Brevet FR2658708A1 — publié le 19910830

La présente invention a pour objet un dispositif d'animation visuelle rotative ou de présentation, pouvant servir notamment à des fins publicitaires ou d'information, comportant un élément mobile entraîné en rotation autour d'un axe vertical par un moteur électrique à très faible consommation A titre d'exemple, il peut être alimenté par une cellule photovoltaïque La cellule est avantageusement incorporée au dispositif, de sorte que celui-ci est entièrement autonome: pas de branchement, pas de batterie à remplacer ou à recharger Il fonctionne dès qu'il y a de la lumière, c'est-à-dire quand il est possible de l'observer et ne s'arrête que quand on ne peut pas le voir Il permet de faire tourner un objet, qui peut ainsi être observé sur toutes ses faces à partir d'un seul point d'observation, ou de présenter une représentation figurative d'un objet ou d'une affiche par exemple, qui se déroule devant l'observateur, ce qui retient particulièrement l'attention L'invention s'applique plus particulièrement aux dispositifs portables faciles à déplacer et à installer La faible puissance nécessaire au fonctionnement impose en pratique un axe de rotation vertical On utilise donc un moteur placé au- dessus de l'élément mobile et d'axe d'entraînement vertical Cette disposition permet d'éviter les paliers qui, par frottement, consomment de l'énergie Les moteurs utilisés dans ce genre d'application sont de préférence des moteurs pas à pas du type employé généralement dans les pendules électriques Un des problèmes que l'on rencontre dans cette application est celui posé par la suspension à l'axe du moteur de l'objet entraîné en rotation, problème lié à celui de la transmission pour lisser le mouvement pas à pas du moteur. Notons que l'invention pourrait s'appliquer également à un moteur électrique alimenté par une pile de faible puissance, ou une combinaison photopile + pile o la pile prend le relais quand la lumière est insuffisante et peut être déconnectée automatiquement dans le noir. On connaît un dispositif du genre en question, proposé par le certificat d'utilité français 2 594 023 enregistré le 10 février 1986 sous le numéro 86 01750 Dans ce dispositif, la rotation de l'axe du moteur est transmise à l'élément mobile par un fil, dont la torsion fournit l'élément tampon permettant d'emmagasiner un couple irrégulier à une première de ses extrémités et de restituer un couple plus régulier à l'autre extrémité La liaison du fil à l'axe du moteur est assurée par une douille métallique en aluminium sur laquelle est accroché le fil, la douille étant munie d'une vis de serrage pour bloquer l'axe du moteur et un crochet ouvert, articulé sur ce manchon pour y passer une cosse sertie sur l'extrémité du fil Le manchon est lourd, et a un diamètre non négligeable Ce système présente de l'inertie et est coûteux De plus, c'est une véritable épreuve d'adresse que de passer la cosse sur le crochet, qui doit être répétée chaque fois que l'on change d'élément mobile, d'objet ou d'affiche Cest un objet de I la présente invention que de fournir un système sans inertie et peu coûteux, et qui soit d'un maniement très simple. Conformément à la présente invention, dans un dispositif du genre cidessus, une première extrémité du fil de suspension est connectée à l'axe moteur par un manchon rétractable recouvrant le bout de l'axe moteur et ladite première extrémité du fil De préférence, le manchon est en matière plastique rétractable par la chaleur, d'une longueur d'environ 10 mm On pourrait éventuellement utiliser un manchon métallique rétreint mécaniquement Le manchon plastique est plus économique Par rapport à la douille de l'art antérieur, on obtient un gain énergétique de l'ordre de 30 % Il n'y a plus d'inertie L'accrôîssement de diamètre, qui est l'épaisseur du manchon, est de l'ordre du dixième de millimètre, et le poids insignifiant Le prix de revient de la liaison passe de quelques francs à quelques centimes Le fil fait alors partie du moteur et non de l'élément mobile. Selon une autre caractéristique de l'invention, le fil de suspension est un fil non torsadé, unifil, ou de préférence tressé, afin d'éviter un couple parasite et un allongement incontrôlé du fait de la traction exercée sur le fil En particulier, le fil tressé a une caractéristique couple en fonction de l'angle de torsion intéressante Le couple croît d'abord très peu, puis ensuite rapidement Ceci est favorable au démarrage du moteur et à l'obtention d'une rotation uniforme En particulier, grâce à l'amortissement spécifique du fil tressé dû à sa caractéristique couple/torsion, il devient possible d'entraîner, sans oscilation parasite, avec un moteur pas à pas, un mobile dont la masse, le volume et l'inertie sont relativement importants devant la puissance disponible Notamment dans le cas d'un moteur pour pendulette électrique la masse et l'inertie du mobile sont sans commune mesure avec celles des aiguilles habituellement entraînées. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément mobile comporte pour son accrochage au fil de suspension une paroi dans laquelle est découpée une ouverture en forme de boutonnière, et le fil présente une surépaisseur à sa seconde extrémité opposée à l'axe du moteur, de dimension supérieure à la partie mince de la boutonnière, et avantageusement, la surépaisseur à la seconde extrémité est un élément métallique tel qu'une cosse ou une bille de plomb fendue resserrée sur l'extrémité du fil Cette ouverture peut être triangulaire avec un sommet en haut, prolongée par une encoche permettant un autocentrage. Le montage est grandement simplifié à la fabrication et à l'usage, pour le démontage et le renouvellement de l'élément mobile L'opération est simple, sans aléas et rapide C'est l'élément mobile qui s'accroche sur le fil et non le fil sur le moteur. L'élément mobile est séparable du fil, et on peut le travailler sans le fil. L'invention a encore pour objet des perfectionnements aux circuits électriques de commande du moteur pour adapter et améliorer son fonctionnement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif en regard des dessins joints, et qui fait mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur les dessins, la figure I est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention, la figure 2 est une vue en élévation d'une partie du dispositif, relative à la suspension de l'élément mobile, la figure 3 est une coupe à plus grande échelle par un plan axial du dispositif de la figure 1, la figure 4 est un plan schématique du circuit d'alimentation du moteur électrique du dispositif de la présente invention, et la figure 5 est une vue analogue à la figure 2, pour une variante dans laquelle le poids de l'objet en rotation n'est pas appliqué au moteur. Le mode de réalisation du dispositif de l'invention représenté sur les dessins comporte un moteur I alimenté par une cellule photovoltaïque 2, et délivrant le mouvement sur un axe vertical 3 s'étendant vers le bas L'élément mobile 4 à faire tourner est ici un cylindre sur lequel on peut placer un dessin, une affiche, une photo, un texte, etc Le cylindre 4 peut éventuellement être transparent et une feuille peut être placée à l'intérieur Le cylindre est suspendu à l'axe 3 du moteur par l'intermédiaire d'un fil 5, de préférence non torsadé, par exemple un fil tressé Le moteur est avantageusement un moteur pas à pas d'horlogerie, pour des raisons qui seront exposées plus loin et qui tiennent essentiellement au niveau de puissance fourni par le générateur ou la cellule Le fil 5 sert à suspendre l'élément I et sert également d'accumulateur de couple de rotation, puisqu'il reçoit à son extrémité supérieure un mouvement de rotation pas à pas Compte tenu de son élasticité et de l'inertie de l'objet à faire tourner, le fil garde en moyenne une certaine réserve de couple et l'objet tourne d'un mouvement uniforme Pour fixer le fil 5 à l'axe 3 du moteur, on utilise selon l'invention un manchon plastique 6 rétractable par la chaleur (à 130 'C) dans lequel l'extrémité du fil et l'extrémité de l'axe sont engagées bout à bout avant le chauffage, qui ressert le manchon et fixe le fil à l'axe De cette façon, la traction exercée par le fil, due au poids de l'objet suspendu, provoque une striction de la gaine retractable au niveau de l'extrémité de l'axe moteur et garantit un autoserrage du manchon sur l'axe. Une dimension usuelle pour un dispositif selon l'invention comprendra, dans le cas d'un générateur photovoltaïque, une cellule photovoltaïque d'environ l Ocm x cm, qui pourra faire tourner un objet d'environ 100 g à une vitesse de 3 tours/minute, avec un éclairement usuel assez faible compris entre 150 et 300 Lux. Pour cela, on prendra un fil d'une longueur comprise entre 2 et 5 cm, d'un diamètre de l'ordre d' I mm Le manchon pourra avoir une longueur d'un cm et un diamètre avant rétreint de 1,2 mm et après rétreint de 0, Gmm La masse et l'épaisseur de paroi du manchon sont négligeables Ces dimensions conduisent à des dispositifs peu encombrants, portables, faciles à installer, occupant suffisamment de volume pour être vus sans envahir l'espace On peut réaliser selon l'invention des dispositifs plus petits ou plus grands; les dimensions des fils et manchons seront choisies en conséquence. Le dispositif peut être fixé sous une console ou sur une potence, et faire tourner un élément mobile qui est situé en dessous Un moyen simple selon l'invention pour attacher l'élément au fil consiste à prévoir sur l'élément mobile une paroi inclinée 8, par exemple de 700 (figures 2 et 3) , disposée de préférence au fond d'un puits 12 et dans laquelle est découpée une boutonnière 9 comportant une partie élargie au bas de la surface inclinée, et une partie rétrécie 10 située plus haut sur la paroi inclinée, avec le fond de la boutonnière placé au dessus du centre de gravité de l'élément mobile A la deuxième extrémité du fil est formée une surépaisseur 11 de préférence pesante, qui passe facilement par la partie large de la boutonnière mais pas par la partie rétrécie Il est alors facile d'accrocher l'objet sur le fil, en présentant sous le fil le puits au fond duquel il y a la grande ouverture de la boutonnière; on soulève l'objet; la surépaisseur glissera alors naturellement sur le fond du puits suivant la ligne de plus grande pente et tombera dans la base large de l'ouverture; on déplace l'élément mobile pour amener la surépaisseur sous la partie rétrécie, et on laisse pendre l'élément qui se centre automatiquement La surépaisseur peut être un élément métallique tel qu'une petite cosse, ou un plomb de pêche, serti sur l'extrémité du fil La suspension, qui est la partie la plus délicate du dispositif, est ainsi optimisée en efficacité et en coût. L'accrochage est aisé, simple et ne nécessite aucun outil ni manipulation directe du fil. Dans une forme de réalisation complètement autonome, le moteur avec la cellule et le fil attaché à son axe, est monté à l'extrémité d'un corps cylindrique transparent 15, l'axe vers le cylindre, et le cylindre est posé avec le moteur en haut L'élément mobile tourne dans le cylindre Il est protégé des courants d'air, de la poussière, et le tout peut être déplacé facilement Un tel cylindre peut avantageusement avoir une section ronde (l'invention englobant les cylindres au sens large) d'un diamètre de 12 à 20 cm et d'une hauteur de 25 à 50 cm Bien entendu, d'autres dimensions, même assez différentes, sont possibles dans le cadre de la présente invention. Le corps cylindrique peut être extrudé et posséder une rigidité propre Selon l'invention, ses extrémités sont obturées par des coupelles dont l'utilité va maintenant être expliquée, et qui pourraient éventuellement servir à assurer la rigidité du cylindre s'il ne l'était pas assez. Une coupelle supérieure 16 (figure 3) est formée pour être engagée dans l'extrémité supérieure du corps cylindrique, pour recevoir la cellule photovoltaïque 2 et le moteur l. Une coupelle inférieure 17 formée pour s'emboîter dans le corps cylindrique à l'autre extrémité, et avec un pointeau 18 s'étendant vers le haut au centre. Les coupelles peuvent être collées ou soudées au cylindre par ultrason ou par point, ou tout simplement emboîtées avec des butées de position périphériques ( 1 6 A figure 3). Dans le cas o l'élément mobile est un cylindre porte affiche, il doit être très léger et est avantageusement rigidifié par deux flasques 20 supérieur et 21 inférieur, qui également peuvent être collés ou soudés par ultrason ou par point et être munis de butées de position. Le flasque supérieur 20, qui peut être réalisé par déformation par dépression, est formé avec la surface inclinée 8 dans laquelle est perforée la boutonnière 9 Il peut être rigidifié en outre par des nervures Dans la forme de réalisation représentée, la surface 8 se trouve au fond d'une cavité à parois cylindriques Afin de faciliter la perforation de la surface 8, les parois de la cavité peuvent être coniques. Le flasque inférieur 21, en dehors des rainures de rigidification, est formé avec un organe 22 en correspondance avec un organe de centrage 18 formé sur la coupelle inférieure 17, pouvant être une ouverture ou un creux 22 correspondant au pointeau 18 avec un léger jeu Ce centrage permet d'accepter un défaut de verticalité du dispositif jusqu'à 6 ou 8 , et en outre, il empêche le cylindre intérieur de venir se rapprocher ou de se coller contre le cylindre extérieur sous l'effet électrostatique Le frottement ou le couple de freinage qui en résulterait ne permettrait plus au cylindre intérieur de tourner. Dans un but d'information ou de publicité, on enroule une feuille légère autour du cylindre intérieur Il peut comporter des surfaces autocollantes pour faciliter ceci, en particulier une bande en haut et une bande en bas. Le cylindre extérieur peut, pour des raisons d'abord esthétiques, être muni en haut et en bas de bandeaux horizontaux non transparents, pour cacher les parties techniques: suspensions, moyens de centrage, et fournir une surface d'information qui complète l'information mobile. L'utilisation d'un moteur d'horlogerie dispense de l'étude et de la fabrication d'un moteur spécial Toutefois, un moteur d'horlogerie sera avantageusement modifié dans les conditions et pour les raisons suivantes. On utilisera l'axe de sortie de l'aiguille des secondes, qui fait un tour complet en une minute, pas à pas à chaque seconde Cependant, un tour par minute peut être lent 6 2658708 pour le but recherché La démultiplication sera donc modifiée en vue d'avoir une vitesse un peu plus rapide, de lordre de 3 tours/minute ou davantage, par exemple 9. Soit un tour en 20 secondes pour 3 tours/minute, ce qui est une durée favorable pour retenir l'attention d'un passant En outre, si l'on doit présenter un message lisible (figure 1), il est très préférable que l'affiche tourne vers la gauche de l'observateur, suivant le flèche F de la figure 1 Le moteur sera alors modifié pour tourner en sens inverse d'un moteur usuel de pendule. Dans l'exemple décrit, pour faire tourner un objet d'environ l O Og, les impulsions électriques faisant avancer le moteur requièrent une intensité que la cellule ne pourra fournir avec les dimensions limitées en rapport avec la mobilité du dispositif. Selon l'invention, le circuit de commande électrique (figure 4) qui est placé entre la cellule et le moteur, comporte un condensateur 25 qui accumule l'électricité pendant que le moteur ne tourne pas (environ 1/3 seconde) et libère une impulsion sur commande, pour faire avancer le moteur d'un pas (un demi tour du rotor). On sait que les conditions d'éclairement peuvent varier dans des proportions considérables Il faut que l'appareil selon l'invention puisse fonctionner en pratique chaque fois qu'on peut le voir, c'est-à-dire quand l'éclairement est de l'ordre de 150 à 300 lux, éventuellement aussi peu qu'environ 100 lux Si l'appareil est placé dans la vitrine d'un magasin, il peut être exposé aux rayons du soleil L'éclairement passe alors à des valeurs de l'ordre de 100 000 lux La tension développée pourrait détruire le moteur. Conformément à une caractéristique de la présente invention, afin de préserver le moteur, le circuit électrique est protégé par au moins un élément à seuil Sur la figure 4, on a représenté deux diodes électroluminescentes 26, 27 On sait qu'une telle diode a un seuil de 1,73 volts On aura donc ainsi un seuil d'environ 3,5 volts Ceci est très avantageux pour protéger un moteur alimenté normalement sous 3 volts En éclairement réduit, 150 lux par exemple, la tension fournie suffit pour faire tourner l'appareil En cas de soleil, la tension dépasse de beaucoup 3,5 volts, les diodes laissent alors passer l'excédent Le moteur est protégé. Dans la variante de la figure 5, le poids de l'objet rotatif 29 n'est pas appliqué au moteur, mais est supporté, par l'intermédiaire du roulement à bille 30, par la structure fixe Dans cette réalisation, le moteur I est supporté par une coupelle supérieure 31, montée sur le cylindre extérieur transparent 15 La coupelle supporte aussi le générateur 32 La coupelle est formée avec une jupe 33 sur laquelle est emmanchée une douille 34 munie d'un collet intérieur 35 à l'extrémité opposée Le roulement 30 repose sur ce collet et y est calé Il peut s'agir d'un roulement à bille comme on en trouve dans le commerce, avec des billes d'un très faible diamètre de 0,3 à 2 mm pour minimiser les frottements de roulement La partie centrale 36 du microroulement est solidaire d'un crochet 37 qui la traverse et est prolongé de l'autre côté par une tige 38 L'objet 29 est suspendu au crochet 37 et est donc porté, par l'intermédiaire du roulement à bille 30, de la douille 34 et de la coupelle 31, par le cylindre 15 On peut donc envisager dans ce mode d'application de l'invention des charges plus importantes, comme par exemple 2 kg ou davantage Pour une charge supérieure à 1 kg, la fixation conforme à l'invention n'assure plus la suspension de l'objet, mais seulement l'entraînement en rotation et la régularisation du mouvement L'axe 3 du moteur est fixé à une première extrémité d'un fil 40 par un premier manchon 41 et la seconde extrémité du fil est fixée par un second manchon 42 à la tige 38 du crochet Le fil 40 n'assure plus que la transmission et la régularisation du couple de rotation. Pour des poids compris entre 1 et 2 kg, il sera possible de supprimer le crochet en prolongement de la tige 38 et de suspendre l'objet par un fil mis bout à bout avec le prolongement rectiligne de la tige 38 qui se comportera comme un axe moteur, et manchonner selon l'invention le fil de suspension sur cet axe moteur par plusieurs gaines retractables superposées ou une gaine plus résistante. Revendications: I. Dispositif de présentation comportant un élément mobile entraîné en rotation par un moteur électrique à très faible consommation ( 1), alimenté en énergie électrique par une source de faible puissance, notamment une cellule photovoltaïque ( 2) et/ou une pile, le moteur ayant un axe d'entraînement vertical orienté vers le bas, et l'élément mobile étant suspendu à l'axe moteur par un fil souple ( 5), caractérisé en ce qu'une première extrémité du fil de suspension est connectée à l'axe moteur par un manchon retractable ( 6) recouvrant le bout de raxe moteur et ladite première extrémité du fil. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1 ' élément mobile comporte pour son accrochage au fil de suspension une paroi ( 8) dans laquelle est découpée une ouverture ( 9) en forme de boutonnière, et le fil présente une surépaisseur ( 1 1) à sa seconde extrémité opposée à l'axe moteur, de dimension supérieure à la partie mince ( 10) de la boutonnière. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surépaisseur à la seconde extrémité est un élément métallique tel qu'une cosse ou une bille de plomb (I) fendue resserrée sur l'extrémité du fil. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la paroi ( 8) portant l'ouverture est inclinée et l'ouverture est rétrécie vers le haut, notamment une ouverture triangulaire ( 9) avec un sommet en haut, prolongée par un encoche ( 10) permettant un autocentrage, c'est-à-dire le fond de l'encoche est centré. 5 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la paroi ( 8) est disposée au fond d'un puits ( 12). 6. Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil ( 5) est un fil non tordu, de préférence tressé. 7. Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moteur ( 1) et la source telle que la cellule ( 2) sont placés à la partie supérieure d'un cylindre transparent ( 15), comportant à sa partie inférieure une coupelle ( 17) pouvant servir au maintien de la forme dudit cylindre, caractérisé en ce que la coupelle est formée avec un organe de centrage ( 18) prévu pour coopérer avec un organe correspondant ( 22) prévu sur rélément mobile. 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'organe de centrage de la coupelle est un pointeau ( 18) et l'organe correspondant sur l'élément mobile est une ouverture ( 22) de dimension adaptée. 9. Dispositif selon une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que l'élément mobile est un cylindre vertical ( 4) pouvant recevoir une affiche, avec un flasque ( 20) à chaque extrémité, le flasque de l'extrémité supérieure comportant ladite paroi avec une ouverture. 10. Dispositif selon la revendication 9 rattachée à la revendication 8, caractérisé en ce que le flasque ( 21) de l'extrémité inférieure dudit cylindre comporte une ouverture centrale ( 22) adaptée audit pointeau avec un jeu permettant le fonctionnement malgré une légère inclinaison de l'axe du cylindre extérieur, et de minimiser le freinage électrostatique. 11. Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur ( 1) est prévu pour tourner en sens inverse d'un moteur usuel de pendule. 12. Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur est commandé par un circuit électronique qui est protégé contre les surtensions par une régulation comportant au moins une diode ( 26, 27) à seuil notamment électroluminescente. 13 Dispositif selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur est commandé par un circuit électronique qui comporte un condensateur ( 25) en parallèle sur la source pour stocker l'énergie entre deux impulsions. 14. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde extrémité du fil souple ( 40) est fixée par un deuxième manchon rétractable ( 42) à l'extrémité de la tige d'un crochet supporté par un roulement, porté par la structure fixe du dispositif.