TWI780474B - 用於水運工具的電機動化系統 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種用於水運工具的機動化系統，其具有受控的電輔助，旨在允許用戶在水上運輸。它在衝浪板，槳板或帆板領域以及皮艇或獨木舟領域中找到了特殊的應用。該系統被配置為連接到電源，並且一方面包括集成在水運工具之內或之上的水密外殼1，其中外殼1中佈置有轉子2和定子。另一方面，軸4通過第一端連接到轉子2，並且通過與外殼1的第一端相對的第二端以水密方式在水密外殼1的外部延伸。軸4能夠通過其第二端連接到諸如推進器之類的水運工具的推進裝置上，使得當向系統供應電能時，轉子2旋轉並在該旋轉中驅動軸4。該系統還包括冷卻裝置，所述冷卻裝置包括至少一個至少部分是金屬的第一細長組件5，其第一端佈置在水密外殼1內，所述細長組件通過與第一端相對的第二端以水密方式突出到水密外殼1外部，從而允許熱沿著第一細長組件從水密外殼1的內部傳導到外部。

Description

用於水運工具的電機動化系統

本發明涉及一種用於水運工具的機動化系統，其具有受控的電輔助，旨在允許用戶在水上運輸。它在衝浪板，槳板或帆板領域以及皮艇或獨木舟領域中找到特殊的應用。

作為示例，衝浪板旨在允許用戶在波浪提供的推動作用下在水上滑動。通常，在用戶所處的給定區域中沒有波浪的情況下，躺在板上的所述用戶使用他的手臂來提供板到達形成波浪或正在形成波浪的區域所必需的推進力。

另一個例子是槳板，其又被設計成允許用戶在配備槳的用戶的推動作用下在水上滑動。與衝浪板一樣，槳板也可以使用戶在波浪推動下在水上滑動。

存在其他示例的水運工具，其允許用戶通過用戶直接提供給自己的機械推進作用，或通過諸如一個或多個槳或櫓的機械推動，和/或通過由環境(例如風或波浪)提供推進作用來導航水。

為了促進這種水運工具的使用，特別是在用戶或環境所提供的推進的機械作用不足的地區或情況下，這些水運工具可以配備有電輔助，即驅動機械推進裝置(例如推進器、螺旋槳)的電機動化系統。

通常，船用螺旋槳推進需要該螺旋槳以相對低的速度旋轉以避免螺旋槳氣蝕現象。

可以經典地使用兩種典型類型的電動機來驅動螺旋槳旋轉：內轉子型電動機，其中內芯在固定的外罩中旋轉；外轉子型電動機或帶有旋轉籠的電動機，其中外罩圍繞固定的內芯旋轉。

內轉子型電動機可以相對容易地冷卻，因為外部部件是固定的，可以使其與為此目的設計的冷卻系統接觸。但是，這些電動機通常運行非常快，因此需要使用減速器以避免上述氣蝕現象。這導致性能損失和機械複雜性的增加，相應的維護和成本也增加了。

在給定的外徑下，外轉子型電動機的旋轉速度小於內轉子型電動機的旋轉速度，因此可以限制氣蝕現象，而不會引起如上段所述的使用減速器的複雜性。實際上，使用外轉子型的電動機，用戶可以使中心處的固定定子的線圈與在外部旋轉的轉子的磁體之間的相互作用的直徑最大化。因此，在封閉的，水密的外殼中使用外轉子型電動機，可以在不使用減速器的情況下獲得旋轉速度更慢的螺旋槳。但是，與內轉子型電動機不同，這些外轉子型電動機難以冷卻到外部零件轉動的程度，因此不能與傳統的冷卻系統(如冷壁)接觸。

用於外轉子型電動機的常規冷卻方案，例如在電動機的固定部分內使用水循環，是不能令人滿意的。實際上，它們需要在電動機內部、進水口和出水口內存在管道，這實現起來很複雜。

因此，本發明旨在解決上述問題以及其他問題。因此，本發明的目的之一是提供一種用於水運工具(例如衝浪板或槳板)的電機動化系統，其構造成連接至電源。

該系統包括水密外殼，該水密外殼被配置為集成在水運工具之中或之上，其中，外殼中佈置有轉子和定子，以及軸，該軸通過第一端連接到轉子，並以水密方式在外殼外部延伸出與第一端相對的第二端。

該軸能夠通過其第二端連接到諸如推進器(螺旋槳)之類的水運工具的推進裝置上，使得當向系統供應電能時，轉子旋轉並在該旋轉中驅動該軸。

該系統還包括冷卻裝置。這些冷卻裝置包括至少一個至少部分為金屬的第一細長組件，其第一端佈置在外殼內部。該細長組件以水密方式通過與外殼的第一端相對的第二端從外殼的外部伸出，使得允許熱量沿著第一細長組件從外殼的內部傳導到外部。

在一些實施例中，該系統進一步包括一個或多個以下特徵，這些特徵被單獨考慮或根據任何技術上可能的組合考慮：細長組件連接到定子；定子包括諸如緊固板的緊固元件，並且第一細長組件的第一端附接到所述緊固元件；第一細長組件包括與定子的至少一部分一體形成的至少第一部分，例如桿； 第一細長組件包括至少第一部分，例如桿，其被迫進入設置在定子中的殼體中，所述殼體包括導熱糊狀材料，例如導熱矽酮；第一細長組件的至少第一部分是具有基本上圓形橫截面的桿；第一細長組件是具有圓形橫截面的桿，該桿通過O形環密封件以水密方式伸出到外殼的外部；該系統進一步包括電子控制單元，該電子控制單元被配置為控制所述系統的運行和電能供應，並且被固定到定子，以便在控制單元和第一細長組件之間形成熱路徑，以允許熱傳遞，該熱是由控制單元沿著所述熱路徑和所述第一細長組件朝著外殼的外部散發的；該系統進一步包括電子控制單元，該電子控制單元佈置在外殼內部並且配置成控制所述系統的運行和電能供應，並且冷卻裝置包括至少一個第二細長組件，該第二細長組件至少部分是金屬的，通過第一端固定到控制單元，並以水密方式，通過與第一端相對的第二端伸出外殼的外部，從而允許熱量沿著第二細長組件從所述控制單元傳導到所述殼體的外部。

第二細長組件的至少一部分是具有大致圓形橫截面的桿；第二細長組件是具有圓形橫截面的桿，該桿借助於O形環密封件以水密方式伸出到外殼的外部；第一和/或第二細長組件的第二端具有與第一細長組件或第二細長組件的軸線平行且間隔開形成的薄板；轉子包括旋轉籠，定子包括佈置在罩內部的固定芯。

該水運工具還包括如上所述的電機動化系統，其水密外殼被集成在水運工具之上或之中，並且其軸通過其第二端連接至推進裝置，從而當通過 所述電源為機動化系統提供電能時，允許驅動推進裝置，並通過細長組件的第二端與周圍水之間的熱交換來冷卻機動化系統。

因此，本發明的機動化系統使得能夠獲得一種電輔助水運工具，其推進不需要複雜的機械部件，不昂貴並且不需要特殊的維護(例如減速器)，也不需要昂貴的並且需要特殊維護的複雜的冷卻裝置。

實際上，利用本發明的系統，沿著由細長組件引導的熱路徑進行熱量的排出。該熱路徑從電動機的水密外殼的內部通向外部，在那裡熱量散發到周圍的水中。

1:水密外殼

11:電子板

12:固定支架

13:密封裝置

14:密封裝置

15:壁

16:密封裝置

2:轉子

3:定子

4:軸

5:第一細長組件

6:第二細長組件

7:定子

8:薄板

9:薄板

10:控制單元

20:推進裝置

30:水運工具

圖1係示意性地示出了根據本發明的系統在其水密外殼外部的第一示例。

圖2係以細長截面示意性地示出了圖1的示例，其集成在其水密外殼中並連接到水運工具的推進裝置。

圖3係以透視圖示意性地示出了圖1的示例，其集成在其水密外殼中並連接到水運工具的推進裝置。

圖4係示意性地示出了根據本發明的水運工具的示例，其集成了圖1的系統。

圖5係以細長截面示意性地示出了根據本發明的系統的第二示例，其集成在其水密外殼中並連接至水運工具的推進裝置。

圖6係以透視圖示意性地示出了圖5的示例。

關於吾等發明人之技術手段，茲舉數種較佳實施例配合圖式於下文進行詳細說明，俾供 鈞上深入瞭解並認同本發明。

參照所有附圖，尤其是參照圖3，圖4和圖6，用於水運工具30的電機動化系統被配置為連接到電力源(未示出)，如電池，其也被佈置在水運工具30之上或之中。

該系統包括水密外殼1，該水密外殼1旨在安裝在電輔助水運工具30之上或其中，如圖4中的示例所示。在該示例中，水運工具30是衝浪板或槳板類型的。

水運工具30包括旨在使其在水中前進的推進裝置20，例如螺旋槳(推進器)，其連接至機動化系統的軸4的一端，這將在下面詳細描述。軸4的另一端佈置在水密外殼1內部。因此在圖4中不可見。水運工具30還包括上述未示出的電源。

機動化系統的冷卻裝置的第一細長組件5，以及可能在圖6的示例中的第二細長組件6，也將在下面詳細描述，超過或伸出水密外殼1的一端，它們另一端佈置在水密外殼1內，因此在圖3、4和6中不可見。

整個機動系統被集成到水運工具30中，使得當水運工具在水中或在水上時，從水密外殼1突出的第一細長組件5(可能還有第二細長組件6)的該端部在周圍的水中終止。因此，當機動化系統由電能源供電時，推進裝置20由軸4驅動，並且機動化系統可以通過從水密外殼1和周圍的水突出的第一細長組件5(可能還有第二細長組件6)的端部之間的熱量交換或熱交換來冷卻。

在圖4，圖5和圖6的示例中，水密外殼1是封閉的，特別是通過壁15封閉，軸4和第一細長組件5(可能還有第二細長組件6)以水密方式穿過壁15，並且延伸超出該壁15以形成渦輪，推進裝置20在其中被保護並且運動。

該壁15相對於水運工具30的軸4和細長軸線傾斜，以免相對於水運工具30的主表面產生表面破裂，這將不利於推進裝置20的流體動力學和性能。

在圖3，圖4和圖6的示例中，從水密外殼1突出的第一細長組件5(可能還有第二細長組件6)的端部與壁15的表面齊平。並不需要更大的突出部分來達到所期望的冷卻效果，並且在這裡可能再次不利地影響推進裝置20的流體動力學和性能。此外，當該壁15如上所述傾斜時，計劃使從水密外殼1突出的第一細長組件5(可能還有第二細長組件6)的該端部成斜角，使得該端部隨行於壁15的傾斜表面。

在替代的實施例中，可以簡單地不需要水密外殼1的渦輪部分，軸4的一部分從水密外殼1突出，推進裝置20被容納在水運工具30中設置的外殼中，作為水密外殼1的延伸，或者甚至從任何殼體超出水運工具30的外部。

可替代地，渦輪機部分可以存在但與水密外殼1分開。

參考所有附圖，尤其是參照圖1、圖2和圖5，機動化系統包括轉子2和佈置在水密外殼1內部的定子3、7。軸4通過第一端連接到轉子2，並通過與第一殼體相對的第二端以水密方式突出到水密外殼1的外部，從而能夠如上所述連接至水運工具30的推進裝置20。設置了關節型的密封裝置14，以確保水密外殼1在軸4通道上的密封。

因此，當向系統供應電能時，轉子2旋轉並在該旋轉中驅動軸4，這最終允許推進裝置20旋轉，並因此允許水運工具30的推進。

設置冷卻裝置，如圖1至圖4的示例，或圖5和圖6的示例中。這些冷卻裝置包括一個或多個至少部分為金屬的第一細長組件5、第二細長組件6，其相應的第一端佈置在水密外殼1內。這些第一細長組件5或第二細長組件6以水密方式，通過它們各自的第一端相對的第二端延伸或突出到水密外殼1外部。設置關節類型的密封裝置13、16，以確保水密外殼1在第一細長組件5、第二細長組件6的相應通道處的密封。

因此，由外殼的內部產生的熱量，其由機動化系統的運行，特別是轉子2的旋轉產生的，沿著第一細長組件5、第二細長組件6從水密外殼1的內部驅動到外部。

在圖所示的示例中，將第一細長組件5的第一端固定到定子3、7。

該定子3、7本身可包括定子以及緊固元件，例如緊固板。在這種情況下，優選地，第一細長組件5的第一端附接到該緊固元件。

第一細長組件5包括至少一個第一部分，例如桿，其完全由定子3、7的至少一部分形成。

可替代地，第一細長組件5包括至少一個第一部分，例如桿，其被迫進入設置在定子3、7中的殼體中。在這種情況下，殼體包括糊狀類型的導熱材料，例如導熱矽酮。

在附圖所示的示例中，第一細長組件5是完全由定子3、7的任何部分形成，或被迫進入設置在定子3、7中的殼體中，它完全由導熱金屬桿製成。

電子控制單元10被配置為控制機動化系統的運行和電能供應。

這種控制單元通常包括位於電子電路中的微控制器，電子電路形成在電子板11上。

該控制單元10，例如可以通過固定支架12固定在定子3、7上，該固定支架12本身直接固定在定子部件3或固定元件7上。在這種情況下，電子板由固定支架12支撐，特別是通過連接裝置與定子3、7電連接。

因此，在控制單元10和第一細長組件5之間產生了熱路徑，從而後者也確保了控制單元10的冷卻。實際上，這種構造允許將控制單元10散發的熱量沿著該熱路徑和第一細長組件5去往水密外殼1的外部。

替代地或附加地，如圖5和圖6所示的示例中所示，機動化系統的冷卻裝置包括至少一個細長組件，即第二細長組件6，其已經在於上述提及。

因此，與第一細長組件5相同，該第二細長組件6至少部分是金屬的。此外，其通過第一端固定在控制單元10上，並且通過與第一端相對的第二端以水密方式伸出到水密外殼1的外部。

這種構造允許熱量沿著第二細長組件6從控制單元10傳導到水密外殼1的外部。

該第二細長組件6，與第一細長組件5相同，可以是桿，或者可以包括桿狀部分。

優選地，第一細長組件5、第二細長組件6的桿或桿狀部分具有基本圓形的截面。

上面示出的密封裝置13或16可以是O形環。

從圖中可以看出，第一細長組件5、第二細長組件6的第二末端具有薄板8、9，該薄板8、9間隔開並平行於第一細長組件5、第二細長組件6的軸線形成。

一旦將機動化系統集成到水運工具30中，並且一旦該水運工具30被放置在水中或水上時，則該構造增加了第一細長組件5、第二細長組件6的相應端部與周圍水之間的熱交換表面。因此，佈置在第一細長組件5第二端的薄板8和佈置在第二細長組件6第二端的薄板9形成散熱器，該散熱器由於增加熱交換表面，而使熱量能夠更快地散佈在周圍的水中。

從圖中還可以看出，在所示的示例中，機動化系統包括外轉子型的電動機部分。因此，轉子2包括旋轉籠，並且定子3、7包括佈置在籠內部的固定芯。

如上所述，這種結構特別有趣，因為它通過最大化佈置在中心的線圈和排列在外圍的磁體之間的相互作用直徑，使轉子的旋轉速度比帶有內轉子型電機(固定式籠和旋轉鐵芯)的結構慢。該配置不需要使用減速器，從而減少了成本和維護。

通過依靠水密外殼1內的固定元件，例如定子3、7，來獲取由電動機的運行產生的熱量並將其驅動到外部，與傳統的外轉子型電動機的冷卻方案相比，還有一些不同之處，例如電動機固定部分內部的水循環系統，以及它們的複雜性(電動機內部，進水口和出水口的管道)

可替代地，該機動化系統可以包括內轉子型電動機部分，其具有可形成水密外殼1的旋轉芯和固定外籠。

在這種情況下，第一細長組件5(可能還有第二細長組件6)可支撐或擱在構成電動機固定部分的水密外殼1本身上，以獲取由電動機的運行產生的熱量並將其驅動到外部。

以上描述僅作為示例給出，僅用於說明目的。

特別地，儘管本發明特別適用於衝浪板領域，但是本發明不限於衝浪板型水運工具，而是擴展到諸如槳板或帆板的水運工具。更一般而言，本發明不限於板載水運工具，而是擴展到任何電輔助船，例如獨木舟或皮艇。

綜上所述，本發明所揭露之技術手段確能有效解決習知等問題，並達致預期之目的與功效，且申請前未見諸於刊物、未曾公開使用且具長遠進步性，誠屬專利法所稱之發明無誤，爰依法提出申請，懇祈 鈞上惠予詳審並賜准發明專利，至感德馨。

惟以上所述者，僅為本發明之數種較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

11:電子板

12:固定支架

13:密封裝置

2:轉子

3:定子

4:軸

5:第一細長組件

7:定子

8:薄板

10:控制單元

Claims (14)

1. 一種用於水運工具(30)的電機動化系統，水運工具(30)構造成連接到電源，所述系統包括構造成集成在水運工具(30)之內或之上的水密外殼(1)，其中，水密外殼(1)中配置有轉子(2)和定子(3、7)，以及通過第一端與轉子(2)連接，並以水密方式，通過與其第一端相對的第二端延伸到外部的軸(4)，所述軸(4)能夠通過其第二端連接至水運工具(30)諸如螺旋槳的推進裝置(20)，從而當為系統提供電能時，轉子(2)旋轉並在該旋轉中驅動該軸(4)，該系統還包括冷卻裝置，其中，所述冷卻裝置包括至少一個至少部分為金屬的第一細長組件(5)，其第一端佈置在水密外殼(1)內部，所述第一細長組件(5)以水密方式，通過與其第一端相對的第二端突出於水密外殼(1)的外部，從而允許熱量沿著第一細長組件(5)從水密外殼(1)的內部傳導到外部。
2. 如請求項1所述之系統，其中，所述細長組件(5)的第一端附接到所述定子(3、7)。
3. 如請求項2所述之系統，其中，所述定子(3、7)包括緊固元件，如緊固板，並且所述第一細長組件(5)的第一端附接至所述緊固元件。
4. 如請求項2所述之系統，其中，所述第一細長組件(5)包括至少第一部分，例如桿，其與所述定子(3、7)的至少一部分一體成形的。
5. 如請求項2所述之系統，其中，所述第一細長組件(5)包括至少第一部分，例如桿，其被迫進入設置在所述定子(3、7)中的殼體中，所述殼體包括導熱糊狀材料。
6. 如請求項4或請求項5所述之系統，其中，所述第一細長組件(5)的至少所述第一部分是具有基本圓形橫截面的桿。
7. 如請求項6所述之系統，其中，所述第一細長組件(5)是具有圓形橫截面的桿，所述桿借助於O形密封裝置(13)以水密方式突出所述水密外殼(1)的外部。
8. 如請求項2所述之系統，還包括控制單元(10)，其被配置為控制所述系統的運行和電能供應，並且被固定到所述定子(3、7)，以便在控制單元(10)和第一細長組件(5)之間形成一條熱路徑，以使控制單元(10)所散發的熱量沿著所述熱路徑和所述第一細長組件(5)向水密外殼(1)的外部傳導。
9. 如請求項1項所述之系統，還包括控制單元(10)，所述控制單元(10)佈置在所述水密外殼(1)內部，並且被配置為控制所述系統的運行和電能供應，其中，所述冷卻裝置包括至少一個至少部分為金屬的第二細長組件(6)，該第二細長組件通過第一端緊固到控制單元(10)，並且通過與其第一端相對的第二端以水密方式突出到所述水密外殼(1)的外部，以便允許熱量沿著第二細長組件(6)從控制單元(10)傳導到水密外殼(1)的外部。
10. 如請求項9所述之系統，其中，所述第二細長組件(6)的至少一部分是具有大致圓形橫截面的桿。
11. 如請求項10所述之系統，其中，所述第二細長組件(6)是具有圓形橫截面的桿，所述桿借助於O形密封裝置(16)以水密方式突出到所述水密外殼(1)的外部。
12. 如請求項1所述之系統，其中，所述第一細長組件(5)、第二細長組件(6)的第二端具有薄板(8、9)，薄板(8、9)分別平行於所述第一細長組件，第二細長組件(6)的軸線間隔開並形成。
13. 如請求項1所述之系統，其中，所述轉子(2)包括旋轉籠，並且所述定子(3、7)包括佈置在所述籠內的固定芯。
14. 一種具有電輔助的水運工具(30)，包括能夠使水運工具(30)在水上或水中前進的推進裝置(20)，以及電能源，其中，它還包括根據前述權利要求中任一項所述的電機動化系統，其水密外殼(1)集成在水運工具(30)之上或之中，並且其軸(4)的第二端連接至該推進裝置(20)，以在由所述電源向電機動化系統提供電能時允許驅動推進裝置(20)，並在所述第一細長組件(5)第二端與周圍的水之間進行熱交換來冷卻電機動化系統。

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