CN207429618U - 供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统 - Google Patents
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Abstract
一种供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统包括：至少一个电源单元，该至少一个电源单元能围绕袖筒附装，该袖筒围绕所述游泳者的前臂固定；包括马达和叶轮的至少一个对应推进单元，所述马达与马达控制器电连通，所述推进单元位于壳体内，所述推进单元在从所述前臂侧向偏离的方向上延伸，位于所述游泳者的手腕附近而远离所述游泳者的头部；和用于所述电源单元和所述推进单元的控制设备。所述控制设备包括：用于控制所述推进单元的轴线相对于所述游泳者的前臂的俯仰的控制元件，所述控制元件包括被枢转地固定的所述托架；和用于控制提供给所述推进单元的功率水平的元件，其中所述旋转和控制设备中的每个都定位成供所述游泳者的手容易地接近。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于推进游泳者穿过水的装置，更具体而言，涉及这样一种装置和系统，该装置和系统安装在游泳者的前臂上，并且该装置和系统可以由游泳者的手和手指来控制。
背景技术
需要有一种供水下游泳者和水上游泳者包括浮潜者和水肺潜水者使用的推进单元。就此而言，这里使用的术语“游泳者”包括水上游泳者、冲浪者、水下游泳者、水肺潜水者等等。救生员和某些残障或残疾人士也采用某些推进单元。同样，军方也需要对这种载具的现有技术进行改进。本领域中的现有技术包括动力操作的系统范围，并且包括其中推进单元附装至游泳者的后背或者围绕躯干和大腿附装的布置。该特性领域的代表是授予Parker的名称为“Submersible Drive Means”的美国专利No.4,843,998(1989)、授予Bruce的名称为“Underwater Propulsion Device”的美国专利No.5,2024,178 (1991)、授予Mazin的名称为“Leg-Mounted Propulsion Device For Swimmers and Divers”的美国专利No.6,823,813(2004)以及授予Mah的名称为“Underwater Motor Device”的美国专利No.6,848,385(2005)。本实用新型旨在使用容易性方面以及在其使用期间对游泳者或潜水者的任何妨害最小化方面对这种现有技术做出改进。
本发明人所知的另一种类型的组件是被称为X2Jet Pack(喷气背包)的组件，其中一个前臂利用一个喷气背包安装推进装置。然而，由于每个单元都固定并且与前臂平行，因此除了通过游泳者的前臂可能在生理上进行的运动之外，它没有提供任何运动程度。另外，X2喷气背包系统的电源和其它部件集成在由游泳者佩带的身体线束(body harness)内，结果导致电源电缆和控制电缆位于游泳者的身体和下臂之间。这些电缆和线束固有地妨害或拖累游泳者或潜水者，游泳者或潜水者必须一直清楚身体上的线束，在任何情况下这都增加了被绊住的机会。X2喷气背包没有教导或从X2背包清楚在被绊住的情况下快速释放推进器和电缆的方法。此外还有，该系统的推进单元 (或推进器)都由单个手持按钮控制。这样，X2喷气背包的每个推进器并不是独立地操作，由此限制了系统的控制程度。
另一种类型的系统，类似于以上Mazin的系统，允许游泳者将一个前臂插入穿过固定直径的环并且抓住具有按钮的固定控制手柄。该单元与前臂平行地固定并且没有提供超过游泳者下臂的运动范围的任何附加运动程度。系统的电源和推进单元容纳在直径大于螺旋桨叶片的干式气缸内。另外，这种类型系统的电池不能在水下更换，并且该单元对游泳者来说比较笨重。
现有技术中还已知有各种机动化雪橇，这些机动化雪橇是相对较大的单元并且需要游泳者来安装雪橇，骑在雪橇上面并且驱动雪橇，就像是单独的载具一样(这是问题的关键所在)。许多背部动力单元都比较笨重，因此对于潜水者进入水里和离开水都比较笨拙。另外，这些单元并不适合于在水中具备容易的可操作性，这是因为推进单元总是固定至游泳者或者固定至储气罐，而储气罐又附装至游泳者。
其它流行的游泳者和潜水者推进系统为SeaDoo Scooter和Bladefish，二者均需要使用两只手抓住它们的相应侧。
由此，本实用新型提供了一种固定至游泳者的前臂的类型的推进单元，该推进单元可通过游泳者的一只手来操纵。
实用新型内容
一种供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统包括：至少一个电源单元，该至少一个电源单元能围绕袖筒附装，该袖筒围绕所述游泳者的前臂固定；包括马达和叶轮的至少一个对应推进单元，所述马达与所述马达控制器电连通，所述推进单元位于壳体内，所述推进单元具有将该推进单元枢转地固定至所述袖筒的托架，所述推进单元在从所述前臂侧向地偏移的方向上从所述游泳者的头部远离开地延伸；和用于所述电源单元和所述推进单元的控制装置，所述控制装置包括：(i)用于控制所述推进单元的轴线相对于所述游泳者的前臂的俯仰的轴线-俯仰控制装置，该轴线-俯仰控制装置包括被枢转地固定的所述托架；和(ii)用于控制由所述电源单元向所述推进单元提供的功率水平的功率控制装置，其中所述轴线-俯仰控制装置和所述功率控制装置中的每个都定位成供所述游泳者的手容易接近。
本实用新型的目的是给潜水者提供一种亲自供应动力的推进系统，该推进系统使得用户在水下和水上都能够具有高度的可操纵性。
另一个目的是提供一种用于游泳者和潜水者的高效和有效的个人动力推进系统，该推进系统使得用户在水中和水下都能够具有增强的可操纵性，并且在使用过程中能够留出用户的手进行期望的任务或动作。
又一个目的是提供一种水下推进装置，该水下推进装置具有附装至游泳者的前臂的推进单元，该推进单元能够由游泳者、救生员、浮潜员、水肺潜水员和许多其它类型的用户使用。
再一个目的是提供一种完全地用手和手腕操作的水下或水中推进系统，该推进系统可附装至游泳者的前臂，其中速度和方向性能够完全由游泳者的手和手腕控制。
在一个实施方式中，所述推进单元的壳体限定产生流体动力推力的推进器，该推进器内具有所述叶轮。
在一个实施方式中，所述控制装置包括：所述轴线-俯仰控制装置和所述功率控制装置的、拇指和手指可接近的控制件，所述装置中的每个装置都被防水壳体所包围，所述控制件在所述游泳者的手的方向上从所述袖筒轴向偏移。
在一个实施方式中，所述功率控制装置包括霍尔效应电压控制器。
在一个实施方式中，所述袖筒包括所述游泳者的袖套的延伸部。
在一个实施方式中，所述功率控制装置包括电路，该电路包括马达功率控制器，该马达功率控制器本身由PWM电路控制，该PWM电路由所述霍尔效应电压控制器控制。
在一个实施方式中，所述控制装置在其近端处表现出轴向弹性。
在一个实施方式中，围绕所述托架的壳体进一步包括基本刚性的径向构件，该径向构件将所述推进单元接近所述游泳者的手腕枢转地固定至所述前臂。
在一个实施方式中，所述叶轮通过驱动轴连接至所述马达，所述叶轮的护罩状覆盖件限定喷口。
在一个实施方式中，所述轴线-俯仰控制装置包括：用于使所述推进单元关于所述游泳者的前臂倾斜的装置。
在一个实施方式中，所述推进系统的比重被限定在1.0和1.25之间。
在一个实施方式中，所述推进单元的所述轴线-俯仰控制装置包括能通过所述游泳者的手腕的伸展和屈曲操作的长形控制手柄。
在一个实施方式中，所述至少一个电源单元包括围绕所述游泳者的第一前臂固定的第一电源单元和围绕所述游泳者的第二前臂固定的第二电源单元，并且所述至少一个对应推进单元包括用于第一电源单元的第一对应推进单元和用于第二电源单元的第二对应推进单元，其中所述第一对应推进单元与所述第二对应推进单元独立地控制。
在一个实施方式中，所述马达包括直流无刷马达。
在一个实施方式中，所述控制装置的PWM信号包括频率为50赫兹的调制脉冲，该调制脉冲具有1毫秒和2毫秒之间的宽度，并且所述脉冲均重复20毫秒。
在一个实施方式中，所述电源单元的电压输出落入在0和30伏直流的范围内。
在一个实施方式中，每个电源单元都包括与所述马达功率控制器电连通的一个或多个直流电池。
从如下附图说明、具体实施方式和所附的权利要求书，本实用新型的上述和另外其它目的和优点将变得清楚。
附图说明
图1是示出了配备有本实用新型的推进系统的游泳者的俯视立体图。
图2是本实用新型的立体图；
图3是大体类似于图2的视图，但是示出了在游泳者不需要使用控制的时间时位于用户的手后面的位置和手动控制手柄；
图4是示出了推进系统的材料部件的俯视平面图，其中该推进系统的某些整体元件以虚线示出，并且示出了霍尔效应开关邻近于游泳者的手的拇指，而该系统的控制手柄由游泳者的其它手指来接合；
图5是沿着图4的线5-5截取的示意性正视图；
图6是沿着图3中所示的线6-6截取的示意性侧视图；
图7是概念图，该概念图以虚线示出了推进单元的旋转，该推进单元利用控制该推进单元的纵向轴线的俯仰的机构附装至游泳者的前臂；特别地示出了游泳者的手腕相对于系统的枢转点屈曲20度而产生的倾斜，并且以虚线示出了推进单元相对于游泳者的前臂的逆时针旋转，这相当于手腕围绕枢转点屈曲负20度。
图8是示出了本实用新型的所有电气部件的相互关系的总体系统部件布局。
具体实施方式
在现有技术中，游泳者在其后背上有一个罐，该罐通过线束附装至游泳者。动力单元通常与叶轮单元一体地设置在该罐上或围绕游泳者10的手腕和前臂设置。
在本实用新型中，两个锂电池16和16A(参见图3)用作系统的电源，优选串联连接以获得大约30V的直流输出，并且附装至袖筒(或套筒)18 等，该袖筒18通常是游泳者的紧身潜水衣的延伸部。袖筒18内是游泳者10 的前臂19和手腕21，从手腕21延伸出手22的拇指24和其它手指26。电池16/16A与马达功率控制器28(参见图2至4和图8的电路图)进行电气连通，该控制器28又驱动无刷马达29并利用驱动轴34驱动叶轮32。如上指出的，该系统的电池被设计成附装至袖筒或推进单元，并且可以由游泳者在水面以上或水面以下连接或断开。到达电池的电缆接线(参见图8)可以通过将它们的接线从电缆31拉开或者简单地在点33处将电缆37从电池组移除而移除。
叶轮32由护罩36包围，该护罩36用作喷口，由此给潜水者提供保护，并且防止叶轮受到外来物体的影响，叶轮否则可能被这些外来物体缠住。同样，护罩或喷口36还确保系统的推力输出具有正确的方向性。
推进单元30通过托架38(参见图2和图3)固定至袖筒18，该托架38 包括扁平一体径向节段40。在托架38下面是扁平长形构件42(参见图4)，该扁平长形构件42结合或以其它方式固定至托架38，并且向上延伸至控制手柄44，下面将更充分地进行描述。
袖筒18和长形构件42之间是固定至袖筒18的平坦表面46。参见图4。所述长形构件42与表面46相符。枢转元件48(也称为“快速释放销”)在其基部处固定在表面46内，从而使得构件42及其相关的托架38和整个推进单元30可利用控制手柄44作为杠杆而围绕枢转元件48的轴线旋转。该快速释放销可以是U形销(Clevis pin)，因而能够如可能需要的那样进行必要的快速释放。另参见图7。另外，该枢转元件(快速释放销)48至少提供了如下功能：
1.其通过如下方式将推进单元30(参见图6)固定至游泳者的胳臂19：在快速释放销48插入的位置结合平坦表面46、长形构件42和托架38，并且快速释放销插入穿过每个所述元件，同时还允许推进单元30/32/36枢转。
2.将快速释放销48分离并移除允许将平坦表面46、长形构件42和托架38分离，从而允许期望时将推进单元从游泳者分离，而同时允许继续枢转，直到将销48移除。
如果沿着游泳者的上臂19或围绕游泳者的肩部、颈部、头部、躯干、臀部、大腿或脚部不存在电缆或物理接线，则所有部件，包括动力单元、电源和推进单元都能够居留于游泳者肘部下方并在该肘部下方操作。
在图5中示出了所述系统沿着控制手柄44的轴线的正视图。其中还可以看到霍尔效应电压控制器50。按下该霍尔效应电压控制器的按钮调整脉冲宽度调制(PWM)电路52(参见图8)，该电路52又作用在马达功率控制器28上，该马达功率控制器28又调整由电源16/16A供应给无刷马达29的直流电，并且与此同时调整由叶轮32产生的推力大小。图8的框图的电连接没有在图2至图7的机械绘制图中示出，鉴于本公开，这些在本领域技术人员的能力范围内都能够很好地提供。
要认识到，容纳在近端控制手柄杆44处的霍尔效应电压控制器50给游泳者的拇指24提供访问控制，同时可以使用或不使用游泳者的其它手指。另外，应该认识到，枢转元件48与长形构件42组合以及控制手柄44的长形几何形状，允许整个推进单元30容易地进行机械旋转。参见图4。也就是说，手柄44与构件42组合，允许动力单元30容易地围绕所述元件48枢转。参见图7。
图6是沿着在图3的线6-6所示的方向上的控制手柄44的轴线截取的侧视图。
参照图7，可以看到，通过在接合控制手柄44的同时游泳者的手腕的延伸或屈曲可以容易地实现的推进单元的俯仰程度的正和负的测角。在其它方面当中，这与以上Bruce(美国专利No.5,024,178)的教导的不同之处在于，不需要游泳者的肩部或肘部的运动来进行定位。相反，人们只需要用手接合控制手柄44，同时屈曲或延伸手腕来完成推进单元的俯仰程度的改变，如图 7和图8所示。利用拇指，霍尔效应电压控制器50也能够还控制由本实用新型的系统产生的推力程度。这样，相对于游泳者的身体的轴线的俯仰(或正或负)以及叶轮32的推力输出都可以通过游泳者的手、手腕和前臂的简单运动来容易地控制。
如果期望的话，可以在游泳者的另一个前臂上设置类似组件，该组件的控制可以与游泳者的第一个前臂上的组件的控制独立地操作。
进一步参照图8的电路图，在优选实施方式中，电路52的PWM信号将限定大约50赫兹的频率，并且包括宽度在大约1毫秒和2毫秒之间的调制脉冲，其中这些脉冲每个都重复大约20毫秒。另外，通过使用霍尔效应控制器50，直流电源16/16A的输出电压将落入0伏到大约30伏DC的范围内。
本实用新型的系统的许多部件都能够由公众容易地获得。例如，伊利诺伊州Carpentersville(60110)的Otto Engineering(奥托工程)销售使用按钮控制提供线性输出的合适的霍尔效应开关。与以上元件32、36或40对应的适当推进器由亚利桑那州的吉尔伯特(85223)的CrustCrawler销售。 CrustCrawler的合适产品是它们的50伏等级的400HFS-L高流动推进器。其它合适的推进器，诸如Sea Botix 150由CA的Irvine的HollisGear销售。另外，适当的无刷DC马达可以从CrustCrawler购买。
鉴于以上内容，要认识到，这里提供了一种推进系统，其中该推进系统的电源是独立的，并且该推进系统可相对于游泳者的前臂容易地定位，且除了利用游泳者的一个手臂的手腕和手之外无需任何解剖结构介入。这就消除了在推进单元的接近区域之外对任何形式的外部电气或机械连接的需要，这些电气或机械连接构成了现有技术方案诸如以上的Bruce方案中的危险因素。
尽管以上已经示出并描述了本实用新型的优选实施方式，但是要认识到，本实用新型可以以这里具体示出和描述之外的方式实施，并且在所述实施方式内，在不脱离如在所附权利要求中阐述的本实用新型的根本构思或原理的情况下可以对部件的形式和布置进行某些改变。
Claims (17)
1.一种供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，该推进系统包括：
(a)至少一个电源单元，该至少一个电源单元能围绕袖筒附装，该袖筒围绕所述游泳者的前臂固定；
(b)包括马达和叶轮的至少一个对应推进单元，所述马达与所述电源单元电连通，所述推进单元位于壳体内，所述推进单元具有将该推进单元枢转地固定至所述袖筒的托架，所述推进单元在从所述前臂侧向地偏移的方向上从所述游泳者的头部远离开地延伸；
(c)用于所述电源单元和所述推进单元的控制装置，
其特征在于，所述控制装置包括：
(i)用于控制所述推进单元的轴线相对于所述游泳者的前臂的俯仰的轴线-俯仰控制装置，该轴线-俯仰控制装置包括被枢转地固定的所述托架；和
(ii)用于控制由所述电源单元向所述推进单元提供的功率的功率控制装置，
所述轴线-俯仰控制装置和所述功率控制装置中的每个都定位成容易由所述游泳者的手接近。
2.根据权利要求1所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，所述推进单元的壳体限定产生流体动力推力的推进器，该推进器内具有所述叶轮。
3.根据权利要求2所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，所述控制装置包括：
所述轴线-俯仰控制装置和所述功率控制装置的、拇指和手指可接近的控制件，所述装置中的每个装置都被防水壳体所包围，所述控制件在所述游泳者的手的方向上从所述袖筒轴向偏移。
4.根据权利要求3所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，所述功率控制装置包括霍尔效应电压控制器。
5.根据权利要求2所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，所述袖筒包括所述游泳者的袖套的延伸部。
6.根据权利要求4所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，所述功率控制装置包括电路，该电路包括马达功率控制器，该马达功率控制器本身由PWM电路控制，该PWM电路由所述霍尔效应电压控制器控制。
7.根据权利要求3所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，所述控制装置在其近端处表现出轴向弹性。
8.根据权利要求3所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，围绕所述托架的壳体进一步包括基本刚性的径向构件，该径向构件将所述推进单元接近所述游泳者的手腕枢转地固定至所述前臂。
9.根据权利要求3所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，所述叶轮通过驱动轴连接至所述马达，所述叶轮的护罩状覆盖件限定喷口。
10.根据权利要求3所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，所述轴线-俯仰控制装置包括：
用于使所述推进单元关于所述游泳者的前臂倾斜的装置。
11.根据权利要求9所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，所述推进系统的比重被限定在1.0和1.25之间。
12.根据权利要求2所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，所述推进单元的所述轴线-俯仰控制装置包括能通过所述游泳者的手腕的伸展和屈曲操作的长形控制手柄。
13.根据权利要求1所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，所述至少一个电源单元包括用于所述游泳者的第一前臂的第一电源单元和用于所述游泳者的第二前臂的第二电源单元，并且所述至少一个对应推进单元包括与第一电源单元相关的第一对应推进单元和与第二电源单元相关的第二对应推进单元，其中所述第一对应推进单元与所述第二对应推进单元独立地控制。
14.根据权利要求1所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，所述马达包括直流无刷马达。
15.根据权利要求6所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，所述控制装置的PWM信号包括频率为50赫兹的调制脉冲，该调制脉冲具有1毫秒和2毫秒之间的宽度，并且所述脉冲均重复20毫秒。
16.根据权利要求6所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，所述电源单元的电压输出落入在0和30伏直流的范围内。
17.根据权利要求6所述的供游泳者在水上应用或水下应用中使用的推进系统，其特征在于，每个电源单元都包括与所述马达功率控制器电连通的一个或多个直流电池。
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