MX2011010718A - Vehiculo acuatico impulsado por motor electrico, que es enfriado por el agua circundante. - Google Patents

Vehiculo acuatico impulsado por motor electrico, que es enfriado por el agua circundante.

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MX2011010718A
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Abstract

La invención se refiere a un vehículo acuático motorizado que comprende un fuselaje (10) sobre el cual el usuario puede acostarse o pararse al menos parcialmente. El fuselaje (10) comprende un canal de flujo con una hélice (2) impulsada por un motor (3) eléctrico, y contiene el motor (3) eléctrico y baterías (5, 6) adicionalmente a un dispositivo (4) de control para el motor eléctrico y la hélice (2), siendo que dichas partes se alojan al menos parcialmente en el canal (8) de flujo. La finalidad de la invención es la de mantener una mayor potencia para vehículos acuáticos motorizados de este tipo. Para lograr esto las baterías (5, 6) se localizan en una caja (9) hermética al agua, y al menos algunas secciones de estas baterías se encuentran en contacto térmicamente conductor con la caja (9), la caja (9) consta al menos parcialmente de un material térmicamente conductor y/o el motor (3) eléctrico es un motor de rotor interno, el estator (21) se encuentra en contacto térmicamente conductor con una caja (35) del motor (3) eléctrico mediante una unidad (22) conductora de calor, al menos una parte de la región de la caja (35) adscrita a la unidad (22) conductora de calor esta constituida de un material térmicamente conductor, y la caja (35) se localiza al menos parcialmente en el canal (8) de flujo.

Description

VEHÍCULO ACUÁTICO IMPULSADO POR MOTOR ELÉCTRICO, QUE ES ENFRIADO POR EL AGUA CIRCUNDANTE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un vehículo acuático motorizado con un fuselaje sobre el cual el usuario se recuesta o para al menos parcialmente, con un canal de flujo que se extiende por el fuselaje con una hélice impulsada por un motor eléctrico, siendo que el fuselaje contiene el motor eléctrico y las baterías así como un aparato de control para el motor eléctrico y la hélice, siendo que estas partes se alojan al menos parcialmente en el canal de flujo.
Un vehículo acuático motorizado de este tipo se conoce por el documento O 96/30087. En este el usuario se recuesta sobre el fuselaje y la hélice en el canal dé flujo es impulsada por un motor eléctrico alimentado por baterías de manera que succiona una corriente de agua a través del canal de flujo que se mueve en contra de la dirección de movimiento del vehículo acuático motorizado.
De esta manera es posible mantener la corriente de agua lejos del usuario, y con la forma del fuselaje también es posible desviar del usuario la corriente del agua de navegación. Esto facilita el nadar y bucear con el vehículo acuático motorizado.
La configuración del vehículo acuático motorizado es de estructura complicada y desde el punto de vista del mantenimiento no es idónea para el usuario. El motor eléctrico se acopla a la hélice a través d$ una transmisión. El motor eléctrico se enfría dentro del fuselaje para conservar su capacidad de rendimiento. El rendimiento de un vehículo acuático motorizado de egte tipo es relativamente limitado. Adicionalmente, debido a la complejidad de la estructura tiene un peso elevado y debido a ello resulta difícil de manejar.
El objeto de la invención es crear un vehículo acuático motorizado del tipo bajo consideración que, tiene un elevado grado de efectividad.
El problema en que se funda la invención se resuelve al estar las baterías alojadas en una caja hermética al agua y al menos parcialmente en contacto de conductividad térmica con la caja, al estar la caja constituida al menos parcialmente de material térmicamente conductor y al estar la caja en contacto de conductividad térmica con la corriente de agua.
En este punto se hace expresamente hincapié en que con el concepto de "baterías" también se entienden los acumuladores. El desarrollo de calor que forzosamehte se produce en las baterías con motores eléctricos dé alto rendimiento se puede evacuar de manera confiable y sencilla al agua. Esta se encuentra disponible como reserva refrigerante prácticamente ilimitada.
Para permitir una buena transferencia térmica al agua se puede proponer de manera preferible que la caja esté constituida al menos parcialmente de aluminio. El material de aluminio también es suficientemente resistente a la corrosión, en particular en el ámbito del agua de mar. Para también en caso de daño conservar una suficiente seguridad para el usuario, de conformidad con una posible variante de la invención se propone que las baterías tengan un voltaje inferior o igual a 60 V. La refrigeración de conformidad con la invención para la evacuación del calor que se produce es particularmente adecuada como lo explica el ejemplo siguiente: Con 4 k de potencia de salida en el árbol de impulsión y aproximadamente 85% de grado de efedtividad total el sistema de impulsión (90% motor + 5% sistema electrónico = 85% del total) , esto significa una potencia de 4.7 kW tomada de las baterías. Con 45 V / por 1O0 A de posible flujo de corriente continuo se calienta todo el sistema. Es decir que se deben refrigerar bien 700 W a pesar del elevado grado de efectividad técnica alcanzado.
Otra configuración de la invención se : puede caracterizar porque la caja con las baterías se dispone al menos parcialmente en la región del canal de flujo. En esta zona existe un alto volumen de corriente de agua refrigerante, lo cual apoya una refrigeración efectiva.
De conformidad con otra configuración preferida de la invención se puede proponer que la caja con las baterías se localice en una cavidad que se forma en la parte inferior del fuselaje, la cual al menos parcialmente se dispone fuera del canal de flujo y de la abertura de entrada de corriente del canal de flujo, y que la caja se disponga parcialmente en agua corriente al menos en el lado de babor y estribor y/o en el lado de la quilla. En esta disposición es posible una gran superficie de aflujo de corriente de agua.
La tara del peso del vehículo acuático motorizado se puede apoyar de manera sencilla con relación a un centro de gravedad óptimo si la caja se extiende por la zona central del fuselaje formada entre la proa y la popa en dirección a la proa.
Las baterías son de fácil acceso o removibles para el proceso de carga y se pueden sustituir por una nueva caja con baterías cargadas. Las baterías de la caja retirada se pueden recargar. Con esto el vehículo acuático motorizado siempre está listo para ser usado de manera conveniente para el usuario, lo cual constituye una particular ventaja para los negocios de renta. La caja para las baterías es hermética al agua y preferiblemente comprende un enchufe de carga hermético al agua.
En un vehículo acuático motorizado del tipo bajo consideración se puede asegurar una operación duradera con alto grado de efectividad incluso en el caso de qué esté previsto que el motor eléctrico se configure como motor de rotor interno, que el estator del motor eléctrico esté en contacto de transmisión térmica con una caja de alojamiento del motor eléctrico mediante una unidad de conducción térmica, que la caja de alojamiento esté constituida al menos parcialmente de material capaz de conducción térmica en la zona asociada a la unidad de conducción térmica y que la caja de alojamiento se disponga al menos parcialmente en el canal de flujo. Un motor eléctrico configurado dé esta manera puede evacuar de manera confiable su calor a la corriente de agua. La capacidad de conducción térmica se encarga de una evacuación térmica rápida e inequívoca. Con esta disposición es posible prescindir de dispositivos de refrigeración adicionales, lo cual reduce sustancialmente el gasto para partes del vehículo motorizado. Igualmente es posible en caso necesario enfriar también en el aqua el aparato de control electrónico que comprende el circuito electrónico y opcionalmente partes de suministro de potencia.
Preferiblemente el sistema electrónico y el motor constituyen una unidad en la que estas unidades se pueden opcionalmente acoplar térmicamente. De conformidad con un diseño preferido de la invención se puede proponer que la unidad de conducción térmica se configure como rellano de ajuste (chatterton, pez aislante) térmicamente conductor que se une con unión positiva a la caja de alojamientó.
De esta manera se crea una buena transferencia térmica entre el estator y la caja de alojamiento del motor eléctrico.
Para poder reconstruir el motor eléctrico de manera sencilla para diferentes niveles de potencia se puede proponer que la caja del motor eléctrico constituya un alojamiento de estator en la que se pueden montar diferentes estatores a manera de kit de construcción, siendo que de acuerdo a los diferentes intervalos de potencia los estatores tienen una extensión diferente en la dirección axial del árbol de impulsión del rotor.
Una obturación confiable de la caja de alojamiento se obtiene al alojar el rotor y el estator en la caja de alojamiento cerrada herméticamente al agua con respecto al entorno, al sacar el árbol de impulsión de la caja de alojamiento a través de un cásete, al obturar el cásete del árbol de impulsión mediante al menos dos anillos de obturación, y al poder asociar el cásete en diferentes posiciones de montaje al árbol de impulsión mediante desplazamiento en dirección axial. El cásete que se^ puede desplazar permite asociar los anillos de obturación a diferentes zonas del árbol. Esto se requiere cuando los anillos de obturación se incrustan en la superficie del árbol de impulsión tras un determinado tiempo de operación y se presenta el riesgo de una fuga.
La vida útil del árbol de impulsión se puede incrementar al bonificar la superficie, por ejemplo recubriéndola con material duro en la superficie de rodadura del árbol de impulsión sobre la cual se deslizan los anillos de obturación.
Una supervisión simple de fugas es posible instalando un detector de fugas entre dos anillos de obturación o preferiblemente después de los anillos de obturación redundantes.
De conformidad con la invención también se puede prever la combinación de hélice, motor eléctrico y aparato de control para el motor eléctrico en una unidad submarina y su alojamiento en el canal de flujo. Esto aporta una sustancial simplificación en la estructura de las partes, en particular del fuselaje y para el mantenimiento del vehículo acuático motorizado.
Si de conformidad con una configuración se prevé que el fuselaje comprenda sobre el canal de flujo una superficie o plataforma para que se recueste el usuario, entonces se puede utilizar en dos formas de utilización. La estructura de construcción se simplifica aún más conformando el canal de flujo de una pieza con el fuselaje.
Resultó particularmente favorable una forma de realización que se caracteriza porque el canal de flujo parte de una abertura de afluencia en la zona de la proa del fuselaje y termina con una abertura de salida en la zona de la popa del fuselaje, y porque la unidad de impulsión submarina se monte en el canal de flujo como aparato de empuje y succión.
Para los dos tipos de uso diferentes del vehículo acuático motorizado al estar recostado o parado resulta favorable una configuración que se caracteriza porque a la unidad de impulsión submarina se asocia un aparato de control remoto que se aplica separable al fuselaje y se puede poner en conexión efectiva con el aparato de control de la unidad submarina a través de una vía de transmisión inalámbrica .
Para un mantenimiento y reparación sencillos de la unidad de impulsión submarina se propone adiciorialmente que el fuselaje comprenda en el canal de flujo, debajo de la unidad de impulsión submarina, una placa, tapa o lo similar para abrir, a través de la que existe acceso a la unidad submarina.
De conformidad con una variante de configuración preferida de la invención se puede prever que a la hélice se asocie en el canal de flujo un estator de flujo corriente arriba o corriente abajo de la dirección de flujo, el cual endereza al menos parcialmente la corriente de agua rotatoria generada en el canal de flujo. El estator de flujo adsorbe el movimiento de rotación del agua acelerada por la hélice y lo transforma en fuerza de empuje adicional. El chorro de agua producido choca sobre e agua circundante sin la corriente de rotación en espiral que reduce la fuerza de empuje, mediante lo cual resulta una operación efectiva con alto grado de efectividad. El estator de flujo se conecta preferiblemente inmóvil directamente con el fuselaje.
Una forma de construcción sencilla pata el estator de flujo resulta si se prevé que el estator de flujo comprenda una multitud de palas de guia qüe se disponen concéntricas en el canal de flujo. Las palas de guia se pueden disponer alrededor de un cono de manera aerodinámica.
Para obtener una aceleración óptima del agüa que se mueve en el canal de flujo se puede prever qüe el estator de flujo se localice en la zona de una tobera de salida de agua (difusor) cuya sección transversal se estrecha del canal de flujo.
La invención se explica a continuación Con más detalle mediante un ejemplo de realización de un vehículo acuático motorizado representado en los dibujos. Muestran: Figura 1 una vista en elevación lateral del vehículo acuático motorizado, y Figura 2 un motor eléctrico del Vehículo acuático motorizado en vista en elevación lateral y en sección .
El contorno externo del fuselaje 10 corresponde sustancialmente al contorno externo del fuselaj$ del vehículo acuático motorizado conocido por el documento O 96/30087.
El canal 8 de flujo se extiende desde la abertura 11 de afluencia en la zona de la proa hasta la salida 12 de flujo en la zona de la popa del fuselaje 10. La abertura 11 de afluencia se extiende a partir de una zona central de fuselaje 10 en dirección a la proa. En el canal 8 de flujo que en la zona de la abertura 11 de afluencia y ;de la abertura 12 de salida de corriente se curva levemente hacia abajo se monta una unidad de impulsión submarina que consta de estator 1 de flujo, motor 3 eléctrico, hélice 2 y aparato 4 de control del motor. En el presente caso el estator de flujo está unido de manera inmóvil don el fuselaje 10. Tiene la tarea de enderezar tanto como posible sin remolinos la corriente de agua rotatoria que se genera en el canal 8 de flujo. Mediante esto se obtiene una mejora del grado de efectividad. El vehículo acuático motorizado se puede diseñar que se puede usar sin problemas en agua corriente. Por lo tanto el fuselaje 10 se puede diseñar por fuera del canal 8 de flujo con toda libertad y de la manera más sencilla posible, pero sin embargo de manera aerodinámica y conveniente para el usuario.
El canal de flujo se puede conformar de una pieza en el fuselaje 10. En el presente ejemplo de realización el canal 8 de flujo está constituido por un casco 10.1 superior y un casco 10.2 inferior. Los componentes se conectan uno con otro mediante medios de fijación adecuados. Para el mantenimiento de la unidad de impulsión submarina se accede al canal 8 de flujo retirando el casco 10.2 inferior. Pero también es posible que debajo* de la unidad de impulsión submarina se proporciona una placa, tapa o lo similar que proporciona el acceso a la unidad de impulsión submarina. En la zona de la proa del cascó 10.1 superior y el fuselaje 10 se conforma en la parte inferior una cavidad 13 en la que se inserta de manera separable una caja 9 con las baterías 5 y 6. La caja 9 con las baterías 5 y 6 recargables se puede recambiar de manera fácil y rápida y se puede sustituir por una caja 9 con baterías 5 y 6 cargadas, de manera que el vehículo acuático motorizado siempre está listo para ser usado.
La zona de la abertura 11 de afluencia del canal 8 de flujo puede estar superpuesta mediante la caja 9 de manera que se impide un libre acceso al rotor 2 peto sin embargo se puede impulsar agua con suficiente volumen de corriente. Con esta sencilla medida se logra que al rotor 2 solamente se puede acceder con la caja 9 retirada, es decir, cuando el motor 3 eléctrico no tiene corriente.
También se puede prever que el acceso al canal 8 de flujo se impida mediante elementos de bloqueo que se disponen en la región de la abertura de afluencia y/o de salida de flujo.
La caja 9 se expone a lo largo de sus dos lados (babor y estribor) y por el lado de la quilla al agua corriente, y se puede enfriar allí de manera óptima para excluir un calentamiento indebido de las baterías 5 y 6 durante la operación.
Si el usuario se encuentra recostado sobre el fuselaje 10 se puede sujetar en elementos 7 de agarre o medias cañas de agarre. En uno o en ambos elementos 7 de agarre se integran los elementos de operación de un aparato 14 de control manual.
De igual manera es posible proporcionar un aparato de control remoto inalámbrico. Este se encuentra en contacto con el aparato 4 de control de motor por vía de una línea inalámbrica. El aparato 14 de control manüál que se comunica con el aparato 4 de control del motor se sujeta sobre el fuselaje 10 en el campo visual del usuario. Si el usuario se encuentra parado sobre el fuselaje 10, entonces el aparato 14 de control manual se puede desprender del fuselaje 10 y usar. En este se pueden indicar diferentes estados de operación, por ejemplo, la velocidad de traslación actual, la profundidad de inmersión y el estado de carga de las baterías 5 y 6.
El motor eléctrico se configura como motor de rotor interno. Se monta directamente en el canal 8 de flujo, y allí transmite su calor al agua corriente como se explicará con mayor detalle más adelante.
Asimismo se puede disponer y enfriar en el canal 8 de flujo el aparato controlador del motor que puede comprender el sistema electrónico de potencia y/o un microprocesador. Alternativamente el aparato 4 controlador del motor también se puede disponer en el agua por fuera del canal 8 de flujo.
La figura 2 se representa en detalle un motor 3 eléctrico. De acuerdo con esto el motor 3 eléctrico comprende un árbol 3.1 de impulsión que se monta giratorio en cojinete por medio de dos cojinetes 3.2. El árbol 3.1 de impulsión está provisto en un extremo del árbol cpn una sección de asiento sobre la cual se monta la hélice: 2. La hélice 2 se retiene con un cuerpo 2.1 de base sobre el árbol 3.1 de impulsión. El cuerpo 2.1 de base tiene receptáculos de enchufe en los que se insertan las palas 2.2 de la hélice.
Para fijar las palas 2.2 de la hélice en los receptáculos de enchufe se usa una cubierta 2.3. Ésta se atornilla al cuerpo 2.1 de base (atornillamiento 2.4).
El árbol 3.1 de impulsión tiene en el extremo final una sección 3.4 roscado. Sobre esta se puede atornillar una tuerca y de esta manera fijar la hélice 2.
El árbol de impulsión lleva un rotor 20 del motor de impulsión configurado como rotor interno. A este se asocia un estator 21 estacionario. El estator 21 sé puede enlechar con la pared interior de una caja 3*5 de alojamiento mediante una unidad 22 de conducción térmica configurada como masa de relleno (chatterton) .
La caja 3.5 de alojamiento se puede cerrar mediante una tapa 3.10 de la caja dispuesta en el lado del árbol 3.1 de impulsión alejado de la hélice 2. Sobre el lado alejado de la tapa 3.10 de la caja una parte 3.6 de la caja cierra la caja 3.5 de alojamiento (atornillado 3.7). La tapa 3.10 de la caja y la parte 3.6 de la' caja comprenden alojamientos de cojinete para ambos cojinetes 3.2.
En la caja 3.5 de alojamiento se conforma un receptor 3.11 de estator. Este se extiende sobre und zona mayor a la cubierta por el estator 21. Esta forma de construcción permite también el montaje de estatores 21 (y rotores 20) más grandes, de manera que es posible crear diferentes variables de potencia.
En la región de la parte 3.6 de caja se coloca a manera de campana una caja 30 parcial sobre el árbol 3.1 de impulsión. Dentro del espacio encerrado por la caja 30 parcial se dispone un cásete 40. Este rodea el árbol $.1 de impulsión y lo obtura mediante 3 anillos 3.3 de sellado (anillos de obturación de árbol radiales) . El caseté 40 se une a la parte 3.6 de caja de manera hermética por intermedio de una arandela 3.8 espadadora (atornillado 3.9).
La caja 30 parcial se une obturada con la caja 3.5 de alojamiento. Para este propósito la caja 30 parcial se sujeta al cásete 40 (atornillado 45) .
Como lo permite reconocer la figura 2, en la zona entre los anillos 3.3 de sellado se localizan espacpijos al interior de los cuales sobresalen los detectores que se pueden montar en receptáculos 41 de sensores. Estos detectan el agua que penetra en caso de fuga.
Para impedir que los anillos 3.3 de sellado se incrusten en la superficie de rodadura asociada del iárbol 3.1 de impulsión es posible sustituir la arandela 3.8 espadadora por una arandela 3.8 espadadora de diferente grosor después de un determinado tiempo de uso. Los anillos 3.3 de sellado se mueven entonces a una zona no utilizada del árbol. Como lo permite reconocer adicionalmente la figura 2 también es posible desplazar solamente el anillo 3.3 de sellado orientado hacia la hélice 2 (arandela 43 espadadora) .

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Un vehículo acuático motorizado, qué posee un fuselaje sobre el cual un usuario se recuesta o se para al menos parcialmente, y que posee un canal de flujo que se extiende a través del fuselaje para contener una hélice impulsada por un motor eléctrico, en donde el motor eléctrico, baterías, un aparato de control para el motor eléctrico y la hélice son al menos parcialmente alojados en el canal de flujo, el vehículo acuático motorizado se caracteriza: porque el motor eléctrico (3) tiene un rotor interno; porque comprende un estator (21) en contacto de conducción térmica con una caja de alojamiento (3, !$) del motor eléctrico (3) por medio de una unidad de conducción térmica (22) ; porque en un área adyacente a la unidad de conducción térmica (22) la caja de alojamiento (3.5) está formada al menos parcialmente de un material capaz de conducir calor; y porque la caja de alojamiento (3.5) está dispuesta al menos parcialmente en el canal de flujo (8).
2. El vehículo acuático motorizado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque las baterías (5,6) poseen un voltaje menor o igual a 60 V.
3. El vehículo acuático motorizado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la caja (9) es conectada en forma intercambiable con el fuselaje (10) del vehículo acuático.
4. El vehículo acuático motorizado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la unidad de conducción térmica (22) comprende un compuesto conductor de calor que se encuentra en contacto con 1$ caja de alojamiento (3.5).
5. El vehículo acuático motorizado de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el rotor (20) y el estator {21) están alojados en una cája de alojamiento que está sellada a prueba de agua, un á fyol de impulsión (3.1) se extiende desde la caja de alojamiento (3.5) a través de un cásete (40) sellador que sella al árbol de impulsión (3.1) por al menos dos anillos (3^3) de sellado, y el cásete (40) sellador puede ser arreglado de manera ajustable en una dirección axial con respecto al árbol de impulsión (3.1).
6. El vehículo acuático motorizado de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque la superficie del árbol de impulsión (3.1) que está en contacto con los anillos (3.3) de sellado es recubierto con un material mecánicamente resistente.
7. El vehículo acuático motorizado de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porqjue un sensor de filtrado es dispuesto entre los anillos (3 J 3 ) de sellado.
8. El vehículo acuático motorizado de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque un sensor de filtrado es dispuesto entre al menos dos ahillos (3.3) de sellado.
9. El vehículo acuático motorizado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque el rotor (20) y el estator (21) están alojados en una caja de alojamiento que está sellada a prueba de agua en contra de sus alrededores, un árbol de impulsión (3.1) es conducido desde la caja de alojamiento (3.5) a través de un cásete (40) sellador, el cásete (40) sellador sella al árbol de impulsión (3.1) por medio de al menos dos anillos (3.3) de impulsión, y el cásete (40) sellador puede ser arreglado de manera ajustable en una dirección axial con respecto al árbol de impulsión (3.1).
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