JP2020514180A - 車両のホイール、特に自転車のホイール、そのようなホイール用のハブ及びそのようなホイールを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、車両のホイールに関する。ホイールは、ハブと、リムと、膨張式タイヤとを備える。ハブは、ホイールの回転軸の周りに配置される。ホイールは、実質的にハブの内部に配置され、外気を圧縮するための圧縮機を備える。圧縮機は、大気圧の空気を取り入れる流入口と、圧力が増した空気を開放する流出口とを備える。ホイールは、圧縮機を駆動するための駆動部を備える。駆動部は、回転軸に対して運動可能（具体的には回転可能、さらに具体的にはハブの回転方向と逆方向に回転可能）である。ホイールは、圧力が増加したときに空気を貯めるための空気リザーバを備える。空気リザーバは、ホイールのリム内に配置される。ホイールは、圧縮機の流出口を、空気リザーバ又はホイールの膨張式タイヤに接続するための接続部を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両のホイール、特に自転車のホイール、そのようなホイール用のハブ及びそのようなホイールを備えた車両に関する。

ホイールハブは一般に知られたものであり、通常は車軸ハブを自転車などと接続する部品を形成する。この場合、自転車の車軸は通常ハブ内にマウントされ、このハブがスポークを用いて自転車のリムに接続される。ハブを含むホイールは、自転車の車軸の周りに回転可能にマウントされる。

例えば自転車競技中、所定のタイヤ空気圧で乗車することが重要である。この場合、この空気圧はサイクリストが走行する地面に依存するだろう。通常タイヤの空気圧が低ければ低いほど、タイヤと地面との接触領域が大きくなり、これより空気圧が高い場合に比べて良好なグリップが得られる。逆に、空気圧が高ければ高いほどグリップは低下し、抵抗が減り、速度が速くなる。例えばサイクリストは、自転車競技中又は自転車旅行中に、環境に応じてタイヤの空気圧を調整するため、タイヤから空気を排出する（又は抜く）か、タイヤに空気を入れる必要がある。これは相当な時間と労力を要する。さらに、タイヤに空気を入れることができるように、サイクリング中に独立した自転車ポンプを携行する必要がある。

例えば国際出願公開ＷＯ２０１５１１４１５３は、自転車ホイールのホイールハブアセンブリを開示する。この自転車のホイールハブアセンブリは、車軸と、ポンプハウジングを備えるロータリーポンプと、ポンプローターと、空気タイヤに流体的に結合するように構成された第１流体ポートと、流体リザーバに流体的に結合するように構成された第２流体ポートとを備える。このアセンブリは、アクチュエーション又は動作のモード／状態を制御するための制御手段をさらに備える。ポンプは、第１流体ポートと第２流体ポートとの間の流体を移動させるように構成される。ポンプローターは、ポンプハウジングに対して、車軸と同軸に回転するように構成される。ポンプハウジングは、車軸に対して回転するように構成される。米国特許出願公開ＵＳ２０１６２６３９４９公報は、タイヤ膨張装置を開示する。このタイヤ膨張装置は、車両のデュアルホイールユニットに取り付けられた１対のタイヤに対し、所定の空気圧を維持する目的で与えられる。この装置は、第１ポンプユニットと第２ポンプユニットとを備える。第１ポンプユニットと第２ポンプユニットとは、デュアルホイールユニットの補完的マウンティング構造を接続するためのマウンティング構造を含むハウジングに接続される。第１ポンプユニットと第２ポンプユニットとは、デュアルホイールユニットの回転に反応して並進するように構成された第１ポンプロッドと第２ポンプロッドとを含む。ギアセットと偏心駆動メカニズムが、第１ポンプロッドと第２ポンプロッドとを往復運動させるように構成される。欧州特許出願ＥＰ０６２１１４４公報は、空気充填可能なタイヤがマウントされた車両のホイールを開示する。このホイールは、空気リザーバとポンプユニットとを備える。ポンプユニットは、タイヤから空気を抜くためのタイヤからリザーバへの空気の流れと、タイヤに空気を入れるためのリザーバからタイヤへの空気の流れとを選択的に生成する。

従って、本発明の目的は、サイクリング中及び／又は移動中あるいは停車中に利用可能な、空気圧を任意の値に増減することができる空気圧調整システムを与えることにある。本発明に係るこのようなシステムを与えることのできる車両は、あらゆる種類の（おそらく電動の）自転車、スクータ、モペット、オートバイその他の二輪車（あるいは三輪車）を含む。これらは、車両の少なくとも１つのホイールを回転させることによって移動する。さらにこのシステムは、自動車のような動力を備える他の車両に適用されてもよい。

この目的のために、本発明は、車両、特に自転車用のホイールを備え、このホイールは、ハブと、リムと、膨張式タイヤと、圧縮機と、圧縮機を駆動するための駆動部と、第１接続部と、を備える。ハブは、ホイールの回転軸の周りに配置される。ハブは、ホイールが回転すると、静止した回転軸の周りを回転する。圧縮機は、外気を圧縮するために、実質的にハブの内部に配置される。圧縮機は、大気圧の空気を取り入れる流入口と、圧力が増した空気を開放する流出口とを備える。駆動部は、回転軸に対して運動可能（具体的には回転可能、さらに具体的にはハブの回転方向と逆方向に回転可能）である。第１接続部は、圧縮機の流出口を、ホイールの膨張式タイヤに接続する。

このように本発明は、圧縮機を駆動するために、回転する（自転車の）ホイールから得られるエネルギーを利用する。これにより、移動中又はサイクリング中に、タイヤに空気を入れることができる。圧縮機の流出口を、ホイールの膨張式タイヤに接続する第１接続部は、様々な分岐及び中間部品、例えばタイヤと圧縮機との間の空気リザーバなどを備えてもよい。

ハブ内に配置される圧縮機は、駆動部の回転軸周りの回転により外気を圧縮する。このように、例えばサイクリング中などで動いている間、圧縮機は外気を圧縮するように駆動することができる。この圧縮空気は、例えばホイールのタイヤの圧力が所望の圧力より低い場合に、タイヤを膨張させるためにタイヤに供給されることができる。圧縮空気を圧縮機で膨張式タイヤに供給するために、圧縮機とタイヤとの間の接続が与えられる。

圧縮機を駆動するための駆動部は、回転軸に対して運動可能であり、具体的には回転可能であり、ハブが運動したときハブとともに回転するためにハブに（強固に）接続されてよい。駆動部は、ハブの回転子軸に直接接続されてもよい。このような構成は、システムが動力を備えた車両に使われるとき特に好適であろう。このとき、システムはより簡略化され、回転差が削減され、従って圧縮動作も削減される。この構成では、ギアやトランスミッションは不要であり、そして駆動部は軸に直接接続されてよい。このような場合、圧縮機のｒｐｍは、車両のホイールのｒｐｍに等しい。

ホイールは、空気リザーバと、第１接続部と、第２接続部とを含んでもよい。空気リザーバは、圧力が増加したときに空気を貯める。空気リザーバは、ホイールのリム内に配置される。第１接続部は、圧縮機の流出口を、空気リザーバ又はホイールの膨張式タイヤに接続する。第２接続部は、空気リザーバを、ホイールの膨張式タイヤに接続する。

空気リザーバがあることにより、サイクリング中でも停車中でも、短時間でタイヤに空気を入れることが可能となる。システムの性能向上の観点からは、タイヤの空気圧を非常に短時間で変えることができる点で有利である。さらに圧縮機の駆動の観点からの利点は、必要なエネルギーが非常に小さいこと、好ましくは短時間に大量のエネルギーが必要とされるのではなく、エネルギーが比較的長時間にわたって消費されることが挙げられる。例えばサイクリング中に地形が変化した場合、その瞬間にサイクリストからの追加的なエネルギー供給が必要とされず、タイヤの空気圧を即座に調整できれば有利である。タイヤの空気圧を調整するために、その瞬間に追加的なエネルギー供給が必要であるとすれば、それはまずサイクリストにとって、利点ではなく欠点となるだろう。なぜなら、それはタイヤの空気圧を調整するために大量のエネルギーを必要とし、即座に実現することもできないからである。というのは、その動作は、起動の瞬間に実行されていなければならないからである。

例えばタイヤ内の空気が所望の圧力となったときに、圧縮空気を空気リザーバ内に貯めることもできる。この空気は、ホイールのリム内に貯蔵しておくことができる。その結果、ホイールに追加的な貯蔵部やタンクを設置する必要がなく、従ってホイールの重量が増すこともない。リザーバからの圧縮空気を膨張式タイヤに供給するために、リザーバとタイヤとの間の接続が与えられる。好ましくは、圧縮機によって圧縮された空気は、空気リザーバに常時供給され、タイヤは常にリザーバからの空気を用いて膨張する。しかしながら、空気リザーバがない場合は、圧縮空気はタイヤに直接供給されてもよい。

例えば圧縮機は、特に、固定的及び／又は非回転的方法で、ハブに接続される。従って、ハブの回転軸周りの運動又は回転は、同時に、回転軸周りの圧縮機の回転を引き起こす。圧縮機の駆動もまた回転軸周りの回転（しかし逆方向の）である場合、これは特に有利である。これにより、回転の相対速度が増し、その結果、圧縮機の出力が増す。

ホイールは、例えば、空気供給を制御し、第１接続部を空気リザーバ又は膨張式タイヤに接続するための制御部を備える。このような制御部は、例えば、２方向弁や３方向弁のような空気弁を備える。このような弁を用いて、内部部品は所望の仕方で接続される。制御部は、例えば、圧縮空気が、第１ダクトを介して膨張式タイヤに入る、及び／又は、第２ダクトを介して空気リザーバに入るように構成される。圧縮空気がこれらのダクトの１つに入れない場合は、圧縮は必要なく、圧縮機のスイッチはオフされてよい。

第１接続部及び／又は第２接続部は、例えば、空洞のスポークを備える。接続部は、空気リザーバとタイヤとを接続する。これらのリザーバとタイヤはホイールのリム側に設置され、圧縮機はハブ内に設置される。空気リザーバとタイヤとの接続は、例えば、第１接続部及び／又は第２接続部を介して、さらにハブを介して行われる。通常スポークは、ホイールのこれらの部品の間で延びている。空洞のスポークによる接続を備えることにより、ホイールの見た目が受ける影響は非常に小さく、ホイールの構成を変える必要はない。例えば、第１接続部と第２接続部とを同軸に構成することも可能である。これにより、両方の接続のために、同じスポークを使うことができる。この場合、例えば、内側が第１接続のために用いられてよい。そして、第１接続とスポークの内側との間の空間が、第２接続のために用いられてよい。

ハブは、圧縮機の流入口に空気を供給するための、空気取入口を備える。好ましくは空気取入口は、ハブ内への埃及び水の侵入を防ぐために、迷路と、例えばフィルタとを備える。こうして、ハブ内に設置された圧縮機には、ハブの空気供給を介して、（圧縮されるための）外気が与えられる。圧縮機の汚染を防ぐ目的で、迷路があることによって、埃、泥及び湿気が圧縮機に入らない（あるいは、その程度がより少ない）ことが確実となる。この空気取入口は、空気排出口としても構成される。この場合、例えば、迷路は、空気排出中のブローにより洗浄される。空気取入口を介した空気の供給は、例えば少なくとも埃に関して吸塵効果を発揮する。このとき埃は迷路に蓄積される。空気が圧縮機によってブローされ、このブローが同じ取入口で行われると、蓄積したすべての埃が迷路から排出される。追い出された空気は周辺より高い圧力を持つため、埃は簡単に吹き飛ばされ、迷路と空気取入口が洗浄される。埃は、ハブの回転によっても追い出される。この回転は、遠心力効果を生成する。

圧縮機は、例えば、少なくとも２つの異なるステップで空気を圧縮するように構成される。この場合、圧縮機は、例えば、第１ステップで、空気を空気リザーバ内の圧力である６バールまで（特に約４バールまで）圧縮し、それに続く第２ステップで、圧縮空気をさらに１８バールまで（特に約１２バールまで）圧縮するように構成される。複数のステップで空気を圧縮することにより、これらのステップにおけるエネルギー損失を低減できる。圧縮機は、例えば、少なくとも２つの独立したステップで空気を圧縮するように構成される。この場合、空気を、第１ステップで大気圧の４〜６倍に圧縮し、第２ステップで第１ステップの圧力の３倍に圧縮する。このような圧力は、例えば、ロード用の自転車で使われる。別のタイプの自転車や動力付きの車両では、圧力はこれよりかなり低くてもよい。これらの場合、圧縮機は、例えば、２つの独立したステップで空気を圧縮するように構成されてよい。この場合、圧縮機は、例えば、第１ステップで、空気を空気リザーバ内の圧力である３バールまで（特に約２バールまで）圧縮し、それに続く第２ステップで、圧縮空気をさらに９バールまで（特に約６バールまで）圧縮するように構成される。

通常空気の圧縮は、等エントロピー的に、すなわち周辺とエネルギーを交換することなく行われる。この圧縮の過程は迅速である。このような過程では空気が加熱されるため、その後の圧縮にはさらなる仕事を必要とする。圧縮に伴う仕事の増加は、圧縮行程における最初の体積と最後の体積との比に依存し、以下の式に従う係数に依存する。
この式で、Ｖ_１は圧縮における最初の体積であり、Ｖ_２は圧縮における最後の体積である。等エントロピー圧縮では、係数ｋは１．４であり、等温圧縮では（より小さい）１．０である。このように等温圧縮では、仕事の増加はない。このように仕事の増加は（最初と最後の）相対的な体積に依存するため、圧縮行程あたりのこれらの体積の差（比）を限定すると有利である。

圧縮機は、例えば、貯蔵部を備える。貯蔵部は、第１ステップで圧縮された空気を、第１増加圧力で貯蔵する。貯蔵部は、好ましくは、ハブ内に設置される。第２ステップで、例えば貯蔵部からの空気は、引き続き、所望の圧力又は増加された最終圧力までさらに圧縮される。ある実施の形態では、貯蔵部は、２つのポンプ段階を接続する接続チューブで形成されてもよい。

圧縮機は、例えば、少なくとも２つの空気を圧縮するためのピストン又はベローズを備える。ピストン又はベローズの各々は、例えば、逆止め弁を備える。この弁により、空気が供給されるが、圧縮空気の漏れが防止される。圧縮機は、例えば、容積型ポンプである。この場合、ピストン又はベローズは、第１圧力（例えば大気圧）の空気を、逆止め弁を用いてライン又は開口を通して供給するように構成される。逆止め弁は、圧縮空気が再び外気に逃げることを防止する。ベローズは、例えば、（グラスファイバで）補強されたベローズである。これによりベローズは、圧力の増加、特に第２圧力又は次のステップに耐える。ベローズの補強は、例えば、グラスファイバ、シルク、ノーメックス（登録商標）、ダイニーマ（登録商標）、ケブラー（登録商標）を備える。代替的に、空気を圧縮するために、薄膜やダイヤフラムが用いられてもよい。こうした薄膜やダイヤフラムは、空気吸込弁（又は吸込チェック弁）及び空気排出弁（又は排出チェック弁）を備えてもよい。圧縮機の圧縮動作とともに空気を圧縮するために、別の圧縮メカニズムが適用されてもよい。

圧縮機は、例えば、複数のシリンダーを備える。シリンダーは、ハブと複数のピストンに強固に接続される。これらのピストンは、シリンダー内で、回転軸に対して半径方向に運動するように構成される。ピストンは、例えばコンプレッサの駆動部の回転を利用して、シリンダー内で往復運動する。シリンダーは、例えば、ハブの（仮想的な）円周に沿って、又は回転軸から等距離に、互いに等距離に按分に配置される。シリンダーは、複数のシェルの上に配置されてもよい。この場合、各シェルは、少なくとも２つのシリンダーを備える。この２つのシリンダーは、互いに等距離にハブの円周上に配置される。この場合、シェルは、実質的に互いに平行に配置される。各シェルは、回転軸の異なる位置で、実質的に半径方向に延びる。このようにして、複数のシリンダーとピストンは、同じハブ内で、同じ駆動部によって駆動可能である。このとき各シェルの駆動部は、例えば駆動部上のカムシャフトを用いて、他のシェルに対して調整可能である。各ピストンは、例えば、カムフォロア（ｃａｍ ｆｏｌｌｏｗｅｒ）を備える。駆動部は、例えば、カムフォロアと噛み合うカムシステムを備える。回転中、カムシステムのカムは、例えば、回転軸に対して偏心円運動する。これにより、カムフォロアに接続されたピストンは、シリンダー内で並進往復運動する。

圧縮機は、例えば、容積型ポンプ又はピストンポンプである。このようなタイプの圧縮機の利点は、高圧力を発生し、かつ自給式である点にある。さらに発生する最大圧力は、実質的に速度と無関係である。これは、例えば、遠心ポンプや羽根ポンプと対照的である。

駆動部は、例えば、カムシャフトを備える。カムシャフトは、駆動部の回転を往復運動又はポンプ運動、具体的には、回転軸に直角方向又は半径方向の運動に変換するため、回転軸の周りに回転可能である。カムシャフトは、例えば、複数の放射を有する中心軸を備える。これらの放射は、半径方向に互いにオフセットしている。各放射は、中心軸上の様々な位置で、半径方向の運動を生成するために使うことができ、これにより、例えば、駆動部の共通の回転運動を利用して、圧縮機の異なる圧縮ステップを制御することができる。

圧縮機と駆動部とは、例えば、遊星ギアクラッチを用いて接続された歯を備える。この場合、遊星クラッチの歯と圧縮機の歯は、例えば１より大きい比を有する。このような比は、圧縮又はポンプ運動に加速を与える。このような加速により、同じ圧縮を実現するために必要な部品数を確実に減らすことができる。この場合、圧縮機は、例えば、遊星ホイールメカニズムの衛星ホイールを備える。そして駆動部は、中心軸を有する遊星ホイールキャリアを備える。これらは、少なくとも２つの遊星ホイールを用いて互いに接続される。遊星ギアクラッチ又は遊星ホイールメカニズムは、様々な部品の互いの固定の仕方に応じて、様々な機能を実現できるという利点を持つ。例えば、クラッチの部品が１つも固定されていなければ、すべての部品は同じ角速度で一緒に回転する。従って、駆動部と圧縮機との間に速度差はない。従って、この場合圧縮機は駆動されない。遊星ホイールが他の部品に対して固定されていれば、衛星ホイールとキャリアは反対方向に回転し、互いの速度差は最大となる。

圧縮機の駆動部は、例えば、遊離位置にある。このとき駆動部は、静止した回転軸の周りに、ハブとともに、特に実質的に同じ角速度で回転可能である。一方、結合位置では、圧縮機の駆動部は、ハブに対して、特に反対方向に回転する。この場合、駆動部の遊離位置は、例えば、遊星ホイールがどの部品も互いに固定されていない配置を取るときに一致する。ホイール従ってハブと圧縮機とが回転中、圧縮機の駆動部は、同じ角速度で共回転する。従ってコンプレッサは駆動されない。従って駆動部の遊離位置は、圧縮が発生しない自由位置である。

ハブは、例えば、クラッチディスクを備える。このディスクは、遊離位置で、回転軸周りに、ハブとともに回転する。このディスクは、結合位置で、回転軸に接続される。この回転軸は、ハブに対して静止している。すなわち結合位置では、クラッチディスクは固定される。遊星ギアがクラッチディスク上に配置されるとき、このような接続（固定）は、駆動部を反対方向に、すなわち衛星ホイール（これは、通常圧縮機上にある）と反対方向に回転させる。

クラッチディスクのクラッチの結合は、例えば、電気機械式アクチュエータ又は水圧式又は空気圧式駆動あるいはそれらの組み合わせによって実現される。水圧式のクラッチ駆動又はアクチュエーションの利点は、例えば自転車や自動車の既存の水圧システムを、この目的のために使えることにある。電気機械式アクチュエータの利点は、遠隔及び／又は自動的アクチュエーションが可能な点にある。空気圧式駆動には、例えば、圧縮機自体を利用して圧縮力を与えることができる。これは極めて効率的である。こうした駆動部は、空気圧式駆動を駆動する空気を蓄積するための、内部圧力リザーバ及び／又は圧力制御ユニットを備えてよい。

ホイールはまた、例えば、特にブレーキ動作又はアクチュエーションユニットからのアクチュエーション信号等の外部信号に反応してクラッチディスクの位置を変えるためのクラッチメカニズムを備えてよい。ホイールの圧縮機内で外気を圧縮するためには、エネルギーが必要である。このエネルギーは、例えば自転車競技中に、進行や速度のために使われることがより望ましい。しかしながら、通常ブレーキはエネルギーを発生させ、典型的にはブレーキパッドに熱を発生させる。このエネルギーが（また）圧縮機を駆動するために使われれば、エネルギーがタイムリーに得られる。クラッチメカニズムは、例えば、ブレーキ動作が意図されたときに（例えば、ブレーキペダルを踏んだとき、あるいはブレーキレバーを引いたとき）、クラッチディスクを固定するように、あるいはクラッチディスクを回転軸に接続するように構成される。クラッチメカニズムはまた、外部信号に反応して、圧縮空気によりクラッチディスクを動かすように構成されてもよい。

クラッチメカニズムは、例えば、リフティングマグネットを備える。このようなマグネットを活性化させることにより、クラッチディスクに力が働く。これにより、クラッチディスクの位置を変え、例えば圧縮機のスイッチを入れることができる。

本発明に係るホイールは、例えば、制御システムを用いてアクチュエートすることができる。この制御システムは、例えば、サイクルコンピュータやスマートフォンなどの携帯電話といったコンピュータ上にある。通常サイクルコンピュータは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＡＮＴ＋（登録商標）などのプロトコルを使う。これらのシステムを用いて通信を可能とするために、ハブは、例えば、無線通信のためのチップと、チップに電力を供給するための電源（バッテリーや蓄電池など）を備える。従ってハブは、例えば、バッテリーや蓄電池などの電圧源を備える。電圧源は、密閉防水空間又はハブのチェンバーに位置することが望ましい。ハブはまた、電圧源の電圧を検知するために、電圧源と接する電圧計を備える。電圧源は、例えばハブの回転やダイナモあるいはＵＳＢ（登録商標）接続により再充電可能であることが望ましい。電圧源は、ハブ内の様々な電気部品に電力を供給するように構成されてもよい。電圧源は、例えば、３Ｖ，６Ｖ，９Ｖ又は１２Ｖといった電圧を有してよい。必要であれば、電力源の位置が制御システムに伝えられてよい。このとき制御システムは、例えば、電力源の状態を表示する表示部を備える。

ハブはまた、例えば、膨張式タイヤ内、空気リザーバ内、圧縮機内及び／又は圧縮機の内部貯蔵器内の圧力を測定するための、少なくとも１つの圧力センサを備える。これらのセンサを用いて、ホイール内の圧力状態を測定することができる。そして測定された圧力に基づいて、例えば、タイヤに圧縮空気を供給すること、タイヤから空気を抜くこと、あるいは何も変えないことなどを決定することができる。ハブはまた、ハブの回転速度を測定するための、速度センサを備えてよい。さらにハブは、圧縮機がアクティブであるかを識別するための、傾斜センサ又は回転センサを備えてもよい。これにより、圧縮機がアクティブであるかを判断することができ、これに基づいて信号が送信されてよい。ホイール自体もまた、圧力センサを備えてよい。

このように、ハブは、例えば、制御システムを備える。このシステムは、例えば空気リザーバ内の空気圧が所定の値より下がったとき、圧縮機のスイッチを入れるように構成される。あるいは制御ユニットは、外部信号（車両のユーザがボタンを押したというような）に基づいて圧縮機のスイッチを入れるように構成される。

例えば、ブレーキ操作に基づいて、あるいは外部起動に基づいて（例えば制御システムからの信号に基づいて）、圧縮機のスインチを入れる、あるいは圧縮機と駆動部との間の相互回転（特に逆方向の回転）を起動することができる。これにより、ホイールが通常の回転をしていなくても、空気を圧縮することができる。

ハブはまた、ハブの外側に、弁等の接続部品を備える。この接続部品は、タイヤに空気を注入するための、及び／又は、空気リザーバを所定の圧力の空気で満たすための、例えば、自転車ポンプや空気コンプレッサ等の外部の圧縮源に接続されるように構成される。事前に空気リザーバを加圧しておくことにより、ホイールが回転中に必要とされる圧縮を（従って、特にサイクリング中に必要な仕事を）低減することができる。この接続部品は、例えば、リザーバを空にすることができるように構成される。例えばハブが自転車競走のような競争で使われる場合、すべての競技者に同じ勝利のチャンスを与える目的で、すべての競技者は、リザーバを空にした状態でスタートしなければならないことが考えられる。

本発明はまた、ハブ又は圧縮機、明らかに本発明に係るホイールの使用、及び車両（特に、少なくとも１つの本発明に係るホイールを備える自転車）に関する。

本発明を、以下の図面に示される、非限定的かつ典型的な実施の形態を用いて説明する。
本発明に係る自転車の模式図である。 本発明に係る、２つの接続部を備えるホイールの模式図である。 本発明に係る、２つの接続部を備えるホイールの模式図である。 本発明に係る、２つの接続部を備えるホイールの模式図である。 本発明に係る、同軸の接続部を備えるホイールの模式図である。 本発明に係る、同軸の接続部を備えるホイールの模式図である。 本発明に係るハブ内の圧縮機の分解組立を示す模式図である。 図４のＩ−Ｉ線に沿った断面の模式図である。 ２つの分解組立を示す模式図である。図６Ａ及び６Ｂは、それぞれ、図４及び５に係る圧縮機に対応する。 本発明に係る圧縮機のスイッチを入れるためのクラッチの模式図である。 遊星ホイール駆動を備える圧縮機の模式図である。 本発明に係る圧縮機のスイッチを入れるためのクラッチの模式図である。 図９に対応する、分解されていない状態の分解組立を示す模式図である。 本発明に係るハブの分解組立を示す模式図である。 本発明に係る、モノリンク（登録商標）を備える車両のホイールの模式図である。 本発明に係る、モノリンクを備える車両のホイールの模式図である。 本発明に係るハブの変形例の模式図である。 クラッチメカニズム変形例及び圧縮機自身で圧縮された空気駆動を備える、図１３のハブの分解組立を示す模式図である。

図１は、本発明に係る車両（１）の例として、自転車（１）を模式的に示す。自転車（１）は、２つのホイール（２）を備える。２つのホイール（２）はそれぞれ、ハブ（３）と、リム（４）と、タイヤ（５）とを備える。ハブ（３）のそれぞれは、２つの接続部、すなわち第１接続部（６）及び第２接続部（７）を用いて、対応するホイール（２）に接続される。接続部は、例えば、図３に例示されるように同軸であってもよい。ハブとタイヤとは、単一の接続部を用いて接続されることもできる。

図２は、本発明に係るホイール（２）を、タイヤ壁の２つの拡大図２Ａ及び２Ｂを用いて模式的に示す。ホイール（２）は、ハブ（３）と、リム（４）と、タイヤ（５）とを備える。ハブ（３）は、第１接続部（６）を用いてタイヤ（５）に接続され、第２接続部（７）を用いてリム（４）内の空気リザーバ（８）に接続される。リザーバ（８）は、圧縮空気を貯めることができる。このリザーバ（８）は、例えば、リムの実質的に全周を取り囲んで配置される。これにより、リム内のすべての空白領域を、空気を貯めるために使うことができる。この空気は、第２接続部（７）を用いて、例えば、ハブ（３）に戻され、第１接続部（６）を介してタイヤ（５）に供給することができる。これによりタイヤ（５）を膨張させることができる。接続部は、例えば図３に示されるように、同軸であってよい。リザーバは割愛されてもよく、その場合、圧縮機はタイヤに（直接）接続される。

図３は、図２に示されるホイールを模式的に示す。ここでは、接続部は同軸に配置される。図３は、本発明に係るホイール（２）を模式的に示す。図３Ａは、タイヤ壁の拡大図を示す。ホイール（２）は、ハブ（３）と、リム（４）と、タイヤ（５）とを備える。ハブ（３）は、第１接続部（６）を用いてタイヤ（５）に接続され、第２接続部（７）を用いてリム（４）内の空気リザーバ（８）に接続される。このリザーバ（８）は、圧縮空気を貯めることができる。このリザーバ（８）は、例えば、リムの実質的に全周を取り囲んで配置される。これにより、リム内のすべての空白領域を、空気を貯めるために使うことができる。この空気は、第２接続部（７）を用いて、例えば、ハブ（３）に戻され、第１接続部（６）を介してタイヤ（５）に供給することができる。これによりタイヤ（５）を膨張させることができる。図示された接続部では、第１接続部（６）が同軸システムの内側にあり、外壁が第２接続部（７）を形成する。第２接続部（７）は、例えば開口（Ｏ）を用いて、リザーバ（８）に接続される。リザーバは割愛されてもよい。その場合、圧縮機はタイヤに（直接）接続され、圧縮機とタイヤとの間には接続部が１つあればよく、タイヤとリザーバとの間には接続部は必要ない。

図４は、本発明に係るハブ（３）内の圧縮機（１０）の分解組立を模式的に示す。圧縮機（１０）は、２つのシェル内の３つの部品からなるグループ（すなわち、３つのポンプ部品からなる第１グループ（１１）と、３つのポンプ部品からなる第２グループ（１２））で構成された６つのポンプ部品を備える。圧縮機（１０）は、回転軸（１３）の周りに、カムシャフト（１４）に対して回転可能である。カムシャフト（１４）は、この回転運動を、ポンプ部品（１１，１２）内の並進往復運動に変換する。圧縮空気は、第１接続部（６）及び第２接続部（７）により、空気リザーバ（８）又はホイール（２）のタイヤ（５）に入ることができる。接続部は、例えば図３に示されるように、同軸であってよい。この場合、カムシャフト（１４）は、圧縮機（１０）の駆動部として動作する。ハブ（３）内の空白領域（Ｒ）は、例えば、ハブの内部貯蔵部（Ｒ）として機能する。圧縮された外気は、より高圧の第２ステップに進む前に、第１ステップで例えばこの空白領域（Ｒ）に貯められる。貯蔵域（Ｒ）は、ポンプ部品のグループ（１１、１２）又はポンプ段階を接続する、接続チューブで形成されてよい。

図５は、図４のＩ−Ｉ線に沿った断面を模式的に示す。この断面図で、静止した回転軸（１３）の周りに回転可能な圧縮機（１０）が示される。回転軸（１３）の周りにはまた、カムシャフト（１４）が与えられる。このカムシャフト（１４）は、ポンプ部品（１１、１２）のカムフォロア（１６）と結合する複数のカム（１５）を備える。カムシャフト（１４）と圧縮機（１０）との間に相互回転が発生すると、カム（１５）は、この相互回転を並進運動に変換するために、様々なカムフォロア（１６）を交代的に往復運動させる。第１ポンプ部品（１１）はベローズ（１７）を備え、第２ポンプ部品（１２）はピストン（１８）を備える。当然、これと同じ目的で、他の部品が用いられてもよい。ポンプ部品（１１、１２）への給気、及びポンプ部品（１１、１２）からの排気は、既存の逆止め弁を用いて制御することができる。ある実施の形態では、例えば外気は、カムシャフト（１４）と圧縮機（１０）の相互回転によって第２ポンプ部品（１２）内で圧縮され、ハブ（３）の空白領域（Ｒ）内に貯められる。その結果、カムフォロア（１６）の並進運動が発生する。その後、この圧縮空気は、空気を更に圧縮するための第１ポンプ部品（１１）に供給される。外気が、例えば、回転軸（１３）及びカムシャフト（１４）を取り巻く空間（Ａ）を介して供給される。

図６は、それぞれ図４及び図５に対応する圧縮機（１０）の分解組立を図６Ａ及び図６Ｂで模式的に示す。図では、ポンプ部品（１１、１２）のための弁（１９）が与えられる。ここでは、空気を供給するための流入口（２０）と、（より）圧縮された空気を排出するための流出口（２１）とが与えられる。開口（２０、２１）は、例えば、逆止め弁とともに与えられてもよい。図６Ａは、カム（１５）とポンプ部品（１１、１２）のカムフォロア（１６）とを備える、カムシャフト（１４）を示す。図６Ｂは図６Ａの反対側から見た図であり、ここには圧縮機（１０）の駆動部が見られる。図６Ｂに示される駆動部（２２）は、遊星ホイール型である。圧縮機（１０）は、衛星ホイール（２３）を備える。駆動部（２２）は、キャリア（２２）を備えた中心軸として機能する。衛星ホイール（２３）と駆動部（２２）とは、２つの遊星ホイール（２４）を用いて互いに結合される。駆動部（２２）は、カムシャフト（１４）に接続される。

こうした遊星ホイールメカニズムの様々な部品同士が固定される強さに応じて、様々な機能が実現される。例えば、クラッチのいずれの部品も固定されていなければ、すべての部品は同じ角速度で一緒に回転する。これは、駆動部（２２）と衛星ホイール（２３）との間に差がない、すなわち圧縮機（１０）とカムシャフト（１４）との間に相互回転がない、従って圧縮機（１０）は駆動されないことを意味する。遊星ホイール（２４）が（ホイール（２４）が衛星ホイール（２３）とともに回転しないように）他の部品に対して固定されている場合、衛星ホイール（２３）とキャリア（２２）とは反対方向に回転する。その結果、カムシャフト（１４）と圧縮機（１０）とが互いに（逆）回転し、圧縮機（１０）が起動される。

図７は、本発明に係る圧縮機のスイッチを入れるためのクラッチを模式的に示す。図７は、図５Ｂの遊星ホイール（２４）を模式的に示す。遊星ホイール（２４）は、クラッチプレート（２５）の上に配置される。このクラッチプレート（２５）は、遊離位置で、圧縮機（１０）及びハブ（３）の残りの部分と同じ回転速度で回転する。結合位置で、クラッチプレート（２５）は、クラッチプレート（２５）が爪（２６）に接触する。これにより、クラッチプレート（２５）が圧縮機（１０）及びハブ（３）の残りの部分とともに回転しないように、２つの静止爪（２６）を用いてクラッチプレート（２５）を固定することができる。爪は、例えば、静止した回転軸（１３）に接続される。静止した回転軸（１３）も、ハブ（３）とともに回転しない。しかしながら、遊星ホイール（２４）は、クラッチプレート（２５）上で回転可能であるように構成される。遊星ホイール（２４）が圧縮機（１０）の衛星ホイール（２３）と一緒に回転しないときは、遊星ホイール（２４）は、衛星ホイール（２３）に対して回転し、この回転を圧縮機（１０）の駆動部（２２）に伝える。回転ディスクは、例えば通常ディスクブレーキで使われるものと同じ公知の方法で、爪（２６）を用いて減速される。

図８は、衛星ホイール（２３）と、遊星ホイール（２４）と、圧縮機（１０）の駆動部（２２）とを備える、圧縮機（１０）を模式的に示す。衛星ホイール（２３）がハブ（３）とともに回転し、遊星ホイール（２４）が固定されていて回転できない場合、遊星ホイール（２４）は圧縮機（１０）に対して回転し、この回転を駆動部（２２）に伝える。その結果、駆動部（２２）に接続されたカムシャフト（１４）が回転する。この回転は、カム（１５）とカムフォロア（１６）とを用いて、ポンプ部品（１１、１２）のポンプ運動に変換される。

図９は、圧縮機（１０）のスイッチを入れる又は結合する方法を模式的に示す。図９は、クラッチプレート（２５）の分解組立を示す。ここでは、例えば図６、図７又は図８に示されるような遊星ホイール（２４）が与えられる。さらに、摩擦プレート（２８）を備える爪ホルダー（２７）が示される。これに続いて、爪（２６）を備えるチャック（２９）が示される。クラッチプレート（２５）は、遊離位置で、ハブとともに回転する。
爪ホルダー（２７）とチャック（２９）は静止している。

結合位置で、クラッチプレート（２５）は摩擦プレート（２８）に対して移動する。クラッチプレート（２５）は減速し、摩擦プレート（２８）と爪ホルダー（２７）とともに静止する。チャック（２９）の次に、ハブ（３）のハウジングの一部を形成するベースプレート（３０）が与えられる。止めプレート（３３）が、（アダプターディスク（４０）を介した）ディスクブレーキ（３９）のために、ベースプレート（３０）に対抗する。このプレート（３３）は、ベースプレート（３０）に対して、一定の角度だけ自由に回転できる。この回転は、旅行中又はサイクリング中にディスクブレーキ（３９）が起動されたとき発生する。ブレーキが解放されると、プレート（３０）は、回転スプリング（３７）により初期位置に戻る。回転は、ベースプレート（３０）のカム（３１）によって制限される。プレート（３３）は、フォロア断面（３４）を備える。このフォロア断面があることにより、プレート（３３）のベースプレート（３０）に対する相対回転に起因して、断面フォロアディスク（３２）は軸方向に確実に運動することができる。断面フォロアディスク（３２）自身はベースプレート（３０）に対して回転できないが、軸方向に弾力性を持つようにベースプレート（３０）に取り付けられる。断面フォロアディスク（３２）が軸方向に変位すると、このディスクはアクチュエータディスク（３５）に接触する。その結果、このディスクは軸方向に運動可能となる。このディスクは、複数のロッド（３６）を用いて、チャック（２９）に接続される。アタッチメントプレート（３３）の回転により、アクチュエータディスク（３５）とチャック（２９）とが外側（クラッチプレート（２５）から離れる方向）に向けて変位し、最後にはクラッチプレート（２５）と摩擦プレート（２８）とが結合される。

ベースプレート（３０）は、圧縮スプリング（３８）を備える。圧縮スプリング（３８）があることにより、遊離中に、チャック（２９）はクラッチプレート（２５）から確実に遊離することをできる。その結果、アクチュエータディスク（３５）は、再び軸方向に内側に向けて動くことができる。遊離中、断面フォロアディスク（３２）もまた、軸方向に内側に向けて動くことができる。この変位量は、アクチュエータディスク（３５）の軸方向の変位量より大きい。その結果、回転ハブハウジングは、遊離後は、もはや静止したアクチュエータディスク（３５）に接触しない。その結果、パワーの仕様や損失が発生しない。

図１０は、固定位置における、図９の分解組立を示す。図１０は、ディスクブレーキ（３９）も示す。

図１１は、本発明に係るコンプリートハブ（３）の分解組立を示す。

図の多くは自転車のホイールとハブを示すが、本発明は自転車での使用に限られない。本発明は、自転車、オートバイ、スクータ、モペット、さらには自動車を含む、あらゆる種類の車両に適用可能であることが理解される。

図１２は、本発明の原動機付車両への応用を模式的に示す。図１２は模式図であり、図１２Ｂは、図１２Ａのハブの部分の詳細を示す。前述の部品に対応する特徴は、同じ符号で示される。例えば自転車や筋肉駆動の車両とは対照的に、原動機付車両では、例えば、より低速で、より連続的なポンプ動作が可能である。この目的のために、外気は、ホイール（２）の回転によって駆動される圧縮機（１０）を用いて供給される。圧縮空気は、第１接続部（６）を介して、タイヤ（５）に供給される。原動機付車両は、例えば、圧力監視システムを常時使用してよい。この監視システムはタイヤ（５）内の圧力を監視し、圧力が閾値より小さくなると、自動的に圧縮機を接続する。このようなシステムは、タイヤの圧力を常に所定の範囲に保てるという利点を持つ。これにより、スムーズで経済的な運転が可能となる。図示された実施の形態では、圧縮機（１０）はハブ（３）の側に位置し、ハブの中心は固定子軸（４４）を備える。このような固定子軸（４４）は、図示された原動機付車両がいわゆるモノリンク（単一）後車軸ケーシングを備えるために使われる。部品の特定の構成は実際に使われるホイールの速度に依存し、保護の範囲内であらゆる種類の変形が考えられることが理解される。

図１３は、本発明に係るハブがマウントされたシステムの変形例を模式的に示す。図１３は、車両のホイールのハブと一体化するのに適した圧縮機を示す。図の右側に、薄膜（１１）を用いて外気を圧縮するための圧縮機（１０）が示される。薄膜（１１）は、カムシャフト（１４）のポンプ動作に起因して空気を圧縮する。圧縮空気は、ダクト（不図示）を介して圧力制御ユニット（４０）に供給される。圧力制御ユニット（４０）は、圧縮空気を接続出口（４１）を介してタイヤ（不図示）に供給する。

図８−図１１に示される組と同様、左に向けて遊星ギアの組が示される。さらに左に向けて、前述と同様のクラッチの群が示される。左に、アクチュエータの群（４２）が示される。ここに、圧力制御ユニット（４０）から空気ダクト（４３）を介して圧縮空気が供給される。このようにして、アクチュエータは、左から右に選択的に動くことができ、クラッチメカニズムを選択的に固定又は遊離することができる。これにより、クラッチは、ブレーキ力や外部アクチュエータではなく、空気圧で動作することができる。

Claims (17)

1. 車両、特に自転車用のホイール（２）であって、
   ａ）ハブ（３）と、リム（４）と、膨張式タイヤ（５）とを備え、
   ｂ）前記ハブ（３）は、前記ホイール（２）の回転軸（１３）の周りに配置され、
   前記ハブ（３）は、前記ホイール（２）が回転すると、静止した前記回転軸（１３）の周りを回転し、
   ｃ）前記ホイール（２）は、実質的に前記ハブ（３）の内部に配置される圧縮機（１０）を備え、
   ｄ）前記ホイール（２）は、前記圧縮機（１０）を駆動するための駆動部（１４、２２）を備え、
   前記駆動部（１４、２２）は、前記回転軸（１３）に対して運動可能（具体的には回転可能、さらに具体的には前記ハブ（３）の回転方向と逆方向に回転可能）であり、
   ｅ）前記ホイール（２）は、前記圧縮機（１０）の流出口を前記ホイール（２）の前記膨張式タイヤ（５）に接続するための第１接続部（６）を備え、
   ｆ）前記圧縮機（１０）は、外気を圧縮するように構成され、
   前記圧縮機（１０）は、大気圧の空気を取り入れる流入口と、圧力が増した空気を開放する流出口とを備え、
   前記ハブ（３）は、前記圧縮機（１０）の流入口に空気を供給するための、空気取入口（Ａ）を備えることを特徴とするホイール（２）。
2. 前記ホイール（２）は、圧力が増加したときに空気を貯めるための空気リザーバ（８）を備え、
   前記空気リザーバ（８）は、前記ホイール（２）の前記リム（４）内に配置され、
   前記第１接続部（６）は、前記圧縮機（１０）の流出口を、前記空気リザーバ（８）又は前記ホイール（２）の前記膨張式タイヤ（５）に接続するように構成され、
   前記ホイール（２）は、前記空気リザーバ（８）を、前記ホイール（２）の前記膨張式タイヤ（５）に接続するための第２接続部（７）を備える、請求項１に記載のホイール（２）。
3. 空気供給を制御し、前記第１接続部（６）を前記空気リザーバ（８）又は前記膨張式タイヤ（５）に接続するための制御部を備え、
   前記制御部は、２方向弁又は３方向弁を備える、請求項２に記載のホイール（２）。
4. 前記第１接続部（６）及び／又は前記第２接続部（７）は、空洞のスポーク（６、７）を備え、及び／又は、
   前記第１接続部（６）と前記第２接続部（７）とは同軸に構成される、請求項２または３に記載のホイール（２）。
5. 前記空気取入口（Ａ）は、前記ハブ内への埃及び水の侵入を防ぐための迷路を備え、
   前記空気取入口（Ａ）は、空気排出口として構成され、
   前記迷路は、空気排出中のブローにより洗浄される、請求項１から４のいずれかに記載のホイール（２）。
6. 前記圧縮機（１０）は、少なくとも２つの異なるステップで空気を圧縮するように構成され、
   前記圧縮機（１０）は、第１ステップで、空気を前記空気リザーバ（８）内の圧力である６バールまで圧縮し、それに続く第２ステップで、圧縮空気をさらに１８バールまで圧縮するように構成され、
   前記圧縮機（１０）は、前記第１ステップで圧縮された空気を第１増加圧力で貯蔵するための貯蔵部（Ｒ）を備え、
   前記貯蔵部（Ｒ）は、前記ハブ（３）内に設置される、請求項２から４のいずれかに記載のホイール（２）。
7. 前記圧縮機（１０）は、固定的及び／又は非回転的方法で前記ハブ（３）に接続される、請求項１から６のいずれかに記載のホイール（２）。
8. 前記圧縮機（１０）は、少なくとも２つの空気を圧縮するためのピストン（１８）またはベローズ（１７）を備え、
   前記ピストン（１８）または前記ベローズ（１７）の各々は、逆止め弁（１９）を備え、
   前記逆止め弁（１９）により、空気が供給されるが、圧縮空気の漏れが防止される、請求項１から７のいずれかに記載のホイール（２）。
9. 前記駆動部（１４、２２）は、カムシャフト（１４）を備え、
   前記カムシャフト（１４）は、前記駆動部（１４、２２）の回転を往復運動またはポンプ運動、具体的には前記回転軸（１３）に直角方向または半径方向の運動に変換するために、前記回転軸（１３）の周りに回転可能である、請求項１から８のいずれかに記載のホイール（２）。
10. 前記圧縮機（１０）と駆動部（１４、２２）とは、遊星ギアクラッチを用いて接続された歯を備え、
    前記遊星ギアクラッチの歯と前記圧縮機（１０）の歯は、１より大きい比を有する、請求項１から９のいずれかに記載のホイール（２）。
11. 前記圧縮機（１０）の前記駆動部（１４、２２）は、遊離位置で、静止した前記回転軸（１３）の周りに、前記ハブ（３）とともに、実質的に同じ角速度で回転可能であり、
    前記圧縮機（１０）の前記駆動部（１４、２２）は、結合位置で、前記ハブ（３）に対して、反対方向に回転する、請求項１０に記載のホイール（２）。
12. 前記ハブ（３）は、クラッチディスク（２５）を備え、
    前記クラッチディスク（２５）は、前記遊離位置で、前記回転軸（１３）周りに、前記ハブ（３）とともに回転し、
    前記クラッチディスク（２５）は、前記結合位置で、前記回転軸（１３）に接続される、請求項１１に記載のホイール（２）。
13. 遊星ギア（２３、２４）が前記クラッチディスク（２５）上に配置され、
    前記遊星ギア（２３、２４）は、前記クラッチディスク（２５）上で回転可能に構成される、請求項１２に記載のホイール（２）。
14. ブレーキ動作又はアクチュエーションユニットからのアクチュエーション信号等の外部信号に反応して前記クラッチディスク（２５）の位置を変えるためのクラッチメカニズムを備える、請求項１２又は１３に記載のホイール（２）。
15. 請求項１から１４のいずれかに記載のホイール（２）に使用されるハブ（３）。
16. 請求項１から１４のいずれかに記載のホイール（２）を備える車両（１）、特に自転車（１）。
17. 請求項１５に記載のハブ（３）又は請求項１から１４のいずれかに記載のホイール（２）に含まれる圧縮機（１０）。