JP6546875B2 - ホイール - Google Patents

Description

本発明の概念は、全般的には、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールに関し、より詳細には、ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイール、ならびにエネルギ回生システム、制動システム、トルク感知システム、制御ユニットシステム、および施錠警報システムなどの、関連システムに関する。本発明の概念は、更に、マルチハブホイールスポーク組みシステム、ならびにその製造および装着方法に関する。

幾つかの統計によれば、自転車の世界的年間生産量は、およそ１億台である。現在のところ、この業界は、レクリエーションおよび都市交通のための自転車使用が増大することによって部分的に支えられ、着実な成長を遂げつつあるように思われる。具体的には、電動自転車、すなわち電動バイクの世界中での使用もまた、都市住民が、化石燃料による交通手段の環境影響、およびモータ駆動の交通手段を律する新たな規制を評価するにつれて、急速に拡大しつつあるように思われる。

従来の電動自転車、すなわち電動バイクは、一般的には、電気モータおよび充電バッテリパックを含み、ペダル補助自転車および全電動自転車の、２つのカテゴリーに分けることができる。ペダル補助自転車は、一般的には、サイクリストがペダルを踏んでいる間のみ作動する電気モータを含むが、他方、全電動自転車は、ペダルを踏むことなく、単にモータ動力のみで動作させることができる。

電動自転車の使用が拡大するにつれて、サイクリストは、自らの既存のペダル式自転車をモータ駆動化することを望む場合がある。しかしながら、従来の自転車用電気変換キットは、一般的には、互いに別個に設置される、大型でかさのあるバッテリパックおよび電気モータを含む。したがって、バッテリパックから電気モータに電力を提供するための配線用ハーネス、加えてバイクを制御するための追加的なワイヤを、自転車のフレーム上に装着しなければならない。

本出願の実施形態は、都市における移動性の分野で多様な用途を有する、ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイールおよび関連システムを、部分的に目的とする。具体的には、本明細書で説明されるハイブリッドセンサ対応自律電動ホイールの実施形態は、数多くのタイプの車両内に改造設置することができる、単一の小型ハブユニット内に統合された複数個のシステムおよびデバイスを含み得る。この方式では、本明細書で説明されるホイールは、様々なタイプの自転車または車両に、「プラグアンドプレイ」方式で設置されることにより、追加的な配線または構成要素を必要とすることなく、既存の従来型ペダル式自転車または他の車両を、電気動力車に変えることができる。

一部の実施形態では、ホイールは、自転車のペダルに加えられるトルクに応答して制御することができる。一部の実施形態では、ホイールは、携帯電話などの無線デバイスから送信される制御指令に応答して制御することができる。

本出願の実施形態は、単一の小型ハブユニット内に統合された複数個のシステムおよびデバイスを有する、予め装着されたハイブリッドセンサ対応自律電動ホイールを含む、二輪自転車を更に目的とする。

本明細書で説明されるハイブリッドセンサ対応自律電動ホイールの実施形態は、ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイールのホイールハブ内部に統合することができる、電気モータ、１つ以上のバッテリまたはエネルギ貯蔵デバイス、制御ユニット、ならびに位置センサシステムおよび／または環境センサシステムなどの、１つ以上の任意選択的センサシステムを含み得る。

一部の実施形態では、ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイールは、自転車のペダルを介して、サイクリストによって加えられるトルクを感知することによって、完全に制御することができる。例えば、サイクリストが、自転車のペダルを介して正のトルクをホイールに加える場合、ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイールは、サイクリストによって加えられた正のトルクを、既定量だけ補足する。すなわち、例えば、ホイールの電気モータが、サイクリストによって加えられたトルクとは別に、既定量の正のトルクを提供する。別の実施例では、サイクリストが負のトルクを加える（例えば、ペダルブレーキを作動させる、ペダルを逆に踏む）場合、ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイールは、サイクリストによって加えられた負のトルクを補足する。すなわち、例えば、ホイールの電気モータが、補足的な負のトルクを発生させる。一部の実施形態では、補足的な負のトルクによって発生したエネルギは、ホイールの１つ以上のバッテリまたはエネルギ貯蔵デバイス内に、伝達および／または貯蔵される。

一部の実施形態では、スマートフォンが、このハイブリッドセンサ対応自律電動ホイールと、ブルートゥース（登録商標）または他の無線プロトコルを介して通信するように構成することができ、ホイールのセンサによって収集される様々なタイプのデータに、アクセスおよび受信することができる。スマートフォンを使用して、ホイールのデータ収集プロセスを構成することもできる。例えば、スマートフォンは、様々なタイプの環境および位置のデータを収集するように、ホイールの制御ユニットおよびセンサシステムを構成することができ、そのデータは、スマートフォンによってアクセスおよび再試行することができる。

スマートフォンを使用して、ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイールの動作モードを制御することもできる。例えば、サイクリストは、ホイールを、エネルギ回生モードまたは運動モードで動作するように構成することにより、サイクリストがペダルを踏んでいる間に、ホイールの電気モータが電気エネルギを生成して、ホイールの１つ以上のバッテリまたはエネルギ貯蔵デバイスに伝達することができる。サイクリストは、加えられる既定量の正のトルクの大きさを、更に設定することができる。

本出願の実施形態は、ホイールスポーク組みシステム、ホイールをスポーク組みする方法、およびホイールスポーク組みシステムを製造する方法を更に目的とする。ホイールスポーク組みシステムは、ホイールリムとホイールハブとの間に連結される、複数個のホイールスポークを含み得る。一実施形態では、複数個のホイールスポークのそれぞれの第１端部および第２端部が、ホイールリムに連結され、複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、ホイールハブに連結される。例えば、複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分は、ホイールハブの湾曲スポークポケットと接合することができる。他の実施形態では、複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分は、ホイールハブのフック、止め金具、および／または突起部と接合することができる。

この方式では、本明細書で説明されるホイールスポーク組みのシステムおよび方法は、ホイールハブ上のスポークフランジの必要性を除去し、ホイールスポークとホイールハブの外側表面との間に、継ぎ目のない連結状態を更に提供する。そのようなシステムおよび方法は、従来のシステムおよび方法を越える、より速いホイールのスポーク組みを提供することができ、より多様なホイールハブの形態を可能にする。

一態様では、電気式モータ駆動の、改造設置可能な車両ホイールは、ホイールリムに連結されるモータ駆動ハブユニット、および非モータ駆動車両にモータ駆動ハブユニットを固定するように構築および配置される機械的結合機構を含む。

一部の実施形態では、機械的結合機構は、モータ駆動ハブユニットを非モータ駆動車両に無線式に固定するように、更に構築および配置される。

一部の実施形態では、非モータ駆動車両は、自転車を含む。

一部の実施形態では、モータ駆動ハブユニットは、電気モータの駆動トルクを制御するように構成される制御ユニット、ならびに制御ユニットおよび電気モータに電気的に接続される電力源を含む。

一部の実施形態では、電気モータ、制御ユニット、および電力源は、モータ駆動ハブユニットの外部ケーシングの内部に提供される。

一部の実施形態では、ホイールは、モータ駆動ホイールハブのスプロケットに加えられるトルクを判定するように構成されるトルクセンサを更に含み、制御ユニットが、加えられたトルクに応答して、電気モータの駆動トルクを調節する。

一部の実施形態では、制御ユニットは、無線制御ユニットまたは携帯電話から無線で受信された指令信号に応答して、電気モータの駆動トルクを調節する。

別の態様では、電気式モータ駆動自転車ホイールは、ホイールリム；電気モータ、バッテリパック、および電気モータの駆動トルクを制御するように構成される制御ユニットを含む、ホイールハブ；ならびにホイールリムをホイールハブに連結する、複数個のホイールスポークを含み、電気モータ、バッテリパック、および制御ユニットは、ホイールハブの内部に配置される。

一部の実施形態では、電気モータは、フレームレス回転モータを含む。

一部の実施形態では、電気モータは、ロータおよびステータを含む。

一部の実施形態では、バッテリパックは、複数個の充電バッテリセルを含む。

一部の実施形態では、複数個の充電バッテリセルは、複数個のリチウムポリマーバッテリを含む。

一部の実施形態では、バッテリパックは、少なくとも２つの直列接続充電バッテリの、少なくとも２つの並列接続のセットを含む。

一部の実施形態では、少なくとも２つの直列接続充電バッテリの、少なくとも２つの並列接続のセットは、６つの直列接続充電バッテリの、３つの並列接続のセットを含む。

一部の実施形態では、バッテリパックは、ホイールハブから取り外し可能である。

一部の実施形態では、ホイールハブは、ホイールハブギアシステムを更に含む。

一部の実施形態では、ホイールハブギアシステムは、自動変速ギアシステムを含む。

一部の実施形態では、自動変速ギアシステムは、３速の自動変速ギアシステムを含む。

一部の実施形態では、ホイールハブギアシステムは、手動変速ギアシステムを含む。

一部の実施形態では、ホイールハブギアシステムは、ホイールハブの内部に部分的に配置される。

一部の実施形態では、ホイールハブギアシステムは、自転車チェーンに噛み合うように構築および配置される、少なくとも１つのギアスプロケットを含む。

一部の実施形態では、自転車チェーンは、ペダルスプロケットに噛み合うように配置され、ペダルスプロケットは、自転車ペダルに連結される。

一部の実施形態では、自転車ペダルに加えられるサイクリストのトルクは、ホイールハブギアシステムの少なくとも１つのギアスプロケットに伝達される。

一部の実施形態では、ホイールハブは、ホイールハブギアシステムに連結されるコースターブレーキを更に含む。

一部の実施形態では、コースターブレーキは、自転車フレームに固定されるように構築および配置される。

一部の実施形態では、機械制動が、コースターブレーキおよび内側ホイールハブギアシステムを通じて発生する。

一部の実施形態では、機械制動は、ペダルの逆踏みに応答して作動される。

一部の実施形態では、複数個のホイールスポークのそれぞれの第１端部および第２端部が、ホイールリムに連結され、複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、ホイールハブの湾曲スポークポケットと接合する。

一部の実施形態では、湾曲スポークポケットは、ホイールハブの外部側面内に形成される。

一部の実施形態では、複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分は、複数個のホイールスポークのそれぞれの中間点に配置される。

一部の実施形態では、複数個のホイールスポークの角度は、約２０度〜約６０度の範囲である。

一部の実施形態では、角度の頂点は、複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分に形成される。

一部の実施形態では、複数個のホイールスポークの角度は、約４０度である。

一部の実施形態では、複数個のホイールスポークは、第１のセットのホイールスポークおよび第２のセットのホイールスポークを含む。

一部の実施形態では、第１ならびに第２のセットのホイールスポークの、第１端部および第２端部が、ホイールリムに連結され、第１のセットのホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、ホイールハブの第１外部側面上の湾曲スポークポケットと接合し、第２のセットのホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、ホイールハブの第２外部側面上の湾曲スポークポケットと接合する。

一部の実施形態では、第１および第２のセットのホイールスポークは、ホイールリムの内周にわたって交互に連結される。

一部の実施形態では、ホイールハブは、取り外し可能なバッテリカバーを更に含む。

一部の実施形態では、ホイールハブは、圧延アルミニウムのホイールハブを含む。

一部の実施形態では、ホイールハブは、回転ユニットおよび静止ユニットを含む。

一部の実施形態では、回転ユニットは、ホイールリムに関連して回転する。

一部の実施形態では、複数個のホイールスポークは、回転ユニットの外部側面に連結される。

一部の実施形態では、電気モータのステータは、静止ユニットに固定される。

一部の実施形態では、電気モータのロータは、回転ユニットに固定される。

別の態様では、電気式モータ駆動自転車ホイールは、ホイールリム；ロータおよびステータを有する電気モータ、ロータおよびステータの一方に連結されるホイールハブギアシステム、トルク感知システム、バッテリパック、ならびに電気モータの駆動トルクを制御するように構成される制御ユニットを含む、ホイールハブ；ならびにホイールリムをホイールハブに連結する、複数個のホイールスポークを含み、電気モータ、トルク感知システム、バッテリパック、および制御ユニットは、ホイールハブの内部に配置される。

一部の実施形態では、トルク感知システムは、ホイールハブギアシステムに加えられるサイクリストのトルクを測定するように構築および配置される。

一部の実施形態では、トルク感知システムは、ホイールハブギアシステムの回転速度を測定するように構築および配置される。

一部の実施形態では、ホイールハブギアシステムは、自動変速ギアシステムを含む。

一部の実施形態では、自動変速ギアシステムは、３速の自動変速ギアシステムを含む。

一部の実施形態では、ホイールハブギアシステムは、手動変速ギアシステムを含む。

一部の実施形態では、ホイールハブギアシステムは、ホイールハブの内部に部分的に配置される。

一部の実施形態では、ホイールハブギアシステムは、自転車チェーンに噛み合うように構築および配置される、少なくとも１つのギアスプロケットを含む。

一部の実施形態では、トルク感知システムは、ホイールハブギアシステムに固定される内側スリーブを含む。

一部の実施形態では、内側スリーブは、ホイールハブギアシステム上に溶接される。

一部の実施形態では、内側スリーブは、ホイールハブギアシステムに関連して回転する。

一部の実施形態では、トルク感知システムは、外側スリーブおよび近接センサを更に含む。

一部の実施形態では、内側スリーブおよび外側スリーブの一方にトルクが加えられると、内側スリーブは、時計回りまたは反時計回りの方向で回転する。

一部の実施形態では、内側スリーブの回転は、内側スリーブの傾斜部を、外側スリーブの傾斜部にずり上げさせるか、またはずり下げさせる。

一部の実施形態では、内側スリーブと外側スリーブとの相互作用は、外側スリーブに対する内側スリーブの横方向変位に影響を及ぼす。

一部の実施形態では、サイクリストのトルクは、内側スリーブと外側スリーブとの間の横方向変位から得られる。

一部の実施形態では、近接センサは、内側スリーブと外側スリーブとの間の横方向変位を判定する。

一部の実施形態では、トルク感知システムは、内側スリーブ、外側スリーブ、および変位センサを含む。

一部の実施形態では、変位センサは、ばね／エラストマ、および圧力センサを含む。

一部の実施形態では、ばね／エラストマ、および圧力センサは、外側スリーブ上に提供される。

一部の実施形態では、トルク感知システムは、内側スリーブ、外側スリーブ、および速度センサを含み、速度センサは、内側スリーブの外側表面上に交互構成で提供される複数個の磁石、およびホール効果センサを含む。

一部の実施形態では、外側スリーブは、ばね／エラストマ機構を含み、このばね／エラストマ機構は、外側スリーブの円筒形ハウジング内に提供され、間隙領域を提供することにより、内側スリーブのノッチを、この間隙領域内に配置することができるように構成される。

別の態様では、電気式モータ駆動自転車ホイールは、ホイールリム；ロータおよびステータを含む電気モータ、ロータおよびステータの一方に連結されるホイールハブギアシステム、バッテリパック、ならびにホイールハブギアシステムに加えられるサイクリストのトルクに応答して電気モータの駆動トルクを制御するように構成される制御ユニットを含む、ホイールハブ；ならびにホイールリムをホイールハブに連結する、複数個のホイールスポークを含み、電気モータ、バッテリパック、および制御ユニットは、ホイールハブの内部に配置される。

一部の実施形態では、サイクリストが、自転車のペダルを介して正のトルクをホイールハブギアシステムに加える場合、制御ユニットは、サイクリストによって加えられた正のトルクを、既定量だけ補足するように、電気モータに指令する。

一部の実施形態では、サイクリストが、自転車のペダルを介して負のトルクをホイールハブギアシステムに加える場合、制御ユニットは、ホイールハブギアシステムに対して負のトルクを発生させるように、電気モータに指令する。

一部の実施形態では、電気モータは、ホイールハブギアシステムに対して負のトルクを発生させる場合、発電機として構成される。

一部の実施形態では、負のトルクを発生させる場合に電気モータによって発生されるエネルギは、バッテリパックに伝達されて貯蔵される。

一部の実施形態では、ホイールハブギアシステムは、自動変速ギアシステムを含む。

一部の実施形態では、自動変速ギアシステムは、３速の自動変速ギアシステムを含む。

一部の実施形態では、ホイールハブギアシステムは、手動変速ギアシステムを含む。

一部の実施形態では、ホイールハブギアシステムは、ホイールハブの内部に部分的に配置される。

一部の実施形態では、ホイールハブギアシステムは、自転車チェーンに噛み合うように配置される、少なくとも１つのギアスプロケットを含む。

一部の実施形態では、制御ユニットは、少なくとも１つの環境センサシステムを含む。

一部の実施形態では、少なくとも１つの環境センサシステムは、ガス分析器、微粒子センサ、温度センサ、湿度センサ、および騒音センサからなる群から選択される、少なくとも１つのセンサシステムを含む。

一部の実施形態では、制御ユニットは、環境センサシステムのデータを収集および保存するように構成される。

一部の実施形態では、制御ユニットは、モバイル／セルラーデータネットワークにアクセスすることができる遠隔通信システムユニットを更に含む。

一部の実施形態では、制御ユニットは、モバイル／セルラーデータネットワークを介して、環境センサシステムのデータを、１つ以上のインターネット接続システムに送信するように更に構成される。

一部の実施形態では、制御ユニットは、位置および時間のデータを受信することができる全地球測位システムユニットを含む。

別の態様では、ホイールスポークを製作する方法は、円筒形ころと締め付けデバイスとの間にスポークを締め付けることと、円筒形ころの周りに、スポークを中間点で屈曲させることとを含み、得られる屈曲スポークは、約２０度〜約６０度の角度を有し、角度の頂点は、スポークの中間点に形成される。

一部の実施形態では、円筒形ころは、ＰＶＣパイプを含む。

一部の実施形態では、円筒形ころは、金属パイプを含む。

一部の実施形態では、円筒形ころは、ソリッドローラを含む。

一部の実施形態では、締め付け具は、ねじクランプを含む。

一部の実施形態では、締め付け具は、工業用クリップを含む。

一部の実施形態では、締め付け具は、１つのプライヤを含む。

一部の実施形態では、スポークの第１端部および第２端部は、ねじ式である。

別の態様では、ホイールは、ホイールリム、スポークフランジを除くホイールハブ、および両端部がねじ式であり、ホイールリムをホイールハブに連結する、複数個の湾曲ホイールスポークを含む。

一部の実施形態では、複数個のホイールスポークのそれぞれの第１端部および第２端部は、ホイールリムに連結され、複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分は、ホイールハブの湾曲スポークポケットと接合する。

一部の実施形態では、湾曲スポークポケットは、ホイールハブの外部側面内に形成される。

一部の実施形態では、複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分は、複数個のホイールスポークのそれぞれの中間点に配置される。

一部の実施形態では、複数個のホイールスポークの角度は、約２０度〜約６０度の範囲である。

一部の実施形態では、角度の頂点は、複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分に形成される。

一部の実施形態では、複数個のホイールスポークの角度は、約４０度である。

一部の実施形態では、複数個のホイールスポークは、第１のセットのホイールスポークおよび第２のセットのホイールスポークを含む。

一部の実施形態では、第１ならびに第２のセットのホイールスポークの、第１端部および第２端部が、ホイールリムに連結され、第１のセットのホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、ホイールハブの第１外部側面上の湾曲スポークポケットと接合し、第２のセットのホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、ホイールハブの第２外部側面上の湾曲スポークポケットと接合する。

一部の実施形態では、第１および第２のセットのホイールスポークは、ホイールリムの内周にわたって交互に連結される。

一部の実施形態では、複数個のホイールスポークのそれぞれの第１端部および第２端部が、ホイールリムに連結され、複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、ホイールハブの外側ケーシング内部に提供される囲繞経路と接合する。

一部の実施形態では、複数個のホイールスポークのそれぞれの第１端部および第２端部が、ホイールリムに連結され、複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、ホイールハブの外側ケーシングから外側方向に延びる突起部またはフックと接合する。

一部の実施形態では、複数個のホイールスポークのそれぞれの第１端部および第２端部が、ホイールリムに連結され、複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、ホイールハブの外部止め金具と接合する。

一部の実施形態では、モータ駆動ハブユニットが、複数個のホイールスポークを介して、ホイールリムに連結される。

一部の実施形態では、ホイールスポークは、引張および圧縮の一方の状態下にある。

一部の実施形態では、モータ駆動ハブユニットは、メッシュ材料を介して、ホイールリムに連結される。

一部の実施形態では、モータ駆動ハブユニットは、円板を介して、ホイールリムに連結される。

本発明の概念の、前述ならびに他の目的、特徴、および有利点は、種々の図の全体を通じて同様の参照符号が同じ要素を指す添付図面に示されるような、より具体的な好ましい実施形態の説明から明らかとなるであろう。図面は必ずしも一定のスケールではなく、好ましい実施形態の原理を説明することに重点が置かれている。

本発明の概念の実施形態による、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールの分解図である。 本発明の概念の実施形態による、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールの斜視図である。 本発明の概念の実施形態による、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールの平面図および断面図である。 本発明の概念の実施形態による、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールの平面図および断面図である。 本発明の概念の実施形態による、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールの平面図および断面図である。 本発明の概念の実施形態による、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールの平面図である。 本発明の概念の実施形態による、図３Ａのハイブリッドセンサ対応電動ホイールの、線Ａ−Ａ´に沿った断面図である。 本発明の概念の実施形態による、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールのためのトルク感知システムの斜視図である。 本発明の概念の実施形態による、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールのためのトルク感知システムの斜視図である。 本発明の概念の実施形態による、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールのためのトルク感知システムの斜視図である。 本発明の概念の実施形態による、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールのためのトルク感知システムのばね／エラストマ機構の幾つかの図を示す。 本発明の概念の実施形態による、ホイールスポークの斜視図である。 本発明の概念の実施形態による、ホイールスポークを製造する方法を示す。 本発明の概念の実施形態による、ホイールスポークを製造する方法を示す。 本発明の概念の実施形態による、ホイールスポークを製造する方法を示す。 本発明の概念の実施形態による、ホイールスポークの配置構成を示す。 本発明の概念の実施形態による、ホイールスポークの配置構成を示す。 本発明の概念の実施形態による、ホイールスポークの配置構成を示す。 本発明の概念の実施形態による、ホイールスポークの配置構成を示す。 本発明の概念の実施形態による、ホイールスポークの配置構成を示す。 本発明の概念の実施形態による、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールのための、制御およびセンサシステム、ならびにモータ制御装置のブロック図である。 本発明の概念の実施形態による、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールによって収集された都市データの３次元グラフである。 本発明の概念の実施形態による、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールによって収集された都市データの３次元グラフである。 本発明の概念の実施形態による、自転車上に装着されたハイブリッドセンサ対応電動ホイールの図である。 本発明の概念の実施形態による、自転車上に装着されたハイブリッドセンサ対応電動ホイールの図である。 本発明の概念の実施形態による、自転車上に装着されたハイブリッドセンサ対応電動ホイールの図である。

本明細書で使用される用語は、具体的な実施形態を説明することを目的とするものであり、発明の概念を限定することを意図するものではない。本明細書で使用するとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明確にそうではないことを指示しない限り、複数形も同様に含むことを意図するものとする。用語「備える」、「備えている」、「含む」、および／または「含んでいる」は、本明細書で使用する場合、記述される特徴、整数、工程、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、整数、工程、動作、要素、構成要素、および／またはこれらの群の存在もしくは追加を排除するものではないことが、更に理解されよう。

第１、第２、第３などの用語は、本明細書では、様々な限定、要素、構成要素、領域、層、および／または区域を説明するために使用する場合があるが、これらの限定、要素、構成要素、領域、層、および／または区域は、これらの用語によって限定するべきではないことが理解されよう。これらの用語は、１つの限定、要素、構成要素、領域、層、または区域を、別の限定、要素、構成要素、領域、層、または区域から区別するためにのみ使用される。それゆえ、以下で説明される、第１の限定、要素、構成要素、領域、層、または区域を、本出願の教示から逸脱することなく、第２の限定、要素、構成要素、領域、層、または区域と呼称することが可能である。

要素が、別の要素の「上に」あるか、または別の要素に「連結される」、もしくは「結合される」として言及される場合、その要素は、他の要素の上もしくは上方に直接存在するか、または他の要素に直接連結、もしくは直接結合してもよく、あるいは、介在要素が存在してもよいことが更に理解されよう。対照的に、要素が、別の要素の「上に直接」あるか、または別の要素に「直接連結される」、もしくは「直接結合される」として言及される場合、介在要素は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の用語は、同様の方式で解釈するべきである（例えば、「間に」に対する「間に直接」、「隣接する」に対する「直接隣接する」など）。要素が、別の要素の「上方に」あるとして、本明細書で言及される場合、その要素は、他の要素の上方または下方にあってもよく、また他の要素に直接結合するか、または介在要素が存在してもよく、あるいは要素は、空隙もしくは間隙によって離間されてもよい。

図１Ａは、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールの分解図であり、図１Ｂは、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールの斜視図である。ハイブリッドセンサ対応電動ホイール１００は、タイヤ１０１、ホイールリム１０２、複数個のスポーク１０３、およびホイールハブ１０４を含み得る。

ホイールリム１０２は、複数個のスポーク１０３を介して、ホイールハブ１０４に連結される。この例示的実施形態では、複数個のスポーク１０３のそれぞれの第１端部および第２端部が、ホイールリム１０２に連結され、複数個のスポーク１０３のそれぞれの湾曲部分１０３ａが、ホイールハブ１０４の湾曲スポークポケット１０５と接合する。この方式では、複数個のスポーク１０３の湾曲部分１０３ａは、ホイールハブ１０４の外部側面と接合することにより、ホイールリム１０２をホイールハブ１０４に連結する。

一実施形態では、モータ駆動ハブユニットが、複数個のホイールスポークを介して、ホイールリムに連結され、ホイールスポークを、引張および圧縮の一方の状態にすることができる。別の実施形態では、モータ駆動ハブユニットは、メッシュ材料を介して、ホイールリムに連結される。別の実施形態では、モータ駆動ハブユニットは、円板を介して、ホイールリムに連結される。

図示されてはいないが、ホイールリム１０２およびホイールハブ１０４は、代替的に、従来のホイールスポーク組みの典型に従って連結することができる。例えば、複数個のスポークのそれぞれの第１端部を、ホイールリム１０２に連結することができ、複数個のスポークのそれぞれの第２端部を、ホイールハブ１０４に連結することができる。そのような従来のスポーク組みの典型は、当該技術分野において周知であり、それゆえ、それらの典型の更なる詳細な説明は省略するものとする。

図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、ホイールハブ１０４は、モジュラーシステムパッケージ１１０、ロータ１２０、ステータ１３０、内側ホイールハブギアシステム１４０に結合し、かつこれを駆動する機械的駆動ユニット１９０、トルク感知システム１５０、モータケーシング１６０、任意選択的取り外し可能バッテリカバー１７０、および任意選択的コースターブレーキ１８０を含み得る。コースターブレーキ１８０、およびホイールハブギアシステム１４０のスプロケット部分を除いて、ハイブリッドセンサ対応電動ホイール１００の、全ての機械的構成要素および電気的構成要素は、ホイールハブ１０４の内部にパッケージ化することができる。ハイブリッドセンサ対応電動ホイール１００の、モジュール方式および電気機械的パッケージ化によって、様々なタイプの二輪自転車および車両内へ容易に改造設置することができるシステムが提供される。

図３Ｂを参照すると、ホイールハブ１０４は、アルミニウムハブを含み得、回転ユニット１０４ｒおよび静止ユニット１０４ｓを含み得る。ホイールハブ１０４は、アルミニウムに加えて、またはアルミニウムの代わりに、プラスチック材料、金属材料、およびグラファイト材料などの、様々な他の材料を含み得る。スポーク１０３は、ロータ１２０および内側ホイールハブギアシステム１４０を収容する、回転ユニット１０４ｒの、外部側面に連結することができる。静止ユニット１０４ｓは、モジュラーシステムパッケージ１１０、ステータ１３０、およびトルク感知システム１５０を収容する。

図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、モジュラーシステムパッケージ１１０は、任意選択的遠隔通信および全地球測位システムユニット１１１、モータ制御装置１１２、および任意選択的環境センサシステムユニット１１５を含む、制御ユニット３０００を含み得る。モジュラーシステムパッケージ１１０は、１つ以上のバッテリまたはエネルギ貯蔵デバイス１１３、１１３ａ〜ｄを更に含み得る。ホイールハブ１０４の取り外し可能バッテリカバー１７０は、モジュラーシステムパッケージ１１０の１つ以上のバッテリまたはエネルギ貯蔵デバイス１１３、１１３ａ〜ｄへのアクセスを提供することができる。モジュラーシステムパッケージ１１０は、図２Ｃに関連して、以下で更に詳細に説明される。

ロータ１２０およびステータ１３０は、一体となって、ハイブリッドセンサ対応電動ホイール１００のモータ１３５を形成する。モータ１３５は、例えば、現在Ｄａｎａｈｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ Ｄ．Ｃ．，ＵＳＡ）の子会社であるＫｏｌｌｍｏｒｇｅｎ（Ｒａｄｆｏｒｄ，ＶＡ，ＵＳＡ）製の、ＦおよびＦＨシリーズのフレームレスＤＤＲサーボモータなどの、フレームレス直接駆動回転モータを含み得る。一実施形態では、モータ１３５は、Ｋｏｌｌｍｏｒｇｅｎ Ｆ４３０９Ａ−１１１フレームレスモータを含む。しかしながら、本明細書で説明される、本発明の概念の趣旨および範囲から逸脱することなく、他のタイプのモータを、ハイブリッドセンサ対応電動ホイール１００の内部に統合することができる。

内側ホイールハブギアシステム１４０は、自動または手動の変速ギアを含み得る。自動変速ギアの場合、ギア変速は、サイクリストおよびモータ１３５によって加えられるトルクと、ホイール１００の速度との組み合わせに基づいて制御される。一実施形態では、内側ホイールハブギアシステムは、Ｓｈｉｍａｎｏ（大阪、日本）製の、コースターブレーキを備えるＳｈｉｍａｎｏ Ｎｅｘｕｓ３速ギアシステムを含む。しかしながら、本明細書で説明される、本発明の概念の趣旨および範囲から逸脱することなく、他のタイプの内側ホイールハブギアシステムを、ハイブリッドセンサ対応電動ホイール１００の内部に統合することができる。

ホイールハブ１０４は、トルク感知システム１５０、モータケーシング１６０、およびコースターブレーキ１８０を更に含み得る。一部の実施形態では、機械制動が、コースターブレーキ１８０および／または内側ホイールハブギアシステム１４０を通じて発生し、サイクリストによってペダルに加えられる負のトルクの量によって制御される。例えば、サイクリストは、ペダルの逆踏みによって機械制動を作動させることができる。

機械制動に加えて、一部の実施形態では、回生制動が利用可能である。回生制動もまた、サイクリストのペダルの逆踏みに応答して作動させることができる。例えば、ペダルを逆踏みするサイクリストによって加えられるトルクおよび速度は、トルク感知システム１５０を介して測定することができる。測定されたトルクおよび／または速度に応答して、モジュラーシステムパッケージ１１０の制御ユニット３０００が、回生制動を作動させることができる。

例えば、サイクリストがペダルを逆に踏むと、モジュラーシステムパッケージ１１０の制御ユニット３０００を介して制御される回生制動が作動する。すなわち、ホイール１００の電気モータ１３５が、発電機として作動して、補足的な負のトルクを発生させ、この補足的な負のトルクに応答して発生したエネルギが、ホイール１００の１つ以上のバッテリまたはエネルギ貯蔵デバイス１１３に伝達され、貯蔵される。

一部の実施形態では、コースターブレーキ１８０および／または内側ホイールハブギアシステム１４０を通じて発生する機械制動は、回生制動が十分な量の負のトルクを提供することができない場合に作動される。すなわち、サイクリストが、より大きい負のトルクを加える（すなわち、より強くペダルを逆に踏む）と、機械制動を作動させることができる。

例えば、サイクリストが、より強くペダルを逆に踏む（すなわち、より大きい負のトルクを加える）と、回生制動に加えて、機械制動が作動する。しかしながら、一部の実施形態では、回生制動は、機械制動の作動に応答して、作動停止する。

図２Ａ〜図２Ｃは、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールの平面図および断面図である。ハイブリッドセンサ対応電動ホイール１００は、様々なタイプの二輪自転車および他の車両内にホイール１００を改造設置することができるように、様々なサイズで製造することができる。

ハイブリッドセンサ対応電動ホイール１００は、鉛直軸２００に沿った全長（すなわち、直径）Ｌ１を有し、この全長Ｌ１は、一部の実施形態では、約２００ミリメートル〜約７２４ミリメートルの範囲とすることができる。一実施形態では、長さＬ１は、約６２４ミリメートル±２ミリメートルである。ハイブリッドセンサ対応電動ホイール１００は、水平軸２０１に沿った全幅Ｗ１を有し、この全幅Ｗ１は、一部の実施形態では、約９０ミリメートル〜約１１５ミリメートルの範囲とすることができる。一実施形態では、幅Ｗ１は、約１１５ミリメートル±２ミリメートルである。

ハイブリッドセンサ対応電動ホイール１００のホイールハブ１０４は、鉛直軸２００に沿った全長（すなわち、直径）Ｌ２を有し、この全長Ｌ２は、一部の実施形態では、約２００ミリメートル〜約５００ミリメートルの範囲とすることができる。一実施形態では、長さＬ２は、約３１４．３２５ミリメートル±２ミリメートルである。

図２Ｃを参照すると、ホイールハブ１０４は、モジュラーシステムパッケージ１１０を含み得、このモジュラーシステムパッケージ１１０は、ハイブリッドセンサ対応電動ホイール１００のホイールハブ１０４の内部にパッケージ化することができる。したがって、モジュラーシステムパッケージ１１０は、ホイールハブ１０４の外側ケーシングによって、外部の環境条件から保護することができる。一部の実施形態では、湿気、ちり、泥、および破砕物などの、環境条件に対して保護するために、モジュラーシステムパッケージ１１０および／またはその構成要素に、絶縁保護コーティング材料が適用される。

上述のように、ハイブリッドセンサ対応電動ホイール１００のホイールハブ１０４内部の構成要素およびシステムの、モジュール方式ならびに電気機械的パッケージ化によって、ホイール１００は、自転車のフレームに固定される様々なタイプの配線用ハーネス、結束バンド、および外部バッテリパックを必要とすることなく、様々なタイプの二輪自転車内へ容易に改造設置することが可能となる。

モジュラーシステムパッケージ１１０は、任意選択的遠隔通信および全地球測位システムユニット１１１、モータ制御装置１１２、１つ以上のバッテリまたはエネルギ貯蔵デバイス１１３、１１３ａ〜ｅ、１つ以上の制御ユニット１１４、ならびに任意選択的環境センサシステム１１５を含み得る。

１つ以上の制御ユニット１１４は、モータ制御装置１１２と通信して制御するように構成される、マイクロプロセシングシステムを含み得る（例えば、図８のユニット８１１を参照）。１つ以上の制御ユニット１１４のマイクロプロセシングシステムは、任意選択的遠隔通信および全地球測位システムユニット１１１と通信して制御するように更に構成することができる。

遠隔通信および全地球測位システムユニット１１１は、位置および時間のデータを提供することができる、全地球測位システム（ＧＰＳ）ユニットもしくは他の位置測位技術、ならびにモバイル／セルラーデータネットワークへのアクセスを提供することができる、遠隔通信システムユニットを含み得る（例えば、図８のユニット８１５を参照）。一実施形態では、遠隔通信システムユニットは、２Ｇおよび３Ｇセルラー通信システム、もしくは他の無線通信モードへのアクセスを提供することができる、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）ユニットまたは他の無線技術を含む。しかしながら、遠隔通信システムユニットは、様々な他のタイプの２Ｇ、３Ｇ、および４Ｇ遠隔通信システムを含み得る。一部の実施形態では、遠隔通信および全地球測位システムユニット１１１は、１つ以上の制御ユニット１１４の内部に統合される。

モータ制御装置１１２は、ロータ１２０の位置／配向に基づいて３相の駆動電流を発生させる、３相ブラシレスＤＣモータドライバを含み得る（例えば、図８のユニット８０４、８０４ａ、８０４ｂを参照）。モータ制御装置１１２は、ホール効果センサ、回転位置センサを使用して、または非駆動コイル内の逆起電力を測定することによって、ロータの位置／配向／速度を判定することができる。他の実施形態では、モータ制御装置１１２は、ホイール１００の内部に統合された特定のタイプのモータ１３５に関連する、モータドライバを含み得る。

１つ以上のバッテリまたはエネルギ貯蔵デバイス１１３、１１３ａ〜ｅは、１つ以上の充電バッテリ、１つ以上のバルクコンデンサー、またはこれらの組み合わせを含み得る。１つ以上のバッテリ１１３、１１３ａ〜ｅは、単一の取り外し可能なバッテリパックとして構成することができる。

一実施形態では、バッテリ１１３は、１８個の、Ｋｏｋａｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，ＬＴＤ（Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ）製のＳｕｐｅｒｉｏｒ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｂａｔｔｅｒｙ（ＳＬＰＢ４８６４９５）を含む。この実施形態では、１８個のＳｕｐｅｒｉｏｒ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｂａｔｔｅｒｙ（ＳＬＰＢ４８６４９５）のそれぞれは、３．７ボルトの公称電圧および３アンペア時の容量を有し、バッテリシステムは、２２．２ボルトの電圧および９アンペア時の容量を有し、重量が約１．０６２キログラムであるように構成される。したがって、このバッテリシステムは、６つの直列接続バッテリの、３つの並列接続のセットで構成される。一部の実施形態では、バッテリは、ホイールハブ１０４の内部に固定されている。

環境センサシステム１１５は、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯｘ、Ｏ２、およびＯ３含有量のうちの少なくとも１つを測定することが可能なガス分析器、および／または大小の空気微粒子を測定するための微粒子センサを含み得る。環境センサ１１５は、周囲温度および相対湿度を測定するための、温湿度センサを含み得る。環境センサ１１５は、環境騒音公害を測定するための、騒音センサを含み得る。

図３Ａは、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールの平面図であり、図３Ｂは、図３Ａのハイブリッドセンサ対応電動ホイールの、線Ａ−Ａ´に沿った断面図である。

上述のように、ホイールハブ１０４は、回転ユニット１０４ｒおよび静止ユニット１０４ｓを含み得る。スポーク１０３は、ロータ１２０および内側ホイールハブギアシステム１４０を収容する、回転ユニット１０４ｒの、外部側面に連結することができる。静止ユニット１０４ｓは、モジュラーシステムパッケージ１１０、ステータ１３０、およびトルク感知システム１５０を収容する。

この例示的実施例では、バッテリ１１３は、水平軸２０１に対して、ホイールハブ１０４の内部で同心円状に配置される。したがって、バッテリ１１３は、ホイールハブケーシングのかさを低減するように、ホイールハブ１０４の内部に配置される。

図４Ａは、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールのためのトルク感知システムの斜視図である。トルク感知システム１５０は、内側スリーブ１５０１、外側スリーブ１５０２、および近接センサ１５０４を含み得る。内側スリーブ１５０１および外側スリーブ１５０２は、内側スリーブ１５０１と外側スリーブ１５０２との間の横方向変位ＬＤに影響を及ぼし得る、対向する傾斜部１５０３、１５０３ａ〜ｂを含む。

例えば、内側スリーブ１５０１および外側スリーブ１５０２の一方にトルクが加えられると、内側スリーブ１５０１は、外側スリーブ１５０２に対して、時計回りまたは反時計回りの方向で回転する（Ｒ）ことができる。内側スリーブ１５０１の回転Ｒは、内側スリーブ１５０１の傾斜部１５０３ａを、外側スリーブ１５０２の傾斜部１５０３ｂにずり上げさせるか、またはずり下げさせる。したがって、内側スリーブ１５０１の回転Ｒは、内側スリーブ１５０１と外側スリーブ１５０２との間の横方向変位ＬＤに影響を及ぼし得る。すなわち、内側スリーブ１５０１の傾斜部１５０３ａが、外側スリーブ１５０２の傾斜部１５０３ｂをずり上がると、内側スリーブ１５０１と外側スリーブ１５０２との間の横方向変位ＬＤが増大し、内側スリーブ１５０１の傾斜部１５０３ａが、外側スリーブ１５０２の傾斜部１５０３ｂをずり下がると、内側スリーブ１５０１と外側スリーブ１５０２との間の横方向変位ＬＤが減少する。

内側スリーブ１５０１と外側スリーブ１５０２との間の横方向変位ＬＤを測定することができるように、内側スリーブ１５０１および外側スリーブ１５０２上に、近接センサ１５０４を提供することができる。近接センサ１５０４は、外側スリーブ１５０２の表面上に提供されるように示される。

内側スリーブ１５０１には、ばね／エラストマ機構１５１０（図４Ｄに関連して、以下で詳細に示され、説明される）と接合することができる、ノッチ１５０５を提供することができる。ばね／エラストマ機構１５１０は、内側スリーブ１５０１のノッチ１５０５を介して、既知の力（すなわち、既知のばね定数によって）を、内側スリーブ１５０１に対して加える。

したがって、内側スリーブ１５０１および外側スリーブ１５０２の一方に加えられるトルクは、測定される横方向変位ＬＤと、内側スリーブ１５０１のノッチに加えられる既知の力との組み合わせから算定することができる。

図４Ｂは、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールのためのトルク感知システムの斜視図である。上述のものと同じ機能を有する要素は、同様の参照符号によって指示されるため、それらの要素の詳細な説明は繰り返さないものとする。

図４Ｂに示されるトルク感知システム１５０は、図４Ａに示されるトルク感知システム１５０と同様の方式で動作するが、しかしながら、図４Ａに示されるトルク感知システム１５０の近接センサ１５０４は、ばね／エラストマ１５０６ａおよび圧力センサ１５０６ｂを含む、変位センサ１５０６、あるいは抵抗式、容量式、または他のタイプの距離測定技術などの、距離を測定するための他の技術で置換されている。

図４Ｃは、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールのためのトルク感知システムの斜視図である。上述のものと同じ機能を有する要素は、同様の参照符号によって指示されるため、それらの要素の詳細な説明は繰り返さないものとする。

本出願の全体を通して説明されるトルク感知システム１５０は、１つ以上のホール効果センサ１５０７および複数個の磁石１５０８を含む、速度感知システムを更に含み得る。一実施形態では、磁石１５０８は、内側スリーブ１５０１の外側表面上に、交互構成で提供され、既定の距離ｄ１で離間している。すなわち、内側スリーブの外側表面上に提供される磁石１５０８は、磁極が交互に配置される（例えば、Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓ−Ｎ−Ｓ）。この方式では、時間−距離の関係に基づいて、速度の測定値を算定することができる。

図４Ｄは、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールのためのトルク感知システムの、ばね／エラストマ機構の幾つかの図を示す。上述のものと同じ機能を有する要素は、同様の参照符号によって指示されるため、それらの要素の詳細な説明は繰り返さないものとする。

トルク感知システム１５０のばね／エラストマ機構１５１０は、第１および第２のばね／エラストマ１５１１、ならびに任意選択的圧力センサ１５１３を含み得る。第１および第２のばね／エラストマ１５１１は、外側スリーブ１５０２の円筒形ハウジング１５１４内に提供されており、間隙領域１５１２を提供することにより、内側スリーブ１５０１のノッチ１５０５を、この間隙領域１５１２内に提供することができるように構成される。上述のように、ばね／エラストマ機構１５１０は、ノッチ１５０５を介して、既知の力（すなわち、既知のばね定数によって）を、内側スリーブ１５０１に対して加えることができる。

図１〜図４Ｄを参照すると、ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイール１００は、自転車のペダルを介して、サイクリストによって加えられるトルクを感知することによって、完全に制御することができる。例えば、サイクリストが、自転車のペダルを介して正のトルクを内側ホイールハブギアシステム１４０に加える場合、ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイール１００は、サイクリストによって加えられた正のトルクを、既定量だけ補足する。すなわち、例えば、ホイール１００の電気モータ１３５が、既定量の正のトルクを提供する。別の実施例では、サイクリストが負のトルクを加える（例えば、ペダルブレーキを作動させる、ペダルを逆に踏む）場合、ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイール１００は、サイクリストによって加えられた負のトルクを補足する。すなわち、例えば、ホイール１００の電気モータ１３５が、補足的な負のトルクを発生させる。一部の実施形態では、補足的な負のトルクによって発生したエネルギは、ホイール１００の１つ以上のバッテリまたはエネルギ貯蔵デバイス１１３内に、伝達および／または貯蔵される。

一部の実施形態では、図１０Ｃに示されるスマートフォンなどの、スマートフォンを、このハイブリッドセンサ対応自律電動ホイール１００の、モータ制御装置１１２または１つ以上の制御ユニット１１４と、ブルートゥース（登録商標）または他の無線プロトコルを介して通信するように構成することができる。このスマートフォンは、ホイールのセンサによって収集される様々なタイプのデータに、アクセス、受信、および表示するように構成することができ、そのデータ収集プロセスを構成することができる。例えば、スマートフォンは、様々なタイプの環境および位置のデータを収集するように、ホイール１００の１つ以上の制御ユニット１１４およびセンサシステムを構成することができる、

スマートフォンはまた、ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイール１００の動作モードを制御するように構成することもできる。例えば、サイクリストは、スマートフォンを介して、ホイール１００を、エネルギ回生モードまたは運動モードで動作するように構成することにより、サイクリストがペダルを踏んでいる間に、ホイール１００の電気モータ１３５が電気エネルギを生成して、ホイール１００の１つ以上のバッテリまたはエネルギ貯蔵デバイス１１３に伝達することができる。

上記では、スマートフォンが説明されているが、タブレットコンピュータ、ネットブック、およびラップトップなどの、他のタイプの無線電子デバイス、あるいは他の無線制御ユニットを、ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイール１００の、モータ制御装置１１２または１つ以上の制御ユニット１１４もしくは制御ユニット１１５と通信するように構成することができる。別の実施形態では、手動式ハンドルバーレバーなどの、ケーブル接続レバーを、モータ制御装置１１２に接続することにより、モータの駆動トルクまたは制動トルクの一方を制御することができる。

一実施形態では、トルク感知システムはまた、スプロケットと、ハブを横断するシャフトとの間に位置し、スプロケットとシャフトとの接触領域を覆う、円形圧力センサまたは複数個の点状圧力センサも含む。この圧力測定は、移動方向で水平に加えられる直線力を抽出し、トルクの測定値に変換する。

一実施形態では、トルク感知システムはまた、ハブを横断するシャフトの内側で長手方向に位置する、直線張力センサも含み、スプロケットに対してトルクが加わる間に発生するシャフトの屈曲を測定する。この張力測定は、移動方向で水平に加えられる直線力の一部を抽出し、トルクの測定値に変換する。容量性ならびに抵抗性センサを、同じ測定値を取得するために使用して、シャフトの内側に配置することができる。

図５は、ホイールスポークの斜視図である。

図１Ａを参照して上述したように、ホイールリム１０２は、複数個のスポーク１０３を介して、ホイールハブ１０４に連結される。複数個のスポーク１０３のそれぞれの第１端部１０３ｂおよび第２端部１０３ｃが、ホイールリム１０２に連結され、複数個のスポーク１０３のそれぞれの湾曲部分１０３ａが、ホイールハブ１０４の湾曲スポークポケット１０５と接合する。この方式では、複数個のスポーク１０３の湾曲部分１０３ａは、ホイールハブ１０４の外部表面と接合することにより、ホイールリム１０２をホイールハブ１０４に連結する。このリムはまた、標準的なフランジではなく、穴を貫通して、またはフックによってハブの表面と接合する、複数個の直線スポークによって、ハブに連結させることもできる。

図５を参照すると、スポーク１０３は、長さＬ４を有し、この長さＬ４は、一部の実施形態では、約１００ミリメートル〜約６００ミリメートルの範囲とすることができる。一実施形態では、長さＬ４は、約３４１ミリメートル±２ミリメートルである。スポーク１０３は、直径Ｄ１を有し、この直径Ｄ１は、一部の実施形態では、約１ミリメートル〜約５ミリメートルの範囲とすることができる。一実施形態では、直径Ｄ１は、約２ミリメートル±０．２５ミリメートルである。

一部の実施形態では、スポーク１０３の第１端部１０３ｂおよび第２端部１０３ｃは、ねじ式とすることができる。スポーク１０３のねじ部分は、ピッチＰ１を有し得、このピッチＰ１は、一部の実施形態では、約０．２５ミリメートル〜約０．４５ミリメートルの範囲とすることができる。一実施形態では、ピッチＰ１は、約０．４５ミリメートル±０．２ミリメートルである。更には、スポークのねじ部分は、１インチ当りのねじ山（ｔｐｉ）数Ｔ１を有し得、このｔｐｉ数Ｔ１は、約２２ｔｐｉ〜約６２ｔｐｉの範囲とすることができる一実施形態では、ｔｐｉ数は、約５６ｔｐｉ±５ｔｐｉである。一部の実施形態では、ｔｐｉ数は、自転車のリムまたは他の車両に関連する、標準的なニップルのねじ山数とすることができる。

一般的には、スポークの数「ｎ」、長さＬ４、直径Ｄ１、ピッチＰＩ、ｔｐｉ数Ｔ１は、ホイール１００のサイズ、およびその用途によって決定される。一実施形態では、ホイールリム１０２は、１８個の屈曲ワイヤスポーク１０３を介して、ホイールハブ１０４に連結される（図７を参照）。しかしながら、他の実施形態では、屈曲ワイヤスポーク１０３の数は、約１２〜約２０の範囲とすることができる。一部の実施形態では、ホイールリム１０２は、７００ｃのホイールリムを含み、１８個の屈曲ワイヤスポーク１０３が、ホイールリム１０２上の３６個のニップル内に螺入される。しかしながら、少なくとも図５、図６Ａ〜図６Ｃ、および図７を参照して本明細書で説明される、スポーク組みの概念は、本出願の全面的かつ完全な開示の後に、当業者によって、任意のサイズのホイールリム１０２に関して適用および修正することができる。

図６Ａ〜図６Ｃは、ホイールスポークを製造する方法を示す。図６Ａ〜図６Ｃは、屈曲ワイヤスポーク１０３を製造する手動方法を開示するが、本出願の全面的かつ完全な開示の後に、当業者であれば、本明細書で説明される屈曲ワイヤスポーク１０３は、自動化プロセスによって製造可能であることを、容易に理解するであろう。

図６Ａを参照すると、スポーク１０３は、円筒形ころ６０１と締め付けデバイス６０２との間に締め付けられる。円筒形ころ６０１は、ＰＶＣもしくは金属のパイプなどのパイプ、またはソリッドローラを含み得る。締め付けデバイス６０２は、ねじクランプ、工業用クリップ、またはプライヤを含み得る。

図６Ｂを参照すると、スポークは、中間点ＭＰで屈曲され、円筒形ころ６０１の外側湾曲に対応する湾曲を作り出す。一実施形態では、スポークは、約１５ミリメートル〜約２０ミリメートルの範囲の湾曲を有して、中間点ＭＰで屈曲される。

図６Ｃを参照すると、得られる屈曲ワイヤスポークは、最終角度Θを有し得、この最終角度Θは、一部の実施形態では、約２０度〜約６０度の範囲とすることができる。このスポーク組み機構は、ハブ上のフランジに関する必要性を除去し、スポークとハブの外面との間の継ぎ目のない連結を可能にし、ホイールへのハブの取り付け、またはホイールからのハブの取り外しの際の、より早いスポーク組みの方法を提供する。一実施形態では、最終角度Θは、約４０度±５度である。

ホイールスポークを製造する上記の方法に加えて、本明細書で説明されるホイールスポーク１０３は、形成および鍛造法、成型法、ならびに射出法などの、様々な他の方法によって製造することができる。

図７Ａ〜図７Ｅは、ホイールスポークの配置構成を示す。図示のホイールスポークの配置構成は、ホイールハブ１０４の第１側面１０４ａおよび第２側面１０４ｂと交互に接合する、第１のセットの屈曲ワイヤホイールスポーク１０３（例えば、１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、７ａ、８ａ、９ａ）および第２のセットの屈曲ワイヤホイールスポーク１０３（例えば、１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、９ｂ）を含む。すなわち、第１のセットの屈曲ワイヤホイールスポーク１０３（例えば、１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、７ａ、８ａ、９ａ）のそれぞれの湾曲部分１０３ａは、ホイールハブ１０４の第１側面１０４ａ上の、対応する湾曲ポケット２０００と接合し、第２のセットの屈曲ワイヤホイールスポーク１０３（例えば、１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、９ｂ）のそれぞれの湾曲部分１０３ａは、ホイールハブ１０４の第２側面１０４ｂ上の、対応する湾曲ポケット２０００と接合する。更には、この図示される配置構成では、屈曲ワイヤホイールスポーク１０３は、第１および第２のセットの屈曲ワイヤホイールスポーク１０３が交互になるように（例えば、１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ）、ホイールリム１０２の内周にわたって交互に配置される。

図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、一部の実施形態では、屈曲スポーク１０３の湾曲部分１０３ａは、ホイールハブ１０４の側面上に提供される湾曲スポークポケット２０００と接合することができる。湾曲スポークポケット２０００は、ホイールハブ１０４の外側ケーシング内部の陥凹として提供することができる。

図７Ｃを参照すると、一部の実施形態では、屈曲スポークの湾曲部分１０３ａは、ハブホイール１０４の外側ケーシング内部に提供される、囲繞経路と接合することができる。したがって、ワイヤまたはロープホイールスポーク１０３は、囲繞経路２００１を通り抜けることができる。

図７Ｄを参照すると、一部の実施形態では、屈曲スポークの湾曲部分１０３ａは、ホイールハブ１０４の側面上に提供される、フックまたは突起部２００２と接合することができる。

図７Ｅを参照すると、一部の実施形態では、屈曲スポークの湾曲部分１０３ａは、ハブホイール１０４の外側ケーシング上に提供される、外部止め金具２００３と接合することができる。

図７Ａに示されるホイールスポークの配置構成は、１８個の屈曲ワイヤホイールスポーク１０３を含むが、本明細書で説明されるスポーク組みの概念は、本出願の全面的かつ完全な開示の後に、当業者によって、任意数「ｎ」の屈曲ワイヤホイールスポークを含むように、適用および修正することができる。更には、ホイールスポークは、他の材料から構成されてもよく、それらの材料としては、ワイヤロープまたはメッシュが挙げられるが、これらに限定されない。更には、本明細書で説明されるホイールスポーク組みの配置構成は、本出願の全面的かつ完全な開示の後に、当業者によって、任意のタイプの車両ホイール（例えば、自動車、オートバイ、スクーターなど）に関して適用および修正することができる。

図８は、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールのための、制御およびセンサシステム、ならびにモータ制御装置のブロック図である。

制御ユニット１１４は、マイクロプロセシングシステム８１１、任意選択的ブルートゥース（登録商標）通信ユニット８１０、加速度計８１３、遠隔通信および全地球測位システムユニット８１５、および複数個の環境センサ８１６，８１７、８２１、８２２を含み得る。

マイクロプロセシングシステム８１１は、モータ制御装置１１２と通信して制御するように構成することができ、デバッグシリアルポート８１４およびＰＧＭポート８１２を含み得る。この例示的実施形態では、マイクロプロセシングシステム８１１の入力ライン／出力ラインは、それぞれ、モータ制御装置１１２のマイクロプロセシングシステム８０１の出力ライン／入力ラインに接続される。一部の実施形態では、制御ユニット１１４のマイクロプロセシングシステム８１１と、モータ制御装置１１２のマイクロプロセシングシステム８０１との間の接続を隔離することができる。

環境センサ８１６は、ＣＯ、ＮＯｘ、Ｏ２、およびＯ３含有量のうちの少なくとも１つを測定することが可能なガス分析器を含み得る。環境センサ８１７は、大小の空気微粒子を測定するための微粒子センサを含み得る。環境センサ８２１は、周囲温度および相対湿度を測定するための、温湿度センサを含み得る。環境センサ８２２は、環境騒音公害を測定するための、騒音センサを含み得る。

遠隔通信および全地球測位システムユニット８１５は、位置および時間のデータを提供することができる、全地球測位システム（ＧＰＳ）ユニット、ならびにモバイル／セルラーデータネットワークへのアクセスを提供することができる、遠隔通信システムユニットを含み得る。一実施形態では、遠隔通信システムユニットは、２Ｇおよび３Ｇセルラー通信システムへのアクセスを提供することができる、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）ユニットを含む。しかしながら、遠隔通信システムユニットは、様々な他のタイプの２Ｇ、３Ｇ、および４Ｇ遠隔通信システムを含み得る。

モータ制御装置１１２は、マイクロプロセシングシステム８０１、任意選択的ブルートゥース（登録商標）通信ユニット８１０、電力源８０５、３相ブラシレスＤＣモータドライバ８０４、および圧電警報ブザー８２１を含み得る。

３相ブラシレスＤＣモータドライバ８０４は、マイクロプロセシングシステム８０１によって出力される駆動信号に応答して、ロータ１２０の位置／配向に基づいた３相の駆動電流８０４ａを発生させる。モータ制御装置１１２は、ホール効果センサ８０４ｂ、回転位置センサを使用して、または非駆動コイル内の逆起電力を測定することによって、ロータの位置／配向を判定することができる。他の実施形態では、モータ制御装置１１２は、ホイール１００の内部に統合された特定のタイプのモータ１３５に関連する、モータドライバを含み得る。

一部の実施形態では、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールシステム１１２、１１４は、無線制御システム５０００を介して、構成および／または制御することができる。この無線制御システムは、マイクロプロセシングシステム８２３、低バッテリライト８２４、ディスプレー８２５、モード選択ボタン８２６、ブルートゥース（登録商標）通信ユニット８１０、およびブルートゥース（登録商標）接続ライト８２７を含み得る。

無線制御システム５０００は、ブルートゥース（登録商標）通信ユニット８１０または他の無線通信プロトコルデバイスを介して、システム１１２、１１４と無線通信するように構成することができる。無線制御システム５０００には、ホイール１００のシステム１１２、１１４との接続状況を指示することができる、ブルートゥース（登録商標）接続ライト８２７が提供される。

無線制御システム５０００は、ホイールのセンサによって収集される様々なタイプのデータに、アクセス、受信、および表示するように構成することができ、そのデータ収集プロセスを構成することができる。例えば、無線制御システム５０００は、様々なタイプの環境および位置のデータを収集するように、ホイール１００の制御ユニット１１４およびセンサシステムを構成することができる、

無線制御システム５０００はまた、ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイール１００の動作モードを制御するように構成することもできる。例えば、サイクリストは、無線制御システム５０００を介して、ホイール１００を、エネルギ回生モードまたは運動モードで動作するように構成することにより、サイクリストがペダルを踏んでいる間に、ホイール１００の電気モータ１３５が電気エネルギを生成して、ホイール１００の１つ以上のバッテリまたはエネルギ貯蔵デバイス１１３に伝達することができる。

図９Ａおよび図９Ｂは、ハイブリッドセンサ対応電動ホイールによって収集された都市データの３次元グラフである。

サイクリストが乗車する際、ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイール１００の、全地球測位システム（ＧＰＳ）ユニットおよび１つ以上の感知ユニット１５は、位置および時間のデータ、ならびにカロリー損失データを含めた、サイクリストの個人的乗車習慣についての情報の他にも、一酸化炭素データ、ＮＯｘデータ、騒音データ、周囲温度データ、および相対湿度データを含めた、環境情報も取得する。

一部の実施形態では、サイクリストは、スマートフォンを通じて、またはインターネットを介して、このデータにアクセスすることができ、このことは、サイクリストが、より健康的なバイク経路を計画し、運動目標を達成し、または移動中の友人と落ち合うために役立ち得る。サイクリストはまた、収集されたデータを、オンライン式ソーシャルネットワークを通じて、友人と共有するか、またはオンライン式のデータ収集ウェアハウスを通じて、研究者と共有することができる。

１１５内の複数個のセンサから収集されたデータを分析することができ、その結果を、サイクリストが、インターネットアプリケーションを介して入手できるようにすることができる。収集されたデータはまた、サイクリストが、ホイール１００に無線で接続されたスマートフォンを介して、実時間で入手できるようにすることもできる。

希望するサイクリストは、自らが収集しているデータを、都市バイクシステムと共有することができる。この都市バイクシステムおよびアプリケーションは、サイクリストによって収集された集合データを検索する能力を、都市に提供することができ、この集合データは、企画および設計意思決定のプロセスで使用することができる。

ホイールによって収集されるデータを、カロリー損失データおよびトルク情報と組み合わせて使用して、乗車の間、サイクリストに、自らの身体能力についての統計的および実時間的な情報を提供することができる。

サイクリストの経路についての情報を分析して、種々の交通手段のモードでの移動（車、オートバイ、徒歩など）との比較を含めた、サイクリストの環境影響についての情報を生み出すことができる。

グリーンマイレージ制度は、サイクリストが自らのバイクをより多く使用する動機を、提供することができる。この制度により、サイクリストは、自らが自転車に乗る「グリーンマイル」の数を収集し、友人と競争し、またはマイルを、物品およびその都市でのサービスと交換することが可能になる。

ホイール１００の豊富なデータ収集の特徴を使用して、実時間配送サービスコミュニティを作り出すことができる。このサービスは、都市の範囲内で物品を配送するために、サイクリストの未利用の積荷容量を活用することができる。コミュニティのメンバーは、テキストメッセージもしくは警報を介して、またはスマートフォンを介して、他のメンバーと連絡を取り、物品を最終目的地に配送するための動機付けを行なうことができる。

図９Ａを参照すると、バイク上のセンサから収集されるデータは、都市内の一時的な環境現象の詳細な分析を生成することができる。この分析は、ＣＯレベル（９０１）、ＮＯｘレベル（９０２）、騒音レベル（９０３）、ならびに交通パターンおよび交通渋滞（９０４）を含み得る。この情報は、現状の街路パターン、土地利用マップ（９０５）、および空地マップ（９０６）上に重ね合わされ、例えば、環境条件を監視するために；将来の環境政策決定および交通政策決定；実時間の交通分析；都市ヒートアイランド、騒音、および環境汚染のような現象の研究のために；ならびに都市を通過する最も汚染の少ない経路を計画する場合に、都市および個人が使用することができるツールを作り出すことができる。図９Ｂを参照すると、都市内の環境汚染物質の詳細な３Ｄマップを、バイク上で収集されるデータを通じて生成することができる。モバイルデバイスまたは標準的なウェブページを通じてアクセスすることができる、これらのマップは、実時間での環境条件の概観、ならびに、過去の条件を詳述する履歴データ、または将来の条件の予測を、提供することができる。この方式では、それらのマップは、都市内の新たな経路を計画するため、ならびに将来および過去の条件を分析するための、ツールとして見ることができる。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、自転車上に装着されたハイブリッドセンサ対応電動ホイールの図面および画像である。ホイール１００を、例えばシャフト状の機械的結合機構１００５を用いて自転車のフレーム１０００に固定した後、自転車チェーン１００２を装着する。このバイクチェーン１００２は、ペダルスプロケット１００１、およびホイール１００の内側ホイールハブギアシステム１４０を駆動する機械的駆動ユニット１９０に連結される。機械的駆動ユニットはスプロケットまたはギアを含んでよい。この方式では、サイクリストは、自転車ペダル１００３、ペダルスプロケット１００１、およびバイクチェーン１００２に駆動される機械的駆動ユニットを介して、内側ホイールハブギアシステム１４０に、正または負のトルクを加えることができる。

図１０Ｃを参照すると、スマートフォンが、二輪自転車のハンドルバーに固定されて示されている。スマートフォン１０５０（任意選択的）は、ハンドルバー制御ユニット１０５２を介して、自転車のハンドルバー１０５１に固定することができる。

スマートフォン１０５０は、ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイール１００と、ブルートゥース（登録商標）または他の無線プロトコルを介して無線で通信するように構成することができ、ホイール１００の動作モードを構成し、かつ／またはホイール１００のセンサによって収集される様々なタイプのデータに、アクセスおよび受信することができる。

一部の実施形態では、サイクリストは、ホイール１００を、以下の動作モードのうちの少なくとも１つで動作するように構成することができる。
停止モード：ホイール１００のモータ１３５は、非作動状態（すなわち、停止）であり、バイクは、通常の状態でペダルを踏み、乗車することができる。このモードでは、回生制動、機械制動、および変速が使用可能である。
ペダル補助１／２／３：ホイール１００のモータ１３５は、駆動状態（すなわち、使用可能）であり、既定の大きさのトルクを供給する。一部の実施形態では、モータ１３５は、サイクリストのトルクを、×１、×１．５、または×２で増大させる。
運動１／２／３：ホイール１００のモータ１３５は、発電機として構成され、１つ以上のバッテリまたは電荷貯蔵デバイス１１３は、サイクリストによって充電される。一実施形態では、この設定には運動に関する３つの異なるモード、すなわち、容易、中程度、および困難が存在する。
円滑ゼロエミッション：ゼロエミッションモードでは、バイクは、制動（回生制動）の間に収集されるエネルギを使用して、サイクリストのために、乗車をより円滑なものにする。例えば、下り坂を進行する間に収集されたエネルギは、上り坂を進行する際に放出される。放出されるエネルギの量は、総合収支がゼロとなるように算定される。したがって、バッテリを充電するためのグリッドからのエネルギの補足を必要とすることなく、より円滑な乗車を達成することができる。

ハイブリッドセンサ対応自律電動ホイール１００は、スマートフォンが、ブルートゥース（登録商標）または他の無線プロトコルを介して無線で通信するように構成することができる、バッテリ管理システムを含み得る。このバッテリ管理システムは、ホイール１００の１つ以上のバッテリまたは電荷貯蔵デバイス１１３のバッテリ充電レベルを、スマートフォン１０５０に通信することができる。

スマートフォン１０５０は更に、ホイール１００の、統合式の施錠および警報システムを、作動または作動解除することができる。この統合式の施錠および警報システムは、スマートフォン１０５０を介して無線で作動させてもよく、またはハブ上にキースイッチを装備してもよい。

施錠される場合、ホイール１００の制御ユニット１１４は、モータ制御装置１１２のモータドライブ８０４が高インピーダンス状態に入るように構成することにより、ホイール１００の軸回転ＡＲを防ぐことができる。更には、警報システムは、制御ユニット１１４の加速度計８１３を介して、ホイール１００の望ましくない移動を検知するように構成することができる。望ましくない移動が検知されると、可聴警報を鳴らすことができる。更には、制御ユニット１１４は、警報が起動される際に、ＧＰＳ座標およびタイムスタンプを報告するように構成することができる。一部の実施形態では、制御ユニット１１４は、電子メールメッセージまたはテキストメッセージなどの、電子メッセージを、制御ユニット１１４の遠隔通信システムユニットを介して送信することによって、ＧＰＳ座標およびタイムスタンプを報告することができる。

本発明の概念を、その例示的実施形態を参照して、上記で具体的に示し、説明してきたが、上記で説明され、かつ以下の特許請求の範囲によって定義される、本発明の概念の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更が実施可能であることを、当業者は理解するであろう。

＜付記＞
［１］
電気式モータ駆動の、改造設置可能な車両ホイールであって、
ホイールリムに連結されるモータ駆動ハブユニットと、
非モータ駆動車両に前記モータ駆動ハブユニットを固定するように構築および配置される機械的結合機構と、
を含む、ホイール。
［２］
前記機械的結合機構が、前記モータ駆動ハブユニットを非モータ駆動車両に無線式に固定するように、更に構築および配置される、上記［１］に記載のホイール。
［３］
前記非モータ駆動車両が、自転車を含む、上記［１］に記載のホイール。
［４］
前記モータ駆動ハブユニットが、
電気モータと、
前記電気モータの駆動トルクを制御するように構成される制御ユニットと、
前記制御ユニットおよび前記電気モータに電気的に接続される電力源と、
を含む、上記［１］に記載のホイール。
［５］
前記電気モータ、前記制御ユニット、および前記電力源が、前記モータ駆動ハブユニットの外部ケーシングの内部に提供される、上記［４］に記載のホイール。
［６］
前記モータ駆動ホイールハブのスプロケットに加えられるトルクを判定するように構成されるトルクセンサを更に含み、前記制御ユニットが、前記加えられたトルクに応答して、前記電気モータの駆動トルクを調節する、上記［４］に記載のホイール。
［７］
前記制御ユニットが、無線制御ユニットまたは携帯電話から無線で受信された指令信号に応答して、前記電気モータの駆動トルクを調節する、上記［４］に記載のホイール。
［８］
電気式モータ駆動自転車ホイールであって、
ホイールリムと、
ホイールハブであって、
電気モータと、
バッテリパックと、
前記電気モータの駆動トルクを制御するように構成される制御ユニットと、を含む、ホイールハブと、
前記ホイールリムを前記ホイールハブに連結する複数個のホイールスポークと、
を含み、前記電気モータ、前記バッテリパック、および前記制御ユニットが、前記ホイールハブの内部に配置される、電気式モータ駆動自転車ホイール。
［９］
前記電気モータが、フレームレス回転モータを含む、上記［８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［１０］
前記電気モータが、ロータおよびステータを含む、上記［８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［１１］
前記バッテリパックが、複数個の充電バッテリセルを含む、上記［８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［１２］
前記複数個の充電バッテリセルが、複数個のリチウムポリマーバッテリを含む、上記［１１］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［１３］
前記バッテリパックが、少なくとも２つの直列接続充電バッテリの、少なくとも２つの並列接続のセットを含む、上記［８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［１４］
前記少なくとも２つの直列接続充電バッテリの、少なくとも２つの並列接続のセットが、６つの直列接続充電バッテリの、３つの並列接続のセットを含む、上記［１３］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［１５］
前記バッテリパックが、前記ホイールハブから取り外し可能である、上記［８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［１６］
前記ホイールハブが、ホイールハブギアシステムを更に含む、上記［８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［１７］
前記ホイールハブギアシステムが、自動変速ギアシステムを含む、上記［１６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［１８］
前記自動変速ギアシステムが、３速の自動変速ギアシステムを含む、上記［１７］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［１９］
前記ホイールハブギアシステムが、手動変速ギアシステムを含む、上記［１６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［２０］
前記ホイールハブギアシステムが、前記ホイールハブの内部に部分的に配置される、上記［１６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［２１］
前記ホイールハブギアシステムが、自転車チェーンに噛み合うように構築および配置される、少なくとも１つのギアスプロケットを含む、上記［１６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［２２］
前記自転車チェーンが、ペダルスプロケットに噛み合うように配置され、前記ペダルスプロケットが、自転車ペダルに連結される、上記［２１］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［２３］
前記自転車ペダルに加えられるサイクリストのトルクが、前記ホイールハブギアシステムの前記少なくとも１つのギアスプロケットに伝達される、上記［２２］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［２４］
前記ホイールハブが、前記ホイールハブギアシステムに連結されるコースターブレーキを更に含む、上記［１６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［２５］
前記コースターブレーキが、自転車フレームに固定されるように構築および配置される、上記［２４］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［２６］
機械制動が、前記コースターブレーキおよび前記内側ホイールハブギアシステムを通じて発生する、上記［２４］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［２７］
機械制動が、ペダルの逆踏みに応答して作動される、上記［２４］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［２８］
前記複数個のホイールスポークのそれぞれの第１端部および第２端部が、前記ホイールリムに連結され、前記複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、前記ホイールハブの湾曲スポークポケットと接合する、上記［８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［２９］
前記湾曲スポークポケットが、前記ホイールハブの外部側面内に形成される、上記［２８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［３０］
前記複数個のホイールスポークのそれぞれの前記湾曲部分が、前記複数個のホイールスポークのそれぞれの中間点に配置される、上記［２８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［３１］
前記複数個のホイールスポークの角度が、約２０度〜約６０度の範囲である、上記［２８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［３２］
前記角度の頂点が、前記複数個のホイールスポークのそれぞれの前記湾曲部分に形成される、上記［３１］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［３３］
前記複数個のホイールスポークの前記角度が、約４０度である、上記［３１］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［３４］
前記複数個のホイールスポークが、第１のセットのホイールスポークおよび第２のセットのホイールスポークを含む、上記［８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［３５］
前記第１ならびに第２のセットの前記ホイールスポークの、第１端部および第２端部が、前記ホイールリムに連結され、前記第１のセットの前記ホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、前記ホイールハブの第１外部側面上の湾曲スポークポケットと接合し、前記第２のセットの前記ホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、前記ホイールハブの第２外部側面上の湾曲スポークポケットと接合する、上記［３４］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［３６］
前記第１および第２のセットの前記ホイールスポークが、前記ホイールリムの内周にわたって交互に連結される、上記［３５］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［３７］
前記ホイールハブが、取り外し可能なバッテリカバーを更に含む、上記［８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［３８］
前記ホイールハブが、圧延アルミニウムのホイールハブを含む、上記［８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［３９］
前記ホイールハブが、回転ユニットおよび静止ユニットを含む、上記［８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［４０］
前記回転ユニットが、前記ホイールリムに関連して回転する、上記［３９］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［４１］
前記複数個のホイールスポークが、前記回転ユニットの外部側面に連結される、上記［３９］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［４２］
前記電気モータのステータが、前記静止ユニットに固定される、上記［３９］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［４３］
前記電気モータのロータが、前記回転ユニットに固定される、上記［３９］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［４４］
電気式モータ駆動自転車ホイールであって、
ホイールリムと、
ホイールハブであって、
ロータおよびステータを有する電気モータと、
前記ロータおよび前記ステータの一方に連結されるホイールハブギアシステムと、
トルク感知システムと、
バッテリパックと、
前記電気モータの駆動トルクを制御するように構成される制御ユニットと、を含む、ホイールハブと、
前記ホイールリムを前記ホイールハブに連結する、複数個のホイールスポークと、
を含み、前記電気モータ、前記トルク感知システム、前記バッテリパック、および前記制御ユニットが、前記ホイールハブの内部に配置される、電気式モータ駆動自転車ホイール。
［４５］
前記トルク感知システムが、前記ホイールハブギアシステムに加えられるサイクリストのトルクを測定するように構築および配置される、上記［４４］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［４６］
前記トルク感知システムが、前記ホイールハブギアシステムの回転速度を測定するように構築および配置される、上記［４４］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［４７］
前記ホイールハブギアシステムが、自動変速ギアシステムを含む、上記［４４］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［４８］
前記自動変速ギアシステムが、３速の自動変速ギアシステムを含む、上記［４７］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［４９］
前記ホイールハブギアシステムが、手動変速ギアシステムを含む、上記［４４］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［５０］
前記ホイールハブギアシステムが、前記ホイールハブの内部に部分的に配置される、上記［４４］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［５１］
前記ホイールハブギアシステムが、自転車チェーンに噛み合うように構築および配置される、少なくとも１つのギアスプロケットを含む、上記［４４］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［５２］
前記トルク感知システムが、前記ホイールハブギアシステムに固定される内側スリーブを含む、上記［４４］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［５３］
前記内側スリーブが、前記ホイールハブギアシステム上に溶接される、上記［５２］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［５４］
前記内側スリーブが、前記ホイールハブギアシステムに関連して回転する、上記［５２］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［５５］
前記トルク感知システムが、外側スリーブおよび近接センサを更に含む、上記［５２］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［５６］
前記内側スリーブおよび前記外側スリーブの一方にトルクが加えられると、前記内側スリーブが、時計回りまたは反時計回りの方向で回転する、上記［５５］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［５７］
前記内側スリーブの前記回転が、前記内側スリーブの傾斜部を、前記外側スリーブの傾斜部にずり上げさせるか、またはずり下げさせる、上記［５６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［５８］
前記内側スリーブと前記外側スリーブとの相互作用が、前記外側スリーブに対する前記内側スリーブの横方向変位に影響を及ぼす、上記［５７］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［５９］
前記サイクリストのトルクが、前記内側スリーブと前記外側スリーブとの間の横方向変位から得られる、上記［５８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［６０］
前記近接センサが、前記内側スリーブと前記外側スリーブとの間の横方向変位を判定する、上記［５５］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［６１］
前記トルク感知システムが、内側スリーブ、外側スリーブ、および変位センサを含む、上記［４４］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［６２］
前記変位センサが、ばね／エラストマ、および圧力センサを含む、上記［６１］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［６３］
前記ばね／エラストマ、および前記圧力センサが、前記外側スリーブ上に提供される、上記［６２］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［６４］
前記トルク感知システムが、内側スリーブ、外側スリーブ、および速度センサを含み、前記速度センサが、前記内側スリーブの外側表面上に交互構成で提供される複数個の磁石、およびホール効果センサを含む、上記［４４］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［６５］
前記外側スリーブが、ばね／エラストマ機構を含み、前記ばね／エラストマ機構が、前記外側スリーブの円筒形ハウジング内に提供され、間隙領域を提供することにより、前記内側スリーブのノッチを、前記間隙領域内に配置することができるように構成される、上記［６１］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［６６］
電気式モータ駆動自転車ホイールであって、
ホイールリムと、
ホイールハブであって、
ロータおよびステータを有する電気モータと、
前記ロータおよび前記ステータの一方に連結されるホイールハブギアシステムと、
バッテリパックと、
前記ホイールハブギアシステムに加えられるサイクリストのトルクに応答して前記電気モータの駆動トルクを制御するように構成される、制御ユニットと、を含む、ホイールハブと、
前記ホイールリムを前記ホイールハブに連結する、複数個のホイールスポークと、
を含み、前記電気モータ、前記バッテリパック、および前記制御ユニットが、前記ホイールハブの内部に配置される、電気式モータ駆動自転車ホイール。
［６７］
サイクリストが、自転車のペダルを介して正のトルクを前記ホイールハブギアシステムに加える場合、前記制御ユニットが、前記サイクリストによって加えられた前記正のトルクを、既定量だけ補足するように、前記電気モータに指令する、上記［６６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［６８］
サイクリストが、自転車のペダルを介して負のトルクを前記ホイールハブギアシステムに加える場合、前記制御ユニットが、前記ホイールハブギアシステムに対して負のトルクを発生させるように、前記電気モータに指令する、上記［６６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［６９］
前記電気モータが、前記ホイールハブギアシステムに対して前記負のトルクを発生させる場合、発電機として構成される、上記［６８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［７０］
前記負のトルクを発生させる場合に前記電気モータによって発生されるエネルギが、前記バッテリパックに伝達されて貯蔵される、上記［６９］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［７１］
前記ホイールハブギアシステムが、自動変速ギアシステムを含む、上記［６６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［７２］
前記自動変速ギアシステムが、３速の自動変速ギアシステムを含む、上記［７１］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［７３］
前記ホイールハブギアシステムが、手動変速ギアシステムを含む、上記［６６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［７４］
前記ホイールハブギアシステムが、前記ホイールハブの内部に部分的に配置される、上記［６６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［７５］
前記ホイールハブギアシステムが、自転車チェーンに噛み合うように配置される、少なくとも１つのギアスプロケットを含む、上記［６６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［７６］
前記制御ユニットが、少なくとも１つの環境センサシステムを含む、上記［６６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［７７］
前記少なくとも１つの環境センサシステムが、ガス分析器、微粒子センサ、温度センサ、湿度センサ、および騒音センサからなる群から選択される、少なくとも１つのセンサシステムを含む、上記［７６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［７８］
前記制御ユニットが、環境センサシステムのデータを収集および保存するように構成される、上記［７７］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［７９］
前記制御ユニットが、モバイル／セルラーデータネットワークにアクセスすることができる遠隔通信システムユニットを更に含む、上記［７８］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［８０］
前記制御ユニットが、前記モバイル／セルラーデータネットワークを介して、環境センサシステムのデータを、１つ以上のインターネット接続システムに送信するように更に構成される、上記［７９］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［８１］
前記制御ユニットが、位置および時間のデータを受信することができる全地球測位システムユニットを含む、上記［６６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［８２］
ホイールスポークを製作する方法であって、
円筒形ころと締め付けデバイスとの間にスポークを締め付けることと、
前記円筒形ころの周りに、前記スポークを中間点で屈曲させることと、
を含み、前記得られる屈曲スポークが、約２０度〜約６０度の角度を有し、前記角度の頂点が、前記スポークの前記中間点に形成される、方法。
［８３］
前記円筒形ころが、ＰＶＣパイプを含む、上記［８２］に記載の方法。
［８４］
前記円筒形ころが、金属パイプを含む、上記［８２］に記載の方法。
［８５］
前記円筒形ころが、ソリッドローラを含む、上記［８２］に記載の方法。
［８６］
前記締め付け具が、ねじクランプを含む、上記［８２］に記載の方法。
［８７］
前記締め付け具が、工業用クリップを含む、上記［８２］に記載の方法。
［８８］
前記締め付け具が、１つのプライヤを含む、上記［８２］に記載の方法。
［８９］
前記スポークの第１端部および第２端部が、ねじ式である、上記［８２］に記載の方法。
［９０］
ホイールであって、
ホイールリムと、
スポークフランジを除くホイールハブと、
両端部がねじ式であり、前記ホイールリムを前記ホイールハブに連結する、複数個の湾曲ホイールスポークと、
を含む、ホイール。
［９１］
前記複数個のホイールスポークのそれぞれの第１端部および第２端部が、前記ホイールリムに連結され、前記複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、前記ホイールハブの湾曲スポークポケットと接合する、上記［９０］に記載のホイール。
［９２］
前記湾曲スポークポケットが、前記ホイールハブの外部側面内に形成される、上記［９０］に記載のホイール。
［９３］
前記複数個のホイールスポークのそれぞれの前記湾曲部分が、前記複数個のホイールスポークのそれぞれの中間点に配置される、上記［９０］に記載のホイール。
［９４］
前記複数個のホイールスポークの角度が、約２０度〜約６０度の範囲である、上記［９０］に記載のホイール。
［９５］
前記角度の頂点が、前記複数個のホイールスポークのそれぞれの前記湾曲部分に形成される、上記［９４］に記載のホイール。
［９６］
前記複数個のホイールスポークの前記角度が、約４０度である、上記［９４］に記載のホイール。
［９７］
前記複数個のホイールスポークが、第１のセットのホイールスポークおよび第２のセットのホイールスポークを含む、上記［９０］に記載のホイール。
［９８］
前記第１ならびに第２のセットの前記ホイールスポークの、第１端部および第２端部が、前記ホイールリムに連結され、前記第１のセットの前記ホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、前記ホイールハブの第１外部側面上の湾曲スポークポケットと接合し、前記第２のセットの前記ホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、前記ホイールハブの第２外部側面上の湾曲スポークポケットと接合する、上記［９７］に記載のホイール。
［９９］
前記第１および第２のセットの前記ホイールスポークが、前記ホイールリムの内周にわたって交互に連結される、上記［９０］に記載のホイール。
［１００］
前記複数個のホイールスポークのそれぞれの第１端部および第２端部が、前記ホイールリムに連結され、前記複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、前記ホイールハブの外側ケーシング内部に提供される囲繞経路と接合する、上記［９０］に記載のホイール。
［１０１］
前記複数個のホイールスポークのそれぞれの第１端部および第２端部が、前記ホイールリムに連結され、前記複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、前記ホイールハブの外側ケーシングから外側方向に延びる突起部またはフックと接合する、上記［９０］に記載のホイール。
［１０２］
前記複数個のホイールスポークのそれぞれの第１端部および第２端部が、前記ホイールリムに連結され、前記複数個のホイールスポークのそれぞれの湾曲部分が、前記ホイールハブの外部止め金具と接合する、上記［９０］に記載のホイール。
［１０３］
前記モータ駆動ハブユニットが、複数個のホイールスポークを介して、前記ホイールリムに連結される、上記［１］に記載のホイール。
［１０４］
前記ホイールスポークが、引張および圧縮の一方の状態下にある、上記［１］に記載のホイール。
［１０５］
前記モータ駆動ハブユニットが、メッシュ材料を介して、前記ホイールリムに連結される、上記［１］に記載のホイール。
［１０６］
前記モータ駆動ハブユニットが、円板を介して、前記ホイールリムに連結される、上記［１］に記載のホイール。
［１０７］
前記ホイールが、前記スプロケットとシャフトとの間に位置する、円形圧力センサまたは複数個の圧力センサから取得されるトルクの測定値に基づいて作動される、上記［６６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。
［１０８］
前記ホイールが、前記ホイールシャフトまたは車軸の屈曲を測定することによって取得されるトルクの測定値に基づいて作動される、上記［６６］に記載の電気式モータ駆動自転車ホイール。

Claims (8)

1. ホイールであって、
   ホイールリムと、
   第１側面および第２側面を有するホイールハブと、
   前記ホイールリムの前記ホイールハブへの連結を実施する、第１のセットおよび第２のセットの複数個のホイールスポークと、
   を含み、
   前記ホイールハブの前記第１側面および前記第２側面のそれぞれは、複数個のスポークポケットが一体に形成された外側表面を備え、各スポークポケットは、対応する前記ホイールスポークの取り付け部に適合する形状を有し、対応する前記ホイールスポークの前記取り付け部を保持および固定するように構成され、
   前記複数個のホイールスポークのそれぞれが第１端部と、第２端部と、これらの間に設けられ、前記スポークポケットのうちの１つに対応する前記取り付け部と、を有し、前記第１端部および前記第２端部は、互いに角度をなして延び、前記ホイールリムに取り付けられ、
   前記取り付け部のそれぞれが、対応する前記スポークポケットによって保持および固定されることで、前記ホイールリムの前記ホイールハブへの前記連結が実現される、ホイール。
2. 前記第１および第２のセットのホイールスポークの前記取り付け部は、湾曲した形または屈曲した形のいずれか一方の形を有する、請求項１に記載のホイール。
3. 前記第１側面および前記第２側面のいずれか一方の前記スポークポケットは、湾曲した形または屈曲した形のいずれか一方の形を有する、請求項１に記載のホイール。
4. 前記第１および前記第２のセットの複数個のホイールスポークの前記取り付け部の前記角度が、２０度〜６０度の範囲である、請求項１に記載のホイール。
5. 前記複数個の第１および第２のセットのホイールスポークの前記角度が、３５度〜４５度である、請求項１に記載のホイール。
6. 前記第１のセットの前記ホイールスポークの前記端部と前記第２のセットの前記ホイールスポークの前記端部とが、前記ホイールリムの内周にわたって前記ホイールリムに交互に連結される、請求項１に記載のホイール。
7. 前記ホイールハブの前記第１側面および前記第２側面は、凸状である、請求項１に記載のホイール。
8. 前記ホイールハブが、前記スポークを保持するフランジを含まない、請求項１に記載のホイール。