Brevet FR2541802A1 — publié le 19840831

D E S C R I P T I O N La présente invention concerne un dispositif permettant à l'étudiant en électricité ou en électronique de réaliser la plupart de ses montages expérimentaux élémentaires à partir d'un matériel didactique adapté à une platine de montage. Traditionnellement, ces montages sont réalisés en utilisant un matériel disparate, souvent emprunté aux appareillages industriels prévus pour être montés sur des ensembles à poste fixe donc, fragile et peu commedément utilisable en élément isolé. Pour rendre le montage démontable, il est alors indispensable d'utiliser de nombreux fils de connexion ou pinces crocodile, ce qui le rend encombrant, instable, confus et peu ressemblant au schéma conventiennel que l'éleve devra en retenir sur son document écrit, Enfin, l'enseignant, tenu par son horaire, se heurte à un gros problème de distribution et de ramassage de multiples accessoires, privant par là même les élèves de sa présence intellectuelle. D'autres accessoires n'existent pas sur le marché dans un format ou une présentation exploitable pour 19 enseignementS l'élève doit alors se contenter d'observer la manipulation faite par le professeur,de bricoler un matériel peu efficace ou plus simplement de subir un exposé théorique. le matériel selon 11 invention est conçu ou adapté dans le souci de libérer l'élève et le professeur de ces contraintes, de faire en sorte que la manipulation puisse toujours précéder les notions théoriques et que cette manipulation revête pour l'élève un caractère agréable. Tous les montages se font sur une platine transparente et incassable servant de couvercle coulissant à un coffret en matière plastique colorée, de faibles dimensions, destiné au rangement, par l1élève, des accessoires de base utilisés de façon habituelle: pile, interrupteurs, lampes, petit m@teur, quelques connexions, quelques composants électroniques. La platine est munie de douilles de couleur pour fiches bananes reliées entr'elles par des connexions fixes, pour les unes, présentant des intervalles standards pour les autres, selon le schéma conventionnel retenu pour les montages séries ou dérivations. Tous les accessoires sont montés sur des petites platines @ @@@@@ @@@ @@@ p@@@@@@ platines transparentes et incassables, munies de fiches bananes tel que leur écartement permette l'ingertion @@ @es platines en tout intervalle de la platine de montage. Là où leur présence offre un intérêt pour les mesures électriques, les fiches bananes sont conçues mâles d'un coté et femelle à l'arrière pour le branchement ultérieur d'un appareil de contrôle. Certains accessoires, déjà sur le marché, ont seulement été adaptés aux platines de montages. D'autres sont conçus à des fins pédagogiques, en s'appuyant sur des théories existantes mais dans le souci de rendre cette théorie accessible à travers l'expérience et de montrer le rôle fondamental de certains accessoires de base qui se retrouvent dans des appareils plus complexes. L'ensemble des montages se fait le plus souvent en utilisant seulement 2 fils de connexions souples,quelques @ois 3 voire 4. Un montage est toujours stable, clair et conforme au schéma conventionnel. Les contacts sont sûrs. En effet, au moins 2 fiches bananes assurent toujours les liaisons entre éléments à l'exclusion de toute pince crocodile ou contact volant. Pendant sa séance de travail, l'élève ne consacre que peu de temps à la mise en place du montage, le professeur est disponible pour accompagner les moins clairvoyants du groupe et guider l'exploitation du montage.A la fin de la séance l'élève range lui- même ses accessoires de base dans,son coffret à fond perforé et ramène éventuellement l'accessoire correspondant à la leçon du jour dans la mallette du professeur. Les dessins annexés sont, pour les figures 1 à 4,une présentation en réduction du coffret de rangement, à fond perforé, des accessoires de base et de la platine- couvercle servant de table de travail pour les montages9 en position ouverte. les figures suivantes de 5 à 32 présentent, parfois en 2 vues, les différents accessoires sur leurs supports adaptables à la platine des figures 3 et 4s Les figures 1 et 2 présentent le coffret de rangement en matière plastique colorée et moulée d'environ 4 mm d'épaisseur. Le fond (2) est en retrait par rapport aux parties latérales d'une hauteur équivalente à la longueur des fiches bananes. Il est perforé de trous de 4,5 mm de diamètre afin de recevoir les @@ @@@@@@@ @@@@ @@ recevoir les accessoires munis de fiches bananes. Il possède en outre une cavité (3) destinée à loger verticalement une pile plate 4,5V. 2 douilles pour fiches bananes (43 sont fixées sur le coté; elles sont munies à l'arrière de lamelles permettant de recevoir les lames + et - de la pile (N 5 de la figure 1). Une rainure (6) permet de faire coulisser la platine- couvercle. Les figures 3 et 4 présentent la platine-couvercle en polycarbonate d'environ 4 mm d'épaisseur qui servira de table de montages en position ouverte. Des deuilles (4) pour fiches bananes y sont logées; certaines sont reliées entr'elles par des connexions en alliage conducteur prédécoupé par emboutissage, (8) d'autres offrent un écartement standar d d'environ 45 mm pour recevoir les éléments des montages expérimentaux. Les figures 5, 6 et 7 présentent respectivement la platine standard en polycarbonate transparent (9) d'environ 4 mm d'épaisseur,percée à 4 mm ou à 6 mm selon qu'elle sera équipée des fiches bananes filetées (11) ou des fiches bananes à reprise arrière (10). Un trou de 1,5 mm ménagé dans ces fiches, juste audessus de l'épaulement ou du ler écrou permettra la fixation directe de bon nombre de composants munis d'amorces de filss conducteurs, ou des fils conducteurs des cavaliers de connexion.Cette platine (9) munie @@es fiches(10) ou (11) servira de support entr'autres aux douilles E10, B 16, aux interrupteurs à lame de la figure 8, au moteur 4,5 V type jouet, à un Interrupteur à Lame Souple, aux principaux composants des montages en électronique: diodes, résistors, cellules diverses, L.E.D., V.D.R., C.T.N., ainsi qu'aux fusibles. La figure 9 présente un support destiné à recevoir le support plus économique des nombreux résistors nécessaires en électronique (fig. 29) muni seulement de 2 oeillets con- ducteurs (45) sertis sur la platine (9), La figure 10 présente un commutateur didactique pour montages de va et vient: la barette(13),en acier,peut pivoter autour de la fiche (11) servant de "commun" pour venir en contact avec l'une des fiches(10) servant de "navettes", grace à l'action des 2 aimants (12). le support (14) est en- core en polycarbonate transparent et l'écartement des 3 fiches est standard. La figure (12) présente un détecteur de courant k bous- @ @@@@ @@@@@@@@@ de co@iant a @oussole. 2 plaquettes identiques en polycarbonate transparent(16) présentent des échanorures dans lesquelles on peut bobinér un fil conducteur 3/10 ème plastifié (15); ces plaquettes sont maintenues à une distance permettant de loger une boussole grâce à 2 entretoises (17). 2 douilles (18) viennent se visser sur le filetage arrière des fiches (11), bloquant ainsi l'ensemble. La figure 14 présente une bobinette en matière plastique(19) percée à environ 8 mm; un fil (15) bobiné remplit la gorge; ses extrémités sont reliées aux fiches (11) et le tout est porté par une platine (9). Equipée de son noyau en fer doux (20) ou de sa carcasse magnétique g21) et (22) de la f;igu,.r&commat; 16, ou encore de son tube en matière plastique transparent (25), cette bobinette permet l'étude du comportement du courant électrique traversant un fil conducteur bobiné: l'électro- aimant, l'action sur l'aiguille d'une boussole ou sur un petit barreau aimanté placé dans le voisinage immédiat ou à l'intérieur, Par ailleurs, la rotation du montage d'aimants de la figure 18 et 19,placé sur l'are du moteur type "jouet", à l'intérieur de l'entrefer de la carcasse magnétique (22) permet d'observer le principe de l'alternateur. En associant le détecte@r de courant ci- dessus il est possible d'étudier la relation entre les pôles des aimants et le sens du courant induit dans la bobine. La figure 20 présente un télérupteur (27) du commerce (tension de commande 6 V continu) monté sur une platine transparente en polycarbonate, adaptable sur la platine de montages (7) grâce aux 4 fiches (11). l'alimentation de l'électro- aimant se fait par 2 des @ouilles (4), les 2 autres pouvant recevoir un récepteur quelconque, lampe, moteur .... La platine (7) permet le montage rapide d'un circuit de commande comportant 3 interrupteurs à lame (figure 8) en dérivation. Les figures 21, 22 et 23 présentent 2 types de sonnettes électriques adaptables à l'électro- aimant de la figure 14 équipé du noyau de la figure 15: dans les 2 cas l'attraction exercée sur une lame métallique élastique (28) se traduit par une ouverture du circuit électrique an niveau d'une vis de contact (30). Le tout est adaptable sur la platine (7)e Les figures 24 et 25 présentent le montage sur une platine (30b),en polycarbonate transparent, d'une bobine identique à celle de la figure 14 mais rendue mobile autour d'un axe (32) tel que son noyau puisse être sollicité par 2 aimants (33) plaqués sur un support métallique (35).Lorsque l'ensemble est monté sur la platine (7) le courent peut arriver dans le fil de la bobine (31) par les fiches bananes (11) reliées aux supports (36) de 2 bagues en cuivre (34) solidaires de l'axe (32) mais isoléss de celui- ci par une entretoise en matière plasti@ que (37). Ce dispositif permet d'étudier l'interaction d'un aimant et d'une bobine traversée par un courant: la bobine ne fera qu'un demi tour tandis que pour lui faire effectuer le demi tour suivant il faut inverser le sens du courant; ce montage préfigure pour l'élève le moteur, à condition de découvrir un moyen mécanique d'inverser le sens du courant à chaque demi tour et au bon moment. Les figures (26) et (27) montrent l'addition du système traditionnel collecteur (38) et balais (39),Des bagues (41) lient le rotor en translation et une poulie à gorge (40) suggère des applications possibles de ce petit moteur bipolaire de démonstration. Les aimants (33) déplaçables à volonté permettent une étude de l'influence du champ magnétique sur la rotation de la bobine. La figure 28 présente une platine support de transistor en polycarbonate transparent, adaptable sur la platine (7). La figure 30 présente un petit transformateur de démonstra- tion fixé sur une platine (26) adaptable sur la platine (7). Les bobines (19) sont constituées par 1000, 1500 ou 2000 spires de fil de cuivre 2/10ème verni bobiné sur les supports utilisés dans les montages figures 14,24 et 2 Le circuit magnétique (42) est en fer doux ou mieux en ferrite. Ce montage permet de découvrir le rôle abaisseur ou élévateur de tension d'un trans- formateur selon le nombre de spires du primaire et du secondaire. La réversibilité est obtenue en tournant la plaquette de 1800 sur la platine (7). Les douilles(4)permettent d'insérer dans les circuits un interrrupteur (fig.8) ou un petit récepteur de charge. Les figures 31 et 32 présentent un accessoire indispensable aux montages d'électronique: le support du potentiomètre qui permettra d'obtenir une tension variable dans le circuit d'uti- lisation. Le potentiomètre du commerce est d'abord fixé sur la platine (fig. 32) où ses bornes sont reliées aux oeillets conducteurs (45) sertis sur la platine. Cette platine vient se fixer sur les tétons filetés (43) de la platine (26); une ouverture dans cette platine permet de loger le corps du potentiomètre. (44) est un porte fusible. Les bornes (4) serviront à recevoir un interrupteur ou un résitor de protection. les fiches (10) pourront recevoir un milliampèremètre, un fusible de protection du circuit d'utilisation ou un résistor. Le matériel, objet de l'invention, peut être utilisé dans toutes les situations où un apprentissage,par l'expérience en très basse tension,est envisagé pour les @@is élémentaires de l'électricité et de l'électronique, D'une façon générale , il peut servir de support à toute action de formation individuelle ou collective en électricité ou en électronique élémentaire. Plus particulièrement,il est adapté à l'initiation à l'électricité au@ Cours Moyens des éco- les primaires; il couvre intégralement l'expérimentation souhaitable en classes de 6ème, 5ème et 4ème de Collèges en l'état actuel des programmes officiels; il couvre la plus grande partie des manipulations demandées en électricité et en électronique aux élèves des Lycées. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif pour l'enseignement des lois élémentaires de l'électricité et de l'électronique, caracrérisé par le fait qu'il comprend une série d'accessoires didactiques, tous montés sur des petites platines embrochables sur une platine de montages servant de couvercle coulissant à un coffret de rangement des accessoires de base. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coffrot de rangement comporte un logement pour une pile 4,5V muni de 2 douilles (4) pour fiches bananes, avec adaptations (5) pour les lames de la pile. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couvercle (7), coulissant dans la rainure(6), comporte des douilles (4) pour fiches bananes, reliées entr'elles par une connexion fixe ou présentant des intervalles standards pormettant le montage "série" ou"dérivation" des accessoires didactiques en suivant la forme du schéma conventionnel. 4. Dispositif selon la revendication 1 et la revendication 3 caractérisé en ce que les connerions de tous les accessoires montés sur platines sont rondu@ rigides par l'utilisations des fiches bananes mâle- femelle ou m@@e (10)et (11) firées sur ces platines. 5. Dispositif selon les revendications 1, 3 et 4, caractérisé en ce que les fiches bananes (10) utilisées pour les accessoires- récopteurs présentent une partie arrière femelle. 6. Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le coffret (1) est en matière plastique rigide et colorée; son couvercle (7) ainsi que les supports d'accessoires (9), (14), (16), (26), (30b) sont en polycarbonate transparent. 7. Dispositif selon les revendications 1 et 4 comprenant une série d'acc@ssoires électriques basés sur des théories connues nais dont les organes fondamentaux sont rendus visibles et accessibles, à savoir: - un commitateur va et vient dont la barette (13) pivote autour d'une fiche (11) par l'action de 2 aimants (12). - un détecteur de courant dont les plaquettes (16) et les entretcises (17) dégagent un logement pour une boussole classique. - une bobinette de fil conducteur (19) devenant électro aimant par adjonction du noyau en fer doux (20) ou de la carcasse magnétique (21) et(22) ou sonnette électrique par adjonction d'une lame souple en fer doux (28) en contact avec une vis (30) portée par un support conducteur (29). 8. Dispositif selon les revendications 1, 4 et 6 caractérisé en ce qu'il comporte un équipement permettant l'étude de l'action d'un aimant fixe(33) sur une bobine (31), mobile autour d'un axe (32); le courant est amené dans la bobine par les bagues (34) tournant dans leurs supports (36) en acier. 9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que les bagues (34) étant remplacées par le système traditionnel collecteur (38) et balais (39) on obtient un moteur à courant continu bipolaire dont les aimants permanents (33) peuvent être déplacés par rapport à leurs supports en acier (35).