特表2024-504269外力の測定システム、測定方法、及び電動アシスト自転車
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-01-31
(54)【発明の名称】外力の測定システム、測定方法、及び電動アシスト自転車
(51)【国際特許分類】
G01L 3/10 20060101AFI20240124BHJP
【ＦＩ】
G01L3/10 311
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2023539069
(86)(22)【出願日】2021-12-24
(85)【翻訳文提出日】2023-08-23
(86)【国際出願番号】 IB2021062298
(87)【国際公開番号】W WO2022137212
(87)【国際公開日】2022-06-30
(31)【優先権主張番号】20217250.8
(32)【優先日】2020-12-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(31)【優先権主張番号】21182653.2
(32)【優先日】2021-06-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】514187693
【氏名又は名称】テークー－ジステームス ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】100158920
【弁理士】
【氏名又は名称】上野 英樹
(72)【発明者】
【氏名】ホルヌング，ハインツ
(57)【要約】
外力測定ユニットは、支持リングを備えたロードセルを含み、第１のフラップ及び第２のフラップが支持リングに配置され、第２のフラップが支持リングにおいて第１のフラップの反対側に配置され、各フラップは外輪の外側に半径方向に配置され、第１のフラップ及び第２のフラップのそれぞれの端部に第１のフラップ端部及び第２のフラップ端部が配置される。第２の態様は、スピンドルを受けるロードセルを含む外力測定ユニットを用いて外力を測定する測定方法に関する。第３の態様は、外力測定ユニットを備えた電動アシスト自転車に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
スピンドル（１０）に加えられた外力（ｆｅ）を測定するための外力測定ユニット（４）であって、該外力測定ユニット（４）は、－支持リング（６１）を備えたロードセル（５）と、
－第１のフラップ（６２）及び第２のフラップ（６５）が前記支持リング（６１）に配置され、前記第２のフラップ（６５）は、前記支持リング（６１）において前記第１のフラップ（６２）の反対側に配置され、
－各フラップ（６２、６５）は前記支持リング（６１）の外側に向かって半径方向に配置され、
－前記第１のフラップ（６２）に配置された第１のひずみゲージ（６４）と、前記第２のフラップ（６５）に配置された第２のひずみゲージ（６７）と、
－前記第１のひずみゲージ（６４）の抵抗及び前記第２のひずみゲージ（６７）の抵抗を測定する評価ユニット（８）と、ここで前記第１のひずみゲージ（６４）の抵抗は、前記第２のひずみゲージ（６７）の抵抗とは別に測定され、
－第１の軸受（７）を第１の軸受座（６８）に取り付けるための第１の軸受支持体（６）と、ここで前記第１の軸受（７）は、回転するスピンドル（１０）を受けるようにされている、
を含む、外力測定ユニット（４）。
【請求項2】
第１のフラップ端部（６３）及び第２のフラップ端部（６６）が、前記第１のフラップ（６２）及び前記第２のフラップ（６４）のそれぞれの端部に配置されている、請求項１に記載の外力測定ユニット（４）。
【請求項3】
前記評価ユニット（８）は、更に前記外力（ｆｅ）の補正値を決定するようにされ、更に前記スピンドル（１０）のレバーアームの位置を決定し、測定された抵抗と、前記第１の力（ｆ１）の決定された前記補正値とに基づいて、適用された前記スピンドル（１０）に加えられた前記外力（ｆｅ）を特定するようにされる、請求項１又は２に記載の外力測定ユニット（４）。
【請求項4】
モータハウジング（３）を更に含み、前記第１フラップ（６２）及び前記第２フラップ（６４）は、前記モータハウジング（３）内のロードセル保持シート（５１）に取り付けられている、請求項１から３のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【請求項5】
前記評価ユニット（８）は、前記ひずみゲージ（６４、６７）の測定された抵抗を、ローパスフィルタを通して経時的に平滑化する、請求項１から４のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【請求項6】
前記評価ユニット（８）は、前記第１のひずみゲージ（６４）及び前記第２のひずみゲージ（６７）の測定された抵抗の経時的なドリフトを特定し、（所定の期間後に）ドリフト補償を適用することによって、前記第１のひずみゲージ（６４）及び前記第２のひずみゲージ（６７）を再較正する、請求項１から５のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【請求項7】
前記スピンドル（１０）に接続されたフリーホイール（１０８）を更に含む、請求項１から６のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【請求項8】
前記スピンドル（１０）の半径方向位置を特定するための角度エンコーダ（１１）を更に含む、請求項１から７のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【請求項9】
前記スピンドル（１０）は、第１の軸受（７）の第１の軸受リング（７２）の内側及び第２の軸受（７）の第２の軸受リング（９２）の内側で受けられる、請求項１から８のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【請求項10】
前記ロードセル（５’）は、前記モータハウジング３と相互作用する鉛直方向ガイドアセンブリを備える、請求項１から９のいずれか１つに記載の外力測定ユニット。
【請求項11】
前記鉛直方向ガイドアセンブリは、固定用ピンホール（２５１）を備えたアンカーフラップ（２５０）として備えられ、前記固定用ピンホール（２５１）の対称軸は、前記支持リング６１の対称軸１００に実質的に平行である、請求項１０に記載の外力測定ユニット。
【請求項12】
前記モータハウジング（３）での前記ロードセル（５’）の取り付け状態において、固定用ピンが前記固定用ピンホール（２５１）及び前記モータハウジング３の対応するアンカーホールに挿入される、請求項１１に記載の外力測定ユニット。
【請求項13】
電気モータと、請求項１から１２のいずれかに記載の外力測定ユニット（４）とを備えた、電動アシスト自転車用の、モータハウジング（３）を備えた電動駆動装置。
【請求項14】
前記外力測定ユニット（４）に近接してスピンドル（１０）が備えられており、前記スピンドル（１０）は、前記スピンドル１０の回転時にホールセンサに信号を発生させる磁性材料を備え、複数の磁束溝が、前記スピンドル（１０）の対称軸と平行に長手方向に延在し、前記磁束溝は、前記スピンドル（１０）の円筒形外面に円周状に配置される、請求項１３に記載の電動駆動装置。
【請求項15】
これらの磁束溝の中に少なくとも１つの基準磁束溝が存在し、該基準磁束溝は、他の磁束溝とは異なる周方向の幅を有し、及び／又は前記基準磁束溝は、他の磁束溝の深さとは異なる深さを有する、請求項１４に記載の電気駆動装置。
【請求項16】
これらの磁束溝の間に、他の磁束溝の間の磁束肩状部とは異なる周方向の幅を有する１つの基準磁束肩状部が存在する、請求項１４又は１５に記載の電気駆動装置。
【請求項17】
請求項１３から１５のいずれかに記載の電動駆動装置を備えた電動アシスト自転車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、外力の測定システム、測定方法、及び電動アシスト自転車に関する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0002】
本出願の目的は、改良された外力の測定ユニット及び測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0003】
本出願は、電動アシスト自転車のスピンドル又は下側のブラケットに加えられた外力を測定するための外力測定ユニットを提供する。その外力測定ユニットは、支持リングを備えたロードセルを含み、第１のフラップ及び第２のフラップがその支持リングに配置され、第２のフラップは支持リングにおいて、第１のフラップの反対側に配置される。
【0004】
本出願は他の設計とは異なり、自転車の乗り手によってスピンドルに加えられた力を測定するための装置を提供する。これは、自転車の電気モータによってそのスピンドルに加えられる追加の動力又はトルクの量を決定するためのものである。従来の設計は、スピンドルに取り付けられたペダルでクランクを押すことによって、自転車の乗り手がスピンドルに加えるトルクを測定する装置を提供している。本出願は、本質的に鉛直方向でのスピンドルへの鉛直方向の力測定することによって、追加の動力又はトルクの量を決定する方法を提供する。
【0005】
一実施形態では、そのスピンドルへの水平方向の力は、追加の動力又はトルクの量の決定において考慮されない。これは、追加の動力又はトルクを、鉛直方向でのスピンドルへの鉛直方向の力を測定することのみによって決定することによってなされる。
【0006】
スピンドルへの水平方向の力を測定から除外するということは、フロントチェーンホイールによってスピンドルに伝達される自転車のチェーンの力が除外されることを意味し、これによりその追加の動力又はトルクの量を決定するための簡略化された方法が提供される。
【0007】
本出願による設計は、各フラップを、外側リングの外側に向かって半径方向に備え、外側リングは後で、電動アシスト自転車が運転されると予想される地面に対して鉛直方向に配置されることができる。
【0008】
第１のひずみゲージは第１のフラップに配置され、第２のひずみゲージは第２のフラップに配置される。第１のひずみゲージ及び／又は第２のひずみゲージはそれぞれ、第１のフラップ及び／又は第２のフラップがスピンドルへの力によって圧縮又は拡張された時のそれらのフラップの長さの変化に応じて、その抵抗を変える。
【0009】
本出願によると、第１のひずみゲージ及び第２のひずみゲージの抵抗を測定するために、評価ユニットが備えられる。これは、スピンドルへの鉛直方向の力を２つの測定値に変換するための信頼できる方法である。本出願によると、第１のひずみゲージ及び第２のひずみゲージの２つの抵抗値は、個別に用いられることができ、先行技術から従来知られているもののように組み合わされない。本出願の設計では、２つのひずみゲージは２つの別の測定値を供給し、これらは個別に評価される。これにより、より多くの動作状態、例えば上側の第１のフラップが、ロードセル保持シートの最も近接した表面から鉛直方向に離れ、下側の第１のフラップが、それに対応するロードセル保持シートの最も近接した表面と接触した状態のままである時の動作状態、又はモータハウジング内のスピンドルのゼロ点を調整するための動作状態を、決定することができる。
【0010】
実際の適用に関しては、第１のひずみゲージの抵抗は、制御及び評価ユニットへの２つの電気的経路又は接続ワイヤを用いて測定される。第２のひずみゲージの抵抗は、制御及び評価ユニットへの２つの電気的経路又は接続ワイヤを用いて測定され、ここで第１のひずみゲージ及び第２のひずみゲージは、例えば評価ユニットとの共通のグランド接続によって、１つの導電経路を共有することができる。
【0011】
ロードセルには、第１の軸受を第１の軸受座に取り付けるための第１の軸受支持体を更に備え、その第１の軸受は、第１の軸受座に取り付けられる第１の外側リングを備えて第１の力を伝達し、上記外力は、スピンドルから第１の内側リングへ、第１の軸受に伝達される上記第１の力と、適用された第２の軸受によって受けられる第２の力とを含む。第１の内側リングは、第１の軸受要素を介して第１の外側転動リングに接続され、適用されたスピンドルから第１の力を伝達する。
【0012】
第１のフラップ端部及び第２のフラップ端部が、第１のフラップ及び第２のフラップそれぞれの端部に配置される場合、それは第１のフラップ及び第２のフラップをモータハウジング内のロードセル保持シートで受けることによって、モータハウジング内での外力測定ユニットの確実な設置を容易にする。
【0013】
評価ユニットは更に、外力の補正値、例えばスピンドルの重量、スピンドルのレバーアームの位置を決定し、測定された抵抗と、決定された第１の力の補正値とに基づいて、適用されたスピンドルに加えられた外力を特定するようにされる。
【0014】
評価ユニットは、ひずみゲージの測定された抵抗をローパスフィルタを通して経時的に平滑化し、第１のひずみゲージ及び第２のひずみゲージの測定された抵抗の経時的なドリフトが特定されることができる。これにより、所定の時間後にドリフト補償を適用することによって、第１のひずみゲージ及び第２のひずみゲージの再較正が可能となる。
【0015】
本出願によると、フリーホイールは、一体的に又は形状を合わせた方法で、スピンドルと接続される。フリーホイールは、スピンドルがチェーンホイール及び／又は電気モータと接続されるのを、電動自転車の所定の動作状態がそれを必要としないときに防ぐ、フリーホイール装置の一部である。
【0016】
本出願は、スピンドルの半径方向位置又は角度位置を特定するための角度エンコーダも提供する。スピンドルの位置は、電気モータが追加の動力又はトルクをスピンドルに、いつ、どの程度提供するかを決定するために必要である。これにより、加えられる動力の微調整が可能となる。角度デコーダは、ロードセルに設置された従来のホールセンサとすることができ、ホールセンサを通る磁束は、スピンドルの隣接部に環状に配置された一連の磁石とすることができる。あるいは、ホールセンサを通る磁束は、ホールセンサ素子の直下に環状に配置された、スピンドルでの一連の短い磁束溝とすることができる。
【0017】
これらの磁束溝はそれぞれ、スピンドルの対称軸に平行に長手方向に延在し、かつこれらの溝は、スピンドルの円筒形外面に円周状に配置される。例えば、これらはスピンドルの円筒形外面に円周状に、１０°ごとの角度位置で配置された３６本の磁束溝であることができ、各磁束溝は、スピンドルの円筒形外面の５°の円弧に対応する周方向幅を有することができる。これらの３６本の溝のうちの１本の基準磁束溝は、他の３５本の磁束溝より大きな若しくは小さな幅を有することができ、又はこの基準磁束溝は、他の磁束溝より大きな若しくは小さな深さを有する。ホールセンサは、ホールセンサがモータハウジングと共に静止した状態のままスピンドルを回転させた際に、一連の磁束溝がホールセンサの下で動いた時にこれらの磁束溝がもたらす磁束の変化を検出することができ、ホールセンサ信号の変化する値は、ホールセンサ及びモータハウジングに対するスピンドルの角度位置を提供する。基準磁束溝は、通常の磁束溝によってもたらされるホールセンサ信号の変化とは異なるホールセンサ信号の変化をもたらし、それはホールセンサに対するスピンドルの絶対角度位置の検出を提供する。換言すれば、これらの磁束溝のうちの１つの基準磁束溝は、他の磁束溝とは異なる周方向の幅を有することができ、及び／又は基準磁束溝は、他の磁束溝の深さとは異なる深さを有する。
【0018】
これらの磁束溝の間に、他の磁束溝の間の磁束肩状部とは異なる周方向の幅を有する、１つの基準磁束肩状部を備えることもできる。幅の広い又は狭いその基準磁束肩状部は、通常の磁束肩状部によってもたらされるホールセンサ信号の変化とは異なるホールセンサ信号の変化をもたらし、それはホールセンサに対するスピンドルの絶対角度位置の検出を提供する。換言すれば、これらの磁束肩状部のうちの１つの基準磁束肩状部は、他の磁束溝とは異なる周方向の幅を有することができる。
【0019】
上記装置の精度は、２つのホールセンサを使用することによって、及びホールセンサの近く、例えばホールセンサのすぐ上かつスピンドルの上の位置に配置された永久磁石でスピンドルを付勢することによって、向上させることができる。
【0020】
本出願によると、外力測定ユニットは、第１の軸受の第１の軸受リングの内側及び第２の軸受の第２の軸受リングの内側で、スピンドルを受ける。これはスピンドルが第１の力を第１の内側軸受リングに、そして第２の力を第２の内側軸受リングに加える方法であり、ここで第１の力及び第２の力は、レバーアームを通じてスピンドルの少なくとも１つの端部に加えられた外力の一部である。レバーアームは、例えばペダルを備えたクランクとすることができる。
【0021】
評価ユニットは、自転車の乗り手によって加えられた計算された力によるトルクと、スピンドルの現在の角度位置に依存する各レバーアームの有効レバーアーム長とを計算する。
【0022】
本出願は、第１のひずみゲージの抵抗の変化を測定する、外力を測定するための方法を提供する。第１のひずみゲージは、第１のフラップの長さの変化に起因して第１のフラップに配置され、これは第２のフラップの長さの変化に起因して、第２のフラップに配置された第２のひずみゲージの抵抗を変える。その方法は、例えばスピンドルの重量などの外力によって生じる外力の補正値を決定するステップと、スピンドルのレバーアームの角度位置又は回転位置を決定するステップと、測定された抵抗及び決定された第１の力の補正値に基づいて、スピンドルに加えられた外力を特定するステップとを含む。
【0023】
ロードセルのために、鉛直方向ガイドアセンブリを備えることができる。
【0024】
鉛直方向ガイドアセンブリの一実施形態では、ロードセルは、支持リングの対称軸から約９０°の角度で突出するアンカーフラップを有する。固定用ピンホールがアンカーフラップ内に備えられ、固定用ピンホールの対称軸は、支持リングの対称軸に対して実質的に平行である。
【0025】
モータハウジング内でのロードセルの設置状態では、固定用ピンが固定用ピンホール内に、そしてモータハウジングの対応するアンカーホール内に挿入される。固定用ピンは、ロードセルの水平方向の力をモータハウジングに伝達することによって、例えば自転車のチェーンによってもたらされるスピンドルへの水平方向の力により、スピンドルが水平に移動するのを防止する。
【0026】
第１のひずみゲージ及び第２のひずみゲージを備えた第１のフラップ及び第２のフラップの鉛直配置と比較して、アンカーフラップが水平に配置された鉛直方向ガイドアセンブリは、これらの水平方向の力がロードセル内でもたらす変形領域に、第１のひずみゲージ及び第２のひずみゲージが入らないことをもたらす。この構成によって、スピンドルによってロードセルに伝達される鉛直方向の力の測定精度が改善される。アンカーフラップと、固定用ピンホール内の固定用ピンとを備えた設計は、鉛直方向の力のより良好な測定結果をもたらし、また外力測定ユニットの領域での鉛直方向の力からスピンドルへの水平方向の力を分離することを達成するために必要とされる部品の数を低減する。
【0027】
鉛直方向ガイドアセンブリの他の実施形態では、そのアセンブリは、固定用ピンホールのための又はモータハウジング内の対応する孔のためのスリットを提供する。そのスリットは、モータハウジング内でのロードセルの水平方向の移動を防止しながら、モータハウジング内でのロードセルの鉛直方向の移動を提供する。例えば固定用ピンは、固定用ピンホール内の固定位置に備えられることができ、一方でモータハウジング内のスリット内で鉛直方向に移動されることができる。あるいは固定用ピンは、モータハウジングの固定位置に備えられることができ、一方で固定用ピンホール内のスリット内で鉛直方向に移動されることができる。
【0028】
鉛直方向ガイドアセンブリを提供するための別の方法は、モータハウジング内に鉛直方向突出部を備え、それにロードセルが水平方向で当接する。ロードセルはやはり鉛直方向突出部に沿って上下に摺動することができ、一方で鉛直方向突出部は、スピンドルの水平方向の移動を防止する、ロードセルのための水平方向ガイドを提供する。
【0029】
本出願はまた、本明細書に記載の外力測定ユニットを備えた電動アシスト自転車も提供する。
【0030】
第１の態様によると、スピンドルに加えられた外力を測定するための外力測定ユニットが提供される。
【0031】
外力測定ユニットは、支持リングを備えたロードセルを含み、第１のフラップ及び第２のフラップが支持リングに配置され、第２のフラップは支持リングにおいて第１のフラップの反対側に配置され、各フラップは、外側リングの外側に向かって半径方向に配置される。そのユニットは、第１のフラップ及び第２のフラップのそれぞれの端部に配置された第１のフラップ端部及び第２のフラップ端部も備える。
【0032】
外力測定ユニットは、第１のフラップに配置された第１のひずみゲージと、第２のフラップに配置された第２のひずみゲージとを更に含み、材料が拡がることによる第１のフラップ又は第２のフラップの長さの変化に応じて、第１のひずみゲージ及び／又は第２のひずみゲージはそれぞれ、その抵抗を変えるようにされる。
【0033】
外力測定ユニットは更に評価ユニットを含み、それは第１のひずみゲージ及び第２のひずみゲージの抵抗を測定するようにされ、更にスピンドルの重量によって生じる外力の補正値を決定するようにされ、更にスピンドルのレバーアームの位置を決定して、測定された抵抗と、決定された第１の力の補正値とに基づいて、適用されたスピンドルに加えられた外力を特定するようにされる。
【0034】
外力測定ユニットは更に、第１の軸受を第１の軸受座に取り付けるための第１の軸受支持体を含み、第１の軸受は第１の外側リングを備え、第１の外側リングは、第１の軸受座に取り付けられて第１の力を伝達し、外力は、スピンドルから第１の内側リングへ第１の軸受に伝達される第１の力と、適用された第２の軸受によって吸収される第２の力とで構成され、第１の内側リングは第１の軸受要素を介して第１の外側転動リングに接続されて、適用されたスピンドルから第１の力を伝達する。
【0035】
外力測定ユニットは、外部から加えられた力を測定するためのシステムとすることができる。その外力測定ユニットは、抵抗の変化を測定する。測定された抵抗に応じて外力が計算される。
【0036】
外力は、そのユニットの外側から外力測定に加えられる。主にその外力は、人によって加えられることができる。例えば、その外力は人の足によって自転車のペダルに加えられる。
【0037】
そのペダルは自転車の一部であることができ、回転可能である。それにより、外力はペダルに対してほぼ鉛直に加えられる。
【0038】
スピンドルは、シャフト、中空シャフト、又はシリンダであることができる。第１の軸受及び第２の軸受は、スピンドルを受ける。その軸受は、相対運動を所望の運動のみに制限して可動部品間の摩擦を低減する機械要素である。軸受は、例えば転がり軸受、滑り軸受、玉軸受、ころ軸受、宝石軸受、流体軸受、磁気軸受、又はたわみ軸受とすることができる。
【0039】
支持リングを備えたロードセルは、例えばエンジニアリングフィットによって、軸受を受けるための装置である。ロードセルは、アルミニウム若しくは鋼鉄、又は他のいずれかの好適な材料で作られることができる。エンジニアリングフィットは、部品又はアセンブリの設計時に幾何公差設計法の一部として使用される。嵌め合いは２つの接合する部品間のクリアランスであり、このクリアランスの大きさによって、その部品が対極的には互いに独立して移動若しくは回転できるかどうか又は一時的若しくは永久的に接合されるかどうかが決定される。軸受は、固定ロットの軸受構成によって支持リングの第１の軸受座に取り付けられることができ、そこでは軸受のうちの一方は可動であり、もう一方は固定されている。
【0040】
固定された軸受は、軸方向に移動できないようにこれを支持するための要素に取り付けられる。従って配置された軸受は、半径方向及び軸方向の両方の力を吸収する。嵌め合いは耐荷重支持軸受とすることもでき、軸方向力は両方の軸受の間で分割される。２つの軸受のそれぞれが１方向の軸方向力を吸収し、それにより両方の軸受が一緒になって全ての軸方向力を吸収することができる。
【0041】
第１のフラップ及び第２のフラップは、ロードセルに配置される要素である。各フラップは、「タン（tongue）」又は「ブラケット（bracket）」と呼ばれることもできる。少なくとも１つのフラップが、力を所定の方向に伝達することができる。フラップが配置されている半径方向は、ロードセルの中心から外側に向かっている。両方のフラップは、その中心を通る１つの直線の両端の各側に配置されることができる。そのためそれらのフラップは、ロードセルの反対となる両側にある。フラップはロードセルを部分的に取り囲むことができる。フラップはそれらの間に間隙を有することができる。
【0042】
フラップ端部もまた、上記中心を通る直線に配置されることができる。フラップ端部は、ロードセルに対して近位端に配置される。各フラップの各近位端に、フラップ端部が配置される。各フラップ端部は、対応するフラップに対して角度を有することができる。１つの例示の実施形態では、その角度は９０°である。
【0043】
ひずみゲージは、物体のひずみを測定するために使用される機器である。この場合、その物体は各フラップである。ひずみゲージは、金属箔パターンを支持する絶縁性の可撓性の裏材からなることができる。フラップが変形すると箔が変形し、その電気抵抗の変化が生じる。この抵抗の変化は、通常はホイートストンブリッジを用いて測定され、ゲージ率として知られる量によって、ひずみに関連付けられる。１つの例示の実施形態では、ひずみゲージは主に半径方向での長さの変化を測定する。
【0044】
評価ユニットは、例えばマイクロプロセッサ又は論理チップとすることができる。評価ユニットは、各ひずみゲージに接続されることができる。上述のように、評価ユニットは各ひずみゲージの抵抗を測定することができる。評価ユニットは、計算結果を送信するための出力も有することができる。その出力は、モータを制御するための主動力制御ユニットに接続されることができる。
【0045】
この構成により、単純な力測定ユニットを提供することができる。その測定ユニットは、構成部品数がより少なく、容易に適用されることができる。その測定ユニットは、その小型化及び精度を改善することができる。その測定ユニットにより、よりコンパクトなモータユニットをより高い耐久性で構築することができる。
【0046】
外力測定ユニットは、モータハウジングを含むことによって更に改良されることができ、ここで第１のフラップ端部及び第２のフラップ端部は、ロードセルをスピンドルのモータハウジングのロードセル保持シートに設置するように構成され、第２の外側リングはモータハウジングの第２の転動支持体に取り付けられる。
【0047】
モータハウジングは、外力測定ユニットを収容する。その測定ユニットはモータハウジングに取り付けられる。ロードセルは、フラップ端部を介してモータハウジングに取り付けられる。第２の軸受は、上述のように、軸受支持座を介して上記ハウジングに取り付けられることができる。
【0048】
モータハウジングは、モータユニットの一部とすることができる。モータユニットは、モータと、バッテリホルダと、外力測定ユニットとを含むことができる。外力測定ユニットは、主にモータハウジングによって囲まれることができる。ロードセルは、モータハウジングの外壁に設置されることもできる。特にスピンドルの端部は、モータハウジングの外側に配置される。モータハウジングは少なくとも、スピンドルを設置するための２つの開口を備えることができる。モータハウジングは、モータハウジングをレールに設置するための締結要素を含むこともできる。そのレールは、自転車の一部であることができる。
【0049】
この構成により、ロードセルを周囲の影響から保護し、そして自転車のレールに取り付けることができる。また、使用するモータに外力測定ユニットを内蔵することにより、耐久性を向上させることができ、衝撃を和らげることができる。
【0050】
外力測定ユニットは、評価ユニットが、ひずみゲージの測定された抵抗を、ローパスフィルタを通して経時的に平滑化することで、更に改良されることができる。
【0051】
ローパスフィルタはアナログ式とすることができる。アナログフィルタは、連続時間アナログ信号に対して動作する電子回路とすることができる。１つの例示の実施形態では、ローパスフィルタはデジタルフィルタである。デジタルフィルタは、サンプリングされた離散時間信号に対して数学的演算を実施して、その信号の特定の側面を低減又は強化するシステムである。デジタルフィルタは、評価ユニットの一部とすることができる。
【0052】
この構成により、測定された抵抗の信頼性を向上させ、これらを一連の測定に組み入れることができる。測定された抵抗の質に応じて、計算の精度を向上させることができる。
【0053】
外力測定ユニットは、評価ユニットが、第１のひずみゲージ及び第２のひずみゲージの測定された抵抗の経時的なドリフトを特定し、所定の期間後にドリフト補償を適用することによって第１のひずみゲージ及び第２のひずみゲージを再較正することで、更に改良されることができる。
【0054】
上記ドリフトは、測定値、特に測定された抵抗の経時的なシフトである。そのドリフトは、ひずみゲージの加熱、たわみによる疲労の兆候、一方向における測定範囲の大きさでの連続的な荷重による材料のクリープ、又は種々の材料の経年劣化及び硬化処理による感度のドリフトによって影響を受ける可能性があるため、頻繁な再較正が必要である。
【0055】
上記所定の期間は、単一の事象とすることもできる。例えば、抵抗が過去の抵抗と比べて、所定の閾値を超えて変化した場合である。その期間は、スピンドルの回転の数として定めることもできる。
【0056】
この構成により、測定された抵抗の均一性及び比較可能性を向上させることができる。これは、外力の更に正確な計算をもたらす。これにより、外力測定ユニット全体の品質が向上する。
【0057】
外力測定ユニットは、形状を合わせてスピンドルに接続されたフリーホイールを備えることによって、更に改良されることができる。
【0058】
フリーホイールは、オーバーランニングクラッチとすることができる。これは、被駆動シャフトが駆動シャフトより速く回転する時に、被駆動シャフト、特にスピンドルからの駆動シャフトの係合解除を可能にする。フリーホイールは、クランピングローラーフリーホイール、クランプボディフリーホイール、ポール（ｐａｗｌ）フリーホイール、爪リングフリーホイール、又はラップスプリングフリーホイールとすることができる。フリーホイールは、「星形」と呼ばれる内側部品と、外側部品とを備える。内側部品は、形状を合わせてスピンドルに接続される。内側部品は、外側部品からスピンドルへと力を伝達することができる。
【0059】
この構成により、モータが外力をサポートできる速さよりもスピンドルが速く回転している時に、モータをスピンドルから切り離すことができる。
【0060】
外力測定ユニットは、スピンドルの半径方向位置を特定するための角度エンコーダを備えることによって、更に改良されることができる。
【0061】
ロータリーエンコーダ又はシャフトエンコーダとも呼ばれるその角度エンコーダは、シャフト又は軸の角度位置又は運動をアナログ又はデジタル出力信号に変換する電気機械装置である。
【0062】
角度エンコーダは、アブソリュートエンコーダとすることができる。アブソリュートエンコーダは、現在のスピンドル位置を示す。１つの例示の実施形態では、角度エンコーダはインクリメンタルエンコーダである。インクリメンタルエンコーダの出力は、スピンドルの運動に関する情報又はスピンドルの位置の変化に関する情報を提供する。特に、角度エンコーダはオフアクシス磁気エンコーダとすることができる。
【0063】
この構成により、スピンドルの位置の認識を向上させることができる。角度エンコーダの使用により、スピンドルの位置に関するより詳細な情報が提供され、従ってペダル及びペダルクランクの位置に関するより正確な情報が提供される。よって、運転の状況及び力の管理に対応するより詳細な情報が提供されることができる。
【0064】
外力測定ユニットは、スピンドルが第１の軸受の第１の軸受リングの内側及び第２の軸受の第２の軸受リングの内側で受けられることで更に改良されることができ、ここでスピンドルは、第１の力を第１の軸受リングに加え、第２の力を第２の内側軸受リングに加え、第１の力及び第２の力は、レバーアームを通じてスピンドルの少なくとも一端に加えられた外力の一部である。
【0065】
スピンドルは、両側にスピンドル端部を備えることができる。スピンドル端部は、モータハウジングの外側にあることができる。各スピンドル端部は、レバーアームを取り付けることができる。レバーアームはペダルクランクとすることができる。ペダルクランクは、所定の長さを有することができる。ペダルクランクの片側で、ペダルクランクはスピンドル端部に取り付けられることができる。ペダルクランクの反対側に、ペダルが取り付けられることができる。外力はペダルに作用する。ペダルクランクは力をスピンドルに伝達する。伝達される力は、トルクであることができる。
【0066】
この構成により、測定された抵抗及びレバーアーム長に応じて外力を計算すること及びスピンドルに対するペダルのより詳細な位置を出力することができる。
【0067】
外力測定ユニットは、評価ユニットが、計算された力によるトルクと、スピンドルの位置に依存する各レバーアームの有効レバーアーム長とを計算することで、更に改良されることができる。
【0068】
レバーアーム及びペダルの位置に応じて、上記トルクに寄与するレバーアーム長が変わり得る。例えば、各端部のレバーアームが鉛直位置にある場合、ペダルとスピンドルとの間の水平方向距離はゼロとなり得る。従ってレバーアームは、スピンドルに加えられる上記トルクにほとんど寄与しない。
【0069】
スピンドルが回転する際に、ペダル及びペダルクランクも回転する。従ってレバーアームの位置は経時的に変化する。この変化に応じて、始動トルクに寄与するレバーアーム長も、経時的に変化する。ペダルとスピンドルとの間の水平方向距離は、有効レバーアーム長に等しい。従ってその有効レバーアーム長は、ペダルの位置に応じて経時的に変わり得る。
【0070】
これを考慮して、評価ユニットは、測定された抵抗及び特定された第１の力に応じて、レバーアームを通じてスピンドルに加えられるトルクを計算する。
【0071】
力が、スピンドルの両側において１８０°ずれた両方のペダルに作用している場合、主としてスピンドルの回転の接線方向に作用している外力が、上記トルクに寄与する。
【0072】
この構成により、より正確なトルクの計算が可能となる。トルクの正確な測定は、改善されたトルク情報を主動力制御ユニットに伝達するために重要である。主動力制御ユニットは、モータをより正確に制御することができ、そしてモータは、人が電動自転車のスピンドルに加える外力をサポートするために、運転の状況により適合されたトルクをスピンドルに提供することができる。
【0073】
更なる態様によると、スピンドルを受けるロードセルを含む外力測定ユニットを用いて外力を測定するための測定方法が提供される。
【0074】
その方法は、第１のフラップの長さの変化により、第１のフラップに配置された第１のひずみゲージの抵抗を変えるステップと、第２のフラップの長さの変化により、第２のフラップに配置された第２のひずみゲージの抵抗を変えるステップとを含み、ここで各フラップはロードセルに配置される。
【0075】
その方法は更に、第１のひずみゲージ及び第２のひずみゲージのそれぞれの抵抗を、評価ユニットを用いて測定するステップを含む。
【0076】
その方法は更に、評価ユニットを用いて、スピンドルの重量によって生じる外力の補正値を決定するステップを含む。
【0077】
その方法は更に、評価ユニットを用いて、スピンドルのレバーアームの位置を決定するステップを含む。
【0078】
その方法は更に、評価ユニットを用いて、測定された抵抗及び決定された第１の力の補正値に基づいて、適用されたスピンドルに加えられた外力を特定するステップを含む。
【0079】
この方法によって、スピンドルに作用する外力を特定するための、より正確で費用効率の高い測定方法が提供される。
【0080】
更なる態様によると、外力測定ユニットを備えた電動アシスト自転車が提供される。
【0081】
例えば、電動アシスト自転車は、運転者をサポート又は支援するための電気モータと、電気エネルギの形態で電気モータに供給されるエネルギを貯蔵するエネルギ貯蔵装置とを備えた自転車である。
【0082】
電気モータは、例えばハブモータ又はチェーンモータとすることができ、少なくとも１つのＤＣ又はＡＣ電源を原動力とする電気機械を備える。エネルギ貯蔵装置は、例えばバッテリ又は蓄電池、例えば鉛ベース又はリチウムベースのバッテリ又は蓄電池とすることができる。あるいは又は加えて、エネルギ貯蔵装置は燃料電池型貯蔵装置であることもできる。電気モータは、アシスト機能を備えた自転車のペダルを漕ぐ運転者の筋肉での動力に加えてエネルギを提供する。このような電動アシスト自転車の一例は、ｅバイク又はPedelecなどの電動自転車である。
【0083】
この構成により、ひずみゲージの抵抗を測定するためのロードセルを備えたモータユニットを有する電動アシスト自転車を提供することができる。ロードセルは、簡素さが増進された、改良された外力測定ユニットを提供する。それにより精度が向上され、製造コストが削減される。
【0084】
上記の方法及び電動アシスト自転車の利点に関しては、上述の外力測定ユニット及び実施形態を参照されたい。
【0085】
上記方法の個々のステップ又は全てのステップは外力測定ユニットによって実施されることも、されないこともできることは、容易に理解される。
【0086】
更なる態様によると、フリーホイールと、外側リングと、内側リングと、スプロケットキャリアとを備えた、電動アシスト自転車のためのモータユニットが提供される。
【0087】
フリーホイールは、外側リングからスプロケットキャリアを切り離すようにされる。「切り離す」とは、内側リングがスプロケットキャリアと異なる速度で回転できることを意味する。
【0088】
この構成により、スプロケットキャリアに外部から加えられた力は、この外力が内側リングの速度より速い回転速度をもたらす場合には、内側リングに伝達されない。これにより、摩擦損失が低減される。
【0089】
モータユニットは、１つのフリーホイールを備えることによって更に改良されることができる。
【0090】
モータユニットは、１つのフリーホイールを備える。特に、モータユニットは１つ以上のフリーホイールを備える。フリーホイールの数は１であることができる。
【0091】
フリーホイールを１つだけ備えるモータユニットにより、更にコンパクトで小さなモータユニットを構築することができる。
【0092】
更にモータユニットはモータハウジングを備え、これはフリーホイール、外側リング、内側リング、及びスプロケットキャリアを収容する。
【0093】
モータハウジングは、プラスチック又は金属製とすることができる。モータハウジングは、耐衝撃性及び／又は耐水性とすることができる。モータハウジングは、フリーホイール、外側リング、内側リング、及びスプロケットキャリアを、周囲の影響から保護することができる。
【0094】
更なる一実施形態では、電気モータはロータを備え、そのロータは、ピンリング式の波動歯車装置に取り付けられる。
【0095】
その波動歯車装置は、電気モータとスピンドルの間に小型の歯車を提供する。歯車の大きさを最小限に抑えることにより、駆動ユニットをできる限り小さくすることができる。
【0096】
モータハウジングは、第１のモータハウジング部分と、第２のモータハウジング部分と、第３のモータハウジング部分とを備えることができる。
【0097】
第１のモータハウジング部分は、ギアボックス及び外縁部とすることができる。第２のモータハウジング部分は、ロードセルを収容するようにされる。第３のモータハウジング部分は、スプロケットキャリアを収容するようにされる。
【0098】
この構成により、モータハウジングを自転車のフレームに取り付けることができる。更に、モータハウジングの大きさを小さくすることができる。
【0099】
更なる態様では、上記電動アシスト自転車は、上述のモータユニットを備える。
【0100】
その電動アシスト自転車は、フレームを備える。モータユニットの上記ハウジングは、そのフレームに設置されることができる。モータハウジングは、そのフレームに一体化されることもできる。モータハウジングはモータユニットを収容することができる。
【0101】
モータハウジングの大きさを小さくすることにより、運転性能が改善される。
【0102】
更なる態様では、モータユニットの電気モータを制御するための駆動方法が適用され、これは以下のステップを含む。
－外力測定ユニットを用いて、クランクを通じてスピンドルに加えられた第２のトルクを決定するステップと、
－第２のトルクに基づいて第１のトルクを計算するステップと、
－計算された第２のトルクに基づいて電気モータを制御するステップ。
－外力測定ユニットを用いて、クランクを通じてスピンドルに加えられた第２のトルクを決定するステップと、
－第２のトルクに基づいて第１のトルクを計算するステップと、
－計算された第２のトルクに基づいて電気モータを制御するステップ。
【0103】
例えば上記駆動方法は、上述の駆動ユニットに適用されることができる。特にその駆動ユニットは、電動アシスト自転車に内蔵されることができる。その電動アシスト自転車は、ユーザによって駆動される。ユーザはペダルを通じてペダルクランクに力を加える。上述の測定方法により、第２のトルクが検出される。第２のトルクは、ユーザによって加えられることができる。
【0104】
利得係数に応じて、第１のトルクが計算される。第１のトルクは電気モータによって供給される。第１のトルクは、フリーホイールを介してスピンドルに加えられる。
【0105】
更にその駆動方法は、スピンドルの回転方向を特定するステップを含む。
【0106】
回転方向を特定することにより、モータの回転方向の制御が可能となる。モータを両回転方向において制御することにより、スピンドルの各回転方向についてサポートを提供することができる。
【0107】
上記方法、上記電動アシスト自転車、及び上記外力測定ユニットの利点については、上記モータユニット及び上記駆動方法を参照されたい。
【0108】
本出願は、外力測定ユニットを含む電動駆動装置を備えた電動アシスト自転車も提供する。
【0109】
本出願は、安定した電動アシスト駆動装置を提供する。工場での再較正は長期間にわたって不要である。センサの感度は長期間にわたって安定した状態を保つ。無負荷のひずみゲージの信号は負であり、飽和しにくい。必要な補正値は小さく、測定信号から電気モータの制御信号への変換は線形である。他の設計に比べてヒステリシスが小さい。
【0110】
これより、添付の図面を参照して本出願の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【0111】
【図1】外力測定ユニットを含むモータユニット１を示す。
【図9】ホールセンサ及び磁気リングを備えた角度エンコーダを示す。
【図11】角度検出器のホールセンサを取り付けた外力測定ユニットの正面側を示す。
【図12】角度検出器のホールセンサを取り付けた外力測定ユニットの別の実施形態の背面側を示す。
【図13】外力ｆｅがペダルに作用している際の、ペダル及び鉛直位置のペダルクランクを備えたスピンドルの概略側面図を示す。
【図14】外力ｆｅがペダルに作用している際の、ペダル及び水平位置のペダルクランクを備えたスピンドルの概略側面図を示す。
【図15】各ペダルクランクの回転角度に対して描かれた各ひずみゲージの測定された抵抗の典型的な信号のグラフを示す。
【図16】モータのサポートなしでの低ケイデンスについての、各ペダルクランクに対して描かれた各ひずみゲージの測定された抵抗のグラフを示す。
【図17】モータのサポートなしでの高いケイデンスについての、各ペダルクランクに対して描かれた各ひずみゲージの測定された抵抗の典型的な信号のグラフを示す。
【図19】更なる外力測定ユニットの斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0112】
これらの図では、同一又は類似の構成は、同一の参照番号及び／又は用語で示される。
【0113】
図１は、外力測定ユニット４を備えたモータユニット１又は電動駆動装置を示す。
【0114】
外力測定ユニット４は、第１の軸受支持体６を備えたロードセル５を含む。第１の軸受支持体６は支持リング６１を備える。第１のフラップ６２は、支持リング６１に一体化して配置される。支持リング６１はロードセル５の一部でもある。第１のフラップ６２は、支持リング６１の一部を取り囲む。第１のフラップ６２は、第２のフラップ６５の反対側に配置される。第２のフラップ６５もまた支持リング６１に一体化して配置され、支持リング６１の一部を取り囲む。第１のフラップ６２及び第２のフラップ６５は、同一の大きさを有する。第１のフラップ６２及び第２のフラップ６５は、支持リング６１に対して半径方向に、ロードセル５の外側に配置される。
【0115】
第１のフラップ６２は、支持リング６１の対称軸１００から約９０°の角度で突出している。第２のフラップ６２もまた、支持リング６１の対称軸１００から約９０°の角度で突出している。
【0116】
第１のフラップ端部６３は第１のフラップ６２の外側端部に配置され、第２のフラップ端部６６は第２のフラップ６５の外側端部に配置される。
【0117】
第１のフラップ６２は、第１のフラップ６３と支持リング６１との間の領域に第１のひずみゲージ６４を備え、第２のフラップ６５は、第２のフラップ６５と支持リング６１との間の領域に第２のひずみゲージ６７を備える。
【0118】
第１の軸受支持体６は、第１の軸受７を収容する第１の軸受座６８も備える。第１の軸受７は、第１の外側リング７１と、第１の内側リング７２とを備える。少なくとも１つの第１の軸受要素７３が、第１の外側リング７１と第１の内側リング７２との間に配置される。
【0119】
評価ユニット８は、ロードセル５に配置される。
【0120】
モータユニット１は第２の軸受９も備える。第２の軸受９は、第２の外側リング９１を備える。第２の外側リング９１は、ここでは図示されない支持用軸受座と、第２の内側リング９２とに受け入れられる。少なくとも１つの第２の軸受要素９３は、第２の外側リング９１と第２の内側リング９２との間に配置される。
【0121】
第１の軸受７の第１の内側リング７２と、第２の内側リング９２とは、図１に示されるように、スピンドル対称軸１００を備えたスピンドル１０を受ける。スピンドル１０は、第１の端部１０３と、第２の端部１０７とを備える。
【0122】
モータユニット１は、スピンドル１０の角度位置の変化を検出するための、ここでは図示されない角度エンコーダも備える。ここでは図示されない一実施形態では、その角度エンコーダはスピンドル１０の絶対角度位置を検出する。
【0123】
ロードセル５は機械的ガイド６９も備える。機械的ガイド６９は、ロードセル５をｘ方向及びｚ方向においての移動しないようにする。
【0124】
一実施形態では、機械的ガイド６９は、ロードセル５の外側において、各フラップに対して９０°の角度を有する。機械的ガイド６９は、ここでは図示されないプラスチックピンを備え、これはロードセル５をｘ方向及びｚ方向において移動しないようにする。そのプラスチックピンはその機械的ガイドに配置され、ロードセル保持シート５１に配置されたガイドに沿って延在する。
【0125】
更なる一実施形態では、各フラップ端部６３、６６は、ｚ軸に沿った各端部に、プラスチックピンを備える。そのプラスチックピンはガイド内に延在する。この機械的ガイドもまた、ロードセルを少なくともｘ方向において移動しないようにする。
【0126】
【0127】
スピンドル１０の第１の端部１０３には第１のクランク１０１が備えられ、第１のクランク１０１は、図２に示されるように、第１の対称軸１０４を有する第１のペダルスピンドル１３０によって第１のペダル１０２に接続される。第１のペダル１０２は第１の対称軸１０４を中心に回転可能であり、乗り手の力を第１のクランク１０１に伝達する。同様に第２のクランク１０５は、図２に示されるように、第１の対称軸１０９を備えた第２のペダルスピンドル１３１によって、第２のペダル１０６に接続される。第２のペダル１０６は図２に示されるように第２の対称軸１０９を中心に回転可能であり、乗り手の力を第１のクランク１０１に伝達する。
【0128】
図２は角度エンコーダ１１も示す。角度エンコーダ１１は、第１の軸受７（ここでは図示されない）も取り付けられるロードセル５に設置される。角度エンコーダ１１は、第１の軸受７と第２の軸受９との間に配置される。角度エンコーダ１１は、モータハウジング３と共に静止するようにして、ロードセル５に配置される。
【0129】
第１のペダル１０２は、外力ｆｅをスピンドル１０に伝達する。更にスピンドル１０は、第１の力ｆ１及び第２の力ｆ２を、第２の軸受９及び第１の軸受７に伝達する。また、第１の水平方向の力ｆｘ１及び第２の水平方向の力ｆｘ２は、チェーン１１４から、スピンドル１０に自転車の歯付きフロントホイールとして配置されたディフレクターブレード１１０へと伝達される。
【0130】
ディフレクターブレード１１０はスピンドル１０に設置される。第１の力ｆｘ１及び第２の力ｆｘ２は、外力ｆｅ、第１の力ｆ１、及び第２の力ｆ２に対して実質的に垂直である。外力ｆｅ、第１の力ｆ１、及び第２の力ｆ２は、ｙ軸に沿って作用する。ｙ軸に沿って作用する力は、ここでは鉛直方向の力である。
【0131】
第１の水平方向の力ｆｘ１及び第２の水平方向の力ｆｘ２は、ｘ軸に沿って作用する。第１の水平方向の力ｆｘ１及び第２の水平方向の力ｆｘ２は、水平方向に作用する。
【0132】
【0133】
第１の軸受７の片側に、スピンドル１０は第１の端部１０３を備える。第１の軸受７の反対側に、スピンドル１０はフリーホイール１０８と、第２の端部１０７とを備える。フリーホイール１０８はローラーフリーホイールである。フリーホイール１０８の星形は、形状によって固定される接続部分としてスピンドル１０に備えられる。単一部品として、スピンドルに一体化した星形をスピンドルに備えることもできる。
【0134】
【0135】
フリーホイール１０８は、ここでは図示されないフリーホイールクラッチを備える。そのフリーホイールクラッチは、駆動されるシリンダ内にバネ荷重ローラーを有する。星形の複数の部品のうちの少なくとも１つは、片側に傾斜を有する。反対側には、星形はスピンドル１０の半径方向に縁部を有する。この縁部はスピンドル１０に隣接する。近位縁部はスピンドル１０に対して接線方向に配置される。カバーは、フリーホイール１０８の前側を覆う。星形の各部は、半径方向側に隣接してノッチを備える。そのノッチは傾斜でない側に配置される。
【0136】
ここでは図示されない別の実施形態では、フリーホイールはクランプ式フリーホイールである。クランプ式フリーホイールは、ノコギリ状の歯が付いた少なくとも２つのバネ荷重ディスクを備え、これらはラチェットのように、歯側を合わせて互いに対して押し付けられる。一方向に回転すると、駆動側ディスクのノコギリ状の歯は被駆動側ディスクの歯を固定し、それを同じ速度で回転させる。
【0137】
図５は、ロードセル５とスピンドル１０とを備えた外力測定ユニット４を取り付ける、モータハウジング３を備えたモータユニット１を示す。
【0138】
モータハウジング３は、モータユニット１を収容する。モータユニット１は、保持プレート３１を介して、４本のネジ３２を用いてモータハウジング３に設置される。保持プレート３１は、第１のフラップ端部６３及び第２のフラップ端部６６を固定する。第１のフラップ端部６３及び第２のフラップ端部６６は、ネジ３２によって、モータハウジング３と保持プレート３１との間で締め付けられる。第１のフラップ端部６３及び第２のフラップ端部６６の締め付けによって、各フラップ６２、６５もまた固定される。
【0139】
各フラップ６２、６５の固定により、第１の軸受支持体６と支持リング６１とを備えたロードセル５は、モータハウジング３の、ここでは図示されないロードセル保持シート５１に固定される。モータハウジング３は、ここでは図示されない支持用軸受座も備え、やはり図示されない第２の軸受を設置する。
【0140】
スピンドルは、モータハウジング３から外側を向いた第１の端部１０３を備える。
【0141】
図５に見られるように、モータハウジング３内にロードセル５が設置された状態では、プラスチック又はアルミニウム製のディスタンスピース（ここでは図示されない）を、第１のフラップ６２の側面と、隣接するネジ３２との間、及び第２のフラップ６５の側面と、隣接するネジ３２との間に挿入することができる。これらのディスタンスピースは、ロードセル５の水平方向の力をモータハウジング３に伝達することにより、例えば自転車チェーンによってもたらされるスピンドル１０への水平方向の力によって、スピンドル１０が水平方向に移動するのを防止する。
【0142】
【0143】
支持リング６１と第１の軸受座６８との間の縁部は、丸みを付けられている。
【0144】
各フラップ６２、６５は、スピンドル対称軸１００の方向において、支持リング６１の半分未満の大きさである。各フラップ６２、６５のスピンドル対称軸１００の方向における片側は、支持リング６１と同一平面に配置される。反対側は、滑らかな接続部により支持リングに接続される。
【0145】
各フラップ端部６３、６６は、支持リング６１の近位端に配置される。フラップ端部６３、６６は、支持リング６１と略同一の形状で湾曲している。各フラップ端部６３、６６の縁部は丸みを付けられている。フラップ端部６３、６６は、ロードセル５の前側を向いている。フラップ端部６３、６５は、各フラップ６２、６４と略同一の幅を有する。
【0146】
【0147】
支持リング６１は、第１の軸受座６８に対する導入端に関係する。その導入端は、第１の軸受座６８の内側に配置される。
【0148】
【0149】
第１の締結要素３３及び第２の締結要素３４は、モータハウジング３の外側に配置される。第１の締結要素３３及び第２の締結要素３４は、モータハウジング３を、ここでは図示されない自転車フレームに取り付けるために使用される。
【0150】
第１の２つの締結要素３３は、モータハウジング３を挟んで反対側に配置される。２つの第１の締結要素のうちの一方は、モータハウジング３のバッテリホルダ１２の外側に隣接して配置される。
【0151】
第２の締結要素３４は、四辺形で配置される。４つの第２の締結要素３４のうちの１つは、バッテリホルダ１２に隣接する第１の締結要素３３の反対側に配置された第１の締結要素３３に隣接して配置される。
【0152】
第１の締結要素３３は、第２の締結要素３４よりも大きな直径を有する。
【0153】
バッテリホルダ１２もまた、モータハウジング３の一部である。バッテリホルダ１２は、２つの第１の締結要素３３の間で、モータハウジング３の円周に配置される。
【0154】
図９は、ホールセンサ１１１及び磁気リング１１２を備えた角度エンコーダ１１を示す。
【0155】
磁気リングは、７２個のＮ極と７２個のＳ極とを備える。Ｎ極とＳ極とは、磁気リング１１２上で交互になっている。一方の極から他方の極への変化は、磁気リングの位置の２．５°の変化に等しい。
【0156】
磁気リング１１２が回転し、ホールセンサ１１１の位置が固定されている間、その極が交互になる。ホールセンサ１１１は磁場を測定する。ホールセンサ１１１は磁場の変化を検出する。従って、Ｓ極からＮ極への及びその逆の各切り替わりが検出される。磁気リング１２２はスピンドル１０に配置される。ホールセンサ１１１に対する磁気リング１１２の位置の変化に応じて、スピンドル１０の位置の変化が検出される。
【0157】
別の実施形態では、角度エンコーダは軸上の磁気エンコーダである。軸上の磁気エンコーダは、モータシャフトに取り付けられた、特別に磁化された２極ネオジム磁石を使用する。これはシャフトの端部に固定できるため、モータ本体からシャフトが１本しか延びていないモータに用いることができる。
【0158】
更なる一実施形態では、スピンドル１０の円周は（断面視において）歯の形状を備える。ホールセンサ１１１は、この歯の形状すぐ上に配置されることができる。スピンドル１０が回転すると、歯の形状の山及び谷がホールセンサ１１１の下で交互になる。山から谷への及びその逆の変化によって、磁場が変化する。
【0159】
【0160】
第１のひずみゲージ６４及び第２のひずみゲージ６７は、２軸ひずみゲージとして設計される。２軸ひずみゲージは、２軸ひずみゲージ６４、６７の第２の部分６４２により第１の方向の長さの変化を測定する。その２軸ひずみゲージは、２軸ひずみゲージ６４、６７の第１の部分により、第１の方向に対して垂直な第２の方向の長さの変化も測定する。
【0161】
一実施形態では、第１のひずみゲージ６４は図１に示されるようにして使用され、第１の部分６４１のみが、支持リング６１と第１のフラップ端部６３との間の第１のフラップ６２の長さの変化を測定するために使用される。
【0162】
図１に示されるようにして第２のひずみゲージ６７が使用される場合、第１の部分６４２のみが、支持リング６１と第２のフラップ端部６６との間の第２のフラップ６５の長さの変化を測定するために使用される。
【0163】
第１のひずみゲージ６４の第１の部分６４１及び第２のひずみゲージ６７の第１の部分６４２は、図１０に示されるように、ｙ方向において長さの鉛直方向の変化を測定する。
【0164】
図１１は、角度検出器１１のホールセンサ１１１を取り付けた外力測定ユニット４の正面側を示す。
【0165】
磁気リング１１２と、角度検出器１１のホールセンサ１１１とは、図６に示されるように前側に配置される。磁気リング１１２は、軸受支持体６の支持リング６１に面して回転可能に配置される。磁気リング１１２が回転可能に配置される一方で、ホールセンサ１１１は固定されている。ホールセンサ１１１は、磁気リング１１２からの磁場の変化を検出するように配置される。
【0166】
プラスチック製カバー１１３は、磁気リング１１２を覆っている。プラスチック製カバー１１３はノッチを有し、ホールセンサ１１１はそのノッチ内に配置される。
【0167】
角度デコーダは、ロードセルに設置された従来のホールセンサ１１１とすることができ、ホールセンサ１１１を通る磁束は、ホールセンサ１１１直下のスピンドル隣接部に磁気リング１１２の形態で環状に配置された一連の磁石とすることができる。
【0168】
磁気リング１１２に代えて、ホールセンサ１１１を通る磁束は、図９には図示されないが、ホールセンサ素子１１１直下の、スピンドル１０に環状に配置された一連の短い磁束溝とすることもできる。そしてスピンドル１０は、スピンドル１０の回転時にホールセンサ１１１が信号を発するようにさせる磁性材料を備えることが必要である。これらの磁束溝はそれぞれ、ｚ方向にスピンドル１０の対称軸に平行に長手方向に延在し、そしてこれらの磁束溝は、スピンドル１０の円筒形外面に円周状に配置される。例えばこれらは、スピンドル１０のその円筒形外面の３６０°の円周に１０°ごとの角度位置に配置された、３６本の磁束溝とすることができ、各磁束溝は、スピンドル１０のその円筒形外面の５°の円弧に対応する周方向幅を有することができる。これらの３６本の溝のうちの１本の基準磁束溝は、他の３５本の磁束溝より大きな周方向での幅を有することができ、又はその基準磁束溝は、他の磁束溝より深い。ホールセンサ１１１がモータハウジング３と共に静止した状態のままスピンドル１０を回転させて、一連の磁束溝がホールセンサ１１１の下で動いた際に、ホールセンサ１１１はこれらの磁束溝がもたらす磁束の変化を検出することができ、ホールセンサ信号の変化する値は、ホールセンサ１１１及びモータハウジング３に対するスピンドルの角度位置を提供する。基準磁束溝は、通常の磁束溝によってもたらされるホールセンサ信号の変化とは異なるホールセンサ信号の変化をもたらし、それはホールセンサ１１１に対するスピンドル１０の絶対角度位置の検出を提供する。
【0169】
図１２は、角度検出器１１のホールセンサ１１１を取り付けた外力測定ユニット４の別の実施形態の背面側を示す。
【0170】
角度検出器１１の磁気リング１１２及びホールセンサ１１１は、図７に示されるように背面に配置される。また、第１のひずみゲージ６４及び第２のひずみゲージ６７は、フラップ６２、６５の各背面に配置される。
【0171】
評価ユニット８はロードセル５に取り付けられる。評価ユニット８は、第１のひずみゲージ６４、第２のひずみゲージ６７、及びホールセンサ１１１に接続される。
【0172】
磁気リング１１２は、支持リング６１の背面に配置される。ホールセンサ１１１は固定されている。ホールセンサ１１１は、磁気リング１１２からの磁場の変化を検出するように配置されている。
【0173】
プラスチック製カバー１１３は、磁気リング１１１を覆う。プラスチック製カバー１１３はノッチを有する。ホールセンサ１１２はそのノッチ内に配置される。
【0174】
図１３は、第１の外力ｆｅ１が第１のペダル１０２に作用し、第２の外力ｆｅ２が第２のペダル１０６に作用している際の、ペダル１０２、１０６及びペダルクランク１０１、１０５を備えたスピンドル１０の概略側面図を示す。第１の玉軸受７を備えたロードセル５は、ここでは図示されない。
【0175】
この図では、ペダルクランク１０１、１０５は、ｙ軸に沿った鉛直位置にある。第１のペダル１０２は、第１のペダルクランク１０１を通じてスピンドル１０に第１の外力ｆｅ１を提供する。第２のペダル１０６は、第２のペダルクランク１０５を通じてスピンドル１０に第２の外力ｆｅ２を提供する。
【0176】
第１の外力ｆｅ１及び第２の外力ｆｅ２は、スピンドル１０に作用する外力ｆｅの一部である。各外力ｆｅ１、ｆｅ２は、同じ鉛直方向に作用している。
【0177】
図１４は、ペダル１０２、１０６及びペダルクランク１０１、１０５が水平位置にあるスピンドル１０の概略側面図を示す。第１の玉軸受７を備えたロードセル５は、ここでは図示されない。
【0178】
この図では、ペダルクランク１０１、１０５は水平位置にある。第１の外力ｆｅ１は第１のペダル１０２に作用し、第２の外力ｆｅ２は第２のペダル１０６に作用する。各ペダルは、それぞれの対応するペダルクランク１０１、１０５を通じて、外力ｆｅ１及びｆｅ２をスピンドル１０に伝達する。各外力ｆｅは同じ鉛直方向に作用している。第１の外力ｆｅ１及び第２の外力ｆｅ２は、スピンドル１０に作用する外力ｆｅの一部である。
【0179】
図１５は、スピンドル１００の回転角度について、各ペダル１０２、１０６に対して描かれた、各ひずみゲージ５４、６７の測定された抵抗の典型的な信号のグラフを示す。
【0180】
グラフは折れ線グラフである。ｙ軸はそれぞれの抵抗を表し、ｘ軸は時間を表す。
【0181】
第１の信号２０１は、第１のペダル１０２に対して描かれた抵抗の推移を示す。第１の信号の２つの期間ｐ１が描かれている。第１の信号は、第１の周期ｐ１及び第１の振幅ａ１を有する。第１の信号２０１は概ね正弦関数である。第１の信号は、概ね第１の振幅ａ１の１つ分、ｙのマイナス方向にシフトされている。
【0182】
第２の信号２０２は、第２のペダル１０６に対して描かれた抵抗の推移を示す。第１の信号の２つの期間ｐ２が描かれている。第２の信号２０２は、第２の周期ｐ２及び第２の振幅ａ２を有する。第２の信号２０２は概ね正弦関数である。第２の信号は、概ね第２の振幅ａ２の１つ分、ｙのマイナス方向にシフトされている。第２の信号２０２は、その最大値において平坦域を有する。その平坦域は、第２の周期ｐ２の概ね半分の長さを有する。
【0183】
第１の信号２０１は、第２の信号２０２に対して周期ｐ１、ｐ２の概ね半分、シフトされている。第２の振幅ｐ２は第１の振幅ｐ１の概ね半分である。第１の周期ｐ１及び第２の周期ｐ２は概ね等しい。
【0184】
各信号２０１、２０２の最大値はベースライン２１０に配置される。ｙ方向のシフトに加えて、各信号２０１、２０２は補正値ｏ１を有する。補正値ｏ１は、ベースライン２１０とゼロ点との間のシフトに対応する。
【0185】
図１６は、モータのサポートなしでのペダルを踏む乗り手の低ケイデンスについて、各ペダル１０２、１０６に関して描かれた抵抗の典型的な信号のグラフを示す。
【0186】
ホールセンサ信号２０５は、角度検出器１１によって測定された磁場の変化を示す。ホールセンサ信号２０５の各変化は、磁気リング１１２の検出された極の変化による磁場の変化に対応する。
【0187】
ランプ関数２０６は、計算されたスピンドル１０の相対位置を示す。ランプ関数２０６はホールセンサ信号２０５に基づいて計算される。ランプ周期ｐ３の中点ｍ３は、第１の周期ｐ１の中点ｍ１と概ね同一のｘ位置に配置される。また第２の信号２０２の最小値は、第１の周期ｐ１の中点ｍ１と概ね同一のｘ位置である。
【0188】
信号２０１、２０１はそれぞれ、その最大値において平坦域を有する。その最大値は、第１の周期ｐ１の概ね半分の大きさである。第１の信号２０１は、第２の信号に対してｙ方向にシフトされている。
【0189】
図１７は、モータのサポートなしでのペダルを踏む乗り手の高ケイデンスについて、各ペダル１０２、１０６に関して描かれた抵抗の典型的な信号のグラフを示す。
【0190】
第１の周期ｐ１及び第２の周期ｐ２の推移、並びにそれらのそれぞれの相対位置は、図１６に示されるものと概ね同一である。図１６に比べて、第１の信号２０１はその最大値においてより短い平坦域を有する。これは周期ｍ１の概ね１／４である。
【0191】
ランプ関数２０６のランプ周期ｐ３の中点ｍ３は、第１の周期ｐ１の中点ｍ１に対してｘのマイナス方向にシフトされている。第２の信号２０２の最小値は、第１の周期ｐ１の中点ｍ１に対して、第１の周期の１／４の大きさでシフトされている。
【0192】
第１の信号２０１及び第２の信号２０２は、図１６に示されるようなランプ関数２０６に比べて、より遅延している。
【0193】
第１のグラフ２０１と第２のグラフ２０２との各交点２０７において、左ペダルはその最も高いｙ位置にある。この第１のペダルは、スピンドル１０の左側に配置されたペダルである。「左側」とは、スピンドル１０が全体としての移動方向に移動している際に、スピンドル１０の左側である側である。
【0194】
評価ユニットは、上述された角度エンコーダ並びに第１及び第２のひずみゲージの信号に基づいて、フリーホイール装置１０８を通じてスピンドル１０を駆動する電気モータに対する制御信号を決定する。
【0195】
【0196】
モータハウジング３は、図５及び８に示される切断線ＡＡに沿って切断されている。
【0197】
ロードセル５はモータハウジング３に配置される。各フラップ端部６３、６６を備えた各フラップ６２、６５とモータハウジング３との間には、ｙ方向でのクリアランスが存在する。ｚ方向において、ロードセル５は保持プレート３１で固定される。保持プレート３１は、ネジ３２によってモータハウジングに固定される。保持プレート３１は中央の孔を備え、スピンドル１０はこの孔に嵌合する。その孔は、その内縁に密閉用リップを備える。この密閉用リップは、ロードセル５を周囲の影響から保護する。
【0198】
図２に示されるように、外力ｆｅは第１のペダル１０２に作用する。外力ｆｅは、ｙ方向での力であり、主にｙのマイナス方向に作用する。第１のペダルクランク１０１は、第１のペダル１０２から第１のペダルスピンドル１０４を介して第１のペダルクランク１０１へ外力ｆｅを伝達する。第１のペダル１０２は、図２に示されるように、第１のスピンドル対称軸１０４を中心に回転可能である。それにより第１のペダル１０２は、水平位置に留まる。
【0199】
第１のクランク１０１は、対称軸１００を中心に回転可能である。第１のペダルクランク１０１は、第１のスピンドル端部１０３に取り付けられて、外力ｆｅをスピンドル１０に伝達する。
【0200】
スピンドル１０は、第１の軸受７及び第２の軸受９に外力ｆｅを伝達する。第１の軸受７の第１の内側軸受リング７２は、外力ｆｅの一部である第１の力ｆ１を受ける。第２の軸受９の第２の内側軸受９２は、やはり外力ｆｅの一部である第２の力ｆ２を受ける。第１の力ｆ１と第２の力ｆ２との合計は、外力ｆｅに等しい。第１の内側軸受リング７２及び第２の内側軸受リング９２は、それぞれの力ｆ１、ｆ２を、各軸受７、９の各転動ローラー７３、９３に伝達する。各転動ローラー７３、９３は、各内側軸受リング７２、９２を、各外側軸受リング７１、９１に対して回転可能であるようにする。
【0201】
支持リング６１は、第１の軸受７を収容する。第１の軸受７は、第１の力ｆ１を支持リング６１に伝達する。支持リング６１は、第１の力ｆ１を、第１のフラップ６３及び第２のフラップ６６に伝達する。
【0202】
外力ｆｅ、第１の力ｆ１、及び第２の力ｆ２は、鉛直方向の力である。鉛直方向の力は、ｙ方向に作用する。
【0203】
ここでは図示されない一実施形態では、外力ｆｅは第２のペダル１０６に作用する。上述の説明と同様に、第２のペダル１０６は、第２のペダルスピンドル１０９を介して第２のペダルクランク１０５に外力ｆｅを伝達する。第２のペダルは、図２に示されるように、第２のスピンドル対称軸１３１を有する第２のスピンドル１０９を中心に回転可能である。
【0204】
第２のクランク１０５は外力ｆｅをスピンドル１０に伝達し、図２に示されるように、スピンドル対称軸１００を中心に回転可能である。第２のクランク１０５は、スピンドル１０の第２の端部１０７に取り付けられる。スピンドルに伝達される外力ｆｅは、上述の説明と同様にして、第１の軸受７、第２の軸受９、及びロードセル５を介してモータハウジング３に伝達される。
【0205】
ここでは図示されないチェーン１１４は、水平方向の力ｆｘ１、ｆｘ２をディフレクターブレード１１０に伝達する。第１の水平方向の力ｆｘ１は、ディフレクターブレード１１０を水平ｘ方向に引っ張る。第２の水平方向の力ｆｘ２は、ディフレクターブレードを水平ｘ方向に押す。
【0206】
ディフレクターブレード１１０は、水平方向の力ｆｘ１、ｆｘ２をスピンドル１０に伝達する。スピンドル１０はまた、玉軸受７、９を通じて、上述されたように、各玉軸受座に水平方向の力ｆｘ１、ｆｘ２を伝達する。水平方向の力ｆｘ１、ｆｘ２は、力ｆｅ、ｆ１、ｆ２とは別の力であり、ここではこれ以上考慮されない。
【0207】
第２の玉軸受９は、第２の力ｆｘ２をモータハウジング３に伝達する。
【0208】
第１のひずみゲージ６４は、伝達された第１の力ｆ１による第１のフラップ６２の長さの変化を測定する。第２のひずみゲージ６７はまた、第１の力ｆ１に応じた第２のフラップ６５の長さの変化を測定する。各ひずみゲージ６４、６７は、上記長さの変化によりその抵抗を変える。
【0209】
図１に示される評価ユニット８は、各ひずみゲージ６４、６７の抵抗を特定する。所定の材料膨張係数によって、評価ユニット８は、各ひずみゲージ６４、６７の抵抗の変化に応じて、各ひずみゲージによって測定された力を計算して、第１の力ｆ１を計算する。
【0210】
ひずみゲージ６４、６７は、図１に示されるように、主にフラップの半径方向の長さの変化を測定するように配置される。
【0211】
図１０に示されるように、各ひずみゲージ６４、６７は、鉛直方向のひずみゲージと、水平方向のひずみゲージとを含む。各フラップ６２、６５の長さの変化を測定するためには、各ひずみゲージ６４、６７の鉛直部分６４１のみを使用する。各ひずみゲージ６４、６７の第１の水平部分は、温度変化による長さの変化の測定に使用される。特定された温度変化は、ドリフト補償を計算するために後で使用される。
【0212】
各ひずみゲージ６４、６７は、ハーフブリッジ回路の一部とすることができる。例えば、３６ボルトの電圧をそのひずみゲージの各外側端部に接続する。各抵抗の変化によって、第１の部分６４１及び第２の部分６４２において、電圧降下の間に関係が変化する。この関係に応じて、各部分６４１、６４２の抵抗が計算される。
【0213】
更に、各フラップ６２、６５は第１の力ｆ１を各フラップ端部６３、６６に伝達する。フラップ端部６３、６６は、第１の力ｆ１の各部分を、ロードセル５が収容されるモータハウジング３のロードセル保持シート６８に伝達する。
【0214】
第１のひずみゲージ６４及び第２のひずみゲージ６７に加えて、モータユニット１は角度検出器１１も備える。角度検出器１１は、スピンドル対称軸１００に対するスピンドル１０の位置の変化を検出するために、ロードセル５に設置される。角度検出器１１のホールセンサ１１１は、磁気リング１１２に対して位置が固定され、スピンドル１０に付けられた磁気リング１１２からの磁場の変化を検出する。磁気リング１１２の位置の変化は、スピンドル１０の位置の変化を示す。更に磁気リング１１２は第１のマーカーを備え、スピンドルは第２のマーカーを備える。角度エンコーダが絶対位置を検出する場合、組み立ての際に第１のマーカーと第２のマーカーを一致させることが必要である。
【0215】
スピンドル１０の位置の変化に応じて、第１のペダルクランク１０１の相対位置が評価ユニット８によって特定される。スピンドル１０の位置の較正によって、スピンドル１０の絶対位置が特定される。スピンドル１０の絶対位置によって、第１のペダルクランク１０１の絶対位置が特定される。第１のペダルクランク１０１の絶対位置によって、スピンドル１０に対するペダル１０２の位置が計算される。
【0216】
外力ｆｅがペダル１０２に作用するのは、主に第１のペダル１０２がスピンドル１０よりもｘのプラス方向にある場合であることを考慮して、どちらのペダルに外力ｆｅが作用しているかが特定される。
【0217】
第１の力ｆ１と第２の力ｆ２との精密な比率によって、評価ユニット８は外力ｆｅを特定する。
【0218】
外力ｆｅは各ペダル１０２、１０６に交互に加えられる。力ｆｅは主に、ｙのマイナス方向に下向きに移動しているペダル１０２、１０６に加えられる。
【0219】
図１３に示されるように、第１の外力ｆｅ１は第１のペダル１０２に作用し、第２の力ｆｅ２は第２のペダル１０６に作用する。下向きに移動している１つのペダル１０２、１０６に加えられた外力ｆｅ１、ｆｅ２は、他方のペダル１０２、１０６に対する力よりも大きい。例えば、第１のペダル１０２が下向きに移動している場合、第１の外力ｆｅ１は第２の外力ｆｅ２よりも大きい。
【0220】
図１３に示されるように、第１のペダル１０４は、ｙ位置に関して、第２のペダル１０６よりも高い位置にある。従って、第１の外力ｆｅ１は第２の外力ｆｅ２よりも大きい。この位置であっても、第２の外力ｆｅ２は、スピンドル１０に作用する外力ｆｅ全体に寄与している。
【0221】
外力ｆｅ１、ｆｅ２を与えている人は、第２の外力ｆｅ２がゼロよりも大きくなるようにバランスを保つ必要がある。
【0222】
図１４に示されるように、ペダル１０２、１０６は、ｙ位置に関して概ね等しい高さにある。この場合、ペダル方向に作用している外力ｆｅ１、ｆｅ２がより大きくなる。例えば、ペダルがスピンドル対称軸１００を中心に反時計回りに回転している場合、第１の外力が、第２の外力ｆｅ２よりも大きくなる。上述のように、第１の外力ｆｅ２を与えている人は、第２の外力ｆｅ２がゼロよりも大きくなるようにバランスを保つ必要がある。
【0223】
図１５は、２本の線の折れ線グラフを示す。第１のグラフ２０１は、第２のひずみゲージ６５の抵抗を示す。第１のグラフ２０１は、複数の最小値及び最大値を有する。第１のグラフ２０１の各最小値において、第１の力ｆｅ１は、第１のペダル１０２に作用し始める。第１のペダル１０２が下向きに移動している間に、抵抗はその最小値からその最大値へと変化する。第１のペダル１０２の回転のそれぞれの繰り返しで、第１のグラフ２０１が繰り返される。
【0224】
上述のように、第２のグラフ２０２は第１のひずみゲージ６２の抵抗を示す。各最小値において、第２のペダル１０６はその最低のｘ位置にある。
【0225】
各グラフ２０１、２０２の変化は、図２に示されるようなスピンドル対称軸１００を中心とするペダル１０２、１０６の回転の半分に等しい。
【0226】
常に小さな外力ｆｅ、例えば重量による力がスピンドル１０に作用しているという事実により、各グラフ２０１、２０２は、ベースライン２１０とゼロ点との間に補正値ｏ１を有する。
【0227】
第１の軸受７の玉軸受のクリアランス及びその他の理由により、一方のひずみゲージ６２、６４の抵抗の変化は、他方のひずみゲージ６２、６４の抵抗の変化に対して遅延する。従って、一方のグラフ２０１、２０２の最大値と、他方のグラフ２０１、２０２の最小値は、ｘ位置が同じではない。グラフ２０１、２０２は互いに対して遅延する。また、ここでは図示されない、第１のフラップ端部を備えた第１のフラップと、やはりここでは図示されないロードセル保持シートとの間にも、クリアランスが存在する。これらのクリアランスにより、第２のグラフ２０２の最大値は平坦域を有する。
【0228】
補正値ｏ１及び上記遅延を考慮して、評価ユニット８は、特定された第１の力ｆ１に適用されるゼロ点較正を決定する。これに応じて外力ｆｅが計算される。
【0229】
図１６及び１７に示されるように、ホールセンサ信号２０５を用いてランプ関数２０６が計算される。ランプ関数２０６は、各ホールセンサ信号２０５の絶対値を合計し、信号の数を計数することによって計算される。１４４回のホールセンサ信号の変化に相当するスピンドル１０の１回の回転の後に、ランプ関数２０６はゼロに設定される。これは１回転ごとに繰り返される。
【0230】
図１６は低ケイデンスにおけるグラフを示し、一方で図１７は高ケイデンスにおけるグラフを示している。これらの図を比較すると、ランプ関数はグラフではシフトされており、高ケイデンスは、第１のグラフ２０１及び第２のグラフ２０２に関して図１６よりもｘのマイナス方向によりシフトされていることを示している。これは、ランプ関数２０６とグラフ２０１、２０２との間の関係がケイデンスに依存することを意味する。スピンドル１０のケイデンスが高いと、遠心力がスピンドル１０に作用する。この遠心力もまた、各ひずみゲージ６４、６７によって測定される。従ってこの遠心力も、特定される第１の力ｆ１の一部となるが、これは外力ｆｅの一部ではない。真の外力を特定するということは、この遠心力を補償することを意味する。これは評価ユニット８によって実施される。
【0231】
一実施形態では、評価ユニット８は、ランプ関数２０６及びグラフ２０１、２０２を考慮に入れて、ペダルの絶対位置を計算する。各グラフ２０１の各最小値において第１のペダル１０２がその最低位置にあるという知識を用いて、ランプ関数をこの位置に対して較正する。第２のグラフ２０２及び第２のペダル１０６に関する較正も、同様にして実施される。
【0232】
更なる一実施形態では、評価ユニット８は、第１のひずみゲージ６４及び第２のひずみゲージ６７の測定された抵抗を平滑化する。この平滑化はローパスフィルタを用いて実施される。各ひずみゲージ６２、６６からの信号は、そのローパスフィルタを通過する。信号の周波数が、選択されたカットオフ周波数より低い場合、その信号はローパスフィルタを通過する。
【0233】
信号の周波数が、選択されたカットオフ周波数より高い場合、そのローパスフィルタは、カットオフ周波数より高い周波数を用いて、信号の周波数を減衰させる。抵抗信号の測定誤差及びノイズは、このようにして平滑化される。
【0234】
更なる一実施形態では、評価ユニット８は、各ひずみゲージ６４、６７の測定された抵抗に、レベル調整を適用する。このレベル調整は、ひずみゲージ６４、６７の加熱に対応する測定の誤差を補償する。ひずみゲージ６４、６７の温度が上昇すると、抵抗と長さの変化との間の関係が変わる。これは、抵抗と長さの変化との間の所定の関係が不正確となることを意味する。
【0235】
したがって、評価ユニット８はレベル調整の補償を計算し、この補償を測定された抵抗に適用する。このレベル調整の補償は、各ひずみゲージ６４、６７に適用される補正値である。レベル調整の補償は、所定の期間後に、ひずみゲージ６４、６７のそれぞれの抵抗の測定値に適用される。
【0236】
更なる一実施形態では、ペダルクランク１０１、１０５の絶対位置と、外力ｆｅとに応じて、トルクが決定される。ペダル１０２、１０６の位置、ペダルクランク１０１、１０５の位置、及びスピンドル１０の位置に応じて、ペダルの有効レバーアーム長が計算される。
【0237】
ペダルクランク１０１、１０６のレバーアーム長は事前に定められ、評価ユニット８に保存される。ペダル１０２、１０６の位置が変化すると、ペダルクランク１０１、１０５を伴ったペダル１０２、１０６とスピンドル対称軸１００との間の鉛直方向距離も変化する。有効レバーアーム長は、ペダル１０２、１０６とスピンドル対称軸１００との間の距離に等しい。有効レバーアーム長を考慮に入れて、評価ユニット８は、計算された外力ｆｅに応じてトルクを決定する。
【0238】
更なる一実施形態では、電気モータがスピンドル１０に供給するトルクを決定する信号は、以下のレベルに従って計算される。
レベル１：ひずみゲージ信号のふるい分け
レベル２：スピンドル１０のゼロ点調整
レベル３：電気信号のゼロ点調整
レベル４：スピンドルに対して結果として生じる力の計算
レベル５：等化力の計算
レベル６：ペダル位置の評価
レベル６：スピンドルトルク／電気モータ制御信号の計算
レベル１：ひずみゲージ信号のふるい分け
レベル２：スピンドル１０のゼロ点調整
レベル３：電気信号のゼロ点調整
レベル４：スピンドルに対して結果として生じる力の計算
レベル５：等化力の計算
レベル６：ペダル位置の評価
レベル６：スピンドルトルク／電気モータ制御信号の計算
【0239】
スピンドルトルク／電気モータ制御信号の計算は、レベル１の情報のみを用いてされることができるが、計算の精度は情報のレベルの上昇と共に上昇する。本出願の設計は、個々のレベルの情報が、単一の同じ電動駆動装置で試験及び調整されることを可能にするシステムを提供する。
【0240】
実際には、ひずみゲージ信号のゼロ点は、ペダルのわずか２回の回転の後で計算されることができる。そのゼロ点は常に調整される。
【0241】
上記の結果として生じる力は、２つのひずみゲージの力の差によって計算されることができる。２つのひずみゲージ信号の増幅器は、ＨＰＦによって調整されることができる。右ペダルの増幅器は、右ペダルの増幅器より高くなるように調整されていることが必要である。
【0242】
上記の等化力は、ペダルを押す自転車の乗り手がまた、受動的な状態の脚で支援する力である。その等化力は、ペダルの約２回の回転の後に、信頼できる信号補正値を得た後で計算される。等化力は、実用上の考慮により、１０Ｎ～２００Ｎに制限される。
【0243】
更に、ペダルの１回転後に又はペダルの半回転後に、その等化力を再調整することが可能である。
【0244】
右ペダルが、スピンドルの中心を通る実際の右側の線より後ろにある場合、上側のひずみゲージは信号を得ることができない。
【0245】
図１９は、ここでは図示されないロードセル５’の更なる実施形態を、スピンドルの第１の端部からの正面斜視図で示す。
【0246】
ロードセル５’は、支持リング６１の対称軸１００から約９０°の角度で突出するアンカーフラップ２５０を有する。固定用ピンホール２５１がアンカーフラップ２５０内に備えられ、固定用ピンホール２５１の対称軸は、支持リング６１の対称軸１００に対して実質的に平行である。
【0247】
モータハウジング３内でのロードセル５’の設置状態では、固定用ピン（ここでは図示されない）が固定用ピンホール２５１内に、そしてモータハウジング３の対応するアンカーホール内に挿入される。その固定用ピンは、ロードセル５’の水平方向の力をモータハウジング３に伝達することによって、例えば自転車のチェーンによってもたらされるスピンドルへの水平方向の力により、スピンドルが水平に移動するのを防止する。
【0248】
第１のひずみゲージ６４及び第２のひずみゲージ６７を備えた第１のフラップ６２及び第２のフラップ６５の鉛直配置と比較して、アンカーフラップ２５０の水平配置は、これらの水平方向の力がロードセル５’内でもたらす変形領域に、第１のひずみゲージ６４及び第２のひずみゲージ６７が入らないことをもたらす。それは、図５に示される、ディスタンスピースが第１のフラップ６２の側面と、隣接するネジ３２との間、及び第２のフラップ６５の側面と、隣接するネジ３２との間にある構成と異なり、スピンドルによってロードセル５’に伝達される鉛直方向の力の測定精度を改善する。アンカーフラップ２５０と、固定用ピンホール２５１内の固定用ピンとを備えた設計は、鉛直方向の力のより良好な測定結果をもたらすだけでなく、ディスタンスピースがもはや必要とされないことで、ディスタンスピースでの摩耗や裂けもない。
【0249】
【0250】
図２１での角度デコーダは、磁束溝リング２８０を備えたスピンドル１０のすぐ上でロードセルに設置された、従来のホールセンサ２５５、２５６のペアである。
【0251】
その装置の精度は、２つのホールセンサ２５５、２５６を使用することによって、及びホールセンサ２５５、２５６のすぐ上かつスピンドル１０の上の位置でホールセンサ２５５、２５６付近に配置された永久磁石２６５を用いてスピンドル１０を付勢することによって、向上される。
【0252】
【0253】
ホールセンサ２５５、２５６を通る磁束は、ホールセンサ２５５、２５６の直下に環状に配置された、スピンドル１０での一連の短い磁束溝２８２、２８３によって提供される。
【0254】
これらの磁束溝２８２、２８３はそれぞれ、スピンドル１０の対称軸に平行に長手方向に延在し、またこれらの溝２８２、２８３は、スピンドル１０の円筒形外面に円周状に配置される。これらの溝のうちの１本の基準磁束溝２８２は、他の磁束溝２８３よりも小さな幅を有する。ホールセンサは、ホールセンサ２５５、２５６がモータハウジング３と共に静止した状態のままスピンドル１０を回転させた際に、一連の磁束溝２８２、２８３がホールセンサ２５５、２５６の下で動いた時にこれらの磁束溝２８２、２８３がもたらす磁束の変化を検出することができ、ホールセンサ信号の変化する値は、ホールセンサ２５５、２５６及びモータハウジング３に対するスピンドル１０の角度位置を提供する。基準磁束溝２８２は、通常の磁束溝２８３によってもたらされるホールセンサ信号の変化とは異なるホールセンサ信号の変化をもたらし、それはホールセンサ２５５、２５６に対してスピンドル１０の絶対角度位置の検出を提供する。
【0255】
また、これらの磁束溝２８２、２８３の間に、他方の磁束溝２８２、２８３の間の磁束肩状部より大きな周方向の幅を有する、１つの基準磁束肩状部２８１が存在する。その幅の広い基準磁束肩状部２８１は、通常の磁束肩状部によってもたらされるホールセンサ信号の変化とは異なるホールセンサ信号の変化をもたらし、それはホールセンサ２５５、２５６に対してスピンドル１０の絶対角度位置の検出を提供する。
【0256】
実施例１
外力（ｆｅ）を測定するための外力測定ユニット（４）であって、前記外力測定ユニット（４）は、第１のひずみゲージ（６４）と、評価ユニット（８）とを含み、前記評価ユニット（８）は、更に前記外力（ｆｅ）を特定するようにされた、外力測定ユニット（４）。
外力（ｆｅ）を測定するための外力測定ユニット（４）であって、前記外力測定ユニット（４）は、第１のひずみゲージ（６４）と、評価ユニット（８）とを含み、前記評価ユニット（８）は、更に前記外力（ｆｅ）を特定するようにされた、外力測定ユニット（４）。
【0257】
実施例２
前記外力測定ユニット（４）はスピンドル（１０）に適用される、実施例１に記載の外力測定ユニット（４）。
前記外力測定ユニット（４）はスピンドル（１０）に適用される、実施例１に記載の外力測定ユニット（４）。
【0258】
実施例３
支持リング（６１）を備えたロードセル（５）を含み、第１のフラップ（６２）及び第２のフラップ（６５）が支持リング（６１）に配置され、前記第２のフラップ（６５）は前記支持リング（６１）において、前記第１のフラップ（６２）の反対側に配置され、各フラップ（６２、６５）は、前記外側リング（６１）の外側に半径方向に配置され、第１のフラップ端部（６３）及び第２のフラップ端部（６６）が、前記第１のフラップ（６２）及び前記第２のフラップ（６４）のそれぞれの端部に配置される、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
支持リング（６１）を備えたロードセル（５）を含み、第１のフラップ（６２）及び第２のフラップ（６５）が支持リング（６１）に配置され、前記第２のフラップ（６５）は前記支持リング（６１）において、前記第１のフラップ（６２）の反対側に配置され、各フラップ（６２、６５）は、前記外側リング（６１）の外側に半径方向に配置され、第１のフラップ端部（６３）及び第２のフラップ端部（６６）が、前記第１のフラップ（６２）及び前記第２のフラップ（６４）のそれぞれの端部に配置される、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0259】
実施例４
前記第１のひずみゲージ（６４）は前記第１のフラップ（６２）に配置され、材料が拡がることによる前記第１のフラップ（６２）の長さの変化に応じて、前記第１のひずみゲージ（６４）は、それぞれの抵抗を変えるようにされる、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
前記第１のひずみゲージ（６４）は前記第１のフラップ（６２）に配置され、材料が拡がることによる前記第１のフラップ（６２）の長さの変化に応じて、前記第１のひずみゲージ（６４）は、それぞれの抵抗を変えるようにされる、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0260】
実施例５
前記第２のフラップ（６５）に配置された第２のひずみゲージ（６７）を含み、材料が拡がることによる前記第２のフラップ（６５）の長さの変化に応じて、前記第２のひずみゲージ（６７）は、それぞれの抵抗を変えるようにされる、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
前記第２のフラップ（６５）に配置された第２のひずみゲージ（６７）を含み、材料が拡がることによる前記第２のフラップ（６５）の長さの変化に応じて、前記第２のひずみゲージ（６７）は、それぞれの抵抗を変えるようにされる、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0261】
実施例６
第１の軸受（７）を第１の軸受座（６８）に取り付けるための第１の軸受支持体（６）を含む、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
第１の軸受（７）を第１の軸受座（６８）に取り付けるための第１の軸受支持体（６）を含む、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0262】
実施例７
第１の外側リング（７１）を備えた第１の軸受（７）を含み、前記第１の外側リング（７１）は、第１の力（ｆ１）を伝達するように前記第１の軸受座（６８）に取り付けられ、前記外力（ｆｅ）は、前記スピンドル（１０）から第１の内側リング（７２）へ前記第１の軸受（７）に伝達される前記第１の力（ｆ１）と、適用された第２の軸受（９）によって吸収される第２の力（ｆ２）とを含み、前記第１の内側リング（７２）は、適用された前記スピンドル（１０）から前記第１の力（ｆ１）を伝達するために、第１の軸受要素（７３）を介して前記第１の外側転動リング（７１）に接続される、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
第１の外側リング（７１）を備えた第１の軸受（７）を含み、前記第１の外側リング（７１）は、第１の力（ｆ１）を伝達するように前記第１の軸受座（６８）に取り付けられ、前記外力（ｆｅ）は、前記スピンドル（１０）から第１の内側リング（７２）へ前記第１の軸受（７）に伝達される前記第１の力（ｆ１）と、適用された第２の軸受（９）によって吸収される第２の力（ｆ２）とを含み、前記第１の内側リング（７２）は、適用された前記スピンドル（１０）から前記第１の力（ｆ１）を伝達するために、第１の軸受要素（７３）を介して前記第１の外側転動リング（７１）に接続される、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0263】
実施例８
前記評価ユニット（８）は、前記外力（ｆｅ）を特定するために前記第２のひずみゲージ（６７）の抵抗を測定するようにされる、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
前記評価ユニット（８）は、前記外力（ｆｅ）を特定するために前記第２のひずみゲージ（６７）の抵抗を測定するようにされる、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0264】
実施例９
前記評価ユニット（８）は、更に前記スピンドル（１０）の重量によって生じる前記外力（ｆｅ）の補正値を決定するようにされ、更に前記スピンドル（１０）のレバーアームの位置を決定し、測定された抵抗と、前記第１の力（ｆ１）の決定された前記補正値とに基づいて、適用された前記スピンドル（１０）に加えられた前記外力（ｆｅ）を特定するようにされる、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
前記評価ユニット（８）は、更に前記スピンドル（１０）の重量によって生じる前記外力（ｆｅ）の補正値を決定するようにされ、更に前記スピンドル（１０）のレバーアームの位置を決定し、測定された抵抗と、前記第１の力（ｆ１）の決定された前記補正値とに基づいて、適用された前記スピンドル（１０）に加えられた前記外力（ｆｅ）を特定するようにされる、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0265】
実施例９
モータハウジング（３）を更に含む、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
モータハウジング（３）を更に含む、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0266】
実施例１０
前記第１のフラップ端部（６３）及び前記第２のフラップ端部（６６）は、前記ロードセル（５）を、前記スピンドル（１０）の前記モータハウジング（３）のロードセル保持シート（５１）に設置するように構成される、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
前記第１のフラップ端部（６３）及び前記第２のフラップ端部（６６）は、前記ロードセル（５）を、前記スピンドル（１０）の前記モータハウジング（３）のロードセル保持シート（５１）に設置するように構成される、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0267】
実施例１１
前記第２の外側リング（９１）は、前記モータハウジング（３）の第２の転動支持体に取り付けられる、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
前記第２の外側リング（９１）は、前記モータハウジング（３）の第２の転動支持体に取り付けられる、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0268】
実施例１２
前記評価ユニット（８）は、前記ひずみゲージ（６４、６７）の測定された抵抗を、ローパスフィルタを通して経時的に平滑化する、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
前記評価ユニット（８）は、前記ひずみゲージ（６４、６７）の測定された抵抗を、ローパスフィルタを通して経時的に平滑化する、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0269】
実施例１３
前記評価ユニット（８）は、前記第１のひずみゲージ（６４）及び前記第２のひずみゲージ（６７）の測定された抵抗の経時的なドリフトを特定する、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
前記評価ユニット（８）は、前記第１のひずみゲージ（６４）及び前記第２のひずみゲージ（６７）の測定された抵抗の経時的なドリフトを特定する、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0270】
実施例１３
前記評価ユニット（８）は、所定の期間後にドリフト補償を適用することによって、前記第１のひずみゲージ（６４）及び前記第２のひずみゲージ（６７）を再較正する、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
前記評価ユニット（８）は、所定の期間後にドリフト補償を適用することによって、前記第１のひずみゲージ（６４）及び前記第２のひずみゲージ（６７）を再較正する、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0271】
実施例１４
フリーホイール（１０８）を更に含み、該フリーホイール（１０８）は、形状を合わせて前記スピンドル（１０）に接続される、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
フリーホイール（１０８）を更に含み、該フリーホイール（１０８）は、形状を合わせて前記スピンドル（１０）に接続される、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0272】
実施例１５
前記スピンドル（１０）の半径方向位置を特定するための角度エンコーダ（１１）を更に含む、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
前記スピンドル（１０）の半径方向位置を特定するための角度エンコーダ（１１）を更に含む、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0273】
実施例１６
前記第１の軸受（７）の前記第１の軸受リング（７２）の内側で受けられ、また前記第２の軸受（７）の前記第２の軸受リング（９２）の内側で受けられる、前記スピンドル（１０）を更に含み、前記スピンドル（１０）は、前記第１の力（ｆ１）を前記第１の軸受リング（７２）に加え、前記第２の力（ｆ２）を前記第２の内側軸受リング（９２）に加え、前記第１の力（ｆ１）及び前記第２の力（ｆ２）は前記外力（ｆｅ）の一部である、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
前記第１の軸受（７）の前記第１の軸受リング（７２）の内側で受けられ、また前記第２の軸受（７）の前記第２の軸受リング（９２）の内側で受けられる、前記スピンドル（１０）を更に含み、前記スピンドル（１０）は、前記第１の力（ｆ１）を前記第１の軸受リング（７２）に加え、前記第２の力（ｆ２）を前記第２の内側軸受リング（９２）に加え、前記第１の力（ｆ１）及び前記第２の力（ｆ２）は前記外力（ｆｅ）の一部である、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0274】
実施例１７
前記外力（ｆｅ）は、レバーアーム（１０１、１０５）を通じて前記スピンドル（１０）の少なくとも１つの端部（１０３、１０７）に加えられる、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
前記外力（ｆｅ）は、レバーアーム（１０１、１０５）を通じて前記スピンドル（１０）の少なくとも１つの端部（１０３、１０７）に加えられる、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0275】
実施例１８
前記評価ユニット（８）は、計算された前記力（ｆｅ）に応じたトルクと、前記スピンドル（１０）の位置に応じた各前記レバーアーム（１０１、１０５）の有効レバーアーム長とを計算する、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
前記評価ユニット（８）は、計算された前記力（ｆｅ）に応じたトルクと、前記スピンドル（１０）の位置に応じた各前記レバーアーム（１０１、１０５）の有効レバーアーム長とを計算する、上記実施例のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）。
【0276】
実施例１８
実施例１～１７のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）を含む、電動アシスト自転車。
実施例１～１７のいずれか１つに記載の外力測定ユニット（４）を含む、電動アシスト自転車。
【0277】
実施例１９
スピンドル（１０）に加えられた外力（ｆｅ）を測定するための外力測定ユニット（４）であって、該外力測定ユニット（４）は、
－支持リング（６１）を備えたロードセル（５）と、
－第１のフラップ（６２）及び第２のフラップ（６５）が前記支持リング（６１）に配置され、前記第２のフラップ（６５）は、前記支持リング（６１）において、前記第１のフラップ（６２）の反対側に配置され、
－各フラップ（６２、６５）は、前記支持リング（６１）の外側に向かって半径方向に配置され、
－前記第１のフラップ（６２）に配置された第１のひずみゲージ（６４）及び前記第２のフラップ（６５）に配置された第２のひずみゲージ（６７）と、
－前記第１のひずみゲージ（６４）の抵抗と、前記第２のひずみゲージ（６７）の抵抗とを測定するための評価ユニット（８）と、
－第１の軸受（７）を第１の軸受座（６８）に取り付けるための第１の軸受支持体（６）と、ここで前記第１の軸受（７）は、回転するスピンドル（１０）を受けるようにされ、
を含む、外力測定ユニット（４）。
スピンドル（１０）に加えられた外力（ｆｅ）を測定するための外力測定ユニット（４）であって、該外力測定ユニット（４）は、
－支持リング（６１）を備えたロードセル（５）と、
－第１のフラップ（６２）及び第２のフラップ（６５）が前記支持リング（６１）に配置され、前記第２のフラップ（６５）は、前記支持リング（６１）において、前記第１のフラップ（６２）の反対側に配置され、
－各フラップ（６２、６５）は、前記支持リング（６１）の外側に向かって半径方向に配置され、
－前記第１のフラップ（６２）に配置された第１のひずみゲージ（６４）及び前記第２のフラップ（６５）に配置された第２のひずみゲージ（６７）と、
－前記第１のひずみゲージ（６４）の抵抗と、前記第２のひずみゲージ（６７）の抵抗とを測定するための評価ユニット（８）と、
－第１の軸受（７）を第１の軸受座（６８）に取り付けるための第１の軸受支持体（６）と、ここで前記第１の軸受（７）は、回転するスピンドル（１０）を受けるようにされ、
を含む、外力測定ユニット（４）。
【0278】
実施例２０
前記第１のひずみゲージ（６４）の前記抵抗は、前記第２のひずみゲージ（６７）の前記抵抗とは別に測定される、実施例１９に記載の外力測定ユニット（４）。
前記第１のひずみゲージ（６４）の前記抵抗は、前記第２のひずみゲージ（６７）の前記抵抗とは別に測定される、実施例１９に記載の外力測定ユニット（４）。
【0279】
実施例２１
前記ひずみゲージを備えた厳密に２つの前記フラップ、即ち前記第１のフラップ（６２）及び前記第２のフラップ（６５）が備えられる、実施例１９又は２０に記載の外力測定ユニット（４）。
前記ひずみゲージを備えた厳密に２つの前記フラップ、即ち前記第１のフラップ（６２）及び前記第２のフラップ（６５）が備えられる、実施例１９又は２０に記載の外力測定ユニット（４）。
【0280】
実施例２２
外力測定ユニット（４）に近接して回転するスピンドル（１０）用の磁気角度位置エンコーダであって、前記スピンドル（１０）は、前記スピンドル（１０）の回転時にホールセンサに信号を発生させる磁性材料と、前記スピンドル（１０）の対称軸に平行に長手方向に延在する磁束溝とを含み、該磁束溝は、前記スピンドル（１０）の円筒形外面に円周状に配置される、磁気角度位置エンコーダ。
外力測定ユニット（４）に近接して回転するスピンドル（１０）用の磁気角度位置エンコーダであって、前記スピンドル（１０）は、前記スピンドル（１０）の回転時にホールセンサに信号を発生させる磁性材料と、前記スピンドル（１０）の対称軸に平行に長手方向に延在する磁束溝とを含み、該磁束溝は、前記スピンドル（１０）の円筒形外面に円周状に配置される、磁気角度位置エンコーダ。
【0281】
実施例２３
これらの磁束溝の中に少なくとも１つの基準磁束溝が存在し、該基準磁束溝は、他の磁束溝の一部若しくは全てとは異なる周方向の幅を有し、及び／又は前記基準磁束溝は、他の磁束溝の一部若しくは全ての深さとは異なる深さを有する、実施例２２に記載の回転するスピンドル用の磁気角度位置エンコーダ。
これらの磁束溝の中に少なくとも１つの基準磁束溝が存在し、該基準磁束溝は、他の磁束溝の一部若しくは全てとは異なる周方向の幅を有し、及び／又は前記基準磁束溝は、他の磁束溝の一部若しくは全ての深さとは異なる深さを有する、実施例２２に記載の回転するスピンドル用の磁気角度位置エンコーダ。
【0282】
実施例２４
前記複数の磁束溝の間に、他の磁束溝の一部若しくは全ての間の磁束肩状部とは異なる周方向の幅を有する、少なくとも１つの基準磁束肩状部が存在する、実施例２２又は２３に記載の回転するスピンドル用の磁気角度位置エンコーダ。
前記複数の磁束溝の間に、他の磁束溝の一部若しくは全ての間の磁束肩状部とは異なる周方向の幅を有する、少なくとも１つの基準磁束肩状部が存在する、実施例２２又は２３に記載の回転するスピンドル用の磁気角度位置エンコーダ。
【符号の説明】
【0283】
１ モータユニット
１ａ モータ
２ 電気モータ
３ モータハウジング
４ 外力測定ユニット
５ ロードセル
６ 第１の軸受支持体
７ 第１の軸受
８ 評価ユニット
９ 第２の軸受
１０ スピンドル
１１ 角度エンコーダ
１２ バッテリホルダ
３１ 保持プレート
３２ ネジ
３３ 第１の締結要素
３４ 第２の締結要素
３５ 密閉用リップ
５１ ロードセル保持シート
６１ 支持リング
６２ 第１のフラップ
６３ 第１のフラップ端部
６４ 第１のひずみゲージ
６５ 第２のフラップ
６６ 第２のフラップ端部
６７ 第２のひずみゲージ
６８ 第１の軸受座
６９ 機械的ガイド
７１ 第１の外側リング
７２ 第１の内側リング
７３ 第１の軸受要素
９１ 第２の外側リング
９２ 第２の内側リング
９３ 第２の軸受要素
１００ スピンドル対称軸
１０１ 第１のクランク
１０２ 第１のペダル
１０３ 第１の端部
１０４ 第１の対称軸
１０５ 第２のクランク
１０６ 第２のペダル
１０７ 第２の端部
１０８ フリーホイール
１０９ 第２の対称軸
１１０ ディフレクターブレード
１１１ ホールセンサ
１１２ 磁気リング
１１３ プラスチック製カバー
１１４ チェーン
１３０ 第１のペダルスピンドル
１３１ 第２のペダルスピンドル
２０１ 第１の信号
２０２ 第２の信号
２０５ ホールセンサ信号
２０６ ランプ関数
２０７ 交点
２１０ ベースライン
２５０ アンカーフラップ
２５１ 固定用ピンホール
２５５ 第１のホールセンサ
２５６ 第２のホールセンサ
２５７ ＰＣＢ
２５８ ＰＣＢ取り付けネジ
２５９ アンカーフラップ
２６０ 固定用ピン
２６５ 永久磁石
２８０ 磁束溝リング
２８１ 基準肩状部
２８２ 基準磁束溝
２８３ 磁束溝
ｆｅ 外力ゲージ
ｆ１ 第１の力
ｆ２ 第２の力
ｏ１ 補正値
ｐ１ 第１の周期
ｐ２ 第２の周期
ｍ１ 第１の周期の中点
ｍ３ 第３の周期の中点
ａ１ 第１の振幅
ａ２ 第２の振幅
ａ３ 第３の振幅
ｆｘ１ 第１の水平方向の力
ｆｘ２ 第２の水平方向の力
ｆｅ１ 第１の外力
ｆｅ２ 第２の外力
１ａ モータ
２ 電気モータ
３ モータハウジング
４ 外力測定ユニット
５ ロードセル
６ 第１の軸受支持体
７ 第１の軸受
８ 評価ユニット
９ 第２の軸受
１０ スピンドル
１１ 角度エンコーダ
１２ バッテリホルダ
３１ 保持プレート
３２ ネジ
３３ 第１の締結要素
３４ 第２の締結要素
３５ 密閉用リップ
５１ ロードセル保持シート
６１ 支持リング
６２ 第１のフラップ
６３ 第１のフラップ端部
６４ 第１のひずみゲージ
６５ 第２のフラップ
６６ 第２のフラップ端部
６７ 第２のひずみゲージ
６８ 第１の軸受座
６９ 機械的ガイド
７１ 第１の外側リング
７２ 第１の内側リング
７３ 第１の軸受要素
９１ 第２の外側リング
９２ 第２の内側リング
９３ 第２の軸受要素
１００ スピンドル対称軸
１０１ 第１のクランク
１０２ 第１のペダル
１０３ 第１の端部
１０４ 第１の対称軸
１０５ 第２のクランク
１０６ 第２のペダル
１０７ 第２の端部
１０８ フリーホイール
１０９ 第２の対称軸
１１０ ディフレクターブレード
１１１ ホールセンサ
１１２ 磁気リング
１１３ プラスチック製カバー
１１４ チェーン
１３０ 第１のペダルスピンドル
１３１ 第２のペダルスピンドル
２０１ 第１の信号
２０２ 第２の信号
２０５ ホールセンサ信号
２０６ ランプ関数
２０７ 交点
２１０ ベースライン
２５０ アンカーフラップ
２５１ 固定用ピンホール
２５５ 第１のホールセンサ
２５６ 第２のホールセンサ
２５７ ＰＣＢ
２５８ ＰＣＢ取り付けネジ
２５９ アンカーフラップ
２６０ 固定用ピン
２６５ 永久磁石
２８０ 磁束溝リング
２８１ 基準肩状部
２８２ 基準磁束溝
２８３ 磁束溝
ｆｅ 外力ゲージ
ｆ１ 第１の力
ｆ２ 第２の力
ｏ１ 補正値
ｐ１ 第１の周期
ｐ２ 第２の周期
ｍ１ 第１の周期の中点
ｍ３ 第３の周期の中点
ａ１ 第１の振幅
ａ２ 第２の振幅
ａ３ 第３の振幅
ｆｘ１ 第１の水平方向の力
ｆｘ２ 第２の水平方向の力
ｆｅ１ 第１の外力
ｆｅ２ 第２の外力
【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】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【国際調査報告】