La présente invention a pour objet un dispositif pour chauffer et agiter un liquide comprenant un réservoir de liquide.
Jusqu'ici il était nécessaire d'avoir recours pour des appareils du genre petite machine à laver ou autres dispositifs de nettoyage à des moyens séparés pour chauffer et agiter le liquide, le chauffage étant obtenu au moyen d'une résistance électrique soit immergée dans ledit liquide, soit disposée sous le récipient contenant le liquide. tandis que l'agitation était par exemple réalisée par des vibrations mécaniques transmises au réservoir contenant le liquide ou par un batteur ou une hélice commandée par un moteur extérieur au liquide.
Ce double dispositif est désavantageux principalement quand il s'agit de petits volumes de liquide comme c'est le cas pour le nettoyage de petits articles ou de petites piéces comme par exemple dans le cadre du domaine de l'hygiéne corporelle pour le nettoyage des prothéses dentaires. La pratique a prouvé qu'il était en effet très utile, pour avoir un nettoyage efficace, de simultanément chauffer et agiter le liquide dans lequel les articles à nettoyer sont immergés.
Le but de la présente invention est de créer un dispositif très simple et par conséquent bon marché pour simultanément chauffer et agiter un liquide. ce dispositif étant particulièrement adapté pour le nettoyage de petits articles ou de petites pièces comme par exemple pour des prothèses dentaires.
A cet effet. le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte un moteur à induction avec un stator supportant le réservoir et un induit à court-circuit qui constitue le rotor du moteur et qui est pourvu de pales de brassage, le rotor, complètement séparé mécaniquement du stator, étant monté tournant à l'intérieur du réservoir et entrainé en rotation, I'entrefer formé entre le stator et le rotor étant partiellement rempli par une partie de la paroi du réservoir en matériau amagnétique, et par le fait que le matériau avec lequel est constitué le rotor a une résistivité électrique telle qu'au moins 50osa de la puissance utile du moteur sera transformée en chaleur par des courants de Foucault.
Selon une forme préférée de l'invention le rotor est un induit massif à court-circuit ayant la forme d'un disque.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit d'exemples d'exécution de ce dispositif en référence aux dessins annexés dans lesquels:
La fig. I est une vue schématique en coupe d'une première forme d'exécution de ce dispositif.
La fig. 2 est une vue en bout du stator de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue schématique en coupe d'une deuxième forme d'exécution du dispositif.
La fig. 4 est une vue en coupe du stator selon IV-IV de la fig. 3.
Les fig. 5. 6, 7 représentent une première variante d'exécution du rotor magnétique selon la fig. 1.
Les fig. 8. 9. 10 représentent une deuxième variante d'exécution du rotor magnétique selon la fig. 1.
La fig. 1 I est une vue schématique d'une troisième variante d'exécution du rotor magnétique.
La fig: 12 est une vue en coupe d'une quatrième variante d'exécution du rotor magnétique.
On se réfère aux fig. 1 et 2.
Le dispositif comprend un moteur à induction monophasé asynchrone à bagues de court-circuit de déphasage dont le stator I forme support pour le récipient 2 de liquide et un induit massif à court-circuit formant le rotor 3 du moteur. Le stator 1 est constitué par un paquet de tôle feuilletée en forme de U dont les pôles la. lb asymétriques sont munis de bagues de courtcircuit 5a. 5b afin d'obtenir un champ tournant pour l'entrainement du rotor 3 et une bobine d'excitation 6 est montée entre les branches du fer à cheval. Le récipient 2 de liquide est posé sur les pôles la, lb du stator et le rotor 3. en forme de disque, est monté pivotant horizontalement à l'intérieur du récipient 2, de façon à être complètement immergé dans le liquide pour assurer le chauffage et l'agitation dudit liquide.
Dans ce but la face supérieure du rotor 3 est munie de pales 4 tandis que sa face inférieure est solidaire d'un axe de rotation vertical 7 qui est supporté dans un palier 8 formé dans la paroi inférieure 10 du récipient 2 à l'extérieur dudit récipient. Afin de fermer le circuit magnétique, le disque rotor 3 est en matériau magnétique de préférence inoxydable. Le disque 3 est par exemple en fer fritté recouvert d'une couche protectrice par exemple en matière plastique ou est entièrement en acier inoxydable de grande résistivité afin d'obtenir un échauffement maximum du disque par des pertes par courants de Foucault. Il faut en plus que le matériau magnétique constituant le rotor ait une faible perméabilité, ceci afin de permettre au flux d'induction alternatif de pénétrer le plus profondément possible dans le disque rotor 3.
On sait en effet que plus la perméabilité est faible, meilleure est la pénétration, c'est-à-dire plus l'épaisseur de la couche de peau (skin-effect) augmente.
Il ne faut toutefois pas avoir une résistivité dépassant une valeur maximale ou une perméabilité inférieure à un minimum car au-delà de ces valeurs le couple de rotation du disque rotor 3 devient insuffisant pour vaincre les frottements et le disque rotor 3 ne tourne plus. Etant donné la force d'attraction inévitable qui s'établit entre les pôles du stator I et le rotor 3, on prévoit pour pallier cet inconvénient, d'une part un axe de rotation 7 du rotor très robuste, et d'autre part une butée axiale 9 pour cet axe, ayant des frottements limités.
Les parois du récipient 2 sont en un matériau amagnétique et peuvent être non conductrices d'électricité, par exemple en matière plastique. Les parties 10a, 10b de la paroi inférieure 10 qui s'appuient sur les pôles la, lb du stator 1 sont amincies afin de réduire la largeur de l'entrefer. D'autre part. selon une forme préférée de l'invention, il est prévu des profilés 11 encadrant les parties amincies 10a, 10b entre lesquels se logent les pôles la, lb du stator afin d'assurer le positionnement et le maintien du récipient 2 sur ledit stator. Avec cette forme d'exécution. il est possible de disposer un tamis ou une grille au-dessus du disque rotor pour la réception des pièces à traiter.
On se réfère aux fig. 3 et 4.
Cette deuxième forme d'exécution comporte comme dans l'exemple précédent un récipient de liquide 22 en matière plastique qui est appliqué contre les pôles 21a, 21b du stator et un disque rotor 23 chauffant qui est directement immergé dans le liquide. Dans ce cas le stator 21 également en tôle feuilletée a la forme d'un U dont les extrémités sont fermées sur elles-mêmes et les pôles 21 a, 21b sont munis de bagues court-circuit 25a, 25b. Le disque rotor 23 est disposé verticalement entre les branches du U de telle sorte que. puisque le circuit magnétique est fermé, ce disque rotor 23 peut être en un matériau non magnétique. Le disque rotor 23 comporte un axe de pivotement 27 horizontal qui est supporté sur deux paliers 28a, 28b formés d'une pièce avec la paroi inférieure du récipient 22 à l'intérieur dudit récipient.
Ce disque est d'autre part. comme dans l'exemple précédent. muni de pales de brassage 24, 24'.
La paroi inférieure 30 du récipient 22 comporte une rainure centrale 31 prévue pour recevoir la périphérie du disque rotor 23 et qui se loge exactement dans l'entrefer du stator 21.
Avec cette forme d'exécution, il est également possible d'utiliser un disque rotor 23 en matériau magnétique afin d'obtenir une induction maximum et par conséquent des pertes par courants de
Foucault les plus grandes possibles. Dans ce cas. comme le circuit est symétrique de part et d'autre du disque, il n'y aura de réaction axiale sur le disque 23 que si celui-ci n'est pas parfaitement centré entre les deux pôles 21 a, 21b et même si cette réaction se produit, elle est relativement faible, par exemple de l'ordre de quelques centaines de grammes au maximum.
Les caractéristiques du moteur, adapté pour être connecté au réseau de courant alternatif 50 ou 60 Hz. sont choisies de telle sorte qu'au moins 50% de sa puissance fournie, particulièrement 80 à 95%, est transformée en chaleur par les courants de
Foucault et accessoirement par des pertes par hystérésis et donc que la puissance transformée en énergie mécanique est comprise entre 5 et 20%. Le disque rotor 3, 23 peut avoir une vitesse de rotation très lente de l'ordre d'une dizaine de tours par seconde et plus particulièrement une vitesse comprise entre 5 et 10 tours par seconde. Le glissement du moteur est très proche de 1 et en tout cas supérieur à 0,75.
L'appareil étant plus particulièrement adapté pour le nettoyage de petits articles et dans les exemples décrits pour le nettoyage des prothèses dentaires, il est de faible dimension. Le réservoir 2 a une contenance comprise entre 0,2 et 0,4 1. Le disque rotor 3 qui est massif a un diamètre compris entre 60 et 90 mm, de préférence 85 mm, et son épaisseur est comprise entre 2 et 10 mm. De bons résultats ont été obtenus avec une perméabilité maximum du rotor de l'ordre de 1000 et une résistivité d'environ 75,ut cm. L'entrefer est approximativement de 1,5 mm en considérant que la paroi du récipient 2, 22 a une épaisseur de 0,8 mm et que, pour des questions de tolérance et de précision d'exécution, il faut compter avec un espacement de 0,7 mm dans l'air.
Dans le cas d'un disque recouvert d'un matériau protecteur contre la corrosion, la largeur de l'entrefer est naturellement augmentée de l'épaisseur de la couche de protection.
On se réfère aux fig. 5 à 12 montrant différentes formes d'exécution du disque rotor magnétique.
Une première variante d'exécution de ce rotor magnétique 31 (fig. 5, 6, 7) est que sa face inférieure, c'est-à-dire celle qui est en regard du stator 1 est pourvue de fentes radiales 32 ne débouchant pas sur la face opposée. De façon à obtenir un effet optimum de ces fentes radiales sur les courants de Foucault et le couple du moteur, elles auront une largeur et une profondeur égales à environ deux fois l'entrefer. Selon une deuxième variante d'exécution (fig. 8, 9, 10) le rotor 33 de préférence en fer fritté comporte des proéminences radiales 34 entre lesquelles est monté en courtcircuit soit du cuivre, soit de l'aluminium, soit du zinc 35.
Selon une troisième variante d'exécution, ce rotor magnétique est un rotor du type sandwich formé par des disques d'acier 36 séparés par des disques en cuivre ou en aluminium 37 (fig. 11).
Et enfin selon une quatrième variante d'exécution. le rotor est un disque d'acier 38 dont la périphérie est cerclée d'une bague de cuivre 39 pour renforcer le courant (fig. 12).
Le but des diverses formes d'exécution du disque rotor selon les fig. 8 à 12 est d'augmenter les courants de Foucault, soit par l'allongement artificiel de la surface de l'entrefer du disque rotor selon la fig. 5, soit par l'utilisation supplémentaire d'un très bon conducteur d'électricité non magnétique (c'est-à-dire à très faible résistivité) pour augmenter les courants comme par exemple du cuivre ou de l'aluminium et de plus obtenir un couple de rotation du moteur suffisant pour brasser le liquide. De façon à améliorer encore le rendement du moteur, il est possible de remplacer dans la forme d'exécution selon les fig. 1 et 2 la bobine d'excitation 6.
placée au fond du U du stator, par deux bobines d'excitation situées directement à chacune des extrémités du U, c'est-à-dire entourant les bagues en court-circuit de déphasage. Ceci permet d'obtenir une induction mutuelle entre les bobines d'excitation et les bagues de courtcircuit bien supérieure, de diminuer considérablement le flux de fuite ainsi que, à un nombre d'ampéresitour égal, de diminuer le poids de cuivre car la longueur de la spire moyenne diminue.
The present invention relates to a device for heating and stirring a liquid comprising a liquid reservoir.
Hitherto it was necessary to have recourse for devices of the type small washing machine or other cleaning devices to separate means for heating and stirring the liquid, the heating being obtained by means of an electric resistance is immersed in said liquid, or placed under the container containing the liquid. while the stirring was for example carried out by mechanical vibrations transmitted to the reservoir containing the liquid or by a beater or a propeller controlled by a motor external to the liquid.
This double device is disadvantageous mainly when it comes to small volumes of liquid as is the case for cleaning small items or small parts such as for example in the field of body hygiene for cleaning prostheses. dental. Practice has shown that it is indeed very useful, in order to have an efficient cleaning, to simultaneously heat and agitate the liquid in which the articles to be cleaned are immersed.
The aim of the present invention is to create a very simple and therefore inexpensive device for simultaneously heating and stirring a liquid. this device being particularly suitable for cleaning small articles or small parts such as for example dental prostheses.
For this purpose. the device according to the invention is characterized in that it comprises an induction motor with a stator supporting the reservoir and a short-circuit armature which constitutes the rotor of the motor and which is provided with stirring blades, the rotor, completely mechanically separated from the stator, being mounted so as to rotate inside the reservoir and driven in rotation, the air gap formed between the stator and the rotor being partially filled by a part of the wall of the reservoir made of non-magnetic material, and by the fact that the material with which the rotor is made has an electrical resistivity such that at least 50osa of the useful power of the motor will be transformed into heat by eddy currents.
According to a preferred form of the invention, the rotor is a massive short-circuit armature in the form of a disc.
The invention will be better understood with the aid of the following description of exemplary embodiments of this device with reference to the appended drawings in which:
Fig. I is a schematic sectional view of a first embodiment of this device.
Fig. 2 is an end view of the stator of FIG. 1.
Fig. 3 is a schematic sectional view of a second embodiment of the device.
Fig. 4 is a sectional view of the stator along IV-IV of FIG. 3.
Figs. 5. 6, 7 show a first variant embodiment of the magnetic rotor according to FIG. 1.
Figs. 8. 9. 10 show a second variant embodiment of the magnetic rotor according to FIG. 1.
Fig. 1 I is a schematic view of a third variant embodiment of the magnetic rotor.
FIG: 12 is a sectional view of a fourth variant embodiment of the magnetic rotor.
Reference is made to FIGS. 1 and 2.
The device comprises an asynchronous single-phase induction motor with phase-shifting short-circuit rings, the stator I of which forms a support for the liquid container 2 and a massive short-circuit armature forming the rotor 3 of the motor. The stator 1 consists of a pack of laminated sheet metal in the form of a U, the poles of which 1a. lb asymmetric are provided with short-circuit rings 5a. 5b in order to obtain a rotating field for driving the rotor 3 and an excitation coil 6 is mounted between the branches of the horseshoe. The liquid container 2 is placed on the poles la, lb of the stator and the disc-shaped rotor 3. is mounted to pivot horizontally inside the container 2, so as to be completely submerged in the liquid to ensure heating. and stirring said liquid.
For this purpose the upper face of the rotor 3 is provided with blades 4 while its lower face is integral with a vertical axis of rotation 7 which is supported in a bearing 8 formed in the lower wall 10 of the container 2 outside said container. In order to close the magnetic circuit, the rotor disc 3 is made of a preferably stainless magnetic material. The disc 3 is for example made of sintered iron covered with a protective layer, for example made of plastic or is entirely made of high resistivity stainless steel in order to obtain maximum heating of the disc by eddy current losses. In addition, the magnetic material constituting the rotor must have a low permeability, in order to allow the alternating induction flux to penetrate as deeply as possible into the rotor disc 3.
It is in fact known that the lower the permeability, the better the penetration, that is to say the more the thickness of the skin layer (skin-effect) increases.
However, it is not necessary to have a resistivity exceeding a maximum value or a permeability lower than a minimum because beyond these values the torque of the rotor disc 3 becomes insufficient to overcome the friction and the rotor disc 3 no longer turns. Given the inevitable force of attraction which is established between the poles of the stator I and the rotor 3, provision is made to overcome this drawback, on the one hand, by a very robust axis of rotation 7 of the rotor, and on the other hand by a axial stop 9 for this axis, having limited friction.
The walls of the container 2 are made of a non-magnetic material and may be non-conductive of electricity, for example of plastic. The parts 10a, 10b of the lower wall 10 which rest on the poles la, lb of the stator 1 are thinned in order to reduce the width of the air gap. On the other hand. according to a preferred form of the invention, sections 11 are provided framing the thinned parts 10a, 10b between which the poles la, lb of the stator are housed in order to ensure the positioning and maintenance of the container 2 on said stator. With this form of execution. it is possible to have a screen or a grid above the rotor disc for receiving the parts to be treated.
Reference is made to FIGS. 3 and 4.
This second embodiment comprises, as in the previous example, a liquid container 22 made of plastic material which is applied against the poles 21a, 21b of the stator and a heating rotor disc 23 which is directly immersed in the liquid. In this case, the stator 21, also made of laminated sheet, has the shape of a U, the ends of which are closed on themselves and the poles 21 a, 21b are provided with short-circuit rings 25a, 25b. The rotor disc 23 is arranged vertically between the branches of the U so that. since the magnetic circuit is closed, this rotor disc 23 can be made of a non-magnetic material. The rotor disc 23 has a horizontal pivot axis 27 which is supported on two bearings 28a, 28b integrally formed with the lower wall of the container 22 inside said container.
This disc is on the other hand. as in the previous example. provided with stirring blades 24, 24 '.
The lower wall 30 of the container 22 comprises a central groove 31 provided to receive the periphery of the rotor disc 23 and which fits exactly in the air gap of the stator 21.
With this embodiment, it is also possible to use a rotor disc 23 made of magnetic material in order to obtain maximum induction and consequently current losses of
Foucault as large as possible. In that case. as the circuit is symmetrical on either side of the disc, there will be no axial reaction on the disc 23 unless the latter is not perfectly centered between the two poles 21 a, 21b and even if this reaction occurs, it is relatively small, for example of the order of a few hundred grams at most.
The characteristics of the motor, suitable for connection to the 50 or 60 Hz alternating current network. Are chosen so that at least 50% of its supplied power, particularly 80 to 95%, is transformed into heat by the currents of
Foucault and incidentally by losses by hysteresis and therefore that the power transformed into mechanical energy is between 5 and 20%. The rotor disc 3, 23 can have a very slow speed of rotation of the order of ten revolutions per second and more particularly a speed of between 5 and 10 revolutions per second. The motor slip is very close to 1 and in any case greater than 0.75.
The device being more particularly suitable for cleaning small articles and in the examples described for cleaning dental prostheses, it is small. The reservoir 2 has a capacity of between 0.2 and 0.4 1. The rotor disc 3 which is solid has a diameter of between 60 and 90 mm, preferably 85 mm, and its thickness is between 2 and 10 mm. Good results have been obtained with a maximum permeability of the rotor of the order of 1000 and a resistivity of approximately 75, ut cm. The air gap is approximately 1.5 mm considering that the wall of the container 2, 22 has a thickness of 0.8 mm and that, for questions of tolerance and precision of execution, a spacing of 0.7mm in air.
In the case of a disc covered with a protective material against corrosion, the width of the air gap is naturally increased by the thickness of the protective layer.
Reference is made to FIGS. 5 to 12 showing different embodiments of the magnetic rotor disc.
A first variant embodiment of this magnetic rotor 31 (fig. 5, 6, 7) is that its lower face, that is to say that which is opposite the stator 1, is provided with radial slots 32 which do not open out. on the opposite side. In order to obtain an optimum effect of these radial slots on the eddy currents and the torque of the motor, they will have a width and a depth equal to approximately twice the air gap. According to a second variant embodiment (fig. 8, 9, 10), the rotor 33, preferably made of sintered iron, has radial protuberances 34 between which is short-circuited either copper, or aluminum, or zinc 35.
According to a third variant embodiment, this magnetic rotor is a sandwich type rotor formed by steel discs 36 separated by copper or aluminum discs 37 (FIG. 11).
And finally according to a fourth variant execution. the rotor is a steel disc 38, the periphery of which is encircled by a copper ring 39 to strengthen the current (fig. 12).
The purpose of the various embodiments of the rotor disc according to FIGS. 8 to 12 is to increase the eddy currents, or by the artificial lengthening of the surface of the air gap of the rotor disc according to FIG. 5, or by the additional use of a very good non-magnetic conductor of electricity (that is to say with very low resistivity) to increase the currents such as for example copper or aluminum and moreover obtain sufficient motor torque to stir the liquid. In order to further improve the efficiency of the motor, it is possible to replace in the embodiment according to FIGS. 1 and 2 the excitation coil 6.
placed at the bottom of the U of the stator, by two excitation coils located directly at each end of the U, that is to say surrounding the phase-shifting short-circuited rings. This makes it possible to obtain a mutual induction between the excitation coils and the short-circuit rings much greater, to considerably reduce the leakage flux as well as, at an equal number of amperesitour, to reduce the weight of copper because the length of the mean turn decreases.