Brevet FR2086130A1 — publié le 19711231

La présente invention est relative, d'une manière générale, au domaine des chargeurs de batteries à faible intensité et se rapporte plus particulièrement à un chargeur ' de batteries autonome perfectionné destiné à charger des bat-5 teries miniatures rechargeables pour jouets en toute sécurité. L'industrie du jouet a produit pendant longtemps dea véhicules à propulsion autonome n'utilisant que des mécanismes de propulsion mécanique du type à ressort. Ge fait était dû en partie au poids relativement important des véhicules et 10 au faible rendement des petits moteurs électriques pouvant être utilisés pour ces véhicules. Toutefois, il a été mis récemment au point des moteurs électriques miniatures plus puissants et plus efficaces qui permettent d'utiliser plus avantageusement les dispositifs de propulsion électrique pour 15 entraîner des jouets tels que des automobiles, des camions, etc. Plus récemment, l'industrie du .jouet s'est intéressée à l'utilisation de batteries rechargeables subminiatures telles que des cellules au nickel et cadmium pour fournir l'énergie nécessaire à alimenter ces nouveaux moteurs électriques. En 20 même temps que ce nouveau centre d'intérêt, .l'industrie du jouet s'est orientée vers la recherche de chargeurs de batteries convenables permettant de fournir le courant de charge nécessaire à ces batteries. Ces dispositifs prennent généralement la forme d'un appareil dans lequel les batteries rechargeables 25 sont placées après avoir été enlevées momentanément des jouets. Une technique encore plus récente consiste à connecter un chargeur à la batterie de jouet au moyen d'un câble électrique et d'une prise. Ge dernier chargeur peut être logé dans un appareil 30 dont l'aspect est compatible avec les types de jouets à alimenter. Par exemple, le chargeur de batterie peut être logé dans la pompe à carburant d'une station service miniature du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3 387.kO-* Les diverses techniques utilisées pour- charger les 35 batteries de véhicules présentaient l'inconvénient de nécessiter pour le chargeur de batterie un circuit transformateur et redresseur coûteux qui devait -être branché sur une pri.re de courant du secteur. Un dispositif de ce type est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 2 832 177-, Aux Etats-40 Unis la tension du secteur est ordinairement de 115 V mais, 70 32026 2 2086130 dans d'autres pays il arrive fréquemment qu'elle soit de 240 V, ce qui nécessite un transformateur différent. Un autre inconvénient est qu'un mécanisme de temporisation complexe et généralement coûteux doit être utilisé pour commander l'énergie de 5 charge produite par le transformateur en raison de la nature délicate de la caractéristique de charge de la batterie rechargeable du jouet. Bien qu'il ait été considéré jusqu'à maintenant comme peu pratique d'utiliser des piles comme source de courant de 10 charge pour les véhicules à source électrique autonome en raison de la faible capacité de ces piles et des mécanismes de temporisation coûteux et compliqués qui doivent être adjoints pour empêcher la détérioration des batteries, il a été découvert que l'emploi de telles piles est, en faite, pratique et 15 que les dispositifs compliqués de temporisation sont inutiles. En conséquence, l'invention vise à fournir: - un chargeur le batterie nouveau et perfectionné pour des jouets tels que des véhicules comportant des batteries rechar ge able s aut onome s; 20 - un chargeur de batterie pour jouet relativement simple et économique à fabriquer qui n'ait pas à être branché sur une prise de courant électrique normale; - un chargeur de batterie pour jouet entièrement autonome qui comporte des circuits interdisant la surcharge des batteries 2 5 rechargeables miniatures des jouets et qui permette de recharger des batteries sans les enlever des véhicules; - un chargeur de batterie pour jouet qui utilise un circuit d'interruption très simple pour commander le courant de charge produit; 30 ~ un tel chargeur dont l'aspect est attrayant pour les enfants en simulant un appareil réel d'entretien de véhicule. Selon l'invention on prévoit un chargeur de batterie pour jouet tels que des véhicules comportant un dispositif de propulsion à moteur électrique alimenté par une batterie re-35 chargeable et une prise de charge de la batterie destinée à recevoir le courant de charge d'une source externe. Le chargeur comporte un câble s'étendant à partir d'un boîtier simulant un appareil d'entretien de véhicule et le câble comporte une série de conducteurs électriques terminés par une prise 40 qui est destinée à être branchée sur la prise de charge des 70 32026 3 2086130 véhicules. Le boîtier comporte également des piles de charge dont le potentiel est supérieur à celui des batteries rechargeables des véhicules, un interrupteur à bouton poussoir normalement ouvert et un circuit électrique connectant les 5 conducteurs en série avec les piles de charge et l'interrupteur pour fermer le circuit du courant de charge entre les piles de charge et la batterie des véhicules lorsque l'interrupteur est actionné manuellement. Le circuit électrique peut comporter de préférence 10 une résistance chutrice connectée en série afin d'empêcher la détérioration des batteries rechargeables par un courant de charge e xc e s sif. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de* la description suivante, donnée à titre d'exemple 15 et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la Fig. 1 représente une vue en perspective d'un mode de réalisation préféré de l'invention destiné à charger la batterie autonome d'un jouet tel qu'un véhicule; la Fig. 2 représente une vue en coupe latérale en 20 élévation du mode de réalisation de la Fig. 1; la Fig. 3 représente une vue en coupe avant du dispositif de l'invention; la Fig. 4 représente schématiquement le circuit électrique utilisé dans le mode de réalisation préféré' de l'inven-25 tion. la Fig. 1 montre un chargeur 11 de batterie pour jouet se présentant sous la forme d'un, appareil de service pour automobile tel qu'un logement 13 de pompe à essence de station service et un tuyau et un bec simulés de distribution 30 de carburant. En fait, le tuyau est un câble électrique 15 souple à deux conducteurs et le bec est une prise électrique mâle 17 à deux conducteurs, de type coaxial. Le logement ou boîtier 13 repose sur une plaque d'embase 19 pour assurer sa stabilité et il comporte également une face avant 21 munie 35 d'indications 23 représentant des chiffres qui indiquent la quantité de carburant distribué ainsi que le prix du carburant par litre. Il peut être prévu un.bras coudé 25, comme représenté, qui s'étend à partir d'un côté 27 de l'appareil pour permettre à l'utilisateur "d'accrocher" le bec-prise 17 lorsqu'il 40 n'est pas'branché sur un véhicule 29 afin de charger une batterie. 70 32026 4 2086130 Comme on le voit mieux aux Fig. 2, 3 et 4, le boîtier 13 comporte en outre une partie supérieure 31 munie d'une ouverture rectangulaire 33 dans laquelle est montée à fleur avec la partie 31 une plate-forme 35 de manoeuvre de l'inter-5 rupteur, qui peut être enfoncée manuellement. La plate-forme 35 est maintenue dans la position à fleur par un ressort en spirale 37 situé entre la face inférieure 39 de la plate-forme et une cloison 41 fixe et évidée qui comporte un trou central 43. Pour assurer la stabilité du déplacement vertical, la 10 plate-forme 35 de l'interrupteur est munie d'une paroi latérale périphérique 45 qui est dirigée vers le bas et qui coulisse le long des surfaces internes 47 du boîtier 13. Un organe d'actionnement d'interrupteur 49 dirigé vers le bas est situé à peu près au centre de la face Anfé-15 r-ieure 39 de la plate-forme 35 et comporte une partie annulaire 51 munie de nervures 53A et 53B interdisant l'inclinaison ainsi qu'un élément de contact mobile 55 qui est disposé transversalement. Ce dernier élément s'étend au-delà des nervures 53 ©"fc pénètre dans une fente allongée 57 qui est ménagée 20 dans un bras métallique 59 à double contact et il est maintenu par des languettes 61 diagonales et dirigées vers le bas qui sont situées le long de la fente 57. Au montage, la plateforme 35 munie de l'organe d'actionnement 49 est maintenue au-dessus du trou 33 du boîtier 13 et le ressort 37 est dis-2 5 posé autour de l'organe 49 avant d'introduire ce dernier dans le trou 43 et on introduit l'élément 55 à force dans la fente 57 dans laquelle il est maintenu par la force de pincement des languettes de maintien 61. On peut voir ainsi que le bras de contact 59 est sollicité vers le haut entre la surface infé-30 rieure 63 de la cloison 41 par la force de compression du ressort 37 et que ce bras de contact 59 empêche simultanément la plate-forme 35 de dépasser la partie supérieure 31 du boîtier 13. Une porte 71 de compartiment de piles qui n'est pas 35 représentée très en détail mais dont la position, la forme et le fonctionnement se comprennent facilement, est située dans une paroi arrière 73 du boîtier 13. La porte 71 peut être mise à la position représentée à la Fig. 2 dans une ouverture correspondante 75 ménagée dans la paroi arrière 73 et être 40 maintenue de façon amovible dans cette position par ses gonds 70 32026 5 2086130 77 qui pénètrent,dans des trous convenables 79 ménagés dans une cloison inférieure 81 du boîtier 13 et par une patte 83 formant verrou et fonctionnant à frottement située à la partie supérieure de l'ouverture 75 près de la cloison supérieure 41. 5 La Fig. 2 montre mieux la plaque de base renforcée 19 avec son bord externe 85 et ses nervures verticales de renforcement 87. Les diverses parties du boîtier 13 décrites jusqu'à maintenant, sauf naturellement le bras de contact métallique 10 59» peuvent être de préférence en une matière synthétique quelconque convenable, tel que du styrène résistant aux chocs, mais on peut utiliser une matière quelconque même si elle est électriquement conductrice à condition de prendre les précautions classiques pour empêcher les risques de court-circuit. 15 Par ailleurs, on peut utiliser un procédé classique quelconque tel que le moulage sous vide pour fabriquer le dispositif de l'invention, la partie principale de l'appareil étant formée d'une seule pièce ou en pièces séparées devant être assemblées ultérieurement. Naturellement, il peut sembler préférable de 20 fixer au moyen d'un adhésif par exemple une feuille de papier ou une tôle métallique 91 portant les indications 23 à l'état imprimé à la face avant 21 au lieu de peindre eu -5'inprimer ces indications directement sur la face 21. Quatres piles au carbone et zinc 101 classiques(de 2 5 dimension D) sont logées dans le boîtier 13, maintenus par la porte 71 et disposées verticalement, deux piles inférieures 101A étant situées côte-à-côte et supportant deux piles supérieures 101 B disposées côte-à-côte également, Toutes les piles 101 sont montées dans le même sens, c'est-à-dire que leg bornes 30 positives 103 des piles sont toutes en haut et er. eont-aet électrique avec les bornes négatives 105 des piles supérieures 101 E. Les bornes négatives 105 des piles inférieures 1Q1A «ont connectées l'une à l'autre par le fait qu'elles reposer,!: sur Ses languettes de contact vertical 107 d'un bras de contact négatif 35 109. L'alignement vertical des piles 101 peut être maintenu par un élément vertical 110 épousant la forme des piles et qui eBt moulé dans le boîtier 13 et (ou) la porte 71s et le cras de contact négatif 109 peut être monté en dessous de la cloison inférieure 81, ses languettes 107 s*avançant en saillie dans des 40 fentes 111 pratiquées convenablement dans la cloison 81. Afin 70 32026 6 2086130 d'assurer en permanence un ton contact électrique, le bras de contact 109 est muni d'une surface supérieure concave qui est incurvée pour exercer une action élastique et qui est supportée uniquement au niveau de son centre par une tige 113 supportée 5 par 1*embase et s'étendant en partie dans un trou ou une cuvette 115 ménagée dans le bras 109. On notera également que les languettes de contact négatif 107 sont conçues de façon que si les piles sont inversées, la borne positive 103 de la batterie n'établit pas le contact avec les languettes 107, ce 10 qui interdit la charge des piles du véhicule lorsque les polarités sont inversées. le câble électrique souple 15 pénètre dans le boîtier 13 par une ouverture 121 qui est ménagée dans la paroi du boîtier 13 près du bras de contact 109 et il est maintenu par 15 des nervures 122 qui évitent des contraintes sur le câble. Un conducteur électrique 123 du câble 15 est soudé, brasé ou connecté autrement à ce bras de contact négatif, tandis qu'un autre conducteur 12 5 est connecté à une borne d'une résistance chu-trice 127 dont' l'autre borne est connectée au bras de contact 20 positif 59 par un conducteur 129. le câble 15 est de type classique et comporte au moins deux conducteurs isolés et chacun de ces conducteurs est connecté électriquement à des bornes isolées et séparée de la prise mâle miniature 17 de type ooaxial qui comporte un contact 131 en forme de douille 2 5 et une pointe de contact 133. En fonctionnement, la plate-forme 35 s'enfonce à la main pour déplacer deux parties de contact positif dirigées vers le bas se trouvant à chaque extrémité du bras de contact positif 59 de manière qu'elles font contact avec les deux 30 bornes positives 103 des piles 101 B. Cette opération relie les deux bornes positives l'une à l'autre ainsi qu'au conducteur 129. Dans cette position, une tension de charge positive est présente sur la pointe de contact 133» par exemple par l'intermédiaire des conducteurs 129 et 12 5 et de la résistance 127) 3t> candis qu'un potentiel de charge négatif est présent sur la douille de contact 131 de la prise 17. le potentiel est égal à la somme des potentiels de l'un ou l'autre des deux jeux de piles 101 disposés verticalement. Lorsqu'on utilise des piles su carbone et au zinc classiques, il apparaît ainsi 3 V environ \ 40 sur la prise du fait que chaque pile fournit environ 1,5 V. 70 32026 7 2086130 Les jeux de piles connectés en parallèle disposés verticalement doublent le courant disponible sur la prise 17. Lorsque le véhicule 29 utilise une pile au nickel et cadmium de dimension miniature et du type 1/3AA, par exemple, 5 dont la tension nominale aux bornes est dè 1,2 V, son potentiel aux bornes augmente jusqu'à 1,5 V lorsqu'elle est chargée initialement par l'enfoncement de la plate-forme 35. A cet instant, le courant de charge fourni est momentanément supérieur à 2 A mais tombe très rapidement à un chiffre inférieur 10 qui est encore réduit par la mise en circuit de la résistance série 127. La limitation du courant de charge est fonction de l'impédance interne des piles de charge 101 de la batterie (l'impédance interne de la petite batterie au nickel et cadmium 15 est si faible qu'elle peut être considérée comme négligeable). Lorsque les piles 101 sont au carbone et au zinc, l'impédance interne est égale à environ 300 milliohms. Si l'utilisateur du jouet utilise des piles alcalines pour la charge, l'impédance interne n'est que de 100 milliohms environ. Dans ce !0 cas il circule par conséquent un courant de charge plus élevé sans la mise en circuit de la résistance chutrice série 127 qui réduit le courant de charge à une valeur proche de celle apparaissant pour les piles au carbone et au zinc. Lorsqu'on utilise des piles au nickel et au cadmium de grande dimension :5 dans le chargeur 11, l'impédance aux bornes est encore plus faible, mais dans ce cas le courant excessif serait également ramené à celui des deux premiers cas. Naturellement, on peut utiliser d'autres sources de courant de charge telles que des piles étanches au plomb et à l'acide du type gel par exemple. ,0 On a constaté que la résistance 127 est particulière ment utile pour limiter le courant de charge en cas de charge prolongée afin d'empêcher la rupture des petites batteries au nickel et au cadmium dans le jouet si l'une quelconque de celles-ci ne dégaze pas de façon convenable. L'emploi de la 5 résistance présente également l'avantage d'empêcher un dégazage excessif des batteries qui provoquerait une dégradation de leur capacité et de leur durée de vie. On a constaté qu'une valeur d'environ 700 milliohms convient et que pour des tolérances de fabrication de plus ou moins 20% de la valeur de la résistance, 0 le courant de charge est maintenu dans une gamme acceptable. 70 32026 8 2086130 la durée de fonctionnement du chargeur 11 est fixé par 1'utilisâteur (un enfant ordinairement) qui appuie sur la plate-forme 35 située en haut du boîtier 13 après avoir branché la prise 17 dans la prise femelle du circuit de 5 charge du véhicule. On a constate qu'un enfant appuie généralement sur la plate-forme commutatrice pendant plus d'une minute, ce qui assure une charge comprise entre 3 et 4 minutes pour une pile au nickel et au cadmium de type 1/3AA dans le véhicule (charge d'environ 2 5%). 10 On notera également qu'il suffit d'utiliser un seul jeu de piles en série 101 disposé verticalement pour faire fonctionner le chargeur. Toutefois, le jeu supplémentaire connecté en parallèle avec le premier fait plus que doubler les charges totales disponibles. On a constaté à partir d'essais 15 que, en utilisant quatre piles au carbone et au zinc courantes D, 60 charges environ sont disponibles avant que le rapport entre le temps d'utilisation et le temps de charge soit ramené à 1. On peut s'attendre à une durée de vie considérablement plus longue avec des piles alcalines. \ 70 32026 9 2086130 REVENDICATIONS 1. Chargeur de "batterie de jouet pour véhicule jouet à moteur électrique dont le dispositif de propulsion est alimenté en énergie par des batteries rechargeables et comporte des prises de charge de batterie destinées à fournir du courant 5 de charge à partir d'une source externe, caractérisé en ce qu'il comprend un logement simulant un appareil d'entretien du véhicule, un câble souple s'étendant à partir du boîtier et comportant une série de conducteurs électriques ainsi qu'une prise électrique reliée à ces conducteurs et destinée à être branchée 10 dans les prises de charge des véhicules, une batterie de charge disposée dans le boîtier et présentant un potentiel supérieur à celui des batteries rechargeables des véhicules} un interrupteur à enfoncement momentané, normalement'ouvert et monté dans le boîtier, et un circuit électrique connectant les conduc-15 teurs en série avec la batterie de cîiarge et l'interrupteur pour fermer le circuit du courant de charge entre la batterie de charge et les batteries rechargeables du véhicule lorsque l'interrupteur est actionné manuellement. 2. Chargeur selon la revendication 1, caractérisé en 20 ce que ledit circuit électrique comporte une résistance chutrice connectée en série avec les conducteurs, la batterie de charge et le commutateur. 3. Chargeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit logement a la forme d'une pompe à essence d'une 25 station service pour véhicules automobiles et en ce que ledit câble et la prise ressemblent à un tyuau et un bec de distribution de carburant respectivement, ledit interrupteur comportant une plate-forme d'actionnement à enfoncement manuel et sollicitée par un ressort, cette plate-forme étant à fleur 30 avec la surface supérieure de la pompe. 4. Chargeur suivant la revendication 1* caractérisé en ce que le câble comprend deux conducteurs électriques et ladite prise est du type enfichable coaxial mâle à deux contacts s'adaptant sur une douille femelle à deux contacts montée dans 35 le véhicule. 5. Chargeur selon la revendication 1, G 8U? ci C térisé en ce que la batterie de charge comporte deux piles connectées en série. 6. Chargeur selon la revendication 5, caractérisé en 70 32026 10 2086130 ce que la batterie de charge comporte également une pile connectée en parallèle avec chacune des piles connectées en série. 7. Chargeur selon la revendication 5» caractérisé en ce que la tension nominale aux bornes de la batterie rechar- 5 geable de chaque véhicule est d'environ 1,2 V et la tension nominale aux bornes des piles connectées en série est d'environ 3 V. 8. Chargeur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la batterie rechargeable est constituée par une pile 10 au nickel et au cadmium de dimension 1/3AA et les piles connectées en série sont des piles du type courant (dimension D). 9. Chargeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résistance chutrice a une valeur qui est juste capable d'éviter la rupture d'une cellule fermée au nickel- 15 cadmium chargée en continu. V