CN103781700A - 用于将动力卡匣安装于水上工具主体上的系统 - Google Patents

Abstract

一种用于将动力卡匣安装于水上工具主体上的系统（2300），包括构造成可释放地将系统固定于水上工具主体上的安装组件（2311）、壳体（2331）、操纵杆（2301）、以及动力卡匣。壳体包括容纳空间，并且动力卡匣构造成至少部分地插入容纳空间中。操纵操纵杆使壳体相对于安装组件旋转，使得操纵杆可用于操作水上工具主体。

Description

用于将动力卡匣安装于水上工具主体上的系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年6月30日提交的题为“MOTORIZEDWATERCRAFT WITH INTERCHANGEABLE MOTOR MODULE（具有可互换的电机模块的动力水上工具）”的美国临时申请第61/503,417号的权益，其全部内容通过引证方式结合于此。

发明背景

发明领域

本发明涉及一种动力水上工具（watercraft）。

背景技术

水上工具以各式各样的目的应用于全世界，包括运输业、渔业、娱乐、和/或生活空间。水上工具可以是动力式或非动力式。有些水上工具可设置有分离式电机组件（例如，船外电机），用来将动力推进能力提供给另外的非动力船。其他水上工具则可构造有一个或多个船内电机。同样地，有些水上工具，包括帆船、划艇、皮艇、以及独木舟，可主要不通过电机来使用。

发明内容

在一个实施方式中，一种用于水上工具的系统包括构造成将系统耦接至水上工具主体的安装组件、动力卡匣、以及操纵杆。动力卡匣包括至少一个电动机、至少一个叶轮、入水口、以及出水口。入水口和出水口位于动力卡匣的底部表面中，并且动力卡匣附接至安装组件上并偏离安装组件。操纵操纵杆使动力卡匣相对于安装组件旋转。动力卡匣能耦接至具有容纳空间的壳体，该容纳空间由具有至少一个突出部的表面所限定。该至少一个突出部可以构造成接合动力卡匣以便限制动力卡匣相对于壳体在纵向方向、横向方向、以及侧向方向中的至少一个方向上移动。壳体可以包括构造成相对于壳体可释放地固定卡匣的闭锁装置。动力卡匣可包括基本上平坦的底部表面并通过转向柱耦接至操纵杆。

在另一实施方式中，一种用于推进水上工具的系统包括安装组件、壳体、操纵杆、以及动力卡匣。安装组件包括构造成将系统固定于水上工具主体上的托架，壳体包括容纳空间，该容纳空间偏离安装组件。操纵操纵杆使壳体相对于安装组件旋转，并且动力卡匣构造成至少部分地插入并锁定在容纳空间中。卡匣可包括至少一个电机，例如，构造成至少在第一方向上相对于水体推进水上工具的至少一个电机。卡匣可包括叶轮，例如，定位在流体壳体中并耦接至轴的一个部分的叶轮，其中轴的另一部分通过波纹管耦接器耦接至电机。卡匣可包括至少一个电池和/或至少一个电机控制器。壳体可包括突出部，卡匣的至少一部分可包括凹口，并且突出部的至少一部分可至少部分地容纳在凹口内。卡匣可拆卸地耦接至壳体，例如，卡匣可紧固于壳体上和/或锁定于壳体上。

在另一实施方式中，一种水上工具包括耦接至水上工具主体的安装组件、动力卡匣、以及操纵杆。动力卡匣包括至少一个电动机、至少一个叶轮、入水口、以及出水口。入水口和出水口位于动力卡匣的底部表面中，并且动力卡匣附接至安装组件上并偏离安装组件。操纵操纵杆使动力卡匣相对于安装组件旋转。动力卡匣可定位成使得动力卡匣的底部表面在水上工具的水线下方不超过三英寸，例如，在水上工具的水线下方不超过一英寸。动力卡匣可旋转以在水面上的任意方向上推进水上工具，并且动力卡匣可具有基本上平坦的底部表面。

附图说明

图1是冲浪板的顶部外壳的分解图，示出了置于顶部外壳凹槽中的部件。

图2是冲浪板的底部外壳的分解图，示出了置于底部外壳凹槽中的部件。

图3是根据本发明的一个实施方式的冲浪板的剖面图，该冲浪板由具有安装于其中的动力部件的顶部和底部外壳制成。

图4示出了顶部外壳中的电机凹槽与底部外壳中的叶轮凹槽之间的通道的详细视图。

图5是流体壳体的立体图，叶轮可插入该流体壳体中。

图6示出了在冲浪板尾部的区域中附接至顶部外壳的底部外壳，其中一个流体壳体附接在一个底部外壳凹槽中。

图7是示出了驱动控制系统的一个实施方式的框图，该驱动控制系统可用于动力冲浪板的一个实施方式中。

图8是示出了用于动力冲浪板的一个实施方式的方法的流程图。

图9是驱动控制系统的一个实施方式的顶视图（俯视图），该驱动控制系统可用于动力冲浪板的一个实施方式中。

图10是个人水上工具的立体图，包括容纳在个人水上工具的底部凹槽中的动力卡匣的第一实施方式。

图11是图10的冲浪板的分解图。

图12是图10和图11的个人水上工具的立体图，包括容纳在个人水上工具的底部凹槽中的非动力卡匣。

图13是图12的冲浪板的分解图。

图14是皮艇的立体图，包括容纳在皮艇的底部凹槽中的卡匣的第一实施方式。

图15是图14的皮艇的分解图。

图16是个人水上工具的立体图，包括容纳在个人水上工具的底部凹槽中的动力卡匣的第二实施方式。

图17是图16的冲浪板的分解图。

图18是图16和图17的动力卡匣的分解图。

图19是图18的动力卡匣的立体剖面图。

图20是个人水上工具的剖面图，包括邻接于泵壳体的排水口的弯曲主体部分。

图21是图20的个人水上工具的底视图（仰视图）。

图22是包括扁平的排水口的泵壳体的立体图。

图23是安装系统的一个实施方式的顶部立体图，该安装系统用于将动力卡匣安装于水上工具上。

图24是动力水上工具的顶部立体图，包括图23的安装于水上工具主体的剖面上的安装系统。

图25是图24的动力水上工具的底部立体图。

图26是图25的动力水上工具的局部分解底部立体图，示出了与对应的容纳空间分离的动力卡匣。

图27至图29是图24至图26的动力水上工具的顶部立体图，示出了在不同的构造中相对于水上工具主体转动的动力卡匣。

具体实施方式

通常，水上工具可通过使船只构造有一个或多个船内电机和/或使船只设置有一个或多个船外电机来提供动力。然而，给水上工具提供动力的这些方法可明显增加水上工具的重量并提高成本。另外，现有电机通常需要昂贵的石油系列燃料并将废气排到周围的水和/或空气中。此外，由这种电机驱动的螺旋桨必须可在相关水上工具的水线下方良好地延伸，由此形成更丰富的流体剖面并限制水上工具可以安全穿过而不会搁浅的水体（水域）。在任何情况下，这种水上工具一般不容易在动力构造与非动力构造之间转换。

在此描述的许多实施方式的大体目的是提供一种系统，该系统用于将动力卡匣（cassette，箱，盒）安装于水上工具上以将动力推进能力提供给水上工具。在一些有利的实施方式中，安装系统可以可拆卸地固定于电池驱动的动力卡匣上，该动力卡匣可从系统上容易地拆除。这样，动力卡匣就可进行操作以便在不排出废气的情况下安静地推进水上工具。在一些实施方式中，卡匣可以容纳电池、电机、控制电子设备、叶轮以及相关的驱动硬件。这种系统可以与各种水上工具一起使用。

图1至图6示出了用于动力水上工具（诸如冲浪板）的适当的电力以及驱动系部件。在这些附图中，部件并未放置于卡匣中，而是这些附图示出了构件本身以及其相关布置和功能。现在参照图1、图2以及图3，在一些实施方式中，动力冲浪板包括顶部外壳102，以及底部外壳202。此空心外壳构造目前已用于冲浪板制造，并且代表着与传统成形的泡沫板相异的设计。本发明的一方面在于，这种空心外壳设计以使制造成本最小并提供结构的完整性以及长期可靠性的方式已适于动力冲浪板。

图1中示出了顶部外壳102，图2中则示出了底部外壳202。在图3中，提供了概念上的剖面图，示出了在一个实施方式中这些外壳如何相互配合。

顶部外壳102具有外表面104以及内表面106。类似地，底部外壳具有外表面204以及内表面206。为了生产完整的冲浪板主体，这两个外壳会沿着接缝302密封在一起，该接缝围绕顶部以及底部外壳的周边延伸。顶部以及底部外壳的“外表面”是与使用时暴露于水中的表面邻近的表面（尽管实际上并非这些外壳所有的“外表面”都暴露于水中，如将见后文）。顶部以及底部外壳的“内表面”是在密封进空心冲浪板主体中后形成于空心板内部的表面。通过此空心外壳技术制造冲浪板的一般方法在本领域中是已知的。目前，Aviso冲浪板（www.avisosurf.com）以此方式通过碳纤维顶部以及底部外壳形成空心冲浪板主体来制造冲浪板。

顶部外壳102的外表面104形成有一个或多个凹槽部分112，当外壳一起被密封为空心主体时，凹槽部分一般朝向底部外壳202的内表面206延伸。凹槽部分112形成用于电池114、电机控制板116、以及电机118的隔间。如后文所要说明的，电机118耦接至轴120，该轴延伸出电机隔间的后部。

安装这些部件后，凹槽可用盖122进行密封，该盖可用粘合剂（诸如填缝材料或其他防水密封剂）固定在位。如果需要的话，内螺纹接入口124可设置成接收外螺纹盖126。这样则可提供比移除或切除较大的盖122上的粘合剂更容易的入口。在一些有利的实施方式中，盖122、126中的一个或两者是透明的，使得当冲浪板被密封且在使用时，电池、电机、和/或其他电子设备便能够被看见。还可设置另一螺纹塞130，该螺纹塞可用于确保空心主体的内部和外部的气压相同。此特征是被熟知的且通常用于空心壳冲浪板。

现在转向图2，底部外壳202的外表面204也包括一个或多个凹槽部分212，当外壳一起被密封为空心冲浪板主体时，凹槽部分一般朝向顶部外壳102的内表面106延伸。底部外壳202还可包括用于鳍板收置盒的凹槽218，该鳍板收置盒以本领域中已知的方式容纳鳍片220。底部外壳凹槽212构造成容纳泵壳体224。如图3所示，泵壳体224容纳电机轴120，叶轮（推进器）226附接在电机轴上。流矫直器（flow straightener）228可附接在泵壳体224的后部。

如图3所示，顶部外壳中的凹槽部分112以及底部外壳中的凹槽部分212包括彼此邻近的底部外壳中的壁302以及顶部外壳中的壁304。在有利的实施方式中，这些邻近的壁大致垂直于冲浪板的整个顶部与底部表面而延伸。在这些邻近的壁中具有基本上对齐的开口，电机轴120延伸穿过该开口。因此，位于顶部外壳的凹槽部分中的电机（或多个电机）118耦接至位于泵壳体（或多个泵壳体）中的叶轮（或多个叶轮），该泵外壳（或多个泵壳体）则位于底部外壳的凹槽部分中。

图4更详细地示出了电机轴120延伸穿过的表面302和304。通常，电机118包括一体成形的轴402，该轴相当短。此短轴可通过波纹管耦接器404耦接至延伸较长的电机轴120。这些耦接器404是市售产品，例如可购自Ruland（零件编号MBC-19-6-6-A）。波纹管耦接器404是有利的，这是因为即使存在振动和/或线性连接的微小偏差，也允许平顺的轴转动。然后长轴120延伸穿过具有螺纹后部的轴承408。轴承408的螺纹后部穿入螺纹嵌入部410中，该螺纹嵌入部定位于开口的另一侧上，位于底部外壳的凹槽部分中。当轴承408被紧固到嵌入部中时，随着壁302和304一起被压缩而形成防水密封。应该理解的是，在其之间存在或不存在额外的材料的情况下，壁302、304都可直接接触，或者其可保持分离。为进一步使任何可能的泄漏进一步最小化，可在嵌入部410与壁320之间和/或轴承408与壁304之间放置橡胶垫圈、聚合物垫圈等。

图5以及图6示出了泵壳体224在底部外壳的凹槽部分212中的定位。图5示出了泵壳体224的底侧，而图6示出了安装在底部外壳的凹槽中的泵壳体。泵壳体224基本上是空心管，用于将水向上引导至叶轮并且引导到冲浪板的后部以外。因此，泵壳体224包括进水口502以及排水口504。泵壳体224能够以各种方法固定在凹槽212中。图5以及图6的实施方式包括轴508，该轴固定于泵壳体的每一侧上。轴508的顶端510延伸穿过位于泵壳体224的前部的开口512。现在参照图6，这些暴露的顶端510置于凹槽中的孔602中，以将泵壳体固定于凹槽212的前部中。泵壳体的后部可包括具有孔的壁，该孔与底部外壳中的孔616相配合。底部外壳中的孔可设置有压配合螺纹嵌入部。然后螺栓518可用于将泵壳体224的后部固定于凹槽212的后部。

应该理解的是，泵壳体224能够以多种方法固定在凹槽212中。例如，代替在底部外壳中具有用于螺钉及销的孔，可在凹槽的侧表面中形成狭槽和/或盲槽（blind recess），或者狭槽和/或盲槽可粘着地附接至凹槽的侧表面，该侧表面接合泵壳体上的配合表面。这种结构还可设置有螺纹以接合螺旋连接件。作为另一替代方案，粘合剂可用于将泵壳体固定在位。

现在转向图1至图3中示出的动力以及控制电子设备和装置，可采用各式各样的动力源、电机控制器、以及电机。其能够固定于其金属框架和/或板（未示出）上相应的凹槽中，金属框架和/或板通过粘合剂固定在凹槽中和/或通过诸如螺钉的紧固件固定于凹槽中，以使凹槽中的结构与侧壁成整体或粘着地固定于此。可接受的动力源包括锂电池或多个锂电池。

为了避免从节流控制输入件硬接线连接至电机控制器116，电机控制器116有利地包括无线接收器。此接收器可与无线传输器进行通信，此无线传输器由冲浪者控制，以控制电机速度。无线节流控制已被广泛利用，但在冲浪时使用节流器会产生特殊问题，该问题在于划行、站立、以及乘浪将会干扰冲浪者的容易地操作控制机构（诸如触发器、调节控制盘等）的能力。在一个实施方式中，无线传输电路可构造成传输水下的电磁和/或磁信号。因为传输器和接收器中的一个或两者在冲浪持续过程中可位于海平面之下，可使用在这些条件下特别可靠的传输系统以及协议。例如，可根据美国专利第7,711,322号中公开的系统以及方法实现无线电路，其全部内容通过引证方式结合于此。如这项专利所解释，使用以近场体制工作的磁接合的天线将是有用的。例如低于1MHz的低频信号能够进一步改善水下的传输可靠性。利用此种类型的节流器系统，可执行自动切断，如果传输器与接收器之间的信号强度下降至特定阈值以下，表示已超过两者间的特定距离，那么接收器切断电动机。如果冲浪者从板上掉落，作为自动切断这会是有用的。

图7示出了用于控制动力冲浪板的替代的控制机构680。控制机构680具有处理器690，用于调整控制机构680的操作。处理器690耦接至加速度计700。加速度计700测量加速度。这些测量通信至处理器690。出于初始化或校正加速度计700的目的，处理器690还可与加速度计700进行通信。在一个实施方式中，加速度计700是3轴加速度计，并可测量任何方向上的加速度。处理器690还耦接至存储器710。在一个实例中，存储器710用于储存加速度计读数的图形或配置文件，该读数与特定电机控制指令相关。例如，存储器710可储存加速度计读数的图形，此读数预先与一指令相关以促使电机控制器启动电机。处理器690可将加速度计700目前的输出值与先前储存的配置文件进行比较，以确定目前的输出值是否应该被解读为电机指令。控制机构680还具有耦接至处理器690的无线电传输器720。在一个实施方式中，无线电传输器720将从处理器690接收的信息（诸如电机指令）传输至无线电接收器504。

图8示出了根据本发明一个实施方式的用于使用控制机构680的方法740。在步骤745，从加速度计接收输出值。在一个实施方式中，来自加速度计的输出值可以是表示加速度的模拟信号，该加速度是由加速度计测量并沿着各轴线测量而得。在另一个实施方式中，模数转换器可用于将输出值转换为表示模拟信号的数字。可替换地，加速度计可构造成输出数字信号。例如，加速度计本身可构造成，当在每个轴线上检测到的加速度超过某一阈值量时，输出数字脉冲。

如步骤750所示，在来自加速度计的输出值被接收后，控制机构将输出值与预确定指令配置文件进行比较。这些指令配置文件还可称为加速度计输出图形或仅称为图形。例如，控制机构可储存对应于基本上沿着特定轴线重复的正负加速度的图形。其他图形可对应于沿着特定轴线的单独的正加速度。加速度计输出值的图形可与电机控制器的特定指令相关。例如，一个图形可对应于启动可用电机的子集的指令。其他图形则可对应于用于以特定占空比或以最大工作电势的特定百分比启动一个或多个可用电机的指令。

如步骤755所示，当前加速度计输出值与指令配置文件的比较使得确定输出值与特定的指令配置文件是否匹配。在一个实施方式中，如果当前输出值与指令配置文件不匹配，则放弃来自加速度计的输出，并且本方法结束，使控制机构等待更多来自加速度计的输出值。然而，如果当前输出值与指令配置文件匹配，控制机构则将对应的指令传输至电机控制器，如步骤760所示。传输之后，指令机构可再次等待来自加速度计的另外的输出值。

在替代的实施方式中，控制机构可在无需进行图形比较的情况下进行操作。例如，在一个实施方式中，控制机构可构造成将加速度计的读数解读为节流器控制的代理数据。在一个实施方式中，加速度计输出值的数值以及持续时间可直接转换成用于电机控制器的数值以及持续时间信号。例如，特定阈值以上的加速度读数可被解读为启动电机的指令。指令的持续时间可与接收加速度读数的持续时间成正比。图9示出了用于控制机构680的一个可能的实施方式。在此实施方式中，控制机构封装在封装件790中，该封装件被整合到手套780中。本领域的技术人员应该理解的是，整合到手套中的术语可包括附接于手套780的表面上或结构内。在一个实施方式中，封装件790是防水封装件。在一个实施方式中，封装件790包括塑料盒。在其他实施方式中，封装件790包括织物或其他材料层。有利地，此实施方式有利于动力冲浪板的控制，同时维持冲浪者使用他的手进行正常冲浪活动的能力。例如，当戴上手套，冲浪者正常运动的手可用于控制动力冲浪板，而不用将一只手放置在节流器620上以控制动力冲浪板。例如，理想的是，冲浪者正常划行时，电机控制器开启电机。这可以是在冲浪者滑行出去或在冲浪者尝试调整自己的位置以赶上海浪时。因此，当控制机构嵌入手套780中时，控制机构可构造成在划行运动期间，识别冲浪者的手所体验的加速度，以此作为启动电机的指令。因此，冲浪者可自由使用他的双手进行正常冲浪活动，同时当冲浪者的手部动作指示冲浪者正在执行需要由额外的电机支持来协助的活动时，控制机构便开启电机。可替换地，控制机构可构造成响应这种图形而开启电机，这种图形尽管并非必定与冲浪相关，但是与手动操作节流器相比却需要更少的力气或者较不会分散注意力。例如，当乘着海浪时，戴着手套780的冲浪者可能会仅摇摆他的手以启动或关闭电机，而不用调整节流器。因此，与将需要操作嵌入冲浪板主体中的节流器相比，冲浪者能够用更少的力气及协调来控制冲浪板的电机。在替代的实施方式中，封装的控制机构790还可以附接于或整合到其他服装的腕带或配件中。在其他实施方式中，手套780或其他配件或服装可以戴在每只手上，而每个对应的控制机构可控制动力冲浪板中电机的不同子集。

现在转向图10以及图11，示出了包括水上工具主体1000以及动力卡匣1020的第一实施方式的个人水上工具。主体1000包括顶侧1004和底侧1002。在一些实施方式中，主体1000可包括冲浪板，而在其他实施方式中，主体1000可包括其他传统非动力水上工具，包括例如，充气水上工具、小艇、救生艇、补给船、帆板（sail board，帆船）、站立滑行板（“SUP板”，stand up paddle board）、皮艇、以及独木舟。如上所述，主体1000可通过将顶部外壳粘附于底部外壳上来构造，或可使用本领域普通技术人员所熟知的其他各种方法来构造。主体1000可选择性地包括一个或多个鳍板收置盒1010，该鳍板收置盒构造成容纳一个或多个鳍片1012。

同样现在转向图11，主体1000的底侧1002可包括凹槽1008，该凹槽构造成将卡匣1020容纳在其中。凹槽1008可从底部表面1002朝向顶部表面1004延伸，并且包括位于主体1000的底部表面1002中的大致为凸面形状的凹陷部。在一个实施方式中，凹槽1008在底部表面1002中形成泪滴形开孔。此泪滴形开孔可与嵌入部1014和/或卡匣1020的形状互补，使得嵌入部1014和/或卡匣1020能以理想的构造定向和/或定位于凹槽1008中。如后文所详述，此嵌入部可以有用的，这是因为该嵌入部能够包括理想的特征，诸如用于紧固件接合的凸缘、螺纹孔等，这些特征（在其他物体中）可用于将卡匣固定于冲浪板的凹槽中。这允许冲浪板本身的外壳在凹槽1008中以及凹槽周围被完全制造成具有平顺且圆滑的圆形表面，并且不具有需要困难的制造过程的锐角、孔、或其他特征。这使得冲浪板1000本身的生产非常容易，并且只需要稍微改变制造传统冲浪板的过程。

继续参照图11，嵌入部1014可包括实心的或大体上呈环形的板结构，该板结构构造成覆盖凹槽1008的至少一部分。嵌入部1014可使用各种耦接方法耦接至凹槽1008，例如粘合剂、结合剂、和/或紧固件。在一些实施方式中，通过嵌入部1014与凹槽1008形状上互补的优点，嵌入部1014可形成为配合于凹槽1008内，使得两者间的接合可限制嵌入部1014相对于凹槽1008的纵向、侧向、和/或横向的移动。当设置于凹槽1008内时，嵌入部1014可限定用于容纳卡匣1020的容纳空间1016。在一些实施方式中，嵌入部1014可包括延伸进入容纳空间1016的一个或多个相对小的凸缘或突出部（未示出）。此一个或多个凸缘可构造成接合设置于卡匣1020中的一个或多个配合槽（未示出）。在一个实施方式中，凸缘从嵌入部1014的最前部延伸至容纳空间1016中，而卡匣1020的最前部包括对应的槽。这样，卡匣1020可拆卸地接合嵌入部1014以相对于嵌入部1014以及主体1000对齐并保持卡匣1020的前部。如图10所示，卡匣1020的底部表面1022可构造成与邻接的主体1000的底部表面1002基本上匹配，以实现个人水上工具理想的流体力学曲线。

卡匣1020可通过一个或多个紧固件1060可拆卸地耦接至嵌入部1014以及凹槽1008。在一个实施方式中，嵌入部1014包括构造成可螺纹接合螺纹紧固件1060的一部分的内螺纹孔1062（例如，螺钉），该螺纹紧固件穿过形成于卡匣1020中的对应开孔1024。在另一实施方式中，螺纹孔设置于主体1000中，并构造成接合螺纹紧固件1060的一部分。在一个实施方式中，卡匣1020的第一端上的槽可拆卸地容纳从嵌入部1014上延伸的对应凸缘的至少一部分，而卡匣1020的第二端可通过紧固件1060紧固于嵌入部/主体上，以限制卡匣1020相对于凹槽1008的纵向、侧向、和/或横向移动。如后文所详述的，容纳空间1016可构造成可拆卸地容纳各种与卡匣1020类似成形的不同卡匣。

如图10以及图11所示，可拆卸的卡匣1020可包括用于个人水上工具的驱动系统。在一个实施方式中，参照图1至图6公开的驱动系统部件可被容纳在卡匣1020内。例如，卡匣1020可包括一个或多个排水口1026、一个或多个泵壳体1028、一个或多个电机轴1030、一个或多个电机（未示出）、一个或多个电池（未示出）、和/或一个或多个叶轮（未示出）。这些部件的取向以及设计可基本上与上文描述的相同，但容纳在卡匣1020中。因此，卡匣1020可相对于水体推进主体1000，例如，以助于冲浪板滑行出去以及赶上海浪。

图12以及图13示出了个人水上工具，该个人水上工具包括容纳在主体1000内的卡匣1040的第二实施方式。卡匣1040与图10以及图11中的卡匣1020类似地成形，使得该两种卡匣均紧紧配合于由嵌入部1014形成的容纳空间1016内。卡匣1040可通过一个或多个螺纹紧固件1060和/或从嵌入部延伸的凸缘与卡匣1040中的槽之间的接合而可拆卸地耦接至主体1000。如图所示，紧固件1060可穿过卡匣1040中的开孔1034并容纳在嵌入部1014中的螺纹孔1062内。

与图10以及图11的卡匣1020相比，卡匣1040可以是无电力式或非动力式。在一些实施方式中，卡匣1040可以是空心的，并可包含构造成储存私人物品（例如遮阳幕、水上工具硬件、钥匙、移动电话等）的储存空间。在一个实施方式中，储存空间可以是基本上防水的以保护存放于其中的物品，防止从水体（例如，海洋）进水。在其他实施方式中，卡匣1040可基本上是实心的，使得水上工具从前端到后端具有大体均匀的浮力和/或刚性特性。

图10和图11的卡匣1020与图12和图13的卡匣1040可以互换，以使主体1000在动力构造（图10和图11）与非动力构造（图12和图13）之间进行转换。主体1000还可作为具有动力卡匣1020以及非动力卡匣1040的中的一个或两者的套件组。使用者可依据水体状况和/或个人水上工具的所需性能在卡匣1020与卡匣1040之间进行切换。例如，使用者可能希望通过选择将非动力卡匣1040放置在主体1000内以降低个人水上工具整体的质量特性，或者使用者可能希望通过选择将动力卡匣1020放置在主体1000内以将冲浪期间人体消耗的能量减至最低。

图14以及图15示出了皮艇，包括容纳在皮艇主体1400的凹槽1408内的图10和图11的卡匣1020以及嵌入部1014。如图所示，单个卡匣（例如，图10和图11的卡匣1020或者图12和图13的卡匣1040）可放置于具有构造成容纳卡匣的凹槽的不同水上工具主体中。例如，动力卡匣1020可以构造成配合在冲浪板主体的凹槽以及皮艇的主体中类似成形的凹槽中，使得使用者可在多种水上工具中使用相同的动力卡匣。如此一来，使用者可购买单个动力卡匣来推进不同水上工具。此外，在一些实施方式中，在无水上工具的情况下，动力卡匣可用作独立的装置来推进使用者。例如，在无另外的实质的水上工具（例如无冲浪板或皮艇）的情况下，使用者可持有动力卡匣1020并被推进穿过水体。

现在转向图16以及图17，示出了包括动力卡匣1620以及水上工具主体1600的个人水上工具。主体1600包括顶侧1604和底侧1602。在一些实施方式中，主体1600可包括冲浪板，而在其他实施方式中，主体1600可包括其他各种水上工具。与图10至图13的个人水上工具类似，如上所述，主体1600可通过将顶部外壳粘附于底部外壳上来构造，或可使用本领域的普通技术人员所熟知的其他各种方法来构造。主体1600可选择性地包括构造成容纳一个或多个鳍片1612的一个或多个鳍板收置盒1610。

现在转向图17，主体1600的底侧1602可包括构造成将卡匣1620容纳在其中的凹槽1608。凹槽1608可从底部表面1602朝向顶部表面1604延伸，并包括位于主体1600的底部表面1602中的大致为凸面形状的凹陷部。在一个实施方式中，凹槽1608在底部表面1602中形成泪滴形开孔。此泪滴形开孔可与嵌入部1614和/或卡匣1620的形状互补，使得嵌入部1614和/或卡匣1620能以理想的构造定向和/或定位于凹槽1608内。

继续参照图17，嵌入部1614可包括实心的或大体上呈环形的板结构，该板结构构造成覆盖凹槽1608的至少一部分。嵌入部1614可使用各种耦接方法耦接至凹槽1608，例如粘合剂、结合剂、和/或紧固件。在一些实施方式中，通过嵌入部1614与凹槽1608形状上互补的优点，嵌入部1614形成为配合于凹槽1608内，使得两者间的接合可限制嵌入部1614相对于凹槽1608的纵向、侧向、和/或横向的移动。当设置于凹槽1608内时，嵌入部1614可限定用于容纳卡匣1620的容纳空间1616。

在一些实施方式中，嵌入部1614可包括一个或多个突出部1651，该突出部构造成插入卡匣1620上的一个或多个凹口1659（图18中所示）中。突出部1651以及卡匣1620上的凹口1659可具有互补形状，使得突出部可通过使卡匣1620相对于嵌入部1614纵向向前滑行而由凹口接收。突出部1651与对应的凹口的接合能够产生一个或多个邻接部，该邻接部用以阻止或限制卡匣1620相对于嵌入部1614以及主体1600的纵向、侧向、和/或横向的移动。

嵌入部1614还可包括闭锁元件1653，该闭锁元件悬吊于闭锁板1655。当卡匣1620容纳在嵌入部1614内时，闭锁元件1653可钩住卡匣1620上的接收器1661（图18中所示）内的一个或多个表面，以将卡槽1620在纵向方向上相对于嵌入部1614固定。如此一来，卡匣1620可向前滑入嵌入部1614中直至闭锁元件1653可拆卸地接合卡匣上的槽口或其他部件，使得卡匣1620相对于嵌入部1614对齐且固定。为了从嵌入部1614中移除卡匣1620，通过将力施加于闭锁元件1653的悬吊端，压下闭锁元件1653以使闭锁元件与卡匣的槽口或其他部件脱离连接。然后，使闭锁元件1653脱离连接将允许使用者将卡匣1620相对于嵌入部1614向后纵向滑动，以将突出部1651从凹口1659中释放并将卡匣1620从主体1600中移除。

如图16所示，卡匣1620的底部表面1622可构造成基本上匹配主体1600邻接的底部表面1602，以实现个人水上工具理想的流体力学曲线。基部表面1622还可包括充电端口1631和/或启动开关1633。因此，当卡匣耦接至水上工具主体1600时或当卡匣与水上工具主体分离时，卡匣1620可进行充电。在实施方式中，当设置有上述这些时，如果需要，充电端口1631可设置于卡匣1620的相对侧，并且启动开关1633也能够设置于其他地方。

如图18以及图19所示，可拆卸的卡匣1620可包括驱动系统，该驱动系统包括一个或多个电机1675。在一个实施方式中，驱动系统能够至少部分地容纳在卡匣基部1671与卡匣盖1657之间。一个或多个电机1675能够由一个或多个电池1665供给电力，并且能够通过电机座1677安装于卡匣基部1671上。在一些实施方式中，每个电机1675能够通过轴耦接器1679、轴轴承1681、轴承支架1683、以及垫片（隔离件）1685耦接至电机轴1690。每个轴1690能够耦接至叶轮1699，该叶轮至少部分地设置于泵壳体1695内，且轴承1697能够选择性地设置在每个轴与叶轮1699之间。如此一来，一个或多个电机1675能够驱动各个叶轮1699以穿过泵壳体1695抽水，从而相对于水体推进卡匣。

在一些实施方式中，每个轴1690能够设置在轴壳体1694内，该轴壳体构造成限制轴1690暴露于与卡匣1620分离的物体。因此，轴壳体1694能够保护使用者在使用时不会无意地接触到轴1690，和/或可保护轴1690不会接触到其他物体，例如海草。另外，轴壳体1694能够通过使每个轴1690与穿过泵壳体1695的水隔离来改善卡匣1620的性能。在一些实施方式中，每个轴1690能够通过一个或多个轴密封件1692而保护轴不暴露于水中。

卡匣1620还能够包括设置于泵壳体1695的进气口上的一个或多个栅排（grate）1693。栅排1693能够限制进入叶轮1699以及轴1690，以保护这些部件和/或防止使用者在使用中无意地接触这些部件。在一些实施方式中，每个泵壳体1695和/或栅排1693能够耦接至一个或多个磁性开关（未示出），当泵壳体1695和/或栅排1693与卡匣基部1671分离时，该磁性开关能够关闭电机1675。因此，一个或多个磁性开关可以防止卡匣在任意栅排1693和/或泵壳体没有就位的情况下工作。

继续参照图18以及图19，驱动系统还可包括用于每个电机1675的一个或多个电机控制器1673、构造成将一个或多个电池1665与一个或多个电机控制器1673连接的一个或多个继电器1687、天线1667、以及收发器1669。一个或多个电机控制器1673、一个或多个继电器1687、一个或多个电池1665、天线1667、以及收发器1669能够通过一个或多个线束1663彼此电性连接。如上所述，收发器1669能够包括或耦接至无线传输电路，该无线传输电路构造成在水下传输电磁信号和/或磁信号。

图20以及图21示出了包括主体2031和泵壳体排水口2025的个人水上工具2000，该主体具有设置成邻接泵壳体2020且位于泵壳体后部的弯曲部分2033。弯曲部分2033可成形为产生康达效应（Coanda Effect，柯恩达效应）以引导来自排水口2025的流动，使其跟随弯曲部分2033的曲线（弯曲）。随着排出的流体进入周围的水域2060，排出排水口2025的流动的康达效应可在推出区域2050中使排出的流体产生有效推力。如在此所使用的，术语“康达效应”意指喷出的流体被附近的表面（例如，个人水上工具2000的主体2031的弯曲部分2033）吸引的趋势。弯曲部分2033以及泵壳体2020和弯曲部分2033的相对位置能够结合在此描述的任一个人水上工具中，以在排水口2025与弯曲部分2033之间产生推出区域。

图22示出了具有大致为曲线剖面形状的泵壳体2220的实施方式，此形状朝向扁平且椭圆的排水口2225渐缩。排水口2225包括第一扁平侧2221以及设置成与第一侧相对的第二扁平侧2223。排水口2225的第一扁平侧2221以及第二扁平侧2223使转动的水流稳定穿过，以在与排水口2225相邻且位于排水口后部的推出区域2250中使排出的水流更均匀。泵壳体2220能够选择性地包括一个或多个流矫直器，例如先前参照图2以及图3所述的流矫直器228。选定的流矫直器能够构造成使穿过泵壳体2220的水流稳定，并且排水口2225能够构造成进一步稳定流经于此的水流。排水口2225以及泵壳体2220的形状能够结合在此描述的任一个人水上工具中，以在邻接于排水口2225的推出区域中产生更均匀的流动。

图10至图17示出了个人水上工具的实施方式，该个人水上工具包括构造成容纳动力或非动力卡匣的容纳空间。如刚才图23至图29所述，在一些实施方式中，公开于此的动力卡匣可拆卸地安装或另外的耦接于不包括对应的容纳空间的水上工具主体。如此一来，动力卡匣能够将动力推进能力提供给水上工具。

图23是安装系统2300的一个实施方式的顶部立体图，该安装系统能够用于将动力卡匣固定、安装、或另外的耦接至水上工具主体。安装系统2300包括操纵杆2301、安装组件2311、转向柱2321、以及壳体2331。如以下详述，壳体2331可构造成在形成在壳体的底侧中的容纳空间中可拆装地容纳动力卡匣。壳体2331还可包括选择性的太阳能电池板2351，以便在有阳光时直接对容纳的动力卡匣的电池进行充电。

安装组件2311能够包括U形托架2313以及能够相对于托架进行调整的一个或多个安装圆盘2315。安装圆盘2315与托架2313能够协作以便摩擦地接合水上工具的一部分，例如船壳的船头、船尾、侧边、横梁、和/或其他部分。如此一来，安装组件2311便能够在各种位置相对于水上工具主体可拆卸地固定。如所示，转向柱从安装组件2311向下延伸，使得壳体2331偏离安装组件。转向柱2321的长度能够依据想要的水上工具尺寸进行调整，使得壳体2331的部分或全部恰好位于水上工具的水线下方。因此，安装组件2311可构造成在水体中具有有限的流体轮廓，并且允许相关的水上工具通过推进动力涉过浅水。在某些情况下，壳体2331的底部位于水线下方不超过三英寸，或甚至位于水线下方不超过一英寸。通过定位在平坦底部表面中的入水口和出水口，水上工具可以利用壳体位于水下非常少的部分来提供动力。

继续参照图23，操纵杆2301、转向柱2321、以及壳体2331的每个均能够耦接至彼此，并构造成相对于安装组件2311一致地移动。例如，可操作操纵杆2301以使转向柱和壳体2331相对于安装组件2311旋转，而在不同的方向上操纵水上工具行进。在一些实施方式中，壳体2331能够包括一个或多个艉鳍（未示出），该艉鳍设置于壳体的前部和/或后部附近以助于操纵水上工具。

如示意性地示出，操纵杆2301能够选择性地包括控制机构2353以用于控制容纳在壳体2331内的动力卡匣。如以上关于图7所讨论的，控制机构2353能够包括处理器、加速度计、存储器、以及传输器。在一些实施方式中，控制机构2353能够通过穿过安装系统2300的硬线连接直接与容纳的卡匣进行通信。在其他实施方式中，控制机构2353能够与容纳的卡匣无线通信。此外，控制机构2353能够相对于操纵杆2301进行固定，或者可拆卸地固定于安装系统2300上。例如，控制机构2353可与图9的控制机构680类似，并可拆卸地固定于操纵杆2301上。可替换地，安装系统2300不包括控制机构，而容纳的卡匣能够由单独的控制机构控制，例如，图9中作为手套或手表由操作者穿戴的控制机构680。

如上所述，图23的安装系统2300能够相对于水上工具进行固定，以对其提供动力推进能力。图24至图29示出了水上工具2400的实施方式，示出了图23的安装系统2300以及相关的水上工具主体2411。

如图24所示，安装系统2300能够通过安装组件2311安装于水上工具主体2411的船尾或右舷侧壁。在一些实施方式中，安装系统2300能够沿着水上工具主体2411的船头或船尾安装于横梁上以分别提供前侧或后侧的推进力。出于说明目的，图24至图29的水上工具主体2411示出为大致的水上工具的部分剖面。然而，本领域普通技术人员应该理解的是，水上工具主体2411能够包括各种水上工具主体，例如包括小艇、筏、勤务船、划艇、吊船、扁舟、游艇、充气水上工具、汽船（摩托艇）、帆船、平底小船、平底轻帆船、平底船、Jons船（jonsboat）、以及双体船。因此，安装系统2300可用于将动力推进能力提供至其他非动力水上工具，或者可用于将动力推进能力提供至其他动力水上工具。

如图25以及图26所示，可交换式动力卡匣2341能够至少部分地插入形成在壳体2331底部的容纳空间2308内。容纳空间2308由包括突出部2315的壳体2331的面向底部的表面2314来限定。类似于图17以及图18的嵌入部1614以及卡匣1620，突出部2315构造成插入卡匣2341上的一个或多个凹口（未示出）中以阻止或限制卡匣2341相对于壳体2331的纵向、侧向、和/或横向的移动。

面向底部的表面2314还可包括闭锁元件，该闭锁元件构造成可拆卸地接合卡匣2341上的槽口或其他部件，使得卡匣2341相对于壳体2331对齐且固定。在一些实施方式中，卡匣2341可通过其他方法相对于壳体2331进行固定，例如，一个或多个机械紧固件。如此一来，卡匣2341可容易地插入安装组件中，或从安装组件中容易地移除。在一些实施方式中，壳体2331可绕着安装组件2311转动以从水中移除壳体，以便移除或插入卡匣2341。在其他实施方式中，安装系统2300以及卡匣2341可具有足够小的重量，使得整个安装系统2300可与水上工具主体2411容易地分离以移除或插入卡匣2341。

在一些实施方式中，动力卡匣2341可基本上与图17以及图18的动力卡匣1620类似，并且壳体2331的表面2314也能够与图17以及图18的嵌入部1614类似。在这些实施方式中，单个动力卡匣可设置用于与具有容纳空间的个人水上工具一起使用和/或用于与安装系统2300一起使用。在其他实施方式中，动力卡匣2341可以与图17以及图18的动力卡匣1620具有不同的大小和/或形状。例如，动力卡匣2341可以大于动力卡匣1620以容纳不同的电池、电机、叶轮、和/或其他驱动系统部件。

动力卡匣还可永久地附接于壳体2331上，而非如上所述是可拆卸的。作为另一替代方案，壳体2331的顶部可以形成动力驱动系统的保护外壳，使得壳体2331形成动力卡匣本身。

如图27至图29所示，一旦动力卡匣2341已插入壳体2331中而且安装系统2300已相对于水上工具主体2401固定，那么操纵杆2301便能够进行操作以操作水上工具2400在不同的方向上行进。例如在图27中，操纵杆2301已被操作，使得转向柱2321以及外壳2331已使动力卡匣的前侧指向水上工具主体2401。在这样的位置下，如果动力卡匣距离船头比船尾近，那么动力卡匣将如图所示操作水上工具2400驶向右方。本领域的技术人员或普通技术人员应该理解的是，如果动力卡匣设置成距离船尾比船头近，那么图27中的动力卡匣将操作水上工具2400驶向左方。

图28示出了操作水上工具2400的另一实例。在图28中，操纵杆2301已被操作使得转向柱2321以及壳体2331已将动力卡匣的前侧指离水上工具主体2401。在这样的位置下，如果动力卡匣距离船头比船尾近，那么动力卡匣将如图所示操作水上工具2400驶向左方。然而，如果图28中的动力卡匣设置成距离船尾比船头近，那么动力卡匣将会操作水上工具2400驶向右方。如图29所示，操纵杆2301可从图24所示的位置转动180度，使得动力卡匣的前侧指向水上工具2400的船尾。在这样的位置下，动力卡匣将反向驱动水上工具2400（例如船尾向前）。因此可容易地操作操纵杆2301以相对于水体在任意方向上操作水上工具2400。

Claims (26)

1.一种用于推进水上工具的系统，所述系统包括：

安装组件，构造成将所述系统耦接至水上工具主体；

动力卡匣，包括至少一个电动机、至少一个叶轮、入水口、以及出水口，其中，所述入水口和出水口位于所述动力卡匣的底部表面中，并且其中，所述动力卡匣附接至所述安装组件上并偏离所述安装组件；以及

操纵杆，其中，操纵所述操纵杆使所述动力卡匣相对于所述安装组件旋转。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述动力卡匣耦接至具有容纳空间的壳体，所述容纳空间由具有至少一个突出部的表面所限定。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述至少一个突出部构造成接合所述动力卡匣，以便限制所述动力卡匣相对于所述壳体在纵向方向、横向方向、以及侧向方向中的至少一个方向上移动。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述壳体包括构造成相对于所述壳体能释放地固定所述卡匣的闭锁装置。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述动力卡匣包括基本上平坦的底部表面。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述动力卡匣通过转向柱耦接至所述操纵杆。

7.一种用于推进水上工具的系统，包括：

安装组件，包括构造成将所述系统固定于水上工具主体上的托架；

壳体，包括容纳空间，其中，所述壳体偏离所述安装组件；

操纵杆，其中，操纵所述操纵杆使所述壳体相对于所述安装组件旋转；以及

动力卡匣，构造成至少部分地插入并锁定在所述容纳空间中。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述卡匣包括至少一个电机。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述至少一个电机构造成在至少第一方向上相对于水体推进所述水上工具。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述卡匣包括叶轮。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述叶轮定位在流体壳体中。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述叶轮耦接至轴的一个部分，其中，所述轴的另一部分耦接至所述电机。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述轴通过波纹管耦接器耦接至所述电机。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述卡匣包括至少一个电池。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述卡匣包括至少一个电机控制器。

16.根据权利要求8所述的系统，其中，所述壳体包括突出部。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述卡匣的至少一部分包括凹口。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述突出部的至少一部分至少部分地容纳在所述凹口内。

19.根据权利要求8所述的系统，其中，所述卡匣能拆卸地耦接至所述壳体。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述卡匣紧固于所述壳体上。

21.根据权利要求19所述的系统，其中，所述卡匣锁定于所述壳体上。

22.一种水上工具，包括：

安装组件，耦接至水上工具主体；

动力卡匣，包括至少一个电动机、至少一个叶轮、入水口、以及出水口，其中，所述入水口和出水口位于所述动力卡匣的底部表面中，并且其中，所述动力卡匣附接至所述安装组件上并偏离所述安装组件；以及

操纵杆，其中，操纵所述操纵杆使所述动力卡匣相对于所述安装组件旋转。

23.根据权利要求22所述的水上工具，其中，所述动力卡匣定位成使得所述动力卡匣的底部表面在所述水上工具的水线下方不超过三英寸。

24.根据权利要求22所述的水上工具，其中，所述动力卡匣定位成使得所述动力卡匣的底部表面在所述水上工具的水线下方不超过一英寸。

25.根据权利要求22所述的水上工具，其中，所述动力卡匣能旋转以在水面上的任意方向上推进所述水上工具。

26.根据权利要求22所述的水上工具，其中，所述动力卡匣具有基本上平坦的底部表面。

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