Brevet FR2738939A1 — publié le 19970321

La présente invention concerne un véhicule miniature d'expérimentation à caractère pédagogique, c'està-dire permettant d'illustrer d'un point de vue pratique certains phénomènes physiques. Dans le domaine des jouets pédagogiques, on connaît des petits véhicules motorisés présentés sous forme de maquettes et permettant d'appréhender d'un point de vue pratique quelques connaissances physiques et technologiques rudimentaires. Ces véhicules miniatures sont généralement propulsés par un simple moteur électrique dont l'arbre de sortie est disposé parallèlement aux axes des roues, c'està-dire transversalement à la direction d'avancement du véhicule, et est relié à au moins une des roues par l'intermédiaire d'une transmission à pignons ou courroie. Par ailleurs, on souhaite en matière d'enseignement pouvoir illustrer concrètement d'autres modes de propulsion fondamentaux, tels que ceux à hélices ou par éjection de gaz. Or, il n'existe actuellement aucun dispositif permettant de mettre en oeuvre simplement et à des fins pédagogiques l'ensemble de ces différents modes de propulsion. Le but de l'invention est de concevoir un véhicule miniature permettant d' illustrer expérimentalement ces différents modes de propulsion. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit selon l'invention un véhicule miniature d'expérimentation à caractère pédagogique, comportant un châssis dans lequel sont ménagés des logements pour des moyeux de roue et un premier berceau disposé selon un axe transversal sensiblement orthogonal à une direction de déplacement du véhicule, agencé pour recevoir un moyen de propulsion du véhicule, comportant un second berceau disposé selon un axe longitudinal sensiblement orthogonal à l'axe du premier berceau, et agencé pour recevoir également un moyen de propulsion du véhicule. Ainsi, l'existence de deux berceaux d'axes orthogonaux permet non seulement d'illustrer le mode de propulsion classique par entraînement des roues en disposant dans le berceau transversal un moteur électrique dont l'arbre de sortie est relié aux roues par l'intermédiaire d'une transmission à pignons ou courroie, mais aussi de mettre en oeuvre d'autres moyens de propulsion en utilisant le berceau longitudinal. En particulier, ce berceau longitudinal peut recevoir un moteur électrique dont l'arbre de sortie, qui est sensiblement parallèle à la direction d'avancement, est equipé d'une hélice. De même, le berceau longitudinal pourra recevoir une buse d'éjection alimentée en gaz sous pression en vue d'assurer une propulsion du véhicule par éjection de gaz. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les premier et second berceaux sont adjacents et présentent chacun un profil en forme de U, un des berceaux possédant une branche dans laquelle est ménagé un logement également en forme de U formant une partie de l'autre berceau. Les deux berceaux sont alors imbriqués l'un dans l'autre, ce qui diminue l'encombrement en longueur du véhicule. De préférence encore, le châssis est réalisé en deux parties identiques démontables, comportant chacune des premier et second berceaux d'axes orthogonaux, et reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une plaque d'alimentation équipée de bornes d'alimentation et de bornes de sortie reliées d'une part aux bornes d'alimentation et d'autre part au moyen de propulsion. Avantageusement alors, chacune des deux parties identiques du châssis comporte un demi-cadre en forme de fourche ayant deux branches possédant chacune une glissière intérieure pour recevoir à coulissement la plaque d'alimentation, et la plaque d'alimentation est solidarisée à chaque demi-cadre par un moyen de verrouillage agencé pour être désengagé par flexion d'une branche adjacente du premier berceau du demi-cadre correspondant. Grâce à ces caractéristiques structurelles, la fabrication et le montage du châssis sont extrêmement commodes. Avantageusement enfin, la plaque d'alimentation est une carte à circuits imprimés et en ce que la liaison entre les bornes d'alimentation et les bornes de sortie est assurée par des circuits imprimés de cette carte, et cette plaque est équipée d'un interrupteur monté entre les bornes d'alimentation et les bornes de sortie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier et non limitatif, en liaison avec les figures en annexe, parmi lesquelles - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un véhicule miniature conforme à 1 invention - la figure 2 est une vue partielle en perspective éclatée du châssis du véhicule miniature de la figure 1, avant l'assemblage des deux parties identiques du châssis au moyen de la plaque d'alimentation - la figure 3 est une vue partielle en perspective du châssis assemblé - la figure 4 est une vue en perspective du véhicule assemblé, avec un moteur électrique disposé dans le berceau longitudinal pour entraîner le véhicule au moyen d'une hélice - la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 4,avec un moteur électrique disposé dans le berceau transversal pour entraîner les roues du véhicule par l'intermédiaire d'une transmission à courroies - la figure 6 est une vue analogue à celles des figures 4 et 5, avec une buse d'éjection disposée dans le berceau longitudinal et alimentée en gaz sous pression par un ballon en élastomère gonflé. En référence aux figures, le véhicule miniature d'expérimentation à caractère pédagogique comporte un châssis désigné par la référence générale 1 et représenté isolément aux figures 2 et 3. Ce châssis est ici réalisé en deux parties identiques 3 démontables et reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une plaque d'alimentation 5. Chaque partie 3 est ici réalisée en matière plastique moulée et comporte, pour sa liaison à la plaque 5, un demi-cadre 7 en forme de fourche dont chacune des branches 9 présente intérieurement une rainure 11 formant une glissière pour la plaque 5. La longueur des branches 9 est sensiblement égale à la moitié de la longueur de la plaque 5, de sorte que, lorsque les extrémités libres des branches 9 d'un demicadre sont plaquées contre celles de l'autre demi-cadre, les deux demi-cadres 7 forment un cadre fermé dont les dimensions intérieures sont ajustées aux dimensions du contour de la plaque 5. L'ensemble monté ainsi constitué présente la rigidité nécessaire pour les manipulations du véhicule. Par ailleurs, chacune des parties 3 du châssis 1 comporte un premier berceau 15 disposé selon un axe transversal 17 sensiblement orthogonal à une direction de déplacement D du véhicule. Le berceau transversal 15 est ici réalisé sous la forme d'un demi-cylindre ayant un profil en forme de U, avec une branche 19 adjacente aux demi-cadres 7 et une branche 21. En l'espèce, la branche 19 possède une extrémité libre dont une partie interne 20 est agencée en saillie pour former un cliquet de verrouillage. De plus, dans l'exemple illustré, cette branche 19 est équipée de deux plaquettes d'encliquetage 23 qui s'étendent perpendiculairement à la plaque 5 pour coopérer avec des lumières 25 de cette plaque pour assurer un verrouillage de cette plaque dans le fond du demi-cadre 7. Ce mode d'exécution permet de faciliter le montage et le démontage du châssis, dans la mesure où le moyen de verrouillage (constitué par les plaquettes 23 et les lumières 25) est agencé pour être désengagé par flexion de la branche adjacente 19 qui assure alors une fonction supplémentaire d'organe de manoeuvre. Chaque partie 3 comporte également un second berceau 27 d'axe longitudinal 29 sensiblement orthogonal à l'axe 17 du berceau transversal 15. En l'espèce, le berceau longitudinal 27 présente un profil en forme de U et comporte une partie 31 constituée par un logement cylindrique également en forme de U, d'axe 29, ménagée dans la branche 21 du berceau transversal 15, et une seconde partie 33 constituée par un logement cylindrique d'axe 29 ménagée dans la partie concernée du châssis. En outre, deux pattes élastiques 35 à extrémités en forme de cliquet sont disposées entre les deux parties 31 et 33 du berceau 27. Comme cela est mieux visible à la figure 1, chacune des parties 3 présente deux logements cylindriques 41 disposés selon un axe commun 43 parallèle à l'axe 17 du berceau transversal 15, et destinés à recevoir chacun un moyeu de roue 45. Les moyeux 45 sont ici constitués par des roulements à billes, mais ils pourront bien entendu être réalisés sous toute autre forme, comme par exemple sous forme de coussinets. Les roulements 45 sont traversés par un arbre d'essieu 47 qui est ici réalisé sous forme d'une tige filetée. Un premier écrou 49 est vissé sur la tige filetée 47 et vient en appui contre la bague intérieure du roulement 45, de sorte qu'il est possible d'exercer au moyen de cet écrou une précontrainte ajustable sur le roulement 45. Une roue 51 présentant une gorge périphérique 53 est montée sur chacune des extrémités de la tige 47 en appui contre l'écrou 49 correspondant. Une poulie 55 présentant une gorge périphérique 56 est montée sur chacune des extrémités de la tige 47 en appui contre la face extérieure de la roue 51 correspondante. L'ensemble formé par la roue 51 et la poulie 55 est immobilisé en rotation sur la tige 47 au moyen d'un second écrou 57 qui est vissé sur l'extrémité correspondante de la tige 47, en appui contre la face extérieure de la poulie 55, pour assurer un bridage de la roue 51 de la poulie 55 entre les écrous 49 et 57. La plaque d'alimentation 5 est ici constituée par une plaque à circuits imprimés équipée d'un moyen d'alimentation qui, dans l'exemple illustré à la figure 1 est constitué par un boîtier adaptateur 61 destiné à recevoir des piles P et comportant extérieurement des bornes de raccordement 63 agencées pour être connectées à des bornes d'alimentation correspondantes 65 ménagées sur la plaque d'alimentation 5. Ces bornes 65 sont reliées au moyen d'un circuit imprimé (non visible sur les figures) à un interrupteur 67 qui équipe la plaque d'alimentation 5 et qui est relié, par l'intermédiaire d'un autre circuit imprimé (non visible sur les figures), à des bornes de sortie 69 du type pour prise jack.On notera en outre que les bornes dali- mentation 65 peuvent aussi être raccordées directement à une pile classique (ici une pile 9 V) schématisée en traits mixtes et désignée par la référence P'. Par ailleurs, la plaque 5 est également équipée d'une borne d'alimentation externe 71 destinée à être raccordée à une fiche de raccordement classique (non représentée) équipant l'extrémité d'un câble (non représenté) relié à une source électrique extérieure (non représentée). La motorisation du véhicule peut être réalisée de différentes manières grâce à la structure à double berceau selon l'invention. A la figure 1, on a représenté un moteur électrique 73 prêt à être placé dans le berceau longitudinal 27, de telle sorte que son arbre de sortie, qui est équipé d'hélices 75 s'étende selon l'axe longitudinal 29 de ce berceau. Cette configuration sera mieux expliquée ultérieurement en référence à la figure 4. De manière différente, il est également possible de disposer le moteur 73 dans le berceau transversal 15, comme cela est schématisé en traits mixtes à la figure 1. L'arbre de sortie de ce moteur s'étend alors selon l'axe transversal 17 de ce premier berceau. Cette configuration sera mieux décrite ultérieurement en référence à la figure 5. A la figure 4, on a représenté une première configuration d'utilisation du véhicule qui vient d'être décrit. Dans cette configuration, le moteur 73 est placé dans le berceau longitudinal 27 d'une des deux parties du châssis, de sorte que son arbre de sortie s'étend selon l'axe longitudinal 29, c'est-à-dire parallèlement à la direction d'avancement A du véhicule. Le moteur 73 est maintenu dans le berceau 27 par les pattes élastiques 35 à extrémité en forme de cliquet, de sorte que le montage ou le démontage du moteur s'effectue par simple encliquetage ou désencliquetage. Le moteur 73 assure ici une propulsion du véhicule au moyen des hélices 75 qui équipent son arbre de sortie. Les roues 51 ne sont pas motrices et ne sont ici destinées qu'à permettre le déplacement du véhicule avec un frottement minimum. Les bornes du moteur 73 sont raccordées à un câble unique à deux conducteurs 76 dont l'extrémité opposée est équipée d'une fiche de raccordement 77 du type jack connectée à l'une des bornes de sortie 69 de la plaque d'alimentation 5. En outre, l'autre borne 69 est prévue pour alimenter, par l'intermédiaire d'un câble 78 équipé d'une fiche de raccordement 79 du type jack connectée à cette borne, un second moteur monté dans l'un des berceaux de l'autre partie du châssis, ou une lampe d'éclairage, ou encore un oscilloscope de mesure, etc. Les bornes 69 sont par ailleurs alimentées, via l'interrupteur 67, par la pile P' (représentée en traits mixtes à la figure 1) dont les bornes sont raccordées aux bornes d'alimentation 65 de la plaque 5. Avec cette configuration, il est possible de réaliser différentes expériences et mesures relatives à la propulsion par hélices. A la figure 5, on a représenté une seconde configuration d'utilisation du véhicule. Le moteur 73 est alors disposé dans le berceau transversal 15, de telle sorte que son arbre de sortie s'étende selon l'axe transversal 17 de ce berceau, c'est-à-dire sensiblement transversalement à la direction d'avancement D du véhicule. Le moteur 73 est maintenu dans le berceau 15 par le cliquet 20 ménagée en extrémité de la branche 19 de ce berceau. Le montage et le démontage du moteur 73 s'effectue ainsi par simple encliquetage ou désencliquetage, grâce à l'élasticité propre des branches 19 et 21 du berceau 15. L'arbre de sortie du moteur 73 est équipé d'un rouleau d'entraînement 81 autour duquel est disposé une courroie d'entraînement 83 engagée par ailleurs dans la gorge périphérique 53 d'une des roues 51. Le moteur 73 assure ainsi l'entraînement en rotation de cette roue et, par suite, de l'arbre 47 dont les roues 51 sont solidaires. Une seconde courroie d'entraînement 85 est engagée d'une part dans la rainure périphérique de la poulie 55 qui est accolée à la roue 51 entraînée par le moteur 73, et d'autre part dans la gorge de la poulie 55 qui est située du même coté du véhicule et qui est solidaire de l'arbre 47 associé à l'autre partie 3 du châssis 1. On obtient ainsi dans cette configuration un véhicule à quatre roues motrices entraîné par l'intermédiaire d'une transmission à courroies au moyen d'un moteur électrique disposé transversalement. L'alimentation de ce moteur est par ailleurs réalisée au moyen d'un câble 76 identique au câble de même référence illustré à la figure 4. Ce câble est comme précédemment connecté à l'une des bornes de sortie 69 de la plaque d'alimentation 5 et alimenté, via l'interrupteur 67, par le boîtier 61 qui est équipé des piles P et qui est raccordé par ses bornes extérieures 63 aux bornes d'alimentation 65 de la plaque 5. A la figure 6, on a représenté une troisième configuration d'utilisation du véhicule. La propulsion du véhicule est ici réalisée par éjection de gaz, au moyen d'une buse d'éjection 87 présentant une surface extérieure cylindrique dont le diamètre est voisin de celui du moteur 73 utilisé précédemment. Cette buse 87 est disposée dans le berceau longitudinal 27 et présente, à son extrémité opposée au berceau transversal 15, deux orifices d'éjection 89. L'extrémité de la buse 87 qui est adjacente au berceau transversal 15 est quant à elle raccordée à une source d'alimentation en gaz sous pression qui est ici constituée par un simple ballon en élastomère 91 gonflé d'air. Avec cette configuration, il est possible de mettre en évidence de manière très simple la propulsion par éjection de gaz, et plus généralement par éjection de masse. Comme précédemment, la buse 87 est maintenue dans le berceau longitudinal 27 par les pattes 35. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être illustrés, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles de l'invention. REVENDICATIONS 1. Véhicule miniature d'expérimentation à caractère pédagogique, comportant un châssis (1) dans lequel sont ménagés des logements (41) pour des moyeux de roue (45) et un premier berceau (15) disposé selon un axe transversal (17) sensiblement orthogonal à une direction de déplacement (D) du véhicule, agencé pour recevoir un moyen de propulsion (73) du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un second berceau (27) disposé selon un axe longitudinal (29) sensiblement orthogonal à l'axe (17) du premier berceau (15), et agencé pour recevoir également un moyen de propulsion (73, 87) du véhicule. 2. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second berceaux (15, 27) sont adjacents et présentent chacun un profil en forme de U, un des berceaux (15) possédant une branche (21) dans laquelle est ménagé un logement (31) également en forme de U formant une partie de l'autre berceau (27). 3. Véhicule selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le châssis (1) est réalisé en deux parties identiques (3) démontables, comportant chacune des premier et second berceaux (15, 27) d'axes (17, 29) orthogonaux, et reliées l'une à l'autre par l'intermédiaire d'une plaque d'alimentation (5) équipée de bornes d'alimentation (65, 71) et de bornes de sortie (69) reliées d'une part aux bornes d'alimentation (65, 71) et d'autre part au moyen de propulsion (73). 4. Véhicule selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacune des deux parties identiques (3) du châssis (1) comporte un demi-cadre (7) en forme de fourche ayant deux branches (9) possédant chacune une glissière intérieure (11) pour recevoir à coulissement la plaque d'alimentation (5). 5. Véhicule selon la revendication 4, caractérisé en ce que la plaque d'alimentation (5) est solidarisée à chaque demi-cadre (7) par un moyen de verrouillage (23, 25) agencé pour être désengagé par flexion d'une branche adjacente du premier berceau (15) du demi-cadre correspondant. 6. Véhicule selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la plaque d'alimentation (5) est une carte à circuits imprimés et en ce que la liaison entre les bornes d'alimentation (65, 71) et les bornes de sortie (69) est assurée par des circuits imprimés de cette carte. 7. Véhicule selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la plaque d'alimentation (5) est équipée d'un interrupteur (67) monté entre les bornes d'alimentation (65, 71) et les bornes de sortie (69).