JP6709270B2 - 電気モータのセキュリティ機構および関連システム - Google Patents

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Description

関連出願との相互参照
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国仮出願第６２／５９３，８５４号（２０１７年１２月１日出願）および同第６２／６５０，８９５号（２０１８年３月３０日出願）、および同第６２／６５０，９１６号（２０１８年３月３０日出願）の利益および優先権を主張する。
本技術は、電気モータのセキュリティ機構および関連システムに関する。より詳細には、本技術は、権限のないユーザの行動に応答して対抗トルクを生成することができる「コイルベースの」セキュリティ機構またはシステムに関する。
車両の不正使用を防止するためのセキュリティ機構またはシステムを有することが重要である。従来、例えば、ユーザは、車両の車輪に物理的なロック（例えば、バイクロック）を設置または配置して、不正使用を防止することができる。しかし、従来のロックを設置することは、面倒で不便なことがある。例えば、ユーザは、従来のロックを解除するためにキーを携帯する必要があり得る。別の例として、ユーザの手がいっぱいになることがあり、したがって従来のロックの設置／ロック／ロック解除は煩わしいことがある。さらに、従来のロックによってロックされた車両を移動しようとすると、車両に恒久的な損傷が生じる可能性がある。したがって、前述の問題に対処するための改善されたセキュリティ機構またはシステムが必要とされている。
本技術の一実施形態によるシステムを示すブロック図である。
本技術の実施形態による「コイルベースの」セキュリティ機構またはシステムの概略回路図である。
直流（ＤＣ）を３相交流電流（ＡＣ）に変換するための、本技術の実施形態による駆動回路を示す概略回路図である。
様々な角度において駆動回路によって生成される３相交流電流（ＡＣ）を示す概略回路図である。 様々な角度において駆動回路によって生成される３相交流電流（ＡＣ）を示す概略回路図である。 様々な角度において駆動回路によって生成される３相交流電流（ＡＣ）を示す概略回路図である。 様々な角度において駆動回路によって生成される３相交流電流（ＡＣ）を示す概略回路図である。 様々な角度において駆動回路によって生成される３相交流電流（ＡＣ）を示す概略回路図である。 様々な角度において駆動回路によって生成される３相交流電流（ＡＣ）を示す概略回路図である。
本技術の実施形態によるハブ装置の様々な構成要素を示す図である。 本技術の実施形態によるハブ装置の様々な構成要素を示す図である。 本技術の実施形態によるハブ装置の様々な構成要素を示す図である。
本技術の実施形態によるステータアセンブリを示す図である。
本技術の実施形態によるコイルベースのセキュリティ機構またはシステムを示す図である。 本技術の実施形態によるコイルベースのセキュリティ機構またはシステムを示す図である。
本技術の実施形態によるロックデバイスの構成要素を示す図である。 本技術の実施形態によるロックデバイスの構成要素を示す図である。 本技術の実施形態によるロックデバイスの構成要素を示す図である。
本技術の実施形態に従って車輪内に配置されているハブ装置を示す図である。
開示されている技術の実施形態による方法を示すフローチャートである。 開示されている技術の実施形態による方法を示すフローチャートである。
図面は必ずしも縮尺通りに描かれていない。例えば、図面の要素のいくつかの寸法は、様々な実施形態の理解を向上させるのを助けるために拡大または縮小されている場合がある。同様に、いくつかの実施形態の論述の目的のために、いくつかの構成要素および／または動作を異なるブロックに分離してもよく、または単一のブロックに組み合わせてもよい。さらに、特定の実施形態が図面に例として示され、以下に詳細に説明されているが、当業者は、修正、均等物、および代替物が添付の特許請求の範囲内に入ることを認識するであろう。
本技術は、コイルの複数のセットを有する電気モータのセキュリティ機構またはシステムに関する。いくつかの実施形態では、電気モータがオフにされる（または、５〜１０分のような所定の期間にわたってオフにされた）とき、セキュリティシステムはコイルの複数のセットのうちの一部または全部のセットを短絡する。本開示では、コイルを「短絡する」とは、電気モータ内のすべてのコイルの一部の間に閉じた電気経路を生成することを意味する。短絡コイルは、１つまたは複数の閉ループを形成することができる。周囲の磁場が変化すると（例えば、電気モータによって駆動される車輪を回転させようとする権限のないユーザのように、コイルを有するステータに対する、磁石を有するロータの回転により引き起こされる）、短絡コイル内で電流が生成または誘導される。閉ループ内に形成された誘導電流は、反対の誘導磁場（および熱）を生成する。誘導磁場は、ロータの運動に対抗する力をもたらす。結果として、誘起力／トルクは、不正な行動（例えば、回転）を防止するか、少なくとも妨げる（例えば、減速させる）ことができる。
不正な動作がより大きな磁場変化を生じさせる（例えば、モータをより速く回転させる）と、本システムは、不正な行動を妨げるか、または抑制するために、より大きな誘起力／トルクによって応答することができる。例えば、権限のないユーザが本システムの電気モータによって駆動される車輪をゆっくりと回転させると、権限のないユーザはまだ車輪を回転させることができる。しかし、権限のないユーザは、本システムによって生成される、動かす方向とは反対の方向の誘起トルクを「感じ」、自身の動作を「減速」させることができる。権限のないユーザが回転速度を上げると、それに応じて誘起力／トルクが増大することができ、不正な回転をますますより困難にする。その結果、コイルの複数のセットを有する電気モータの不正な活動を効果的に防止するか、または少なくとも妨げることができる「コイルベースの」または「モータベースの」セキュリティ機構またはシステム。
いくつかの実施形態では、本セキュリティ機構またはシステムは、電気モータを含むシステムにおいて実施することができる。そのような実施形態では、本セキュリティ機構は、電気モータのロータの不正な回転を妨げるために使用することができる。例えば、本セキュリティ機構またはシステムは、車両を駆動／動力供給するように構成されている車両のパワートレインアセンブリに実装することができる。このような実施形態では、パワートレインアセンブリは、コイルの複数のセットを有するモータと、（セキュリティ機構を作動させるように）これらのコイルの一部または全部を短絡するように構成されたセキュリティユニットまたはセキュリティ構成要素とを含むことができる。いくつかの実施形態では、セキュリティユニットは、導体板と、導体板を移動させてコイルの一部または全部を短絡する（したがって、短絡コイルによって閉ループを生成する）アクチュエータとを含むことができる。本明細書に記載の車両は、１輪、２輪または３輪であってもよい。車両は、セグウェイなどの自己平衡型電気車両であってもよい。いくつかの実施形態では、車両は、電気ホバーボード、電気自転車、ＥＰＡＣ（電動アシスト自転車）規格に基づく車両、モペット、電気スクータ、電動バイクなどであってもよい。車両は、電気自動車のような４輪車であってもよい。
いくつかの実施形態では、本セキュリティ機構またはシステムは、車両（例えば、２輪車、３輪車など）の車輪を回転させるように構成されたハブ装置またはハブアセンブリに実装することができる。このハブ装置は、ロータアセンブリと、シャフトと、ステータアセンブリとを含む。ステータアセンブリはシャフトに固定的に結合され、シャフトはロータアセンブリを通って延伸する。ロータアセンブリは、ステータアセンブリおよびシャフトに対して回転することができる。ハブ装置のロータアセンブリは車両の車輪／リムに結合され、シャフトは車両（例えば、フレームなどの車両構造）に固定的に結合される。ハブ装置は、人力の有無にかかわらず車輪を回転させて車両を動かす（または少なくとも動くように促す）ように構成されている。いくつかの実施形態では、電気モータは、ロータアセンブリ内の磁石と、ステータアセンブリ内のコイルとを含むことができる。他の実施形態では、磁石をステータアセンブリ内に位置決めすることができ、一方、コイルをロータアセンブリ内に位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、電気モータは、バッテリ、バッテリアセンブリ、または他の適切なエネルギー貯蔵デバイスによって電力供給され得る。いくつかの実施形態では、全体としてのハブ装置は電気モータと考えることができる。開示されているセキュリティ機構は、ハブ装置の不正な回転を効果的に防止するか、または少なくとも妨げることができる。
いくつかの実施形態では、本技術は、前述のハブ装置によって駆動される車両に実装することができる。本技術はまた、不正な行動に対抗するために、（例えば、ステータの一部または全部のコイルに誘導される電流によって引き起こされる磁場の変化によって）トルクまたは回転力を生成することができるセキュリティ、ロックおよび／または制動機構に関する。
いくつかの実施形態では、本発明のセキュリティ、ロック、制動機構を使用して、様々なタイプの回転デバイス（例えば、ロータ、車輪、電気モータの回転構成要素など）の回転を防止または妨げることができる。いくつかの実施形態では、セキュリティ、ロック、および／または制動機構は、適切なコイルおよび回路を有する任意の装置で実施することができる。いくつかの実施形態では、セキュリティ、ロック、および／または制動機構を盗難防止機構として使用することができる。
本技術はまた、（例えば、セキュリティを強化するために）前述のコイルベースのセキュリティ機構と協働することができる（物理的な）ロックデバイスをも開示する。本発明のロックデバイスは、ハブ装置（または電気モータ）内に設置することができ、ハブ装置の回転部分（例えば、ロータ／ロータアセンブリ）を停止するか、または、静止装置（例えば、ステータ／ステータアセンブリ）に対して回転することを少なくとも部分的に抑制／防止するように構成することができる。いくつかの実施形態では、ロックデバイスは、ロータの回転を少なくとも部分的に防止するように、対応する止めバンプ（例えば、ロータに位置決めされる）に接触するように構成されたストッパ（例えば、ステータに位置決めされる） そのようなロックデバイスの実施形態は、図４ａ〜図４ｃを参照して詳細に説明される。いくつかの実施形態では、ロックデバイスは、コイルベースのセキュリティ機構なしで、ハブ装置内に実装されてもよい。
図１ａは、本技術の実施形態によるシステム９００を示すブロック図である。いくつかの実施形態では、システム９００は、電気モータ（例えば、図１ａのモータ９０１）によって駆動される車輪を備えた車両内に実装することができる。いくつかの実施形態では、システム９００は、車両を駆動するためのパワートレインアセンブリ内に実装することができる（例えば、モータ９０１は、ベルト、チェーン、ギアなどの１つまたは複数の動力伝達構成要素を介して車輪を駆動するように構成される）いくつかの実施形態では、システム９００は、内部にモータを有するハブ装置内に実装することができる。いくつかの実施形態では、システム９００は、コイルの複数のセットを有する電気モータを含む任意の適切なデバイス内に実施することができる。
図１ａに示すように、システム９００は、モータ９０１、モータ９０１と、モータ９０１を制御するための電気制御ユニット（ＥＣＵ）またはコントローラ９０２と、モータ９０１に電力を供給するように構成された電源９０３とを含む。モータ９０１は、ステータ（またはステータアセンブリ）と、ステータに対して回転するように構成されたロータ（またはロータアセンブリ）とを含む。モータ９０１は、ステータまたはロータのいずれかに配置されたコイルの複数のセットを含む。コイルがステータ内にある実施形態では、ロータは、ステータに対して回転するように構成された複数の磁石を含むことができる。磁石がステータ内にある実施形態では、ロータは、ロータに対して回転するように構成された複数のコイルを含むことができる。システム９００は、モータ制御ユニット（ＭＣＵ）９０４をさらに含む。モータ制御ユニット９０４は、駆動回路９０５および回路コントローラ９０６を含む。駆動回路９０５は、（例えば、以下に詳述する電力線Ｘ、Ｙ、およびＺを介して）モータ９０１に電流を供給するように構成された複数のスイッチを含む。回路コントローラ９０６は、ＥＣＵ９０２からの命令または回路コントローラ９０６に組み込まれたデフォルトの規則に基づいて、駆動回路９０５内のスイッチを制御するように構成される。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ９０２はさらに、無線通信を介して、または、ユーザと対話するように構成されているＩ／Ｏデバイスを有する車両上に配置されたダッシュボードを介して、携帯デバイス（例えば、ユーザのスマートフォンまたは無線キーフォブなど）と通信し、または、それによって制御され得る。
図示された実施形態では、モータ９０１はコイルの３つのセットを有し、各セットは、ステータの周りに１８０度（または他の角度）離れて位置決めされている、直列に接続されたコイルのグループを含む。コイルの３つのセットは、電流がこれらのコイルを通って流れるとき、コイルが、発生した磁場内の複数の磁石を回転させるための磁場を生成するように、ステータの周りで、周方向に配置され、または、互いに隣接して位置決めされ得る（例えば、図３ａ）。例えば、コイルがステータ内に配置される実施形態では、ロータの磁石は、コイルによって生成される誘導磁場によって回転することができる。
駆動回路９０５は、コイルに電流を供給するように構成される。駆動回路９０５は、電源９０３（例えば、バッテリ、キャパシタ、エネルギー貯蔵デバイスなど）からの直流（ＤＣ）を受け取るように構成され、次に様々な相において交流電流（ＡＣ）を形成する。図示された実施形態では、駆動回路９０５は、ＤＣ電圧を受け取り、３相の交流電流を形成するように構成される（例えば、それらの相のうちの任意の２つは１２０度の差を有する）。３相ＡＣは、モータ９０１のコイルの３つのセットにそれぞれ供給することができる。この構成により、コイルの３つのセットにおける３相交流電流は、（例えば、対応する磁石を回転させることによって）モータ９０１を駆動するように連続的な交番磁場変化をもたらす。図１ａに示すように、３相交流電流は、それぞれ３相電力線Ｘ、Ｙ、およびＺを介してコイルの３つのセットに供給される。
セキュリティユニット９０７は、コイルのワイヤを選択的に短絡するように（例えば、３相電力線Ｘ、Ｙ、およびＺの一部または全部を短絡／接続し、結果、コイルの３つのセットの対応する部分またはすべてを短絡することができる）。一実施形態では、セキュリティユニット９０７は、ＥＣＵ９０２によって制御される。３相電力線Ｘ、Ｙ、Ｚの一部または全部が互いに接続されると、コイルの３つのセットのうちの対応するものが短絡される。短絡コイルセットは閉ループを形成する。言い換えれば、短絡コイル内の誘導電流はループから流出しない。代わりに、誘導電流はループ内を流れ、それに応じて誘導磁場を生成する。権限のないユーザがモータのロータに取り付けられた車輪を回転させようとすると（例えば、車両を押してその車輪を回転させることによって）、誘導磁場は、不正な回転に対抗するか、または、これを妨げる。この構成により、システム９００は、盗難のような不正な行動を防止または妨げる有効なセキュリティ機構を提供する。
いくつかの実施形態では、セキュリティユニット９０７は、導体板１１１（図１ｂ）と、導体板１１１を移動させてコイルを短絡する（したがって、短絡コイルによって閉ループを生成する）アクチュエータとを含むことができる。他の実施形態では、セキュリティユニット９０７は、コイルを短絡するスイッチを含むことができる。いくつかの実施形態では、スイッチは、物理的、機械的、または電気機械的スイッチであってもよい。他の実施形態では、スイッチは、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）スイッチのようなトランジスタベースのスイッチであってもよい。
いくつかの実施形態では、モータ９０１がオフに（例えば、電源オフ）されると、ＥＣＵ９０２は、セキュリティユニット９０７に、モータ９０１内のコイルを短絡するように直ちに指示することができる。他の実施形態では、ＥＣＵ９０２は、モータ９０１が所定期間（例えば、５〜１０分）にわたってオフにされた後に、モータ９０１内のコイルを短絡させるようセキュリティユニット９０７に指示することができる。さらにいくつかの他の実施形態では、ＥＣＵ９０２は、システム９００（すなわち、車両）が所定の時間にわたって「未使用」の（例えば、車両がユーザ入力またはユーザの操作命令を受信しない）ままであった後に、セキュリティユニット９０７にモータ９０１内のコイルを短絡するように指示することができる。
いくつかの実施形態では、ＥＣＵ９０２が、セキュリティユニット９０７に、モータ９０１内のコイルを短絡するように指示した後、ＥＣＵ９０２が、さらに、これらのコイルが短絡しているか否かを検証することができる。例えば、ＥＣＵ９０２は、（１）ＭＣＵ９０４の回路コントローラ９０６に、コイルが短絡することになることを通知し、（２）コイルが短絡しているか否かを調べるために、駆動回路９０５に試験信号（例えば、比較的少量の電流、パルス、方形波など）を送るように回路コントローラ９０６に指示することができる。いくつかの実施形態では、回路コントローラ９０６は、一連の信号（例えば、パルス、波など）を駆動回路９０５に送信し、次にコイルが予測通りに短絡しているか否かを調べることができる。試験方法については、図１ｂを参照して以下に詳細に説明する。
回路コントローラ９０６が、コイルが短絡していることを確認した（例えば、試験信号が予測どおりに反映されている）場合、回路コントローラ９０６は、（１）確認についてＥＣＵ９０２に通知し（例えば、確認信号を送信し）、（２）（例えば、エネルギーを節約するために）ハイバネーションモードに入ることができる。回路コントローラ９０６からの確認を受信した後、ＥＣＵ９０２は、（例えば、エネルギーを節約するために）休止することができる。
図１ｂは、本技術の実施形態による「コイルベースの」セキュリティ機構の概略回路図である。図１ｂに示すように、「Ｌａ、Ｒａ」、「Ｌｂ、Ｒｂ」および「Ｌｃ、Ｒｃ」は、それぞれモータ９０１の３つのコイル（またはコイルのセット）（例えば、図１ｂに示されたコイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃ）の等価インピーダンス（例えば、インダクタンスと抵抗との組み合わせ）を表す。図示のように、コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃは、駆動回路９０５に結合される。駆動回路９０５は、３相交流電流（ＡＣ）（例えば、２相間の１２０度の差を有する）を供給することによって、コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃを制御するように構成される。３相ＡＣは、バッテリなどの直流（ＤＣ）源から変換される。３相ＡＣの実施形態は、図１ｃ〜図１ｉを参照して以下に説明される。
図１ｂに示すように、コネクタ１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃは接点Ａ、Ｂ、Ｃに結合することができる。この構成により、セキュリティユニット９０７の導体板１１１がコネクタ１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃに接触すると、コイル１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃは、上述したように短絡される。
いくつかの実施形態では、リレー１１０ａ、１１０ｂおよび１１０ｃが、コネクタ１０９ａ、１０９ｂおよび１０９ｃと接点Ａ、ＢおよびＣとの間にそれぞれ位置決めされ得る（図１ｂでは、点Ａ’、Ｂ’およびＣ’が、それぞれ点Ａ、Ｂ、およびＣと同じ電圧を有する接
点を表す）。リレー１１０ａ、１１０ｂ、および１１０ｃは、コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃに対する安全ヒューズとして作用することができる。例えば、短絡コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃのうちの１つの電流が特定の閾値を超えるか、または、コイルに隣接する温度センサ（図示せず）によって測定されるコイルの温度が限界を超える場合、リレー１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃのうちの対応する１つは、短絡コイル１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃの過熱または溶融を防止するために、開回路を形成することができる。いくつかの実施形態では、リレー１１０ａ、１１０ｂ、および１１０ｃは、（１）所定の時間の後に、または（２）短絡コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃのうちの１つの電流がもはや閾値を超えないことが検出されるのに応答して、閉回路を形成するために「復元」し、または、戻すことができる。
上述したように、いくつかの実施形態では、導体板１１１がコイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃを短絡した後（例えば、導体板１１１がアクチュエータ（図示せず）によって動かされてコネクタ１０９ａ、１０９ｂおよび１０９ｃに接触する）、ＥＣＵ９０２は、これらのコイル１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが短絡しているか否かをさらに検証することができる。例えば、図１ａおよび図１ｂの両方を参照すると、ＥＣＵ９０２は、（１）導体板１１１が順番に作動したことを示す信号を回路コントローラ９０６に送り、（２）コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃが短絡しているか否かを調べるために、回路コントローラ９０６に試験信号（例えば、比較的少量の電流、パルス、方形波など）を送るように、回路コントローラ９０６に指示することができる。例えば、回路コントローラ９０６は、試験波／パルス／信号／電流を生成し、接点Ａの駆動回路９０５に送ることができる。回路コントローラ９０６は、その後、接点Ｂおよび／またはＣの信号を測定する。回路コントローラ９０６は、検出された信号波／パルス／電流の特性（例えば、強度、形態、形状など）に基づいて、コイル１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが短絡しているか否かを判定することができる。例えば、波がコイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃの一部または全部を通過した場合、波の特性は、これらのコイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃのインピーダンスに起因して変化する。回路コントローラ９０６は、元の試験信号（１点、例えば接点Ａにおける）と検出された波（別の点、例えば接点ＢまたはＣにおける）とを比較することによって、コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃが、予測どおりに短絡されているか否かを判定することができる。いくつかの実施形態では、元の試験信号および検出された試験信号が実質的に類似またはほぼ同じである場合（例えば、強度、波形など）、システム９００は、コイルが予測通りに短絡していることを確認することができる。回路コントローラ９０６は、その後、試験結果を示す信号をＥＣＵ９０２に送信することができる。
いくつかの実施形態では、試験信号のタイプおよび対応する測定方式に応じて、試験結果を様々な方法で分析することができる。例えば、接点Ａ、ＢおよびＣが導体板１１１によって短絡されており、試験信号が少量の電流であるいくつかの実施形態では、コイルが予測通りに短絡された場合、接点ＢまたはＣにおいて測定／感知される電流量は、接点Ａに印加される元の試験電流の量と同様でなければならない。
一部の実施形態では、回路コントローラ９０６が、コイルが短絡していることを確認できない場合、回路コントローラ９０６は、ＥＣＵ９０２に確認の失敗を通知することができる。このとき、ＥＣＵ９０２は、（１）セキュリティユニット９０７が適切に機能するか否かをチェックする試験を実行、および／または（２）確認の失敗についてシステム９００のユーザに通知することができる。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ９０２がユーザに通知した後（例えば、システム９００が実装されているユーザのスマートフォンまたは車両に配置されたディスプレイにメッセージを送信することによって）、ＥＣＵ９０２は休止状態になる（またはハイバネーションもしくはスリープモードに入る）ことができる。モータのコイルを短絡させる機構は比較的単純な構造／構成（例えば、スイッチおよび導体板１１１を使用することにより）を有するため、機構は信頼性がある。コントローラが確認を受信しない場合は、これはモータ自体の誤動作によって引き起こされる可能性がある。その結果、コントローラ（および回路コントローラも）は、確認の失敗をもたらす、可能性のある誤動作によって引き起こされるさらなる損傷を防止するために、ハイバネーションモードに入るように構成される。同様に、回路コントローラ９０６は、ＥＣＵ９０２に確認の失敗を通知した後、同じ理由で休止状態に移行することができる。
いくつかの実施形態では、（例えば、ＥＣＵ９０２が回路コントローラ９０６に試験信号を送信するよう指示した時点から）所定の期間後にコイルが短絡していることを回路コントローラ９０６が確認できない場合、ＥＣＵ９０２は、回路コントローラ９０６が適切に機能できないと判定することができる。そのような実施形態では、ＥＣＵ９０２（および回路コントローラ９０６）はハイバネーションモードに入ることもできる。
いくつかの実施形態では、回路コントローラ９０６がコイルの接続状態（短絡しているまたは短絡していないなど）の確認に失敗したとＥＣＵ９０２が判定した場合、ＥＣＵ９０２は、ユーザに通知を送信して休止状態になることができる。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ９０２は、確認が首尾よく受信されない場合、物理的なロックデバイス（例えば、図４ａを参照して後述するロックデバイス４００）に、システム９００をロックするように指示することができる。
いくつかの実施形態では、ユーザがシステム９００の電源をオンにする（例えば、ＥＣＵ９０２がキーフォブもしくは携帯電話からのワイヤレス信号、または、ハブ装置の物理ボタン（ハブ装置を作動させるためのボタンを押すことに応答して生成される信号を受信する）と、ＥＣＵ９０２は、モータ９０１のコイルを（電気的および物理的に）駆動回路９０５および電源９０３（例えば、短絡または閉路されていない）に結合させるように、セキュリティユニット９０７に指示する。次いで、ＥＣＵ９０２は、回路コントローラ９０６に、コイルが電源９０３に適切に（短絡されずに）電気的に結合されているか否かを調べるための試験信号を送るように指示する。そうである場合、モータ９０１はオンのままになり、駆動回路９０５および電源９０３から電力を受け取る準備が整う。そうでない場合、回路コントローラ９０６は、コイルが依然として短絡していることの確認をＥＣＵ９０２に通知し、ＥＣＵ９０２および回路コントローラ９０６の両方が休止状態になることができる。いくつかの実施形態では、駆動回路９０５は、コイルに給電するリード線／ワイヤに沿って小さい抵抗器（図示せず）を含むことができる。回路コントローラ９０６は、抵抗器の両端の電圧を検出して各リード線上の信号を検出し、したがってコイルが短絡しているか否かを判定することができる。
いくつかの実施形態では、回路コントローラ９０６がコイルの接続状態（短絡しているまたは短絡していないなど）の確認に失敗したとＥＣＵ９０２が判定した場合、ＥＣＵ９０２は、ユーザに通知を送信して休止状態になることができる。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ９０２は、物理的なロックデバイス（例えば、図４ａを参照して後述する要素４００）に、システム９００をロックするように指示することができる。
図１ｃを参照すると、上述のように、駆動回路９０５は、直流電流（ＤＣ）を３相交流電流（ＡＣ１、ＡＣ２、およびＡＣ３）に変換することができる。図１ｄ〜図１ｉに示すように、３相交流電流ＡＣ１、ＡＣ２、およびＡＣ３は、コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃの様々な組み合わせを通じて流れることができ、磁場の変化をもたらし、モータ９０１のロータを回転させる。図１ｄ〜図１ｉは、回転サイクル（３６０度）においてコイルに電流がどのように流れるかを示す。
図１ｄは、交流電流ＡＣ１が接点Ａにおいて始まり、コイル１０８ａおよび１０８ｂを通って流れて接点Ｂに戻ることを示す。この段階では、ロータは０度から６０度まで回転する。図１ｅは、交流電流ＡＣ１が接点Ａにおいて始まり、コイル１０８ａおよび１０８ｃを通って流れて接点Ｃに戻ることを示す。この段階では、ロータは６０度から１２０度まで回転する。図１ｄおよび図１ｅは、３相ＡＣの第１の相を示す。
図１ｆは、交流電流ＡＣ２が接点Ｂにおいて始まり、コイル１０８ｂおよび１０８ｃを通って流れて接点Ｃに戻ることを示す。この段階では、ロータは１２０度から１８０度まで回転する。図１ｇは、交流電流ＡＣ２が接点Ｂにおいて始まり、コイル１０８ｂおよび１０８ａを通って流れて接点Ａに戻ることを示す。この段階では、ロータは１８０度から２４０度まで回転する。図１ｆおよび図１ｇは、３相ＡＣの第２の相を示す。
図１ｈは、交流電流ＡＣ３が接点Ａにおいて始まり、コイル１０８ｃおよび１０８ａを通って流れて接点Ａに戻ることを示す。この段階では、ロータは２４０度から３００度まで回転する。図１ｉは、交流電流ＡＣ３が接点Ｃにおいて始まり、コイル１０８ｃおよび１０８ｂを通って流れて接点Ｂに戻ることを示す。この段階では、ロータは３００度から３６０度まで回転する。図１ｈおよび図１ｉは、３相ＡＣの第３の相を示す。
図２ａ〜図２ｃは、本技術の実施形態によるハブ装置２００の様々な構成要素を示す図である。前述したように、システム９００は、車両に動力を供給するハブ装置内に実装することができる。図２ａに示すように、ハブ装置２００は、ハウジング１０１と、ハウジング１０１から延伸し、複数のスポーク１０５を収容するように構成されたハブフランジ１０３とを含む（例えば、スポーク１０５の他端は、二輪車の前輪／後輪に結合することができる）。
いくつかの実施形態では、ハウジング１０１は、複数のハウジング構成要素から組み立てることができる。いくつかの実施形態では、ハウジング１０１は、互いに結合され、ともに、ハブ装置２００の要素を収容するための内側／内方／内部空間を形成する第１のハウジング構成要素および第２のハウジング構成要素を含むことができる。いくつかの実施形態では、例えば、ハウジング１０１は、側壁１０１ａと、側壁１０１ａの外周の周りに延伸する外側リム１０１ｂとを含むことができる。外側リム１０１ｂは、ハウジング１０１の内方空間を画定する高さまたは深さを有する。
図２ａに示すように、側壁１０１ａには、その中央に側部開口が形成されており、シャフト２０９が通過することを可能にする。開口は、サイドカバー５０２を収容するように構成される（例えば、図５参照）。サイドカバー５０２は、ハウジング１０１とともにシャフト２０９に対して回転するように構成されている。いくつかの実施形態では、サイドカバーとシャフト２０９との間に、サイドカバー５０２がシャフト２０９に対して回転することを可能にするベアリング（図示せず）を位置決めすることができる。
図２ｂに最もよく示されているように、ハウジング１０１の内方空間には、ハブ装置２００の中心を通る車軸またはシャフト２０９に直接的または間接的に固定されている主回路基板２０３、バッテリアセンブリ２０５、およびコイルアセンブリ２０７が嵌め込まれている。そのような実施形態では、ハウジング１０１と、ハウジング１０１の内方の複数の磁石（図２ａまたは図２ｂには見えない、例えば図２ｃ参照）がともにロータアセンブリ２２２を形成する。さらに、主回路基板２０３、バッテリアセンブリ２０５、およびコイルアセンブリ２０７は、ともに、ステータアセンブリ２０８と考えることができる。
バッテリパック（例えば、バッテリアセンブリ２０５）によって供給される電流がステータアセンブリ２０８のコイルを通過すると、磁場が生成され、したがってロータアセンブリ２２２の磁石を動かして、ロータアセンブリ２２２を軸Ｒ（またはシャフト２０９）を中心として回転させる。いくつかの実施形態では、バッテリパックは、ハブ装置２００の外部に位置決めされてもよい。その結果、ハウジング１０１、および、スポーク１０５を介してハウジング１０１に取り付けられた車輪も回転して、スクータ、自転車、または車両が動く。
図示の実施形態では、ハブフランジまたはリング構造１０３（図２ａ）および側壁１０１ａは、同心円状に位置決めされている。ハブフランジまたはリング構造１０３は、側壁１０１ａの中心点の周りに位置決めされている。他の実施形態では、ハブフランジまたはリング構造１０３は、異なる寸法を有することができる（例えば、ハウジング１０１の外縁に近い、または中心点に近い）。図示のように、ハブフランジまたはリング構造１０３は、それぞれ複数のスポーク１０５の端部を受け入れるように構成された複数の開口１０７を含む。
各スポーク１０５は、車輪／リム構造（図２ａには見えない）に結合するように構成された外端と、ハブフランジまたはリング構造１０３の内周に形成された対応する形状の凹部に着座する張り出し（または球状）内端２１１とを有する。一実施形態では、球状ワッシャ１１８がスポーク１０５の上に嵌め込まれ、スポーク１０５の張り出し端部２１１に当接する。対応して成形された球状凹部が、ハブフランジまたはリング構造１０３内に形成されて、球状ワッシャ１１８を受け入れ、張力下でスポーク１０５を固定する。
また、球状ワッシャ１１８は、スポーク１０５がハブフランジまたはリング構造１０３に種々の角度で接触することを可能にするため、本発明の構造は、（１）製造の自由度を改善し（例えば、嵌合が容易で誤差許容度が高い）、（２）少なくともスポーク１０５が端部においてハブフランジまたはリング構造１０３に剛直に固定されていないため、ハブ装置２００を操作するときに付加的な耐久性を提供する。
図２ｂは、本技術の実施形態によるハブ装置２００を示す分解図である。ハブ装置２００は、（側壁１０１ａおよび外側リム１０１ｂを有する）ハウジング１０１と、蓋もしくはキャップ２０１とを含む。その外面に、ハウジング１０１は、複数のスポークを介して車輪／リム構造に結合するように構成されたハブフランジまたはリング構造１０３を含む。蓋２０１は、その内面上に、（例えば、図４ａ〜図４ｃを参照して後述するモータロックデバイス４００と協働することによって）ハウジング１０１とステータアセンブリ２０８との間の相対回転を停止させるように構成された複数の突起または止めバンプ２１３を含む。複数の突起または止めバンプ２１３は、「係合部分」と名付けることができる。
いくつかの実施形態では、係合部分は、（例えば、モータロックデバイス４００を受け入れるように構成された）凹部、（例えば、ロックモータロックデバイス４００を係合するように構成された）フック、および他の適切な構成要素として実装することができる。いくつかの実施形態では、係合部分は、ハウジング１０１の側壁１０１ａの内面、および／または蓋２０１の内面上に位置する。係合部分およびモータロックデバイス４００は、ともに、ハブ装置２００のための「ロック機構」を形成する。
図示の実施形態では、スポークホイール（例えば、アルミニウムまたは他の金属製）として形成された支持構造（またはシャーシ）は、内部が中空であり、複数の「楕円形」コイル１０８が配置される平坦なリム開口を含む。外側リム１０１ｂの内面には、複数の磁石２２１（例えば、図２ｃ参照）が周方向に位置決めされており、したがって、ハウジング１０１および磁石２２１は、この実施形態においてともに「ロータアセンブリ」またはロータとして機能する。
主回路基板２０３は、電流をコイルに印加するために、および、ハウジング１０１を回転させるために必要な１つまたは複数のコントローラ、制御回路、ロジック、センサ、配線、および／または他の適切な構成要素を担持するように構成される。いくつかの実施形態では、主回路基板２０３は、車両の電気制御ユニット（ＥＣＵ）（例えば、ＥＣＵ９０２）を担持することができる。いくつかの実施形態では、主回路基板２０３は、ハブ装置２００の出力を制御するように構成された動力コントローラ（例えば、図２ｂには示されていないモータ制御ユニット、ＭＣＵ９０４）を担持することができる。出力は、ロータアセンブリ２２２（内部またはその内面上に磁石２２１が配置されたハウジング１０１）とステータアセンブリ２０８との間の測定回転トルク力の形態で、またはモータによって消費されるワットによって測定することができる。いくつかの実施形態では、主回路基板２０３は、（例えば、三相交流電流を供給するために）バッテリアセンブリ２０５からの電力を管理するように構成された駆動回路（例えば、駆動回路９０５）を担持することができる。いくつかの実施形態では、駆動回路および動力コントローラは、１つの構成要素（たとえば、ＭＣＵ）に統合することができる。
バッテリアセンブリ２０５は、複数のバッテリパックを含むことができる。図示の実施形態では、バッテリアセンブリ２０５は、支持車輪（またはシャーシ）の内方空間内で主回路基板２０３に隣接して横方向に配置された３つのバッテリパックを含む。他の実施形態では、バッテリアセンブリ２０５は、様々な方法で配置された異なる数のバッテリパックを有することができる。いくつかの実施形態では、バッテリアセンブリ２０５は、シャフト２０９の周囲で等間隔に位置決めされた３つのバッテリパックを含むことができる（例えば、三角形のような多角形を形成するために、または、シャフト２０９に概して垂直な基準面内で長方形、五角形、六角形などを形成するための異なる数のバッテリパック）。いくつかの実施形態では、バッテリアセンブリ２０５は、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）によって制御または管理することができる。ＢＭＳは、バッテリの状態を監視するように構成された１つまたは複数のセンサを含むことができる。いくつかの実施形態では、ＢＭＳを主回路基板２０３上に位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、様々なニーズまたは実際の設計に応じて、バッテリパック（およびその中のバッテリセル）を直列または並列に接続することができる。
いくつかの実施形態では、バッテリアセンブリ２０５は、主回路基板２０３上に位置決めされた１つまたは複数のバッテリメモリに結合され、使用統計に関連するプロセッサからのバッテリ関連情報（例えば、バッテリ使用情報、バッテリ動作命令（バッテリによって異なる場合がある充電／放電レートまたは他の命令）、バッテリファームウェア、バッテリ状態など）を記憶するように構成することができる。いくつかの実施形態では、バッテリメモリは、車両情報（例えば、ハブ装置２００内の動作温度）またはユーザ情報（例えば、運転／乗車履歴、習慣など）を格納するように構成することもできる。いくつかの実施形態では、バッテリメモリは、バッテリアセンブリ２０５のバッテリハウジング内に位置決めすることができる。
いくつかの実施形態では、ハブ装置２００がコンパクトな設計になることができるように、バッテリアセンブリ２０５をステータアセンブリ２０８の内側に位置決めすることができる。バッテリアセンブリ２０５をステータアセンブリ２０８内に位置決めする利点は、例えば、（１）ステータアセンブリ２０８が、例えば外部からの衝撃からバッテリアセンブリ２０５を保護することができること、および（２）この構成が、バッテリアセンブリ２０５がロータアセンブリ２２２の磁石によって生成される磁場の干渉／影響を受けるのを少なくとも部分的に防止することができることを含む。
主回路基板２０３、バッテリアセンブリ２０５、およびステータアセンブリ２０８は、車軸またはシャフト２０９に固定的に結合される。シャフト２０９は、車体（例えば、フレーム、シャーシ、構造部品など）に結合され、これらを支持することができる。作動中、ハウジング１０１およびそれに取り付けられた車輪（ハブフランジに結合されたスポークを介して）は、シャフト２０９に対して回転して車体を動かすことができる。いくつかの実施形態では、シャフト２０９は、前輪構成要素（例えば、前輪フォーク）または後輪構成要素（例えば、後輪フレーム）に結合することができる。
いくつかの実施形態では、ハブ装置２００は、ハブ装置２００を防水にするように構成された１つまたは複数の防水構成要素（例えば、Ｏリング）を含むことができる。いくつかの実施形態では、防水構成要素は、シャフト２０９に隣接する位置、ハブ装置２００の他の構成要素に隣接する位置などのような、１つまたは複数の位置に位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、防水構成要素は、ハブ装置２００全体の防水性を向上させるために、ハウジング１０１と蓋２０１との間、シャフト２０９の一方または両方の端部、サイドカバーとハウジング１０１および蓋２０１との間などに位置決めすることもできる。
前述したように、システム９００がハブ装置２００として実装されるか、または一体化される実施形態では、ステータアセンブリ２０８およびロータアセンブリ２２２は、それぞれモータ９０１のステータおよびロータとすることができる。電源９０３は、バッテリアセンブリ２０５とすることができる。ＭＣＵ９０４およびＥＣＵ９０２は、主基板２０３上に配置することができる。セキュリティユニット９０７は、ステータアセンブリ２０８のシャーシ（例えば、図３ａに示すシャーシ３０１）に固定することができる。
図２ｃは、ステータアセンブリ２０８がハウジング１０１内にどのように嵌合されるかを示す。図示されているように、ステータアセンブリ２０８はシャフト２０９に結合され、その後、シャフト２０９は（示されているように方向Ｎにおいて）ハウジング１０１の中心開口２１９を通るように位置決めされる。示されているように、複数の永久磁石２２１が、ハウジング１０１（の側壁またはリム）の内部または内面に位置決めされる。動作中、複数の永久磁石２２１およびハウジング１０１は、ステータアセンブリ２０８に対して（ロータとして）回転することができる。
図２ｃに示すように、ステータアセンブリ２０８は、コイル１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃの３つのセットを含むことができる。図示した実施形態では、コイルの各セットは、ハブアセンブリ２００の周りに互いに対向して位置決めされた２つのコイルサブセットを含む。その結果、ステータアセンブリ２０８は、シャフト２０９の周囲に周方向に位置決めされたコイルの６つのサブセットを含む。コイル１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃは、磁石２２１を回転させる磁場を発生するように構成されている。
図３ａは、本技術の実施形態によるステータアセンブリ２０８を示す概略図である。図示した実施形態では、ステータアセンブリ２０８は、複数のコイル１０８と、シャフト２０９に固定的に結合されるように構成されたシャーシ３０１とを含む。図３ａに示す実施形態では、コイル１０８は、コイル１０８ａの第１のセット、コイル１０８ｂの第２のセット、およびコイル１０８ｃの第３のセットを含むことができる。コイル１０８ａの第１のセットは、第１のワイヤ３０３ａａを介してバッテリアセンブリ２０５に結合されるように構成される。コイル１０８ｂの第２のセットは、第２のワイヤ３０３ｂｂを介してバッテリアセンブリ２０５に結合されるように構成される。コイル１０８ｃの第３のセットは、第３ワイヤ３０３ｃｃを介してバッテリアセンブリ２０５に結合されるように構成される。コイル１０８ａ〜１０８ｃの第１のセット、第２のセットおよび第３のセットは、ステータアセンブリ２０８のシャーシ３０１の周りに周方向に位置決めされ、（例えば、上述したように、駆動回路９０５を介して）バッテリパックから３相交流電流（ＡＣ）（のうちの１つの相）を受け取るように構成される。
図３ｂおよび３ｃは、本技術の実施形態によるセキュリティユニット９０７を有するコイルベースのセキュリティ機構を示す部分概略図である。図３ｂおよび図３ｃに示すように、セキュリティユニット９０７は、ストッパ３０２と、ホルダ３０４と、ストッパ３０２を方向Ｋに動かすように構成されたアクチュエータ３０６とを含む。図示の実施形態では、ホルダ３０４は、ステータアセンブリ２０８に結合される。図示の実施形態では、コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃの３つのセットにそれぞれ３つのコネクタ１０９ａ、１０９ｂおよび１０９ｃが結合されている。
導体板１１１は、ストッパ３０２の底面に位置決めされる。これにより、ストッパ３０２が３つのコネクタ１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃに向けて動かされると、導体板１１１がコイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃの３つのセットに短絡を引き起こす。コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃの３つのセットが短絡されると、ユーザがモータ９０１によって駆動される車輪を回転させようとした場合（例えば、取り付けられたペダルを踏んでモータ９０１のロータを回転させる、車輪を有する自転車を押す／動かす、自転車を下り坂で滑降させる等）、ハウジング１０１内に位置決めされた磁石２２１が回転し、コイル内に電流を誘導して、回転磁石からの磁力に対向する逆電磁場を発生させる。
短絡コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃにおける誘導電流は、その後、ロータアセンブリ２２２の回転を妨げることができる逆方向のトルクＴを発生する。理論に縛られることなく、トルクＴは、以下の式に基づいて計算することができる。
上記式（１）、（２）、（３）において、「Ｖ」は電圧を表し、「ω」は回転速度を表し、「Ｒ」は（例えば、コイル１０８ａ〜ｃの）抵抗を表し、「Ｉ」は電流を表す。「Ｋe」および「ＫT」は定数である。
式（１）によれば、ユーザがモータ９０１のロータを回転させようとすると（すなわち、回転速度ωを生成する）、コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃ内に一定量の電圧Ｖを発生させることができる。ロータがより速く回転するほど、より大きな量の電圧Ｖが生成される。コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃが短絡されているため、（上記の式（２）による発生する電圧Ｖからの）発生する電流Ｉは、コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃに（例えば、１つのコイルから別のコイルへ）逆流する。式（２）および（３）によれば、発生した電圧Ｖは、トルクＴをユーザの行動と反対にすることができる。発生したトルクＴは、ロータの回転を防止するために使用することができ、したがって、セキュリティおよび盗難防止機構として作用することができる。
セキュリティ機構の利点は、（１）ハブ装置２００の電源がオフにされたときに動作可能である（例えば、セキュリティ機構が電源なしで機能することができる）こと、（２）ユーザの行動に応じてトルクを発生させることができる（すなわち、ユーザがロータを速く回転させるほど、回転に対抗するためにより大きいトルク量を発生させることができる）こと、（３）様々な種類の車輪に適用することができること、（４）他のロックデバイス（例えば、後述する物理的ロックデバイス４００）と共存させることができることを含む。
いくつかの実施形態では、コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃのうちの２つとして示されるコイルのすべてよりも少ないコイルが短絡することができる。このような実施形態では、コネクタ１０９ａ、１０９ｂおよび１０９ｃのうちの２つにのみ接触することによって、コイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃのうちの２つのみを短絡するように導体板１１１を構成／位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、ストッパ３０２は、ストッパ３０２がコイル１０８ａ、１０８ｂおよび１０８ｃのうちの２つ以上を直接短絡することができるように、導電性材料から作製することができる。
本実施形態では、ハブ装置２００のロータアセンブリ２２２（またはモータ９０１のロータアセンブリ）は、車輪内に固定的に配置される。いくつかの実施形態では、ハブ装置２００およびモータ９０１は、ベルト、チェーン、ギアセットなどのような動力伝達構成要素を介して車両の車輪に動力を供給するように構成される。ロータアセンブリと車輪との間にギア減速比が存在し得る。より詳細には、ロータアセンブリと車輪とは、同じ回転速度を有する必要はない（しかし、互いに比例する）。例えば、モータ９０１のロータアセンブリとロータによって駆動される車輪との間に「ギア減速」比が存在し得る。例えば、「１：６」ギア減速比は、ロータアセンブリが３６０度（例えば、円）回転するとき、車輪が６０度だけ（例えば、円の１／６）回転する場合を意味する。本セキュリティ機構の１つの利点は、ギア減速比に比例して不正な行動を防止または妨げるトルクを発生できることである。換言すれば、ギア減速比がより高い車両については、本セキュリティ機構はそれに応じてより大きなトルクを発生させることができる。
動力伝達構成要素がギアセットを含む実施形態では、ギアセットは以下のように構成することができる。従来、車両がとめられると、ギアセットは、シフトレバーによってギアセットが「Ｐポジション」または「駐車位置」（ギアセットがチェーンなどの動力伝達構成要素の残りの部分から係合解除する）にシフトされ、ギアセットロックすることができる。本開示に開示された技術を利用するには、ギアセットが依然として「Ｐ位置」における残りの動力伝達構成要素と係合しているように、ギアセットを「Ｄ位置」または「運転位置」（ギアセットが残りの動力伝達構成要素と係合する）にシフトさせるか、または「Ｐ位置」にあるギアセットの構成を変更する必要がある。
また、モータ９０１が動力伝達構成要素を介して車両の車輪に動力を供給するように構成された上述の実施形態では、セキュリティユニット９０７は、（図２ａ〜図３ｃに対応する実施形態に示すように）モータ９０１の内部に配置されていないことにも留意されたい。そのような実施形態では、セキュリティユニット９０７は、ＭＣＵ９０４と車両のモータ９０１との間に配置（または付加）することができる。
いくつかの実施形態では、本発明のセキュリティ機構は、ロータの回転をより困難にするように、モータ９０１がオフにされるとき、またはある期間にわたってオフにされたときに、モータ９０１のロータを係合させることによって、追加のロックデバイスを含むことができる。いくつかの実施形態では、本セキュリティ機構は、以下の図４ａ〜図４ｃで説明するように、物理的なロックデバイスを含むことができる。
図４ａは、本技術の実施形態によるモータロックデバイス４００の分解図である。モータロックデバイス４００は、ハブ装置（例えば、ハブ装置２００）のモータを（例えば、モータ９０１、モータ９０１のロータがモータ９０１のステータに対して回転するのを防止することによって）ロックするように構成される。
図４ａに示すように、モータロックデバイス４００は、ストッパ４０１と、ストッパホルダ４０３と、ロッド（またはねじ／ねじ付きロッド）４０７に結合されたアクチュエータ４０６と、ロッド４０７を動かすための電流を供給するコントローラにアクチュエータ４０６のワイヤを接続するように構成されているプラグ４０９とを含む。ストッパホルダ４０３は、ハブ装置の内部に位置決めされる電気モータの静止部分（例えば、ステータ）に固定的に取り付けられる。ストッパ４０１は、ストッパホルダ４０３内に位置決めされ、ロッド４０７によって動かされるように構成されている。
いくつかの実施形態では、ねじ付きナット４１１などの位置決め構成要素がストッパ４０１の筐体内に配置され、ばね４１３によって付勢される。ロッド４０７は、アクチュエータ４０６によってねじ込まれ、回転させることができる。ねじ付きロッド４０７は、ナット４１１をねじ付きロッド４０７上で上下に動かして、ストッパ４０１をロータ（例えば、ハブ装置２００のハウジング１０１）上の表面と係合するように、および、係合から外れるように、進退させる。いくつかの実施形態では、アクチュエータ４０６は、軸方向ソレノイド弁、リニアモータ、またはストッパ４０１を動かす別の適切なアクチュエータであってもよい。
いくつかの実施形態では、ばね４１３は、ストッパ４０１に弾性力を提供して、ストッパ４０１をナット４１１に対して保持するように位置決めすることができ、結果、ロッド４０７に対するナット４１１の運動が、ストッパ４０１をハウジング（例えば、ハウジング１０１）の内面に向かってまたは内面から外方に動かす。いくつかの実施形態では、ストッパ４０１はハウジングの内面に隣接して（実際に）接触することなく位置決めすることができる。
いくつかの実施形態では、プラグ４０９は、電気制御ユニット（ＥＣＵ）（例えば、ＥＣＵ９０２）および／または他の適切なデバイスに結合されたコントローラに結合することができる。いくつかの実施形態では、ＥＣＵは、外部デバイス（例えば、スマートフォン、キーフォブなど）からの信号に応答してモータをロック／ロック解除することができる。いくつかの実施形態では、ＥＣＵは、所定期間後（例えば、ハブ装置がオフになってから１０分後）に外部デバイス（例えば、スマートフォン、キーフォブなど）からの信号を受信することなく、モータをロック／ロック解除することができる。
図４ｂおよび図４ｃは、モータロックデバイス４００の動作を示す、モータロックデバイス４００の断面図および等角図である。図示されているように、モータロックデバイス４００のストッパホルダ４０３は、ロータアセンブリ２２２がモータロックデバイス４００に対して（例えば、図４ｃに示すような軸Ｒを中心として）自由に回転できるように、ステータアセンブリ２０８に固定的に結合される。
図４ｃに示す例示の実施形態では、ロータアセンブリ２２２は、ハウジング１０１と、それに取り付けられたいくつかの磁石２２１とを含む。図示の実施形態では、ステータアセンブリ２０８は、複数のコイル１０８を含む。図４ｃに示すように、２つの止めバンプ４０５ａ、４０５ｂが、ハウジング１０１の内面に結合される（または一体的に形成される）。止めバンプ４０５ａ、４０５ｂは、ストッパ４０１が伸張した「ロック」位置にあるとき（図４ｃ）、ロータアセンブリ２２２（例えば、ハウジング１０１および磁石２２１）がストッパ４０１（ステータアセンブリ２０８に固定的に結合されている）に対して回転するのを抑制するように構成される。
ストッパ４０１が「ロック解除」位置（例えば、図４ｂに示すように）に後退すると、ロータアセンブリ２２２はストッパ４０１（およびステータアセンブリ２０８）に対して回転することができる。いくつかの実施形態では、車輪を複数の異なる位置でロックすることができるように、外側ハウジング２０１に結合された２つ以上の止めバンプがあり得る。
図４ｂでは、モータロックデバイス４００は「ロック解除」位置にあり、ロータアセンブリ２２２はステータアセンブリ２０８に対して回転することができる。このような実施形態では、ストッパ４０１（の縁部）はストッパホルダ４０３（の外縁）と同一平面上にあり、そのため、回転時にストッパ４０１は止めバンプ４０５ａ、４０５ｂに接触しない。
ＥＣＵ（例えば、ＥＣＵ９０２）がアクチュエータ４０６にロッド４０７を回転させるように指示すると（例えば、ストッパ４０１を図４ｂおよび図４ｃに示す方向Ｍに移動させるために）、車輪はそれに応じてロックおよびロック解除される。
図４ｃに示すように、ストッパ４０１がハウジング１０１に向かって（例えば方向Ｍに）移動すると、ストッパ４０１はもはやストッパホルダ４０３と同一平面上になく、モータロックデバイス４００は「ロック」位置にある。したがって、ストッパ４０１は、止めバンプ４０５ａ、４０５ｂのうちの１つによって「停止」または拘束され、ロータアセンブリ２２２に対して自由に回転することができない。その結果、ロータアセンブリ２２２はロックされ、ステータアセンブリ２０８に対して回転することができない。
いくつかの実施形態では、止めバンプは、ハウジング１０１の内面に周方向に位置決めすることができる。このような実施形態では、止めバンプのいずれか１つによってストッパ４０１を止めることができる。いくつかの実施形態では、止めバンプは、突起、ブロック、および／またはストッパ４０１が伸張位置にあるときにストッパに係合することができる他の適切な形状など、様々な形状に形成することができる。
いくつかの実施形態では、止めバンプはプラスチックのような比較的容易に交換可能な材料から形成することができるが、ストッパ４０１は比較的硬質または剛性の材料で作成することができる。このような実施形態では、止めバンプの１つまたは複数が損傷した場合（例えば、ストッパ４０１に接触することによって引き起こされる）、残りの止めバンプは依然としてストッパ４０１に係合してロータアセンブリ２２２の位置をロックすることができる。破損した止めバンプを交換することは容易かつ便利である。その結果、本技術は、電気モータの回転をロック、停止、および／または制御するための、信頼性が高く維持し易い機構を提供する。
図５は、本技術の実施形態によるハブ装置（例えばハブ装置２００）を支持する車両フレーム５０１の等角図である。図示のように、ハブ装置２００のシャフト２０９は、車両フレーム５０１に固定的に結合されている。ハブ装置２００のハウジング１０１は、スポーク１０５およびハブフランジまたはリング構造１０３（図示のように、サイドカバー５０２をハブ装置２００に取り付けることができる）を介して車輪５０３に結合される。車輪５０３は、ハブ装置２００によって回転して車両フレーム５０１を動かすことができる。車輪５０３が回転していないとき、充電ヘッド５０５をハブ装置２００に結合してこれを充電することができる。いくつかの実施形態では、充電ヘッド５０５は、磁力によってハブ装置２００に結合することができる。図示のように、充電ヘッド５０５は、ワイヤ５０７を介して電源（例えば、電気幹線）に接続することができる。いくつかの実施形態では、車輪５０３は、タイヤ５０９、車輪リム５１１、複数のスポーク１０５、およびハブ装置２００を有する車輪セットであってもよい。
一部の実施形態では、充電ヘッド５０５によってハブ装置２００の充電が開始されると、ＥＣＵ９０２は、セキュリティユニット９０７に、コイル１０８を短絡するように指示することができる。いくつかの実施形態では、ＥＣＵ９０２が、充電プロセスが完了したことを示す信号を受信すると、ＥＣＵ９０２は、コイル１０８を通常の動作状態（例えば、短絡していない状態）に戻すように、セキュリティユニット９０７に指示することができる。
いくつかの実施形態では、セキュリティユニット９０７およびロックデバイス４００は、同じアクチュエータを共有することができる。例えば、セキュリティユニット９０７のためのアクチュエータ３０６（図３ｂ）およびロックデバイス４００のためのアクチュエータ４０６は、同じ構成要素であり得る。例えば、ソレノイド弁が、ストッパ３０２およびストッパ４０１の両方を動かすように構成されてもよい。
図６および図７は、開示されている技術の実施形態による、プログラムされたプロセッサ、コントローラ、または他の論理回路によって実行される方法６００および７００を示すフローチャートである。方法６００および７００は、本技術に従ってセキュリティシステム／機構を管理するように構成される。いくつかの実施形態では、方法６００および７００は、（１）パワートレインアセンブリ、（２）車両システム、（３）ハブ装置、ならびに（４）例えば、図１ａ〜図５に示すシステムおよび装置など、ロータおよびステータを有するモータを有するシステムにおいて実施することができる。
図６を参照すると、方法６００は、ブロック６０１において、モータがオフである（例えば、ユーザがスイッチを操作してモータをオフにする）ことを示す第１の信号を、例えばコントローラによって受信することによって開始する。いくつかの実施形態では、コントローラは、車両の電気制御ユニット（例えば、ＥＣＵ９０２）とすることができる。他の実施形態では、コントローラは、ユーザの携帯デバイス（例えば、スマートフォン）内のプロセッサとすることができる。いくつかの実施形態では、第１の信号は、様々な有線または無線接続を介して通信することができる。
ブロック６０３において、方法６００は、コントローラによって、セキュリティユニット（例えば、セキュリティユニット９０７）に、モータのコイルのセットの一部または全部を短絡するように指示する第２の信号を送信することによって継続する。コイルのセットの一部または全部が短絡すると、モータは、本出願で開示されている「コイルベースの」セキュリティ機構またはシステム（たとえば、システム９００）によってロックされる。いくつかの実施形態では、方法６００は、モータのセキュリティを強化するために、物理的なロックデバイス（例えば、ロックデバイス４００）を作動させることを含むことができる。
ブロック６０５において、コントローラは、一部またはすべての短絡コイルの電力接続を復元するように、セキュリティユニットに指示する。次いで、モータは「ロック解除」され、（例えば、車両を駆動するために）操作することができる。その後、方法６００は、さらなるプロセスのために戻る。
図７を参照すると、方法７００は、ブロック７０１において、モータがオフである（例えば、ユーザがスイッチを操作してモータをオフにする）ことを示す第１の信号をコントローラによって受信することによって開始する。いくつかの実施形態では、コントローラは、車両の電気制御ユニットとすることができる。他の実施形態では、コントローラは、ユーザの携帯デバイス（例えば、スマートフォン）内のプロセッサとすることができる。ブロック７０３において、方法７００は、コントローラによって、セキュリティユニットに、モータのコイルのセットの一部または全部を短絡するように指示する第２の信号を送信することによって継続する。いくつかの実施形態では、第１の信号および第２の信号は、様々な有線および／または無線接続を介して通信することができる。
ブロック７０５において、コントローラは、コイルが短絡しているか否かを検証するための試験信号を送るように、回路コントローラ（例えば、ＭＣＵ９０４の回路コントローラ９０６）に指示する。判定ブロック７０７において、方法７００は、コントローラが、所定の期間（例えば、０．１〜５秒）内にコイルが短絡しているという確認を（例えば、ＭＣＵ９０４の回路コントローラ９０６から）受信することができるか否かを判定する。
ブロック７０７における判定が肯定的である場合、プロセスはブロック７０９に進み、そこでコントローラはハイバネーションモードに入る。ブロック７０７での判定が否定的である場合（これは、確認（例えば、確認信号）がコントローラによって首尾良く受信されなかったことを意味する）、プロセスはブロック７１１に進み、コントローラは、確認の受信失敗（または確認の失敗）をユーザに通知し（例えば、ユーザのモバイルデバイスまたは車両のディスプレイに通知を送信する）、その後、コントローラはハイバネーションモードに入る。いくつかの実施形態では、コントローラは、他の構成要素（例えば、回路コントローラ）にも休止状態に移行するよう指示することができる。その後、方法７００は、さらなるプロセスのために戻る。いくつかの実施形態では、回路コントローラは、確認をコントローラに送信した後、それ自体ハイバネーションモードに入ることができる。
いくつかの実施形態では、方法７００は、モータのセキュリティを強化するために、物理的なロックデバイス（例えば、ロックデバイス４００）を作動させることを含むことができる。いくつかの実施形態では、物理的ロックデバイスを作動させるプロセスは、ブロック７０９またはブロック７１１において実行することができる。他の実施形態では、物理的ロックデバイスを作動させるプロセスは、ブロック７０１において実行することができる。いくつかの実施形態では、ユーザは、物理的ロックデバイスが作動／有効化にされたときに通知を受信することができる。
いくつかの実施形態では、本開示の方法は、例えば、（１）コントローラによって、車両をオフにすることに関する信号を受信することと、（２）コントローラによって、車両内のモータの複数のコイルを短絡するように、セキュリティユニットに指示することと、（３）コントローラによって、複数のコイルが短絡しているか否かを検証する試験信号を送信するように、回路コントローラに指示することと、（４）複数のコイルが短絡しているという確認信号を受信したときに、ハイバネーションモードに入ることとを含むことができる。いくつかの実施形態では、この方法は、コントローラによって、回路コントローラに休止状態になるように指示することを含むことができる。いくつかの実施形態では、この方法は、コントローラが、複数のコイルが短絡しているという確認信号を受信しないとき、コントローラによって、ロックデバイスのアクチュエータに、ロックデバイスのストッパを動かして、車両のモータのロータアセンブリに接触させるように指示することによって、ロックデバイスを作動させることを含むことができる。いくつかの実施形態では、車両をオフにすることに関する信号を受信すると、ロックデバイスを作動させることができる。
本技術は、特定の例示的な実施形態を参照して説明されているが、本技術は、記載された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の主旨および範囲内で修正および改変されて実施され得ることが認識されよう。したがって、本明細書および図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味において考えられるべきである。

Claims (20)

  1. 車両を駆動するためのハブ装置であって、
    コイルの複数のセットを有するモータと、
    コイルの前記複数のセットに電気的に結合された駆動回路と、
    前記駆動回路およびコイルの前記複数のセットに電気的に結合されているセキュリティユニットであり、前記セキュリティユニットは、コントローラからの信号に応答してコイルの前記複数のセットのうちの少なくとも１つのセットを短絡するように構成されており、前記信号は、前記モータがオフにされていることを示す、セキュリティユニットと、
    コイルの前記複数のセットが短絡しているか否かを検証するための試験信号を送信するように構成された回路コントローラと
    を備える、ハブ装置。
  2. 前記セキュリティユニットは、アクチュエータと導体板とを備え、前記アクチュエータは、前記導体板を動かして、コイルの前記複数のセットのうちの前記少なくとも１つのセットを短絡するように構成される、請求項１に記載のハブ装置。
  3. 前記アクチュエータは、ソレノイド弁またはリニアモータを含む、請求項２に記載のハブ装置。
  4. 前記セキュリティユニットは、コイルの前記複数のセットのうちの前記少なくとも１つのセットを短絡するように構成されたスイッチを備え、前記スイッチは、
    コイルの前記複数のセットのうちの前記少なくとも１つのセットを短絡するように構成された機械的スイッチ、または
    コイルの前記複数のセットのうちの前記少なくとも１つのセットを短絡するように構成されたトランジスタベースのスイッチを含む、請求項１に記載のハブ装置。
  5. 前記モータは、コイルの前記複数のセットを有するステータアセンブリを含み、前記コイルの少なくとも１つの短絡されたセットは、ロータアセンブリの回転によって引き起こされる磁場の変化に応答して、前記ロータアセンブリの前記回転の逆方向のトルクを生成するように構成されている、請求項１に記載のハブ装置。
  6. 前記モータは、コイルの前記複数のセットを有するロータアセンブリを含み、前記コイルの少なくとも１つの短絡されたセットは、前記ロータアセンブリの回転によって引き起こされる磁場の変化に応答して、前記ロータアセンブリの前記回転の逆方向のトルクを生成するように構成されている、請求項１に記載のハブ装置。
  7. 前記ロータアセンブリが前記ステータアセンブリに対して回転するのを少なくとも部分的に防止するように構成されたロックデバイスをさらに備え、前記ロックデバイスは、ストッパと、前記ストッパに結合されているアクチュエータとを有し、前記ストッパは、前記アクチュエータによって動かされるように構成されている、請求項５に記載のハブ装置。
  8. 前記モータは、シャフトに回転可能に結合されたハウジングを備え、前記ステータアセンブリは、前記ハウジングの内部に位置決めされ、前記シャフトに結合され、前記ステータアセンブリは、前記ステータアセンブリ内に収容されたバッテリアセンブリに電気的に結合される、請求項５に記載のハブ装置。
  9. 前記駆動回路は、３相交流電流を生成するようにコイルの前記複数のセットを制御するように構成されている、請求項１に記載のハブ装置。
  10. コイルの複数のセットと前記セキュリティユニットとの間に電気的に結合されたリレーをさらに備える、請求項１に記載のハブ装置。
  11. 前記リレーは、前記コイルの前記複数のセットを通過する電流が閾値を超えたときに開回路を形成するように構成されている、請求項１０に記載のハブ装置。
  12. 前記コントローラからの前記信号は、前記モータが所定の期間にわたってオフにされたことを示す、請求項１に記載のハブ装置。
  13. セキュリティシステムを有する車両であって、
    コイルの複数のセットを有するモータと、
    前記モータに電気的に結合されているコントローラと、
    コイルの前記複数のセットに電気的に結合された駆動回路と、
    前記駆動回路およびコイルの前記複数のセットに電気的に結合されているセキュリティユニットを有するセキュリティシステムであり、前記セキュリティユニットは、前記コントローラからの信号に応答してコイルの前記複数のセットのうちの少なくとも１つのセットを短絡するように構成されており、前記信号は、前記モータがオフにされていることを示す、セキュリティシステムと、
    コイルの前記複数のセットが短絡しているか否かを検証するための試験信号を送信するように構成された回路コントローラと
    を備える、車両。
  14. 前記モータは、ロータアセンブリとステータアセンブリとを含み、前記セキュリティシステムは、
    前記ロータアセンブリが前記ステータアセンブリに対して回転するのを少なくとも部分的に防止するように構成されたロックデバイスをさらに備え、前記ロックデバイスは、ストッパと、前記ストッパに結合されているアクチュエータとを有し、前記ストッパは、前記アクチュエータによって動かされるように構成されている、請求項１３に記載の車両。
  15. 前記セキュリティユニットは、アクチュエータと導体板とを備え、前記アクチュエータは、前記導体板を動かして、コイルの前記複数のセットのうちの前記少なくとも１つのセットを短絡するように構成される、請求項１３に記載の車両。
  16. 前記モータによって駆動される車輪をさらに備え、前記モータは、動力伝達構成要素を介して前記車輪を駆動するように構成されている、請求項１３に記載の車両。
  17. 前記モータによって駆動される車輪をさらに備え、前記モータのロータアセンブリが前記車輪に固定的に結合される、請求項１３に記載の車両。
  18. 車両の安全を確保するための方法であって、
    コントローラによって、前記車両をオフにすることに関する信号を受信することと、
    前記コントローラによって、前記車両内のモータの複数のコイルを短絡するように、セキュリティユニットに指示することと、
    前記コントローラによって、前記複数のコイルが短絡しているか否かを検証する試験信号を送信するように、回路コントローラに指示することと、
    前記複数のコイルの一部またはすべてが短絡しているという確認信号を受信したときに、ハイバネーションモードに入ることと
    を含む、方法。
  19. 前記確認が首尾良く受信されなかった場合、ユーザのモバイルデバイスまたは前記車両のディスプレイに通知を送信することと、
    前記通知を送信した後、前記ハイバネーションモードに入ることと
    をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記制御装置が、前記複数のコイルの一部または全部が短絡しているという前記確認信号を受信するとき、前記コントローラによって、ロックデバイスのアクチュエータに、前記ロックデバイスのストッパを動かして、前記車両の前記モータのロータアセンブリに接触させるように指示することによって、前記ロックデバイスを作動させることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
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