ハイブリッドセンサ対応電動ホイールおよび関連システム、マルチハブホイールスポーク組みシステム、ならびにホイールスポークの製造および装着方法

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。