专利名称：带有控制器的电动船的制作方法
带有控制器的电动船本发明涉及一种电动船，它有控制器和驱动装置，驱动装置有一个由电 动机驱动的船用螺旋桨，其中，电动机、操纵装置、电机控制装置、蓄电池 控制装置和蓄电池装在船体内，以及船用螺旋桨装在船体内的水流通道中。此外，本发明还涉及一种电动船控制器的工作方法，电动船有一个驱动 装置，它有一个通过电动机驱动的船用螺旋桨，其中，电动机、操纵装置、 电机控制装置、蓄电池控制装置和蓄电池装在船体内，以及船用螺旋桨装在 船体内的水流通道中。电动船在本发明的范围内是 一种电动机驱动的小艇或船舶，操控小艇的 人在水面上或在水面下被牵引。此小艇用作游泳者或潜水员的行动辅助器。这种小艇还已知称为湿式潜水艇(Nasstauchboot)，因为游泳者或潜水员不在 船舱里或也不在船上，而是直接与水接触。由DE9005333已知一种电动船，它有一个圆柱形主体，其中装有电池 和其他控制部分。在船尾的环形体内不仅安装电动机而且安装船用螺旋桨。 这种水上交通工具既可以用于驱动一条小船也可供单人使用。由电动机和船 用螺旋桨产生的水流在这里冲击在要运输的人上。由W001/62347已知另一种电动船。在这里使用者处于船体上，以及在 水流通道内的船用螺旋桨被电池供电的电动机驱动为，能经水流通道吸入逆 电动船行驶方向流动的水流。因此水流避开使用者并由于船体的形状还可以 在使用者旁流过。这使得更易于借助电动船游泳和潜水。在这里，船用螺旋 桨、电动机和控制器组合成一个部件以及安装在电动船的水流通道内。这导 致显著简化结构和便于电动船的维护。安装在单独外壳内的电池可为了充电 过程方便地取出，并可以用 一个新的外壳和充好电的电池替换。在按规定使用时，电动船遭遇淡水或海水、温度变动和水压加载。若设 备用于出租，则应考虑特殊的安全措施和训练水平不同的使用者。尤其必须 基本避免可能伤害使用者的设备误工作。本发明的目的是创造一种前言所述类型的电动船，它基于其系统结构可 以特别可靠地工作。
此外，本发明的目的是提供一种使此电动船特别可靠运行的方法。 为达到涉及设备方面的目的采取的措施是，操纵装置、电机控制装置和 蓄电池控制装置借助 一个通过控制器控制的通讯装置进行数据连接。由此可 以达到尤其无故障数据传输，可以对系统部件实施持续监测以及在需要时可 以进行紧急停车。若将数据传输触头和功率传输触头组合在可拆式大电流插塞连接器内， 则可以实现蓄电池控制装置与电动机控制装置之间耐用的可拆式连接。若受控制的通讯装置有一条数据交换用的系统总线，则使系统结构特别 清晰，因为在所有的部件内提供一致的信号，以及在改变时信号同时对所有 的部件有效。
若系统总线设计为有双向差分信号传输的双线系统，则尽管在电机控制 装置和驱动装置内平均频率高的电流和有与d目关联的电磁干扰影响，仍能 达到可靠的数据输送。当受控制的通讯装置有一个RS-485传输装置，则可以使用廉价的标准 化构件。若操纵装置设计为总线主控器，而电机控制装置和蓄电池控制装置设计 为总线受控器，则可以达到，使具有存储器的数据处理装置可以监控数据交 换以及可以确定中断。在这种故障状态下可以触发应急断开。若设置一个无线接口用于控制器与服务器之间的数据交换，则可以实现 一种防止水入侵的数据连接。一种特别有利的实施形式规定，无线接口设计为双向红外接口或其他光 学接口。许多便携式计算机配备有这种接口，并因而无须扩充便可使用于维护电动4经。若为无线接口采用一种具有用于发送器和接收器的可变时间光栅的时 分复用制或时间区分电路的多路通信法(Zeitmultiplexverfahren),则可供使用 的带宽可以最佳地利用于数据交换。若为受控制的通讯装置设一个通过无线接口进行数据传输的引导加载 软件(boot-loader-software)，则无需采取附加措施既可以实现程序在数据处理 装置内、操纵装置和/或电机控制装置和/或蓄电池控制装置内的第 一次装入, 也可以实施禾呈序的更新。若为通过无线接口的数据传输规定存取权，则可以达到防止未经许可的
程序存取。一种对经过训练的操作者有运行参数调整可能性的实施形式以及对服 务人员扩展的权利规定，为存取内部参数、测量值、调整和编程规定存取权。一项防止无权开启和/或水入侵的设计规定，电机控制装置有至少一个 光传感器和至少一个水传感器。若蓄电池控制装置有至少一个光传感器和至少一个水传感器，则电动船尤其防止电的"i吴工作。若在控制器上安装隐蔽的防水操纵件，则可以触发特殊功能，如记录出 租持续时间的钟的复位，无需打开设备防水的外壳。若在蓄电池控制装置内设声报警器，则可以提起操作者注意危险的运行 状态，如部件过热或误工作。一项尤其适用于电动船出租的设计规定，在控制器内设一个作用在驱动 装置上的测时装置。若在控制器内装至少一个水压传感器，则最大潜入深度可与电动船防水外壳的承载能力和与操作者的才能相适应。电动船操纵装置一种耐用的实施形式规定，操纵装置有至少一个带手柄固定传感器的手柄；以及，手柄固定传感器由可运动地支承的永久磁铁组成， 它与两个磁场传感器作用连接。通过为了评估两个磁场传感器的信号，在手柄固定传感器内设一个通过 由^f兹场传感器的两个信号构成一个总信号的故障识别装置，可以达到操纵装 置的自动监控并因而实现一种能特别可靠地工作的设计。为达到涉及方法方面的目的采取的措施是，在操纵装置、电机控制装置 与蓄电池控制装置之间借助一个受控制的通讯装置传输凄t据。这样做可以实 现部件监控并因而能特别可靠地运行。通过使数据传输和功率传输借助可拆式大电流插塞连接器进行，可以在 由于集成蓄电池和人工智能的蓄电池控制装置有可靠的工作方式的同时，采 用可更换式蓄电池改善运行准备。由此可以除功率传输外，还可以将程序传 输到蓄电池控制装置内，以及在操纵装置与蓄电池控制装置之间交换参数和 数据。通过在受控制的通讯装置中断或故障超过3秒钟时，蓄电池控制装置完 全切断大电流插塞连接器的电压，从而获得一种可靠的工作方式。由此既避
免危及操作者也避免损坏构件。通过对于立式电动机当蓄电池控制装置对大电流插塞连接器的电流限制为500mA时最大通电16V,提高了对外的电气安全性并更好地保护构件。通过在控制器内储存有关至少温度、电流、水压等状态之一和至少设备 开启、水入侵、驱动装置误工作和传感器故障等事件之一的极限值诊断信息， 易于发现故障和在赔偿的情况下作出决定。若在操纵装置的应急停车触发时通过系统总线向电机控制装置发送一 个停止电动机工作的指令；以及，操纵装置通过系统总线询问电动机的转速； 以及，若在一个在这里规定的大于零的转速时，切断电机控制装置的功率级； 以及，若在一个在此之后规定的大于零的转速时，通过一个独立于系统总线 的应急停车信号切断电机控制装置的电源，则可以达到采取多项独立的措施 可以促使电动机紧急停车并可使误工作的或然率很低。一种特别易于操作以及尽管如此仍能满足安全规范的实施形式规定，为 了运输电动船在接通充电设备时通过操纵装置向蓄电池控制装置发出一个 信号，之后，蓄电池控制装置检验蓄电池的充电状态并在充电水平大于最大 容量的10%时发出故障信号，以及在充电水平小于最大容量的10%时开始 充电过程直至最大容量的10%。若为了运输电动船由操纵装置通过系统总线向蓄电池控制装置传输一 个过渡到运输模式的指令，以及，蓄电池控制装置将工作电压与大电流插塞 连接器分离，以及，在蓄电池控制装置内所有部件除安全控制器外均与电源 分离，则可以达到可靠地运输，而且仍然可以保持蓄电池控制装置的自动监 控。若安全控制器在运输模式时监测蓄电池的电压和温度以及光传感器，则 如果需要的话可以在蓄电池不允许的工作状态，如过热或面临过度放电的危 险时，实施警告并记录蓄电池控制装置不合理的打开。若在安全控制器的运输模式时监测充电插座，以及在与充电设备连接时 将蓄电池控制装置转换为正常运行模式，则电动船可以无需附加装置从运输 模式转换为正常运行模式。当充电设备的电压处于允许的电压范围内时，则 进行从运输模式叫醒。下面借助附图表示的实施例详细说明本发明。其中
图1示意表示电动船的控制器。
图1表示用于电动船的控制器1，电动船有一个操纵部分10和一个由操纵部分控制的电机控制装置20,它控制和监测包括电动机31的驱动装置 30。电机控制装置20和操纵部分10通过大电流插塞连接器40与蓄电池控 制装置50连接，它控制和监测控制器1从蓄电池60的供电。操纵部分10用于向适用于水上和水下运行的船舶输入行驶指令以及用 于向操作者输出有关船舶状况的信息。此外，它还用于程序和控制器1参数的数据输入。使用者躺在或站在船上以及握住左手柄15和右手柄16。行驶指令通过 有手柄固定传感器18的右手柄16发出。手柄固定传感器18由两个水平地 沿行驶方向前后排列的磁场传感器和一个设在它们上面垂直安装的永久磁 铁组成，永久石兹铁悬挂在板簧上以及它的一个极处于沿行驶方向在前面的那 个磁场传感器上面。为发出行驶指令将右手柄16朝操作者方向倾斜。由此 使永久磁铁所述的极离开前部磁场传感器朝后部磁场传感器方向运动。在最 大偏移时此极直接处于后部》兹场传感器上方。当右手柄16实施所述的运动 时，在前部磁场传感器处的磁场不断减弱，而在后部^兹场传感器处的^兹场不 断增强。这两个信号输入具有存储器14的数据处理装置，它对这些信号作 奇偶校验并由此导出行驶指令。所述奇偶校验包括计算在两个传感器处的总 磁场量并与上和下极限值比较。若总磁场处于极限值之外，则可推断出发生 故障并命令紧急停车。此外，将此事件记录在具有存储器14的数据处理装置的存储器中。若操作者将右手柄16向前推移，则驱动装置30的供电量减少并因而降 低行驶速度。若操作者放开右手柄，则它返回前部位置并切断驱动装置30 的电源；当操作者无意中弃船时，同样会发生这种情况。为了与操作者通讯联系，操纵装置10有一个LC显示器13。水压传感 器17用于监测设备的潜水深度。若潜水深度超过可调的最大值，可以暂时 切断驱动装置30,从而使设备通过自身浮力上升到较浅的潜水深度。对于一些不应供操作者使用的特殊功能，操纵部分有两个隐蔽安装的霍 耳传感器11和12。霍耳传感器可例如设在LC显示器13的左和右。若它们 用相关的永久磁铁活化，则例如可以使记录出租持续时间的钟复位。操纵部分10与电机控制装置20和蓄电池控制装置50通过系统总线43 通讯。由于有可能因电流高的平均频率在电机控制装置20内出现电干扰，
所以将电机控制装置20和驱动装置30与操纵装置10在空间上分开，以及 系统总线43如RS-485那样按双向差分信号传输技术设计。在此总线上操纵 部分10作为总线主控器工作，而电机控制装置20及蓄电池控制装置50作 为总线受控器工作。总线主控器将指令发送给随动并对每次询问收到 一次又 含有原始询问的确认。由此总线主控器可以确定，指令是否已到达随动并被正确理解和执行。 若总线主控器确定发生故障，则它重新发出指令或导入安全措施，如紧急停 车。在才喿纵部分10上安装双向作用的红外^"口 70。通过它可以从外部在搮:纵部分IO、电机控制装置20及蓄电池控制装置50内存取程序，以及必要时 可存入新的程序。此外可以从这些装置读出参数以及将参数写入这些装置。 为此在具有存储器14的数据处理装置内设船用充电器软件。在那里还通过 PIN码进行输入验证。为使用者、物主、维修服务和制造厂设不同的权利平 面，它们释放和截止编程可能性和数据的通道。通过由PIN保险的通道，还 可以调整出租设备的出租持续时间及最大潜入深度。在这里，"使用者"最大 潜入深度可用他的PIN调整到由"制造厂"PIN确定的极限所允许的程度。在 标定了出租持续时间后，可以向下计时并由此在LC显示器13上向使用者指 示余留的剩余时间。可以规定，在预定的剩余时间时降低电驱动的功率，以 便附加地发出信号通知使用者需要返回，但允许使用者用减少的航程回归。操纵装置10的指令通过功率级25的调节器22进一步传入电机控制装 置20。功率级25用温度传感器25监测和防止过栽。功率级25通过功率传 输装置36和数据传输装置37与驱动装置30连接。电动机31的转速借助霍耳传感器32、 33和34测量，通过系统总线43 进一步传输，并在操纵装置10内由具有存储器14的数据处理装置与额定值 比较。在偏离额定值的情况下，当例如尽管通过系统总线43已发出一个将 电动机31的转速减至零的指令而电动机31的转速仍未归零时，可用独立于 系统总线43作用的紧急断开信号26切断电机控制装置20的全部电源，并 因而实现电动机的安全关停。电动机31的温度借助温度传感器35连续监测，从而在过载的情况下可 以实施紧急切断。作为节能措施，可以在切断驱动装置时完全关闭功率级25。
为达到设备持续备用，蓄电池60和相关的蓄电池控制装置50是可更换 的。它们与系统总线43的连接通过大电流插塞连接器40建立，后者除了两 个功率传输触头42外还有两个数据传输触头41。由于将系统总线设汁为串 联总线，所以有两个数据传输触头41便够了，以及可以选择一种特别耐用 的只有四个触头的插塞连接器。蓄电池60通过功率传输装置57和数据传输 装置58与蓄电池控制装置50连接。安全控制器55通过数据传输装置58监 测蓄电池电压和借助温度传感器61、 62监测温度。在有过热危险和可能的 充电不足时，安全控制器55通过声报警装置54发出警告信号。安全控制器55监测大电流插塞连接器40被海水或导电物体可能的短 路。为此在立式电动机中可将功率传输触头42上的电压限制为一个不危险 的值16V,此外还限制最大电流。实际上将电流限制为一个值500mA.业己 证实是恰当的。 一旦使用者操纵手柄固定传感器，便接通工作电压。因此由 搡纵装置执行所述用于接通电动机的指令。安全控制器55还监测大电流插塞连接器40通过系统总线43数据传输 的中断，并在中断超过3秒钟时切断功率传输触头42上的电压。电机控制装置20和蓄电池控制装置50包含有水传感器23和53，所以 当装置泄漏时它们可以将此事件记录在具有存储器14的数据处理装置中的 故障存储器内，以及可以切断驱动装置。当蓄电池进水时也要记录在蓄电池 控制装置的存储器内，因为蓄电池也可能与操纵装置分开工作。因此在进水 的情况下可以在电动船遭受更大的损害前提前结束潜水行驶。此外，电机控 制装置20和蓄电池控制装置50还含有光传感器21和52,它们可以识别构 件的开启并记录在具有存储器14的数据处理装置中。当蓄电池进水时也要 记录在蓄电池控制装置的存储器内，因为蓄电池也可能与操纵装置分开工 作。因此可以识别设备的无权开启并用于寻找可能的损坏情况的原因。 蓄电池控制装置50可通过充电插座51与图中未表示的充电设备连接。 若取代安全控制器55将适用的充电电压固定在充电插座51的触头上，便开 始受充电控制装置56监控的蓄电池60充电过程。在这里安全控制器55通 过温度传感器61和62监测蓄电池60的温度。由于容量大，所以作为蓄电 池优选地使用 一种锂离子蓄电池。为了空运，大电流插塞连接器40必须没有电压以及蓄电池60的充电水
平允许最高值为最大容量的10%。为了作好准备，使用者可在连接充电设备时借助操纵装置通过系统总线43向安全控制器55发出一个信号。若瞬时充 电状态不允许地过高，则发出 一个报警信号以及使用者必须给蓄电池放电直 至允许的界限。若充电水平低于10%,则蓄电池60充电至其最大容量的10 %。接着安全控制器55将电源与功率传输触头42和其余用电器具分离。仅 安全控制器55本身保持活性并监测蓄电池60的电压与温度和光传感器52。 此控制器1已准备好用于运输。为了终止运输模式重新连接充电设备。若安全控制器55确证一个允许 的充电电压，它便重新使控制器1的部件活化，以及蓄电池60开始充电直 至额定容量。采用这种系统结构，还可以在危急的运行条件下，如电磁干扰、在大电 流插塞连接器40处或在电机控制装置20或驱动装置30外壳内泄漏和甚至 在系统总线43误工作时达到可靠运行。
权利要求
1.一种电动船，它有一控制器(1)和一驱动装置(30)，该驱动装置有一个由一电动机(31)驱动的船用螺旋桨，其中，该电动机(31)、一操纵装置(10)、一电机控制装置(20)、一蓄电池控制装置(50)和蓄电池(60)装在船体内，以及船用螺旋桨装在船体内的水流通道中，其特征为所述操纵装置(10)、电机控制装置(20)和蓄电池控制装置(50)借助一个通过所述控制器(1)控制的通讯装置进行数据连接。
2. 按照权利要求1所述的船舶，其特征为，数据传输触头(41)和功率传 输触头(42^皮汇总在一个可拆式的大电流插塞连接器(40)内。
3. 按照权利要求1或2所述的船舶，其特征为，所述受控制的通讯装 置有一条数据交换用的系统总线(43)。
4. 按照权利要求3所述的船舶，其特征为，所述系统总线(43)设计为有 双向差分信号传输的双线系统。
5. 按照权利要求1至3之一所述的船舶，其特征为，所述受控制的通 讯装置有一个RS-485传输装置。
6. 按照权利要求1至5之一所述的船舶，其特征为，所述操纵装置(IO) 设计为总线主控器，而所述电机控制装置(20)和蓄电池控制装置(50)设计为 总线受控器。
7. 按照权利要求1至6之一所述的船舶，其特征为，设置一个无线接 口用于所述控制器(l)与一服务器之间的数据交换。
8. 按照权利要求7所述的船舶，其特征为，所述无线接口设计为双向 红外接口 (70)或其他光学接口 。
9. 按照权利要求7或8所述的船舶，其特征为，为所述无线接口采用 一种具有用于发送器和接收器的可变时间光栅的时间区分电路的多路通信 法。
10. 按照权利要求7至9之一所述的船舶，其特征为，为受控制的通讯 装置^L一个通过无线接口进行数据传输的引导加载软件。
11. 按照权利要求7至10之一所述的船舶，其特征为，为通过无线接 口进行数据传输规定存取权。
12. 按照前列诸权利要求之一所述的船舶，其特征为，为存取内部参数、 测量值、调整和编程规定存取权。
13. 按照前列诸权利要求之一所述的船舶，其特征为，所述电机控制装置(20)有至少一个光传感器(21)和至少一个水传感器(23)。
14. 按照前列诸权利要求之一所述的船舶，其特征为，所述蓄电池控制 装置(50)有至少 一个光传感器(52)和至少 一个水传感器(53)。
15. 按照前列诸权利要求之一所述的船舶，其特征为，在所述控制器(l) 上安装隐蔽的防水操纵件。
16. 按照前列诸权利要求之一所述的船舶，其特征为，在所述蓄电池控 制装置(50)内设有声报警器(54)。
17. 按照前列诸权利要求之一所述的船舶，其特征为，在所述控制器(l) 内设一个作用在驱动装置(30)上的测时装置。
18. 按照前列诸权利要求之一所述的船舶，其特征为，在所述控制器(l) 内装有至少一个水压传感器(17)。
19. 按照前列诸权利要求之一所述的船舶，其特征为，所述操纵装置(IO) 有至少一个带有手柄固定传感器(18)的手柄(15、 16);以及，所述手柄固定 传感器(l8)由可运动地安装的永久磁铁组成，该永久^兹铁与两个》兹场传感器 有效连接。
20. 按照权利要求19所述的船舶，其特征为，为了评估两个磁场传感 器的信号，在所述手柄固定传感器(18)内设有一个通过由磁场传感器的两个 信号构成一个总信号的故障识别装置。
21. —种电动船控制器(l)的工作方法，该电动船有一个驱动装置(30)， 该驱动装置(30)有一个通过电动机(31)驱动的船用螺旋桨，其中，所述电动 机(31)、 一揚:纵装置(IO)、 一电机控制装置(20)、 一蓄电池控制装置(50)和蓄 电池(60)装在船体内，以及船用螺旋桨装在船体内的水流通道中，其特征为 在所述操纵装置(IO)、电机控制装置(20)与蓄电池控制装置(50)之间借助一个 受控制的通讯装置传输数据。
22. 按照权利要求21所述的方法，其特征为，数据传输和功率传输借 助一个可拆式大电流插塞连接器(40)进行。
23. 按照权利要求21或22所述的方法，其特征为，在所述受控制的通 讯装置中断或故障超过3秒钟时，所述蓄电池控制装置(50)完全切断在所述 大电流插塞连接器(40)上的电压。
24. 按照权利要求21或23之一所述的方法，其特征为，对于立式电动 机(3l)而言，当所述蓄电池控制装置(50)对所述大电流插塞连接器(40)的电流 限制为500mA时最大通电16V。
25. 按照权利要求21至24之一所述的方法，其特征为，在所述控制器 (l)内储存有关至少温度、电流、水压等状态之一和至少设备开启、水入侵、 驱动装置误工作和传感器故障等事件之一的极限值诊断信息。
26. 按照权利要求21至25之一所述的方法，其特征为，当由所述操纵 装置(10)触发应急停车时，通过系统总线(43)向电机控制装置(20)发送一个停 止电动机(31)工作的指令；以及，所述操纵装置(10)通过系统总线(43)询问电 动机(31)的转速；^及，在一个在此所规定的大于零的转速时，切断所述电 机控制装置(20)的功率级(25);以及，在一个在此之后规定的大于零的转速 时，通过一个独立于系统总线(43)的应急停车信号(26)切断所述电机控制装 置(20)的电源。
27. 按照权利要求21至26之一所述的方法，其特征为，为了运输电动 船，在接通充电设备时通过所述操纵装置(10)向所述蓄电池控制装置(50)发 出一个信号，之后，所述蓄电池控制装置(50)检验蓄电池(60)的充电状态并 在充电水平大于最大容量的10%时发出故障信号，以及在充电水平小于最大 容量的10%时开始充电过程直至最大容量的10°/。。
28. 按照权利要求21至27之一所述的方法，其特征为，为了运输电动 船，由所述操纵装置(10)通过系统总线(43)向蓄电池控制装置(50)传输一个过 渡到运输模式的指令；以及，所述蓄电池控制装置(50)将工作电压与所述大 电流插塞连接器(40)分离；以及，在该蓄电池控制装置(50)内所有部件除安 全控制器(55)外均与电源分离。
29. 按照权利要求21至28之一所述的方法，其特征为，安全控制器(55) 在运输模式时监测蓄电池(60)的电压和温度以及光传感器(52)。
30. 按照权利要求21至29之一所述的方法，其特征为，在安全控制器 (55)的运输模式时监测充电插座(51)的电压，以及在与充电设备连接时将蓄 电池控制装置(50)转换为正常运行^t式。
全文摘要
本发明涉及一种电动船，它有控制器(1)和驱动装置(30)，驱动装置有一个由电动机(31)驱动的船用螺旋桨，其中，电动机(31)、操纵装置(10)、电机控制装置(20)、蓄电池控制装置(50)和蓄电池(60)装在船体内，以及船用螺旋桨装在船体内的水流通道中。在这里，为了借助系统结构、系统总线和人机接口连接正在控制和将要控制的部件，按本发明规定，操纵装置(10)、电机控制装置(20)和蓄电池控制装置(50)借助一个通过控制器(1)控制的通讯装置进行数据连接。由此可以达到尤其无故障数据传输，可以对系统部件实施持续监测以及在需要时可以进行紧急停车。
文档编号B63C11/46GK101119889SQ200680005350
公开日2008年2月6日 申请日期2006年1月10日 优先权日2005年1月13日
发明者于尔根·格里默尔森, 拉尔夫·鲍尔 申请人:罗蒂诺有限责任公司