DE102020101671A1

DE102020101671A1 - Elektrisch angetriebenes Wasserfahrzeug mit entsprechender Rumpfanordnung

Info

Publication number: DE102020101671A1
Application number: DE102020101671.9A
Authority: DE
Inventors: Jonathan D. Doremus; Chad Michael DuMars; Preston C. Jackson; John A Diemer; Briana M. Mohan; Eric T. Wills; Trevor Fayer
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-02-13
Filing date: 2020-01-24
Publication date: 2020-08-13

Abstract

Ein Wasserfahrzeug beinhaltet eine Rumpfstruktur, eine Deckstruktur und ein Antriebssystem. Die Rumpfstruktur beinhaltet mindestens einen Rumpf, der jeweils einen Innenraum definiert. Die Deckstruktur ist an der Rumpfstruktur befestigt. Das Antriebssystem ist angepasst, um das Wasserfahrzeug innerhalb eines Gewässers zu bewegen, und beinhaltet einen Elektromotor und eine mit dem Elektromotor gekoppelte Energiespeichervorrichtung. Der Elektromotor und die Energiespeichervorrichtung sind innerhalb eines Bereichs, der mindestens einen Teil des Innenraums des mindestens einen Rumpfes beinhaltet, nebeneinander angeordnet.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität von 62/805.215 vom 13. Februar 2019, die hierin durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
EINFÜHRUNG
Die Offenbarung bezieht sich auf ein Wasserfahrzeug, insbesondere auf ein elektrisch angetriebenes Wasserfahrzeug mit einer entsprechenden Rumpfanordnung.
Bestehende Wasserfahrzeuge mit elektrischem Antrieb beinhalten typischerweise einen Elektromotor, der durch elektrische Energie aus einer oder mehreren Batterien angetrieben wird. Infolgedessen wird die Reichweite des elektrisch angetriebenen Wasserfahrzeugs durch die Kapazität der Batterien begrenzt. Die Batterien eines solchen Antriebssystems sind typischerweise groß und schwer und befinden sich auf dem Deck des Wasserfahrzeugs, wodurch wertvoller Decksraum genutzt wird und ein nicht idealer Schwerpunkt entsteht.
BESCHREIBUNG
In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Wasserfahrzeug eine Rumpfstruktur, eine Deckstruktur und ein Antriebssystem. Die Rumpfstruktur beinhaltet mindestens einen Rumpf, der jeweils einen Innenraum definiert. Die Deckstruktur ist an der Rumpfstruktur befestigt. Das Antriebssystem ist angepasst, um das Wasserfahrzeug innerhalb eines Gewässers zu bewegen, und beinhaltet einen Elektromotor und eine mit dem Elektromotor gekoppelte Energiespeichervorrichtung. Der Elektromotor und die Energiespeichervorrichtung sind innerhalb eines Bereichs, der mindestens einen Teil des Innenraums des mindestens einen Rumpfes beinhaltet, nebeneinander angeordnet.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale sind der Elektromotor und die Energiespeichervorrichtung entlang einer Längsachse des mindestens einen Rumpfes gestapelt.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet der mindestens eine Rumpf einen ersten Rumpf mit einem ersten Innenraum und einen zweiten Rumpf mit einem zweiten Innenraum, wobei der erste Innenraum einen Abschnitt des Bereichs definiert.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist der zweite Innenraum vom Bereich getrennt.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst die Rumpfstruktur weiterhin ein Abteil, das direkt angrenzend an den mindestens einen Rumpf angeordnet ist, wobei ein Innenraum des Abteils mit einem Innenraum des mindestens einen Rumpfs verbunden ist, um den Bereich zu definieren.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bildet das Abteil eine wasserdichte Verbindung mit dem mindestens einen Rumpf.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist das Abteil integral mit dem mindestens einen Rumpf ausgebildet.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet der Elektromotor ferner eine Motorwelle, eine Abtriebswelle und eine Kupplung, die die Motorwelle und die Abtriebswelle so verbindet, dass sich die Motorwelle und die Abtriebswelle mit derselben Drehzahl drehen.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet der mindestens eine Rumpf einen ersten Rumpf mit einem ersten Innenraum und einen zweiten Rumpf mit einem zweiten Innenraum, wobei der erste Rumpf und der zweite Rumpf symmetrisch um eine Mittelebene der Rumpfstruktur sind.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale weist mindestens einer der ersten Rümpfe und der zweite Rumpf eine im Allgemeinen vertikale Innenbordfläche auf.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale weist mindestens einer der ersten Hüllen und der zweite Rumpf ein nach außen hebendes Rumpfseitenteil auf.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst der mindestens eine Rumpf ferner einen dritten Rumpf, wobei der dritte Rumpf zwischen dem ersten Rumpf und dem zweiten Rumpf positioniert ist.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale, wobei ein Rumpfquerschnittswinkel des dritten Rumpfes weniger als 25 Grad beträgt.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale umfasst der dritte Rumpf ferner eine im Allgemeinen vertikale Außenfläche und mindestens ein Rumpfseitenteil.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform beinhaltet eine Rumpfstruktur eines Wasserfahrzeugs mit einem Antriebssystem, das einen Elektromotor und eine Energiespeichervorrichtung zum Betreiben des Elektromotors beinhaltet, mindestens einen Rumpf und mindestens ein Abteil mit einem hohlen Innenraum, der direkt neben dem mindestens einen Rumpf angeordnet ist. Der hohle Innenraum des mindestens einen Abteils und ein Innenraum des mindestens einen Rumpfes sind zu einem Bereich zur Aufnahme des Elektromotors und der Energiespeichervorrichtung des Antriebssystems verbunden.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist die Fläche größer als das Innere des mindestens einen Rumpfes.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet der mindestens eine Rumpf eine im Allgemeinen vertikale Innenbordfläche.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet der mindestens eine Rumpf ein nach außen hebendes Rumpfseitenteil.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beträgt ein Rumpfquerschnittswinkel des mindestens einen Rumpfes weniger als 25 Grad.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform, einem Wasserfahrzeug, einer Drei-Rumpf-Struktur, einer Energiespeichervorrichtung und einem Elektromotor. Die Drei-Rumpf-Struktur beinhaltet einen Backbordrumpf, der einen Backbordinnenraum definiert, einen Steuerbordrumpf, der einen Steuerbordinnenraum definiert, und einen mittleren Rumpf, der einen mittleren Innenraum definiert. Ein Bereich umfasst die Innenräume an Backbord und Mitte. Die Energiespeichervorrichtung ist im Bereich angeordnet. Der Elektromotor ist im Bereich angeordnet, wird vom Energiespeicher angetrieben und ist für den Antrieb der Drei-Rumpfstruktur ausgelegt.
Die vorgenannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Offenbarung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren.
Figurenliste
Weitere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen exemplarisch nur in der folgenden Detailbeschreibung, die sich auf die Zeichnungen bezieht:

1 ist eine schematische Seitenansicht eines Wasserfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine Vorderansicht einer Rumpfstruktur eines Wasserfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform;
3 ist eine perspektivische Unteransicht eines Wasserfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Antriebssystems, das in einer Rumpfstruktur gemäß einer Ausführungsform angebracht ist;
5A-5C sind verschiedene schematische Ansichten der Rumpfstruktur gemäß einer Ausführungsform;
6 ist eine perspektivische, teilweise erweiterte Ansicht eines Antriebssystems, das gemäß einer Ausführungsform in einer Rumpfstruktur angebracht ist; und
7 ist eine Querschnittsansicht eines Elektromotors eines Antriebssystems eines Wasserfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendung nicht einschränken. Es ist zu verstehen, dass in den Figuren entsprechende Bezugszeichen gleichartige oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein elektrisch angetriebenes Wasserfahrzeug 20, wie beispielsweise ein Boot oder Schiff, in 1 dargestellt. Wie dargestellt, beinhaltet das Wasserfahrzeug 20 eine Rumpfanordnung 26 und eine Deckstruktur 24. Die Rumpfanordnung 26 beinhaltet eine Rumpfstruktur 22 und ein Antriebssystem 28 zum Antreiben des Wasserfahrzeugs 20 durch ein Gewässer. Die Rumpfstruktur 22 ist angepasst, um das Antriebssystem 28 strukturell zu tragen und aufzunehmen, und die Decksstruktur 24 strukturell, im Allgemeinen von unten, zu stützen.
Unter Bezugnahme nun auf 2, mit weiterem Bezug auf 1, wird die Rumpfstruktur 22 der Rumpfanordnung 26 gemäß einer Ausführungsform näher dargestellt. In der veranschaulichten, nicht einschränkenden Ausführungsform weist die Rumpfstruktur 22 eine Mehrrumpfkonfiguration auf, die einen Backbord (links) Rumpf 30a, einen Steuerbord (rechts) Rumpf 30b und einen Mittelrumpf 30c beinhaltet. Die Länge der Vielzahl von Rümpfen 30a, 30b, 30c kann im Wesentlichen identisch sein (d.h. nach vorne nach hinten) oder alternativ variieren. In einer Ausführungsform ist eine Länge des mittleren Rumpfes 30c größer als eine Länge der Backbord- und Steuerbordrümpfe 30a, 30b. Ausführungsformen, bei denen der mittlere Rumpf 30c kürzer oder gleich lang wie die Backbord- und Steuerbordrümpfe 30a, 30b ist, werden hierin jedoch ebenfalls erwogen. Weiterhin kann unabhängig von der Länge der Rümpfe 30a, 30b, 30c die Vielzahl der Rümpfe 30a, 30b, 30c ausgerichtet oder versetzt zueinander sein. In der veranschaulichten, nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Hecks 32a, 32b, 32c (d.h. die hinteren Endabschnitte) jedes der jeweiligen Hüllen 30a, 30b, 30c im Allgemeinen ausgerichtet. Alternative Ausführungsformen, bei denen jedoch die Bögen 34a, 34b, 34c (d.h. vordere Endabschnitte) der jeweiligen Rümpfe 30a, 30b, 30c ausgerichtet sind, oder bei denen ein Mittelpunkt (nicht dargestellt) über die Länge jedes der Rümpfe 30a, 30b, 30c ausgerichtet ist, liegen ebenfalls im Rahmen der Offenbarung.
Unter Bezugnahme auf 3 sind der Backbordrumpf 30a, der mittlere Rumpf 30c und der Steuerbordrumpf 30b jeweils in einer Richtung nach vorne bis hinten verlängert (siehe Pfeil 35) und können seitlich voneinander beabstandet sein, entlang eines Trägers (d.h. Breite, siehe Pfeil 37 in 2) des Wasserfahrzeugs 20, gemessen an seiner breitesten Stelle. Der Abstand zwischen einer Mittelachse P des Backbordrumpfes 30a und einer Mittelachse C des Mittelrumpfes 30c kann im Allgemeinen gleich dem Abstand zwischen der Mittelachse C des Mittelrumpfes 30c und einer Mittelachse S des Steuerbordrumpfes 30b sein. In anderen Ausführungsformen können die Rümpfe 30 ungleichmäßig über den Träger verteilt sein.
Unter Bezugnahme auf 4 können die Rümpfe 30a, 30b, 30c der Rumpfaufbau 22 der Rumpfaufstellung 26 integral als ein einheitliches Stück ausgebildet werden. In weiteren Ausführungsformen können die Rümpfe 30a, 30b, 30c verbunden werden, beispielsweise über die Decksstruktur 24. Die Rumpfstruktur 22 kann aus jedem geeigneten Material, wie beispielsweise Glasfaser, Aluminium, Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff, unter Verwendung bestehender Schiffsformverfahren gebildet werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 und gemäß einer Ausführungsform weist der mittlere Rumpf 30c eine V-förmige Unterseite 36 auf, die sich von einem Mittelkiel 38 erstreckt. In einer Ausführungsform weist die V-förmige Bodenfläche 36 einen Rumpfquerschnittswinkel (in 2 als Winkel „θ“ dargestellt) auf, der zwischen der Bodenfläche 36 und einer horizontalen Ebene auf beiden Seiten des Kiels 38 in einem Bereich von etwa fünfzehn bis fünfundzwanzig Grad (15°-25°) und in einigen Ausführungsformen etwa neunzehn Grad (19°) gebildet ist. Allerdings fällt jeder Rumpfquerschnittswinkel θ in den Anwendungsbereich der Offenbarung.
Der mittlere Rumpf 30c beinhaltet zusätzlich eine erste Außenfläche 40 gegenüber dem Backbordrumpf 30a und eine zweite Außenfläche 42 gegenüber dem Steuerbordrumpf 30b. Jede der ersten und zweiten Außenflächen 40, 42 kann, muss aber nicht, eine allgemein vertikale Konfiguration aufweisen. In einer Ausführungsform ist jede der ersten und zweiten Außenflächen 40, 42 so ausgerichtet, dass an der Schnittstelle zwischen jeder der Außenflächen 40, 42 und der Unterseite 36 ein Rumpfseitenteil 44 gebildet wird. Das heißt, jedes Rumpfseitenteil 44 überspannt seitlich zwischen den jeweiligen Außenflächen 40, 42 und der Unterseite 36 und bildet diese. In der veranschaulichten, nicht einschränkenden Ausführungsform bilden die chinesischen 44 um einen Winkel von neunzig Grad mit den jeweiligen Außenflächen 40, 42 des mittleren Rumpfes 30c. Wie in 3 am besten dargestellt, erstreckt sich die Rippe 44 in Längsrichtung entlang des mittleren Rumpfes 30c von einem ersten Endabschnitt 46 (d.h. vorderer Endabschnitt) des Rumpfseitenteils zu einem zweiten Endabschnitt 48 des Rumpfseitenteils (d.h. hinterer Endabschnitt). Wie dargestellt, ist der erste Endabschnitt 46 des Rumpfseitenteils angrenzend an den Bug 34c des mittleren Rumpfes 30c angeordnet und der zweite Endabschnitt 48 des Rumpfseitenteils ist nahe dem Heck 32c des mittleren Rumpfes 30c angeordnet. Jedoch werden auch Ausführungsformen, bei denen sich das Rumpfseitenteil 44 nicht über die gesamte Länge des mittleren Rumpfes 30c erstreckt, hierin berücksichtigt.
Der mittlere Rumpf 30c, wie hierin dargestellt und beschrieben, hat eine breite V-förmige Konfiguration. Mit einer solchen Konfiguration wird der benetzte Teil des mittleren Rumpfes 30c reduziert, wodurch die Effizienz des Wasserfahrzeugs 20 während der Fahrt durch das Wasser erhöht wird. Es ist zu verstehen, dass die hierin dargestellte und beschriebene Konfiguration des mittleren Rumpfes 30c nur als Beispiel dient und dass auch andere Konfigurationen im Rahmen der Offenbarung liegen.
Unter Bezugnahme auf 2 kann sich die Konfiguration des mittleren Rumpfes 30c von einer Konfiguration mindestens eines der Backbordröcke 30a und des Steuerbordrumpfes 30b unterscheiden. Eine Breite (siehe Pfeil 41) des mittleren Rumpfes 30c ist größer als eine Breite (siehe Pfeil 43) des Backbordrumpfes 30a und größer als eine Breite (siehe Pfeil 45) des Steuerbordrumpfes 30b. Weiterhin ist in einigen Ausführungsformen die Breite 41 des mittleren Rumpfes 30c größer als die kombinierten Breiten 43, 45 des Backbordrumpfes 30a und des Steuerbordrumpfes 30b.
Gemäß einer Ausführungsform können der Backbordrumpf 30a und der Steuerbordrumpf 30b eine Spiegelkonfiguration aufweisen, so dass die Größe und Form der Backbord- und Steuerbordrümpfe 30a, 30b im Wesentlichen identisch und symmetrisch um eine Mittelebene des Wasserfahrzeugs 20 sind. Aufgrund dieser symmetrischen Konfiguration der Backbord- und Steuerbordrümpfe 30a, 30b kann die Balance des Wasserfahrzeugs 20 um die Mittelachse C des Mittelrumpfes 30c optimiert und über asymmetrische Konfigurationen verbessert werden. Ausführungsformen, bei denen sich die Konfiguration des Steuerbordrumpfes 30b von der Konfiguration des Backbordrumpfes 30a unterscheidet, werden hierin jedoch ebenfalls erwogen.
Jeder der Backbord- und Steuerbordrümpfe 30a, 30b, beinhaltet eine Innenfläche 50, eine Außenfläche 52 und eine Bodenfläche 54, die sich zwischen der Innen- und Außenfläche 50, 52 erstreckt. In der veranschaulichten, nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Innenbordflächen 50 der Backbord- und Steuerbordrümpfe 30a, 30b im Allgemeinen vertikal gegenüber einer horizontalen Ebene. Die Außenfläche 52 des Backbordrumpfes 30a ist in eine Hafenrichtung geneigt (siehe Pfeil 53), während sich die Außenfläche nach oben erstreckt. Ebenso winkelt die Außenfläche 52 des Steuerbordrumpfes 30b in Steuerbordrichtung (siehe Pfeil 55), während sich die Außenfläche nach oben erstreckt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Bodenflächen 54 der Backbord- und Steuerbordrümpfe 30a, 30b jeweils entlang der Richtung 35 verlängert (siehe 3). Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beinhaltet jede Bodenfläche einen länglichen ersten Abschnitt 56 und einen länglichen zweiten Abschnitt 58, die sich jeweils in Längsrichtung entlang der Richtung 35 erstrecken. Der erste Abschnitt 56 erstreckt sich seitlich von der Innenfläche 50 bis zum zweiten Abschnitt 58, und der zweite Abschnitt 58 erstreckt sich seitlich von der Außenfläche 52 bis zum ersten Abschnitt 56. Der erste Abschnitt 56 kann sowohl in Bezug auf eine horizontale Ebene als auch auf den zweiten Abschnitt 58 der Unterseite 54 abgewinkelt sein. In einer Ausführungsform liegt der Winkel des ersten Abschnitts 56 relativ zu einer horizontalen Ebene, der in 2 als „α“ dargestellt ist, in einem Bereich von etwa zwanzig bis fünfunddreißig Grad (20°-35°) und kann etwa siebenundzwanzig Grad (27°) betragen.
Der zweite Abschnitt 58 der Bodenfläche 54 definiert ein längliches Rumpfseitenteil 58, das sich in Längsrichtung mit dem ersten Abschnitt 56 der Bodenfläche 54 und in der allgemeinen Richtung von Pfeil 35 erstreckt (siehe 3). Das Rumpfseitenteil 58 überspannt seitlich zwischen der Außenfläche 52 und dem ersten Abschnitt 56 und bildet sich kongruent dazu. In einer Ausführungsform bildet das Rumpfseitenteil 58 mit der Außenfläche 52 einen Winkel von etwa neunzig Grad (90°). Durch die Einbeziehung der nach außen hebenden Rippe 58 an den Backbord- und Steuerbordrümpfen 30a, 30b kann Wasser, insbesondere die von den Rümpfen 30a, 30b gebildete Nachlaufströmung, von der Unterseite der Rumpfstruktur 22 weg gerichtet werden. Wie in 3 und in einem Beispiel dargestellt, erstreckt sich jedes Rumpfseitenteil 58 im Wesentlichen in Längsrichtung über die gesamte Länge der jeweiligen Steuerbord- und Backbordrümpfe 30a, 30b und von einem ersten Endabschnitt 60 des Rumpfseitenteil zu einem zweiten Endabschnitt 62 des Rumpfseitenteil. Es wird geschätzt, dass die Form des Rumpfes und die veranschaulichte chinesische Form nur als Beispiele gedacht sind, und dass ein Fachmann leicht erkennen wird, dass die vorliegende Offenbarung auf andere Rumpfformen und - konfigurationen angewendet werden kann.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 5A und als ein Beispiel beinhaltet die Rumpfstruktur 22 zusätzlich ein oder mehrere Abteile (d.h. zwei als Steuerbordabteil 64 und ein Backbordabteil 65 dargestellte Abteile), die jeweils einen Außenkörper 66 (z.B. Platte) aufweisen, der so geformt ist, dass er einen hohlen Innenraum 68 definiert. Der Körper 66 des Abteils 65 ist zwischen dem Backbordrumpf 30a und dem mittleren Rumpf 30c positioniert und mit diesem verbunden. Der Körper 66 des Abteils 64 ist zwischen dem mittleren Rumpf 30c und dem Steuerbordrumpf 30b positioniert und mit diesem in Eingriff. Die Größe und Form des Abteils 65 kann im Wesentlichen identisch mit der Größe und Form des Abteils 64 sein. In anderen Beispielen kann die Rumpfstruktur 22 nur ein Abteil beinhalten, die sich zwischen zwei Rümpfen einer auf zwei Rümpfe begrenzten Rumpfstruktur erstreckt und diese verbindet.
In einer Ausführungsform ist der Körper 66 jedes Abteils 64, 65 von einem unteren Mittelpunkt oder mittleren Abschnitt geneigt. Das heißt, vom unteren Mittelabschnitt aus kann sich der Körper 66 nach oben und in Richtung Bug neigen, und vom unteren Mittelabschnitt aus kann der Körper auch nach oben und in Richtung Heck neigen. Wie in 4 am besten dargestellt, kann die oberste Oberfläche des Körpers 66 jedes Abteils 64, 65 mit einer obersten Oberfläche eines der Rümpfe 30a, 30b, 30c ausgerichtet werden. Weiterhin ist die Tiefe jedes Abteils 64, 65 geringer als die Tiefe der Rumpfstruktur 22, so dass, wenn sich das Wasserfahrzeug 20 in einem Gewässer befindet, die Wasserlinie der Rumpfstruktur 22 angeordnet und vertikal unter einer Bodenfläche 70 der Abteile 64, 65 angeordnet ist (siehe 2). Ausführungsformen, bei denen ein Abschnitt der Abteile 64, 65 (z.B. der mittlere Abschnitt) in ein Gewässer getaucht ist, fallen jedoch ebenfalls in den Geltungsbereich der Offenbarung.
Wie bereits beschrieben, weist jedes der Abteile 64, 65 der Rumpfstruktur 22 einen hohlen Innenraum 68 auf. Die Abteile 64, 65 sind so konfiguriert, dass mindestens ein Teil der Innenräume 68 (schematisch dargestellt durch unterbrochene Linien in 5A) mit einem Innenraum 72 des mittleren Rumpfes 30c verbunden ist und in fließender Verbindung steht (schematisch dargestellt durch unterbrochene Linien in 5B). Dadurch werden der Innenraum 68 des ersten Abteils 64, der Innenraum 68 des zweiten Abteils und der Innenraum 72 des angrenzenden Mittelrumpfes 30c zu einem Bereich 73 zusammengefasst (schematisch in gestrichelten Linien in 5C dargestellt). Dadurch erhöht sich die Gesamtgröße der Fläche 73 (d.h. kontinuierlicher Raum), die für die Lagerung einer oder mehrerer Komponenten innerhalb der Rumpfstruktur 22 zur Verfügung steht.
In Ausführungsformen, bei denen sich das Abteil zwischen zwei Rümpfen befindet, wie beispielsweise dem Rumpf 30a und 30c, kann das Abteil 64 mit den Innenräumen 74 beider Rümpfe 30a und 30c in Verbindung stehen. Wie in 5A-5C dargestellt, ist der Innenraum 68 des Abteils 64 vom Innenraum 74 des Hafenrumpfes 30a durch die Innenfläche 50 des Hafenrumpfes 30a isoliert. Es werden jedoch auch Ausführungsformen erwogen, bei denen eines oder mehrere der Abteile 64, 65 für die Innenräume 74 der Backbord- und/oder Steuerbordrümpfe 30a, 30b sowie für oder anstelle des Innenraums 72 des mittleren Rumpfes 30c offen sind. Es ist jedoch zu verstehen, dass auch Ausführungsformen der Rumpfstruktur 22 mit nur einem einzigen Abteil 64 in den Anwendungsbereich der Offenbarung fallen. In einer Ausführungsform kann der Körper 66 des einen oder der mehreren der Abteile 64, 65 getrennt vom Rest der Rumpfstruktur 22 gebildet (d.h. hergestellt) und später mit einem Abschnitt der Rumpfstruktur 22, wie beispielsweise mit einem benachbarten Rumpf, verbunden werden. In solchen Ausführungsformen ist die Schnittstelle zwischen dem Körper 66 und der Rumpfstruktur 22 abgedichtet, um eine wasserdichte Verbindung zu bilden. Alternativ kann der Raum 64 integral mit einem oder mehreren Rümpfen der Rumpfstruktur 22 ausgebildet sein. In solchen Ausführungsformen können eine oder mehrere Wände, die den/die Innenraum(e) 68 des/der Abteil(e) 64, 65 vom Innenraum eines benachbarten Rumpfes isolieren, wie beispielsweise der Innenraum 74 des Backbord- oder Steuerbordrumpfes 30a, 30b, 30b, auch integral mit der Rumpfstruktur 22 ausgebildet sein oder Teiler 76 (siehe 4) sein, die in die Rumpfstruktur 22 eingebaut sind, um darin unterschiedliche Bereiche zu definieren. Es wird erwogen und verstanden, dass die Trennwände 76 einen Teil der Innenfläche 50 tragen können.
Vorteile und Nutzen der vorliegenden Offenbarung umfassen eine Rumpfstruktur 22, die energieeffizienter ist als bestehende Rumpfstrukturen. Wie bereits erwähnt, weist die Rumpfstruktur 22 eine reduzierte benetzte Oberfläche auf, die zum großen Teil auf den Rumpfquerschnittswinkel des mittleren Rumpfes 30c zurückzuführen ist. Darüber hinaus weist die Rumpfstruktur 22 eine flachere Gleitfläche auf als herkömmliche Rumpfstrukturen, so dass das Wasserfahrzeug 20 während des Betriebs leichter auf dem Wasser (d.h. Flugzeug) gleiten und somit mit höheren Geschwindigkeiten fahren kann.
Darüber hinaus hat die Rumpfstruktur 22 eine verbesserte Manövrierfähigkeit gegenüber bestehenden Rumpfstrukturen. Zumindest teilweise werden die Verbesserungen der Manövrierfähigkeit durch die V-Form des mittleren Rumpfes 30c erleichtert, der Wellen schneidet und das Wasser von der Rumpfstruktur 22 wegdrückt. Der größere mittlere Rumpf 30c, bezogen auf die Backbord- und Steuerbordrümpfe 30a, 30b, erhöht die Stabilität des Wasserfahrzeugs 20, wodurch die Anfälligkeit für Wasserkollisionen oder Schaukeln reduziert wird, und die Tiefe des mittleren Rumpfes 30c ermöglicht es dem Wasserfahrzeug, bei hohen Geschwindigkeiten in die Kurve zu gehen. Diese erhöhte Manövrierfähigkeit ermöglicht es, die Rumpfstruktur 22 in mehreren verschiedenen Arten von Wasserfahrzeugen einzusetzen. So kann beispielsweise eine Decksstruktur 24, die häufig in Pontonbooten verwendet wird, an der Rumpfstruktur 22 befestigt werden. Alternativ kann auch eine Decksstruktur 24, die häufig in Fischereifahrzeugen verwendet wird, oder eine Decksstruktur 24, die häufig in Schnellbooten verwendet wird, an der Rumpfstruktur 22 angebracht werden.
Obwohl die hierin dargestellte und beschriebene Rumpfstruktur 22 eine Drei-Rumpf-Konfiguration aufweist, fallen Ausführungsformen des Wasserfahrzeugs 20 mit einer Ein-Rumpf-Konfiguration, einer Zwei-Rumpf-Konfiguration oder einer Konfiguration mit mehr als drei Rümpfen in den Anwendungsbereich der Offenbarung.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1, 4 und 6 wird das Antriebssystem 28 der Rumpfanordnung 26 gemäß einer Ausführungsform näher dargestellt. In einer Ausführungsform beinhaltet das Antriebssystem 28 einen Elektromotor 80, der mit einem Heckantrieb 82 verbunden ist, der das Wasserfahrzeug 20 durch Drehung eines Propellers 84 um eine Propellerachse X antreibt. Der Elektromotor 80 kann über eine Antriebswelle 86 mit dem Heckantrieb 82 verbunden sein, oder in einigen Ausführungsformen kann die Antriebswelle 86 entfallen und der Elektromotor 80 und der Heckantrieb 82 sind direkt verbunden. Unter Bezugnahme auf 7 ist eine Abtriebswelle 87 des Elektromotors 80 mit der Antriebswelle 86 verbunden. In einer Ausführungsform wird die Abtriebswelle 87 direkt von einer Motorwelle 89 um eine Motorachse M angetrieben. Ein Kupplungsmechanismus 91 kann die Motorwelle 89 und die Abtriebswelle 87 so verbinden, dass sich die Abtriebswelle 87, die Motorwelle 89 und die Antriebswelle 86 bei gleicher Drehzahl in die gleiche Richtung drehen. In einer Ausführungsform stellt der Kupplungsmechanismus 91 eine verzahnte Verbindung zwischen der Abtriebswelle 87 und der Motorwelle 89 her. Ausführungsformen, bei denen sich die Abtriebswelle 87 und die Antriebswelle 86 mit unterschiedlichen Drehzahlen um die Achse M drehen, z.B. über ein Zahnradgetriebe (nicht dargestellt), gehören jedoch ebenfalls zum Umfang der Offenbarung. Der Betrieb des Elektromotors 80 treibt die Drehung der Antriebswelle 86 an, die wiederum den Propeller 84 entweder direkt oder über Zwischenverbindungen oder Getriebeuntersetzungen dreht (nicht dargestellt).
Der Elektromotor 80 wird von einer Energiespeichervorrichtung 88 angetrieben. Die Energiespeichervorrichtung 88 kann ein Batteriesystem (z.B. eine Batterie oder eine Batteriebank), Brennstoffzellen, Durchflussbatterien und andere Vorrichtungen zum Speichern und Ausgeben von elektrischer Energie sein. Die Energiespeichervorrichtung 88 wird periodisch aufgeladen, z.B. über eine an eine Stromquelle 92 angeschlossene Steckdose 90 beim Andocken des Wasserfahrzeugs 20 oder an Land (siehe 1).
In einem Beispiel beinhaltet das Antriebssystem 28 ferner ein zusätzliches Leistungsmodul (APM) 94, das in der Lage ist, 350V DC- in 12V DC-Leistung umzuwandeln, um ein fahrzeugseitiges 12V-Elektrizitätssystem aufzuladen, ein einzelnes Wechselrichtermodul (SPIM) 96, das die 350V DC-Leistung in 3-Phasen-AC-Leistung umwandelt, um den Elektromotor 80 zu betreiben, und ein fahrzeugseitiges Lademodul (OBCM) 98, das Wechselstrom aus dem Netz in DC-Leistung umwandelt, um die Energiespeichervorrichtung 88 aufzuladen.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform ist das Antriebssystem 28 in einem Innenraum der Rumpfstruktur 22 angeordnet und funktionsfähig mit einer oder mehreren Steuerungen 100 (siehe 1) verbunden, die von einem Benutzer des Wasserfahrzeugs 20 bedient werden. In einer Ausführungsform können mehrere oder sogar alle Komponenten des Antriebssystems 28 an einer einzigen Stelle der Rumpfstruktur 22 integriert werden. Wie in den 4, 5c und 6 am besten dargestellt, sind der Elektromotor 80 und die Energiespeichervorrichtung 88 des Antriebssystems 28 innerhalb des Bereichs 73 angeordnet, der durch den Innenraum 72 des mittleren Rumpfes 30c und den Innenraum 68 mindestens eines benachbarten Abteils 64, 65 gebildet wird. Die Energiespeichervorrichtung 88 und der Elektromotor 80 können entlang der durch den mittleren Rumpf 30c definierten Mittelachse C (siehe 2) relativ zueinander gestapelt werden. Ausführungsformen, bei denen die Energiespeichervorrichtung 88 und der Elektromotor 80 nebeneinander oder in einer anderen Konfiguration angeordnet sind, sind jedoch ebenfalls vorgesehen. Weiterhin kann in Ausführungsformen, die eine Antriebswelle 86 beinhalten, die sich zwischen dem Elektromotor 80 und dem Heckantrieb 82 erstreckt, mindestens ein Teil der Antriebswelle 86 ebenfalls innerhalb des Innenraums 72 des mittleren Rumpfs 30c und des Innenraums 68 der benachbarten Abteile 64, 65 positioniert werden.
Durch die Montage der Hauptkomponenten des Antriebssystems 28 innerhalb der Rumpfstruktur 22 an einem einzigen Ort kann die Gesamtkonfiguration des Antriebssystems gestrafft werden, und der Zugang zum Antriebssystem für Wartungsarbeiten kann leichter über eine Platte in der Decksstruktur 24 erreicht werden. Darüber hinaus nimmt die Rumpfanordnung 26 die Form eines Moduldesigns an, das die Rumpfstruktur 22 und das Antriebssystem 28 beinhaltet, wobei die Fähigkeit zur Kopplung mit einer beliebigen Anzahl von verschiedenen Decksstrukturen 24 erhalten bleibt.
Obwohl die vorstehende Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, wird von den Fachleuten verstanden, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente für Elemente davon ersetzt werden können, ohne von ihrem Umfang abzuweichen. Darüber hinaus können viele Änderungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne vom wesentlichen Umfang der Offenbarung abzuweichen. Daher ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die offenbarten besonderen Ausführungsformen beschränkt bleibt, sondern alle Ausführungsformen umfasst, die im Rahmen dieser Offenbarung nicht möglich sind.

Claims

Ein Wasserfahrzeug, umfassend: eine Rumpfstruktur mit mindestens einem Rumpf, der jeweils einen Innenraum definiert; eine Deckstruktur, die an der Rumpfstruktur angebracht ist; und ein Antriebssystem zum Bewegen des Wasserfahrzeugs innerhalb eines Gewässers, wobei das Antriebssystem einen Elektromotor und eine mit dem Elektromotor gekoppelte Energiespeichervorrichtung beinhaltet, wobei der Elektromotor und die Energiespeichervorrichtung innerhalb eines Bereichs, der mindestens einen der Innenräume des mindestens einen Rumpfes beinhaltet, nebeneinander angeordnet sind.
Das Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor und die Energiespeichervorrichtung entlang einer Längsachse des mindestens einen Rumpfes gestapelt sind.
Das Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Rumpf einen ersten Rumpf mit einem ersten Innenraum und einen zweiten Rumpf mit einem zweiten Innenraum beinhaltet, wobei der erste Innenraum einen Abschnitt des Bereichs definiert.
Das Wasserfahrzeug nach Anspruch 3, wobei der zweite Innenraum vom Bereich getrennt ist.
Das Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Rumpfstruktur ferner ein Abteil beinhaltet, das direkt angrenzend an den mindestens einen Rumpf angeordnet ist, wobei ein Innenraum des Abteils mit einem Innenraum des mindestens einen Rumpfes verbunden ist, um den Bereich zu definieren.
Das Wasserfahrzeug nach Anspruch 5, wobei das Abteil eine wasserdichte Verbindung mit dem mindestens einen Rumpf bildet.
Das Wasserfahrzeug nach Anspruch 5, wobei das Abteil integral mit dem mindestens einen Rumpf ausgebildet ist.
Das Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Rumpf einen ersten Rumpf mit einem ersten Innenraum und einen zweiten Rumpf mit einem zweiten Innenraum beinhaltet, wobei der erste Rumpf und der zweite Rumpf symmetrisch um eine Mittelebene der Rumpfstruktur sind.
Das Wasserfahrzeug nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine Rumpf ferner einen dritten Rumpf beinhaltet, wobei der dritte Rumpf zwischen dem ersten Rumpf und dem zweiten Rumpf positioniert ist.
Ein Wasserfahrzeug, umfassend: eine Drei-Rumpf-Struktur, die einen Backbordrumpf, der einen Backbordinnenraum definiert, einen Steuerbordrumpf, der einen Steuerbordinnenraum definiert, und einen Mittelrumpf, der einen Mittelinnenraum definiert, beinhaltet, wobei ein Bereich den Backbord-, Steuerbord- und den Mittelinnenraum beinhaltet; eine Energiespeichervorrichtung, die in dem Bereich angeordnet ist; und einen Elektromotor, der in dem Bereich angeordnet, von der Energiespeichervorrichtung angetrieben und zum Antreiben der Drei-Rumpf-Struktur angepasst ist.