JP2017525615A - ペダル車両用パワートレイン - Google Patents

Abstract

ペダル車両用パワートレインであって、第１のモータ２０と、第２のモータ４と、遊星キャリア１４、１１４、リング歯車１２、１１２及び太陽歯車１３を有する遊星歯車機構３とを備え、第１のモータ２０は遊星歯車機構３に接続され、パワートレインは、遊星歯車機構３への第１の入力を作るためにリング歯車１２、１１２が接続されたクランク軸１１も備え、第２のモータ４はクランク軸１１と連動され、制御ユニット６は、角度位置の設定値に従って第１のモータ２０を調整するとともに電流又はトルクの設定値に従って第２のモータ４を調整するように設計される、ペダル車両用パワートレイン。

Description

本発明は、ペダル車両、特に自転車用パワートレインに関し、このパワートレインは、第１のモータ及び第２のモータと、遊星キャリア、リング歯車及び太陽歯車を有する遊星歯車システムとを備え、両方の機能、すなわち、電力補助と、速度比を変化させるための電気システムとを提供し、速度比は、ペダルと、トランスミッション要素によってホイールに接続するハウジングからの出力との間で定義される。

そのようなパワートレインは、２つのモータが寄与するペダリングトルク（ペダリング力）に比例する電気的補助を提供できる。ペダルと出力チェーンリングとの間のある速度比を提供するように第１のモータが使用される。サイクリストによって選択された補助レベルが維持されることを保証するように第２のモータが使用される。

そのようなパワートレインは、特許出願国際公開第２０１３／１６０４７７号により知られている。その出願に記載されるように、第１のモータ及び第２のモータにはそれぞれ、第１のセンサ及び第２のセンサが設けられており、第１のセンサ及び第２のセンサは、それぞれに関連付けられたモータの角速度を測定するように設計されている。第１のセンサ及び第２のセンサは制御ユニットに接続され、サイクリストによって推進されている自転車の速度を測定するように設計された第３のセンサもその制御ユニットに接続され、パワートレインは、第１のモータによって供給されたトルクを示す測定信号を生成するように設計された測定要素を備え、制御ユニットは、第１のセンサ及び第２のセンサによって測定された速度と、現在の設定値及びトルクを示す測定信号とに基づいて、第１の制御信号及び第２の制御信号を生成するように設計され、その第１の制御信号は、第１のモータに送られる回転速度調整信号であり、その第２の制御信号は、第２のモータに送られるトルク調整信号である。

国際公開第２０１３／１６０４７７号

公知のパワートレインの１つの不利益は、速度測定システム及びその調整器に割り当てられた設定値の値による第１のモータの制限された動的応答能力である。その第１のモータによる応答の遅れは、ペダルからシステムの出力チェーンリングまで伝達され得るとともにユーザーにとって不思議に思える場合がある滑り感を生じさせるトルクの量を制限する。実際、公知のパワートレインに関する特許出願に記載されるように、第１のモータに供給される制御信号は、第２のモータの測定システムによって測定された速度に依存する速度の設定値である。電動モータのロータのような回転構成要素の速度の測定は概して、（任意の種類の）位置センサを用いて行われ、そこからの信号が後処理されて回転速度に関する値を得る。これを行う最も簡単な方法は、２つの位置間の時間を測定し、これら２つの位置間の角度をその時間で割ることである。この手法は、位置を一時的に移動させる効果を有し、測定にタイムラグを導入し、測定ノイズを加えるおそれがある。よって、この信号をフィルター処理してさらに連続的にすることは時には好ましく、これはさらなるタイムラグを導入する。そのような測定のタイムラグは、第１のモータの動力を害するので、第１のモータの速度調整器によって提供される利益を制限する。（第１のモータ及び第２のモータに関して）高解像度位置センサを使用することは、第１のモータの動力の制御を高めるために必須である。

この目的で、本発明に係るパワートレインは、第２のモータがクランク軸に係合し、第１のモータが太陽歯車に接続され、遊星キャリアがパワートレインの出力チェーンリングに接続され、リング歯車がペダルに接続されることを特徴とする。

第１のモータ及び第２のモータにはそれぞれ、それぞれに関連付けられたモータの角度位置を測定するように設計されている第１のセンサ及び第２のセンサが設けられているので、その第１のセンサ及び第２のセンサは、第３のセンサも接続される制御ユニットに接続され、その第３のセンサは、サイクリストによって推進される自転車の速度を測定するように設計され、そのパワートレインは、第１のモータ及び第２のモータそれぞれの巻き線を通過する電流測定信号（ＤＣモータにおけるトルクの画像）を生成するようにそれぞれが設計された第１の測定要素及び第２の測定要素を備え、その制御ユニットは、センサによって測定される角度位置と、モータの巻き線を流れる電流と、他の係数とに基づいて２つのモータを調整するように設計される。第１のモータは、第２のモータの角度位置及び所望の速度比に特有の係数の関数である角度位置の設定値に従って、閉じたループ内で調整される。第２のモータは、その第１のモータの電流及び所望の補助レベル（ホイールにおける全動力に対する供給された電力の比）の関数である電流の設定値（トルクの画像）に従って、閉じたループ内で調整される。

第２のモータは、クランク軸に係合されるので、サイクリストのペダリングの動きを補助する。ペダリングするサイクリストによって生成した動力と第２のモータの動力との合計が、リング歯車を介して遊星歯車機構の第１の入力に伝達される。第１のモータは、遊星歯車機構、すなわち太陽歯車の第２の入力に固定して取り付けられる。通常はチェーンを介してホイールを駆動する出力チェーンリングは、遊星キャリアを介して遊星歯車機構の出力に固定して取り付けられる。したがって、出力チェーンリングの速度は、２つの入力、すなわちリング歯車及び太陽歯車の速度の線形関数であり、遊星歯車機構のトルクの２倍の等価性によって、出力チェーンリングのトルクが２つの入力のトルクに直接連結される。このようにして、２つのモータは両方とも、サイクリストがペダルを踏むときに補助するように寄与する。遊星歯車機構の３つの部分からの３つのトルクをつなぐこの式の利点と、これら３つの部分に関する電気モータの配置の利点との一方は、２つのモータのそれぞれにおける電流の測定を導き出すことによって、サイクリストによってペダルに伝達されるトルクを確認することを可能にする。これは、ペダルに追加的なトルクセンサなしに、比例した補助を有するパワートレインを作ることを可能にする。

２つのモータのそれぞれは、このパワートレインの一部として特有の機能を有する。第１のモータの機能は、速度比の設定値を常に維持することを保証することであり、設定値は、ユーザーによって設定されるか、又は、自転車の走行速度及びサイクリストによってペダルに伝達されるトルクの関数として制御ユニットによってリアルタイムに計算される。第２のモータの機能は、ユーザーによって選択された補助レベルに関する設定値を維持するのに必要な追加的なトルクを提供することである。

推進システムも、ユーザーの努力中に自転車が補助を受けないことを意味する特別なゼロ補助の場合に従って動作できる。この動作モードは、例えば、システムバッテリが平坦な場合に、又は、車両がある走行速度を超える際のある合法システムにおいて有益である。サイクリストがいつも速度比の全範囲から利益を得られることを保証するために、その第１のモータは電気エネルギーを必要とする。所与の特別な場合では、その第２のモータは、必要な電流を第１のモータに供給するための発電機として機能することができる。全ての場合で、２つのモータの制御法則が同じに維持される。

特許出願国際公開第２０１３／１６０４７７号により知られるパワートレインを参考にして、乗り心地及び／又は性能及び／又はエネルギー消費及び／又は設置された動力の値を高めるのを助けるために、新しい制御方法が実行されている。

同じ原理に従って機能する他の可能な変更も、この記載に続いて記載される。

本発明は、本発明に係るパワートレインの好ましい実施例を示す図面を用いて説明される。

本発明に係るパワートレインの好ましい実施例の模式的な断面図である。 パワートレインに含まれる２つの電気モータについての調整概略図である。 サイクリストに提供される補助を制御する方法のグラフ表現である。 伝達スリップを防ぐ方法のグラフ表現である。 急勾配上での動作モードを制御する方法に有用な、ロックするフリーホイールの統合の２つの可能な配置の模式的な断面図である。 本発明に係るパワートレインの第１の変形例の模式的な断面図である。 本発明に係るパワートレインの第２の変形例の模式的な断面図である。

図面において、同一又は同様の要素には同じ参照番号が割り当てられている。本発明は、自転車へのパワートレインの適用について説明する。しかし、本発明は自転車に限定されず、ペダルを有する任意の車両に適用できる。

図１は、本発明に係るパワートレインの実施例を表す。そのシステムの構成要素の全てはハウジング内部に納められ、ハウジングも自転車のフレームに固定される。クランク軸はハウジングを通り抜け、その内部でベアリングに取り付けられる。任意のペダルと同様に、クランク軸１１の両側に２つのクランク１０が取り付けられる。クランク軸１１は、遊星歯車機構３の一部であるリング歯車１２に取り付けられる。

遊星歯車機構３は３つの独立した部分、すなわち、太陽歯車１３と遊星キャリア１４とリング歯車１２とで構成される。遊星キャリア１４はいくつかの遊星歯車１６を支持する。太陽歯車、遊星歯車、及びリング歯車は好ましくは歯車であるが、接触によって接線方向の力を伝達するローラギアの形態であってもよい。太陽歯車は好ましくは、第１のモータ２０のロータ１９に固定して取り付けられる。リング歯車１２はクランク軸１１に固定される。遊星キャリア１４は軸１５に固定され、この好ましい実施例では軸１５は中空であり、それ自体が出力チェーンリング２３に接続される。出力チェーンリング２３は、例えばチェーン又はベルトを介して、自転車の後輪を駆動する。遊星キャリア列１４も、リング歯車１２の内部歯１２’を太陽歯車１３の歯に接続させるのに役立つ１組の遊星歯車１６を備える。この好ましい実施例では、各遊星歯車１６は、リング歯車１２の内部歯１２’と係合する小さい大歯車１６’と、太陽歯車１３の歯と係合する大きい大歯車１６”とを備える二重歯車である。遊星歯車１６の小さい大歯車１６’及び大きい大歯車１６”は、互いに対して動かないように取り付けられる。これら二重遊星歯車は、第１の電気モータと出力との間の減速比を増加させることと、第１のモータの平均回転速度を増加させることとを可能にし、したがって、第１のモータが伝達できるトルクを増加する。

第１のモータ２０はステータ５及びロータ１９を備える。ステータはパワートレインのハウジングに取り付けられる。第１のモータは、遊星歯車機構３の一部である太陽歯車１３に接続される。その第１のモータの機能は、それ自身の速度を増加することによって、出力チェーンリング２３の速度を増すことである。実際には、遊星キャリア１４の速度は、太陽歯車及びリング歯車の速度の加重合計である。第１のモータは、ペダルの速度に対するその速度を変化させることによって、パワートレインの伝達速度比（クランク軸１１からシステムの出力チェーンリング２３に向けて見た伝達比）を変化させる。

所望の補助レベル（ホイールの全動力に対する供給された電力の比）が正しく適用されるように、第２のモータ４は、リング歯車１２の外部歯１２”を介してクランク軸１１の回転を補助する。動力は好ましくは、二重大歯車２によって、第２のモータ４とリング歯車１２との間を伝達され、二重大歯車２は、リング歯車１２の外部歯１２”に係合する小さい大歯車２’と、第２のモータ４のロータ軸に固定して取り付けられたスプロケット７に係合する大きな大歯車１２”とで構成される。小さい大歯車２’及び大きい大歯車２”は、互いに固定して取り付けられる。大抵の場合、第２のモータ４は補助機能を有するが、本発明に係るいくつかの場合には、ペダルにブレーキをかけ、電気エネルギーを回収してバッテリ及び／又は第１のモータ２０に戻すこともできる。これは例えば、サイクリストが補助しないモードを選択することを決めた場合、又は、バッテリが平坦でサイクリストが依然としてシステムのギアボックスの利点を取りたい場合である。実際には、正しい速度比を保証したい場合には、動力を第１のモータ２０に供給することが必須である。

好ましい実施例では、制御ユニット６は、同じハウジング１内、すなわち、この目的を意図した空間内に収容される。電子基板の形態の制御ユニット６は、２つの電気モータを供給し、様々なシステムのセンサに接続される。

通常の動作では、サイクリスト及び第２のモータ４が遊星歯車機構のリング歯車１２を駆動する。第１のモータ２０は、遊星歯車機構の太陽歯車１３を駆動する。この次は、リング歯車１２及び太陽歯車１３が遊星歯車１６を駆動し、パワートレインの出力チェーンリング２３に接続された遊星キャリア１４を回転させる。出力チェーンリングの回転速度は、太陽歯車１３の回転速度及びリング歯車１２の回転速度に依存する。

パワートレインの伝達比が最小の比に機械的に固定される動作モードが提供される。この最低の機械的な伝達比は、システムの２つの回転要素間にフリーホイールを設置することにより得られる。本発明の好ましい実施例では、遊星キャリア１４がクランク軸１１よりもゆっくり回転することができないという効果と共に、クランク軸１１と遊星キャリア１４との間にフリーホイール１８が設置される。この動作モードは３つの場合に有用である。第１の場合は、電気及び／又は電子システムの故障時であり、サイクリストに最低速度比で補助なしに家に戻ることを可能にする。第２の場合は、サイクリストが補助しない動作モードを選択することを決定し最小速度比でペダリングしたい場合である。この場合では、両方のモータからの供給が中断されて、エネルギー消費を減少する。別の方法は、急勾配上での動作モードの方法であり、本明細書において後で説明する。

図２は、本発明に係るパワートレインに含まれる２つの電気モータについての調整概略図を示す。

通常の動作モード（図５に記載される急勾配の動作モードを除く）では、第２のモータＭ２で測定された角度位置θｍｅｓＭ２と、所望の伝達比の関数である変数Ａとに基づく角度位置の設定値θｒｅｆＭ１に従って、第１のモータＭ１は閉じたループ内で調整される。実際には、要素Ａが変化すれば、パワートレインの速度比も変わる。第２のモータとクランク軸とは機械的な滑り止めトランスミッションによって接続されるので、第２のモータの角度位置θｍｅｓＭ２がクランク軸の角度位置に直接関連することを留意すべきである。第１のモータの角度位置の設定値θｒｅｆＭ１が第１のモータの角度位置の測定値θｍｅｓＭ１と比較され、第１のモータの角度位置誤差θｅｒｒＭ１と呼ばれる２つの差が調整器ＣθＭ１に入力される。これは、パワートレインの速度変化システムの動作の基本である。第１のモータ及び第２のモータの位置センサは任意の種類であってもよいが、好ましくはインクリメンタルセンサであることを留意すべきである。調整の概略に関して最も重要な点は実際には、第１のモータの角度位置と第２のモータの角度位置との相対的な分離である。調整器ＣθＭ１は任意の種類であってもよいが、比例ゲインによって増加された第１のモータの角度位置誤差θｅｒｒＭ１と同等な比例項を少なくとも含まなければならない。したがって、調整器ＣθＭ１からの出力は、第２のモータに対する第１のモータの位置遅れと共に増加するであろう。重要なのは絶対位置ではなく相対位置（インクリメンタルタイプ）であるので、位置基準が必要ないということを留意するのが重要である。調整器ＣθＭ１からの出力は、直接的な第１のモータの制御、又は好ましくは、電流の設定値ＩｒｅｆＭ１であり、図２に示されるように電流調整器ＣＩＭ１に入力することができることのいずれであってもよい。角度位置調整器ＣθＭ１からの出力と第１のモータの制御との間に電流調整器ＣＩＭ１を置くことで、電流の制御の自由度をより大きくさせる。特に、第１のモータの基準電流ＩｒｅｆＭ１を電流調整器ＣＩＭ１に導入する前に制限することが可能である。したがって、これは好ましい解決である。電流調整器ＣＩＭ１はその入力において、電流設定値ＩｒｅｆＭ１と第１のモータの電流の測定値ＩｍｅｓＭ１との差に等しい電流誤差ＩｅｒｒＭ１を受け取る。第２の調整器からの出力は、第１のモータの制御に直接動作し、この制御は好ましくは、モータ用の供給電圧（供給電圧チョッピング）に適用されるデューティーサイクルＤＣＭ１である。

第２のモータＭ２はトルク制御されなければならない。ブラシあり又はなしの直流モータでは、トルクは電流に直接比例する。したがって、第２のモータＭ２は、電流の設定値に従って、閉じたループ内で直接調整される。この電流の設定値は少なくとも、第１のモータで測定された電流と、パワートレインのユーザーによって選択された補助レベルとに依存する。電流調整器ＣＩＭ２はその入力において、電流設定値ＩｒｅｆＭ２と第２のモータの電流の測定値ＩｍｅｓＭ２との差に等しい電流誤差ＩｅｒｒＭ２を受け取る。この調整器からの出力は、第２のモータの制御に直接動作し、この制御は好ましくは、モータ用の供給電圧（供給電圧チョッピング）に適用されるデューティーサイクルＤＣＭ２である。安全限界が好ましくは、第２のモータの電流の設定値に適用されて、サイクリストがペダルにトルクを供給することを停止すれば第２のモータがサイクリストのペダリング動作を強制できないことを保証する。制御ユニットが常にその第２のモータの電流の設定値を制限して、遊星歯車機構の太陽歯車上で第１のモータが及ぼすトルクを第２のモータがそれ自身で克服できないことを保証する。よって、第２のモータは、それ自身の力だけではペダルを回すことができないであろう。この制限は、ペダリングの際、安全性及び快適性の理由で有用である。

図３は、補助を滑らかにするための本発明に係る第１の方法のグラフ表現である。この第１の方法は、第２のモータからの推力に時間オフセットを適用することによって、２つの電気モータによって供給される複合トルクを滑らかにすることから構成される。図３の図表は、ペダルの角度の関数として、ユーザーによって提供されるトルクと、第１のモータからのトルクと、第２のモータからのトルクとを図解する。ユーザーは、ユーザーが加える力をクランクを介してクランク軸に伝達し、クランク軸に交番トルクを引き起こす。ユーザーによって提供されるトルクは、２つのクランクのうちの１つがほぼ水平のときに最大となる。第１のモータが調整されて、ペダルの速度に比例するある速度で動作する。ユーザーが２つのクランクのうちの１つに推力を加えると、ペダルは加速し、第１のモータの角度位置に後れを引き起こす。第１のモータは、そのトルクを増加することによりこの遅れを補正する。したがって、サイクリストによって供給されるトルクと、第１のモータによって供給されるトルクとは、互いに位相が同じである。ペダルによって提供されるトルクは、遊星歯車機構のリング歯車に伝達される。遊星歯車機構についてのトルクの式は、リング歯車のトルクが、太陽歯車に接続される第１のモータのトルクに直接比例することを示す。これは、リング歯車に加えられるトルクが大きくなると、第１のモータがその角度位置の設定値を維持するために供給する必要のあるトルクが大きくなることを意味する。制御器は、第２のモータを導入することによってペダルを踏みながらリング歯車のトルクを増加することを決定すると、第１のモータが供給しなければならないトルクをさらに増加するであろう。したがって、これは、機械的な伝達に不利であるとともに第１のモータからの出力に関するものである揺動トルクの振幅を増加するであろう。さらに、第１のモータが相当量のトルクを供給するように第１のモータの寸法決めをすることが必要である。

この問題に対処するために提案された方法は、第１のモータからのトルクの低い点を満たすために第２のモータに供給される設定点トルクの位相をずらすことであり、これにより、ホイールに供給される全トルクを滑らかにする。調整器に供給される電流の設定値（トルクに比例する）が第１のモータの測定された電流に依存することが、以前に留意された。この提案された滑らかにする方法を実行するために、ペダルの角度位置の関数として第１のモータへの測定された電流信号を遅らせ又はフィルター処理することが役に立つ。これは、調整を安定化し、効率を改善し、伝達における制約を低減し、モータの必要なサイズをより小さくすることができる。

図４は、このタイプのパワートレインに特有の特定の現象に適用可能な、伝達スリップを防止するための方法を図解する。人は、短い期間で、且つ、ペダリング速度が遅いときに、高いトルク値を提供することが可能である。ペダルに加えられたトルクが（遊星歯車機構のトルクの法則に従って）第１のモータとは反対の方向に直接伝達されると仮定すると、モータは非常に迅速に相当量のトルクを生成しなければならず、その位置の設定値を維持するために相当量の電流を消費しなければならないということになる。エネルギーの消費を制限し、モータの巻き線並びに歯車を保護するために、その第１のモータによって送られる最大トルクを制限することが望ましい。そのような制限の欠点は、第１のモータがその最大トルク（電流制限）において飽和したときに必要に応じてその制御された位置の設定値を維持することがもはやできなくなることであり、これは、特別なペダル推進の短期間の間にサイクリストが速度比の低下を感じる不自然なペダリング感覚を生成するであろう。サイクリストは、自転車の後輪に伝達可能なトルクがペダルのレベルで推力閾値を超えて制限されるという感覚を有するであろう。この間隔は理想的ではない。本発明によって提案された方法は、「回生」モードで第２のモータを使用して、サイクリストがペダルに過度の推力を加えるときにサイクリストの動きにブレーキをかけることで構成される。電気的補助の現実のレベルは、この過剰な推力の間に減少されるであろうが、その第１のモータは、その角度位置の設定値を維持することが可能であろうし、したがって、速度比の設定値を維持することも可能であろう。図４は、ユーザーによって提供されるトルクが突然に急速に上昇し、高レベルに達する状況を図解する。適用される方法は、第２のモータに関して設定値の電流（及びそれと共にトルクも）を減少し、非常に短い時間の間に負の電流（負のトルク）を強制さえもして、過度のトルクを提供することなしに、最も効果的に第１のモータをその角度位置の設定値に戻らせる。第２のモータがペダルにブレーキをかけている間に、電子基板の供給バスに電流が戻り、電流は、バッテリを充電するか、又は、第１のモータの動力に必要な一部又は全てを供給する。この回生領域は、図４でハッチングされている。

図５は、急勾配上での動作モードの図表表現である。この動作モードは、意図的にシステムを可能な限り低い速度比で動作させることと、２つのシステムモータを通常の動作とは異なる方法で制御して、システムから最大限の支援を得る、及び／又は、急勾配上で最適な効率を実現するようにシステムを機能させることとで構成される。パワートレインの最低比は、フリーホイールの介在を介して回転部分をロックすることにより、第１のモータの速度が下端で制限される純粋に機械的な比である。このモードの問題は、遊星歯車機構の３つの部分全てのトルクを結合する式（二重の等式）が、チェーンにフリーホイールが導入されているのでもはや成立しないことである。したがって、ユーザーが供給するトルクを正確に測定することはもはや不可能であり、サイクリストに適切且つ安全な補助を提供するために他の方法を実行しなければならない。好ましい実施例は、クランク軸とシステム出力との間に位置するフリーホイールを含み、したがって、出力チェーンリングがクランク軸よりもゆっくりと回転することを防止する。ハウジングと第１のモータのロータとの間にフリーホイールを配置することも可能であり、これにより、このモードで機能をわずかに変える。最低速度比は依然として純粋に機械的であり、急勾配に関するこの動作モードで角度位置の設定値に従った第１のモータの調整はない。両方の場合では、ロックはフリーホイールの動作によって生じるが、そのフリーホイールは、２つの配置に応じて異なるように配置される。

図１に示されるように、配置Ａは好ましい配置である。フリーホイール２４は、クランク軸と遊星キャリアとの間に配置され、したがって、出力チェーンリングがクランク軸よりもゆっくり回転することを防止する。フリーホイール２４がロック位置内に移動すると、クランク軸と出力チェーンリングとの間が１：１の比となる。遊星歯車機構の速度式は、第１のモータに接続された太陽歯車も同じ速度で回転することも規定する。ある条件の下では、急勾配のモードが作動する。この動作モードでは、設定値の電流に従って２つの電気モータが制御される。第２のモータの設定値の電流は、その最大電流に近いであろう。第１のモータの設定値の電流は、サイクリストによって供給されるトルクがゼロトルクに近いある正の閾値未満に低下するまでフリーホイール２４がロック位置内にとどまるようなものであろう。したがって、２つのモータは、パワートレインの出力チェーンリングに動力を供給する。このモード及びこの配置Ａでは、サイクリストによって供給されるトルクを導き出すことは不可能であるが、一方で、ユーザーによって供給されるトルクがゼロトルクに近いある低い正の閾値よりも大きいか否かを知ることが可能である。この配置はさらに、ユーザー及び第２のモータが寄与する強いトルクが、遊星歯車機構の歯車を強制することなしに、フリーホイール２４を直接通過するという利点を有する。ペダル及び第２のモータからのトルクを伝達する構成要素は、図５において意図的に強調されている。急勾配の動作モードが動作中に道路の勾配がより緩やかになった場合、システムはこのことを検知して、システムが全歯車範囲にさせる通常の動作モードにすぐに戻すであろう。サイクリストがペダリングを停止することを決めた場合、サイクリストが供給するトルクは、電流によって直接制御される第１のモータがクランク軸よりも速く回転するように加速する未満の閾値未満に低下するであろう。この点で、制御が急勾配の動作モードから通常の動作モードに切り替わり、２つのモータが停止するまで２つのモータの制御を低下させることによって、ユーザーによって供給されるトルクの低下に自然に対応する。

配置Ｂは、少し異なるように機能し、他の利点及び不利益と関連する。フリーホイール２５は最低速度比で伝達をロックし、この場合に、フリーホイール２５は、ハウジングと第１のモータのロータとの間に位置し、このモータがその通常の動作の方向とは反対の方向に回転することを防止する。これは、この急勾配の動作モード及びこの配置において、フリーホイール２５によって第１のモータが停止され、動力を供給されずロックされないことを意味し、モータの全効率を良くすることはできるが全補助は少なくなる。この場合、ペダルと出力チェーンリングとの伝達比が１：１よりも低くなり（したがって、出力チェーンリングはペダルよりもゆっくり回転する）、これにより速度変化の範囲が増加するが、この時間が、ユーザーによって供給されるトルクについての情報を防止する。この解決策の１つの不利益は、第２のモータ及びサイクリストによって供給されるトルクが遊星歯車機構の歯車を介して伝達されることである。したがって、遊星歯車機構の歯車は、急勾配の状況に直面したような高い負荷を持続できるような大きさにしなければならない。第２のモータ及びユーザーによって供給されるトルクの経路は、図５において太線で意図的に表されている。ある条件下で、急勾配のモードが動作する。この配置では、第２のモータのみがサイクリストのペダリングを補助する。第２のモータは、その最大電流に近い電流の設定値に従って制御される。急勾配の動作モードの動作中に道路の勾配が緩やかになった場合、システムがこれを検知して通常の動作モードにすぐに戻すか、又は、システムが全歯車範囲を利用可能にする。この急勾配の動作モード中に停止する条件を満たすために、第２のフリーホイール２６がクランク軸と遊星歯車機構のリング歯車との間に配置される。ペダルが走行方向に回転する際にフリーホイール２６はロック位置内にあり、クランク軸はリング歯車を直接駆動する。第２のモータが依然として遊星歯車機構のリング歯車を回転させている場合でさえも、サイクリストはいつでも安心してペダリングを停止することができる。サイクリストがペダリングの停止を決めた場合、その情報が追加的なセンサを介して制御ユニットに送られ、その測定値を使用してペダルの回転速度を評価し、制御ユニットは第２のモータへの動力の供給を停止する。

上述の２つの配置に関して、パワートレインには好ましくは、道路の勾配信号を送る傾斜計が備え付けられる。自転車の速度のような他の物理的測定値と組み合わされたこの勾配信号は、急勾配の動作モードの動作時にサイクリストによって供給されるトルクを評価するモデルを作るために使用できる。この勾配情報は、道路の勾配がある閾値未満に落ちたときに急勾配の動作モードから通常の動作モードに切り替えることを可能にするであろう。

図６は、本発明に係るパワートレインの興味深い第１の代替的な実施例を図解し、この実施例では、クランク軸は、パワートレインと遊星歯車機構のリング歯車との間の減速をもたらす。クランク軸１１は、小さな大歯車３０に係合する大きな大歯車３１に固定して取り付けられる。小さな大歯車３０は、遊星歯車機構３のリング歯車１１２に固定して取り付けられる。遊星キャリア１１４は、出力シャフト１１５に固定して取り付けられる。フリーホイール１１８は、（遊星キャリアに接続された）出力シャフト１１５とリング歯車１１２との間に置かれる。フリーホイール１１８は、出力シャフト１１５がリング歯車１１２よりもゆっくり回転することを防ぐように位置する。単純な遊星歯車１１６が図６に示されるが、図１に示されるように二重遊星歯車を使用することも可能である。これらの単純な遊星歯車は、リング歯車１１２の内部歯１１２’及び太陽歯車１３に係合する。リング歯車１１２の外部歯１１２”は二重大歯車２に係合する。遊星歯車機構の全ての構成要素がより高速で回転し、したがってより小さな負荷の下にあるので、この実施例は興味深い。これは、遊星歯車機構の内部減速を低減することと、二重歯を有する遊星歯車の代わりに単純な遊星歯車を使用することも可能にする。遊星キャリアが図１の好ましい実施例よりも速く回転するので、出力チェーンリングのサイズも低減できる。

図７は、本発明に係るパワートレインの第２の代替的な実施例を図解し、この実施例では、クランク軸１１は、遊星歯車機構の遊星キャリア２１４に接続され、遊星歯車機構３のリング歯車２１２は、中空のスピンドル２１５を介してパワートレインの出力チェーンリング２３に接続される。リング歯車２１２のみが内部歯２１２’を有する。第２のモータによって供給されるトルクは、二重大歯車２を介して遊星キャリア２１４の外部歯２１４”に伝達される。出力チェーンリング２３がクランク軸１１よりもゆっくり回転することを防止するようにして、フリーホイール２１８がクランク軸と中空の出力スピンドル２１５との間に配置される。この実施例に係る動作は、正しく動作してトルクを送るためにクランク軸とは反対方向に太陽歯車が回転しなければならないことを除いて、図１の実施例と非常に類似する。

図７に関して、発明者はしたがって、第１のモータ２０と、第２のモータ４と、遊星キャリア２１４、リング歯車２１２及び太陽歯車１３から構成される遊星歯車機構３とを備え、第１のモータ２０は遊星歯車機構３に接続され、遊星歯車機構３への第１の入力を作るために遊星キャリア２１４が接続されたクランク軸１１も備える、ペダル車両、特に自転車用パワートレインを提案し、第２のモータ４がクランク軸１１に機械的に（好ましくは歯車で）連結されるとともに第１のモータ２０が太陽歯車１３に接続され、リング歯車２１２はパワートレインの出力チェーンリング２３に接続され、第１のモータ２０及び第２のモータ４にはそれぞれ、１つ又は複数の第１のセンサ又は１つ又は複数の第２のセンサが備え付けられ、第１のセンサ及び第２のセンサは、それらが割り当てられるモータのロータの角度位置を測定するように設計され、第１のセンサ及び第２のセンサは制御ユニット６に接続され、前記パワートレインは、第１のモータ２０によって供給されるトルク及び第２のモータ４によって供給されるトルクを示す電流測定値信号を生成するように設計された測定要素を備え、前記制御ユニット６は、角度位置の設定値に従って第１のモータ２０を調整するとともに電流又はトルクの設定値に従って第２のモータ４を調整するように設計されることを特徴とする。

Claims (16)

1. 第１のモータ（２０）と、第２のモータ（４）と、遊星キャリア（１４、１１４）、リング歯車（１２、１１２）及び太陽歯車（１３）を有する遊星歯車機構（３）とを備え、前記第１のモータ（２０）は前記遊星歯車機構（３）に接続され、前記遊星歯車機構（３）への第１の入力を作るために前記リング歯車（１２、１１２）が接続されたクランク軸（１１）も備える、ペダル車両、特に自転車用パワートレインにおいて、
   前記第２のモータ（４）が前記クランク軸（１１）に機械的に連結されるとともに前記第１のモータ（２０）が前記太陽歯車（１３）に接続され、前記遊星キャリア（１４、１１４）は前記パワートレインの出力チェーンリング（２３）に接続され、前記第１のモータ（２０）及び前記第２のモータ（４）にはそれぞれ、１つ又は複数の第１のセンサ又は１つ又は複数の第２のセンサが備え付けられ、前記第１のセンサ及び前記第２のセンサは、それらが割り当てられるモータのロータの角度位置を測定するように設計され、前記第１のセンサ及び前記第２のセンサは制御ユニット（６）に接続され、前記パワートレインは、前記第１のモータ（２０）によって供給されるトルク及び前記第２のモータ（４）によって供給されるトルクを示す電流測定値信号を生成するように設計された測定要素を備え、前記制御ユニット（６）は、角度位置の設定値に従って前記第１のモータ（２０）を調整するとともに電流又はトルクの設定値に従って前記第２のモータ（４）を調整するように設計されることを特徴とするパワートレイン。
2. 前記第２のモータ（４）は前記クランク軸（１１）に噛み合うことを特徴とする、請求項１に記載のパワートレイン。
3. 前記第１のモータ（２０）の調整器用に定義された前記角度位置の設定値は（少なくとも）、前記第２のモータ（４）の角度位置の測定値と、速度比の設定値の関数である係数との関数であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のパワートレイン。
4. 前記第２のモータ（４）の調整器を定義する前記電流の設定値は少なくとも、前記第１のモータ（２０）で測定された電流と、補助レベルの設定値との関数であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載のパワートレイン。
5. 前記第２のモータ（４）の前記電流の設定値は、サイクリストが前記ペダルにトルクを加えない場合に前記第２のモータ（４）がその力だけで前記ペダルを回転することができないように制限されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項に記載のパワートレイン。
6. サイクリストが通っている道路の勾配の測定値を供給する傾斜計が備え付けられることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項に記載のパワートレイン。
7. 前記第２のモータ（４）の補助ピークが前記第１のモータ（２０）のトルクの低い点と同相になるように、前記第２のモータ（４）の前記電流の設定値に時間遅れが加えられることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載のパワートレイン。
8. 前記第１のモータ（２０）がもはやその角度位置の設定値を維持することができなくなったとき、前記第２のモータ（４）に適用される前記電流の設定値は負の電流値まで低下することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載のパワートレイン。
9. 前記遊星歯車機構（３）の前記リング歯車（１２、１１２）に固定して取り付けられた要素と、前記遊星歯車機構（３）の前記遊星キャリア（１４、１１４）との間に配置されたフリーホイール（１８、１１８、２４）を組み込んで、前記遊星キャリア（１４、１１４）が前記リング歯車（１２、１１２）よりも速く回転するのを防止することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載のパワートレイン。
10. 前記第１のモータ（２０）のロータ（１９）と、前記パワートレインのハウジング（１）との間に位置するフリーホイール（２５）を組み込んで、前記遊星歯車機構（３）の前記太陽歯車（１３）がその通常の回転方向とは反対の方向に回転するのを防止することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載のパワートレイン。
11. 前記クランク軸（１１）と前記遊星歯車機構（３）の前記リング歯車（１１２）との間に歯車の減速がもたらされることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項に記載のパワートレイン。
12. 前記遊星歯車機構（３）の要素は歯車を介して機械的に連結されることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項に記載のパワートレイン。
13. 前記遊星歯車機構（３）の要素はローラを介して機械的に連結され、前記ローラの接線方向の力が摩擦によって伝達されることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項に記載のパワートレイン。
14. 前記第１のモータ（２０）及び前記第２のモータ（４）は、ブラシレスタイプの電気モータであることを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一項に記載のパワートレイン。
15. 前記制御ユニット（６）と前記第１のモータ（２０）と前記遊星歯車機構（３）とは同じハウジング内に収容されることを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか一項に記載のパワートレイン。
16. 請求項１から１５までのいずれか一項に記載のパワートレインが備え付けられた自転車。