La présente invention concerne un appareil de chauffage par induction alimenté par le courant alternatif délivré par un réseau standard.
On connaît des appareils de chauffage inductif dans lesquels le courant d'excitation transmis par un branchement au réseau est amené à un excitateur réalisant un champ magnétique alternatif. L'élément à chauffer est soumis à des forces électromagnétiques alternatives élevées de fréquence double de celle du courant du réseau qui sont à l'origine de fortes vibrations entraînant un bruit excessif. Le bruit est tellement intense qu'une application pratique du principe n'est guère possible.
La présente invention se propose de remédier à cet inconvénient en réalisant un appareil de chauffage par induction dans lequel un excitateur est destiné à chauffer par induction un élément à chauffer et constitué par n circuits magnétiques semblables les uns aux autres, comprenant chacun au moins deux pôles magnétiques pourvus d'enroulement d'excitation connectés en série entre eux et à une soucre de courant alternatif, des moyens étant prévus pour produire une différence de phase comprise entre
180 X 0,8 et ,, x 1.2 degrés électriques entre les courants alternatifs d'excitation des différents circuits magnétiques.
Selon une forme de réalisation préférentielle, les n groupes de circuits magnétiques sont constitués par deux groupes dont les champs magnétiques alternatifs sont de directions opposées.
Les deux groupes de circuits magnétiques équivalents, la distance entre l'élément chauffant et l'excitateur, la matière dont est constitué l'excitateur pourront être déterminés de telle manière que la phase du courant d'excitation de l'un des groupes a un retard approximatif de 45 par rapport à la tension d'alimentation, tandis que la phase du courant de l'autre a une avance approximative de 45o sur la tension d'alimentation.
Cette avance de phase et ce retard de phase par rapport à la tension d'alimentation sont de préférence réalisés au moyen d'un condensateur.
La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et des dessins annexés dans lesquels:
les fig. 1 à 9 illustrent un appareil de chauffage selon l'invention, se présentant sous la forme d'un appareil pour la cuisson,
la fig. 1 est une vue en perspective partiellement coupée de l'appareil de chauffage par induction,
la fig. 2 est une vue en perspective partiellement coupée de l'élément chauffant (une marmite)
la fig. 3 est une vue en perspective partiellement coupée du corps de l'appareil (cuisinière),
la fig. 4 illustre schématiquement l'excitateur,
les fig. 5 à 7 sont des vues schématiques de la structure du circuit d'excitation de l'excitateur,
la fig. 8 et une vue en coupe l'appareil de chauffage par induction illustrant le circuit magnétique.
la fig. 9 est une vue de dessous illustrant les courants de
Foucault dans le fond de la marmite,
les fig. 10 à 14 sont des diagrammes illustrant les différentes forces électromagnétiques appliquées à la marmite, le temps étant porté en abscisses, le courant, le flux magnétique et les forces électromagnétiques étant portées en ordonnées,
la fig. 15 illustre la courbe caractéristique des forces électromagnétiques statiques appliquées à la marmite de cuisson,
la fig. 16 représente la courbe caractéristique de la valeur calorifique de la marmite de cuisson,
les fig. 17 à 19 illustrent une autre forme de réalisation de
L'appareil selon l'invention,
la fig. 17 est une vue de dessous en perspective d'une marmite de cuisson,
la fig. 18 est une vue en perspective d'une table de cuisson,
la fig. 19 est une vue en coupe de l'appareil illustré par les fig. 17 et 18,
la fig.
20 est une vue en perspective d'un excitateur,
la fig. 21 est une vue schématique du circuit d'excitation de l'excitateur de la fig. 20,
la fig. 22 est une vue en perspective d'une autre forme de réalisation d'un excitateur,
la fig. 23 est une vue schématique du circuit d'excitation de l'excitateur de la fig. 22,
la fig. 24 est une vue en perspective d'une autre variante d'un excitateur,
les fig. 25 et 26 sont des vues schématiquement des circuits d'excitation correspondant à l'excitateur de la fig. 24,
les fig. 27 à 30 sont des vues schématiques illustrant d'autres formes de réalisation de circuits d'excitation,
les fig. 31 et 32 représentent le diagramme vectoriel de l'énergie électrique utilisée dans les excitateurs,
la fig. 33 illustre en perspective le noyau de fer utilisé dans un excitateur,
les fig.
34, 35 et 36 sont des vues en perspective de la plaque de la cuisinière et des pôles magnétiques du noyau de fer utilisé dans l'appareil selon l'invention, et
les fig. 37 à 40 illustrent d'autres formes de réalisation des noyaux de fer.
Bien qu'il puisse étre utilisé pour d'autres utilisations, l'appareil selon l'invention sera décrit en référence à une utilisation comme appareil de cuisine, en particulier comme table de cuisson.
En référence aux figures, où les mêmes numéros désignant toujours les mêmes éléments ou des éléments identique, 10 est une marmite se composant du corps en fer 1 1 et d'une plaque 12 en cuivre ou en aluminium solidaire du fond de ladite marmite.
La marmite peut être en fer ou en cuivre, mais il est préférable qu'elle soit réalisée d'une pièce à partir d'une feuille pliée pour éviter les vibrations et le bruit qu'elles entraînent et pour améliorer l'efficacité thermique lorsque le courant d'excitation est transmis par le réseau.
Le corps 20 de la table de cuisson 30 comporte une plaque 30 recouvrant un boîtier extérieur 21, un excitateur 40 et un condensateur déphaseur CB (illustré par la fig. 4) sont disposés dans le corps 20 et un commutateur 22, une fiche 23 et un câble d'amenée de courant. La table de cuisson 30 supporte la marmite 10 et protège l'excitateur 40 tout en conservant un aspect agréable à l'appareil de chauffage. Une plaque en acier inoxydable ou une plaque en verre renforcé ayant une grande résistance mécanique et thermique peuvent être utilisée pour servir de table de cuisson 30. Comme le montre la fig. 4, I'exci- tateur 40 comporte un noyau en fer 50 formé d'une culasse 60 et de quatre pôles d'excitation 71-74, et quatre bobinages 8184 enroulés autour des quatre pôles magnétiques.
La fig. 5 illustre les connexions des quatres circuits d'excitation 81-84. Les enroulements d'excitation 81 et 83 enroulés autour des pôles magnétiques 71 et 73 sont connectés en série à la source de courant en réalisant un circuit d'excitation 80A.
Les enroulements 82 et 84 enroulés autour des pôles 72 et 74 sont connectés en série pour former un autre circuit d'excitation contenant un condensateur déphaseur CB. Les courants d'excitation IA et IB des deux circuits d'excitation ont une différence de phase de 90O de sorte qu'ils engendrent des flux magnétiques OA et OB dont la polarité est illustrée par la fig. 5. Dans ces figures, les symboles n et/ou @) désignent le flux magnétique sortant du pôle magnétique vers le haut, tandis que les symboles Qx et/ou (ffi) désignent un flux magné tique orienté dans la direction opposée.
Les fig. 6 et 7 illustrent le schéma de branchement où chacun des pôles magnétiques 71-74 a son enroulement d'excitation 81-84 bobiné dans le même sens, l'extrémité de l'enroulement étant indiquée par le symbole . . La fig. 6 correspond à la fig. 5. D'autre part, dans la fig. 7, deux enroulements 81 et
83 sont connectés en parallèle, de même que les deux enroulements 82 et 84. La culasse 60, deux pôles magnétiques 71 et
73 ainsi que la marmite 10 constituent le circuit magnétique A.
La culasse 60, deux pôles magnétiques 72 et 74, ainsi que la
marmite 10, constituent le circuit magnétique B. Les flux magnétiques alternatif O-A ou OB parcourent les circuits magnétiques A ou B passant des pôles magnétiques 71 et 72 à
travers la plaque de cuivre 12 du fond de la marmite, le corps
11 de la marmite en fer, puis à nouveau à travers la plaque 12 vers les pôles magnétiques 73 ou 74, comme le montre la ligne
en traits pointillés de la fig. 8. Un courant de Foucault est induit dans le fond de la marmite par les flux magnétiques
alternatif (3A ou ea, de sorte que les pertes par effet Joule dépendent de la résistance de la plaque de cuivre 12.
La fig. 9 illustre les courants de Foucault J formés dans le fond de la marmite par le flux magnétique alternatif EA et/ou
EB. Les champs électromagnétiques qui se forment entre l'excitateur 40 et la marmite 10 seront analysés en fonction de l'excitation du circuit A indépendamment de celle due au circuit B. Le champ électromagnétique engendre deux forces
dont une est la force exercée sur la surface limite du corps 1 1 de la marmite 10, qui attire la marmite sur le noyau magnétique 50. L'autre est la force de Lorentz entre les courants de
Foucault J passant dans le fond de la marmite et les courants
d'excitation passant à travers les enroulements d'excitation 81
84. Les courants de Foucault ont une différence de phase de
1800 par rapport au courant d'excitation.
Par suite les forces de Lorentz constituent une force de répulsion tendant à soulever la marmite 10.
Les figures 10 à 14 sont des diagrammes illustrant les différentes forces électromagnétiques appliquées à la marmite, le temps étant porté en abscisses, le courant, le flux magnétique et les forces électromagnétiques étant portées en ordonnées.
Dans la fig. 10, TA représente le courant d'excitation. Dans la fig. 11, @ A A représente un flux magnétique et F1 une force d'attraction. Dans la fig. 12, J représente un courant de Foucault et F2 une force de répulsion. La force attractive F1 est proportionelle au carré du flux magnétique (3A et varie en fonction du temps à une fréquence double de celle du courant d'excitation.
La force répulsive F2 est proportionnelle au produit du courant d'excitation IA et des courants de Faucault J et varie en fonction du temps à une fréquence du courant d'excitation indique à
celui qui engendre la force attractive Fi. La force FA totale
appliquée à la marmite 10 est représentée à la fig. 13 et est une combinaison de la force attractive et de la force répulsive.
La fréquence de la force totale FA est double de la fréquence du courant d'excitation.
Par suite des champs électromagnétiques décrits ci-dessus, la marmite 10 est soumise à des vibrations qui engendrent un bruit désagréable dans l'appareil de chauffage. Les expérience faites ont permis de détecter des accélérations supérieures à 1 G dans les vibrations produites et le bruit est supérieur à 70
décible de sorte que dans la pratique, le dispositif n'est pas utilisable. Toutefois, en relation avec la présente invention, la force alternative électromagnétique est théoriquement nulle, et
seule une force électromagnétique statique constante est appliquée à la marmite de sorte qu'aucune vibration ni aucun bruit ne peuvent étre engendrés. En pratique, il est possible d'obtenir un appareil de chauffage par induction sans vibrations et
sans bruit.
La solution à ce problème de vibrations et de bruit est expli quée en se référant à nouveau aux fig. 1 à 9, où le courant d'excitation IA est directement prélevé sur la source des enroulements d'excitation 81 et 83 du circuit d'excitation 80A lorsqu'il est enclenché au moyen du commutateur 22. Le courant d'excitation IA est représenté par la relation
IA = Im sin (ot.
r
IB = Im sin (wt + 2 ) dont la phase est avancée de 90O au moyen du condensateur CB, est amené aux enroulements d'excitation 82 et 84 de l'autre circuit d'excitation 80s. Du fait que les courants d'excitation 80A et 80a ont une différence de phase de 900, les flux magnétiques Oaet ea ont également une différence de phase de 900.
La fig. 14 représente la force électromagnétique de l'exemple de réalisation précédent. La force électromagnétique alternative précédente appliquée à la marmite 10 grâce au flux magnétique alternatif a une fréquence double de celle du flux.
Par suite, il existe une différence de phase de l'ordre de 1800 entre les forces électromagnétiques FA et FB appliquées respectivement par les circuits 80A et 80B à la marmite 10. Les résistances magnétiques des circuits magnétiques A et B étant les mêmes, les valeurs absolue des flux magnétiques OA et ea sont égales. Il en résulte que les valeurs absolues des forces électromagnétiques FA et FB sont les mêmes.
La force totale appliquée à la marmite 10 sera analysée cidessous. Les composantes alternative des forces produites par les circuits d'excitation 80A et 8Oa s'annulent de sorte que seule la force statique F (non variable en fonction du temps) reste active, comme le montre la fig. 14. De ce fait, les forces qui sont à l'origine de vibrations verticales dans la marmite sont nulles dans l'appareil de chauffage par induction décrit.
Les vibrations étant considérablement réduite, le bruit diminue également. L'éxperience montre que les accélérations des vibrations sont inférieures à 0,1 G et que le bruit est inférieur à 40 décible si l'on utilise l'agencement décrit.
La fig. 15 illustre le champ électromagnétique statique F dans un appareil de chauffage par induction équipé d'une marmite en fer (perméabilité Fr = 5 000), d'une marmite en cuivre et d'une marmite réalisée à l'aide d'une feuille de fer pliée avec fond en cuivre. Sur la fig. 15, les ordonnées représentent le champ électromagnétique F en ampère-tour (A.T) du courant d'excitation; les courbes a, b et c représentent respectivement les diagrammes correspondant aux trois marmites définies ci-dessus. L'axe des abscisses correspond à l'épaisseur totale du fond de ces trois marmites. L'épaisseur de la feuille de fer de la marmite réalisée dans une feuille de fer pliée, est de 2 mm; toutefois la force électromagnétique n'est pas affectée si l'épaisseur de la feuille a une épaisseur supé rieure à 1 mm.
En référence à la fig. 15, on constate:
1) la force électromagnétique a appliquée à la marmite en fer est une force attractive relativement élevée;
2) la force électromagnétique b appliquée à la marmite en cuivre est une force répulsive inférieure comparativement à celle de la marmite en fer, et
3) la force attractive c dans la marmite réalisée avec une feuille de fer et une plaque de cuivre, décroît rapidement avec l'augmentation d'épaisseur de la plaque de cuivre, de sorte que la force électromagnétique tend vers zéro, la force répulsive augmentant avec l'épaisseur.
En référence à la courbe c (marmite en fer plié avec une plaque en cuivre), si l'épaisseur d de la plaque en cuivre est 0 < d < 1,5, la force électromagnétique sera attractive et elle sera inférieure à la force attractive correspondant à la marmite en fer (courbe a).
Si l'epaisseur d est située dans l'intervalle défini par la relation
1,3 < d < 1,5 la force électromagnétique est inférieure à la force de gravité.
Pour
1,5 < d < 1,7 le champ électromagnétique est légèrement répulsif, mais la valeur absolue est inférieure à l'accélération de la pesanteur de sorte que la marmite reste sur la plaque.
Par suite, on constate que la force électromagnétique F est avantageusement faible dans le domaine des épaisseurs d'utilisées, c'est à dire pour 0 < d < 1,7
et en particulier pour
1,3 < d < 1,7
La force électromagnétique moyenne décroît très rapidement en fonction de l'épaisseur de la plaque de cuivre, car la force attractive appliquée à la partie en fer décroit rapidement tandis que la force répulsive principalement appliquée à la partie en cuivre augmente légèrement. Les vibrations ainsi que le bruit dus à la force électromagnétique statique F sont théoriquement nuls. Toutefois, en pratique, il est très difficile de réaliser deux circuits magnétiques A et B parfaitement équivalents. n subsiste donc une faible composante alternative.
En pratique, pour des forces électromagnétiques statiques faibles, la composante alternative est également faible. Le bruit et les vibrations résultantes sont négligeables.
La fig. 16 montre que l'utilisation d'une marmite en fer avec une plaque de cuivre disposée sous le fond, permet d'augmenter la valeur calorifique par rapport aux deux autres cas étudiés.
Les fig. 15 et 16 montrent les caractéristiques relatives à des structures spécifiques. Il est possible d'obtenir des caractéristiques similaires avec d'autres structures pratiques.
Par exemple, lorsque le fond de la marmite comporte un plaque en aluminium au lieu d'une plaque en cuivre, le champ électromagnétique diminue. Le champ électromagnétique décroît et devient inférieure à la force de gravité pour une plaque d'aluminium dont l'épaisseur est comprise entre 2,1 et 2,7 mm. La force électromagnétique est nulle lorsque l'épaisseur de la plaque est de 2,4 mm. Un phénomène identique se produit lorsque l'on utilise d'autres matières conductrices; en particulier avec une marmite ayant un fond constitué par une plaque ferromagnétique solidaire d'une plaque non magnétique dont le coefficient de conductivité est supérieur à celui de la plaque ferromagnétique.
La force attractive et la force répulsive appliquées à la marmite 10 ont été illustrées ci-dessus. Toutefois, pour ces réalisation, le champ magnétique engendré par l'excitateur 10 produit un champ tournant qui tend appliquer une force de rotation à la marmite 10. La rotation de la marmite peut être empêchée par les moyens décrits ci-dessous.
L'un de ces moyens consiste à conserver une force attractive suffisante sans décroître le champ magnétique statique F, de sorte que la rotation de ladite marmite est empêchée par la force attractive résiduelle. En outre, la marmite ne peut pas glisser même lorsque la table de cuisson s'incline.
Un autre moyen pour empêcher la rotation de la marmite 10 consiste à utiliser une structure mécanique. Par exemple, la forme de réalisation des fig. 17 à 19 présente trois renflements 13 disposés à la base de la marmite qui correnspondent à trois évidements 31 concaves disposés à la surface 30 de la table de cuisson 20. Comme la rotation ne peut pas se faire lorsque les renflements 13 se trouvent engagés dans les évidements 31, le champ électromagnétique statique F est nul, d'où l'absence de vibrations et de bruit.
La fig. 20 illustre une variante d'un excitateur comportant six pôles magnétiques 71-76 du noyau en fer 50. Les enroulements 81-86 sont respectivement bobinés autour des six pôles magnétiques 71-76. Les circuits magnétiques comprenant le noyau 50 et la marmite 10 se subdivisent en trois circuits équivalents A, B et C. Comme le montre la fig. 21, chaque paire d'enroulements, 81 et 84, 82 et 85, 83 et 86 sont connectés de manière à constituer respectivement les circuits d'excitation 80A, 80a et 80c. On applique à ces circuits des courants alternatif ayant une différence de phase de 600 comme
1 2
Im sin wt, Im sin (wt + 31) et Im sin (wt + - r).
3 3
Dans l'appareil de chauffage par induction décrit ci-dessus, la force électromagnétique appliquée à la marmite 10 est approximativement nulle. Ceci découle de l'étude de la fig. 13 qui représente la variation en fonction du temps de la force électromagnétique appliquée à la marmite 10 par les trois circuits magnétiques A, B et C. Les forces électromagnétiques des trois circuits magnétiques sont déphasées de 1200. Leur combinaison est telle que leur résultante est nulle et que seule subsiste une force électromagnétique statique.
La fig. 22 est une vue schématique d'une variante d'un excitateur à 8 pôles. Huit enroulements d'excitation 81-88 bobinés respectivement autour de huit pôles magnétiques 7178 se subdivisent en deux groupes comprenant les enroulements 81, 83, 85 et 87 d'une part et les enrouelements 82, 84, 86 et 88 d'autre part de manière a constituer les deux circuits d'excitation sOA et 80s de la fig. 23.
Les courants alternatifs déphasés de 90" tels que Im sin wt et Im cos wt circulent dans les circuits 80 A 80 B. Les directions relatives des flux magnétiques 3A et Os sont représentées par la fig. 22. L'effet résultant obtenu par la présente variante est analogue à celui obtenu avec le dispositif de la fig. 20.
Après avoir analysé des formes de réalisation d'excitateurs à 4,6 ou 8 pôles magnétiques, on pourrait étudier des excitateurs ayant plusieurs pôles. Il suffit pour cela de les subdiviser en deux ou trois groupes de circuits magnétiques équivalents et de produire une différence de phase de 90O ou 60n entre les courants d'excitation desdits circuits.
Il en résulte qu'il est possible de réaliser un appareil de chauffage par induction ayant des circuits magnétiques entre une marmite de cuisson et un noyau de fer et d'obtenir une composante nulle des forces antraînant des vibrations verticales de la marmite de cuisson en divisant les circuits magnétiques en n circuits équivalents et identiques au point de vue structure et résistance magnétique et en produisant une différance de phase de
1800C
n entre les différents courants alternatifs d'excitation des circuits magnétiques.
En pratique il n'est pas toujours nécessaire d'obtenir une force électromagnétique alternative nulle, mais il convient de s'arranger pour que les accélérations des vibrations verticales soient inférieurs à 1 G, ce qui est inférieur au poids de la marmite. Dans ces conditions, on peut accepter une tolérance de la différence de phase de l'ordre de +20%. Au cours d'expériences, on a constaté que les accélérations de vibrations verticales étaient inférieures à 1 G, pour une valeur calorifique de 1 KW, lorsque la différence de phase avait dévié de 20%.
Dans les exemples précédents, les courants d'excitation forment des champs rotatifs qui ont tendance à entraîner en rotation la marmite de cuisson disposée sur une plaque horizontale. La forme de réalisation suivante est destinée à remédier à cet inconvénient.
La fig. 24 illustre une autre variante d'un excitateur ayant la même structure que celui de la fig. 22 à l'exception des connections des enroulements.
La fig. 25 illustre les connections du circuit d'excitation destiné à empêcher la formation d'un champ rotatif, dans lequel une source de courant alternatif est branché entre une extrémité d'un enrouelement 81 et l'une des extrémités d'un enroulement 87. Ledit courant est par exemple égal à IA = Im sin wt. D'un autre côte une source de courant alternatif ayant un déphasage de 90O est connectée entre une extrémité d'un enroulement 82 et l'enroulement 88. Ledit courant est par exemple égal à la Im cos Wt.
Dans un tel appareil de chauffage par induction, un champ magnétique rotatif ne se forme pas. En plus, il n'est pas possible qu'il puisse y avoir des forces de vibrations verticales agissant sur la marmite. Ceci est dû au fait que lorsque le champ magnétique se déplace progressivement vers les enroulements 81-88 -87-86, le champ magnétique est simultanément déplacé dans la direction opposée vers les enroulements 8283-84-85 et pris dans leur ensemble, ils ne peuvent pas engendrer une force rotative.
La fig. 26 illustre d'autres formes de réalisation des connections des autres circuits d'excitation. Dans ce cas également les forces rotatives s'annulent respectivement.
Les fig. 27 à 30 illustrent une autre façon d'effectuer le déphasage. Dans les circuits illustrés, un circuit d'excitation 80A du circuit magnétique A est équivalent à un circuit d'excitation 80a du circuit magnétique B. Sur la fig. 29, les condensateurs CA et CB sont connectés respectivement en série avec les circuits d'excitation 80A et 80a, sur la fig. 30, les condensateurs CAP et Ca sont respectivement branchés en parallèle avec les circuits d'excitation 80A et 80a, et sur la fig.
28 la self
LA est conectée en série avec le circuit d'excitation SOA. La référence V représente la tension aux bornes, IA et IB étant respectivement les courants dans les circuits d'excitation 80A et 80a. La phase du courant IA circulant dans le circuit d'excitation 80A a un retard de phase de 45o par rapport à la tension
V. Dans l'exemple illustré par la fig. 27, ce déphasage est obtenu par une sélection de la distance entre la surface du noyau de fer et le fond de la marmite ainsi que par le choix de la matière avec laquelle est réalisée la marmite. Dans ce cas la composante résistive du circuit d'excitation 80A est égale à la composante de réactance.
Lorsque la résistance du circuit d'excitation 80A est supérieure à la réactance, la self LA est connectée en série, afin qu'on atteigne le même résultat (voir en particulier la fig. 28). Lorsque la résistance du circuit d'excitation 80A est inférieure à la réactance, le condensateur CA est connecté en série afin qu'on atteigne le même résultat, (voir en particulier la fig. 29). Le condensateur CB du circuit d'excitation 80a est choisi de sorte que la phase du courant IB soit en avance de 45o par rapporte à la tension V. Un fonctionnement similaire peut être atteint par le dispositif illustré par la fig. 30.
L'appareil de chauffage par induction a une force électromagnétique alternative nulle et un facteur de puissance égal à 1 de sorte que l'alimentation puisse être simplifiée.
La fig. 31 est un diagramm vectoriel illustrant les caractéristiques de l'excitateur présentant une différence de phase de 45 entre la tension aux bornes et les courants d'excitation des fig. 27 à 30. Sur la fig. 31, l'axe vertical représente la composante réelle de la puissance tandis que l'axe horizontal représente la composante imaginaire. Les références PA et PB représentent la puissance réelle transmise aux circuits d'excitation SOA et 80B. Pour que la puissance électromagnétique alternative soit nulle, la puissance PA doit être égale à PB. Les références QA et Qa représentent la puissance imaginaire transmise aux circuits 80A et 80B, les références TA et TB représentant la puissance complexe des circuits d'excitation.
Pour que le champ électromagnétique appliqué à la marmite de cuisson soit nul, la différence de phase entre les courants électriques IA et IB doit être de 90". Par suite la différence de phase entre la puissance complexe TA et la puissance complexe TB doit être égale à 90O. La référence Qo représente la puissance imaginaire du condensateur CB branché en série sur le circuit d'excitation 80B, de sorte que la différence de phase entre les puissances complexes TA et TB soit de 900.
Comme le montrent ces figures, lorsque la différence de phase entre la tension aux bornes et le courant n'est pas égale à 45 , dans les circuits d'excitation 80A et 80B, la puissance complexe T = TA + TB transmise par la source vers les circuits d'excitation, conserve une composante imaginaire et par suite, le facteur de puissance sera inférieur à 1.
La fig. 32 représente un diagramme vectoriel dans le cas d'un appareil selon l'invention. Sur les exemples des fig. 27 à 30, le courant électrique IA transmis au circuit d'excitation 80A, a un retard du phase de 45" par rapport à la tension.
D'autre part, le courant IB circulant dans le circuit d'excitation 80B, a une avance de phase de 45" par rapport à la tension; ceci est dû à la présence du condensateur CB. Il en résulte les relations suivantes, où la puissance complexe T = TB + TA n'a aucune composante imaginaire.
IPAI = IQAI Qal = Paiet
ITAI=ITal
Par suite, on constate que le facteur de puissance est égal à 1 et que la puissance de la source d'alimentation peut être réduite.
Dans l'exemple illustré par la fig. 27, lorsque la composante résistive du circuit d'excitation est égale à la composante de réactance par suite du choix de l'intervalle entre la surface du noyau de fer et du fond de la marmite, le choix du marériau utilisé pour réaliser ladite marmite, seul un condensateur complète le circuit. Il en résulte de nombreux avantages, par exemple celui de permettre la réalisation d'un appareil compact, une fabrication bon marché et une alimentation de puissance réduite.
La fig. 33 illustre une forme pratique d'un noyau de fer à quatre pôles magnétiques.
Le noyau de fer 50 comporte un noyau en fer annulaire obtenu par formage d'une plaque en ferrosilicone en forme de rouleau et en le munissant de rainures pour maintenir les enroulements.
Les enroulements 81 à 84 sont maintenus par les rainures 51. La direction des couches de ferrosilicone est telle qu'elles s'opposent au passage des courants de Foucault, de sorte que les pertes dans le noyau sont diminuées. Le noyau illustré par la fig. 33 est réalisé en une pièce.
Les noyaux de fer réalisés à l'aide d'un assemblage d'anneaux individuels et de pièces polaires seront décrits ci-dessous.
La fig. 34 représente des anneaux divers. La référence 60a désigne un anneau de ferrite ainsi que la référence 60b, 60c est une plaque carrée en ferrite, 60d représente un anneau plat de forme carrée, 60e une pièce plate en forme de croix réalisée à l'aide d'un empilement de plaquettes en ferrosilicone, 60f enfin une pièce de forme analogue mais en ferrite.
La fig. 35 illustre diverses formes de pôles magnétiques. La pôle 70a est un pôle magnétique en forme de secteur circulaire constitué par des plaques d'acier empiliées; 70b est un pôle de même forme en ferrite, 70c est un pôle de forme cubique en plaque de tôle d'acier empilées; 70d un pôle de même forme en ferrite et 70e un pôle cylindrique en ferrite.
La fig. 36 illustre divers pôles magnétiques. 90a désigne une pièce polaire en forme de secteur en ferrite; 90b une pièce en ferrite de forme carrée; 90c une pièce polaire circulaire en ferrite.
Il est possible de réaliser des noyaux en fer de forme diverse en assemblant différentes pièces précédentes. Par exemple, la fig. 37 illustre un noyau obtenu par l'assemblage d'un anneau 60a de la fig. 34, un secteur magnétique 70a de la fig. 35 et une pièce polaire 90a de la fig. 36.
La fig. 38 illustre une autre forme de réalisation d'un noyau obtenu par assemblage d'un anneau 60a de la fig. 34 et d'un secteur magnétique 70b de la fig. 35.
La fig. 39 est une autre variante d'un noyau réalisé à partir d'un anneau 60a de la fig. 34 et d'un cylindre magnétique servant de pôle en ferrite 70e de la fig. 35.
La fig. 40 montre un autre assemblage comprenant une plaque en croix 70d de la fig. 35, tandis que la référence 100 désigne une partie non magnétique ayant une grande résistivité disposée d'un côté du pôle magnétique 70d pour diminuer le flux sortant de la surface et diminuer ainsi les pertes dans le noyau.
Les différentes variantes décrites sont particulièrement adaptées à une utilisation dans un appareil de chauffage par induction selon l'invention, grâce à leurs caractéristiques magnétiques, le matériau employé, leur poids, et la facilité avec laquelle les pièces peuvent être réalisées.
The present invention relates to an induction heating device powered by the alternating current delivered by a standard network.
Inductive heating devices are known in which the excitation current transmitted by a connection to the network is brought to an exciter producing an alternating magnetic field. The element to be heated is subjected to high alternating electromagnetic forces of double frequency of that of the current of the network which are at the origin of strong vibrations causing excessive noise. The noise is so intense that a practical application of the principle is hardly possible.
The present invention proposes to remedy this drawback by providing an induction heating device in which an exciter is intended to inductively heat an element to be heated and consisting of n magnetic circuits similar to each other, each comprising at least two poles. magnets provided with excitation windings connected in series with one another and to an alternating current source, means being provided for producing a phase difference between
180 X 0.8 and ,, x 1.2 electrical degrees between the alternating currents of excitation of the different magnetic circuits.
According to a preferred embodiment, the n groups of magnetic circuits are formed by two groups whose alternating magnetic fields are in opposite directions.
The two groups of equivalent magnetic circuits, the distance between the heating element and the exciter, the material of which the exciter is made can be determined in such a way that the phase of the excitation current of one of the groups has a approximate delay of 45 with respect to the supply voltage, while the phase of the current of the other has an approximate advance of 45o over the supply voltage.
This phase advance and this phase delay with respect to the supply voltage are preferably achieved by means of a capacitor.
The present invention will be better understood with reference to the description of an exemplary embodiment and the appended drawings in which:
figs. 1 to 9 illustrate a heating device according to the invention, in the form of an appliance for cooking,
fig. 1 is a partially cut away perspective view of the induction heater,
fig. 2 is a partially cut away perspective view of the heating element (a cooking pot)
fig. 3 is a partially cut away perspective view of the body of the appliance (cooker),
fig. 4 schematically illustrates the exciter,
figs. 5 to 7 are schematic views of the structure of the excitation circuit of the exciter,
fig. 8 and a sectional view of the induction heater illustrating the magnetic circuit.
fig. 9 is a bottom view illustrating the currents of
Foucault in the bottom of the pot,
figs. 10 to 14 are diagrams illustrating the different electromagnetic forces applied to the pot, the time being plotted on the abscissa, the current, the magnetic flux and the electromagnetic forces being plotted on the ordinate,
fig. 15 illustrates the characteristic curve of the static electromagnetic forces applied to the cooking pot,
fig. 16 represents the characteristic curve of the calorific value of the cooking pot,
figs. 17 to 19 illustrate another embodiment of
The apparatus according to the invention,
fig. 17 is a bottom perspective view of a cooking pot,
fig. 18 is a perspective view of a hob,
fig. 19 is a sectional view of the apparatus illustrated by FIGS. 17 and 18,
fig.
20 is a perspective view of an exciter,
fig. 21 is a schematic view of the excitation circuit of the exciter of FIG. 20,
fig. 22 is a perspective view of another embodiment of an exciter,
fig. 23 is a schematic view of the excitation circuit of the exciter of FIG. 22,
fig. 24 is a perspective view of another variant of an exciter,
figs. 25 and 26 are schematic views of the excitation circuits corresponding to the exciter of FIG. 24,
figs. 27 to 30 are schematic views illustrating other embodiments of excitation circuits,
figs. 31 and 32 represent the vector diagram of the electrical energy used in the exciters,
fig. 33 illustrates in perspective the iron core used in an exciter,
figs.
34, 35 and 36 are perspective views of the cooker plate and the magnetic poles of the iron core used in the apparatus according to the invention, and
figs. 37-40 illustrate other embodiments of the iron cores.
Although it can be used for other uses, the apparatus according to the invention will be described with reference to use as a kitchen appliance, in particular as a hob.
Referring to the figures, where the same numbers always designating the same elements or identical elements, 10 is a pot consisting of the iron body 11 and a plate 12 of copper or aluminum secured to the bottom of said pot.
The pot can be made of iron or copper, but it is preferable that it be made in one piece from a folded sheet to avoid the vibrations and noise that they cause and to improve thermal efficiency when the excitation current is transmitted by the network.
The body 20 of the hob 30 comprises a plate 30 covering an outer housing 21, an exciter 40 and a phase-shifting capacitor CB (illustrated in FIG. 4) are arranged in the body 20 and a switch 22, a plug 23 and a current supply cable. The cooktop 30 supports the pot 10 and protects the exciter 40 while maintaining a pleasing appearance to the heater. A stainless steel plate or a reinforced glass plate having high mechanical and thermal resistance can be used to serve as a hob 30. As shown in fig. 4, the exciter 40 comprises an iron core 50 formed of a yoke 60 and four excitation poles 71-74, and four coils 8184 wound around the four magnetic poles.
Fig. 5 illustrates the connections of the four excitation circuits 81-84. The excitation windings 81 and 83 wound around the magnetic poles 71 and 73 are connected in series to the current source by forming an excitation circuit 80A.
The windings 82 and 84 wound around the poles 72 and 74 are connected in series to form another excitation circuit containing a phase shift capacitor CB. The excitation currents IA and IB of the two excitation circuits have a phase difference of 90O so that they generate magnetic fluxes OA and OB, the polarity of which is illustrated in fig. 5. In these figures, the symbols n and / or @) denote the magnetic flux exiting the magnetic pole upwards, while the symbols Qx and / or (ffi) denote a magnetic flux oriented in the opposite direction.
Figs. 6 and 7 illustrate the connection diagram where each of the magnetic poles 71-74 has its excitation winding 81-84 wound in the same direction, the end of the winding being indicated by the symbol. . Fig. 6 corresponds to fig. 5. On the other hand, in fig. 7, two windings 81 and
83 are connected in parallel, as are the two windings 82 and 84. The yoke 60, two magnetic poles 71 and
73 as well as the pot 10 constitute the magnetic circuit A.
The cylinder head 60, two magnetic poles 72 and 74, as well as the
pot 10, constitute the magnetic circuit B. The alternating magnetic fluxes O-A or OB travel through the magnetic circuits A or B passing from the magnetic poles 71 and 72 to
through the copper plate 12 at the bottom of the pot, the body
11 from the iron pot, then again through plate 12 to magnetic poles 73 or 74, as shown in the line
in dotted lines in FIG. 8. An eddy current is induced in the bottom of the pot by the magnetic fluxes.
alternating (3A or ea, so that the losses by Joule effect depend on the resistance of the copper plate 12.
Fig. 9 illustrates the eddy currents J formed in the bottom of the pot by the alternating magnetic flux EA and / or
EB. The electromagnetic fields which form between the exciter 40 and the pot 10 will be analyzed as a function of the excitation of circuit A independently of that due to circuit B. The electromagnetic field generates two forces
one of which is the force exerted on the limiting surface of the body 1 1 of the pot 10, which attracts the pot on the magnetic core 50. The other is the Lorentz force between the currents of
Foucault J passing through the bottom of the pot and the currents
excitation passing through the excitation windings 81
84. Eddy currents have a phase difference of
1800 with respect to the excitation current.
Consequently the Lorentz forces constitute a repulsive force tending to raise the pot 10.
FIGS. 10 to 14 are diagrams illustrating the various electromagnetic forces applied to the pot, the time being plotted on the abscissa, the current, the magnetic flux and the electromagnetic forces being plotted on the ordinate.
In fig. 10, TA represents the excitation current. In fig. 11, @ A A represents a magnetic flux and F1 a force of attraction. In fig. 12, J represents an eddy current and F2 a repulsive force. The attractive force F1 is proportional to the square of the magnetic flux (3A and varies as a function of time at a frequency twice that of the excitation current.
The repulsive force F2 is proportional to the product of the excitation current IA and the Faucault currents J and varies as a function of time at a frequency of the excitation current indicated at
the one which generates the attractive force Fi. The total FA force
applied to the pot 10 is shown in FIG. 13 and is a combination of the attractive force and the repulsive force.
The frequency of the total force FA is twice the frequency of the excitation current.
As a result of the electromagnetic fields described above, the pot 10 is subjected to vibrations which generate an unpleasant noise in the heater. The experiments carried out have made it possible to detect accelerations greater than 1 G in the vibrations produced and the noise is greater than 70
decible so that in practice the device is not usable. However, in relation to the present invention, the electromagnetic alternating force is theoretically zero, and
only a constant static electromagnetic force is applied to the pot so that no vibration or noise can be generated. In practice, it is possible to obtain an induction heater without vibrations and
without noise.
The solution to this vibration and noise problem is explained with reference again to figs. 1 to 9, where the excitation current IA is taken directly from the source of the excitation windings 81 and 83 of the excitation circuit 80A when it is switched on by means of the switch 22. The excitation current IA is shown by relation
IA = Im sin (ot.
r
IB = Im sin (wt + 2) the phase of which is advanced by 90O by means of the capacitor CB, is brought to the excitation windings 82 and 84 of the other excitation circuit 80s. Because the excitation currents 80A and 80a have a phase difference of 900, the magnetic fluxes Oa and ea also have a phase difference of 900.
Fig. 14 represents the electromagnetic force of the previous exemplary embodiment. The preceding alternating electromagnetic force applied to the pot 10 by virtue of the alternating magnetic flux has a frequency twice that of the flux.
Consequently, there is a phase difference of the order of 1800 between the electromagnetic forces FA and FB applied respectively by the circuits 80A and 80B to the pot 10. The magnetic resistances of the magnetic circuits A and B being the same, the values absolute magnetic fluxes OA and ea are equal. As a result, the absolute values of the electromagnetic forces FA and FB are the same.
The total force applied to kettle 10 will be analyzed below. The alternating components of the forces produced by the excitation circuits 80A and 8Oa cancel each other out so that only the static force F (not variable as a function of time) remains active, as shown in fig. 14. Therefore, the forces which are at the origin of vertical vibrations in the pot are zero in the induction heater described.
As vibrations are reduced considerably, noise also decreases. Experience shows that the accelerations of the vibrations are less than 0.1 G and that the noise is less than 40 decible if the described arrangement is used.
Fig. 15 illustrates the static electromagnetic field F in an induction heating device equipped with an iron pot (permeability Fr = 5,000), a copper pot and a pot made using a sheet of folded iron with copper bottom. In fig. 15, the ordinates represent the electromagnetic field F in ampere-turn (A.T) of the excitation current; curves a, b and c respectively represent the diagrams corresponding to the three pots defined above. The x-axis corresponds to the total thickness of the bottom of these three pots. The thickness of the iron sheet of the pot made from a folded sheet of iron is 2 mm; however, the electromagnetic force is not affected if the thickness of the sheet has a thickness greater than 1 mm.
With reference to FIG. 15, we see:
1) the electromagnetic force applied to the iron pot is a relatively high attractive force;
2) the electromagnetic force b applied to the copper pot is a lower repulsive force compared to that of the iron pot, and
3) the attractive force c in the pot made with an iron sheet and a copper plate, decreases rapidly with increasing thickness of the copper plate, so that the electromagnetic force tends towards zero, the repulsive force increasing with the thickness.
Referring to the curve c (bent iron pot with a copper plate), if the thickness d of the copper plate is 0 <d <1.5, the electromagnetic force will be attractive and it will be less than the attractive force corresponding to the iron pot (curve a).
If the thickness d is located in the interval defined by the relation
1.3 <d <1.5 the electromagnetic force is less than the force of gravity.
For
1.5 <d <1.7 the electromagnetic field is slightly repulsive, but the absolute value is less than the acceleration of gravity so that the pot remains on the plate.
Consequently, it is observed that the electromagnetic force F is advantageously low in the range of thicknesses used, that is to say for 0 <d <1.7
and in particular for
1.3 <d <1.7
The average electromagnetic force decreases very quickly depending on the thickness of the copper plate, because the attractive force applied to the iron part decreases rapidly while the repulsive force mainly applied to the copper part increases slightly. The vibrations as well as the noise due to the static electromagnetic force F are theoretically zero. However, in practice, it is very difficult to make two perfectly equivalent magnetic circuits A and B. n therefore remains a weak AC component.
In practice, for weak static electromagnetic forces, the AC component is also weak. The noise and resulting vibrations are negligible.
Fig. 16 shows that the use of an iron pot with a copper plate placed under the bottom makes it possible to increase the calorific value compared to the two other cases studied.
Figs. 15 and 16 show the characteristics relating to specific structures. It is possible to obtain similar characteristics with other practical structures.
For example, when the bottom of the pot has an aluminum plate instead of a copper plate, the electromagnetic field decreases. The electromagnetic field decreases and becomes less than the force of gravity for an aluminum plate whose thickness is between 2.1 and 2.7 mm. The electromagnetic force is zero when the plate thickness is 2.4mm. An identical phenomenon occurs when other conductive materials are used; in particular with a pot having a bottom constituted by a ferromagnetic plate integral with a non-magnetic plate whose coefficient of conductivity is greater than that of the ferromagnetic plate.
The attractive force and the repulsive force applied to the kettle 10 have been illustrated above. However, for these embodiments, the magnetic field generated by the exciter 10 produces a rotating field which tends to apply a rotational force to the pot 10. Rotation of the pot can be prevented by the means described below.
One of these means consists in maintaining a sufficient attractive force without decreasing the static magnetic field F, so that the rotation of said pot is prevented by the residual attractive force. In addition, the pot cannot slide even when the hob tilts.
Another way to prevent the pot 10 from rotating is to use a mechanical structure. For example, the embodiment of Figs. 17 to 19 has three bulges 13 arranged at the base of the pot which correspond to three concave recesses 31 arranged at the surface 30 of the hob 20. As the rotation cannot be done when the bulges 13 are engaged in the recesses 31, the static electromagnetic field F is zero, hence the absence of vibrations and noise.
Fig. 20 illustrates a variant of an exciter comprising six magnetic poles 71-76 of the iron core 50. The windings 81-86 are respectively wound around the six magnetic poles 71-76. The magnetic circuits comprising the core 50 and the pot 10 are subdivided into three equivalent circuits A, B and C. As shown in FIG. 21, each pair of windings, 81 and 84, 82 and 85, 83 and 86 are connected so as to constitute respectively the excitation circuits 80A, 80a and 80c. AC currents with a phase difference of 600 are applied to these circuits as
1 2
Im sin wt, Im sin (wt + 31) and Im sin (wt + - r).
3 3
In the induction heater described above, the electromagnetic force applied to the pot 10 is approximately zero. This follows from the study of fig. 13 which represents the variation as a function of time of the electromagnetic force applied to the pot 10 by the three magnetic circuits A, B and C. The electromagnetic forces of the three magnetic circuits are out of phase by 1200. Their combination is such that their resultant is zero and that only a static electromagnetic force remains.
Fig. 22 is a schematic view of a variant of an 8-pole exciter. Eight excitation windings 81-88 respectively wound around eight magnetic poles 7178 are subdivided into two groups comprising the windings 81, 83, 85 and 87 on the one hand and the windings 82, 84, 86 and 88 on the other hand. so as to constitute the two excitation circuits sOA and 80s of FIG. 23.
The 90 "phase-shifted alternating currents such as Im sin wt and Im cos wt flow in the circuits 80 A 80 B. The relative directions of the magnetic fluxes 3A and Os are shown in Fig. 22. The resulting effect obtained hereby variant is similar to that obtained with the device of Fig. 20.
After analyzing embodiments of 4-pole or 8-pole magnetic exciters, one could study multiple-pole exciters. It suffices for this to subdivide them into two or three groups of equivalent magnetic circuits and to produce a phase difference of 90O or 60n between the excitation currents of said circuits.
As a result, it is possible to realize an induction heating apparatus having magnetic circuits between a cooking pot and an iron core and to obtain a zero component of the forces causing vertical vibrations of the cooking pot by dividing magnetic circuits in n equivalent circuits and identical from the point of view of structure and magnetic resistance and by producing a phase difference of
1800C
n between the different alternating currents of excitation of the magnetic circuits.
In practice, it is not always necessary to obtain a zero alternating electromagnetic force, but it is advisable to arrange for the accelerations of the vertical vibrations to be less than 1 G, which is less than the weight of the pot. Under these conditions, we can accept a tolerance of the phase difference of the order of + 20%. During experiments, it was found that the vertical vibration accelerations were less than 1 G, for a calorific value of 1 KW, when the phase difference deviated by 20%.
In the previous examples, the excitation currents form rotating fields which tend to drive the cooking pot placed on a horizontal plate in rotation. The following embodiment is intended to overcome this drawback.
Fig. 24 illustrates another variant of an exciter having the same structure as that of FIG. 22 with the exception of the winding connections.
Fig. 25 illustrates the connections of the excitation circuit for preventing the formation of a rotating field, in which an alternating current source is connected between one end of a coil 81 and one of the ends of a coil 87. Said current is for example equal to IA = Im sin wt. On the other hand, an alternating current source having a phase shift of 90O is connected between one end of a winding 82 and the winding 88. Said current is for example equal to Im cos Wt.
In such an induction heater, a rotating magnetic field is not formed. In addition, it is not possible that there can be vertical vibration forces acting on the pot. This is because as the magnetic field gradually moves to the windings 81-88 -87-86, the magnetic field is simultaneously moved in the opposite direction to the 8283-84-85 windings and taken as a whole, they do not cannot generate a rotating force.
Fig. 26 illustrates other embodiments of the connections of the other excitation circuits. In this case also the rotating forces cancel each other out.
Figs. 27 to 30 illustrate another way of performing the phase shift. In the circuits illustrated, an excitation circuit 80A of the magnetic circuit A is equivalent to an excitation circuit 80a of the magnetic circuit B. In FIG. 29, the capacitors CA and CB are respectively connected in series with the excitation circuits 80A and 80a, in fig. 30, the capacitors CAP and Ca are respectively connected in parallel with the excitation circuits 80A and 80a, and in fig.
28 the self
LA is connected in series with the SOA excitation circuit. The reference V represents the voltage at the terminals, IA and IB being respectively the currents in the excitation circuits 80A and 80a. The phase of the current IA flowing in the 80A excitation circuit has a phase delay of 45o with respect to the voltage
V. In the example illustrated by FIG. 27, this phase shift is obtained by a selection of the distance between the surface of the iron core and the bottom of the pot as well as by the choice of the material with which the pot is made. In this case the resistive component of the excitation circuit 80A is equal to the reactance component.
When the resistance of the excitation circuit 80A is greater than the reactance, the choke LA is connected in series, so that the same result is achieved (see in particular fig. 28). When the resistance of the excitation circuit 80A is less than the reactance, the capacitor AC is connected in series so that the same result is achieved, (see in particular fig. 29). The capacitor CB of the excitation circuit 80a is chosen so that the phase of the current IB is in advance of 45 ° with respect to the voltage V. A similar operation can be achieved by the device illustrated in FIG. 30.
The induction heater has zero alternating electromagnetic force and a power factor of 1 so that the power supply can be simplified.
Fig. 31 is a vector diagram illustrating the characteristics of the exciter having a phase difference of 45 between the voltage at the terminals and the excitation currents of FIGS. 27 to 30. In fig. 31, the vertical axis represents the real component of the power while the horizontal axis represents the imaginary component. The references PA and PB represent the real power transmitted to the excitation circuits SOA and 80B. For the alternating electromagnetic power to be zero, the power PA must be equal to PB. The references QA and Qa represent the imaginary power transmitted to the circuits 80A and 80B, the references TA and TB representing the complex power of the excitation circuits.
So that the electromagnetic field applied to the cooking pot is zero, the phase difference between the electric currents IA and IB must be 90 ". Consequently the phase difference between the complex power TA and the complex power TB must be equal. at 90O. The reference Qo represents the imaginary power of the capacitor CB connected in series to the excitation circuit 80B, so that the phase difference between the complex powers TA and TB is 900.
As these figures show, when the phase difference between the terminal voltage and the current is not equal to 45, in the excitation circuits 80A and 80B, the complex power T = TA + TB transmitted by the source to excitation circuits, retains an imaginary component and therefore the power factor will be less than 1.
Fig. 32 represents a vector diagram in the case of an apparatus according to the invention. On the examples of fig. 27 to 30, the electric current IA transmitted to the excitation circuit 80A, has a phase delay of 45 "with respect to the voltage.
On the other hand, the current IB flowing in the excitation circuit 80B, has a phase advance of 45 "with respect to the voltage; this is due to the presence of the capacitor CB. The following relationships result, where the complex power T = TB + TA has no imaginary component.
IPAI = IQAI Qal = Paiet
ITAI = ITal
As a result, it is found that the power factor is equal to 1 and that the power of the power source can be reduced.
In the example illustrated by FIG. 27, when the resistive component of the excitation circuit is equal to the reactance component as a result of the choice of the interval between the surface of the iron core and the bottom of the pot, the choice of the material used to make said pot, only a capacitor completes the circuit. This results in many advantages, for example that of allowing the realization of a compact apparatus, inexpensive manufacture and reduced power supply.
Fig. 33 illustrates a practical form of an iron core with four magnetic poles.
The iron core 50 has an annular iron core obtained by forming a ferrosilicone plate in the form of a roll and providing it with grooves to hold the windings.
The windings 81 to 84 are held by the grooves 51. The direction of the ferrosilicone layers is such that they oppose the passage of the eddy currents, so that the losses in the core are reduced. The core illustrated by FIG. 33 is made in one piece.
Iron cores made using an assembly of individual rings and pole pieces will be described below.
Fig. 34 represents various rings. The reference 60a designates a ferrite ring as well as the reference 60b, 60c is a square ferrite plate, 60d represents a flat square ring, 60e a flat cross-shaped piece made using a stack of plates in ferrosilicone, 60f finally a piece of similar shape but in ferrite.
Fig. 35 illustrates various forms of magnetic poles. The pole 70a is a magnetic pole in the form of a circular sector formed by stacked steel plates; 70b is a pole of the same shape of ferrite, 70c is a pole of cubic shape of stacked sheet steel plate; 70d a pole of the same shape in ferrite and 70e a cylindrical pole in ferrite.
Fig. 36 illustrates various magnetic poles. 90a denotes a pole piece in the form of a ferrite sector; 90b a square shaped piece of ferrite; 90c a circular ferrite pole piece.
It is possible to make iron cores of various shapes by assembling different previous parts. For example, fig. 37 illustrates a core obtained by assembling a ring 60a of FIG. 34, a magnetic sector 70a of FIG. 35 and a pole piece 90a of FIG. 36.
Fig. 38 illustrates another embodiment of a core obtained by assembling a ring 60a of FIG. 34 and a magnetic sector 70b of FIG. 35.
Fig. 39 is another variant of a core made from a ring 60a of FIG. 34 and a magnetic cylinder serving as the 70th ferrite pole of FIG. 35.
Fig. 40 shows another assembly comprising a cross plate 70d of FIG. 35, while the reference 100 designates a non-magnetic part having a high resistivity arranged on one side of the magnetic pole 70d to decrease the flux leaving the surface and thus decrease the losses in the core.
The various variants described are particularly suitable for use in an induction heating device according to the invention, thanks to their magnetic characteristics, the material used, their weight, and the ease with which the parts can be produced.