・スプラインはその内部に軌跡座位を画定し、また前記軌跡座位内に前記第１一方向クラッチ及び／又は第２一方向クラッチが配置される、トランスミッション装置。

【請求項2】

請求項１記載のトランスミッション装置において、前記フレックス・スプラインは前記第１一方向クラッチの外側レースに固定される、トランスミッション装置。

【請求項3】

請求項１又は２記載のトランスミッション装置において、前記フレックス・スプラインはその内部に軌跡座位を画定し、また前記軌跡座位内に前記ブラケットがほぼ配置される、トランスミッション装置。

【請求項4】

請求項１～３のうちいずれか１項記載のトランスミッション装置において、前記フレックス・スプラインはその内部に軌跡座位を画定し、また前記軌跡座位内に電動モータがほぼ配置される、トランスミッション装置。

【請求項5】

請求項１～４のうちいずれか１項記載のトランスミッション装置において、前記ブラケットは、円筒形一方向クラッチハウジング及び円筒形一方向クラッチマウントを有する、トランスミッション装置。

【請求項6】

請求項１～５のうちいずれか１項記載のトランスミッション装置において、前記ブラケットは、円筒形一方向クラッチハウジング及び円筒形一方向クラッチマウントを有し、また前記円筒形一方向クラッチマウント及び前記円筒形一方向クラッチハウジングはコラジアルである、トランスミッション装置。

【請求項7】

請求項１～６のうちいずれか１項記載のトランスミッション装置において、前記ブラケットは、円筒形一方向クラッチハウジング及び円筒形一方向クラッチマウントを有し、また前記円筒形一方向クラッチマウント及び前記円筒形一方向クラッチハウジングはフランジによって覆うことができる、トランスミッション装置。

【請求項8】

請求項７記載のトランスミッション装置において、円筒形マウント及びハウジング側とは反対側に前記フランジから円筒形突起が突出する、トランスミッション装置。

【請求項9】

請求項８記載のトランスミッション装置において、前記円筒形突起は円筒形マウントより小さい直径である、トランスミッション装置。

【請求項10】

請求項８又は９記載のトランスミッション装置において、前記円筒形突起は円筒形ハウジングより小さい直径である、トランスミッション装置。

【請求項11】

請求項８～１０のうちいずれか１項記載のトランスミッション装置において、前記円筒形突起はギアマウントを有する、トランスミッション装置。

【請求項12】

請求項１～１１のうちいずれか１項記載のトランスミッション装置において、さらに、クランク速度センサを備える、トランスミッション装置。

【請求項13】

請求項１～１２のうちいずれか１項記載の少なくとも１つのトランスミッション装置を有する車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は車両を対象とし、とくに、電動アシスト又は電気的動力源付きの自転車、この自転車に利用可能であるが他の用途にも適用可能であるトランスミッション装置、このような車両の制御システム、及び自転車のフレームを構成する方法を対象とする。

【背景技術】

【0002】

電動自転車は、人力ペダル及びクランクドライブと電動モータとの双方を使用するデュアル動力源付き車両の形態である。これら２つのドライブは、互いに独立して機能する、又は互いの原動力をともに増補するよう機能することができる。ユーザーは選択的に電動ドライブに関与させるよう選択することができる、又は測定したペダル速度、自転車速度、等々のような条件に基づいて電動ドライブを自動的に作動させることができる。

【0003】

電動ドライブは、数か所に配置することができ、後輪のハブを駆動することができかつこのハブ内に配置することができ、ペダルクランクに動力付与することができ、又は自転車のチェーンを駆動する２つの極限部間における幾つかのポイントに配置することができる。代替案としては前輪を駆動するものであるが、このことにはそれ自体欠点をもたらす。

【0004】

電源、通常は充電可能バッテリーを自転車に配置しなければならず、また通常は嵩張るバッテリーは後輪上方又はその周辺に配置される。

【0005】

ハーモニックドライブ（登録商標）は、このようなトランスミッション装置に対して電動入力を供給し、また主駆動アクスル（心軸）の外側周りにこれらを配置する方法として提案されたものである。

【0006】

しかし、現行の既知方法は、自転車フレーム内にそのポイントに装着するのが困難であり、乗る人が快適又は安定していると感ずるポイントを越えてＱ値（すなわち、ペダルホールにおけるペダルクランクの外側面間の距離）を増大しがちであるため、満足のいかないものである。

【0007】

さらに、それらは、分解及び再組立ては複雑であり、ユーザーの局所的な自転車修理若しくはサービス作業員の能力を越えることがあり得るため、点検又は修理が困難であり得る。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１態様によれば、少なくとも２つの回転入力、及び少なくとも１つの回転出力を備えるトランスミッション装置であって、前記回転入力のうちの１つの回転入力はハーモニックドライブであり、前記ハーモニックドライブはフレックス・スプラインを有し、前記フレックス・スプラインは前記前記回転入力のうち他の回転入力における駆動アクスルを包囲し、前記フレックス・スプラインは、ブラケットの周りに備え付けられ、かつ該ブラケットに回転可能に連結される第１一方向（ワンウェイ）クラッチ、及び前記ブラケット内に画定されるハウジング内に備え付けられる第２一方向クラッチに回転可能に連結され、また前記第２一方向クラッチは前記駆動アクスルに回転可能に連結される、トランスミッション装置を提供する。

【0009】

前記フレックス・スプラインは、前記第１一方向クラッチの外側レースに固着することができる。

【0010】

前記フレックス・スプラインは、その内部に軌跡座位を画定し、また前記軌跡座位内に前記第１一方向クラッチを配置することができる。

【0011】

前記軌跡座位内に前記第２一方向クラッチを配置することができる。

【0012】

前記軌跡座位内に前記ブラケットをほぼ配置することができる。

【0013】

前記軌跡座位内に前記電動モータをほぼ配置することができる。

【0014】

前記ブラケットは、円筒形一方向クラッチハウジング及び円筒形一方向クラッチマウントを有することができる。

【0015】

前記ブラケットは、円筒形一方向クラッチハウジング及び円筒形一方向クラッチマウントを有し、また前記円筒形一方向クラッチマウント及び前記円筒形一方向クラッチハウジングはコラジアルである。

【0016】

用語「コラジアル（co-radial）」とは、それら双方とも同軸状であり、それらが備え付けられている中心軸線から漸次に外方に配置されるものと理解されるであろう。

【0017】

前記ブラケットは、円筒形一方向クラッチハウジング及び円筒形一方向クラッチマウントを有することができ、また前記円筒形一方向クラッチマウント及び前記円筒形一方向クラッチハウジングはフランジによって覆うことができる。

【0018】

前記円筒形のマウント及び前記ハウジング側とは反対側に前記フランジから円筒形突起が突出することができる。

【0019】

前記円筒形突起は前記円筒形マウントより小さい直径とすることができる。

【0020】

前記円筒形突起は前記円筒形ハウジングより小さい直径とすることができる。

【0021】

前記円筒形突起はギアマウントを有することができる。

【0022】

トランスミッション装置はハイブリッド駆動車両に使用され得る構成とすることができ、その回転入力は、内燃機関動力、電気動力、人力、及びＫＥＲＳよりなるグループから選択される動力からのものとすることができる。

【0023】

トランスミッション装置は、ハイブリッド駆動車両及びとくに電動自転車に使用され得る構成とすることができ、電動モータ回転入力及びペダルクランク構成からの人力回転入力を含むことができる。

【0024】

前記トランスミッション装置は全体的に円筒形とすることができる。

【0025】

前記トランスミッション装置は、ペダルクランクの幅を含まずに、１７０ｍｍの最大長さを有することができる。

【0026】

前記トランスミッション装置は６０ｍｍ～１７０ｍｍの間における長さを有することができる。

【0027】

前記トランスミッション装置は１０８ｍｍ～１２７ｍｍの間における長さを有することができる。

【0028】

前記トランスミッション装置は約１２５ｍｍの長さを有することができる。

【0029】

前記トランスミッション装置は１０８ｍｍの最大外径を有することができる。

【0030】

前記トランスミッション装置は６８ｍｍ～１０８ｍｍの間における外径を有することができる。

【0031】

前記トランスミッション装置は８０ｍｍ～１１０ｍｍの間における外径を有することができる。

【0032】

前記トランスミッション装置は約９０ｍｍの外径を有することができる。

【0033】

前記トランスミッション装置は、適当な標準フレームで形成した自転車の底部ブラケットシェル内に全体的に収納することができる。

【0034】

このような底部ブラケットシェルは１４０～１７２ｍｍの間における対応するQ値を有することができる。

【0035】

前記底部ブラケットシェルは７０ｍｍ～１１０ｍｍの間における外径を有することができる。

【0036】

前記トランスミッション装置は、さらに、クランク速度センサを備えることができる。

【0037】

前記クランク速度センサは回転速度を導き出す磁場を採用することができる。

【0038】

前記クランク速度センサは回転方向を導き出す磁場を採用することができる。

【0039】

前記クランク速度センサは、電動モータによって得られる回転入力を制御するモータコントローラに供給することができる。

【0040】

本発明の第２態様によれば、第１態様による少なくとも１つのトランスミッション装置を有する自転車を提供する。

【0041】

本発明の第３態様によれば、第１態様による少なくとも１つのトランスミッション装置を有する車両を提供する。

【0042】

本発明の第４態様によれば、少なくとも２つの回転入力、及び少なくとも１つの回転出力を備えるトランスミッション装置であって、前記回転入力のうちの１つの回転入力はハーモニックドライブであり、前記ハーモニックドライブはフレックス・スプライン、及び電動モータを有し、前記トランスミッション装置は第１モジュール及び第２モジュールを備えるモジュール式構成を有し、前記第１モジュールは前記フレックス・スプラインを収容し、また前記第２モジュールは前記電動モータを収容し、前記２つのモジュールは選択的に着脱可能である、トランスミッション装置を提供する。

【0043】

前記第１モジュールは第１モジュール外側ハウジングを有することができる。

【0044】

前記第２モジュールは第２モジュール外側ハウジングを有することができる。

【0045】

前記１モジュール外側ハウジングは円筒形の形状を有することができる。

【0046】

前記２モジュール外側ハウジングは円筒形の形状を有することができる。

【0047】

前記２モジュール外側ハウジングは、該２モジュール外側ハウジングから突出するボスを有することができる。

【0048】

前記ボスは第１モジュール外側ハウジングの少なくとも一部分を収容し得るものとすることができる。

【0049】

一方の前記モジュールは、前記２つのモジュールを機械的に取り付けることができるよう該モジュールから突出する１つ又はそれ以上のピン又はボルトを有することができる。

【0050】

前記モジュールの他方は、前記ピン又はボルトに対応する収容開孔を有することができる。

【0051】

２つのモジュールを固定するのにナット又は他の適当な機械的緊締具を使用することができる。

【0052】

前記第１ワンウェイモジュールの前記ボス及び／又は前記外側ハウジングには、前記２つのモジュールを適正に整合させることができるソケット及び溝の形体を設けることができる。

【0053】

前記第１モジュールは、付加的に駆動アクスルを収容することができる。

【0054】

前記第１モジュールは１つ又はそれ以上の一方向クラッチを有することができる。

【0055】

前記第１モジュールはハーモニックドライブのフレックス・スプラインを収容することができる。

【0056】

前記第１モジュールは、ハーモニックドライブの円形スプライン、ウェーブ・ジェネレータ及びフレックス・スプラインを収容することができる。

【0057】

前記第２モジュールは電動モータを収容することができる。

【0058】

前記フレックス・スプラインは、ブラケットの周りに備え付けられ、かつ該ブラケットに回転可能に連結される第１一方向クラッチ、及び前記ブラケット内に画定されるハウジング内に備え付けられる第２一方向クラッチに回転可能に連結することができ、また前記第２一方向クラッチは前記駆動アクスルに回転可能に連結される。

【0059】

前記フレックス・スプラインは前記第１一方向クラッチの外側レースに固着することができる。

【0060】

前記フレックス・スプラインはその内部に軌跡座位を画定し、また前記軌跡座位内に前記第１一方向クラッチを配置することができる。

【0061】

前記軌跡座位内に前記第２一方向クラッチを配置することができる。

【0062】

前記軌跡座位内に前記ブラケットをほぼ配置することができる。

【0063】

底部ブラケットシェルの非チェーンリング側をカバーするよう該底部ブラケットシェルに取り付ける端部キャップを設けることができる。

【0064】

モジュール式構成によれば、トランスミッション装置の点検修理を可能にすることができる。

【0065】

第１モジュールはトランスミッション装置から簡単に取り外すことができ、この取り外しは、機械的な緊締具を外し、またこの緊締具をボス／底部ブラケットシェルから取り外すことによって行うことができ、またこの逆のやり方で再取り付けを行うことができる。

【0066】

本発明の第５態様によれば、第４態様による少なくとも１つのトランスミッション装置を有する自転車を提供する。

【0067】

本発明の第６態様によれば、第４態様による少なくとも１つのトランスミッション装置を有する車両を提供する。

【0068】

本発明の第７態様によれば、第１モジュール及び第２モジュールを備える電動自転車用のトランスミッション装置であって、前記第１モジュールは第１モジュール外側ハウジングを有し、前記第２モジュールは第２モジュール外側ハウジングを有し、前記１モジュール外側ハウジングは円筒形の形状を有し、前記２モジュール外側ハウジングも円筒形の形状を有し、前記２モジュール外側ハウジングは、該２モジュール外側ハウジングから突出するボスを有し、前記ボスは第１モジュール外側ハウジングの少なくとも一部分を収容し得るものである、トランスミッション装置を提供する。

【0069】

前記モジュールのうち一方のモジュールは、前記２つのモジュールの機械的取り付けを可能にするよう該モジュールから突出する１つ又はそれ以上のピン又はボルトを有することができる。

【0070】

前記モジュールのうち他方のモジュールは、前記ピン又はボルトのための対応する収容開孔を有することができる。

【0071】

前記２つのモジュールを固定するのにナット又は他の適当な機械的緊締具を使用することができる。

【0072】

前記第１ワンウェイモジュールの前記ボス及び／又は外側ハウジングには、前記２つのモジュールを適正に整合させることができるソケット及び溝の形体が設けることができる。

【0073】

前記第１モジュールは駆動アクスルを収容することができる。

【0074】

前記第２モジュールは駆動アクスル収容開孔を有することができる。

【0075】

前記第１モジュールは１つ又はそれ以上の一方向（ワンウェイ）クラッチを収容することができる。

【0076】

前記第１モジュールはハーモニックドライブのフレックス・スプラインを収容することができる。

【0077】

前記第１モジュールはハーモニックドライブの円形スプライン、ウェーブ・ジェネレータ及びフレックス・スプラインを収容することができる。

【0078】

前記第２モジュールは電動モータを収容することができる。

【0079】

前記フレックス・スプラインは、ブラケットの周りに備え付けられ、かつ該ブラケットに回転可能に連結される第１一方向クラッチ、及び前記ブラケット内に画定されるハウジング内に備え付けられる第２一方向クラッチに回転可能に連結され、また前記第２一方向クラッチは前記駆動アクスルに回転可能に連結することができる。

【0080】

前記フレックス・スプラインは前記第１一方向クラッチの外側レースに固着することができる。

【0081】

前記フレックス・スプラインはその内部に軌跡座位を画定し、また前記軌跡座位内に前記第１一方向クラッチを配置することができる。

【0082】

前記軌跡座位内に前記第２一方向クラッチを配置することができる。

【0083】

前記軌跡座位内に前記ブラケットを配置することができる。

【0084】

モジュール式構成により、トランスミッション装置の点検修理を可能にすることができる。

【0085】

第１モジュールはトランスミッション装置から簡単に取り外すことができ、この取り外しは、機械的な緊締具を外し、またこの緊締具をボス／底部ブラケットシェルから取り外すことによって行うことができ、またこの逆のやり方で再取り付けを行うことができる。

【0086】

本発明の第８態様によれば、第７態様による少なくとも１つのトランスミッション装置を備える自転車を提供する。

【0087】

本発明の第９態様によれば、第７態様による少なくとも１つのトランスミッション装置を備える車両を提供する。

【0088】

本発明の第１０態様によれば、第４又は第７の態様によるトランスミッション装置を組み立てる方法を提供し、この方法は、前記第２モジュールを有する構成内に前記第１モジュールの円筒形ハウジングを軸線方向に滑り込ませることによって前記第１モジュールを前記第２モジュールに取り付けるステップと、前記第１モジュールと前記第２モジュールとの間に機械的緊締を行うステップと、を備える。

【0089】

前記第１モジュールの取付けは、該第１モジュールのハウジングが前記第２モジュールから突出するボスを少なくとも部分的に収容するよう行うことができる。

【0090】

前記第１モジュールに設けられるクランクアクスルは、前記第２モジュールに貫通して設けられるクランクアクスル開孔によって収容することができる。

【0091】

次に、底部ブラケットシェルを有する自転車内に前記トランスミッション装置を取り付け、この取り付けは、前記トランスミッション装置を前記底部ブラケットシェル内に挿入し、また前記トランスミッション装置を前記底部ブラケットシェル内に保持する１つ又はそれ以上の端部キャップを設けることによって行うことができる。

【0092】

当然のことながら、これらステップを逆にすることによってさらに分解方法を提供することができる。

【0093】

本発明の実施形態を単に例として次に示す図面につき以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0094】

【図1】底部ブラケットシェル内に配置した本発明トランスミッション装置を有する電動自転車ＥＢの側面図を示す。

【図2】自転車フレームの底部ブラケットと並んで本発明によるトランスミッション装置の部分的に分解した斜視図を示す。

【図3】自転車フレームの底部ブラケットと並んで本発明によるトランスミッション装置の部分的に分解した断面図を示す。

【図4】ハーモニックドライブ及び電動モータを簡明にするため省略したトランスミッション装置の断面斜視図である。

【図5】トランスミッション装置のブラケット及びスパイダアセンブリの斜視図である。

【図6】トランスミッション装置のブラケット及びスパイダアセンブリの他の斜視図である。

【図7】トランスミッション装置のモータアセンブリにおける斜視図及び縦断面図である。

【図8】トランスミッション装置の変速機アセンブリにおける斜視図及び縦断面図である。

【図9】トランスミッション装置のモータ変速機アセンブリにおける斜視図及び縦断面図である。

【図10】トランスミッション装置の斜視縦断面図である。

【図11】本発明によるトランスミッション装置における第２実施形態の概略図である。

【図12】本発明によるトランスミッション装置における第３実施形態の概略図である。

【図13】本発明によるトランスミッション装置における第４実施形態の概略図である。

【図14】本発明によるトランスミッション装置における第５実施形態の概略図である。

【図15】本発明のモジュール式装置の部分的分解斜視図である。

【図16】本発明によるトランスミッション装置における第６実施形態の部分的分解縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0095】

表１：本明細書に付記した表１は図４の図面における部品リストを示す。

【0096】

図１０は、本発明によるデュアル動力源付き駆動トレインであり、参照符号１００で示したトランスミッション装置を示す。トランスミッション装置１００は、デュアル入力ドライブを自転車チェーンに組み込むことができる電動自転車ＥＢに設ける。

【0097】

図１０は、本発明によるデュアル動力付き駆動トレインであり、参照符号１００で示したトランスミッション装置を示す。トランスミッション装置１００は、デュアル入力ドライブを自転車のチェーンリング３５に組み込むことができる電動自転車ＥＢに設ける。

【0098】

トランスミッション装置への２つの回転入力は、電動モータ動力及び人力である。電動モータ１０２は、この実施形態におけるギアボックス（変速機）１０３を介する前者であるが、当業者には本発明がこのような入力に限定するものではないことは理解できるであろう。ペダルクランク３、４は人力回転及びトルクのトランスミッション装置１００への伝動を可能にするが、当業者は、回転入力に関連する他の形態及び入力源も可能であり、また本発明の範囲内であることは理解するであろう。

【0099】

トランスミッション装置１００は大部分が電動自転車ＥＢの底部ブラケットシェル１内に収納される。

【0100】

主アクスル２は、底部ブラケットシェル１内に位置決めされ、またほぼトランスミッション装置１００の領域内にある。ペダルクランク３、４は、底部ブラケットシェル１の区域外に位置する末端部分における主駆動アクスル２の各端部に（アクスルボルト５を使用して）取り付ける。

【0101】

ボルト３３を使用して組み合わせられ、以下に二次アクスル又はブラケット１０１及びチェーンリング３５と称されるスチール製のレース２５及びアルミニウム製のスパイダ３２は、図１０のレイアウトでトランスミッション装置１００の右側に位置するペダルクランク４に隣接して備え付ける。二次アクスル１０１は二次アクスル及びスパイダとして機能する。これは、装置の回転入力が二次アクスル１０１／チェーンリング３５に伝達され、これによりチェーン１０９を駆動するので、装置１００の「駆動側」である。

【0102】

電動モータ１０２は、底部ブラケットシェル１内に位置付けられ、またモータ巻線１３、モータローター磁石セット１４、及びモータローター１５を有し、電動モータの非駆動側は、軸受１１を介して端部キャップ９に位置するモータマウント１２に連結し、駆動側はハーモニック・ウェーブ・ジェネレータ１６に連結する。

【0103】

モータ１０２は、乗り手がペダリングしているときの付加的支援を行うのに使用される。モータ１０２は、約３０００～６０００ｒｐｍで回転する３相ＤＣモータとするのが好ましい。

【0104】

ハーモニックドライブは、内側のウェーブ・ジェネレータ１６、ハーモニック・フレックス・スプライン１７、及び外側のハーモニック・円形スプライン１８による３つの主コンポーネントアセンブリからなる。ハーモニック・フレックス・スプライン１７及び外側のハーモニック・円形スプライン１８はギア歯を有し、１つの外側歯がハーモニック・円形スプライン１８はギア減速をもたらし、ハーモニック・フレックス・スプライン１７が各回転で１つ又はそれ以上の歯をやり過ごすのを可能にする。

【0105】

動作全体にわたり、ハーモニック・円形スプライン１８は、静止状態に留まり、モータ１０２と駆動側の端部キャップ３１との間に挟まれており、かつ非駆動側の軸受リテーナ１９に貫通するトランスミッション中心リング１０を介して直接モータ１０２に連結される。

【0106】

ウェーブ・ジェネレータ１６の入力部は、モータ１０２によって直接駆動され、またモータ１０２と同一速度で回転する。ハーモニック・フレックス・スプライン１７は、モータ入力回転速度を効率的に約５０～６６の係数で約８０～９０ｒｐｍに減速するのに使用される。速度トルク入力を所望出力に適合させる他のモータ／ハーモニックの組合せも可能である。

【0107】

歯数の比は次式のように減速比を計算する上で重要である。すなわち、

【0108】

【数1】

【0109】

このハーモニック・フレックス・スプライン１７は、スプラグクラッチの硬化鋼であるスチール製の外側レース２１をボルト２２で固定して収容し、この外側レース２１はモータスプラグクラッチ２３である第１一方向クラッチ２３を収容し、この一方向クラッチ２３は二次アクスル又はブラケット１０１を駆動する。モータ１０２及びハーモニックドライブ変速機１０３は、インラインで、すなわち同軸状に備え付けられる。外側サークリップ２４を二次アクスルのスチール部分２５の外側に配置し、ハーモニック・フレックス・スプラインが非駆動側に向ってモータ巻線１３内に滑り込むのを防止する。

【0110】

図から分かるように、フレックス・スプライン１７はその内部にフレックス・スプライン軌跡座位１７ａを画定し、また一方向クラッチ２３をこの軌跡座位１７ａ内に配置する。

【0111】

さらに、二次アクスル又はブラケット１０１は、ほぼこの軌跡座位１７ａ内に配置する。

【0112】

端部キャップ９は、非駆動側に配置され、またモータ１０１、トランスミッション中心リング１０、ハーモニック円形スプライン１８、軸受リテーナ１９及び駆動側の端部キャップ３１とともに、トランスミッションボルト２０にインラインにして固定し、トランスミッションアセンブリ１００を形成する。

【0113】

回転軸受１１は、モータマウント１２を非駆動側に備え付け、また二次アクスル１０１を駆動側に備え付けるのに使用され、非駆動側端部キャップ９及び駆動側端部キャップ３１内に拘束する。

【0114】

トランスミッション装置１００が非アシストモードで使用するとき、すなわち、人力入力のみを使用して自転車ＥＢを推進する場合、クランク３、４が標準アクスル２（ここでは直径１９ｍｍとして描かれている）を駆動し、この標準アクスル２が、標準チェーンリング３５（一般的には４ボルト１０８ＢＣＤ又は５ボルト１１０若しくは１３０ＢＣＤ）を駆動する二次アクスル１０１を、１又は２つの簡単なスプラグを介して駆動する。

【0115】

この実施形態は、２つの市販の内側スプラグクラッチ２８（肉厚）及び２９（肉薄）を使用し、両側をスペーサ２７（肉薄）及び３０（肉厚）により内側サークリップ２６で所定位置に保持し、１９ｍｍ直径の主アクスル２に必要とされる増大したトルクを取り扱う。２つのスプラグクラッチ２８、２９をこの実施形態で採用するが、１つでも十分であり得る。

【0116】

図から、とくに図４及び１０から分かるように、スプラグクラッチ２８、２９もハーモニック・フレックス・スプライン１７の軌跡座位１７ａ内に配置する。２つのスプラグクラッチ２８、２９は駆動アクスル２及びブラケット又は二次アクスル１０１に回転可能に連結し、これによりクランク３、４の前方ペダリングが回転運動／トルクを駆動アクスル２から二次アクスル１０１に伝達させる。一方向スプラグクラッチ２８、２９を採用しているため、クランク３、４の後方ペダリングはこの連結を離脱させ、後方運動又は対向トルクがブラケット／二次アクスル１０１に伝達されるのを防止する。

【0117】

図から、とくに図１０から分かるように、一方向スプラグクラッチ２３、２８及び２９は主アクスル２から半径方向外方に配置され、二次アクスル／ブラケット１０１は主アクスル２サイドの内側クラッチ２８、２９とフレックス・スプライン１７サイドの外側クラッチ２３との間に挟持する。このことにより、トランスミッション装置１００のアクスル２に沿って測定される幅を減少し、したがって、自転車ＥＢの底部ブラケットシェル１内でのより良い嵌合を可能にする。

【0118】

アクスル及びクランクは、代表的にはＩＳＩＳ、正方形テーパー、８スプライン又は同様のセットアップである標準構成のうち任意なものによって結合する。

【0119】

電動モータ１０２由来の回転入力は、所定速度に達したときのみ、又はユーザーが回転入力の形態として人力トルクを加えており、またしたがって前方に移動することを望んでいることを単に感知するときのみ係合することは重要であり、またさらに、電動モータ１０２由来の回転入力は、第２所定速度に達した後に離脱し、これにより電動自転車がこのような車両にとって違法又は不適切な速度にならないようにすることは望ましいものであり得る。

【0120】

速度感知は以下のようにして行われる、すなわち、ペダルクランク３、４が右側及び左側にあり、一般的にアルミニウム材料、したがって磁場に対して非透過性を示す鉄を含まない材料で構成する。

【0121】

速度センサ磁石６は、アルミニウム製の速度センサ磁石リテーナ７によりクランク４に固定する。この実施形態においてトランスミッション装置はクランク４における磁石／リテーナのみを有するが、他の実施形態において非駆動側に、又は双方の側に配置することができる。

【0122】

速度センサ（図示せず）は、速度センサ磁石６とは反対側の端部キャップに備え付け、また時計フェースにおけるような位置１１及び１に配置して２５ｍｍを超えない距離で駆動側端部キャップ３１内に配置され、速度センサ磁石６を形成するレアアース磁石から生ずる磁場を検出できるよう、セットアップ内に全体として静止状態にし、この検出は、双方とも中心アクスルの軸線から同一直径上に備え付けるから可能である。この実施形態において、このような速度センサを３個設ける。

【0123】

速度センサの個数を３つより多くするにより得られる運動の精度を増大させることは理解できるであろう。さらに、速度センサ磁石６及び速度センサをチェーンリング側とは反対側のクランク側に配置することは有益であり得る。

【0124】

二次アクスル１０１のアルミニウム部分は検出磁場内で回転するが、速度センサ３４の磁場又は検出能力に干渉しない。

【0125】

クランク３、４が回転するにつれて速度センサ磁石６も回転し、また静止速度センサに向って回転するとき、磁場の強度は、速度センサ磁石６が速度センサ３４の前面に直接位置するときピークまで増大する。速度センサ磁石６が速度センサ３４を越えて遠ざかるよう回転を続けるとき、磁場の強度は低下する。

【0126】

速度センサ３４は、自転車におけるメインの電子モータ制御回路板（図示せず）に直接接続し、またモータ制御回路板に対するオン／オフ信号の連続的データフィードは、クランク３、４がユーザー及び回転速度によって回転させられているか否かを回路板のコンピュータが知得できるアルゴリズムに供給する。

【0127】

クランク３、４が回転している、及び／又は十分な速度で回転していることを検出するとき、モータ４０が作動して乗り手に対するモータアシストを提供するが、これはハーモニックドライブコンポーネント１６及び１８、モータスプラグクラッチ２３を介して二次アクスル１０１のスチール部分２５に、二次アクスル１０１のアルミニウム部分を介してチェーンリングに提供することができる。

【0128】

クランク３、４が回転を停止したこと、及び／又は不十分な速度で回転していることを検出とき、モータ１０２は不作動状態にされ、変速機１０３、外側スプラグクラッチを介して二次アクスル１０１のスチール部分への乗り手のモータアシストを停止することができる。

【0129】

第２実施形態のトランスミッション装置２１００を図１１に示す。同一又は類似の機能を行う整数は「２」又は「２０」を前置させた類似符号付けスキームを採用し、したがって、フレックス・スプラインは２１７となり、ブラケット／二次アクスルは２１０１となる。類似機能コンポーネントは、第１実施形態に関連する上述の説明から察することができるため、これ以上は説明しない。

【0130】

第２実施形態のトランスミッション装置２１００は、同様にクランク２０３、２０４で動作する主クランク駆動アクスル２０２と、フレックス・スプライン２１７を有するハーモニックドライブユニットとを備え、フレックス・スプライン２１７は軌跡座位２１７ａを画定する。

【0131】

ブラケット／二次アクスル２１０１は、ほぼフレックス・スプライン２１７の軌跡座位２１７ａ内に配置される。

【0132】

フレックス・スプライン連結部２１７ｂはフレックス・スプライン２１７に対して回転可能に連結する。第１一方向クラッチ２２３は、フレックス・スプライン連結部２１７ｂに回転可能に連結し、またブラケット２１０１の外側表面によって画定される円筒形マウント２１０１ａの周りに備え付けることによってブラケット又は二次アクスル２１０１に回転可能に結合する。

【0133】

単一の内側一方向スプラグクラッチ２２８は、ブラケット２１０１内に画定される円筒形ハウジング２１０１ｂに回転可能に連結し、この内側一方向スプラグクラッチ２２８は、主クランクアクスル２０２に回転可能に連結する。

【0134】

ブラケット２１０１は、ほぼ中間ポイントにフランジ２１０１ｃを有し、このフランジ２１０１ｃはハウジング２１０１ｂを覆う。円筒形突出部２１０１ｃはブラケット２１０１から延在し、底部ブラケットシェル２０１から突出する末端部において円筒形突出部２１０１ｃ上にスパイダ／チェーンリングを備え付ける。２個の簡単な軸受２０８、２１１は、クランクアクスル２０２の周り及び底部ブラケットシェルの側方オリフィス内に位置する円筒形突出部２１０１ｃの周り及びその内部に設ける。２個の対応する軸封２５０、２５１を簡単な軸受２０８、２１１に隣接して設け、外部異物が底部ブラケットシェル内に侵入するのを少なくする。

【0135】

この実施形態において、円筒形突出部２１０１ｃの直径は円筒形マウント２１０１ａの直径よりも小さくする。さらにまた、円筒形ハウジング２１０１ｂの直径よりも小さくする。

【0136】

一方向スプラグクラッチ２２３、２２８の双方はフレックス・スプライン２１７の軌跡座位２１７ａ内に配置される。さらに、ブラケット１０２も主にこの軌跡座位２１７ａ内に配置されるが、円筒形突出部２１０１ｃは配置されない。

【0137】

なお、一方向スプラグクラッチ２２３、２２８はクランクアクスル２０２に対して同軸状にかつ半径方向外方に配置される。

【0138】

第３実施形態のトランスミッション装置３１００を図１２に示す。同一又は類似の機能を行う整数は「３」又は「３０」を前置させた類似符号付けスキームを採用し、したがって、フレックス・スプラインは３１７となり、ブラケット／二次アクスルは３１０１となる。類似機能コンポーネントは、第１及び／又は第２の実施形態に関連する上述の説明から察することができるため、これ以上は説明しない。

【0139】

第３実施形態は、幾つかの重要な相違があるものの、ほとんど第２実施形態に類似する。

【0140】

第１に、内側一方向スプラグクラッチ３２８が円筒形突出部３１０１ｃ内に配置され、円筒形ハウジング２１０１ｂ内の対応する簡単な軸受３０８と置換されている。

【0141】

第１一方向クラッチ３２３は、依然として円筒形マウント３１０１ａの周りにかつフレックス・スプライン軌跡座位３１７ａ内に備え付けられる。

【0142】

第４実施形態のトランスミッション装置４１００を図１３に示す。同一又は類似の機能を行う整数は「４」又は「４０」を前置させた類似符号付けスキームを採用し、したがって、フレックス・スプラインは４１７となり、ブラケット／二次アクスルは４１０１となる。類似機能コンポーネントは、第１、第２及び／又は第３の実施形態に関連する上述の説明から察することができるため、これ以上は説明しない。

【0143】

第４実施形態は、主に、電動モータアセンブリ４１０１のコンポーネントを、フレックス・スプライン４１７が画定する軌跡座位４１７ａ内に収容する点で異なる。連結部４１７ｂはフレックス・スプライン４１７に取り付け、これは次に第１一方向スプラグクラッチ４２３に取り付け、これは次にブラケット／二次アクスル４１０１に取り付け、これは次に第２／内側一方向スプラグクラッチ４２８に取り付け、これは次に主ペダルクランクアクスル４０２に取り付ける。

【0144】

一方向軸受アセンブリはフレックス・スプライン４１７の軌跡座位４１７ａの外側に配置されるが、この軌跡座位内へのモータコンポーネントの収容は同様の軸方向空間の節約効果を生ずることを理解されるであろう。

【0145】

第５実施形態のトランスミッション装置５１００を図１４に示す。同一又は類似の機能を行う整数は「５」又は「５０」を前置させた類似符号付けスキームを採用し、したがって、フレックス・スプラインは５１７となり、ブラケット／二次アクスルは５１０１となる。類似機能コンポーネントは、第１、第２、第３及び／又は第４の実施形態に関連する上述の説明から察することができるため、これ以上は説明しない。

【0146】

第５実施形態の装置５１００において、装置の主なコンポーネントのすべてをフレックス・スプライン５１７が画定する軌跡座位５１７ａ内に収容する。この装置は、モータ自体を第４実施形態と同様のものとするが、軸受アセンブリを第１実施形態と同様のものとする。

【0147】

ウェーブ・ジェネレータのいずれか一方の側方に設けるスリップリング及びブラシ構成を使用して、第４及び第５の実施形態におけるモータに給電することができることを理解できる。

【0148】

上述した種々の実施形態のトランスミッション装置は、従来技術の装置に対して以下の幾つかの利点をもたらすことができる（第１実施形態からの符号付けを使用したが、これら利点は他の説明した実施形態にも当てはめることができる）。すなわち、
・トランスミッション装置１００は２９０Ｗ及び１９０Ｗ定格のモータのように多数のモータサイズに適用できる。
・コンパクトサイズのトランスミッション装置１００は、第１実施形態における約８０ｍｍ～１１０ｍｍの外径、とくに、約９０ｍｍ及び１０８ｍｍ～１２７ｍｍの長さ、とくに約１２５ｍｍの長さである底部ブラケットシェル１の制約内に全体を配置できる。
・トランスミッション装置１００は、自転車ＥＢの外部で組み立てられる完全に十分検査されたユニットであり、また旧式自転車を使用して、必要とされるサイズの交換用底部ブラケットを既存フレームに溶接して電動自転車に転換することさえもできる。
・トランスミッション装置１００は、駆動側からフレーム及び底部ブラケットシェル１内に組み付け、トランスミッションの中心リング１０からフレームのダウンチューブ内まで突き出てＭＣＢにさらに接続するようモータ／速度センサ用ハーネスに給電する。コンセントのポイントでケーブルを封止するグロメットを設けることができる。
・ＭＣＢは、着脱可能バッテリーに一体化するか、又はバッテリーとは個別に配置するかのいずれかとする。
・フレームの突起をフレームＢＢに使用して、所望のトランスミッション配置でアシストするとともに、フレーム底部ブラケットにおけるトランスミッション装置の回転を防止するのに役立てることができる。このことは、この実施形態では示さない。
・トランスミッション装置は、外側端部キャップ３８を内側端部キャップ９（非駆動側）に固定する３～６個のボルトによって、組み合わせたユニットを封止する２つの「Ｏ」リング３９で外側端部キャップ３８（非駆動側）と端部キャップ３１（駆動側）との間に底部ブラケット１を捕捉することによって、所定位置に固定することができる。
・代案として、外側端部キャップ３８及び内側端部キャップ９にねじ山を設け、特別な回転工具によって固定し、またフレーム底部ブラケットを捕捉するLOCTITE（登録商標）接着剤に類似するねじ山接着剤とともに、緊密にねじ込むことによって固定することができる。

【0149】

この構成は、修理の必要性を生じた場合にトランスミッション装置全体を迅速に取外し及び交換することができ、サイクルショップ内のベンチ上で、又は基地に戻すタイプの作業でオリジナルのトランスミッションを修理することができる。

【0150】

図１５は種々の実施形態におけるモジュール式構成を示し、第１又は「変速機」モジュール１０３及び第２又は「モータ」モジュール１０２を示す。

【0151】

図から分かるように、第１又は変速機モジュール１０３は主クランクアクスル２を収容し、また変速機モジュールハウジング１１０内にフレックス・スプライン１７、第１一方向クラッチ２１３、ブラケット又は第２アクスル２１０１及び上述した種々の他のコンポーネントを設ける。第１モジュール１０３及びハウジング１１０はほぼ円筒形であることが分かる。

【0152】

第２又はモータモジュール１０２は電動モータを収容する。モータモジュール１０２はほぼ円筒形形状の外側ハウジング１１１を有する。ボス１１２は外側ハウジング１１１の第１端部１１３から延在する。クランクアクスル開孔１１４をモータモジュール１０２の中心に貫通させて設ける。

【0153】

電動モータのトロイダル出力軸１１６は、ボス１１２内でクランクアクスル開孔１１４周りに配置される。ソケット突起１１８は、出力軸１１６の最外側表面に形成され、第１モジュール１０３内に位置するハーモニックドライブコンポーネントと係合できるようにする。

【0154】

組み立てのため、第１モジュール１０３のクランクアクスル２は第２モジュール１０２のクランクアクスル開孔１１４内に挿通し、ボルト２０を対応するボルト開孔（図示せず）に挿通する。これらは機械的緊締具、すなわちナット（図示せず）によって固定する。

【0155】

円筒形ハウジング１１０はボス１１２内に収容される。

【0156】

ボス１１２の内側表面１１２ａは、第１モジュール１０２の案内突起１２０と連携動作する３つの整列溝１１２ｂを有し、２つのモジュール１０２、１０３の適正な相対向きを確実にする。

【0157】

内部リブ１２２をボス１１２内で第２モジュール１０２の側壁１１２ａ及び内側表面１０２ａに隣接して設ける。整列位置収容窪み１２２ａをリブ１２２の周りに設け、突起１２０収容する。

【0158】

トランスミッション装置１００を形成するよう２つのモジュール１０２、１０３を互いに固定した後、自転車ＥＢの底部ブラケットシェル１内に挿通することができる。端部キャップ３８は、第１端部１１３から末端方向に位置する第２端部１２４でモータモジュール１０２上に位置決めする。端部キャップ３８は底部ブラケットシェル１内の所定位置にトランスミッション装置１００を固定する。

【0159】

分解は上述のステップを単に逆に行うことは理解できるであろう。トランスミッション装置１００をシステムに対して取外し及び再挿入を行うことができる容易性は、保守及び修理に利点をもたらし、これはすなわち、どちらか一方の故障モジュール１０２、１０３又はトランスミッション装置１００全体を容易に交換できるからである。

【0160】

このモジュール式構成原理は、上述した実施形態すべてに適用することができ、またハーモニックドライブをベースとする他のトランスミッション装置にも適用することができる。

【0161】

本発明によるトランスミッション装置は、５分以内で取外し及び新たに交換を行い、これにより乗り手は道路に戻ることができる一方、故障したトランスミッション装置を検査及び修理することが予想される。交換ユニットの在庫がある修理ショップはこのサービスを提供できる。

【0162】

第６実施形態のトランスミッション装置６１００を図１６に示す。同一又は類似の機能を行う整数は「６」又は「６０」を前置させた類似符号付けスキームを採用し、したがって、フレックス・スプラインは６１７となり、ブラケット／二次アクスルは６１０１となる。類似機能コンポーネントは、上述した実施形態に関連する上述の説明から察することができるため、これ以上は説明しない。

【0163】

第６実施形態６１００は、一方向クラッチ６２３、６２８がブラケット／第２アクスル６１０１周りのフレックス・スプライン６１７の軌跡座位６１７ａ内でコラジアルに配列する点で大部分が第２実施形態２１００に類似する。

【0164】

主な相違点はカラー６０２ａを付加した点であり、このカラー６０２ａは、主駆動アクスルの製造の一部分として機械加工するか、又は接着剤固定、熱収縮、キー連結、又は何らかの他の適当な固定方法で取り付けることができる別個のカラー部片とすることができる。

【0165】

カラー６０２ａは、主アクスル６０２に備え付けた一方向クラッチ６２８の内側レース直径を増大させるのに採用される。このことは、トルクの取扱いを改善できるより大きい軸受を採用することを可能にする。このようなカラー６０２ａは、アクスル６０２を底部ブラケットシェル６０１内に配置し、またクランク６０４とカラー６０２ａとの間にフレックス・スプライン６１７及び他の部品の捕捉を支援する肩部を提供することもできる。

【0166】

本発明は上述した実施形態に限定するものではなく、構成又は細部を変更することができる。

【0167】

例えば、スプラグクラッチであるとして説明したが、当業者は、これに代えて他の一方向クラッチ／軸受を採用できることを理解するであろう。

【0168】

さらに、採用する速度センサは、磁気直交センサ及び／又はＬＥＤ回転エンコーダを含む又はから成るものとすることができる。

【0169】

他のセンサはトランスミッション及び／又は車両／自転車に設け、以下のような量、すなわち、
・どのギアが自転車で投入されているか、
・自転車の仰角、
・自転車及び乗り手の重量、及び
・空気抵抗
といった量を測定するため、トランスミッション及び／又は車両／自転車に設けることができる。

【0170】

隣接構造として上述したが、ブラケット／二次アクスルは２つ以上のコンポーネントに分割することができ、これらコンポーネントをねじ山付き部分又はロックリング又は他の適当な緊締方法によって結合することができる。このことは、トランスミッション装置の製造又は保守修理を支援することができる。

【0171】

上述した実施形態それぞれの特徴を組み合わせて本発明の範囲内にある他の実施形態にできることは当業者には明らかであろう。

【0172】

【表1-1】

【表1-2】

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】