Brevet FR2704196A1 — publié le 19941028

Dispositif mobile sous l'action du vent, en particuller char éolien L'invention concerne un dispositif mobile sous l'action du vent, en particulier un char muni de roues et capable de se mouvoir sur le sol sous l'action du vent. On connaît déjà les chars à voile comportant un châssis équipé de roues non motrices et d'une voilure permettant le déplacement du char sous l'action du vent. L'invention propose un dispositif mobile sous l'action du vent ayant une structure et une conception différente de celle d'un char à voile et fonctionnant selon un principe radicalement différent. Un but de Invention est de proposer un dispositif capable de remonter contre le vent, c'est à dire dans une direction parallèle à celle du vent mais en sens contraire, ce qui n'est absolument pas possible pour un char à voile. L'invention a également pour but de proposer un dispositif ayant une structure à la fois simple et rigide et permettant, selon sa dimension, soit de transporter une personne, soit de constituer un jouet éventuellement facilement réalisable sous forme de kit. Selon une caractéristique générale du dispositif selon l'invention, celui-ci comprend un châssis équipé de moyens moteurs pour son déplacement et entraînés par des moyens d'entraînement actionnables par le vent quelle que soit la direction du vent. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les moyens d'entraînement comportent un moyen de capture du vent, lié au châssis, et animé d'un mouvement prédéterminé sous l'action du vent, ainsi que des moyens d'orientation, sensibles à la direction du vent, et reliés au moyen de capture pour orienter celui-ci sensiblement contre le vent, de sorte que le dispositif puisse remonter contre le vent. Une telle structure de dispositif lui permet de façon surprenante d'accélérer- lors de son mouvement de déplacement contre le vent. Le châssis est de préférence équipé d'au moins trois roues, dont l'une au moins est motrice et entraînée par les moyens d'entraînement, et dont rune au moins est directrice. Le moyen de capture du vent peut comporter une hélice ou analogue, tandis que les moyens d'entraînement sont aptes à convertir le mouvement de rotation de l'hélice en un mouvement de rotation de la roue motrice et comportent un arbre d'entraînement -de la roue motrice réalisé en un matériau capable de torsion. On obtient ainsi un démarrage aisé du dispositif ainsi qu'une souplesse de la structure. Le dispositif peut comprendre deux roues motrices à l'avant et une roue directrice à l'arrière. Les roues motrices peuvent être du type roue libre. Il est généralement possible de prévoir que les moyens d'entraînement comportent un différentiel relié aux deux arbres d'entraînement des deux roues motrices. La roue directrice est alors avantageusement montée folle et les moyens d'orientation comportent un empennage lié au châssis ainsi qu'à la roue directrice. Selon une autre variante de l'invention, la roue motrice peut être également directrice. Dans ce cas, la roue directrice et motrice est avantageusement montée à l'arrière du châssis et les moyens d'orientation comportent un empennage lié au châssis, et lié à la roue motrice et directrice par un système d'engrenage. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation nullement limitatif de l'invention et illustré sur les dessins annexés sur lesquels - les figures 1 et 2 illustrent schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention équipé de deux roues motrices à l'avant et d'une roue directrice folle à carrière, - la figure 3 est une vue de dessus en coupe d'une partie du châssis du dispositif de la figure 1, - la figure 4 est la coupe IV-IV de la figure 3, - les figures 5, 6a et 6b illustrent plus en détails trois variantes Qe réalisation de l'extrémité du châssis, - la figure 7 est une vue en coupe schématique d'une variante de réalisation avec différentiel, - les figures 8 et 9 illustrent deux cinématiques du mouvement du dispositif sous l'action du vent, - les figures 10 et 11 illustrent schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention équipé d'une roue arrière à- la fois motrice et directrice, - la figure 12 illustre plus en détails la structure de commande la roue arrière directrice et motrice, et - la figure 13 illustre plus en détails le fonctionnement et l'orientation de la roue arrière directrice et motrice. Tel qu'illustré sur les figures 1 et 2, le dispositif 1 comporte un châssis 2 équipé de deux jambes avant inclinées 3 et 4 reliées entreelles par une portion supérieure horizontale 5 dont dépend également un cadre arrière 9 sur lequel est fixée une voilure d'empennage 10, éventuellement ajourée afin de déplacer le point d'application de la résultante des forces du vent vers l'arrière du char ce qui permet d'augmenter la sensibilité aux changements de cap. Ce châssis est équipé de trois roues 14, 15 et 16. La roue arrière 14 est montée, par l'intermédiaire d'une patte de fixation 13, folle en rotation autour dtun axe vertical 12 décalé par rapport à l'axe de rotation de la roue 14 et perpendiculaire à celui-ci. Cet axe 12 est monté sur une partie inférieure 11 du cadre 9, et par conséquent lié à l'empennage 10. Un moyen de capture du vent, tel qu'une hélice 7 à axe horizontal et équipée de pales 8 orientables, est fixé sur la partie supérieure 5 du châssis. Des moyens de transmission, non représentés sur ces deux figures, permettent de convertir le mouvement de rotation de l'hélice en un mouvement de rotation des deux roues motrices avant 15 et 16 afin de déplacer le dispositif. Les figures 3 et 4 illustrent plus en détail une partie des moyens de transmission. Ceux-ci comportent tout d'abord l'axe de liaison horizontal 17 de l'hélice 7 munie en son extrémité libre d'un pignon denté conique 18 coopérant avec un autre pignon denté conique 19 d'axe perpendiculaire à celui du pignon 18 et logés dans un capot de protection 6. La rotation du pignon 19, provoquée par celle du pignon 18 sous l'action du mouvement rotatif de l'hélice, permet l'entraînement en rotation de deux portions d'arbres d'entraînement 20 et 21 s'étendant respectivement dans les deux jambes inclinées 4 et 3 de la partie avant du châssis. Ces deux portions d'arbres 20 et 21 sont respectivement reliées, par l'intermédiaire de deux liaisons de type cardan 22 et 23 à deux autres arbres d'entraînement 24 et 25 des deux roues motrices 16 et 15. Tel qu'illustré sur la figure 5, l'extrémité de l'arbre d'entraînement 24 de la roue motrice 16 est reliée à une portion terminale 27 par l'intermédiaire d'une autre liaison à cardan 26. Cette portion terminale 27 est reliée à un dispositif de roue libre 28 inséré dans la roue 16, celle-ci étant solidaire de la jambe 4 par l'intermédiaire d'un écrou 29 faisant office de butée et séparé de la face externe de la roue par un jeu fonctionnel j. Le système de roue libre 28 utilisé ici est un système classique bien connu de l'homme du métier qui permet à la roue 16 d'être entraînée en rotation par l'intermédiaire des différents arbres d'entraînement des moyens de transmission. Par contre, la rotation de la roue 16 autour de son axe ne provoque pas de rotation des différents arbres d'entraînement autour de leurs axes propres. Ce système de roue libre permet, comme on le verra plus en détail ci-après, le pivotement du char tantôt sur la roue motrice droite tantôt sur la roue motrice gauche lors d'un changement de cap. Alors que le mode de réalisation de la figure 5 prévoit une roue à axe horizontal, il est possible de prévoir, de façon plus simple, comme illustré sur la figure 6a, une roue 116 inclinée par rapport au sol. Sur cette figure, les éléments analogues ou ayant des fonctions analogues à ceux représentés sur la figure 5 ont des références augmentées de 100 par rapport à celles qu'ils avaient sur cette figure 5. Une telle variante de réalisation permet de s'affranchir du joint de cardan 26 ce qui simplifie considérablement la réalisation mécanique du dispositif. n est encore plus avantageux de prévoir une roue conique 1 16b telle qu'illustrée sur la figure 6b. Une telle roue comporte un support articulée SU en équerre aux deux extrémités duquel est fixé à 45 degrés le pneu. Une telle configuration de roue permet une répartition idéale des charges radiales et axiales et améliore encore l'adhérence du dispositif sur le sol. La figure 7 illustre schématiquement une variante de réalisation à différentiel à la place de la variante de réalisation à roue libre. Sur cette figure, les éléments analogues ou ayant des fonctions analogues à ceux représentés sur la figure 3 ont des références augmentées de cent par rapport à celles qu'ils avaient sur cette figure 3. Seules les différences entre ces deux figures sont maintenant décrites. Un différentiel 30 est inséré entre les deux portions d'arbre 120 et 121 ce qui permet à ces deux portions d'arbre de tourner à des vitesses différentes et/ou selon des sens opposés, ce qui permettra, comme on le verra plus en détails ci-après l'orientation du char dans le vent. Bien entendu, dans le cas d'une telle réalisation à différentiel, l'écrou 29 de la figure 5 ou l'écrou 129 de la figure 6 a cette fois ci une fonction de serrage et non de butée. Le jeu fonctionnel j n'existe donc plus. La figure 8 illustre la cinématique d'orientation du dispositif par rapport au vent, dans le cas d'une variante de réalisation à différentiel. On suppose ici que dans la position de départ P1, le dispositif est de travers au vent V. Sous l'action de ce dernier, la roue directrice arrière 14 s'oriente, grâce au mouvement d'orientation de l'empennage 10, (position P2 et P3) et le dispositif pivote autour du point O, les deux roues avant 15 et 16 pouvant tourner en sens opposé sans entraîner l'hélice. Lorsque le dispositif, et par conséquent l'hélice, se trouvent face au vent (position P4), l'hélice est entraînée en rotation par le vent. Les roues motrices 15 et 16 permettent alors au dispositif de remonter au vent, la roue directrice arrière 14 s'orientant naturellement dans le vent par l'intermédiaire de l'empennage. En outre, il est remarquable de constater que plus le dispositif remonte dans le vent, plus l'hélice tourne rapidement car le vent relatif s'ajoute au vent absolu ce qui conduit donc à une accélération du dispositif contre le vent, jusqu'à bien entendu une vitesse limite. Par ailleurs, au moins les arbres d'entraînement 24 et 25 qui sont les éléments les plus longs des moyens de transmission sont réalisés en un matériau à la fois rigide et capable de torsion, par exemple en nylon rigide ou en acier souple. ns permettent un démarrage aisé e l'hélice en raison de leur capacité à la torsion. En d'autres termes, le déphasage en rotation de l'hélice (c'est à dire sa rotation sans provoquer de rotation des roues) est obtenu grâce à la capacité de torsion des arbres d'entraînement. Par ailleurs, l'énergie emmagasinée par l'arbre d'entraînement alors que le dispositif est encore statique, est restituée dès que celui-ci s'anime, provoquant ainsi une première accélération anticipant celle proposée par le vent à l'hélice. D'une façon générale on choisira avantageusement un choix de matériau souple pour les arbres d'entraînement conduisant à un déphasage compris entre environ 10 degrés et 45 degrés. La figure 9 illustre la cinématique d'orientation du dispositif contre le vent avec un système à roue libre. Sous l'action du vent V, le dispositif pivote autour du point Ol situé au niveau de rune des roues, ici par exemple la roue 16. La roue opposée peut alors tourner librement dans le sens d'avancement du dispositif sans entamer l'hélice. La roue arrière directrice 14 suit naturellement le mouvement par un pivotement selon son axe vertical ce qui conduit à la position P3 d'orientation face au vent. Des essais concluants ont été réalisés avec un dispositif à deux roues motrices libres de diamètre 55 mm, ayant un empattement de 470 mm et une hélice d'un diamètre de 440 mm avec des pales de largeur 48 mm et de longueur 195 mm. L'inclinaison des pales est variable et le rapport tour hélice/ tour roue est égal à 1. Ce dispositif d'un poids de 263 grammes est réalisé en tubes de laiton de diamètre 2 et 1 mm soudés, carrossé en feuilles de balsa peintes et vernies. L'empennage est réalisé en tube d'aluminium et soie tendue. Les roues sont en caoutchouc creux. Les pales sont en balsa nervuré et rigidifiées par un tube laiton. La transmission est assuré par deux pignons coniques en acier laitonné de diamètre 10 mm et deux cardans homocinétiques. L'arbre d'entraînement est en matière synthétique de diamètre extérieur de 1,8 mm et intérieur de 1 mm (soit une section de 1,75 mm2) serti dans des paliers en tube de laiton. La longueur (200 mm)de l'arbre d'entraînement autorisé un déphasage en rotation de l'hélice d'environ 30 degrés. Les figures 10 à 12 illustrent schématiquement une autre variante de réalisation du dispositif selon Invention dans laquelle la roue arrière est directrice et motrice. Sur ces figures, les éléments analogues ou ayant des fonctions analogues à ceux représentés sur les figures 1 à 7, ont des références augmentées de 200 par rapport à celles qu'ils avaient sur ces précédentes figures. Seules les différences entre ces figures sont maintenant décrites. Le châssis comporte une jambe arrière 209 à l'intérieur de laquelle s'étend un arbre d'entraînement 237 relié, par l'intermédiaire d'un cardan homocinétique 235, à un arbre avant 236 directement relié à l'axe de hélice 207. L'arbre 237 au moins est également réalisé en un matériau capable de torsion afin de faciliter le démarrage de l'hélice et par conséquent du dispositif. L'extrémité arrière de la jambe arrière 209 du châssis est munie d'une couronne dentée 234 coopérant avec un palonnier denté 233 solidaire de l'axe d'orientation vertical 232 de l'empennage 210, disposé dans un orifice d'une partie arrière 231 du châssis. A la jambe arrière 209 du châssis est liée une fourche 238 permettant de maintenir la roue arrière directrice et motrice 214. Comme illustré sur la figure 12, un roulement à bille 245 disposé entre la jambe arrière 209 du châssis et la fourche 238 permet la rotation de ces deux éléments l'un par rapport à l'autre. L'arbre d'entraînement 237 est solidaire, au voisinage de son extrémité, d'un pignon 240 coopérant avec un autre pignon 239 solidaire d'un axe de transmission 241 qui permet, par l'intermédiaire de deux pignons coniques 242 et 243 d'entraîner en rotation la roue motrice 214. La cinématique d'orientation du dispositif par rapport au vent est illustré sur la figure 13. L'empennage 10 ne dépasse pas un débattement maximum autorisé d. Lors du débattement de cet empennage, le palonnier denté agit sur l'inclinaison de la roue 214 de façon à permettre l'orientation du dispositif. Puis, lorsque l'hélice entraîne en rotation la roue 214, l'empennage s'oriente alors totalement dans le vent et la roue 214 suit ce mouvement pour prendre sa position illustrée sur la figure 13. Bien entendu, l'invention peut incorporer également d'autres variantes de réalisation. Les moyens d'entraînement (empennage et hélice) peuvent être orientables par rapport au châssis. Moyennant des moyens de guidage du châssis, le dispositif peut alors se déplacer dans n'importe quelle direction, en conservant l'hélice orientée face au vent. On peut prévoir comme moyen de capture du vent un anémomètre à axe vertical au lien d'une hélice à axe horizontal, moyennant bien entendu des moyens de transmission adéquats. Bien que les moyens d'orientation permettent une stabilisation du dispositif par rapport au vent et sa remontée dans le vent, ils ne sont pas réellement indispensables dans une variante de réalisation dans laquelle les moyens de capture du vent sont par exemple constitués d'un anémomètre à axe vertical Ce dernier peut être alors actionné par le vent quelle que soit la direction de ce dernier ce qui permet, moyennant des moyens de guidage du dispositif, un déplacement de ce dernier dans n'importe quelle direction et ce également dans n'importe quel sens (en avant ou en arrière avec une modification d'orientation de pales de l'anémomètre). ll est préférable d'utiliser un nombre de pales impair pour l'hélice ce qui permet de s'affranchir des effets indésirables de vibrations parasites Par ailleurs, la surface de l'empennage autorise aisément l'adaptation d'un capteur d'énergie solaire permettant l'alimentation éventuelle de moyens d'asservissement automatiques des éléments de commande (orientation des pales, direction du véhicule par rapport à celle du vent). REVENDICATIONS 1. Dispositif mobile sous l'action du vent, caractérisé par le fait qu'il comprend un châssis (2) équipé de moyens moteurs (15, 16, 17) entraîne-s par des moyens d'entraînement (7, 24, 25) actionnables par le vent quelle que soit la direction du vent. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens d'entraînement comportent un moyen de capture du vent (7), lié au châssis (2), et animé d'un mouvement prédéterminé sous l'action du vent, ainsi que des moyens d'orientation (10), sensibles à la direction du vent, et reliés au moyen de capture pour orienter le moyen de capture sensiblement contre le vent, de sorte que le dispositif puisse remonter contre le vent. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le châssis est équipé d'au moins trois roues (14, 15, 16) dont l'une au moins est motrice et entraînée par les moyens d'entraînement, et dont l'une au moins est directrice. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le moyen de capture du vent comporte une hélice (7) ou analogue, par le fait que les moyens d'entraînement sont aptes à convertir le mouvement de rotation de l'hélice en un mouvement de rotation de la roue motrice, et comportent au moins un arbre d'entraînement (24, 25) de la roue motrice réalisé en un matériau capable de torsion. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par le fait qu'il comprend deux roues motrices à l'avant (15, 16) et une roue directrice à l'artère (14). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les roues motrices sont du type roue libre. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens d'entraînement comportent un différentiel (30) relié aux arbres d'entraînement des deux roues motrices. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que les moyens d'orientation comportent un empennage (10) relié au châssis et à la roue directrice montée folle (14). 9. Dispositif selon des revendications 3 à 4, caractérisé par le fait que la roue motrice (214) est également directrice. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la roue directrice et motrice (214) est montée à l'arrière du châssis (209), par le fait que les moyens d'orientation comportent un empennage (210) lié au châssis ainsi qu'à la roue motrice et directrice (214) par un système d'engrenage (233, 234). 11. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 10, caractérisé par le fait que les roues avant (116 B) sont coniques.