JP2016516633A - 連続可変変速機 - Google Patents

Abstract

連続可変変速機（ＣＶＴ）は、自転車の乗り手への動力補助を容易にするために電気モータと協働して使用することができる。ある実施形態では、ＣＶＴ及びモータは、自転車のリアホイールハブの前方の位置において自転車のフレームに取り付けられる。ある実施形態では、ＣＶＴは、ＣＶＴが自転車のクランクシャフトと同軸であるように、自転車フレームに取り付けられかつ自転車フレームの部材によって支持される。クランクシャフトは、牽引リング及び牽引遊星を動作的に駆動するように構成されるＣＶＴの要素を駆動するように構成される。ある実施形態では、ＣＶＴの要素を駆動するようにモータが構成される。他の実施形態では、クランクシャフトを駆動するようにモータが構成される。そのようなＣＶＴ用の本発明の構成要素及びサブアセンブリが開示される。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、「連続可変変速機」と題する２０１３年４月１９日に出願された米国特許仮出願第６１／８１４，１２２号明細書の利益を主張し、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれている。

本開示は、一般に、変速機に、より詳しくは連続可変変速機（ＣＶＴ）に関する。さらにより詳しくは、本明細書に開示した実施形態は、入力速度対出力速度比を調整することが望ましい任意の機械、装置、車両などに有用なＣＶＴに、及びＣＶＴの自動制御を含むＣＶＴを制御するための方法に関する。

自転車の駆動系は、典型的に、クランクシャフトを駆動するためのクランクに連結されたペダルからなり、クランクシャフトは、典型的に「底部ブラケット」と称される自転車のフレーム部材に受容されかつそれによって支持される。クランクシャフトは、動力をチェーンによって自転車のリアホイールに伝達するスプロケットに連結される。リアホイールのコグは、チェーンから動力を受け取り、自転車のリアホイールを駆動するためのリアホイールハブとインタフェースするように適合される。いくつかの自転車には、内部歯車付きリアハブが設けられ、この場合、１組の歯車がコグから動力を受け取って、リアホイールを駆動するように配置される。ある用途では、自転車には、リアホイールを駆動するために、リアハブにＣＶＴが設けられる。ここに開示したＣＶＴの実施形態は、連続可変変速機の分野の必要性に取り組む。

さらに、様々な機械に自動変速機が見られる。しかし、特定の分野では、依然として変速機の手動操作が広く行き渡っている。例えば、自転車工業においては、たいていの自転車は変速機を手動操作するように構成されており、これは一般に、レバー、ケーブル、及びリンク機構を手動で作動して、チェーンを一方のリアスプロケットから他のスプロケットに移動させることを伴う。しかし、自転車の変速機の自動制御を容易にするために、システム及び対応する方法が引き続き必要であることが明らかである。本明細書に開示した本発明の実施形態は、特に、変速機を自動制御するためのシステム及びその方法を提供することによってこの必要性に取り組み、このシステム及び方法はいくつかの場合、自転車のような人力車両に特に適している。

可変速度及び定動力を生成する電気モータが、ある車両及び産業用途に望ましい。そのような定動力用途では、トルクと速度とは逆比例して変化する。例えば、速度が減少するにつれてトルクが増加し、あるいは速度が増加するにつれてトルクが減少する。いくつかの電気モータは、その定格動力より上の定動力を供給でき、例えば、トルクを速度増加に比例して低下するように設計できるので、１７５０ｒｐｍのＡＣモータは、速度が１７５０ｒｐｍを超えたときに定動力を供給することができる。しかし、モータは、その定格動力より下の速度で動作するとき、それ自体では定動力を生成することができない。トルクは、モータの速度が低下するにつれて一定に留まるか、又は低下することが多い。低速時の電気モータへの電流、及びトルクを増大させるためにはコントローラを使用することができるが、過熱を回避するために巻線の線径を大きくして追加の電流を受け入れる必要がある。このことは、典型的な動作条件のためにモータが必要以上に大きくなり、かつ高価になるので望ましくない。また電子コントローラも、経費及び複雑さを増す。十分に低速のトルクを達成するための他の方法は、より大型のモータを使用することである。しかし、このことによりコスト、サイズ、重量が大きくなり、動力を供給する機械と共に包装することがより困難になる。したがって、電気モータにより可変速度及び定動力を供給するために、方法の改良の必要性が存在する。いくつかの有利な用途のために、連続可変変速機を電気モータと一体化することができる。

本明細書に記載したシステム及び方法はいくつかの特徴を有するが、これらの特徴の１つのみが全体的に望まれる属性を単独に担うわけではない。以下の特許請求の範囲によって明示される範囲を限定することなく、より卓越した特徴について次に簡単に説明する。この説明を考慮した後、かつ特に「発明を実施するための形態」と題するセクションを読んだ後に、システム及び方法の特徴により、関連する従来のシステム及び方法に対するいくつかの利点がいかに提供されるかが理解されるであろう。

本開示の一態様は、いくつかの自転車フレーム部材と、１つ又は複数のクランクに動作可能に連結されたクランクシャフトとを有する自転車に関する。ある実施形態では、クランクシャフトは実質的にクランク軸を画定する。自転車は、クランクシャフトに連結された連続可変変速機（ＣＶＴ）を有することができる。ＣＶＴは、ＣＶＴの長手方向軸を中心に角度を付けて配置された牽引遊星群を有する。各々の牽引遊星は、傾斜可能な軸を中心に回転するように適合される。ＣＶＴは、第１のキャリア部材に形成されかつ長手方向軸を中心に角度を付けて配置されたいくつかの半径方向にオフセットされたスロットを有する第１のキャリア部材を有する。ＣＶＴには、第２のキャリア部材に形成されかつ長手方向軸を中心に角度を付けて配置されたいくつかの半径方向スロットを有する第２のキャリア部材が設けられる。ある実施形態では、第２のキャリア部材のスロットはまた、半径方向にオフセットされてもよい。第２のキャリア部材は第１のキャリア部材に連結することができる。第１及び第２のキャリア部材は、各々の牽引遊星に動作可能に連結される。第１のキャリア部材は、長手方向軸を中心に第２のキャリア部材に対して角度を付けて回転するように構成される。ＣＶＴはまた、各々の牽引遊星と接触する牽引リングを有することができる。ある実施形態では、牽引リングは、各々の牽引遊星の半径方向外側に位置する。ＣＶＴは、各々の牽引遊星と接触する第１及び第２の太陽部材を有する。ある実施形態では、第１及び第２の太陽部材は、牽引リングの半径方向内側に位置する。自転車は、ＣＶＴに動作可能に連結された電気モータを有することができる。

本開示の他の態様は、主駆動軸を中心に配置された牽引遊星群を有する連続可変変速機（ＣＶＴ）に取り組む。ＣＶＴは、各々の牽引遊星と接触する牽引リングを有する。ある実施形態では、牽引リングは、各々の牽引遊星の半径方向外側に位置する。ＣＶＴは、各々の牽引遊星と接触する第１及び第２の太陽部材を有する。ある実施形態では、第１及び第２の太陽部材は、牽引リングの半径方向内側に位置する。第１の太陽部材及び牽引リングは、回転動力を受け取るように適合される。ＣＶＴはまた、第１及び第２のキャリアプレートを有するキャリアアセンブリを有する。第１のキャリアプレートは、主駆動軸と同軸に配置された中心を有する実質的にディスク状の本体である。ある実施形態では、第１のキャリアプレートは、中心を中心に角度を付けて配置されたいくつかの半径方向にオフセットされたスロットを有する。半径方向にオフセットされたスロットの各々は、ディスク状本体の半径方向の中心線と平行であり、ディスク状本体から直線状オフセットを有する。ディスク状本体の中心線は、主駆動軸に垂直であり、これによって座標系を形成する。座標系は、主駆動軸に対応するｚ軸と、半径方向中心線に対応するｙ軸と、ｙ軸及びｚ軸に垂直のｘ軸とを有する。半径方向にオフセットされたスロットは、ｘ軸及びｙ軸によって形成された面に位置する。各々の牽引遊星は、ｙ軸及びｚ軸によって形成された面で傾斜するように適合される。

本開示のさらに他の態様は、自転車の底部ブラケットに連結されたハウジングを有する連続可変変速機に関する。ある実施形態では、変速機は、長手方向軸を中心に角度を付けて配置された一群の球状牽引遊星を有する。変速機は、各々の牽引遊星と接触する牽引リングを有することができる。牽引リングは、各々の牽引遊星の半径方向外側に位置する。ある実施形態では、変速機は、各々の牽引遊星と接触する第１及び第２の太陽部材を有する。第１及び第２の太陽部材は、牽引リングの半径方向内側に位置する。第１の太陽部材及び牽引リングは、回転動力を受け取るように適合される。変速機はまた、第１の中心を有する概ねディスク状の第１の本体が設けられるキャリアアセンブリと、第１の中心に対して同軸に配置され、これによって主軸を形成する第２の中心を有する概ねディスク状の第２の本体とを有する。概ねディスク状の第１の本体は、第１のディスク状の本体に形成されかつこの本体の中心を中心に角度を付けて配置されたいくつかの半径方向にオフセットされたスロットを有することができる。半径方向にオフセットされたスロットの各々は、第１のディスク状本体の中心線から直線状オフセットを有する。第１のディスク状本体の中心線は主駆動軸に垂直であり、これによって座標系を形成し、座標系は、主駆動軸に対応するｚ軸と、半径方向中心線に対応するｙ軸と、ｙ軸及びｚ軸に垂直のｘ軸とを有する。半径方向にオフセットされたスロットは、ｘ軸及びｙ軸によって形成された面に位置する。ある実施形態では、「半径方向にオフセットされたスロット」は、キャリア部材の半径と平行のキャリア部材に形成されるスロットであるが、スロットのそれぞれの軸がキャリアの半径方向中心と交差しないように、半径からある距離オフセットして形成される。変速機は、牽引リングに連結された電気モータを含むことができる。電気モータは長手方向軸を中心に同軸である。電気モータはハウジングの内部内に位置する。

本開示のなお他の態様は、長手方向軸を有する連続可変変速機（ＣＶＴ）を有する自転車用の電気駆動系に関する。ある実施形態では、ＣＶＴは、傾斜可能な軸を中心に回転するように適合された牽引遊星群を有する。ＣＶＴは、各々の牽引遊星と接触する牽引リングを有することができる。ある実施形態では、牽引リングは、各々の牽引遊星の半径方向外側に位置する。ＣＶＴには、各々の牽引遊星と接触する第１及び第２の太陽部材が設けられる。第１及び第２の太陽部材は、牽引リングの半径方向内側に位置する。ＣＶＴには、第１及び第２の太陽部材にそれぞれ連結された第１及び第２の軸力発生器が設けられる。ある実施形態では、ＣＶＴは、第１のキャリア部材に形成されかつ長手方向軸を中心に角度を付けて配置されたいくつかの半径方向にオフセットされたスロットを有する第１のキャリア部材を含む。ＣＶＴは、第２のキャリア部材に形成されかつ長手方向軸を中心に角度を付けて配置されたいくつかの半径方向スロットを有する第２のキャリア部材を有する。第２のキャリア部材は第１のキャリア部材に連結される。第１及び第２のキャリア部材は、各々の牽引遊星に動作可能に連結される。第１のキャリア部材は、長手方向軸を中心に第２のキャリア部材に対して回転するように構成される。駆動系は、ＣＶＴに動作可能に連結されたシフタも含む。ある実施形態では、シフタは、牽引遊星の軸を傾斜させるためにＣＶＴにスキュー状態を適用するように適合される。駆動系は、牽引リングに動作可能に連結された電気モータを有する。

一態様では、本開示は、自転車のボール遊星変速機を自動制御する方法に取り組む。本方法は、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度と関連する入力を受け取ること、自転車の速度を求めること、及び目標とするユーザのペダル漕ぎ速度及び求めた自転車の速度に少なくとも部分的に基づいて目標変速比を求めることを伴う。本方法はまた、変速機の変速比を、目標変速比と実質的に等しくなるように調整することを含むことができる。ある実施形態では、本方法は、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度と関連するエンコーダ位置を求めるステップをさらに含む。ある実施形態では、変速比を調整することは、求めたエンコーダ位置に移動するようにアクチュエータに命令することを含む。ある実施形態では、シフトドラムを調整することは、変速機の長手方向軸を中心にシフトロッドを回転させるステップを含む。

他の態様では、本開示は、自転車のボール遊星変速機を自動制御する方法に関する。本方法は、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度と関連する入力を受け取ること、自転車の速度を求めること、及び目標とするユーザのペダル漕ぎ速度及び求めた自転車の速度に基づいて自転車の速度比を調整して、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度の帯域内にユーザのぺダル漕ぎ速度を維持することを含む。ある実施形態では、この帯域は、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度±１０ｒｐｍ（回転毎分）である。他の実施形態では、この帯域は、±２ｒｐｍ〜約±５ｒｐｍの範囲にある目標とするユーザのペダル漕ぎ速度である。ある実施形態では、自転車の速度比を調整することは、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度及び求めた自転車の速度と関連するエンコーダ位置を求めるステップを含む。ある実施形態では、自転車の速度比を調整することは、求めたエンコーダ位置に移動するようにアクチュエータに命令するステップを含む。他の実施形態では、自転車の速度比を調整することは、変速機のシフトロッドを調整するステップを含む。ある実施形態では、シフトロッドを調整することは、変速機の長手方向軸を中心にシフトロッドを回転させるステップを含む。

本開示のさらに他の態様は、自転車のボール遊星変速機を自動制御する方法に関する。本方法は、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度と関連する入力を提供すること、自転車の速度を求めること、及び自転車の速度と関連する目標のエンコーダ位置を特定することを伴う。本方法は、目標のエンコーダ位置を達成するためにサーボを作動することをさらに含むことができる。ある実施形態では、サーボを作動することは、変速機のシフトロッドを調整するステップを含む。ある実施形態では、目標のエンコーダ位置を特定することは、データ構造を生成することを含む。他の実施の形態では、データ構造を生成することは、エンコーダ位置を記録するステップを含む。ある実施形態では、データ構造を生成することは、入力速度を記録するステップ及び出力速度を記録するステップを含む。ある実施形態では、本方法は、入力速度及び出力速度に少なくとも部分的に基づいて速度比を求めるステップを含む。他の実施形態では、本方法は、速度比を記録するステップを含む。

一例では、本開示は、ボール遊星自転車変速機を自動シフトするためのシステムと関連する。本システムは、自転車の速度を検出するように構成された速度センサと、速度センサから入力を受け取るように構成されたプロセッサと、入力ペダル漕ぎ速度を示すケイデンスデータをプロセッサに提供するように構成されたデータ入力インタフェースとを含む。本システムは、プロセッサと通信するメモリをさらに有することができ、メモリは、自転車の速度と速度比とを関連付ける１つ又は複数のマップを格納している。ある実施形態では、本システムは、プロセッサと通信する論理モジュールを含み、論理モジュールは、プロセッサと協働して、自転車の速度及び入力ペダル漕ぎ速度に基づいてマップから目標の速度比を求めるように構成される。ある実施形態では、本システムは、プロセッサと通信するアクチュエータを有し、アクチュエータは、変速機の速度比を、求めた目標とする速度比と実質的に等しくなるように調整するように構成される。ある実施形態では、制御ユニットは、プロセッサ、用途特定の集積回路又はプログラマブルロジックアレイの少なくとも１つを含む。アクチュエータは、変速機のシフトロッドに動作可能に連結され、シフトロッドは、変速機の速度比を調整するように構成される。データ入力インタフェースは、ディスプレイ及び少なくとも１つのボタンを含むことができる。本システムは、アクチュエータの位置を示すように構成された位置センサを含むことができる。データ構造は、速度比データ構造及び自転車の速度データ構造を含むことができる。本システムは、電力をアクチュエータに供給するように構成された電源を有することができる。ある実施形態では、電源はダイナモである。ある実施形態では、アクチュエータは、変速機のシフトロッドに動作可能に連結される。

本開示の他の態様は、ボール遊星変速機を有する自転車及びボール遊星変速機を自動シフトするためのシステムに取り組む。ある実施形態では、本システムは、自転車の速度を検出するように構成された速度センサを有する。本システムは、速度センサから入力を受け取るように構成されたプロセッサを有する。ある実施形態では、ケイデンスデータをプロセッサに提供するように構成されたデータ入力インタフェースを含む。ケイデンスデータは、入力ペダル漕ぎ速度を示す。本システムは、プロセッサと通信するメモリを含むことができる。ある実施形態では、メモリは、自転車の速度と速度比とを関連付ける１つ又は複数のマップを格納している。本システムは、プロセッサと通信する論理モジュールを含む。論理モジュールは、プロセッサと協働して、自転車の速度及び入力ペダル漕ぎ速度に基づいてマップから目標の速度比を求めるように構成される。本システムはまた、プロセッサと通信するアクチュエータを含むことができる。アクチュエータは、変速機の速度比を、求めた目標とする速度比と実質的に等しくなるように調整するように構成される。ある実施形態では、データ入力インタフェースは、ディスプレイ及び少なくとも１つのボタンを含む。ある実施形態では、データ入力インタフェースは、自転車のハンドルバーに取り付けられる。自転車は、アクチュエータの位置を示すように構成された位置センサを含むことができる。ある実施形態では、データ構造は、速度比データ構造及び自転車速度データ構造を有する。他の実施形態では、ボール遊星変速機は、アクチュエータに動作可能に連結されるシフトロッドを含む。

他の態様では、制御運動中に２つのキャリア部材の正味の位置を回転させるように構成されるＣＶＴ用の制御機構の実施形態が開示される。太陽はアイドラであることが可能であり、牽引リングは牽引遊星との接触パッチ、あるいはその逆を通して動力を提供し得る。太陽部材及び牽引リングは、回転動力を受け取るように適合し得る。キャリアセンブリは、第１の中心を有する第１のキャリア部材と、第１の中心に対して同軸に配置され、これによって主軸を形成する第２の中心を有する第２のキャリア部材と、第１のキャリア部材に形成されかつ第１のキャリア部材を中心に角度を付けて配置された複数の半径方向にオフセットされたスロットとを含むことが可能であり、半径方向にオフセットされたスロットの各々は、上記及び本明細書の他の実施形態について説明したように、第１のキャリア部材の中心線から直線状オフセットを有する。ある実施形態では、制御機構は、第１のキャリア部材及び第２のキャリア部材の各々を異なる速度で主軸を中心に回転させるように構成される。ある実施形態では、制御機構は、第１のキャリア部材と係合するための第１の歯車と、第２のキャリア部材と係合するための第２の歯車とを有する回転可能な歯車構造を備える。ある実施形態では、制御機構は、第１のキャリア部材及び第２のキャリア部材の各々を可変速度で主軸を中心に回転させるように構成される。ある実施形態では、制御機構は、第１のキャリア部材と接触するための第１のカム面と、第２のキャリア部材と係合するための第２のカム面とを有する二重カム構造を備える。ある実施形態では、第１のカム面は、第１の大きさ及び第１の偏心軸を有し、第２のカム面は、第２の大きさ及び第２の偏心軸を有し、この場合、可変速度は、第１の大きさ、第２の大きさ、第１の偏心軸及び第２の偏心軸に基づいて求められる。ある実施形態では、第１の偏心軸は、第２の偏心軸から角度的にオフセットされる。ある実施形態では、第１の偏心軸及び第２の偏心軸の１つ又は複数は、長手方向軸と関連するゼロ面から角度的にオフセットされる。

自転車のクランクに連結するように適合されたＣＶＴの断面図である。 電気駆動モータアセンブリに連結された図１のＣＶＴの部分断面斜視図である。 図１のＣＶＴを有する電気駆動系の斜視図である。 一体化された電気モータ及びＣＶＴの実施形態の断面図である。 図１のＣＶＴの断面斜視図である。 図１及び／又は図４のＣＶＴに使用することができるキャリアプレート及びシフタアセンブリの斜視図である。 クランクに連結された電気モータ及びＣＶＴを有する自転車の概略図である。 クランクに連結されかつクランクからオフセットされた自転車及びＣＶＴのクランクと同軸の電気モータを有する自転車の概略図である。 ＣＶＴと同軸でありかつＣＶＴに連結された電気モータを有する自転車の概略図であり、モータ及びＣＶＴは自転車のクランクと同軸でありかつクランクに連結される。 自転車のクランクに連結されかつクランクからオフセットされた電気モータを有する自転車、及びクランクに連結されかつクランクと同軸である連続可変変速機の概略図である。 ＣＶＴと同軸でありかつＣＶＴに連結された電気モータを有する自転車の概略図であり、ＣＶＴは自転車のリアホイールと同軸でありかつリアホイールに連結される。 一対のキャリア部材及びシフト機構の分解斜視図である。 遊星歯車セットを含む変速機の断面斜視図である。 ２つのステータプレートと、キャリア部材の各々と接触する回転可能な歯車構造とを含む変速機の部分概略図である。 多直径の歯車構造の斜視図である。 図１４の多直径の歯車構造の反対側の斜視図である。

次に添付図を参照して特定の実施形態について説明するが、同様の数字は全体を通して同様の要素を指す。以下の詳細な説明に使用した用語は、本開示のある特定の実施形態の詳細な説明と関連して使用されているという理由のみで、限定的又は制限的に解釈されるべきであると決して意図されない。さらに、本明細書に開示した実施形態はいくつかの新規な特徴を含むことができるが、これらの特徴の１つのみがその望まれる属性を単独に担うわけではなく、あるいは記載した実施形態の実施に不可欠なものでもない。あるＣＶＴ及び無限可変変速機（ＩＶＴ）の実施形態は、一般に、米国特許第６，２４１，６３６号明細書、米国特許第６，４１９，６０８号明細書、米国特許第６，６８９，０１２号明細書、米国特許第７，０１１，６００号明細書、米国特許第７，１６６，０５２号明細書、米国特許第７，６３２，２０３号明細書、米国特許第７，９１４，０２９号明細書、米国特許第８，３２１，０９７号明細書、米国特許第８，３７６，９０３号明細書、米国特許第８，３６０，９１７号明細書、米国特許第８，３９３，９８９号明細書、米国特許出願第１１／２４３，４８４号明細書、米国特許出願第１１／５４３，３１１号明細書、米国特許出願第１２／１９８，４０２号明細書、米国特許出願第１２／２５１，３２５号明細書、及び特許協力条約特許出願ＰＣＴ／ＵＳ第２００７／０２３３１５号明細書、ＰＣＴ／ＩＢ第２００６／０５４９１１号明細書、ＰＣＴ／ＵＳ第２００８／０６８９２９号明細書及びＰＣＴ／ＵＳ第２００８／０７４４９６号明細書に開示されたタイプに関する。これらの特許及び特許出願の各々の開示全体は、参照により本明細書に組み込まれている。

本明細書で使用されているように、用語「動作的に接続された」、「動作的に連結された」、「動作的にリンクされた」、「動作可能に接続された」、「動作可能に連結された」、「動作可能にリンクされた」、及び同様の用語は、１つの要素の動作によって第２の要素に対応する、追随する又はそれと同時の動作又は作動が引き起こされる要素間の関係（機械式、リンク機構、連結など）を指す。本発明の実施形態を説明するために前記用語を使用する際に、要素をリンク又は連結する特定の構造又は機構が典型的に説明されていることが留意される。しかし、特に具体的に述べない限り、前記用語の１つが使用されるとき、その用語は、実際のリンク機構又は連結が、ある場合には関連技術の当業者に容易に明らかであろう様々な形態をとり得ることを示している。

説明のために、用語「半径方向」は、本明細書では、変速機又はバリエータの長手方向軸に垂直であり、かつディスクを説明するときに中心点から半径方向外側に延びる方向又は位置を指すために使用される。用語「軸方向」は、本明細書では、変速機又はバリエータの主軸又は長手方向軸に平行の軸に沿った方向又は位置を指すために使用する。明確かつ簡潔にするため、時に同様の構成要素には同様の符号が付与される。

本明細書において「牽引」と言及することが、動力伝達の支配的又は排他的様式が「摩擦」による用途を排除しないことを指摘したい。ここで牽引と摩擦駆動との範疇的相違を確定しようと試みることなく、一般に、これらは動力伝達の異なる方式として理解され得る。牽引駆動は、通常、要素間に捕捉された薄い流体層における剪断力による２つの要素間の動力伝達を伴う。これらの用途で使用される流体は、通常、従来の鉱油よりも大きいトラクション係数を示す。トラクション係数（μ）は、接触する構成要素の境界面において利用可能であろう利用可能な最大牽引力を表し、利用可能な最大駆動トルクの尺度である。典型的に、牽引駆動は、一般に、要素間の摩擦力による２つの要素間の動力伝達に関する。本開示の目的で、本明細書に記載したＣＶＴ及びＩＶＴが牽引用途又は摩擦用途の両方で動作し得ることを理解すべきである。例えば、ＩＶＴが自転車用途に使用される実施形態では、ＩＶＴは、動作中に存在するトルク状態及び速度状態に応じて、時に摩擦駆動としてまた他の時に牽引駆動として動作することができる。

本開示の実施形態は、動作中に所望の入力速度対出力速度比を達成するために調整することができる傾斜可能な回転軸（時に本明細書では「遊星回転軸」と称される）を各々が有する略球状の遊星を使用するバリエータの制御に関することができる。ある実施形態では、回転軸の調整は、第２の面における遊星回転軸の角度調整を達成するために、第１の面における遊星軸の角度的誤整列を伴い、これによってバリエータの速度比を調整する。第１の面における角度的誤整列は本明細書では「スキュー」又は「スキュー角度」と称される。この種類のバリエータ制御は、一般に、米国特許出願第１２／１９８，４０２号明細書及び米国特許出願第１２／２５１，３２５号明細書に記載されている。これら特許出願の各々の開示全体は、参照により本明細書に組み込まれている。ある実施形態では、制御システムは、スキュー角の使用を調整して、バリエータ内の特定の接触構成要素間に力を発生させ、これにより第２の面の遊星回転軸が傾斜される。遊星回転軸の傾斜により、バリエータの速度比が調整される。本明細書に開示した実施形態が、バリエータをシフトするための他の既知の方法を使用して実行し得ることを指摘したい。いくつかの実施形態は、米国特許第７，９１４，０２９号明細書に開示された改良形態を構成し、この特許出願の開示全体は、参照により本出願に組み込まれている。

次に、ＣＶＴ、及びその構成要素及び制御方法について図１〜図１５を参照して説明する。図１は、自動車、軽電気車両、ハイブリッド方式の人力車両、電気車両又は内燃動力車両、産業機器、風力タービンなどを含むがこれらに限定されない多くの用途で使用することができるＣＶＴ１を示している。動力入力部と動力シンク（例えば、負荷）との間の機械的動力伝達の調整を必要とする任意の技術的用途では、その駆動系にＣＶＴ１の実施形態を実装することができる。

図１を参照すると、ある実施形態では、ＣＶＴ１は、１組の自転車クランク２に動作可能に連結することができる。自転車のクランク２は、クランク軸６を中心に回転するように構成されたクランクシャフト４に連結される。ＣＶＴ１には、長手方向軸を中心に角度を付けて配置された牽引遊星を含むいくつかの球状牽引遊星アセンブリ８が設けられる。本実施形態では、ＣＶＴ１の長手方向軸はクランク軸６と同軸である。他の実施形態では、ＣＶＴ１の長手方向軸はクランク軸６から半径方向にオフセットすることができる。各々の牽引遊星アセンブリ８は、第１及び第２のキャリア部材１０、１２によってそれぞれ支持される。ある実施において、第２のキャリア部材１２は、第１のキャリア部材１０に動作可能に連結され、第１及び第２のキャリア部材１０、１２は、各々の牽引遊星に連結される。第２のキャリア部材１２は、第２のキャリア部材１２に形成されかつＣＶＴ１の長手方向軸を中心に角度を付けて配置された複数の半径方向スロットを含むことができる。ある実施形態では、第１のキャリア部材１０は、シフタ１４を含み得る制御機構に動作可能に連結される。シフタ１４は、牽引遊星アセンブリ８の半径方向外側に位置し、変速機ハウジング１６に動作可能に連結される。ある実施形態では、ＣＶＴ１には、各々の牽引遊星アセンブリ８と接触し、かつこのアセンブリの半径方向外側に牽引リング１８が設けられる。各々の牽引遊星アセンブリ８は、第１及び第２の太陽部材２０、２２とそれぞれ接触している。第１及び第２の太陽部材２０、２２は、牽引リング１８の半径方向内側に位置する。第１の太陽部材２０は、第１の軸力発生器２４に動作可能に連結される。ある実施形態では、第１の軸力発生器２４は、カムランプの１組のローラを含み、このローラは、ＣＶＴ１の動作中にトルク及び／又は速度に依存する軸方向力を提供するように適合される。第２の太陽部材２２は、第２の軸力発生器２６に動作可能に連結することができる。ある実施形態では、トルクセンサ２８が、クランクシャフト４及び第１の軸力発生器２４に連結される。

次に図２及び図３を参照し、なお図１を参照すると、ある実施形態では、ＣＶＴ１は、歯車セット３２を介して電気モータ３０に動作可能に連結することができる。歯車セット３２には、リング歯車３６と接触する駆動歯車３４を設けることができる。ある実施形態では、リング歯車３６は、牽引リング１８に固定して取り付けることができる。他の実施形態では、リング歯車３６は、一方向のローラクラッチを通して牽引リング１８に連結され、このクラッチは、モータをオフにしてユーザが自転車を漕ぐことを可能にする。ある実施形態では、リング歯車３６はハウジング１６の内部に位置し、一方、駆動歯車３４はハウジング１６の外部に実質的に位置して、ハウジング１６の開口部を通してリング歯車３６に連結する。ある実施形態では、モータ３０は、クランク軸６から半径方向にオフセットされかつクランク軸に平行の駆動軸３１を有する。他の実施形態では、モータ３０の駆動軸３１及びクランクシャフト４のクランク軸６は同軸である。

ＣＶＴ１及びモータ３０が装備された自転車の運転中、ユーザは、クランク２を介してクランクシャフト４に回転動力入力を加える。クランクシャフト４は、第１の太陽部材２０を介して牽引遊星アセンブリ８に動力を供給する。モータ３０は、リング歯車３６及び歯車セット３２を通して牽引リング１８に回転動力入力を加える。ＣＶＴ１は、２つの源からの動力を組み合わせて、第２の太陽部材２２を通してスプロケット３８に出力動力を供給する。入力対出力の比率の変化は、ＣＶＴ１の比率を変更することによって達成することができる。ＣＶＴ１の比率は、第２のキャリア部材１２に対する第１のキャリア部材１０の相対回転によって調整される。ある実施形態では、第１のキャリア部材１０は回転可能であり、第２のキャリア部材１２はハウジング１６に固定される。ある実施形態では、第１のキャリア部材１０は第２のキャリア部材１２に対して回転可能であり、第２のキャリア部材１２は固定ハウジング１６に対して回転可能である。機構は、第１及び第２のキャリア部材１０、１２の間の関係を制御するように構成することができる。機構は、固定ハウジング１６に対して回転可能であり、第２のキャリア部材１２に対して回転可能であるのとは異なる比率で第１のキャリア部材１０に対して回転可能である。

次に図４、図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、ある実施形態では、一体化された電気駆動系４０は、自転車の底部ブラケットに取り付けて、動作可能に１組のクランク４２に連結することができる。クランク４２は、クランク軸を中心に回転するように構成されたクランクシャフト４４に連結し、クランク軸は、図示した実施形態では長手方向軸４６と同軸である。ある実施形態では、駆動系４０は、駆動軸を有するモータ４８と、長手方向軸４６を有するＣＶＴ５０を含む。図示した実施形態では、モータ４８の駆動軸はまた、ＣＶＴの長手方向軸４６と同軸である。モータ４８及びＣＶＴ５０は、ハウジング５１によって実質的に囲まれる。ＣＶＴ５０は、ＣＶＴ１と実質的に同様であり得る。説明のために、ＣＶＴ５０とＣＶＴ１との差のみが言及される。ある実施形態では、モータ４８が、クランクシャフト４４に動作可能に連結される。クランクシャフト４４は、クランク４２及びモータ４８から回転入力動力を受け取るように適合される。ある実施形態では、モータ４８は、一方向のローラクラッチを通してクランクシャフト４４に連結する。入力動力は、第１の軸力発生器アセンブリ５２及び第１の太陽部材５４を通してＣＶＴ５０に伝達される。ＣＶＴ５０には、第１の軸力発生器アセンブリ５２に動作可能に連結されたトルクセンサ５８を設けることができる。ある実施形態では、ＣＶＴ５０は、各々の牽引遊星アセンブリ８と接触する第２の太陽部材６０を有する。第２の太陽部材６０は、第２の軸力発生器を通して出力ドライバ６２に動作可能に連結される。出力ドライバ６２は、駆動スプロケット６４に連結する。

駆動系４０の動作中、回転動力入力は、クランク４２からクランクシャフト４４に伝動される。第２の回転動力源は、モータ４８からクランクシャフト４４に伝動することができる。各々の源からの動力は、トルクセンサ５８及び第１の軸力発生器アセンブリ５２を通して第１の太陽部材５４に伝動される。入力トルク及び／又は速度対出力トルク及び／又は速度の比率は、牽引遊星アセンブリ８の回転軸を傾斜させることによって調整することができる。ある実施形態では、牽引遊星アセンブリ８は、第２のキャリア部材６８に対する第１のキャリア部材６６の相対回転によって傾斜される。変調された動力は、第２の太陽部材６０を通してＣＶＴ５０から伝動することができる。第２の太陽部材６０は、出力ドライバ６２を通してスプロケット６４に動力を伝動する。

モータ４８は、ＣＶＴ５０の任意の構成要素に連結することができることを指摘したい。同様に、クランクシャフト４４は、ＣＶＴ５０の任意の構成要素に動作可能に連結することができる。入力動力の連結及び出力動力の連結の組み合わせが、参照として本出願に組み込まれている米国特許第７，０１１，６００号明細書に記載されている。ある実施形態では、米国特許第７，７２７，１０１号明細書に記載された一体化されたモータ又は発電機の電気構成要素が組み込まれる。

次に図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、ある実施形態では、シフタ１４は、米国特許第８，３６０，９１７号明細書に記載されたシフタ、又は国際公開第２０１０／０１７２４２Ａ１号パンフレットのシフタと同様であることができ、これらの開示全体は参照として本出願に組み込まれている。シフタ１４には、自転車（図示せず）からの制御ケーブルを受容することができるケーブルチャネル７０を設けることができる。シフタ１４は、スプライン７４を有するシフトドラムに連結する。スプライン７４は、シフタ１４に設けられた嵌め合いスプライン７６に係合する。ある実施形態では、シフトドラム７４の端部は、偏心のオフセットされたフォロワ７８を有する。フォロワ７８は、キャリア部材１０に、例えばスロット８０に受容することができる。運転中、シフタ１４を使用して、シフトドラム７２を回転させ、これによって、スロット８０のフォロワ７８を案内することができ、キャリア部材１０の回転がもたらされる。キャリア部材１０には、いくつかの半径方向にオフセットされたスロット８２が設けられる。ある実施形態では、半径方向にオフセットされたスロット８２は、第１のキャリア部材１０の半径方向の中心線から平行であるが、直線状のオフセットを有する。第１のキャリア部材１０の半径方向の中心線は、長手方向軸６に垂直である。長手方向軸６に対応するｚ軸と、半径方向の中心線に対応するｙ軸と、ｙ軸及びｚ軸に垂直のｘ軸とを有する座標系は、第１のキャリア部材１０の半径方向にオフセットされたスロット８２の位置を示すために使用することができる。半径方向にオフセットされたスロット８２は、ｘ軸及びｙ軸によって形成された面に位置する。各々の牽引遊星は、ｙ軸及びｚ軸によって形成された面で傾斜するように適合される。追加の詳細が、米国特許出願第１２／１９８，４０２号明細書（米国特許公開第２０１０／００５６３２２号明細書に対応）及び米国特許第８，１６７，７５９号明細書に提供されており、それらの開示の内容全体は参照により本出願に組み込まれている。ある実施形態では、第２のキャリア部材１２は、同様にその半径から半径方向にオフセットされるスロットを含んでもよい。

ある実施形態では、例えば、第２のキャリア部材１２は、シフトドラム７２と実質的に同様の第２のシフトドラム（図示せず）に連結することができる。他の実施形態では、レバー機構を第１及び第２のキャリア部材１０、１２の一方又は両方を回転させるために配置することができ、これによって、ＣＶＴの比率の変更を容易にする。

次に図６を参照すると、ある実施形態では、自転車９０には、底部ブラケットクランクシャフト９２及びスプロケット９４を設けることができる。クランクシャフト９２は、モータ９６及びＣＶＴ９８を有する電気駆動系に動作可能に連結される。ある実施形態では、モータ９６は、クランクシャフト９２のクランク軸から半径方向にオフセットされる駆動軸を有する。ＣＶＴ９８は、クランクシャフト９２のクランク軸から半径方向にオフセットされる長手方向軸を有する。

次に図７を参照すると、ある実施形態では、自転車１００には、底部ブラケットクランクシャフト１０２及びスプロケット１０４を設けることができる。クランクシャフト１０２は、モータ１０６及びＣＶＴ１０８を有する電気駆動系に動作可能に連結される。ある実施形態では、モータ１０６の駆動軸及びクランクシャフト１０２のクランク軸は同軸である。ＣＶＴ１０８は、クランクシャフト１０２のクランク軸から半径方向にオフセットされる長手方向軸を有する。

次に図８を参照すると、ある実施形態では、自転車１１０には、底部ブラケットクランクシャフト１１２及びスプロケット１１４を設けることができる。クランクシャフト１１２は、モータ１１６及びＣＶＴ１１８を有する電気駆動系に動作可能に連結される。ある実施形態では、モータ１１６は、クランクシャフト１１２のクランク軸から半径方向にオフセットされる駆動軸を有する。ＣＶＴ１１８の長手方向軸及びクランクシャフト１１２のクランク軸は同軸である。

次に図９を参照すると、ある実施形態では、自転車１２０には、底部ブラケットクランクシャフト１２２及びスプロケット１２４を設けることができる。クランクシャフト１２２は、モータ１２６及びＣＶＴ１２８を有する電気駆動系に動作可能に連結される。ある実施形態では、モータ１２６の駆動軸及びクランクシャフト１２２のクランク軸は同軸である。ＣＶＴ１２８の長手方向軸及びクランクシャフト１２２のクランク軸は同軸である。

次に図１０を参照すると、ある実施形態では、自転車１３０には、底部ブラケットクランクシャフト１３２及びスプロケット１３４を設けることができる。クランクシャフト１３２は、モータ１３６と、自転車１３０のリアホイール１４０に連結されるＣＶＴ１３８とを有する電気駆動系に動作可能に連結される。

ある実施形態では、電気モータ３０及び／又は４８は、米国特許第７，３４３，２３６号明細書及び第７，８８５，７４７号明細書及び欧州特許第１，９８４，６３７号明細書に記載されているような電子コントローラ、いくつかのセンサ、電力源及び適切な配線と電気ハードウェアを有する制御システムと電気的に連通することができ、それらは参照として本出願に組み込まれている。電子コントローラは、例えば、モータ３０の自動調整を提供するように構成されたアルゴリズムでプログラミングすることができる。ある実施形態では、電子コントローラは、例えば、ＣＶＴ１の自動調整を提供するように構成されたアルゴリズムでプログラミングすることができる。例示的な例として、コントローラは、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度と関連する入力を受け取って、自転車の速度を求めることができる。ある実施形態では、ＰＩＤ（比例積分微分）コントローラ及びアルゴリズムを制御システムに使用することができる。例えば、コントローラは、トルクセンサからの読取りに少なくとも部分的に基づいて変速比を調整するように構成することができる。本明細書に開示したように、コントローラは、好ましい機能を実装するための装置又はシステムを参照し得る。コントローラの実施形態又はコントローラの部分は、他の構成要素と一体化してもよいか、又は別個でもよい。例えば、ある実施形態では、コントローラは、他の構成要素と通信連結された独立型の装置でもよい。有線又は無線通信は、コントローラを他の構成要素に通信連結するために可能であり得る。無線通信は、ブルートゥース、任意の８０２．１１のコンプライアントプロトコル又は当業者に既知の他の任意の無線プロトコルを介してもよい。ある実施形態は、コントローラとシフトアクチュエータとの間の無線通信を利用する。論理部分は、ＣＶＴと関連するメモリに記憶してもよく、論理部分は、ＣＶＴに通信連結されたコントローラによって実施してもよい。例えば、スマートフォンのような電子装置は、論理を記憶かつ実行するために利用可能なメモリ及びプロセッサを有し、また取り付けるか又はＣＶＴと関連付けて、ユーザによる容易なアクセス及び使用を可能とし得る。

ある実施形態では、自転車のユーザは、例えばシフタ１４により手動で変速比を調整することができる。そのような実施形態では、電子コントローラは、モータ３０を制御するためにプログラミングし、トルクセンサ読取りに基づいて追加の動力補助を提供することができる。トルク補助は、変化する地形又は自転車の運転状態に作用する他の要因の存在下で、乗り手が自転車のケイデンス及び／又は速度を維持することを可能にする。ある実施形態では、モータ３０からのトルクは、電子コントローラからの命令に少なくとも部分的に基づいて変更される。

ある実施形態では、ＣＶＴ１及び／又はモータ３０を自動制御する方法は、例えば、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度と関連する入力を受け取ること、自転車の速度を求めること、及び目標とするユーザのペダル漕ぎ速度及び求めた自転車の速度に少なくとも部分的に基づいて目標変速比を求めることを伴う。方法はまた、変速機の変速比を、目標変速比と実質的に等しくなるように調整することを含むことができる。ある実施形態では、本方法は、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度と関連するエンコーダ位置を求めるステップをさらに含む。ある実施形態では、コントローラは、求めたエンコーダ位置に移動するようにアクチュエータに命令することを含む変速比を調整することができる。ある実施形態では、シフトドラムを調整することは、変速機の長手方向軸を中心にシフトロッドを回転させるステップを含む。

ＣＶＴ及び／又はモータを自動制御する方法は、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度と関連する入力を受け取ること、自転車の速度を求めること、及び目標とするユーザのペダル漕ぎ速度及び求めた自転車の速度に基づいて自転車の速度比を調整して、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度の帯域内にユーザのペダル漕ぎ速度を維持することを含み得る。ある実施形態では、この帯域は、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度±１０ｒｐｍ（回転毎分）である。ある実施形態では、この帯域は、±２ｒｐｍ〜約±５ｒｐｍの範囲にある目標とするユーザのペダル速度である。ある実施形態では、自転車のスピード比を調整することは、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度及び自転車の求めた速度と関連するエンコーダ位置を求めるステップを含む。ある実施形態では、自転車の速度比を調整することは、求めたエンコーダ位置に移動するようにアクチュエータに命令するステップを含む。ある実施形態では、自転車の速度比を調整することは、変速機のシフトロッドを調整するステップを含む。ある実施形態では、シフトロッドを調整することは、変速機の長手方向軸を中心にシフトロッドを回転させるステップを含む。

ＣＶＴ及び／又はモータを自動制御する方法は、目標とするユーザのペダル漕ぎ速度と関連する入力を提供すること、自転車の速度を求めること、及び自転車の速度と関連する目標のエンコーダ位置を特定することを伴い得る。方法は、目標のエンコーダ位置を達成するためにサーボを作動することをさらに含むことができる。ある実施形態では、サーボを作動することは、変速機のシフトロッドを調整するステップを含む。ある実施形態では、目標のエンコーダ位置を特定することは、データ構造を生成することを含む。ある実施形態では、データ構造を生成することは、エンコーダ位置を記録するステップを含む。ある実施形態では、データ構造を生成することは、入力速度を記録するステップ及び出力速度を記録するステップを含む。ある実施形態では、方法は、入力速度及び出力速度に少なくとも部分的に基づいて速度比を求めるステップを含む。ある実施形態では、方法は、速度比を記録するステップを含む。

ある実施形態では、例えば、電気駆動系４０用の制御システムは、自転車の速度を検出するように構成された速度センサと、速度センサから入力を受け取るように構成されたプロセッサと、入力ペダル漕ぎ速度を示すケイデンスデータをプロセッサに提供するように構成されたデータ入力インタフェースとを含むことができる。本システムは、プロセッサと通信するメモリを含んでもよく、メモリは、自転車の速度と速度比とを関連付ける１つ又は複数のマップを格納している。ある実施形態では、本システムは、プロセッサと通信する論理モジュールを含み、論理モジュールは、プロセッサと協働して、自転車の速度及び入力ペダル漕ぎ速度に基づいてマップから目標の速度比を求めるように構成される。ある実施形態では、本システムは、プロセッサと通信するアクチュエータを有し、アクチュエータは、変速機の速度比を、求めた目標とする速度比と実質的に等しくなるように調整するように構成される。ある実施形態では、制御ユニットは、プロセッサ、用途特定の集積回路又はプログラマブルロジックアレイの少なくとも１つを含む。アクチュエータは、変速機のシフトロッドに動作可能に連結され、シフトロッドは、変速機の速度比を調整するように構成される。データ入力インタフェースは、ディスプレイ及び少なくとも１つのボタンを含むことができる。本システムは、アクチュエータの位置を示すように構成された位置センサを含むことができる。データ構造は、速度比データ構造及び自転車の速度データ構造を含むことができる。本システムは、電力をアクチュエータに供給するように構成された電源を有することができる。ある実施形態では、電源はダイナモである。ある実施形態では、アクチュエータは、変速機のシフトロッドに動作可能に連結される。

ある実施形態では、例えば、ＣＶＴ１及び／又は電気駆動系４０が装備された自転車に使用するための制御システムは、自転車の速度を検出するように構成された速度センサを有する。本システムは、速度センサから入力を受け取るように構成されたプロセッサを有する。ある実施形態では、本システムは、ケイデンスデータをプロセッサに提供するように構成されたデータ入力インタフェースを含む。ケイデンスデータは、入力ペダル漕ぎ速度を示す。本システムは、プロセッサと通信するメモリを含むことができる。ある実施形態では、メモリは、自転車の速度と速度比とを関連付ける１つ又は複数のマップを格納している。本システムは、プロセッサと通信する論理モジュールを含む。論理モジュールは、プロセッサと協働して、自転車の速度及び入力ペダル漕ぎ速度に基づいてマップから目標の速度比を求めるように構成される。本システムはまた、プロセッサと通信するアクチュエータを含むことができる。アクチュエータは、変速機の速度比を、求めた目標とする速度比と実質的に等しくなるように調整するように構成される。ある実施形態では、データ入力インタフェースは、ディスプレイ及び少なくとも１つのボタンを含む。ある実施形態では、データ入力インタフェースは、自転車のハンドルバーに取り付けられる。自転車は、アクチュエータの位置を示すように構成された位置センサを含むことができる。ある実施形態では、データ構造は、速度比データ構造及び自転車速度データ構造を有する。他の実施形態では、ボール遊星変速機は、アクチュエータに動作可能に連結されるシフトロッドを含む。

ゼロ度以外の遊星傾斜角において、２つのキャリア部材の対向トルクの大きさの差が存在し、正味トルクが２つのキャリア部材で展開し得る。２つのキャリア部材の相対位置が変化するときに２つのキャリア部材の結果として生じる正味位置が変化する場合、働きが２つのキャリア部材に行われているか、又は働きが２つのキャリアによって行われている。本明細書に開示した実施形態は、その働きを利用して、制御アクチュエータの力・位置関係を修正する。

図１１は、ステータプレートとも称される（代わりにキャリアプレートと称される）一対のキャリア部材、及び他方のステータプレートに対するステータプレートの一方の回転を前進させるか又は遅らせるために使用することができるシフト機構の分解斜視図である。

ゼロ面は、その遊星軸が主軸に平行であるときにＣＶＴの主軸及び少なくとも１つの遊星軸が位置する面として画定し得る。図示した実施形態では、シフト機構は、２つのカム面、すなわちシフト機構の両側の１つのカム面と、シフト機構が回転するように構成することができる外側方向に延びるスピンドルとを含む。各々のステータプレートは、カム面の一方を受容するように構成された開口を含む。カム面の一方は、シフト機構の回転軸に対して他方のカム面の半径方向外側又は内側に位置し得る。ある実施形態では、第１のカム面の偏心軸は、第２のカム面の偏心軸から角度的にオフセットし得る。偏心軸に対する偏心又は角度オフセットの大きさの差の１つ以上の結果、シフト機構の回転は、半径方向外側のカム面と接触するステータプレートにおいて、半径方向内側のカム面と接触するステータプレートにおけるよりも大きな回転量を誘発し得る。ある実施形態では、１つ又は複数の偏心軸は、ゼロ面に対して角度的にオフセットし得る。

図１１に示したようなシフト機構は、両方のステータプレートによって経験されたトルク力を合計することができ、これによって、本明細書に記載した変速機又は他の同様の変速機のシフトを開始するために、シフト機構の位置を変更するために必要な全体のシフト力を低減する。

ある実施形態では、カム面は、ばね負荷し得るか又はさもなければ負荷の増大に応答して変形可能であり得る。例えば、特定の一実施形態では、カム面の少なくとも一部分は、適用される負荷に応答して変形する弾性の材料バンドであり得る。形状が少なくとも部分的に負荷に関係する動的カム面を設けることによって、ステータプレートの互いの相対回転のある受動的フィードバック制御が提供され、これにより、ステータプレート及びカム面によって経験される負荷に応答してスピード比を調整することができる。そのような実施形態では、２つのステータプレートの相対位置は、適用される負荷ならびにシフト機構の位置に左右される。カム面を有する回転部材は、変速機の状態に基づいてステータプレートによって経験される力を合計することが示されているが、合計及びシフトは、レバー、オフセット歯車又は他の既知の構造によっても実行することができ、これらは、各々の場合に同様にステータプレートに動作的に連結される。

図１２は、遊星歯車セットを含む変速機の断面斜視図である。本明細書に記載した実施形態のシフト機構及び図１１に示したシフト機構の位置を移動するためにウォームねじを設けてもよい。図示した実装は、シフト機構又はステータプレートの位置を変更するために使用することができるウォームねじを示しているが、任意の適切な制御システム又は装置を使用して、シフト機構又はステータプレートの位置を制御してもよい。図１２に示したように、歯車セットを、速度を変更しかつ本明細書に記載した実施形態の変速機又はモータに加えられるトルクを変更するために、動力経路の部分として使用することができるか、あるいは所望に応じて変速機の可変の経路を通過するトルク量を管理するために、変速機の様々な構成要素の全体にわたってトルクを分布するために使用することができる。ある実施形態では、動力が通過すべき多数の経路が存在し、トルク及び関連する応力を管理するために、又は他の一般に知られている理由で、効率を高めるために変速機の遊星を通して伝達される動力量を変更することが有利であり得る。例えば、入力構成要素の速度を増し、かつ発電機に至るトルクを低減するために遊星歯車セットを使用することができる。

さらに、モータはまた、遊星歯車セットと一体化してもよい。開示の内容全体が参照により本出願に組み込まれている米国特許第７，６３２，２０３号明細書により詳細に記載されているように、同様に、モータ及び変速機の一体化を有利に使用して、モータの動作状態を変更し、モータの性能を強化することができる。例えば、他の構成要素に対するモータ構成要素の速度を増すことにより、結果として生じるフラックス特性を高め、モータ性能を強化することができる。モータ種類、モータ構造の追加の例、及びモータを遊星歯車セットを含む変速機と一体化することによって達成することができる有益な効果は、米国特許第７，６３２，２０３号明細書に記載されている。

図１３〜図１５は、２つのキャリア部材、例えば図４に示したキャリア部材６６、６８の相対回転を制御する方法を示している。図１３は、キャリア部材６６、６８と、ステータプレートの各々と接触しかつ軸１３０５を中心に回転可能な、回転可能な歯車構造１３００とを含む変速機の部分を概略的に示している。歯車構造１３００は、第１の直径を有しかつ第１のキャリア部材６６と接触する第１のセクション１３１０と、第２の直径を有しかつ第２のキャリア部材６８と接触する第２のセクション１３２０とを含む。２つの歯車セクションの直径の差のため、歯車構造は、本明細書に記載した変速機のボール車軸の傾斜角を調整するために必要なシフト力全体を低減するために、２つのキャリア部材の反作用力をなお合計しつつ、第１及び第２のキャリア部材６６、６８の相対回転速度を制御することができる。

図１４は、図１３に関して上述したような多直径の歯車構造の斜視図を示しており、ここでは、単一プレートの鋸歯状セクションと接触していることが示されている。特に、構造の残部よりも大きな直径を有する多直径の歯車構造の第１の部分は、第１のプレートの鋸歯状セクションと接触している。より小さな直径を有する多直径の歯車構造の第２の部分は、第２のプレートの鋸歯状セクションと接触することができ（図１５参照）、分かりやすさのため図１４に図示していない。

図１５は、図１４の多直径の歯車構造の斜視図を示しており、ここでは、２つのプレートと接触していることが示されている。多直径の歯車構造のより狭い部分（図１４では見えない）は、後部プレートの鋸歯状部分と接触しており、一方、多直径の歯車構造のより厚い部分は、前部プレートの鋸歯状部分と接触している。図１３に関して上述したように、多直径の歯車構造の歯車付きセクションの間の直径の差により、２つのプレートの間の相対回転量が制御される。

当業者は、例えば、本明細書に記載した変速機制御システムの参照を含めて、本明細書に開示した実施形態に関連して記載した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータ可読媒体に記憶されかつプロセッサによって実行できるソフトウェア、又はそれらの両方の組合せとして実装し得ることを認識するであろう。ハードウェア及びソフトウェアのこの互換性を分かりやすく示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路及びステップを一般にそれらの機能に関して上に説明してきた。そのような機能がハードウェア又はソフトウェアとして実施されるかは、特定の用途及びシステム全体に課される設計上の制約に左右される。当業者は、記載した機能を、各々の特定の用途について様々な方法で実装し得るが、そのような実装の決定は、本発明の範囲からの逸脱をもたらすものとして解釈されるべきではない。例えば、本明細書に開示した実施形態と関連して記載した様々な例示的な論理ブロック、モジュール及び回路は、本明細書に記載した機能を実行するように設計された汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途の集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又は他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲート又はトランジスタロジック、ディスクリートハードウエアコンポーネント、あるいはこれらの任意の組み合わせにより実装又は実行し得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサでもよいが、代替的に、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ又は状態機械であってもよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えばＤＳＰ及びマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連動する１つ又は複数のマイクロプロセッサ、あるいは任意の他のそのような構成として実装してもよい。そのようなモジュールと関連するソフトウェアは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は当該技術分野において既知の記憶媒体の他の任意の適切な形態で存在し得る。例示的な記憶媒体は、記憶媒体に対して情報の読み取り及び書き込みを行うことができるプロセッサに連結される。代替的に、記憶媒体はプロセッサと一体化してもよい。プロセッサ及び記憶媒体はＡＳＩＣに存在し得る。例えば、ある実施形態では、ＣＶＴ１用のコントローラはプロセッサ（図示せず）を備える。

上述の説明は、本開示の特定の実施形態を詳述している。しかし、上述のことが本文でいかに詳細に見えるとしても、本開示を多くの方法で実施できることが理解されるであろう。同様に上に言及したように、本開示の特定の特徴又は態様を記載するときの特定の用語の使用は、その用語が関連付けられる本開示の特徴又は態様の任意の特定の特性を含むことに限定されるようにその用語が本明細書で再定義されていることを暗示するように解釈されるべきでないことを指摘したい。

上述の１つ又は複数の実施形態は、次のように請求することができるが、このリストは網羅的ではなく、かつ説明は他の実施形態を含む。

Claims (55)

1. 自転車であって、
   複数の自転車フレーム部材と、
   前記自転車の１つ又は複数のクランクに動作的に連結されたクランクシャフトであって、実質的にクランク軸を画定するクランクシャフトと、
   前記クランクシャフトに連結された連続可変変速機（ＣＶＴ）であって、前記ＣＶＴが、
   前記ＣＶＴの長手軸線を中心に角度的に配置された複数の牽引遊星であって、傾斜可能な軸を中心に回転するように各々の牽引遊星が適合された牽引遊星と、
   第１のキャリア部材に形成されかつ前記長手方向軸を中心に角度を付けて配置された複数の半径方向にオフセットされたスロットを備える第１のキャリア部材とを備えるＣＶＴと、
   第２のキャリア部材に形成されかつ前記長手方向軸を中心に角度を付けて配置された複数の半径方向スロットを備える第２のキャリア部材であって、前記第２のキャリア部材が前記第１のキャリア部材に連結され、前記第１及び第２のキャリア部材が、各々の牽引遊星に動作可能に連結され、前記第１のキャリア部材が、前記長手方向軸を中心に前記第２のキャリア部材に対して回転するように構成される、第２のキャリア部材と、
   各々の牽引遊星と接触する牽引リングであって、各々の牽引遊星の半径方向外側の牽引リングと、
   各々の牽引遊星と接触する第１及び第２の太陽部材であって、前記牽引リングの半径方向内側の第１及び第２の太陽部材と、
   前記ＣＶＴに動作可能に連結された電気モータと、
   を備える自転車。
2. 前記電気モータが駆動軸を有し、前記電気モータの前記駆動軸及び前記ＣＶＴの前記長手方向軸が同軸である、請求項１に記載の自転車。
3. 前記モータの前記駆動軸、前記ＣＶＴの前記長手方向軸及び前記クランクシャフトの前記クランク軸が同軸である、請求項２に記載の自転車。
4. 前記モータ及びＣＶＴが前記自転車のリアホイールに位置する、請求項２に記載の自転車。
5. 前記電気モータが駆動軸を有し、前記駆動軸が前記ＣＶＴの前記長手方向軸からオフセットされる、請求項１に記載の自転車。
6. 前記電気モータが駆動軸を有し、前記電気モータの前記駆動軸及び前記ＣＶＴの前記長手方向軸の各々が、クランク軸からオフセットされる、請求項１に記載の自転車。
7. 前記電気モータが駆動軸を有し、前記電気モータの前記駆動軸及び前記クランクシャフトの前記クランク軸が同軸である、請求項１に記載の自転車。
8. 前記ＣＶＴの前記長手方向軸が前記電気モータの駆動軸からオフセットされる、請求項１に記載の自転車。
9. 前記ＣＶＴのハウジングが、前記自転車フレーム部材に対して回転不能である、請求項１、２、３、５、６、７又は８のいずれか一項に記載の自転車。
10. 前記電気モータに動作可能に連結された遊星歯車セットをさらに備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の自転車。
11. 前記クランクシャフトが、前記第１の太陽部材に動作可能に連結するように構成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の自転車。
12. 前記電気モータが前記牽引リングに動作可能に連結される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の自転車。
13. 前記牽引リングが、前記電気モータから回転動力入力を受け取るように適合される、請求項１２に記載の自転車。
14. 前記第１の太陽部材が、前記クランクから回転入力動力を受け取るように構成される、請求項１３に記載の自転車。
15. 前記クランクに動作可能に連結されたトルクセンサであって、前記クランクシャフトからの入力トルクを感知するように適合されたトルクセンサをさらに備える、請求項１４に記載の自転車。
16. 前記第１の太陽部材に連結された第１の軸力発生器であって、前記トルクセンサに連結された第１の軸力発生器をさらに備える、請求項１５に記載の自転車。
17. 前記モータと電気的に連通する電子コントローラをさらに備える、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の自転車。
18. 前記コントローラと電子的に連通する複数のセンサをさらに備える、請求項１７に記載の自転車。
19. 前記コントローラと電子的に連通するデータ入力インタフェースをさらに備える、請求項１７に記載の自転車。
20. 前記データ入力インタフェースが、ユーザによる所望の運転モードを入力するための手段をさらに備える、請求項１９に記載の自転車。
21. 前記所望の運転モードが前記クランクの所望のケイデンスを含む、請求項２０に記載の自転車。
22. 前記所望の運転モードが、前記クランクにおける所望のトルク入力を含む、請求項２１に記載の自転車。
23. 前記複数のセンサが、自転車ホイール速度センサ及び／又はクランク速度センサを備える、請求項１８〜２２のいずれか一項に記載の自転車。
24. 前記複数のセンサがクランクトルクセンサを備える、請求項１８〜２３のいずれか一項に記載の自転車。
25. 前記ＣＶＴに動作可能に連結されたシフタであって、前記ＣＶＴの比率を変更するように適合されたシフタをさらに備える、請求項１７〜２４のいずれか一項に記載の自転車。
26. 前記シフタが、前記牽引遊星の軸を傾斜させるために前記ＣＶＴにスキュー状態を適用するように構成される、請求項２５に記載の自転車。
27. 前記シフタが前記コントローラと電子的に通信している、請求項２５に記載の自転車。
28. 前記シフタが、前記ＣＶＴの動作状態を示す複数の信号に少なくとも部分的に基づいて前記ＣＶＴの比率を変更するように適合される、請求項２７に記載の自転車。
29. 前記コントローラが、前記シフタ位置を示す信号に少なくとも部分的に基づいて前記モータの動作状態を変更するように適合される、請求項２８に記載の自転車。
30. 主駆動軸を中心に配置された複数の牽引遊星を有する連続可変変速機（ＣＶＴ）であって、前記ＣＶＴが、
    電気モータと、
    各々の牽引遊星と接触する牽引リングであって、各々の牽引遊星の半径方向外側に位置する牽引リングと、
    各々の牽引遊星と接触する第１及び第２の太陽部材であって、前記牽引リングの半径方向内側に位置する前記第１及び第２の太陽部材と、
    前記第１の太陽部材が回転動力を受け取るように適合され、
    前記牽引リングが、前記電気モータから回転動力を受け取るように適合され、
    第１及び第２のキャリアプレートを有するキャリアアセンブリであって、前記第１のキャリアプレートが、
    前記主駆動軸と同軸に配置された中心を有する実質的にディスク状の本体と、
    前記中心を中心に角度を付けて配置された複数の半径方向にオフセットされたスロットであって、前記半径方向にオフセットされたスロットの各々が、前記ディスク状本体の中心線から直線状オフセットを有するスロットと、
    を備えるキャリアアセンブリとを備え、
    前記ディスク状本体の前記半径方向中心線が前記主駆動軸に垂直であり、これによって座標系を形成し、前記座標系が、前記主駆動軸に対応するｚ軸と、前記半径方向中心線に対応するｙ軸と、前記ｙ軸及びｚ軸に垂直のｘ軸とを有し、
    前記半径方向にオフセットされたスロットが、前記ｘ軸及びｙ軸によって形成された面に位置し、
    各々の牽引遊星が、前記ｙ軸及びｚ軸によって形成された面で傾斜するように適合される、
    連続可変変速機（ＣＶＴ）。
31. 自転車の底部ブラケットに連結されたハウジング有する連続可変変速機であって、前記変速機が、
    長手軸線を中心に角度的に配置された複数の球状牽引遊星と、
    各々の牽引遊星と接触する牽引リングであって、各々の牽引遊星の半径方向外側に位置する牽引リングと、
    各々の牽引遊星と接触する第１及び第２の太陽部材であって、前記牽引リングの半径方向内側に位置する第１及び第２の太陽部材と、
    前記第１の太陽部材及び前記牽引リングが回転動力を受け取るように適合され、
    キャリアアセンブリであって、
    第１の中心を有する概ねディスク状の第１の本体と、
    前記第１の中心に対して同軸に配置され、これによって主軸を形成する第２の中心を有する概ねディスク状の第２の本体と、
    前記第１のディスク状本体に形成されかつ前記第１のディスク状本体の中心を中心に角度を付けて配置された複数の半径方向にオフセットされたスロットであって、前記半径方向にオフセットされたスロットの各々が、前記第１のディスク状本体の中心線から直線状オフセットを有するスロットと、
    を備えるキャリアアセンブリと、
    前記第１のディスク状本体の前記中心線が前記主駆動軸に垂直であり、これによって座標系を形成し、前記座標系が、前記主駆動軸に対応するｚ軸と、前記半径方向中心線に対応するｙ軸と、前記ｙ軸及びｚ軸に垂直のｘ軸とを有し、
    前記半径方向にオフセットされたスロットが、前記ｘ軸及びｙ軸によって形成された面に位置し、
    前記牽引リングに連結された電気モータであって、前記長手方向軸を中心に同軸であり、前記ハウジングの内部内に位置する電気モータと、
    を備える連続可変変速機。
32. 自転車用の電気駆動系であって、
    長手方向軸を有する連続可変変速機（ＣＶＴ）であって、
    複数の牽引遊星であって、各々の牽引遊星が傾斜可能な軸を中心に回転するように適合される複数の牽引遊星と、
    各々の牽引遊星と接触する牽引リングであって、各々の牽引遊星の半径方向外側に位置する牽引リングと、
    各々の牽引遊星と接触する第１及び第２の太陽部材であって、前記牽引リングの半径方向内側に位置する第１及び第２の太陽部材と、
    前記第１及び第２の太陽部材にそれぞれ連結された第１及び第２の軸力発生器と、
    前記第１のキャリア部材に形成されかつ前記長手方向軸を中心に角度を付けて配置された複数の半径方向にオフセットされたスロットを備える第１のキャリア部材と、
    前記第２のキャリア部材に形成されかつ前記長手方向軸を中心に角度を付けて配置された複数の半径方向スロットを備える第２のキャリア部材であって、前記第２のキャリア部材が前記第１のキャリア部材に連結され、前記第１及び第２のキャリア部材が、各々の牽引遊星に動作可能に連結される第２のキャリア部材と、
    を備えるＣＶＴと、
    前記第１のキャリア部材が、前記長手方向軸を中心に前記第２のキャリア部材に対して回転するように構成され、
    前記ＣＶＴに動作可能に連結されたシフタであって、前記牽引遊星の軸を傾斜させるために前記ＣＶＴにスキュー状態を適用するように適合されたシフタと、
    前記牽引リングに動作可能に連結された電気モータと、
    を備える自転車用の電気駆動系。
33. 前記第１の太陽部材に動作可能に連結された第１の軸力発生器と、前記第１の軸力発生器に動作可能に連結されたトルクセンサとをさらに備える、請求項３１に記載のＣＶＴ又は請求項３２に記載の駆動系。
34. 前記電気モータが発電機である、請求項３１に記載のＣＶＴ又は請求項３２に記載の駆動系。
35. 前記電気モータが、３つのステータ相を有する８極のブラシレスＤＣモータである、請求項３１に記載のＣＶＴ又は請求項３２に記載の駆動系。
36. 前記電気モータがブラシレスＤＣモータである、請求項３１に記載のＣＶＴ又は請求項３２に記載の駆動系。
37. 前記電気モータがＡＣモータである、請求項３１に記載のＣＶＴ又は請求項３２に記載の駆動系。
38. 前記電気モータがＤＣモータである、請求項３１に記載のＣＶＴ又は請求項３２に記載の駆動系。
39. 前記第１の太陽部材に動作可能に連結された第１の軸力発生器と、前記第１の軸力発生器に動作可能に連結されたトルクセンサとをさらに備える、請求項３１に記載のＣＶＴ又は請求項３２に記載の駆動系。
40. 前記電気モータが発電機である、請求項１に記載の自転車。
41. 前記電気モータが、３つのステータ相を有する８極のブラシレスＤＣモータである、請求項１に記載の自転車。
42. 前記電気モータがブラシレスＤＣモータである、請求項１に記載の自転車。
43. 前記電気モータがＡＣモータである、請求項１に記載の自転車。
44. 前記電気モータがＤＣモータである、請求項１に記載の自転車。
45. 前記駆動軸が前記クランク軸に平行である、請求項５又は請求項６に記載の自転車。
46. 前記駆動軸が前記クランク軸に非平行である、請求項５又は請求項６に記載の自転車。
47. 前記電気モータに動作可能に連結された牽引遊星をさらに備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の自転車。
48. 連続可変変速機であって、
    長手軸線を中心に角度的に配置された複数の球状牽引遊星と、
    各々の牽引遊星と接触する牽引リングであって、各々の牽引遊星の半径方向外側に位置する牽引リングと、
    各々の牽引遊星と接触する太陽部材であって、前記牽引リングの半径方向内側に位置する太陽部材と、
    前記太陽部材及び前記牽引リングが回転動力を受け取るように適合され、
    キャリアアセンブリであって、
    第１の中心を有する第１のキャリア部材と、
    前記第１の中心に対して同軸に配置され、これによって主軸を形成する第２の中心を有する第２のキャリア部材と、
    前記第１のキャリア部材に形成されかつ前記第１のキャリア部材の中心を中心に角度を付けて配置された複数の半径方向にオフセットされたスロットであって、前記半径方向にオフセットされたスロットの各々が、前記第１のキャリア部材の中心線から直線状オフセットを有するスロットと、
    を有するキャリアアセンブリと、
    制御運動中に前記２つのキャリア部材の正味の位置を回転させるように構成された制御機構とを備え、
    前記第１のキャリア部材の前記中心線が前記主軸に垂直であり、これによって座標系を形成し、前記座標系が、前記主軸に対応する第１の軸と、前記中心線に対応する第２の軸と、前記第１の軸及び前記第２の軸に垂直の第３の軸とを有し、
    前記半径方向にオフセットされたスロットが、前記第２の軸及び前記第３の軸によって形成された面に位置する、
    連続可変変速機。
49. 前記制御機構が、前記第１のキャリア部材及び前記第２のキャリア部材の各々を異なる速度で前記主軸を中心に回転させるように構成される、請求項４８に記載のＣＶＴ。
50. 前記制御機構が、前記第１のキャリア部材と係合するための第１の歯車と、前記第２のキャリア部材と係合するための第２の歯車とを有する回転可能な歯車構造を備える、請求項４９に記載のＣＶＴ。
51. 前記制御機構が、前記第１のキャリア部材及び前記第２のキャリア部材の各々を可変速度で前記主軸を中心に回転させるように構成される、請求項４８に記載のＣＶＴ。
52. 前記制御機構が、前記第１のキャリア部材と接触するための第１のカム面と、前記第２のキャリア部材と係合するための第２のカム面とを有する二重カム構造を備える、請求項５１に記載のＣＶＴ。
53. 前記第１のカム面が、第１の大きさ及び第１の偏心軸を有し、前記第２のカム面が、第２の大きさ及び第２の偏心軸を有し、前記可変速度が、前記第１の大きさ、前記第２の大きさ、前記第１の偏心軸及び前記第２の偏心軸に基づいて求められる、請求項５２に記載のＣＶＴ。
54. 前記第１の偏心軸が、前記第２の偏心軸から角度的にオフセットされる、請求項５３に記載のＣＶＴ。
55. 前記第１の偏心軸及び前記第２の偏心軸の１つ又は複数が、前記長手方向軸と関連するゼロ面から角度的にオフセットされる、請求項５３に記載のＣＶＴ。

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