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WO2025093708A1 - Dispositif de motorisation pour embarcation perfectionné - Google Patents

Dispositif de motorisation pour embarcation perfectionné Download PDF

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Publication number
WO2025093708A1
WO2025093708A1 PCT/EP2024/080880 EP2024080880W WO2025093708A1 WO 2025093708 A1 WO2025093708 A1 WO 2025093708A1 EP 2024080880 W EP2024080880 W EP 2024080880W WO 2025093708 A1 WO2025093708 A1 WO 2025093708A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
propeller
bar
boat
motorization device
motorization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2024/080880
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-François REUMAUX
Nathanaël MAURY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR2311923A external-priority patent/FR3154978A1/fr
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2025093708A1 publication Critical patent/WO2025093708A1/fr
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H20/00—Outboard propulsion units, e.g. outboard motors or Z-drives; Arrangements thereof on vessels
    • B63H20/08—Means enabling movement of the position of the propulsion element, e.g. for trim, tilt or steering; Control of trim or tilt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H20/00—Outboard propulsion units, e.g. outboard motors or Z-drives; Arrangements thereof on vessels
    • B63H20/007—Trolling propulsion units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14—Propellers
    • B63H1/18—Propellers with means for diminishing cavitation, e.g. supercavitation
    • B63H2001/185—Surfacing propellers, i.e. propellers specially adapted for operation at the water surface, with blades incompletely submerged, or piercing the water surface from above in the course of each revolution

Definitions

  • TITLE Improved boat motorization device
  • the invention relates to the field of boat motorization, and more particularly aims at an improved boat motorization device.
  • This device is designed in particular to equip small and medium-sized boats: pirogue, rowboat, rigid or inflatable canoe, etc.
  • outboard type motorizations hereinafter called “outboard”
  • long-tail type motorizations hereinafter called “long-tail”, their generic name in English
  • the outboard motor consists of a unit consisting of a motor driving a propeller, the unit being fixed to the rear of a boat, partly outside the hull.
  • the outboard motor has a small footprint, its proper functioning requires a significant draft, at least 50 cm. This makes the outboard inefficient in shallow waterways, or in the presence of shoals.
  • outboard motors are mostly thermal, and therefore polluting and noisy (80 to 100 dB). This is especially true since the standards for thermal engines in the automotive industry do not apply to outboard motors.
  • outboards can only be fixed to the rear of a boat, and are therefore not compatible with all boats, especially boats typical of Southeast Asia.
  • Outboards are distinguished by a column at the end of which is mounted a propeller whose axis forms a 90° angle with the column.
  • the outboard engine is generally arranged at the top of the column, on the boat side. To propel the boat, the outboard is lowered until the propeller is submerged, the column diving vertically into the water perpendicular to its surface, which means the propeller axis is horizontal, maximizing the effect of the thrust.
  • Outboards generally only allow a single rotation, around the yaw axis (i.e.
  • the outboard can only be maneuvered by pivoting it around the yaw axis, and it must be raised until the propeller is fully exposed to avoid debris.
  • outboards are known whose central column is mounted on a pivot connection around the pitch axis.
  • the propeller of such outboards can thus be tilted out of the water or flush with the water surface in the presence of debris or shoals, by pivoting around the pitch axis.
  • pivoting along the pitch axis of an outboard so that the propeller is flush induces a vertical or near-vertical positioning of the propeller axis, whereby the horizontal thrust of the propeller is minimal or non-existent.
  • long-tail motors have been developed, particularly suitable for areas of shallow water or low draft.
  • the invention relates more specifically to these long-tail motors.
  • FIG. 1 illustrates the operating principle of long-tail motors.
  • This type of motor consists of a turret 1 mounted via a double pivot 2 on a boat 3 and carrying a thermal engine 4 arranged at the top of the turret 1.
  • the double pivot 2 allows the rotation of the long-tail motor 1 along at least two independent axes of rotation, including at least the yaw direction of the boat.
  • the turret further comprises a boom 5 — hence the name long tail — at the end of which is mounted a propeller 6.
  • the propeller is driven directly by the thermal engine 4 via a shaft housed in the boom 5 or forming said boom 5, without any additional transmission member or gear.
  • the propeller 6 propels the boat, the direction adjustment being carried out by a user 7 by pivoting the turret 1. Due to its simple design, the thermal engine of long-tails does not has no gearbox, and the modulation of the propulsion force and therefore the speed of the boat is done using a carburetor lever.
  • Long-tail motorization is a very popular solution, particularly in Southeast Asia. This popularity is due to its simple design, its adaptability to a wide variety of boats, especially those on which it is not possible to attach an outboard motor, and the shallow draft required to use the motorization, which is very useful in shallow waterways.
  • the long-tail motor is not without its drawbacks.
  • the thermal engine 4 of the long-tail must be out of the water and on the boat 3, to act as a counterweight and minimize the moment of inertia, thus allowing easy maneuvering of the boom 5 and the propeller 6.
  • This thermal engine 4 is thus mounted on the turret 1 close to the user, with all the pollution and acoustic disadvantages that this implies, especially close to the navigator steering the boat.
  • the invention improves the situation by proposing a device which does not have all or part of the aforementioned drawbacks.
  • This motorization device for a boat is capable of being mounted on a boat around a connecting member allowing at least two rotations in independent directions including a yaw direction of the boat.
  • This motorization device comprises: a power module, capable of housing at least one battery; a motor unit comprising at least one electric motor electrically connected to said power module; and a bar-forming member, of elongated shape, having a proximal portion, close to the connecting member, fixed to the power module, and a distal portion, at a distance from the pivot connection, carrying the motor unit so that the motor unit is arranged at a distance from the power module; the motor unit comprising an output shaft on which at least one propeller is secured.
  • This motorization device can therefore be used even with very low draft and can be installed on any type of boat, the propulsion force being modulated by modulating the electric supply current. This radically differentiates this motorization device from outboards. Since it is an electric motor, it is possible to reverse the polarity of the current supplying it so as to make the electric motor rotate in the opposite direction and reverse the boat, thus improving maneuverability.
  • the engine unit/propeller transmission is direct, thus ensuring optimal transmission efficiency.
  • the device is thus relieved of a large, torsion-prone, heavy, and high-inertia drive shaft.
  • the drive system gains in maneuverability and responsiveness.
  • the power unit and propeller are at the end of the tiller and in direct drive. This allows the power unit and propeller to be connected so that the propeller axis is oriented horizontally when the propeller is fully submerged. This eliminates losses associated with a non-horizontal propeller without the need for additional transmission.
  • the motor unit Since the motor unit is at least partially submerged during operation, its cooling is ensured by the water in which it is immersed. This cooling allows a considerable lightening of the electric motor, which no longer needs to be equipped with heavy radiators (typically more than fifteen kilograms). The manufacturing cost is reduced, handling improved and the pollution induced by the manufacture of a heavy metal radiator is avoided.
  • the layout of the power module which houses the battery, allows it to act as a counterweight to the motor unit, further improving the device's maneuverability. This also facilitates access to the battery for recharging or to prevent theft when the boat is docked.
  • the motorization device thus offers improved efficiency, a reduction in induced pollution, increased maneuverability and ease of use compared to all known solutions.
  • the bar-forming member comprises a so-called oblique section, arranged between the two distal and proximal portions, extending in a longitudinal direction forming an angle of at least 30° with the axis of the helix.
  • the size of the motorization device is drastically reduced.
  • This geometry allows the motor unit and the propeller to be submerged much closer to the boat than in the case of a long-tail motorization with a straight pole. It is thus possible to take tight turns in narrow waterways with low draft.
  • this obliqueness allows the tiller to enter the water at a much greater angle when the propeller is fully submerged than for a conventional long-tail motor. This angle of entry into the water limits the length of the submerged tiller and therefore the friction when the boat is propelled.
  • the gain in compactness is more than 50% in length reduction, and reaches 65% length reduction for an angle of approximately 60° (approximately 1.15 m in length compared to 3.40 m for a classic long-tail engine).
  • the bar-forming member comprises a so-called oblique section, arranged between the two distal and proximal portions, extending in a longitudinal direction forming an angle of at most 60° with the axis of the helix.
  • Limiting the angle of obliquity to 60° or less makes it possible to limit the effect of an impact of the submerged part of the motorization device with an obstacle. Indeed, in the event of contact with an obstacle (for example a shoal or a floating object), a vertical section (90°) or insufficiently oblique (for example 70°) would be equivalent to a quasi-frontal impact of the obstacle on the distal portion of the member forming the bar and the propeller. On the other hand, an obliquity of less than 60° makes it possible to deflect the impact.
  • an angle of less than 60° makes it possible to obtain sufficient leverage to pivot the motorization device in the pitching direction with a reduced movement on the part of the operator, in particular to bring the propeller out of the water without part of the motorization device coming into contact with the boat. This reduction in stroke for good maneuvering the device thus allows the compatibility of the motorization device with a large number of boats.
  • the bar-forming member may have at least over part of its length a cross-section whose thickness transversely to the helix axis is at least three times smaller than the width.
  • the tiller member can act as a rudder for the boat.
  • the motorization device thus plays a dual role for the boat. With this rudder function, the motorization device allows the boat to be maneuvered even with a stationary electric motor, so that it can turn or brake completely silently.
  • the bar-forming member may have a hydrodynamic profile.
  • hydrodynamic profile also called a hydrofoil profile
  • the friction of the submerged part of the device is considerably reduced, improving performance.
  • the hydrodynamic profile can be combined with the thickness/width ratio described above to further improve performance and maneuverability.
  • the motorization device may further comprise at least one attitude stabilizer secured to the distal portion, close to the propeller.
  • the trim stabilizer improves the handling and stability of the motorization device, and in particular allows the propeller to be kept horizontal when it propels the boat.
  • This trim stabilizer may, for example, include one or more lateral fins.
  • the motorization device may further comprise a protective member arranged under the propeller.
  • the protective member protects the propeller from impact with a shoal or debris.
  • This protective member may, for example, comprise a lower fin secured or integral with the bar-forming member, and extending at least partly under the propeller.
  • the motorization device may further comprise a drawbar, fixed to the power module or to the proximal portion of the bar-forming member, the drawbar being bent and/or retractable.
  • This tiller allows for easy maneuvering of the motorization device. Its retractable nature facilitates storage of the motorization device. Its elbow provides a better angular travel of the motorization device.
  • the bar member can be made of stainless steel or aluminum.
  • the bar-forming member thus acts as a heat sink, thanks to the properties of aluminum. It is thus possible to connect this bar-forming member with a thermally conductive material (for example thermal paste) to parts likely to release heat, for example a power module controller.
  • a thermally conductive material for example thermal paste
  • the member thanks to its large size, thus maintains a relatively low touch temperature, limiting the risk of burns.
  • the at least one battery that can be housed in the power module can be removable. This simplifies the transport of the device, as well as its recharging, the battery being able to represent between one quarter and three quarters of the mass of the entire motorization device.
  • the propeller is axially distant from the motor, this distance being between 8 and 20 cm, and preferably 10 cm.
  • the propeller shaft is surrounded by a flow guide.
  • This flow guide can taper towards the propeller. This flow guide limits turbulence between the engine unit and the propeller, and therefore improves efficiency.
  • the axis of the propeller is substantially directed towards the pitch axis (i.e. less than 5°).
  • This particular geometry makes it possible to significantly limit the nose-up/dive torque induced by the propeller thrust.
  • the axis of the propeller points slightly above the pitch axis of the connecting member. This angle is preferably between 1 and 5°, and more preferably around 2°. This makes it possible to reproduce a nose-up torque effect that is highly prized by canoeists using long-tail engines.
  • FIG. 1 represents a classic long-tail engine
  • FIG. 2 represents a schematic diagram of an example of a motorization device according to the invention
  • FIG. 3 represents a detailed view of the device of Figure 2, seen from the side;
  • FIG. 4 represents a top view of the device of Figure 3;
  • FIG. 5 represents a perspective view of a prototype of the device of Figure 3;
  • FIG. 6 represents a perspective view from above of the device of Figure 5;
  • FIG. 7 represents a perspective view of the profile of the device of Figure 5;
  • FIG. 8 represents a perspective view of the propulsion group of the device of figure 5, seen from the rear;
  • FIG. 9 represents a perspective view of the propulsion group of figure 8, seen from three-quarters;
  • FIG. 10 represents a perspective view of the device of Figure 5 mounted on a boat
  • FIG. 11 represents a view of the front face of the power supply module of the device of Figure 5;
  • FIG. 12 represents a first variant of the device of figure 3;
  • FIG. 13 represents a second variant of the device of figure 3;
  • FIG. 14 represents a third variant of the device of figure 3;
  • FIG. 15 represents a fourth variant of the device of figure 3, with an elongated and exposed propeller axis;
  • FIG. 16 represents the variant of Fig. 15, once assembled
  • FIG. 17 shows an overview of a variant of the device of Figure 15.
  • the motorization device according to the invention is capable of being mounted on a boat 3.
  • the mounting is done by a connecting member 12 allowing at least two rotations in two independent directions, at least one of which is the direction z coinciding with the yaw direction of the boat Z.
  • the connecting member 12 can be synthesized in the form of a ball joint with finger when the connecting member only allows two rotations, as shown diagrammatically in figure 2.
  • the motor group 16 is arranged at a distance from the power module 14.
  • the motor group 16 comprises an electric motor 160.
  • This electric motor 160 is electrically connected to the power module 14.
  • the motor group 16 comprises an output shaft 162 on which the propeller 18 is secured.
  • the output shaft 162 defines a propeller axis U.
  • propellers may, as a variant, be mounted on the output shaft of the motor group 16.
  • the motor group 16 may comprise several output shafts on which one or more propellers are mounted.
  • the bar 20 is of elongated shape, and rigid.
  • the bar 20 has a proximal portion 22 and a distal portion 24, respectively close to the connecting member 12 and at a distance from the connecting member 12.
  • the power module 14 is secured to the proximal portion 22.
  • the motor group 16 is secured to the end portion 24.
  • the motor group 16 is thus arranged at a distance from the power module 14.
  • the motor group 16 has the function of driving the propeller 18 in rotation, so as to propel the boat 3.
  • the motor unit 16 is in the immediate vicinity of the propeller 18 and is intended to be at least partly immersed in the water when the propeller 18 is itself immersed in the water to play its propulsion role.
  • the electric motor 160 and more generally the motor unit 16, are immersed, which allows them to be cooled by the surrounding water.
  • This cooling makes it possible to do without the heavy radiators usually used in cooling electric motors.
  • the (x, y, z) reference frame is an orthogonal reference frame and coincides with the (X, Y, Z) reference frame of the boat when the device is oriented in line with the boat, i.e. the propeller 18 is neither oriented to port nor oriented to starboard.
  • the z (yaw) direction is oriented upwards when the boat is floating.
  • the X direction corresponds to the U direction of the propeller axis.
  • this reference makes it possible to define the top and bottom of the motorization device 10 (in the Z direction), port and starboard of the motorization device 10 (in the Y direction) and a front and a rear of the motorization device 10 (in the X direction), corresponding to these same directions (top, bottom, port, starboard, front, rear) of the boat 3.
  • the power supply module 14 is capable of housing a battery 140 to power the motorization device. This battery 140, removable or not, will be described below.
  • the motor unit 16 may comprise, in addition to the motor 160, a geared motor making it possible to adjust the torque or rotational speed at the motor output.
  • the motor unit 16 is preferably waterproof, at least for its electrical part, so that it can be submerged.
  • the motor unit may be entirely waterproof, including any geared motor or any other part whose exposure to water would be detrimental.
  • the motor unit 16 may also be shrouded, so as to limit friction once submerged.
  • the bar 20 is, by definition, of elongated and rigid shape. Its role is to connect the propulsion group 28 formed by the engine group 16 and the propeller 18 to the connecting member 12, so that a pivoting of the bar 20 around one of them causes a movement of the propeller and the engine to port or starboard (around the z direction), or upwards or downwards (around the y direction).
  • the motorization device 10 comprises a rudder member 26 by means of which the operator pivots the entire motorization device 10.
  • This rudder member 26 can for example be a tiller, also called a tiller.
  • the motorization device 10 releases heat in three locations: the electric motor 160, the controller 142, when there is one, and to a lesser extent the battery 140.
  • the power unit 16 can be cooled by relative wind when the power unit is partially or completely out of the water. Since the air around the water is slightly cooler than that at the electrical box, this allows for cooler air.
  • the controller 142 is cooled essentially by the relative wind when the boat 3 is propelled.
  • the chassis 50 of the motorization device 10, in particular the housing 144 of the power module 14 and the bar 20 can be made of a thermally conductive material, in particular a metal. In such a case, the controller is bonded to this chassis 50 by thermal paste.
  • the chassis 50 may for example be made of aluminum, or alternatively of stainless steel.
  • 6061 aluminum is a suitable material for making this chassis, due to its mechanical strength and its thermal conductivity of 170 W/m.K.
  • 6061 aluminum has good corrosion resistance, including in a marine environment.
  • This conductive metal chassis may also have a surface treatment such as anodizing or electrophoresis.
  • the chassis 50 may comprise several materials depending on the part, for example stainless steel for the housing 144 and aluminum for the bar 20.
  • the chassis 50 made of thermally conductive material can act as a heat sink for the controller 142, both for its submerged part cooled by the surrounding water and for its cooled emerged part. by air or relative wind.
  • the chassis since the chassis is large, it has a large heat capacity, and therefore remains warm when the motorization device is in operation, whereas the controller 142 can be significantly hotter. This limits the risk of burns when in contact with the motorization device. It also improves the heat dissipation of the motor 160.
  • the motorization device operates normally up to a motor temperature of approximately 65°C.
  • the controller 142 can integrate a thermal probe (not visible in the figures) making it possible to implement a reduction in the supply current of the electric motor if the temperature exceeds a certain threshold, whether due to an external reason or an internal anomaly.
  • the thermal management of the battery can also follow a similar logic, thanks to a battery management system, also called BMS (battery management system). It is thus possible to protect the electric motor and/or the battery from overheating.
  • BMS battery management system
  • the connecting member 12 comprises a first pivot 120 around the direction z and a second pivot 122 around the other direction of rotation permitted by the connecting member 12.
  • this other direction of rotation preferably corresponds to the direction Y, which simplifies navigation since the motorization device 10 can pivot in the yaw direction Z and in the pitch direction y (relative to the motorization device). None prevents this other direction from being non-orthogonal to the yaw direction Z.
  • the connecting member 12 works in conjunction with a plate 124, visible in Figure 10, to form the first pivot 120.
  • the connecting member 12 comprises a sleeve 126, of generally cylindrical shape.
  • the plate 124 is designed to be fixed to all possible boats and to provide a cylindrical housing, of a shape complementary to that of the sleeve 126.
  • the axis of symmetry of the cylindrical housing is substantially parallel to the yaw direction Z.
  • the cooperation of shape of the sleeve 126 and the cylindrical housing makes it possible to obtain the first pivot 120.
  • this plate 124 is fixed — removably or not — to a crossbar 30 of a boat 3.
  • the crossbar 30 extends in the direction Y, i.e. the pitch axis.
  • This assembly would naturally work with a crossbar 30 in the roll axis X of the boat 3, and more generally any direction of the crossbar as long as the cylindrical housing is vertical (in the direction Z) once the plate 124 is fixed.
  • the plate 124 When fixed on the boat, the plate 124 rests against the cross member 30 via an upper surface 1240. One or more nuts 1242 secure the plate 124 on the cross member 30, for example by tightening. This plate 124 thus makes it possible to fix the motorization device 10 to a huge variety of boats, in particular traditional boats from Southeast Asia.
  • first pivot 120 may be envisaged, for example with a plate directly integrated into the motorization device 10 and a different first pivot 120, for example with ball bearings or bushings.
  • the second pivot 122 may comprise, as can be seen for example in Figure 7, a stop 1220.
  • This stop 1220 comprises a surface 1222 against which a wall 1224 of the chassis 100 of the motorization device 10 (here, a lower wall 1224 of the housing 144 of the power module 14) comes into contact when the motorization device 10 is in the so-called horizontal rest position.
  • the motor unit 16 In this horizontal rest position, the motor unit 16 is stopped, and the propeller 18 is submerged, and its propeller axis leans very slightly below the horizontal, that is to say that the propeller axis U is almost but not totally oriented in the Y direction.
  • the weight of the bar 20 and the propulsion assembly 28 hold the wall 1224 against the surface 1222 of the stop 1220.
  • This stop 1220 allows the entire motorization device 10 to remain in this horizontal rest position without rubbing on the rear of the boat 3 when the motorization device 10 is stopped and the lateral fins 40 forming the trim stabilizer are therefore inoperative (since there is little or no propulsion).
  • the propeller 18 When the propeller 18 is driven and propels the boat 3, the latter lifts slightly from its horizontal rest position and stabilizes horizontally (i.e. propeller axis) thanks to the lateral fins forming the trim stabilizer.
  • this stop 1220 here comprises an arm, finger or oblique cleat in the plane (X, Z) playing a role similar to that of a strut in carpentry.
  • Other alternatives for forming the stop 1220 are of course conceivable.
  • the stop 1220 and the trim stabilizer cooperate to keep the propeller axis substantially horizontal over the entire propulsion speed range, avoiding any friction or impact with the hull of the boat 3.
  • the second pivot may optionally comprise rotation-enhancing parts, for example a ball bearing or a bushing.
  • the second pivot 122 may optionally still comprise a rotation lock in the y direction by clamping or by an elastic element such as a spring.
  • the battery 140 is, in the example visible in the figures, removable and visible, that is to say accessible from the outside of the motorization device 10.
  • the battery 140 is here preferably waterproof, or at least splash-proof, as is its electrical connection with the rest of the power supply module 14.
  • the power supply module 14 may comprise a housing having a closed housing, and the battery 140 is then received in this closed housing, this closed housing of the housing protecting the battery from water.
  • the two options waterproof battery and closed waterproof housing) are obviously cumulative.
  • the battery 140 may be formed in two parts, so as to distribute the weight between port and starboard. Alternatively, several separate batteries may be envisaged which can be housed simultaneously in the power module 14.
  • a battery management system (BMS) was mentioned above.
  • the battery management system in addition to the overheating protection described above, also allows for the implementation of an energy-saving mode, in which the motor supply current is reduced depending on the remaining battery capacity. Activation of this energy-saving mode may, for example, depend on the battery output voltage, which decreases as the battery capacity decreases.
  • the propulsion speed of the boat is reduced, for example to 4 km/h, compared to 10 to 20 km/h at cruising speed. This allows the range in kilometers of the motorization device to be multiplied by at least three times, or even up to ten times.
  • the inventors have produced three prototypes of motorization devices, suitable for motorizing a 500 kg boat.
  • the battery has a capacity of 800, 2000 and 3300 Wh, respectively.
  • the weight of the battery is then approximately 4, 13 and 19 kg, respectively, and the autonomy of these prototypes is respectively approximately 1 h at 10 km/h (or 30 km at 4 km/h), 1 h at 15 km/h (or 80 km at 4 km/h) and 1 h at 18 km/h (or more than 120 km at 4 km/h).
  • These values concern prototypes, and are in no way limiting, the battery can have a wide range of capacities and weights.
  • the motorization device can propel a boat weighing several tons.
  • the weight of the battery makes it possible to act as a counterweight with the motor unit located at the end of the bar 20.
  • the battery 140 is arranged so that its center of gravity is located slightly to the front relative to the pivot in the Y direction. This weight counterbalances that of the electric motor, without the size of the motorization device 10 as a whole being any greater.
  • the electric motor may have a continuous power of 1 to 6 kW, with a peak power (over short periods) of 15 kW.
  • the power module may optionally comprise aluminum fins, for example arranged under the housing of the power module 14, to increase the heat dissipation thereof. It is also possible, to achieve high propulsion powers, to couple two motorization devices side by side.
  • the motorization device 10 may comprise one or more fins, integral with the chassis 28.
  • the motorization device may in particular comprise a pair of lateral fins 40. These lateral fins 40 are arranged on either side of the propulsion unit 28. Here, the lateral fins extend in the plane (X, Y).
  • the lateral fins 40 are secured to the bar 20. In the example visible in particular figures 8 and 9, the fins are fixed by screwing to the motor unit 16. Alternatively, the lateral fins 40 may be secured directly to the bar 20, for example by welding.
  • the lateral fins 40 act as a pitch stabilizer. In addition, the lateral fins 40 protect the propeller 18 laterally from debris or obstacles.
  • the pair of lateral fins 40 could be replaced by a single fin covering both sides of the propeller.
  • the propulsion group i.e. the engine group 16 and the propeller 18, it may further comprise a lower fin 42.
  • the lower fin 42 is arranged under the propulsion group 28, in particular under the propeller 18.
  • the lower fin 42 is formed by the end of the bar 20, in the extension thereof. This one-piece design simplifies the manufacture of the bar/lower fin assembly.
  • the lower fin 42 could be a separate part, secured to the bar 20 for example by welding, screwing, gluing, etc.
  • the lower fin 42 forms a protective member for the propulsion group 28, particularly in the event of encountering debris or a shoal.
  • the bar 20 comprises an oblique section 200, arranged between the two proximal 22 and distal 24 portions.
  • This oblique section 200 extends in a longitudinal direction V forming an angle between 30 and 60° with the direction U, that is to say the axis of the helix 18, as can be seen in particular in FIG. 3.
  • the geometry of the bar 20 with this oblique section 200 makes it possible to drastically reduce the size of the motorization device 10. This makes it possible in particular to immerse the propulsion group 28 much closer to the boat than in the case of a long-tail motorization.
  • the length of the motorization device is thus very reduced — 1.30 m for an oblicity of 45°, and 1.15 m for an oblicity of 60°, whereas long-tail motorizations have a length of more than 3.40 m.
  • This geometry of the bar 20 allows tight turns to be taken in narrow waterways with low draft.
  • the motorization device thus described has a size comparable to that of an electric outboard motor of the same power, but is significantly lighter. For example, with an 800 Wh battery, the device weighs approximately 12 kg, including 4 kg of battery. With a 1000 Wh version, the device weighs approximately 13 kg.
  • This reduced size also allows, when the boat is stopped, the motorization device 10 to be stored in the boat, by pivoting it to house the electric motor, the propeller and the tiller-forming member in its entirety in a small boat. Parking small boats is simplified since the motorization device no longer protrudes from it.
  • the range between 30 and 60° has several advantages.
  • Angles of less than 30° between the propeller axis 162 and the longitudinal direction V of the oblique section 200 do not allow for a gain in compactness and satisfactory efficiency at the bar level, in particular for storing the motorization device when stationary in small boats, for the length of submerged pole or for maneuverability in turns.
  • the inventors have further observed that angles greater than 60° should be avoided if possible, because, in the event of contact with an obstacle (for example a shoal or a floating object), a vertical (90°) or insufficiently oblique (for example 70°) section would be equivalent to a quasi-frontal impact of the obstacle on the distal portion 24 of the bar 20 and the propeller 18, possibly on the lower fin 42.
  • an oblique section angle 200 whose angle with the propeller axis is less than 60°, for example equal to 45°, this angle makes it possible in practice to deflect the impact. This is similar to the armor of a tank or a ship, which is less affected by a shell impact when it has an oblique side.
  • angles greater than 60° generally lead to angular travel problems, because the angular travel required to bring the propeller to the surface is all the greater as the angle is close to 90°, while the angular range available to actually pivot the motorization device once installed on the boat is limited by the geometry of the boat. This could cause the device to come into contact with the boat, for example its bottom, its bench, a transom, etc., before the propeller is completely out of the water, preventing good navigation.
  • the maneuverability of the motorization device 10 comes in particular from the leverage effect that the geometry with an angle (U, V) less than 60° allows (including for small angles, around 30°).
  • this oblique geometry of the bar 20 allows, combined with the attitude stabilizer described above, to obtain a dynamic balance of the propulsion.
  • the combination of these two aspects makes it possible to obtain propulsion that can be freely oriented or surfaced without having to exert effort to maintain it by default in its horizontal attitude of optimal thrust.
  • the bar 20 preferably has a refined profile in the y direction, so as to reduce friction with the water. More precisely, the bar 20 has a thickness e (visible in Figure 8) in the y direction at least three times smaller than its width L (visible in Figure 7). In the example illustrated in Figures 5 to 7, the ratio L/e is approximately 8.
  • the bar Since this refined geometry of the bar, the bar generates considerably less friction once immersed, improving the efficiency and discretion of the motorization device.
  • the bar 20 can act as a rudder for the boat 3.
  • the motorization device thus offers an additional function, in addition to its motorization. With this rudder function, the motorization device 10 also allows maneuvering of the boat even with a stationary electric motor, so that it can turn or brake completely silently.
  • the bar 20 may also have a hydrodynamic profile, also called a hydrofoil profile.
  • a NACA 0012 type hydrodynamic profile has given satisfaction to the inventors for the production of prototypes, in particular for its properties of penetration into water, laminar flow and absence of vortex which would generate cavitation in the propeller.
  • Other hydrodynamic profiles having similar properties could be envisaged.
  • the bar 20 may also have a hollow profile, so as to house inside it electrical cables electrically connecting the motor unit 16 to the power module 14. This also lightens the bar 20.
  • This geometry with a refined and/or hydrodynamic profile is made possible by moving the electric motor close to the propeller.
  • the hydrodynamic profile thus described makes it possible to significantly reduce the cavitation phenomenon that would be found on a cylindrical bar beyond 6-7 knots. It is thus possible to propel the boat at high speeds, beyond 15 knots.
  • the hydrodynamic profile also makes it possible to improve the rudder function described above.
  • the bar 20 is formed from a pole 300 at the end of which the propulsion group 28 is fixed.
  • the pole is here conventionally cylindrical, but can alternatively adopt a hydrofoil profile.
  • the pole 300 may be hollow, making it lighter.
  • the cables used to electrically connect the power supply module 14 to the motor unit 16 may be housed in the pole 300, so as to protect them from water.
  • the propulsion unit 28 can be attached to the pole 300 so that the axis U' of the propeller forms a non-zero angle with the longitudinal direction V'. This angle can be at least 3° for a straight pole as in this example of figure 12.
  • This arrangement made possible by the attachment of the propeller 18 to the output axis of the engine unit 16, allows the propeller 18 to be horizontal once submerged, eliminating the losses of horizontality of conventional long-tail thermal engines. The efficiency is improved.
  • this angle between the pole 300 and the propeller axis could be 30°, or even 40° or more.
  • the pole 300 forms the oblique section described above.
  • the bar is a pole 400 having an elbow 410.
  • the pole 400 thus has a proximal pole portion 420, comprising the proximal portion described above (i.e. to which the power supply module 14 is fixed) and a distal pole portion 430, comprising the distal portion described above (to which the motor group 16 is fixed).
  • the distal portion of pole 430 intended to be submerged so that the propeller 18 can propel the boat, thus forms the oblique section described above.
  • the angled pole 400 may also be hollow, and possibly house the cables connecting the power module 14 and the motor unit 16.
  • the angled pole 400 may be of cylindrical section, or have a different profile, for example hydrodynamic to reduce friction once submerged and act as a rudder, as explained above.
  • the proximal pole portion 420 is horizontal (i.e., extends in the x direction) and the distal pole portion 430 is angled at about 45° relative to the proximal pole portion 420.
  • the proximal pole portion 420 forms an angle of 5° with the y direction and the distal pole portion 430 is angled at about 50° relative to the proximal pole portion 420.
  • the distal pole portion 430 forms an angle of about 45° with the water, in both cases.
  • This bar shape with a 400 bent pole, simplifies manufacturing. It is thus possible to start with a standard, cylindrical pole and bend it using standard metalworking techniques. This bent geometry is made possible by moving the electric motor close to the propeller.
  • the motorization device comprises a power module, capable of housing at least one energy reservoir (for example a battery or gasoline tank), a motor unit comprising at least one motor connected to the energy reservoir, and an elongated bar-forming member.
  • the bar-forming member has a proximal portion, close to the connecting member, and fixed to the power module, and a distal portion, at a distance from the pivot connection, carrying a propeller secured to an output axis of the motor unit, so as to be able to be driven in rotation by the motor.
  • the bar-forming member comprises an oblique section, arranged between the two distal and proximal portions, extending in a longitudinal direction forming an angle of at least 30° with the axis of the propeller.
  • This oblique section provides the same advantages as the oblique section geometry described above, namely reduced friction (since less submerged length), improved maneuverability, a reduction in the length of the device and an absence of losses linked to the non-horizontal nature of the propeller.
  • Such a configuration of the motorization device also allows the bar-forming member to act as a rudder, depending on its geometry.
  • the motor unit may be arranged at the distal portion of the bar-forming member—similar to what is described above for the electric motor.
  • the motor unit may be attached to another location on the motorization device.
  • the motor unit may be arranged at a location on the motorization device that is not intended to be submerged, such as near the power module. In the latter case, it may be necessary to obtain a non-zero motor axis/propeller axis angle, and the transmission may then comprise a universal joint or a bevel gear to achieve this.
  • the motor unit may alternatively be offset upwards along the z axis, and the transmission with the propeller can be done by a set of gears, a belt, a chain, or any other solution suitable for transmitting forces at the output of the engine group.
  • the flush propeller coupled with the speed of the boat causes a deformation of the water surface behind the power unit 16. This water surface sinks behind the power unit 16, due to the drag effect. The propeller can then no longer bite as high as if the boat were stationary and the water surface was flat.
  • FIGs 15 and 16 representing a device in which a propeller shaft, called elongated, 164 projects from the motor unit 16 so that the portion of shaft 180 on which the propeller 18 is fixed is distant from the motor by a given elongation L.
  • This elongation L of the elongated propeller shaft 164 is substantially greater than the minimum necessary to mount the propeller at the outlet of the motor unit glued to it. The propeller thus mounted is axially distant from the motor.
  • a propeller located approximately 10 cm from the engine gives satisfactory results and significantly improves efficiency.
  • Other elongations L of the elongated propeller shaft 164 can be envisaged, for example in the range 8 to 20 cm depending on the power of the engine and the desired speeds.
  • elongation L of the elongated propeller shaft 164 we mean the axial distance between the output face of the engine 18 and the portion of the shaft 180 on which the propeller is mounted.
  • This cleverly extended propeller shaft significantly increases the device's performance in shallow water or with a flush propeller, without the need to increase the propeller diameter and/or engine power. This makes it possible to achieve higher speeds in shallow water with equivalent engine power.
  • the device provided with an elongated propeller shaft 164 may comprise a flow guide 166 surrounding the elongated propeller shaft 164.
  • This flow guide 166 here comprises a cone section. This cone section is mounted so that it tapers progressively towards the portion of shaft 180 receiving the propeller 18 (i.e. towards the rear of the device). Its large diameter is thus on the motor unit side and its small diameter on the propeller side.
  • This flow guide 166 may be made of aluminium, plastic, or any other material suitable for immersion.
  • the flow guide 166 prevents the occurrence of turbulence between the power unit and the propeller. This prevents the formation of bubbles behind the motor in the event of an elongated shaft.
  • the truncated cone shape of the flow guide ensures the continuity of the flow of water towards the propeller, without hindering propulsion.
  • the propeller is axially distant from the motor, this distance being between 8 and 20 cm, and preferably 10 cm.
  • the propeller axis is surrounded by a flow guide.
  • This flow guide can taper towards the propeller.
  • This flow guide limits turbulence between the engine unit and the propeller, and therefore improves efficiency.
  • the angle referenced U' is the angle between the propeller axis and the longitudinal direction of the oblique bar 200.
  • the angle referenced V is the angle between the oblique bar 200 and a horizontal plane.
  • the angle referenced W is the angle between the propeller axis and a straight line (in the plane (X, Z)) passing through the center of the propeller and the pivot connection around the pitch axis of the connection member.
  • the connecting member here allows at least the rotations of the motorization device in the pitch direction Y and the yaw direction Z.
  • this diving torque is compensated by the lateral fins (acting as nose-up fins) described above.
  • these fins only come into action with speed and the problem of the diving torque remained at the instant of start-up.
  • the inventors had the idea of modifying the geometry of the entire motorization device, and more specifically of tilting the propeller axis downwards (i.e. dipping backwards), so that the thrust direction of the propeller is substantially directed towards the pitch axis of the connection between the device and the boat.
  • this thrust direction can be slightly above the pitch direction as can be seen in Figure 17.
  • the inventors have estimated with their tests that an angle W of between 1° and 5° was relevant to both limit the intensity of the torque while preserving the existence of a torque to maintain the nose-up torque effect. In the embodiment described here, this angle W is approximately 2°.
  • the angle U' between the propeller axis and the oblique section 200 is between 12 and 22°, and in the exemplary embodiment shown in Figure 17, approximately 17°. This angle U' is much greater than 3°, which makes it possible to benefit from the advantages resulting from the horizontality of the propeller 18 once immersed as described above in relation to Figure 12.
  • This angle is represented in figure 17, by the angle referenced V.
  • This angle corresponds to the angle between the oblique bar and the surface of the water when, at cruising speed, when the entire device is hydrodynamically stable.
  • the torque along the pitch axis is more particularly visible in Figure 17.
  • the device When stopped, the device rests on the rear of the boat, under the action of gravity. When starting, it lifts under the action of the thrust force F generating a pitching torque, as well as under the action of the water flow.
  • the pitch axis of the device With the linkage being strongly offset forward, this torque remains moderate and therefore easy for an operator to control.
  • the propeller balances just below the water surface, and the front of the engine comes out of the water slightly, allowing for rapid navigation in shallow waters, typically 20 cm deep.
  • the groove produced by this embodiment creates an extra thickness that keeps the propeller entirely underwater, and therefore efficient.
  • the loss of horizontality approximately equal to 1 — cos (LT) (4.4% for the 17° case above) is then largely compensated by the gain in efficiency due to the fact that the propeller bites entirely into the water.
  • This also makes it possible to recreate the sensation of nose-up torque, appreciated by canoeists accustomed to long-tail engines, and therefore improves the safety and general ergonomics of the device.
  • the angle between the oblique section and the surface of the water once the oblique bar is submerged, at cruising speed remains within the range 30 to 60° described above.
  • the propeller angle and the oblique section is greater than 30°, namely a gain in compactness and a gain in efficiency compared to long-tail motors, in particular for storing the motor device when stationary in small boats, for the length of the submerged pole or for maneuverability in turns.
  • the invention proposes according to a particular aspect that the axis of the propeller is substantially directed towards the pitch angle (i.e. less than 5°).
  • this angle is between 1 and 5°, and more preferably around 2°.

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Abstract

Un dispositif de motorisation (10) pour embarcation (3) est apte à être monté sur une embarcation (3) autour d'un organe de liaison (12) autorisant au moins deux rotations selon des directions indépendantes dont une direction de lacet (Z) de l'embarcation. Le dispositif de motorisation comprend - un module d'alimentation (14), apte à loger au moins une batterie; - un groupe moteur (16) comprenant au moins un moteur électrique relié électriquement audit module d'alimentation; et - un organe formant barre (20), de forme allongée, présentant une portion proximale, à proximité de l'organe de liaison (12), fixée au module d'alimentation (14), et une portion distale, à distance de la liaison pivot (12), portant le groupe moteur (16) de sorte que le groupe moteur est agencé à distance du module d'alimentation (14); le groupe moteur (16) comprenant un axe de sortie sur lequel est solidarisée au moins une hélice (18).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Dispositif de motorisation pour embarcation perfectionné
1. Domaine de l'invention
L'invention concerne le domaine de la motorisation d'embarcations, et vise plus particulièrement un dispositif de motorisation pour embarcation amélioré. Ce dispositif est conçu en particulier pour équiper les petites et moyennes embarcations : pirogue, barque, canoë rigide ou gonflable...
2. Art antérieur
Pour ce type d'embarcation, on connaît deux grandes familles de motorisation amovibles : les motorisations de type hors-bord (ci-après appelé « hors-bord »), et les motorisations de type « longue queue » (ci-après appelé « long-tail », leur nom générique en anglais).
Le moteur hors-bord consiste en un ensemble formé d'un moteur entraînant une hélice, l'ensemble se fixant à l'arrière d'une embarcation, en partie à l'extérieur de la coque. Bien que le moteur hors-bord présente un faible encombrement, son bon fonctionnement nécessite un tirant d'eau important, au minimum 50 cm. Cela rend le hors-bord inefficient dans les cours d'eau peu profonds, ou en cas de présence de hauts fonds. En outre, les moteurs hors-bord sont en grande majorité de type thermique, et par conséquent polluants et bruyants (80 à lOOdB). Ceci est d'autant plus vrai que les normes des moteurs thermiques dans l'industrie automobile ne s'appliquent pas aux moteurs hors-bords. Enfin, les hors-bords ne peuvent être fixés qu'à l'arrière d'une embarcation, n'étant de fait pas compatibles avec toutes les embarcations, en particulier des embarcations typiques d'Asie du Sud-Est.
On connaît certes des hors-bords à moteur électrique, mais ceux-ci ne règlent ni le problème du besoin en tirant d'eau, ni celui de la fixation nécessairement à l'arrière de l'embarcation. Les hors-bord se distinguent par une colonne en bout de laquelle est montée une hélice dont l'axe forme un angle de 90° avec la colonne. Le moteur des hors-bord est en général agencé au sommet de la colonne, côté embarcation. Pour propulser l'embarcation, le hors-bord est abaissé jusqu'à l'immersion de l'hélice, la colonne plongeant à la verticale dans l'eau perpendiculairement à sa surface, ce par quoi l'axe d'hélice est horizontal, maximisant l'effet de la poussée. Les hors-bords n'autorisent en général qu'une seule rotation, autour de l'axe de lacet (i.e. autour de la colonne centrale ou parallèlement à celle-ci), et une translation selon ce même axe de lacet pour lever et abaisser le hors- bord. Ainsi, en cours de navigation, le hors-bord est ne peut être manœuvré qu'en le pivotant autour de l'axe de lacet, et il faut le relever jusqu'à faire émerger entièrement l'hélice pour éviter un débris.
Pour éviter la collision entre un hors-bord et un débris, on connaît des hors-bords dont la colonne centrale est montée sur une liaison pivot autour de l'axe de tangage. L'hélice de tels hors-bords peut ainsi être basculée hors de l'eau ou affleurant avec la surface de l'eau en présence de débris ou de haut-fond, par pivotement autour de l'axe de tangage. Toutefois, le pivotement selon l'axe de tangage d'un hors-bord de sorte que l'hélice soit affleurante induit un placement de l'axe d'hélice vertical ou presque vertical, ce par quoi la poussée horizontale de l'hélice est infime voire inexistante. Ces hors-bords restent donc très inefficients et inadaptés pour la navigation en eaux peu profondes.
C'est en particulier pour cette raison que l'on a développé les motorisations long-tail, adaptées notamment aux zones de faible profondeur, ou de faible tirant d'eau. L'invention concerne plus précisément ces motorisations long-tail.
La figure 1 illustre le principe de fonctionnement des motorisations long-tail. Ce type de motorisation consiste en une tourelle 1 montée via un double pivot 2 sur une embarcation 3 et embarquant un moteur thermique 4 agencé au sommet de la tourelle 1. Le double pivot 2 autorise la rotation de la motorisation long- tail 1 selon au moins deux axes de rotation indépendants, dont au moins la direction de lacet de l'embarcation. La tourelle comprend en outre une perche 5 — d'où l'appellation longue queue/long-tail — en bout de laquelle est montée une hélice 6. L'hélice est entraînée directement par le moteur thermique 4 via un arbre logé dans la perche 5 ou formant ladite perche 5, sans organe de transmission ou engrenage supplémentaire. Lorsque le moteur thermique 4 est en fonctionnement, l'hélice 6 propulse le bateau, le réglage de la direction étant réalisé par un utilisateur 7 en pivotant la tourelle 1. De par sa conception simple, le moteur thermique des long-tails ne présente aucune boîte de vitesse, et la modulation de la force de propulsion et donc la vitesse de l'embarcation se fait à l'aide d'un levier de carburation.
La motorisation long-tail est une solution très populaire, notamment en Asie du Sud-Est. Cette popularité s'explique par sa conception simple, par son adaptabilité à une grande variété d'embarcations, notamment celles sur lesquelles il n'est pas possible de fixer un hors-bord, et par le faible tirant d'eau nécessaire pour utiliser la motorisation, très utile dans les cours d'eau peu profonds.
Cependant, malgré ses avantages indéniables, la motorisation long-tail n'est pas sans inconvénients. Le moteur thermique 4 de la long-tail doit être hors de l'eau et sur l'embarcation 3, pour jouer le rôle de contrepoids et minimiser le moment d'inertie, permettant ainsi une manoeuvre aisée de la perche 5 et de l'hélice 6. Ce moteur thermique 4 est ainsi monté sur la tourelle 1 à proximité de l'utilisateur, avec toute la pollution et les inconvénients acoustiques que cela implique, surtout à proximité du navigateur dirigeant l'embarcation.
Ce montage, associé à une très longue perche — au moins deux mètres — est d'ailleurs essentiel pour obtenir une poussée horizontale satisfaisante, d'autant plus que l'hélice tourne autour de la même direction que l'axe moteur en raison de la transmission directe. Cette longueur de perche rend les motorisations long-tail extrêmement encombrantes, en particulier lorsqu'il faut stationner une embarcation, et complique la manoeuvre de l'embarcation lors des virages serrés. Faute de boîte de vitesse en sortie du moteur thermique, il n'est pas possible de faire marche arrière avec une motorisation long-tail.
En outre, l'axe de l'hélice n'étant pas horizontal une fois l'hélice immergée et formant donc un angle a avec la surface de l'eau (voir figure 1), cela entraîne une perte de poussée — puisque non entièrement horizontale — et donc un mauvais rendement. Ce rendement est également détérioré par les frottements entre l'eau et la perche immergée, la longueur de perche immergée étant d'autant plus importante que la perche est allongée lorsque l'hélice est immergée. La non-horizontalité de l'axe d'hélice et la longueur d'immersion de la perche s'opposent, de sorte qu'améliorer l'un des deux paramètres nuit forcément à l'autre, limitant le rendement théorique des motorisations long-tail. Il pourrait être envisagé une transmission de type roue dentée ou joint de cardan pour que l'hélice ne soit pas dans le prolongement de la perche. Cependant, cette approche n'a pas donné satisfaction, du fait de la perte de rendement associée à une transmission supplémentaire, les nuisances sonores supplémentaires et les contraintes d'étanchéité pour une transmission immergée.
Enfin, les motorisations long-tail ne permettent pas de faire marche arrière, puisque leur moteur thermique est dépourvu de boîte de vitesse, et leur moteur présente les mêmes inconvénients que les moteurs thermiques des hors-bords présentés ci-avant.
L'invention vient améliorer la situation, en proposant un dispositif ne présentant pas tout ou partie des inconvénients susmentionnés.
3. Exposé de l'invention
A cette fin, la technique de l'invention propose un dispositif d'un genre nouveau, surmontant les inconvénients des motorisations classiques. Ce dispositif de motorisation pour embarcation est apte à être monté sur une embarcation autour d'un organe de liaison autorisant au moins deux rotations selon des directions indépendantes dont une direction de lacet de l'embarcation. Ce dispositif de motorisation comprend : un module d'alimentation, apte à loger au moins une batterie ; un groupe moteur comprenant au moins un moteur électrique relié électriquement audit module d'alimentation ; et un organe formant barre, de forme allongée, présentant une portion proximale, à proximité de l'organe de liaison, fixée au module d'alimentation, et une portion distale, à distance de la liaison pivot, portant le groupe moteur de sorte que le groupe moteur est agencé à distance du module d'alimentation ; le groupe moteur comprenant un axe de sortie sur lequel est solidarisée au moins une hélice.
Grâce à cet agencement particulier du moteur électrique à proximité de l'hélice, destinée à être immergée, non seulement la pollution sonore et atmosphérique de ce dispositif de motorisation est drastiquement diminuée comparée à une motorisation long-tail, mais en outre son rendement en est amélioré, de même que sa maniabilité.
Ce dispositif de motorisation est ainsi utilisable même avec un très faible tirant d'eau et installable sur tout type d'embarcation, la force de propulsion étant modulée en modulant le courant électrique d'alimentation. Cela différencie radicalement ce dispositif de motorisation des hors-bords. Puisqu'il s'agit d'un moteur électrique, il est possible d'inverser la polarité du courant l'alimentant de sorte à faire tourner le moteur électrique en sens inverse et faire marche arrière à l'embarcation, d'où un gain en maniabilité.
Cet agencement spécifique du groupe moteur à proximité de l'hélice présente de nombreux avantages : La transmission groupe moteur/hélice est directe, le rendement de transmission étant de fait optimal. Le dispositif est ainsi allégé d'un arbre de transmission de grande taille, prompt à la torsion, lourd et impliquant une grande inertie. Le dispositif de motorisation gagne en maniabilité et en réactivité.
Le groupe moteur et l'hélice sont à l'extrémité de la barre et en transmission directe. Cela permet de solidariser le groupe moteur et l'hélice de sorte que l'axe de l'hélice est orienté à l'horizontale quand l'hélice est totalement immergée. Cela élimine les pertes liées à une non-horizontalité de l'hélice sans besoin de transmission supplémentaire.
Puisque le groupe moteur est au moins partiellement immergé en fonctionnement, son refroidissement est assuré par l'eau dans laquelle il est plongé. Ce refroidissement permet un allègement considérable du moteur électrique, lequel n'a plus besoin d'être équipé de lourds radiateurs (classiquement plus d'une quinzaine de kilogrammes). Le coût de fabrication en est réduit, la maniabilité améliorée et la pollution induite par la fabrication d'un lourd radiateur en métal est évitée.
L'agencement du module d'alimentation, recevant la batterie, permet de jouer un rôle de contrepoids du groupe moteur, améliorant encore sa maniabilité du dispositif. Cela facilite qui plus est l'accès à la batterie pour la recharger ou éviter les vols quand l'embarcation est à quai.
Le dispositif de motorisation offre ainsi un rendement amélioré, une réduction de la pollution induite, une maniabilité accrue et une simplicité d'utilisation comparé à toutes les solutions connues.
Selon un aspect particulier, l'organe formant barre comprend un tronçon dit oblique, agencé entre les deux portions distale et proximale, s'étendant selon une direction longitudinale formant un angle d'au moins 30° avec l'axe de l'hélice.
Ainsi, grâce au tronçon oblique, l'encombrement du dispositif de motorisation est drastiquement diminué. Cette géométrie au groupe moteur et à l'hélice d'être immergés bien plus près de l'embarcation que dans le cas d'une motorisation long-tail à perche droite. Il est ainsi possible de prendre des virages serrés dans des cours d'eau étroits et à faible tirant d'eau.
En outre, cela simplifie le rangement du dispositif de motorisation à l'arrêt de l'embarcation, puisque celui-ci est moins long, en le pivotant pour loger le moteur électrique, l'hélice et l'organe formant barre entièrement dans une embarcation de petite taille. Une fois rangé, le dispositif de motorisation n'en dépasse plus, ou marginalement, contrairement à une motorisation long-tail classique.
Outre la réduction de l'encombrement, cette oblicité permet à l'organe formant barre d'entrer dans l'eau avec un angle bien plus important lorsque l'hélice est entièrement immergée que pour une motorisation long-tail classique. Cet angle de pénétration dans l'eau limite la longueur d'organe formant barre immergée et donc les frottements lorsque l'embarcation est propulsée.
Grâce à une oblicité d'au moins 30° entre l'axe d'hélice et direction longitudinale du tronçon oblique, le gain en compacité est de plus de 50% en réduction de longueur, et atteint les 65% de réduction de longueur pour un angle de 60° environ (environ 1,15 m de longueur contre 3,40 m pour une motorisation long-tail classique).
Selon un aspect particulier, l'organe formant barre comprend un tronçon dit oblique, agencé entre les deux portions distale et proximale, s'étendant selon une direction longitudinale formant un angle d'au plus 60° avec l'axe de l'hélice.
La limitation de l'angle d'oblicité à 60° ou moins permet de limiter l'effet d'un impact de la partie immergée du dispositif de motorisation avec un obstacle. En effet, en cas de contact avec un obstacle (par exemple un haut-fond ou un objet flottant), un tronçon vertical (90°) ou insuffisamment oblique (par exemple 70°) équivaudrait à un choc quasi-frontal de l'obstacle sur la portion distale de l'organe formant barre et l'hélice. En revanche, une oblicité inférieure à 60° permet de dévier le choc. Par ailleurs, un angle inférieur à 60° permet d'obtenir un effet de levier suffisant pour faire pivoter le dispositif de motorisation selon la direction de tangage avec un mouvement réduit de la part de l'opérateur, notamment pour faire émerger l'hélice sans qu'une partie du dispositif de motorisation ne vienne buter contre l'embarcation. Cette réduction de course pour une bonne manœuvre du dispositif permet ainsi la compatibilité du dispositif de motorisation avec un grand nombre d'embarcations.
L'organe formant barre peut présenter au moins sur une partie de sa longueur une section transversale dont l'épaisseur transversalement à l'axe d'hélice est au moins trois fois plus faible que la largeur.
Grâce à cette section affinée de l'organe formant barre, celui-ci génère considérablement moins de frottements une fois immergé, améliorant le rendement et la discrétion du dispositif de motorisation.
En outre, grâce à cette géométrie particulière, l'organe formant barre peut jouer le rôle de safran pour l'embarcation. Le dispositif de motorisation joue ainsi un double rôle pour l'embarcation. Avec cette fonction de safran, le dispositif de motorisation permet une manœuvre de l'embarcation même avec un moteur électrique à l'arrêt, de sorte à pouvoir tourner ou freiner de manière totalement silencieuse.
L'organe formant barre peut présenter un profil hydrodynamique.
Grâce à ce profil hydrodynamique, aussi appelé profil hydrofoil, les frottements de la partie immergée du dispositif sont considérablement réduits, améliorant le rendement. Il est à noter que le profil hydrodynamique peut être combiné avec le rapport épaisseur/largeur décrit ci-avant pour améliorer encore le rendement et la maniabilité.
Le dispositif de motorisation peut en outre comprendre au moins un stabilisateur d'assiette solidarisé à la portion distale, à proximité de l'hélice.
Le stabilisateur d'assiette améliore le maniement et la stabilité du dispositif de motorisation, et permet notamment de maintenir l'hélice à l'horizontale lorsque celle-ci propulse l'embarcation. Ce stabilisateur d'assiette peut par exemple comprendre un ou plusieurs ailerons latéraux.
Le dispositif de motorisation peut en outre comprendre un organe de protection agencé sous l'hélice.
L'organe de protection permet de protéger l'hélice d'un impact avec un haut fond ou un débris. Cet organe de protection peut par exemple comprendre un aileron inférieur solidarisé ou d'un seul tenant avec l'organe formant barre, et s'étendant au moins en partie sous l'hélice.
Le dispositif de motorisation peut en outre comprendre un timon, fixé au module d'alimentation ou à la portion proximale de l'organe formant barre, le timon étant coudé et/ou escamotable.
Ce timon permet de manœuvrer aisément le dispositif de motorisation. Son caractère escamotable facilite le stockage du dispositif de motorisation. Son coude procure une meilleure course angulaire du dispositif de motorisation.
L'organe formant barre peut être fait en acier inoxydable ou en aluminium.
L'organe formant barre joue ainsi un rôle de dissipateur thermique, grâce aux propriétés de l'aluminium. Il est ainsi possible de relier avec une matière conductrice thermiquement (par exemple de la pâte thermique) cet organe formant barre à des parties susceptibles de dégager de la chaleur, par exemple un contrôleur du module d'alimentation. L'organe, grâce à sa grande taille, conserve ainsi une température au toucher relativement faible au toucher, limitant les risques de brûlure.
L'au moins une batterie pouvant être logée dans le module d'alimentation peut être amovible. Cela en simplifie le transport du dispositif, tout comme son rechargement, la batterie pouvant représenter entre un quart et les trois quarts de la masse du dispositif de motorisation entier.
Selon un aspect particulier de l'invention, l'hélice est distante axialement du moteur, cette distance étant comprise entre 8 et 20 cm, et de préférence de 10 cm.
Cela permet d'augmenter encore le rendement à forte vitesse, l'hélice mordant davantage dans l'eau.
Selon un aspect encore plus particulier de l'invention, l'axe d'hélice est entouré d'un guide d'écoulement. Ce guide d'écoulement peut s'effiler vers l'hélice. Ce guide d'écoulement limite les turbulences entre le groupe moteur et l'hélice, et améliore donc le rendement.
Selon un aspect particulier de l'invention, l'axe de l'hélice est sensiblement dirigé vers l'axe de tangage (i.e. moins de 5°).
Cette géométrie particulière permet de limiter fortement le couple cabreur/plongeur induit par la poussée de l'hélice.
Selon un aspect particulier encore, l'axe de l'hélice pointe légèrement au-dessus de la l'axe de tangage de l'organe de liaison. Cet angle est préférentiellement compris entre 1 et 5°, et plus préférentiellement d'environ 2°. Cela permet de reproduire un effet de couple cabreur très prisé par les piroguiers utilisateurs de motorisation long-tail.
4. Liste des Figures
La technique proposée, ainsi que les différents avantages qu'elle présente, seront plus facilement compris, à la lumière de la description qui va suivre de modes de réalisation illustratifs et non limitatifs de celle- ci, et des dessins annexés parmi lesquels :
[Fig. 1] représente une motorisation long-tail classique ;
[Fig. 2] représente un schéma de principe d'un exemple de dispositif de motorisation selon l'invention ;
[Fig. 3] représente une vue détaillée du dispositif de la figure 2, vu de profil ;
[Fig. 4] représente une vue de dessus du dispositif de la figure 3 ;
[Fig. 5] représente une vue en perspective d'un prototype du dispositif de la figure 3 ;
[Fig. 6] représente une vue en perspective du dessus du dispositif de la figure 5 ;
[Fig. 7] représente une vue en perspective du profil du dispositif de la figure 5 ;
[Fig. 8] représente une vue en perspective du groupe de propulsion du dispositif de la figure 5, vu de l'arrière ;
[Fig. 9] représente une vue en perspective du groupe de propulsion de la figure 8, vu de trois-quarts ;
[Fig. 10] représente une vue en perspective du dispositif de la figure 5 monté sur une embarcation ;
[Fig. 11] représente une vue de la face avant du module d'alimentation du dispositif de la figure 5 ;
[Fig. 12] représente une première variante du dispositif de la figure 3 ;
[Fig. 13] représente une deuxième variante du dispositif de la figure 3 ;
[Fig. 14] représente une troisième variante du dispositif de la figure 3 ;
[Fig. 15] représente une quatrième variante du dispositif de la figure 3, avec un axe d'hélice allongé et à nu ;
[Fig. 16] représente la variante de la figure 15, une fois assemblée ; et
[Fig. 17] représente une vue d'ensemble d'une variante du dispositif de la figure 15.
5. Description détaillée de l'invention
On illustre par la suite différents modes de réalisation de la technique proposée, traités à titre de simples exemples illustratifs, et non limitatifs, à l'appui des figures 2 à 14.
5.1. Principe général
Le point de départ de l'invention est une motorisation long-tail telle que décrite ci-avant. A partir de cette base, le principe général de l'invention est de modifier radicalement l'agencement de ses éléments constituants. Ainsi, d'une part le groupe moteur comprend un moteur électrique et non un moteur thermique. D'autre part, le groupe moteur est déporté en bout de perche, l'hélice étant en sortie directe du groupe moteur.
La proximité directe entre le groupe moteur et l'hélice, en bout de perche, présente bien des avantages. Le moteur est immergé lorsque l'hélice propulse le bateau. L'eau, a fortiori en mouvement par rapport au groupe moteur, refroidit donc, de manière entièrement passive, le groupe moteur. La conception du groupe moteur en est simplifiée et allégée, car il n'y a plus besoin d'installer de lourds radiateurs pour évacuer la chaleur que le moteur produit en fonctionnement.
En outre, puisque l'hélice est en sortie directe du groupe moteur, la transmission est radicalement allégée, puisqu'il n'y a plus besoin d'un arbre allongé, logé dans une perche ou formant celle-ci. Le rendement est amélioré. Mais, outre le gain en rendement, cela enlève toutes les contraintes de géométrie de perche des motorisations long-tail classiques, comme on le verra ci-après. En effet, l'hélice étant en sortie directe du groupe moteur, elle forme avec ledit groupe moteur un groupe de propulsion solidaire dont l'agencement, notamment l'orientation, sont bien plus modulables que pour une motorisation long-tail classique, tout en étant de conception plus simple.
D'autres avantages de cette disposition d'un genre nouveau des éléments constitutifs du dispositif de motorisation selon l'invention seront développés ci-après.
Il est fait référence aux figures 2 à 11. L'embarcation 3 définit un repère orthogonal formé d'une direction de roulis X, une direction de tangage Y et une direction de lacet Z.
Le dispositif de motorisation selon l'invention, ci-après nommé dispositif 10, est apte à être monté sur une embarcation 3. Le montage se fait par un organe de liaison 12 autorisant au moins deux rotations selon deux directions indépendantes dont au moins une direction z coïncidant avec la direction de lacet de l'embarcation Z. L'organe de liaison 12 peut se synthétiser sous la forme d'une liaison rotule à doigt lorsque l'organe de liaison ne permet que deux rotations, comme cela est schématisé figure 2.
Le dispositif 10 comprend un module d'alimentation 14, un groupe moteur 16, une hélice 18 et une barre 20. Le module d'alimentation 14 est apte à recevoir une batterie pour alimenter le dispositif 10.
Dans l'exemple illustré, le module d'alimentation 14 reçoit la batterie 140 dans un logement ouvert. Le module d'alimentation 14 peut en outre comprendre un contrôleur 142, agencé pour commander électriquement le groupe moteur 16.
Le contrôleur 142 peut comprendre en outre un interrupteur marche/arrêt 1420, un écran d'affichage 1422, un voyant de mise sous tension 1424, un coupe-circuit et/ou une connectique 1426 associée, comme cela est visible dans l'exemple illustré figure 11. La connectique 1426 permet de relier électriquement la batterie 140 au contrôleur 142. Ici, la connectique 1426 est apparente, c'est-à-dire visible de l'extérieur. En variante, elle pourrait être logée dans le dispositif, par exemple pour la protéger de l'humidité extérieure.
Dans l'exemple visible en particulier sur les figures 5 à 7 et 11, le contrôleur est logé sous la batterie 140. D'autres agencements sont bien entendu possibles typiquement selon le degré de miniaturisation du contrôleur 142. Le module d'alimentation comprend ainsi un boîtier 144 formant le logement de la batterie 140 et, le cas échéant, et le logement du contrôleur 142.
Le contrôleur 142 pourrait, en variante (non représentée sur les figures), être agencé dans un boîtier distinct du module d'alimentation 14, et relié à celui-ci par un câble électrique.
Le groupe moteur 16 est agencé à distance du module d'alimentation 14. Le groupe moteur 16 comprend un moteur électrique 160. Ce moteur électrique 160 est relié électriquement au module d'alimentation 14. Le groupe moteur 16 comprenant un axe de sortie 162 sur lequel est solidarisée l'hélice 18. L'axe de sortie 162 définit un axe d'hélice U.
Dans des variantes plus sophistiquées, plusieurs hélices peuvent être, en variante, montées sur l'axe de sortie du groupe moteur 16. En variante toujours, le groupe moteur 16 comprendre plusieurs axes de sorties sur lesquels sont montés une ou plusieurs hélices.
La barre 20 est de forme allongée, et rigide. La barre 20 présente une portion proximale 22 et une portion distale 24, respectivement à proximité de l'organe de liaison 12 et à distance de l'organe de liaison 12. Le module d'alimentation 14 est solidarisé à la portion proximale 22. Le groupe moteur 16 est solidarisé à la portion extrémale 24.
Le groupe moteur 16 est ainsi agencé à distance du module d'alimentation 14. Le groupe moteur 16 a pour fonction d'entraîner l'hélice 18 en rotation, de sorte à propulser l'embarcation 3.
De l'agencement particulier décrit ci-avant, on comprend que le groupe moteur 16 est à proximité immédiate de l'hélice 18 et est destiné à être au moins en partie immergé dans l'eau lorsque l'hélice 18 est elle- même immergée dans l'eau pour jouer son rôle de propulsion.
Grâce à cet agencement d'un genre nouveau, le moteur électrique 160, et plus généralement le groupe moteur 16, sont immergés, ce qui permet leur refroidissement par l'eau environnante. Ce refroidissement permet de se passer des lourds radiateurs usuellement utilisés dans le refroidissement de moteurs électriques.
Le dispositif 10 définit ainsi un repère qui lui est propre, formé de trois directions x, y et z. La direction z coïncide avec la direction de lacet Z de l'embarcation. La direction y est l'autre des deux directions de pivot de l'organe de liaison 12. La direction x est une troisième direction permettant de définir un repère.
Dans l'exemple décrit ici, et à des fins de concision, le repère (x, y, z) est un repère orthogonal et coïncide avec le repère (X, Y, Z) de l'embarcation lorsque le dispositif est orienté dans l'alignement de l'embarcation, c'est- à-dire que l'hélice 18 n'est ni orientée à bâbord ni orientée à tribord. Par convention, la direction z (lacet) est orientée vers le haut lorsque l'embarcation flotte. Par convention toujours, la direction X correspond à la direction U de l'axe de l'hélice. De fait, ce repère (X, Y, Z) permet de définir le haut et le bas du dispositif de motorisation 10 (selon la direction Z), bâbord et tribord du dispositif de motorisation 10 (selon la direction Y) et un avant et un arrière du dispositif de motorisation 10 (selon la direction X), correspondant à ces mêmes directions (haut, bas, bâbord, tribord, avant, arrière) de l'embarcation 3.
Le module d'alimentation 14 est apte à loger une batterie 140 pour alimenter le dispositif de motorisation. Cette batterie 140, amovible ou non, sera décrite ci-après.
Le groupe moteur 16 peut comprendre, outre le moteur 160, un motoréducteur permettant de jouer sur le couple ou la vitesse de rotation en sortie de moteur. Le groupe moteur 16 est de préférence étanche, au moins pour sa partie électrique, de sorte à pouvoir être immergé. Le groupe moteur peut être entièrement étanche, y compris un éventuel motoréducteur ou toute autre pièce dont l'exposition à l'eau serait préjudiciable. Le groupe moteur 16 peut en outre être caréné, de sorte à limiter les frottements une fois immergé.
La barre 20 est, par définition, de forme allongée et rigide. Son rôle est de relier le groupe de propulsion 28 formé du groupe moteur 16 et de l'hélice 18 à l'organe de liaison 12, de sorte qu'un pivotement de la barre 20 autour de l'un des entraîne un déplacement de l'hélice et du moteur à bâbord ou à tribord (autour de la direction z), ou vers le haut ou vers le bas (autour de la direction y).
La barre 20, ainsi que les parties fixes solidarisées à la barre 20 dont le boîtier 144 du module d'alimentation 14, forment ensemble le châssis 50 du dispositif de motorisation 10.
Le pivotement du dispositif 10 autour des rotations permises par l'organe de liaison 12 peut être fait directement, par exemple par un opérateur qui « forcerait » le déplacement de la barre 20 manuellement. En variante, représentée figures 2 à 7, le dispositif de motorisation 10 comprend un organe de gouvernail 26 par l'intermédiaire duquel l'opérateur pivote l'ensemble du dispositif de motorisation 10. Cet organe de gouvernail 26 peut par exemple être un timon, aussi appelée barre franche.
Le timon 26 peut être escamotable, pliable et/ou amovible, de sorte à faciliter son rangement. Ici, le timon 26 est agencé dans le prolongement du boitier d'alimentation 14. Le timon 26 peut être coudé et/ou orienté vers le haut (selon la direction z, donc). Dans l'exemple visible sur les figures 5 à 7, le timon 26 est coudé dans la direction y (à tribord), mais pas dans la direction z (vers le haut). Cette coudure permet d'orienter le timon 26 vers l'extérieur du bord de l'embarcation. La préhension du timon 26 en est facilitée, et surtout cela offre au dispositif de motorisation 10 un plus grand débattement vertical pour faire surfacer l'hélice 18 et le groupe moteur 16. En d'autres termes, cela permet une plus grande amplitude angulaire avant que le module d'alimentation 14 ou le timon 26 ne vienne en butée contre l'une des parties de l'embarcation (fond, traverse, flanc...).
Comme cela est apparent sur les figures 4 et 6, l'exemple de dispositif de motorisation qui y est illustré est, à quelques exceptions près comme le timon 26, sensiblement symétrique par rapport au plan (x, z).
En fonctionnement continu, le dispositif de motorisation 10 dégage de la chaleur en trois emplacements : le moteur électrique 160, le contrôleur 142, quand il y en a un, et dans une moindre mesure la batterie 140.
Outre le refroidissement par immersion, le groupe moteur 16 peut être refroidi par le vent relatif lorsque le groupe moteur est partiellement ou totalement hors de l'eau. L'air autour de l'eau étant légèrement plus froid que celui à hauteur du boîtier électrique, cela permet de profiter d'un air plus frais.
Le contrôleur 142 est refroidit essentiellement par le vent relatif lorsque l'embarcation 3 est propulsée. Pour améliorer ce refroidissement, le châssis 50 du dispositif de motorisation 10, notamment le boîtier 144 du module d'alimentation 14 et la barre 20, peut être réalisée en un matériau conducteur thermiquement, notamment un métal. Dans un tel cas, le contrôleur est lié à ce châssis 50 par de la pâte thermique.
Le châssis 50 peut par exemple être fait d'aluminium, ou alternativement d'acier inoxydable. L'aluminium 6061 est un matériau adapté pour réaliser ce châssis, de par sa résistance mécanique et sa conductivité thermique de 170 W/m.K. L'aluminium 6061 présente une bonne résistance à la corrosion y compris en milieu marin. Ce châssis en métal conducteur peut en outre avoir un traitement de surface de type anodisation ou électrophorèse. Le châssis 50 peut comprendre plusieurs matériaux selon la partie, par exemple de l'acier inoxydable pour le boîtier 144 et de l'aluminium pour la barre 20.
De par ses grandes dimensions (comparativement au reste des éléments du dispositif de motorisation 10), le châssis 50 en matériau thermiquement conducteur peut jouer le rôle de dissipateur thermique du contrôleur 142, à la fois pour sa partie immergée refroidie par l'eau avoisinante et par sa partie émergée refroidie par l'air ou le vent relatif. En outre, puisque le châssis est de grande taille, il présente une grande capacité calorifique, et reste donc tiède lorsque le dispositif de motorisation est en fonctionnement, là où le contrôleur 142 peut être nettement plus chaud. Cela permet de limiter les risques de brûlure au contact du dispositif de motorisation. Cela améliore en outre la dissipation thermique du moteur 160.
Dans les essais menés par les inventeurs, le dispositif de motorisation fonctionne normalement jusqu'à une température de moteur d'environ 65°C. Le contrôleur 142 peut intégrer une sonde thermique (non visible sur les figures) permettant de mettre en oeuvre diminution du courant d'alimentation du moteur électrique si la température dépasse un certain seuil, que ce soit du fait d'une raisons extérieures ou d'une anomalie interne. La gestion thermique de la batterie peut d'ailleurs suivre une logique similaire, grâce à un système de gestion de batterie, aussi appelé BMS (battery management system). Il est ainsi possible de protéger le moteur électrique et/ou la batterie d'une surchauffe.
5.2. Organe de liaison
Dans l'exemple représenté sur les figures 5 à 7 et en particulier figure 7, l'organe de liaison 12 comprend un premier pivot 120 autour de la direction z et un deuxième pivot 122 autour de l'autre direction de rotation permise par l'organe de liaison 12. Comme exprimé ci-avant, cette autre direction de rotation correspond préférentiellement à la direction Y, ce qui simplifie la navigation puisque le dispositif de motorisation 10 peut pivoter dans la direction de lacet Z et dans la direction de tangage y (relative au dispositif de motorisation). Rien n'empêche que cette autre direction soit non-orthogonale à la direction de lacet Z.
Dans l'exemple décrit ici, voir figure 7, l'organe de liaison 12 fonctionne de pair avec une platine 124, visible figure 10, pour former le premier pivot 120. L'organe de liaison 12 comporte un manchon 126, de forme générale cylindrique. La platine 124 est conçue pour se fixer sur toutes les embarcations possibles et fournir un logement cylindrique, de forme complémentaire à celle du manchon 126. Lorsque la platine 124 est fixée sur une embarcation 3, l'axe de symétrie du logement cylindrique est sensiblement parallèle à la direction de lacet Z. La coopération de forme du manchon 126 et du logement cylindrique permettent d'obtenir le premier pivot 120.
Dans l'exemple visible sur la figure 10, cette platine 124 se fixe — de manière amovible ou non — à une traverse 30 d'une embarcation 3. Ici, la traverse 30 s'étend selon la direction Y, i.e. l'axe de tangage. Ce montage fonctionnerait naturellement avec une traverse 30 dans l'axe de roulis X de l'embarcation 3, et plus généralement n'importe quelle direction de traverse tant que le logement cylindrique est à la verticale (selon la direction Z) une fois la platine 124 fixée.
Lorsque fixée sur l'embarcation, la platine 124 repose contre la traverse 30 par l'intermédiaire d'une surface supérieure 1240. Un ou plusieurs écrous 1242 viennent sécuriser la platine 124 sur la traverse 30, par exemple par serrage. Cette platine 124 permet ainsi de fixer le dispositif de motorisation 10 à une immense variété d'embarcation, en particulier des embarcations traditionnelles d'Asie du Sud-Est.
D'autres systèmes d'accroche de platine 124 peuvent être envisagés, permettant de varier la forme de la platine selon la nature de l'embarcation. D'autres variantes du premier pivot 120 peuvent être envisagées, par exemple avec une platine directement intégrée dans le dispositif de motorisation 10 et un premier pivot 120 autre, par exemple à roulements à billes ou à coussinets.
Le deuxième pivot 122 peut comprendre, comme cela est visible par exemple figure 7, une butée 1220. Cette butée 1220 comprend une surface 1222 contre laquelle une paroi 1224 du châssis 100 du dispositif de motorisation 10 (ici, une paroi inférieure 1224 du boîtier 144 du module d'alimentation 14) vient en contact lorsque le dispositif de motorisation 10 est en position dite de repos horizontal. Dans cette position de repos horizontal, le groupe moteur 16 est à l'arrêt, et l'hélice 18 est immergée, et son axe d'hélice penche très légèrement sous l'horizontale, c'est-à-dire que l'axe d'hélice U est quasiment mais pas totalement orienté dans la direction Y. Dans une telle situation, le poids de la barre 20 et de l'ensemble de propulsion 28 maintiennent la paroi 1224 contre la surface 1222 de la butée 1220.
Cette butée 1220 permet au dispositif de motorisation 10 entier de se maintenir dans cette position de repos horizontal sans frotter sur l'arrière de l'embarcation 3 lorsque le dispositif de motorisation 10 est à l'arrêt et que les ailerons latéraux 40 formant le stabilisateur d'assiette sont donc inopérants (puisqu'il n'y a pas ou peu de propulsion). Lorsque l'hélice 18 est entraînée et propulse l'embarcation 3, celle-ci se soulève légèrement de sa position de repos horizontal et se stabilise à l'horizontale (i.e. axe d'hélice grâce aux ailerons latéraux formant le stabilisateur d'assiette.
Dans l'exemple de la figure 7, cette butée 1220 comprend ici un bras, doigt ou taquet oblique dans le plan (X, Z) jouant un rôle analogue à celui d'une jambe de force en charpenterie. D'autres alternatives pour former la butée 1220 sont bien entendu envisageables.
Ainsi, la butée 1220 et le stabilisateur d'assiette coopèrent pour maintenir l'axe d'hélice sensiblement horizontal sur toute la plage de vitesses de propulsion, évitant tout frottement ou choc avec la coque de l'embarcation 3.
Le deuxième pivot peut optionnellement comprendre des pièces améliorant la rotation, par exemple un roulement à billes ou un coussinet. Le deuxième pivot 122 peut optionnellement toujours, comprendre un verrouillage de la rotation selon la direction y par serrage ou par un élément élastique comme un ressort.
5.3. Batterie
La batterie 140 est, dans l'exemple visible sur les figures, amovible et apparente, c'est-à-dire accessible depuis l'extérieur du dispositif de motorisation 10. La batterie 140 est ici de préférence étanche, ou au moins résistante aux éclaboussures, de même que sa liaison électrique avec le reste du module d'alimentation 14. Alternativement, le module d'alimentation 14 peut comprendre un boîtier présentant un logement fermé, et la batterie 140 est alors reçue dans ce logement fermé, ce logement fermé du boîtier protégeant la batterie de l'eau. Les deux options (batterie étanche et boîtier fermé étanche) sont bien évidemment cumulables.
La batterie 140 peut être formé en deux parties, de sorte à répartir le poids entre bâbord et tribord. On peut alternativement envisager plusieurs batteries distinctes pouvant être logées simultanément dans le module d'alimentation 14.
Il a été évoqué ci-avant un système de gestion de batterie (BMS). Le système de gestion de batterie, outre la protection contre la surchauffe décrite ci-avant, permet en outre de lettre en oeuvre un mode économie d'énergie, dans lequel le courant d'alimentation du moteur est réduit en fonction de la capacité restante de batterie. L'activation de ce mode économie d'énergie peut, par exemple, dépendre du voltage en sortie de la batterie, celui-ci décroissant à mesure que la capacité de la batterie s'amenuise. La vitesse de propulsion de l'embarcation est réduite, par exemple à 4 km/h, contre 10 à 20 km/h en rythme de croisière. Cela permet de multiplier au moins par trois fois, voire jusqu'à dix fois, l'autonomie en kilomètres du dispositif de motorisation.
Les inventeurs ont réalisé trois prototypes de dispositif de motorisation, adaptés pour motoriser une embarcation de 500 kg. Dans ces prototypes, la batterie présente une capacité de 800, 2000 et 3300 Wh, respectivement. Le poids de la batterie est alors d'environ 4, 13 et 19 kg, respectivement, et l'autonomie de ces prototypes est respectivement d'environ lh à 10 km/h (ou 30 km à 4 km/h), lh à 15 km/h (ou 80 km à 4 km/h) et lh à 18 km/h (ou plus de 120 km à 4 km/h). Ces valeurs concernent des prototypes, et ne sont en rien limitatives, la batterie pouvant présenter une grande plage de capacités et de poids. Dans des modèles de grande taille et de grande puissance, le dispositif de motorisation peut propulser une embarcation de plusieurs tonnes.
Le poids de la batterie permet de jouer un rôle de contrepoids avec le groupe moteur situé en bout de barre 20. Pour améliorer ce rôle de contrepoids, la batterie 140 est agencée de sorte que son centre de gravité soit situé légèrement à l'avant par rapport au pivot selon la direction Y. Ce poids contrebalance celui du moteur électrique, sans que l'encombrement du dispositif de motorisation 10 dans son ensemble soit pour autant plus important.
Le moteur électrique peut présenter une puissance en continu de 1 à 6 kW, avec une puissance en crête (sur de courtes périodes) de 15 kW. Pour une version très puissante du dispositif de motorisation 10, par exemple avec un moteur de plus de 10 kW, le module d'alimentation peut comprendre optionnellement des ailettes en aluminium, par exemple agencées sous le boîtier du module d'alimentation 14, pour augmenter la dissipation thermique de celui-ci. Il est également possible, pour attendre de grandes puissances de propulsion, de coupler deux dispositifs de motorisation côte à côte.
5.4. Ailerons
A proximité du groupe de propulsion 28, le dispositif de motorisation 10 peut comprendre un ou plusieurs ailerons, solidaires du châssis 28. Le dispositif de motorisation peut notamment comprendre une paire d'ailerons latéraux 40. Ces ailerons latéraux 40 sont agencés de part et d'autre du groupe de propulsion 28. Ici, les ailerons latéraux s'étendent dans le plan (X, Y). Les ailerons latéraux 40 sont solidarisés à la barre 20. Dans l'exemple visible en particulier figures 8 et 9, les ailerons sont fixés par un vissage au groupe moteur 16. En variante, les ailerons latéraux 40 peuvent être solidarisés directement sur la barre 20, par exemple par soudure.
Les ailerons latéraux 40 jouent le rôle de stabilisateur d'assiette. En outre, les ailerons latéraux 40 protègent latéralement l'hélice 18 de débris ou d'obstacles. On pourrait remplacer la paire d'ailerons latéraux 40 par un unique aileron couvrant les deux côtés de l'hélice.
A proximité du groupe de propulsion, c'est-à-dire du groupe moteur 16 et de l'hélice 18, peut comprendre en outre un aileron inférieur 42. L'aileron inférieur 42 est agencé sous le groupe de propulsion 28, en particulier sous l'hélice 18.
Dans l'exemple visible sur la figure 7, l'aileron inférieur 42 est formé par l'extrémité de la barre 20, dans le prolongement de celle-ci. Cette conception d'un seul tenant simplifie la fabrication de l'ensemble barre/aileron inférieur. Alternativement, l'aileron inférieur 42 pourrait être une pièce distincte, solidarisée à la barre 20 par exemple par soudage, vissage, collage...
L'aileron inférieur 42 forme un organe de protection du groupe de propulsion 28, notamment en cas de rencontre avec un débris ou un haut-fond.
Les ailerons sont ici en forme de plaque, et faits d'un matériau rigide, par exemple le même que celui de la barre. Les ailerons latéraux 40 et l'aileron inférieur 42 présentent ici des épaisseurs constantes. Ils peuvent en variante présenter un profil optimisé pour réduire les frottements, par exemple un profil hydrofoil.
5.5. Géométrie de la barre
Dans un mode de réalisation, la barre 20 comprend un tronçon oblique 200, agencé entre les deux portions proximale 22 et distale 24. Ce tronçon oblique 200 s'étend selon une direction longitudinale V formant un angle entre 30 et 60° avec la direction U, c'est-à-dire l'axe de l'hélice 18, comme cela est visible en particulier sur la figure 3.
La géométrie de la barre 20 avec ce tronçon oblique 200 permet de drastiquement diminuer l'encombrement du dispositif de motorisation 10. Cela permet notamment d'immerger le groupe de propulsion 28 bien plus à proximité de l'embarcation que dans le cas d'une motorisation long-tail.
La longueur du dispositif de motorisation est ainsi très réduite — 1,30 m pour une oblicité de 45°, et 1,15 m pour une oblicité de 60°, là où les motorisations long-tail présentent une longueur de plus de 3,40 m. Cette géométrie de la barre 20 permet de prendre des virages serrés dans des cours d'eau étroits et à faible tirant d'eau. Le dispositif de motorisation ainsi décrit présente un encombrement comparable à celui d'un moteur hors-bord électrique de même puissance, mais en nettement moins lourd. Par exemple, avec une batterie de 800 Wh, le dispositif pèse environ 12 kg, dont 4 kg de batterie. Avec une version de 1000 Wh, le dispositif pèse environ 13 kg.
Cet encombrement réduit permet en outre, à l'arrêt de l'embarcation, de ranger le dispositif de motorisation 10 dans l'embarcation, en le pivotant pour loger le moteur électrique, l'hélice et l'organe formant barre en entier dans une embarcation de petite taille. Le stationnement des petites embarcations est simplifié puisque le dispositif de motorisation n'en dépasse plus.
Les avantages de la géométrie à tronçon oblique ne s'arrêtent pas aux seuls gains liés à l'encombrement réduit : puisque le tronçon oblique est, comme son nom l'indique, oblique par rapport à l'axe d'hélice, ce tronçon oblique entre dans l'eau avec un angle bien plus important lorsque l'hélice est entièrement immergée. Cet angle de pénétration dans l'eau, bien plus important que celui d'une perche d'une motorisation long-tail, limite la longueur d'organe formant barre immergée et donc les frottements lorsque l'embarcation est propulsée.
La plage entre 30 et 60° présente plusieurs avantages.
Les angles inférieurs à 30° entre l'axe d'hélice 162 et la direction longitudinale V du tronçon oblique 200 n'autorisent pas de gain en compacité et en rendement satisfaisants niveau barre, en particulier pour ranger le dispositif de motorisation à l'arrêt dans de petites embarcations, pour la longueur de perche immergée ou pour la maniabilité dans les virages. Les inventeurs ont en outre observé que les angles supérieurs à 60° sont à éviter si possible, car, en cas de contact avec un obstacle (par exemple un haut-fond ou un objet flottant), un tronçon vertical (90°) ou insuffisamment oblique (par exemple 70°) équivaudrait à un choc quasi-frontal de l'obstacle sur la portion distale 24 de la barre 20 et l'hélice 18, éventuellement sur l'aileron inférieur 42. Au contraire, avec un angle de tronçon oblique 200 dont l'angle avec l'axe d'hélice est inférieur à 60°, par exemple égal à 45°, cet angle permet en pratique de dévier le choc. Cela s'apparente à la cuirasse d'un char d'assaut ou d'un navire, qui est moins affectée par un impact d'obus quand elle présente un flanc oblique.
En outre, les angles supérieurs à 60° entraînent généralement des problèmes de course angulaire, car la course angulaire nécessaire pour faire remonter l'hélice à la surface est d'autant plus importante que l'angle est proche de 90°, alors que la plage angulaire disponible pour faire effectivement pivoter le dispositif de motorisation une fois installé sur l'embarcation est limité par la géométrie de l'embarcation. Cela pourrait amener le dispositif à venir en contact avec l'embarcation, par exemple son fond, son banc, une traverse... avant que l'hélice soit totalement hors de l'eau, empêchant une bonne navigation. En d'autres termes, la maniabilité du dispositif de motorisation 10 provient notamment de l'effet de levier que la géométrie avec un angle (U, V) inférieur à 60° permet (y compris pour de petits angles, autour de 30°).
Les inventeurs ont constaté que cette géométrie oblique de la barre 20 permet, combinée au stabilisateur d'assiette décrit ci-avant d'obtenir un équilibre dynamique de la propulsion. En d'autres termes, la combinaison de ces deux aspects permet d'obtenir une propulsion que l'on peut librement orienter ou faire surfacer sans avoir à exercer d'effort pour la maintenir par défaut dans son assiette horizontale de poussée optimale.
La barre 20 présente de préférence un profil affiné dans la direction y, de sorte à réduire les frottements avec l'eau. Plus précisément, la barre 20 présente une épaisseur e (visible figure 8) dans la direction y au moins trois fois plus faible que sa largeur L (visible figure 7). Dans l'exemple illustré sur les figures 5 à 7, le rapport L/e est d'environ 8.
Grâce à cette géométrie affinée de la barre, la barre génère considérablement moins de frottements une fois immergée, améliorant le rendement et la discrétion du dispositif de motorisation.
En outre, grâce à cette géométrie affinée, la barre 20 peut jouer le rôle de safran pour l'embarcation 3. Le dispositif de motorisation offre ainsi une fonction supplémentaire, outre sa motorisation. Avec cette fonction de safran, le dispositif de motorisation 10 permet par ailleurs une manoeuvre de l'embarcation même avec un moteur électrique à l'arrêt, de sorte à pouvoir tourner ou freiner de manière totalement silencieuse.
La barre 20 peut par ailleurs présenter un profil hydrodynamique, aussi appelé profil hydrofoil. Un profil hydrodynamique de type NACA 0012 a donné satisfaction aux inventeurs pour la réalisation de prototypes, notamment pour ses propriétés de pénétration dans l'eau, de flux laminaire et d'absence de vortex qui générerait une cavitation à l'hélice. D'autres profils hydrodynamiques présentant des propriétés similaires pourraient être envisagés. La barre 20 peut en outre présenter un profil creux, de sorte à loger en son intérieur des câbles électriques reliant électriquement le groupe moteur 16 au module d'alimentation 14. Cela allège en outre la barre 20.
Cette géométrie avec un profil affiné et/ou hydrodynamique est rendue possible par le fait de déporter le moteur électrique à proximité de l'hélice.
Le profil hydrodynamique ainsi décrit permet de réduire très fortement le phénomène de cavitation que l'on retrouverait sur une barre cylindrique au-delà de 6-7 noeuds. Il est ainsi possible de propulser l'embarcation à des vitesses élevées, au-delà de 15 noeuds. Le profil hydrodynamique permet en outre d'améliorer la fonction de safran décrite ci-avant.
5.6. Variantes de barre
Dans un exemple représenté figure 12, la barre 20 est formée d'une perche 300 en bout de laquelle le groupe de propulsion 28 est fixé. La perche est ici classiquement cylindrique, mais peut adopter en variante un profil hydrofoil.
La perche 300 peut être creuse, allégeant celle-ci. Dans un tel cas, les câbles servant à relier électriquement le module d'alimentation 14 au groupe moteur 16 peuvent être logés dans la perche 300, de sorte à les protéger de l'eau. Le groupe de propulsion 28 peut être fixé à la perche 300 de sorte que l'axe U' de l'hélice forme un angle non nul avec la direction longitudinale V'. Cet angle peut valoir au moins 3° pour une perche droite comme dans cet exemple de la figure 12. Cet agencement, permis par la solidarisation de l'hélice 18 sur l'axe de sortie du groupe moteur 16, permet l'horizontalité de l'hélice 18 une fois immergée, éliminant les pertes d'horizontalité des motorisations long-tail thermiques classiques. Le rendement en est amélioré.
Il est bien entendu possible que cet angle entre la perche 300 et l'axe d'hélice puisse valoir 30°, voire 40° ou plus. Dans un tel cas, la perche 300 forme la section oblique décrite ci-avant.
Il est fait référence aux figures 13 et 14.
Dans ces deux figures, la barre est une perche 400 présentant un coude 410. La perche 400 présente ainsi une portion proximale de perche 420, comprenant la portion proximale décrite ci-avant (i.e. à laquelle le module d'alimentation 14 est fixé) et une portion distale de perche 430, comprenant la portion distale décrite ci-avant (à laquelle le groupe moteur 16 est fixé).
La portion distale de perche 430, destinée à être immergée pour que l'hélice 18 puisse propulser l'embarcation, forme ainsi la section oblique décrite ci-avant.
La perche coudée 400 peut également être creuse, et éventuellement loger les câbles reliant le module d'alimentation 14 et le groupe moteur 16. La perche coudée 400 peut être de section cylindrique, ou présenter un profil différent, par exemple hydrodynamique pour réduire les frottements une fois immergée et jouer un rôle de safran, comme expliqué ci-avant.
Dans l'exemple de la figure 13, la portion proximale de perche 420 est horizontale (i.e. s'étend dans la direction x) et la portion de perche distale 430 est coudée à environ 45° par rapport à la portion proximale de perche 420. Dans l'exemple de la figure 14, la portion proximale de perche 420 forme un angle de 5° avec la direction y et la portion de perche distale 430 est coudée à environ 50° par rapport à la portion proximale de perche 420. Ainsi, lorsque l'hélice 18 est immergée pour propulser l'embarcation, la portion de perche distale 430 forme un angle d'environ 45° avec l'eau, dans les deux cas.
Cette forme de barre, avec une perche coudée 400, permet d'en simplifier la fabrication. Il est ainsi possible de partir d'une perche standard, cylindrique, et de la plier avec des techniques de métallurgie usuelles. Cette géométrie coudée est rendue possible par le fait de déporter le moteur électrique à proximité de l'hélice.
Il a ainsi été vu un dispositif de motorisation électrique, dont l'encombrement, le rendement, la maniabilité et le caractère écologique sont drastiquement améliorés comparé à l'état de l'art.
Les perfectionnements décrits ci-avant permettent toutefois de proposer une variante du dispositif de motorisation, apte à être monté sur une embarcation via un organe de liaison tel que décrit ci-avant. Dans un tel cas, le dispositif de motorisation comprend un module d'alimentation, apte à loger au moins un réservoir d'énergie (par exemple une batterie ou réservoir à essence), un groupe moteur comprenant au moins un moteur relié au réservoir d'énergie, et un organe formant barre de forme allongée. L'organe formant barre présente une portion proximale, à proximité de l'organe de liaison, et fixée au module d'alimentation, et une portion distale, à distance de la liaison pivot, portant une hélice solidarisée à un axe de sortie du groupe moteur, de sorte à pouvoir être entraînée en rotation par le moteur. L'organe formant barre comprend un tronçon oblique, agencé entre les deux portions distale et proximale, s'étendant selon une direction longitudinale formant un angle d'au moins 30° avec l'axe de l'hélice.
Ce tronçon oblique permet d'obtenir les mêmes avantages que ceux de la géométrie à tronçon oblique décrite ci-avant, à savoir des frottements réduits (puisque moins de longueur immergée), une maniabilité améliorée, une réduction de la longueur du dispositif et une absence de pertes liées à la non-horizontalité de l'hélice. Une telle configuration du dispositif de motorisation permet en outre à l'organe formant barre de jouer le rôle de safran, selon sa géométrie.
Pour assurer la transmission et la non-horizontalité, le groupe moteur peut être agencé au niveau de la portion distale de l'organe formant barre — à l'instar de ce qui est décrit ci-avant pour le moteur électrique. En variante, le groupe moteur peut être fixé en un autre endroit du dispositif de motorisation. Par exemple, le groupe moteur peut être agencé en un emplacement du dispositif de motorisation qui n'est pas destiné à être immergé tel qu'à proximité du module d'alimentation. Dans ce dernier cas, il peut être nécessaire d'obtenir un angle axe moteur/axe d'hélice non nul, et la transmission peut alors comprendre pour ce faire un joint de cardan ou un engrenage conique. Le groupe moteur peut en variante être décalé vers le haut selon l'axe z, et la transmission avec l'hélice peut se faire par un jeu d'engrenages, une courroie, une chaîne, ou toute autre solution adaptée pour de la transmission d'efforts en sortie du groupe moteur.
5.7. Allongement de l'axe moteur
Les inventeurs ont constaté que, lorsque l'hélice est montée juste derrière le moteur (i.e. avec une distance entre l'hélice et le groupe moteur très faible), seules les parties distales des pales de l'hélice mordent dans l'eau pour produire une poussée lorsque le groupe de propulsion affleure l'eau. Ce phénomène survient en eaux peu profondes (15-20 cm), mais également dès lors qu'un utilisateur souhaite manoeuvrer finement son embarcation, et pour ce faire remonte l'hélice jusqu'à ce qu'elle soit affleurante.
Dans de tels cas, l'hélice affleurante couplée à la vitesse de l'embarcation engendre une déformation de la surface de l'eau derrière le groupe moteur 16. Cette surface de l'eau s'affaisse derrière le groupe moteur 16, à cause de l'effet de traînée. L'hélice ne peut alors plus mordre sur autant de hauteur que si l'embarcation était à l'arrêt et la surface de l'eau plane.
Cela peut entraîner une grande perte de rendement, puisque la surface des pales en contact avec l'eau, donc la surface de poussée, est moindre dans une telle configuration. Les inventeurs ont constaté qu'en pratique, à vitesse de croisière, seules les portions des pales dépassant le diamètre du groupe moteur 16 « mordent » dans l'eau et produisent de la poussée. Les parties de l'hélice 18 proximales à l'axe 162 se trouvent dans le sillon du groupe moteur 16, et produisent donc peu ou pas de poussée. Cet effet est d'autant plus prégnant que la vitesse de l'embarcation est importante, aussi la vitesse de l'embarcation est particulièrement limitée en cas d'eaux peu profondes et il est difficile d'atteindre ou dépasser 15 noeuds dans une telle situation.
Pour maximiser le rendement et pallier cet inconvénient, les inventeurs ont envisagé augmenter le diamètre de l'hélice, de sorte à ce que l'hélice dépasse davantage radialement du moteur, et donc augmenter la proportion de pales d'hélice mord dans l'eau même affleurante. Toutefois, cette approche est limitée par le diamètre maximal d'hélice autorisé par le couple du moteur. De grands diamètres d'hélice impliqueraient un moteur plus puissant, plus gros et donc une perte de poussée accrue, donc une hélice encore plus grande, et ainsi de suite.
Les inventeurs ont eu alors l'idée astucieuse d'allonger délibérément l'axe d'hélice. Cette astuce de réalisation est illustrée sur les figures 15 et 16, représentant un dispositif dont un axe d'hélice, dit allongé, 164 fait saillie du groupe moteur 16 de sorte que la portion d'axe 180 sur lequel l'hélice 18 est fixée est distant du moteur d'un allongement L donné. Cet allongement L de l'axe d'hélice allongé 164 est sensiblement supérieur au minimum nécessaire pour monter l'hélice en sortie du groupe moteur collée à celui-ci. L'hélice ainsi montée est distante axialement du moteur.
En effet, l'affaissement de l'eau susmentionné (en cas de groupe de propulsion affleurant et à vitesse de croisière) diminue à mesure qu'on s'éloigne du groupe moteur. Aussi, un axe allongé de sorte que l'hélice soit distante du moteur augmente très sensiblement la surface de poussée sans pour autant nécessiter d'en augmenter le diamètre.
En pratique, les inventeurs ont constaté qu'une hélice éloignée d'environ 10 cm du moteur donnait des résultats satisfaisants et améliorait nettement le rendement. D'autres allongements L de l'axe d'hélice allongé 164 peuvent être envisagés, par exemple sur la plage 8 à 20 cm selon la puissance du moteur et les vitesses recherchées. Par allongement L d'axe d'hélice allongé 164, on entend la distance axiale entre la face de sortie du moteur 18 et la portion d'axe 180 sur laquelle l'hélice est montée.
Cet axe d'hélice astucieusement allongé augmente sensiblement le rendement du dispositif en eaux peu profondes ou en cas d'hélice affleurante, sans qu'il ne soit nécessaire d'augmenter le diamètre d'hélice et/ou la puissance du moteur. Cela permet d'atteindre de plus grandes vitesses en eaux peu profondes à puissance de moteur équivalente.
En outre, et de manière optionnelle, le dispositif muni d'un axe d'hélice allongé 164 peut comprendre un guide d'écoulement 166 entourant l'axe d'hélice allongé 164. Ce guide d'écoulement 166 comprend ici un tronçon de cône. Ce tronçon de cône est monté de sorte qu'il s'effile progressivement vers la portion d'axe 180 recevant l'hélice 18 (i.e. vers l'arrière du dispositif). Son grand diamètre est ainsi côté groupe moteur et son petit diamètre côté hélice. Ce guide d'écoulement 166 peut être en aluminium, en plastique, ou dans tout autre matériau apte à l'immersion. Lorsque l'embarcation équipée du dispositif est propulsée, le guide d'écoulement 166 prévient l'apparition de turbulences entre le groupe moteur et l'hélice. Cela empêche la formation de bulles derrière le moteur en cas d'axe allongé. En outre, lorsque l'utilisateur du dispositif rencontre un haut-fond et doit relever le groupe de propulsion, la forme tronconique du guide d'écoulement assure la continuité de l'écoulement de l'eau vers l'hélice, sans entraver la propulsion.
Ainsi, selon un aspect particulier de l'invention, l'hélice est distante axialement du moteur, cette distance étant comprise entre 8 et 20 cm, et de préférence de 10 cm.
Selon un aspect encore plus particulier de l'invention, l'axe d'hélice est entouré d'un guide d'écoulement. Ce guide d'écoulement peut s'effiler vers l'hélice.
Ce guide d'écoulement limite les turbulences entre le groupe moteur et l'hélice, et améliore donc le rendement.
5.8. Axe plongeant
Il est fait référence à la figure 17.
En relation avec cette figure 17, il est défini les angles qui suivent. L'angle référencé U' est l'angle entre l'axe d'hélice et la direction longitudinale de la barre oblique 200. L'angle référencé V est l'angle entre la barre oblique 200 et un plan horizontal. L'angle référencé W est l'angle entre l'axe d'hélice et une droite (dans le plan (X, Z)) passant par le centre de l'hélice et la liaison pivot autour de l'axe de tangage de l'organe de liaison.
L'organe de liaison autorise ici au minimum les rotations du dispositif de motorisation selon la direction de tangage Y et la direction de lacet Z.
Les inventeurs ont constaté que, dans le cas d'une poussée parfaitement horizontale (voir par exemple le dispositif de la figure 3), la force de poussée passe très largement sous l'axe de tangage de l'organe de liaison. Cela induit un couple à plonger, c'est-à-dire un couple tendant à abaisser l'hélice. Cet effet plongeur doit être compensé, bien souvent manuellement par un opérateur, sous peine de heurter le fond du cours d'eau avec l'hélice ou l'aileron inférieur. Cela risque d'endommager la partie immergée du dispositif, même protégé par un organe tel que l'aileron inférieur 42 décrit ci-avant. Ce risque est d'autant plus accru que certains utilisateurs, notamment les piroguiers en Asie du Sud-est, grands utilisateurs de motorisations long-tail, sont habitués à un couple cabreur (i.e. tendant à faire surfacer l'hélice) et non un couple plongeant (tendant à faire plonger l'hélice).
Dans les modes de réalisation décrits ci-avant, ce couple plongeant est compensé par les ailerons latéraux (jouant un rôle d'ailerons cabreurs) décrits ci-avant. Toutefois, ces ailerons n'entrent en action qu'avec la vitesse et le problème du couple à plonger subsistait à l'instant du démarrage.
Pour pallier cet important inconvénient, les inventeurs ont eu l'idée de modifier la géométrie de l'ensemble du dispositif de motorisation, et plus spécifiquement d'incliner vers le bas (i.e. faire plonger vers l'arrière) l'axe d'hélice, de sorte que la direction de poussée de l'hélice soit sensiblement dirigée vers l'axe de tangage de la liaison entre le dispositif et l'embarcation.
Pour conserver l'effet cabreur des motorisations long-tail, cette direction de poussée peut être légèrement au-dessus de la direction de tangage comme cela est visible figure 17. En pratique, les inventeurs ont estimé avec leurs essais qu'un angle W compris entre 1° et 5° était pertinent pour à la fois limiter l'intensité du couple tout en préservant l'existence d'un couple pour conserver l'effet couple cabreur. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, cet angle W est d'environ 2°.
L'angle U' entre l'axe d'hélice et le tronçon oblique 200 est compris entre 12 et 22°, et sur l'exemple de réalisation représenté figure 17 d'environ 17°. Cet angle U’ est très supérieur à 3°, ce qui permet de bénéficier des avantages découlant de l'horizontalité de l'hélice 18 une fois immergée comme décrit ci-avant en relation avec la figure 12.
Cela permet, à l'utilisation, d'obtenir un angle de plongée de la barre oblique dans l'eau d'environ 40° sur l'exemple de réalisation décrit ici. Cet angle est représenté figure 17, par l'angle référencé V. Cet angle correspond à l'angle entre la barre oblique et la surface de l'eau lorsque, à vitesse de croisière, lorsque l'ensemble du dispositif est stable hydrodynamiquement.
Le couple selon l'axe de tangage est plus particulièrement visible figure 17. A l'arrêt, le dispositif repose sur l'arrière de l'embarcation, sous l'action de la gravité. En démarrant, il se soulève sous l'action de la force de poussée F générant un couple cabreur, ainsi que sous l'action du flux d'eau. L'axe de tangage de l'organe de liaison étant fortement déporté vers l'avant, ce couple reste modéré et donc facile à contrôler pour un opérateur. A vitesse maximale, l'hélice s'équilibre juste sous la surface de l'eau, et l'avant du moteur sort légèrement de l'eau, permettant de naviguer rapidement dans des eaux peu profondes, typiquement 20 cm de fond.
Le sillon produit par cet exemple de réalisation crée une surépaisseur qui maintient l'hélice entièrement sous l'eau, et donc efficiente. La perte d'horizontalité, environ égale à 1 — cos (LT) (4,4% pour le cas 17° ci- dessus) est alors largement compensée par le gain en rendement dû au fait que l'hélice morde entièrement dans l'eau. Cela permet également de recréer la sensation de couple cabreur, appréciée des piroguiers habitués aux motorisations long-tail, et améliore donc la sûreté et l'ergonomie générale du dispositif.
Pour les raisons expliquées ci-avant, l'angle entre le tronçon oblique et la surface de l'eau une fois la barre oblique immergée, à vitesse de croisière, reste compris dans la gamme 30 à 60° décrite ci-avant. On bénéficie alors des mêmes avantages techniques que lorsque l'angle d'hélice et le tronçon oblique est supérieur à 30°, à savoir un gain en compacité et un gain en rendement comparé aux motorisations long-tail, en particulier pour ranger le dispositif de motorisation à l'arrêt dans de petites embarcations, pour la longueur de perche immergée ou pour la maniabilité dans les virages. Ainsi, l'invention propose selon un aspect particulier que l'axe de l'hélice soit sensiblement dirigé vers l'angle de tangage (i.e. moins de 5°).
Selon un aspect plus préféré de l'invention, cet angle est compris entre 1 et 5°, et plus préférentiellement d'environ 2°.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de motorisation (10) pour embarcation (3), apte à être monté sur une embarcation (3) autour d'un organe de liaison (12) autorisant au moins deux rotations selon des directions indépendantes dont une direction de lacet (Z) de l'embarcation (3), le dispositif de motorisation comprenant : un module d'alimentation (14), apte à loger au moins une batterie (140) ; un groupe moteur (16) comprenant au moins un moteur électrique (160) relié électriquement audit module d'alimentation (14) ; et un organe formant barre (20, 300, 400), de forme allongée, présentant une portion proximale (22), à proximité de l'organe de liaison (12), fixée au module d'alimentation (14), et une portion distale (24), à distance de la liaison pivot (12), portant le groupe moteur (16) de sorte que le groupe moteur (16) est agencé à distance du module d'alimentation (14) ; le groupe moteur (16) comprenant un axe de sortie (162) sur lequel est solidarisée au moins une hélice (18).
2. Dispositif de motorisation selon la revendication 1, dans lequel l'organe formant barre (20, 300, 400) comprend un tronçon dit oblique (100, 200, 300, 430), agencé entre les deux portions distale et proximale, s'étendant selon une direction longitudinale (V, V') formant un angle d'au moins 30° avec l'axe de l'hélice (U).
3. Dispositif de motorisation l'une des revendications précédentes, dans lequel l'organe formant barre (20, 300, 400) comprend un tronçon dit oblique (100, 200, 300, 430), agencé entre les deux portions distale et proximale, s'étendant selon une direction longitudinale (V, V') formant un angle d'au plus 60° avec l'axe de l'hélice (U).
4. Dispositif de motorisation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'organe formant barre présente (20, 300, 400) au moins sur une partie de sa longueur une section transversale dont l'épaisseur (e) transversalement à l'axe d'hélice est au moins trois fois plus faible que la largeur (L).
5. Dispositif de motorisation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'organe formant barre (20, 300, 400) présente un profil hydrodynamique.
6. Dispositif de motorisation selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un stabilisateur d'assiette (40) solidarisé à la portion distale, à proximité de l'hélice (18).
7. Dispositif de motorisation selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un organe de protection (42) agencé sous l'hélice (18).
8. Dispositif de motorisation selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un timon (26), fixé au module d'alimentation (14) ou à la portion proximale (22) de l'organe formant barre (20, 300, 400), le timon (26) étant coudé et/ou escamotable.
9. Dispositif de motorisation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins l'organe formant barre (20, 300, 400) est fait en acier inoxydable ou en aluminium.
10. Dispositif de motorisation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'au moins une batterie (140) pouvant être logée dans le module d'alimentation est amovible.
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