FR2944942A1 - Dispositif de chauffage par inducteur de puissance, inducteur de puissance, et four ainsi equipe - Google Patents

Abstract

Dispositif de chauffage par induction comportant : une alimentation électrique à haute fréquence ; un inducteur de puissance (3) pour chauffer un élément induit, et un montage capacitif dans le circuit de l'inducteur , dans lequel l'inducteur (3) comprend au moins un câble (5a, 5b) à brins multiples isolés entre eux et entourés par une enveloppe isolante, et les brins, à leur extrémité de raccordement, sont déployés en éventail (9.1,9.2 ) pour être raccordés en parallèle à une barre métallique (10.1, 10.2 ) formant borne d'alimentation électrique.

Description

DISPOSITIF DE CHAUFFAGE PAR INDUCTEUR DE PUISSANCE, INDUCTEUR DE PUISSANCE, ET FOUR AINSI EQUIPE.

L'invention est relative à un dispositif de chauffage par induction du 5 genre de ceux qui comportent : - une alimentation électrique à haute fréquence, - un inducteur de puissance pour chauffer un élément, - et un montage capacitif dans le circuit de l'inducteur. Par l'expression haute fréquence on désigne une fréquence ~o égale ou supérieure à 5 kilohertz (kHz) et qui peut atteindre 1 mégahertz (1 MHz) ou plus. Par l'expression inducteur de puissance on désigne un inducteur traversé par un courant dont l'intensité est d'au moins 100 ampères. L'invention concerne en particulier, mais non exclusivement, le chauffage par induction de tout produit conducteur d'électricité au défilé pour 15 des applications diverses telles que : - séchage de produits de revêtement divers (peinture, revêtement organique notamment antifinger, etc.) ; - traitement thermique - chauffage avant traitement; (recuit,...) 20 - amélioration de la productivité de four conventionnel. Le chauffage par induction à haute fréquence est efficace, mais le rendement énergétique global est affecté par le rendement énergétique de l'inducteur car une puissance électrique est dissipée en chaleur dans l'inducteur. L'inducteur, dans la description qui va suivre, est du type à flux 25 longitudinal, mais il peut être aussi du type à flux transverse notamment pour chauffer des pièces amagnétiques ou de géométrie particulière. EP 0 577 468 propose une bobine de chauffage par induction électromagnétique comportant un dispositif de refroidissement particulier pour les conducteurs de la bobine. Cette solution est intéressante pour les 30 fréquences inférieures à 10 kHz, mais le rendement diminue de façon conséquente aux fréquences supérieures. WO 2007/141 422 divulgue un dispositif de chauffage par induction comportant une alimentation électrique à haute fréquence qui permet de transférer une puissance élevée par l'inducteur tout en réduisant les difficultés 35 de construction créées par les tensions électriques, en particulier au niveau des connexions de l'inducteur et des condensateurs. Pour un tel dispositif de chauffage, il est souhaitable également d'améliorer le rendement énergétique. L'invention a pour but, surtout, de fournir un dispositif de chauffage de puissance par induction à haute fréquence dans lequel les pertes par échauffement de l'inducteur sont réduites. EP 1 604 551 propose une mise en série et parallèle de monospires qui pourra être avantageusement être utilisé pour la connexion des spires 5 (mono ou multispires) faite à partir de câbles de Litz. L'invention vise en particulier à limiter les pertes énergétiques, notamment les pertes dues au parcours du courant dans l'inducteur, ainsi que les pertes de raccordement au niveau des condensateurs et celles dues au parcours du courant dans les condensateurs. ~o Selon l'invention, un dispositif de chauffage par induction comportant : - une alimentation électrique à haute fréquence, - un inducteur de puissance pour chauffer un élément induit, - et un montage capacitif dans le circuit de l'inducteur, 15 est caractérisé en ce que l'inducteur comprend au moins un câble à brins multiples isolés entre eux, appelé communément câble de Litz, et les brins du câble, à leur extrémité de raccordement sont déployés en éventail pour être raccordés en parallèle à une barre métallique formant borne d'alimentation électrique. 20 Les brins du câble peuvent être entourés, ou non, par une enveloppe électriquement isolante. Le raccordement des extrémités des brins du câble est avantageusement assuré par soudure sur la barre. Avantageusement la longueur de la barre métallique est égale à au 25 moins cinq fois le diamètre du câble, de préférence supérieure à dix fois le diamètre du câble. Selon le nombre de brins du câble, l'éventail peut concerner des sous-groupes de brins. De plus plusieurs nappes parallèles en éventail peuvent être prévues. Les nappes de brins en éventail sont soudées à plat contre la 30 barre. Avantageusement, l'épaisseur des nappes ou des sous-groupes de brins est inférieure à la profondeur de pénétration du courant haute fréquence dans la barre formant borne d'alimentation. Chaque nappe en éventail de brins du câble pour le raccordement admet, de préférence, un plan moyen passant par, ou au voisinage de, l'axe 35 géométrique de l'extrémité du câble. L'éventail est déployé de part et d'autre du prolongement de l'axe de l'extrémité du câble. L'angle formé entre les brins constituant les bords extrêmes de l'éventail et l'axe géométrique de l'extrémité du câble peut atteindre, ou même dépasser, 60°. Le diamètre d'un brin de câble est choisi de telle sorte qu'il permet de s'affranchir des pertes par courants de Foucault haute fréquence générés par les conducteurs voisins. Le nombre de brins ou fils en parallèle dans un câble est suffisamment élevé pour permettre le passage de l'intensité correspondant à la puissance élevée de chauffage. Cette intensité peut atteindre plusieurs centaines à plusieurs milliers d'ampères. Pour donner un ordre de grandeur, non limitatif, le diamètre d'un brin du câble peut être de 0.1 mm pour une fréquence de 50 kHz. lo De préférence, la borne d'alimentation électrique d'un éventail de brins est reliée, du côté opposé à l'éventail, à au moins une armature de condensateur. Dans le cas d'un chauffage au défilé avec flux longitudinal, le plan moyen de l'éventail de raccordement peut être orthogonal à la direction de is défilement de l'élément à chauffer; en variante, ce plan peut être incliné sur cette direction. Le plan moyen de l'éventail serait vertical pour une bande à chauffer se déplaçant horizontalement. Dans le cas d'un inducteur dont le câble est enroulé en hélice selon 20 plusieurs spires (inducteur multispire), l'éventail de raccordement peut être placé dans un plan passant par l'axe du flux. Plus généralement, lorsque le dispositif de chauffage comporte un inducteur dont le câble est enroulé en hélice selon plusieurs spires (inducteur multispire), le nombre de spires affranchit de toute contrainte d'orientation de 25 l'éventail. Pour un chauffage à flux longitudinal, l'inducteur comprend une ou plusieurs spires. Les spires peuvent être connectées électriquement en série ou en parallèle. La ou les spires entourent l'élément à chauffer, prenant ainsi la forme de profil de l'élément à chauffer, en particulier la forme d'un cadre 30 lorsque l'élément à chauffer est de forme plane ou la forme d'un cercle lorsque l'élément à chauffer est cylindrique, ou toute forme adaptée au profil de l'élément à chauffer. L'inducteur peut être formé d'un seul câble, ou peut comprendre au moins deux câbles, ou groupes de câbles à brins multiples isolés entre eux, 35 reliés à des armatures de condensateur à leurs extrémités, formant un circuit oscillant parallèle. L'alimentation permettant d'entretenir l'oscillation du circuit sera placée en parallèle avec le ou les condensateurs, ou l'un des condensateurs. En variante, l'alimentation peut être raccordée en série, en étant intercalée entre l'inducteur et l'un des condensateurs directement ou au travers d'un transformateur, l'inducteur se trouvant alors monté dans un circuit oscillant série. Les dessins annexés ne décrivent que le cas du circuit oscillant parallèle mais la dualité du circuit série peut être envisagée .

II sera parfois nécessaire de réaliser le condensateur par la mise en série de condensateurs élémentaires. Il sera alors avantageux de répartir les condensateurs tout du long de la spire, comme montré par WO 2007/141 422 . Selon une variante, l'inducteur peut comprendre quatre groupes de câbles formant un quadrilatère entourant l'élément à chauffer et reliés à leurs ~o extrémités, formant les sommets du quadrilatère, à quatre armatures ou groupes d'armatures de condensateurs. L'inducteur peut comporter plusieurs spires orthogonales à l'axe géométrique de l'inducteur, et juxtaposées selon un empilement. Avantageusement, des moyens de compensation de l'inductance des spires 15 d'extrémité sont prévus pour éviter une surchauffe de ces spires. Ces moyens de compensation peuvent comprendre des spires supplémentaires voisines de la spire d'extrémité, de diamètre croissant, situées dans un plan orthogonal à l'axe de l'inducteur, ou dont les centres des sections sont disposés selon une courbe s'éloignant de l'axe de l'inducteur. 20 Selon une autre possibilité, les moyens de compensation comprennent au moins un transformateur de courant, ou inductance médiatrice ou compensatrice ou d'équilibrage en courant, branché entre la spire d'extrémité et au moins une autre spire interne, notamment l'avant-dernière spire voisine ou toute autre spire interne, pour équilibrer l'intensité des courants 25 entre la spire d'extrémité et l'autre spire interne, l'intensité traversant la spire d'extrémité étant réduite tandis que celle de l'autre spire interne est augmentée. II est possible d'ajouter un nombre plus important de transformateurs afin d'équilibrer le courant dans plusieurs spires proches des extrémités de l'inducteur. Le nombre de transformateurs de courant peut atteindre le nombre 30 de spires. Un câble à brins multiples isolés entre eux peut comporter au moins un dispositif de refroidissement notamment constitué par un conduit souple, en une matière non conductrice de l'électricité, notamment en matière plastique, pour le passage d'un fluide de refroidissement, les brins étant enroulés ou 35 tressés autour du conduit souple. Le dispositif de refroidissement peut comprendre, en outre, une gaine entourant le câble, dans laquelle passe un fluide de refroidissement, notamment de l'air ou de l'eau ou tout fluide caloporteur.

Le dispositif de chauffage peut comporter un condensateur, ou une batterie de condensateurs, branché entre les bornes de l'alimentation électrique, et N parties inductives élémentaires distinctes, reliées entre elles en série par N-1 condensateurs ou batteries de condensateurs de liaison.

L'éventail des brins ou sous-groupes de brins peut être courbé. La borne d'alimentation électrique peut être courbe. Le dispositif de chauffage peut comporter des monospires ou multispires qui sont connectées unitairement ou par groupe en série , ou en parallèle. to L'invention est également relative à un inducteur de puissance, pour chauffer un élément induit, comportant les caractéristiques énoncées précédemment. L'invention est également relative à un four de chauffage pour élément conducteur d'électricité caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de ts chauffage à induction tel que défini précédemment. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces 20 dessins : Fig. 1 est une coupe verticale, transversale, schématique d'un dispositif de chauffage selon l'invention. Fig. 2 est un schéma électrique du dispositif de Fig. 1. Fig. 3 est une vue partielle en élévation verticale, à plus grande 25 échelle, de l'extrémité droite de raccordement du dispositif de Fig. 1. Fig. 4 est une vue de dessus, à plus grande échelle, de l'extrémité droite du dispositif de Fig. 1. Fig. 5 est un schéma en perspective d'un inducteur multispire avec éventail des brins dans un plan passant par l'axe du flux magnétique. 30 Fig. 6 montre, semblablement à Fig.5, un inducteur multispire avec éventail des brins dans un plan perpendiculaire à l'axe du flux magnétique. Fig. 7 est une vue partielle à plus grande échelle selon la flèche VII de Fig.6 des barres de raccordement des brins des éventails. Fig. 8 est un schéma en coupe verticale d'un dispositif de 35 refroidissement extérieur de conducteurs de l'inducteur. Fig. 9 est une coupe verticale transversale illustrant, à plus grande échelle que sur Fig. 8, le dispositif de refroidissement avec regroupement de quatre câbles dans une gaine.

Fig. 10 est une coupe schématique verticale axiale de l'extrémité d'un inducteur avec spires supplémentaires déviatrices. Fig. 11 montre, semblablement à Fig. 10, une variante de réalisation des spires supplémentaires déviatrices.

Fig. 12 est un schéma électrique d'un moyen de compensation de l'inductance plus faible des spires d'extrémité, avec un transformateur de courant. Fig. 13 est un schéma électrique, en élévation verticale, d'un inducteur à spires concentriques. ~o Fig. 14 est une coupe schématique suivant la ligne XIV-XIV de Fig. 13. Fig. 15 est une vue schématique en élévation verticale d'un conducteur avec spires permutées par quatre. Fig. 16 est une vue schématique suivant la ligne XVI-XVI de Fig. 15. 15 Fig. 17 est une vue schématique en élévation verticale d'un inducteur constitué de quatre parties inductives élémentaires, formant un quadrilatère, reliées entre elles à leurs sommets par des batteries de condensateurs, et Fig. 18 est un schéma électrique équivalent de l'inducteur de Fig. 17. En se reportant aux dessins, notamment aux Fig. 1, 3 et 4, on peut 20 voir un dispositif 1 de chauffage par induction comportant une alimentation électrique à haute fréquence avec convertisseur de fréquence 2. La fréquence est supérieure à 5 kHz et peut dépasser 400 kHz. Le dispositif 1 comprend un inducteur de puissance 3 propre à chauffer un élément induit 4. Dans l'exemple représenté, l'inducteur 3 comporte 25 des spires entourant l'élément induit 4 qui défile horizontalement à l'intérieur des bobines de l'inducteur 3, selon une direction orthogonale au plan de Fig.1. L'inducteur 3 peut être formé par une juxtaposition ou empilement de monospires situées chacune dans un plan vertical orthogonal à la direction de déplacement de l'élément 4. Les spires sont reliées en parallèle. L'inducteur 3 30 assure un chauffage à flux longitudinal. L'élément induit 4 est constitué en particulier par une bande métallique, notamment une bande d'acier. Cet exemple n'est pas limitatif. Le dispositif de chauffage pourrait être du type à flux transverse, auquel cas le plan moyen des spires de l'inducteur serait sensiblement parallèle au plan de l'élément induit pour que le 35 champ électromagnétique créé soit sensiblement orthogonal au plan de l'élément induit. Les spires de l'inducteur de puissance sont traversées par un courant dont l'intensité est généralement d'au moins 100 A .La puissance de l'inducteur 3 conduit normalement à envisager sa réalisation avec au moins un conducteur de section transversale importante. Au contraire, selon l'invention, malgré une telle puissance mise en jeu, l'inducteur 3 est réalisé avec des câbles 5a, 5b de Litz à brins 6 multiples isolés entre eux, généralement par un vernis. Le diamètre individuel des brins 6 est suffisamment faible pour qu'il permette de s'affranchir de l'effet de peau dû à la fréquence élevée du courant. Le diamètre d'un brin conducteur est en particulier de l'ordre 0.1 mm (1/10ème de millimètre) pour une fréquence de 50kHz. io Le nombre de brins 6 est fonction du courant total qui traverse les spires de l'inducteur 3. Les brins ou fils 6 sont alimentés en parallèle. Ils sont regroupés généralement sous forme d'un câble torsadé ou tressé. Les brins peuvent être entourés par une gaine enveloppe 7 en matière isolante, mais une telle enveloppe n'est pas indispensable. En raison de l'intensité élevée exigée ts par un inducteur de puissance, le nombre de fils ou brins 6 d'un câble peut être de plusieurs milliers ou dizaines de milliers. Selon l'exemple de Fig. 1 où l'élément à chauffer est plat à section rectangulaire, les câbles 5a, 5b forment un cadre sensiblement rectangulaire entourant l'élément induit 4. En variante, ce cadre pourrait être formé avec un 20 seul câble recourbé selon le contour souhaité. Chaque câble présente une partie centrale sensiblement horizontale maintenue par des supports 8 en matière isolante. Les extrémités des conducteurs 5a, 5b sont incurvées vers le plan horizontal contenant la bande 4 et leur extrémité est recourbée sensiblement dans le plan de cette bande. Les extrémités du câble 5a ont été 25 désignées par 5a1 et 5a2. Le câble 5b est de préférence décalé suivant une direction orthogonale au plan de la bande. Aux extrémités des câbles, les fils conducteurs 6 sont dégagés de la gaine éventuelle 7 sur une longueur suffisante pour permettre d'épanouir la multitude de fils 6 en un éventail pour le raccordement à une barre métallique 30 allongée. Pour le câble 5a, les éventails 9.1, 9.2 à chacune de ses extrémités constituent des nappes dont le plan moyen est vertical, orthogonal à la direction de déplacement de la bande 4. Selon le nombre de câbles groupés plusieurs nappes en éventail parallèles peuvent être formées. 35 L'ouverture de l'éventail 9.1, 9.2 est telle qu'un espace suffisant existe entre les fils libérés de leur enveloppe 7 pour réduire les effets d'inductance parasite. L'éventail 9.1, 9.2 s'étale, de préférence, de part et d'autre de l'axe géométrique X-X (Fig. 3) de l'extrémité du câble concerné.

L'ouverture de l'éventail est avantageusement telle que les brins ou fils 6 en limite de l'éventail forment avec l'axe X-X un angle a pouvant atteindre, ou dépasser, 60°. Les extrémités des brins 6 sont libérées de leur vernis isolant et sont reliées en parallèle à la barre métallique 10.1 ou 10.2 par soudure, notamment soudure à l'étain. II est essentiel d'assurer l'épanouissement des conducteurs aller et retour en vis à vis afin d'assurer une inductance minimale et une bonne répartition du courant dans les brins, c'est ce qui permet de conserver une sections de passage du courant à peu près constante, une densité de courant à peu près constante. ~o Les barres 10.1, 10.2 forment avec un barreau métallique 11 une seule pièce ou éventuellement deux pièces associées. L'ensemble est maintenu par des barreaux 12 en matière isolante, qui ne sont pas représentés sur Fig. 4. De même que le câble 5a, le câble 5b comporte à chaque extrémité 15 au moins une nappe en éventail 9. l b formée de brins reliés en parallèle, par soudure, à une barre métallique 10.1 b (Fig.4) pour l'éventail 9.1b, tandis que la barre et l'éventail de l'autre extrémité ne sont pas visibles sur les dessins. Du côté opposé aux câbles 5a, 5b, les barres 10.1, 10.l b (voir Fig. 4) sont raccordées électriquement à des armatures 13.1, 13.l b de condensateur 20 Cl, ces armatures étant séparées par une couche d'isolant diélectrique 14, notamment une couche d'air. Selon l'exemple de Fig. 4, quatre spires sont juxtaposées et reliées à quatre condensateurs ou batteries de condensateurs Cl, C1.1, C1.2, C1.3. Chaque câble 5a, 5b comporte un dispositif de refroidissement 25 comprenant au moins un conduit 15a, 15b en matière isolante, en particulier en matière plastique, parcouru par un fluide de refroidissement, notamment de l'eau ou de l'air. De préférence, les brins 6 sont enroulés en hélice ou tressés autour du conduit 15a ou 15b qui s'étend suivant l'axe géométrique du câble considéré. 30 Au niveau de l'éventail des fils dégagés de leur éventuelle enveloppe 7, comme visible sur Fig. 3, le conduit souple de refroidissement 15a est dégagé de l'éventail et relié par un raccord 16 à un circuit de fluide qui peut être prévu dans le barreau 11. Une autre extrémité du barreau est munie d'un raccord 17 pour l'alimentation ou l'évacuation du fluide de refroidissement. 35 Comme visible sur Fig. 3, plusieurs armatures de condensateur , en forme de plaques, peuvent être reliées en parallèle à la barre métallique correspondante 10.1. Quatre armatures 13.11, 13.12, 13.13 et 13.14 sont prévues selon la variante de Fig. 3, auxquelles correspondent quatre autres armatures en vis-à-vis, reliées au câble 5b. Sur Fig. 4 il apparaît que le dispositif de refroidissement comprend un tuyau 15c, 15d, brasé sur une barre 10.1, 10.lb ou sur le barreau 11. En variante, à la place des tuyaux 15c, 15d, le dispositif de refroidissement comporte au moins un conduit foré dans le métal du barreau 11. Les tuyaux de refroidissement 15a, 15b du câble sont en matière souple isolante de l'électricité. Les tuyaux 15c, 15d des barres 10.1, 10.lb sont en cuivre ou en laiton ou tout autre métal bon conducteur de la chaleur. La fixation des armatures de condensateur 13.1, 13.lb sur les barres 10.1, 10.lb peut être réalisée à l'aide de vis 18.1, 18.l b horizontales traversant les plaques 13.1, 13.lb jusqu'aux barres 10.1, 10.lb où elles sont vissées. D'autres moyens de fixation classiques peuvent être utilisés. Fig.5 montre un inducteur formé par un câble 5 à brins multiples isolés, enroulé en hélice selon plusieurs spires pour former une multispire ayant une certaine étendue suivant l'axe Y-Y du flux magnétique. II est alors possible de placer l'éventail 6 dans un plan passant par l'axe Y-Y, ou parallèle à cet axe, sans créer un problème d'encombrement. En effet, l'éventail 6 est compris, ou sensiblement compris, entre les deux plans d'extrémité de la multispire orthogonaux à l'axe Y-Y.

Toutefois, comme illustré sur Fig.6, il est également possible de placer l'éventail 6 d'une multispire dans un plan perpendiculaire à l'axe Y-Y, ou incliné sur cet axe. La longueur H (Fig.7) de la barre métallique 10.1, 10.1b, formant borne de raccordement, est égale à au moins cinq fois le diamètre du câble 5, 5a, 5b et de préférence supérieure à dix fois le diamètre du câble. A titre d'exemple non limitatif, la hauteur H peut être de l'ordre de 400 mm, tandis que le diamètre du câble est de l'ordre de 30 mm. Selon le nombre de brins du câble, plusieurs nappes parallèles en éventail peuvent être prévues. Les nappes de brins ou de sous-groupes de brins en éventail sont soudées à plat contre la barre 10.1, 10.1b. Avantageusement, l'épaisseur Ep des nappes superposées est inférieure à, ou du même ordre que, la profondeur de pénétration P du courant haute fréquence dans la barre formant borne d'alimentation. A titre d'exemple non limitatif, la profondeur de pénétration P peut être de l'ordre de 0.1 mm à 0.5 mm, selon la fréquence et le métal utilisé.

La solution de l'invention permet d'obtenir une densité de courant faible jusqu'aux condensateurs par la disposition des brins en éventail et ceci indépendamment du type de refroidissement du câble. Le raccordement en éventail des fils 6 aux barres ou bornes 10.1, 2944942 'o 10.l b permet de limiter fortement les pertes de raccordement au niveau des condensateurs C1...C1.3, et dans le parcours du courant dans les condensateurs. Comme visible sur Fig. 1, le câble 5a à son extrémité gauche 5a2 est 5 raccordé de la même manière que sur l'extrémité droite par un éventail 9.2 de fils à une barre 10.2. Il en est de même pour le câble 5b avec une autre barre non visible. Du côté opposé à l'éventail 9.2, des armatures de condensateurs 13.31,13.32,13.33 sont reliées à la barre 10.2. Les conduits souples de refroidissement 15a, 15b sont reliés au circuit situé dans le barreau 11, lui-même relié à des collecteurs G de fluide de refroidissement. Le schéma de Fig. 2 montre le circuit électrique réalisé avec l'inducteur 3 de Fig. 1. Les mêmes références ont été utilisées pour désigner les représentations symboliques des inductances et des capacités. Il apparaît que le générateur 2 est branché aux bornes de la capacité Cl et que d'une borne 15 de cette capacité à l'autre sont montés en série l'inductance formée par le conducteur 5a, le condensateur C2 situé à l'extrémité opposée des conducteurs 5a et 5b et l'inductance formée par le conducteur 5b. Ce montage conforme à l'enseignement de WO 2007/141422 permet d'augmenter la tension de fonctionnement de l'inducteur. 20 Fig. 8 illustre un autre dispositif de refroidissement des câbles 5a, 5b qui sont entourés par une gaine électriquement isolante 19a, 19b, par exemple en tube silicone, définissant un passage annulaire autour des câbles 5a, 5b. Une entrée 20a, 20b pour le fluide de refroidissement est prévue, sensiblement à mi-longueur des gaines, lesquelles débouchent vers l'extrémité coudée du 25 conducteur, avant d'atteindre l'éventail 9.1 ou 9.2. Du gaz de refroidissement, notamment de l'air est soufflé par les entrées 20a, 20b et se répartit des deux côtés pour refroidir par l'extérieur les câbles 5a, 5b. Fig. 9 montre, en coupe transversale deux gaines en tube électriquement isolant 19a1, 19b1 dans lesquelles sont regroupés quatre câbles 30 5a, 5b. Chaque gaine comporte son entrée 20a1, 20b1 pour le fluide de refroidissement. Le fluide de refroidissement pourrait être constitué par un liquide, notamment par de l'eau, auquel cas un collecteur serait prévu pour recueillir l'eau de refroidissement au voisinage de chaque extrémité proche de l'éventail 35 9.1, 9.2. La disposition de Fig. 9, regroupant plusieurs câbles dans une même gaine permet de réduire le nombre de gaines de ventilation forcée. II est possible de regrouper les câbles par quatre surtout si l'on travaille avec un pas double au niveau des condensateurs. Plusieurs spires individuelles ou monospires (Fig.10), chacune formée par des câbles 5a et 5b, peuvent être prévues coaxiales, orthogonales à l'axe de l'inducteur, juxtaposées parallèlement à la direction de déplacement de l'élément à chauffer. Une spire telle que 21 (Fig. 10) située dans l'empilement ainsi formé est comprise entre deux autres spires qui contribuent à augmenter l'inductance, ou self, de la spire 21. Une spire d'extrémité telle que 22, située à l'extrémité droite selon Fig. 10, comporte une spire voisine d'un seul côté, de sorte que l'inductance de la spire 22 sera plus faible que celle des spires internes. Cette spire d'extrémité 22 sera alors traversée par un courant d'intensité plus forte, engendrant une surchauffe, lorsque les spires sont connectées en parallèles. Pour éviter cette surchauffe, comme illustré sur Fig. 10, on prévoit un moyen de compensation formé, dans le plan moyen de la spire 22, par au moins une spire 23, de plus grand diamètre, entourant la spire 22. La spire 23 présente une inductance plus forte, et son effet de proximité augmente l'inductance de la spire 22. On peut ajouter une nouvelle spire 24 de plus grand diamètre que la spire 23, et ainsi de suite, jusqu'à ce que l'inductance ou self de la spire d'extrémité 22 soit égale ou sensiblement égale à celle d'une spire interne telle que 21. Fig. 11 montre une variante de réalisation du moyen de compensation pour éviter une surchauffe de la spire d'extrémité 22. Des spires supplémentaires 25, 26, 27, 28 de plus grand diamètre, faisant suite à la spire d'extrémité 22, sont disposées de telle sorte que les centres de leurs sections se trouvent sur un arc de courbe 29 convexe vers l'extérieur se raccordant à la droite 30 d'alignement des centres des sections des spires internes. Le diamètre des spires 25-28 augmente progressivement. Fig. 12 illustre une autre réalisation du moyen de compensation pour éviter la surchauffe de la spire d'extrémité 22.

Les spires d'inducteur, représentées schématiquement sur Fig. 12, sont des monospires branchées en parallèle entre deux lignes d'alimentation El, E2 sous la tension U. Les spires internes telles que 21 présentent une self L. Pour éviter une surchauffe de la spire d'extrémité 22, on dispose au moins un transformateur d'intensité 31 entre un brin de la spire 22 et au moins d'une spire interne, notamment la spire 32 voisine de 22. L'inductance compensatrice peut être branchée sur n'importe lequel des pôles de la spire, l'important est que les ampères-tours générés par une des spires neutralise ceux de l'autre spire. Les deux enroulements du transformateur 31 sont soumis à des tensions opposées +U et -U. Le transformateur d'intensité 31 assure une diminution de l'intensité dans la spire d'extrémité 22 et une augmentation de l'intensité dans la spire interne 32, de manière à équilibrer les courants dans les deux spires 22 et 32, et à ramener l'intensité traversant ces spires à une valeur voisine de l'intensité traversant les spires internes telles que 21. Fig. 13 et 14 illustrent schématiquement un inducteur double couche, à spires concentriques. Les schémas des Fig. 13 et 14 montrent des spires internes formées par des câbles 3.11...3.nl et 3.12...3.n2 situés dans un même plan vertical orthogonal à la direction de déplacement de l'élément 4 à chauffer. Les conducteurs de chaque spire sont reliés, à leurs extrémités, respectivement aux armatures des condensateurs Cl, C2 d'une manière semblable aux schémas de Fig.1 et 2. Le générateur 2 est branché aux bornes du condensateur Cl. Des spires extérieures concentriques sont réalisées avec des 1s conducteurs 103.11...103.nl d'un côté du plan de l'élément 4 et 103.12...103.n2 de l'autre côté du plan de l'élément 4, ces spires étant reliées en parallèle aux armatures des condensateurs Cl et C2 comme illustré sur Fig. 13. Les spires intérieures, formées par les conducteurs tels que 3.11-3.12, ont une inductance L1 inférieure à l'inductance L2 des spires extérieures 20 formées par des conducteurs tels que 103.11-103.12. L'intensité 11 du courant qui traverse les spires intérieures est donc supérieure à celle du courant qui traverse les spires extérieures. Le doublement des couches de conducteur illustrées sur Fig. 14 permet d'augmenter les ampères-tours, donc le champ magnétique.

25 Fig. 15 et 16 montrent une variante selon laquelle les spires sont permutées par pair ou multiple, ici avantageusement par quatre pour équilibrer les valeurs d'inductances des différentes spires ainsi que les courants. Des torons de quatre câbles sont formés (Fig. 16) et vrillés, par exemple de 180°, d'un condensateur Cl au condensateur C2 de sorte que les deux câbles 3.11- 30 3.21 qui se trouvent dans la couche intérieure au niveau du raccordement au condensateur Cl se trouvent dans la couche extérieure au niveau du raccordement au condensateur C2, et inversement pour les câbles 103.11 et 103.12 du groupe de quatre câbles. Les inductances de chaque spire formée de quatre câbles sont alors égales, de même que les courants.

35 Les câbles groupés par quatre permettent aussi d'obtenir une permutation latérale dans les spires d'extrémité et de favoriser l'équilibrage des courants dans ces spires d'extrémité. Fig. 17 montre une réalisation selon laquelle l'inducteur comprend quatre câbles ou groupes de câbles 5a, 5b, 5c, 5d formant un quadrilatère, sensiblement en forme de rectangle, entourant l'élément à chauffer 4. Les fils dégagés à chaque extrémité des conducteurs sont déployés et raccordés en éventail à une barre métallique reliée de l'autre côté à une ou plusieurs armatures de condensateurs C1-C4. Par exemple, les extrémités du câble 5a sont reliées par des faisceaux de fils en éventail 9.al, 9.a2 à des barres 10ad et 10ac. Cette dernière est reliée à une borne d'alimentation de la source 2. Une autre barre (non visible sur Fig. 17) est située en arrière de la barre 10ac et est reliée à to l'éventail de fils 9c1 du conducteur 5c. A l'opposé des éventails, les barres sont reliées aux armatures du condensateur Cl. II en est de même pour les autres sommets du quadrilatère. Les barres de raccordement 10ac, 10ad, 10bd, 10cb sont inclinées par rapport au plan moyen de l'élément à chauffer 4, et sont sensiblement 15 orthogonales à la bissectrice des angles aux sommets du quadrilatère, ce qui permet de minimiser les rayons de courbure des câbles. Cependant, l'inclinaison des barres de raccordement peut être différente, les barres pouvant même êtres verticales ou horizontales. Les extrémités des câbles 5a-5d sont courbées de manière concave 20 vers l'extérieur. La courbure extérieure des câbles, désignée par 33 pour l'extrémité gauche du câble 5a, est prévue pour permettre de réduire le nombre de cintrages, ainsi que l'espace à magnétiser. Le montage illustré sur Fig. 17 est schématisé sur Fig. 18. II s'agit d'un montage "quadrupleur". Une telle disposition permet de monter à des 25 tensions importantes, à des fréquences élevées. Quelle que soit la réalisation adoptée, les inducteurs de puissance haute fréquence, selon l'invention, en câbles à brins multiples isolés entre eux, permettent d'obtenir un rendement élevé. Le raccordement des fils à leurs extrémités est prévu pour limiter au maximum les pertes de raccordement au 30 niveau des condensateurs, ainsi que le parcours du courant dans les condensateurs. 15

Claims (22)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de chauffage par induction comportant : - une alimentation électrique (2) à haute fréquence, s - un inducteur de puissance pour chauffer un élément induit (4), - et un montage capacitif dans le circuit de l'inducteur, caractérisé en ce que l'inducteur (3) comprend au moins un câble (5a, 5b) à brins multiples isolés entre eux, et les brins (6) du câble, à leur extrémité de raccordement sont déployés en éventail (9a, 9b) pour être raccordés en 10 parallèle à une barre métallique (10.1, 10.1b, 10.2) formant borne d'alimentation électrique.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le raccordement des extrémités des brins (6) est assuré par soudure sur la barre (10.1, 10.2 ; 10.1b).
3. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le la longueur (H) de la barre métallique (10.1, 10.1b, 10.2) est égale à au moins cinq fois le diamètre du câble (5, 5a,5b). 20
4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs nappes parallèles en éventail (9.1) sont prévues soudées à plat contre la barre (10.1).
5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur (Ep) des 25 nappes est inférieure à, ou du même ordre que, la profondeur de pénétration (P) du courant haute fréquence dans la barre (10.1) formant borne d'alimentation.
6. 6.. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce que chaque nappe en éventail (9.1, 9.2 ; 9.1b) admet un plan moyen passant par, ou au voisinage de, l'axe géométrique (X-X) de l'extrémité du câble.
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 35 caractérisé en ce que l'angle (a) formé entre les brins (6) constituant les bords extrêmes de l'éventail (9.1, 9.2 ; 9.1 b) et l'axe géométrique (X-X) de l'extrémité du câble atteint, ou dépasse, 60°.
8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 40 caractérisé en ce que le diamètre d'un brin de câble est choisi de telle sorte qu'ilpermet de s'affranchir des pertes par courants de Foucault haute fréquence générés par les conducteurs voisins., le nombre de brins ou fils en parallèle dans un câble étant suffisamment élevé pour permettre le passage de l'intensité correspondant à la puissance élevée de chauffage.
9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la borne d'alimentation électrique (10.1,
10. 10.1b, 10.2) d'un éventail de brins (9.1, 9.1b, 9.2) est reliée, du côté opposé à l'éventail, à au moins une armature de condensateur (13.1, 13.1b). 10 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un inducteur dont le câble (5) est enroulé en hélice selon plusieurs spires (inducteur multispire), le nombre de spires affranchissant de toute contrainte d'orientation de l'éventail (9.1, 9.1b). 15
11. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'inducteur comprend quatre groupes de câbles (5a,5b,5c,5d) formant un quadrilatère entourant l'élément à chauffer (4) et reliés à leurs extrémités, formant les sommets du quadrilatère, à quatre armatures ou 20 groupes d'armatures de condensateurs (Cl ,C2,C3,C4).
12. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'inducteur comporte plusieurs spires orthogonales à l'axe géométrique de l'inducteur, et juxtaposées selon un empilement, caractérisé en ce que des 25 moyens de compensation (23,24 ;25-28 ;31) de l'inductance des spires d'extrémité (22) sont prévus pour éviter une surchauffe de ces spires.
13. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de compensation comprennent des spires supplémentaires (23,24 ;25-28) voisines 30 de la spire d'extrémité (22), de diamètre croissant, situées dans un plan orthogonal à l'axe de l'inducteur, ou dont les centres des sections sont disposés selon une courbe (29) s'éloignant de l'axe de l'inducteur.
14. 14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de 35 compensation comprennent un transformateur de courant (31) branché entre la spire d'extrémité (22) et au moins une autre spire interne (32) pour équilibrer l'intensité des courants entre la spire d'extrémité et l'autre spire interne.
15. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 4o caractérisé en ce qu'un câble (5a) à brins multiples isolés entre eux comporte 5au moins un dispositif de refroidissement comprenant un conduit souple (15a), en une matière non conductrice de l'électricité, pour le passage d'un fluide de refroidissement, les brins étant enroulés en hélice ou tressés autour du conduit souple (15a).
16. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un câble (5a, 5b) à brins multiples isolés entre eux comporte au moins un dispositif de refroidissement comprenant une gaine (19a, 19b) entourant le câble, dans laquelle passe un fluide de refroidissement. 10
17. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un condensateur (Cl), ou batterie de condensateurs, branché entre les bornes de l'alimentation électrique, et N parties inductives élémentaires distinctes, reliées entre elles en série par N-1 15 condensateurs ou batteries de condensateurs de liaison.
18. 18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'éventail des brins ou sous-groupes de brins est courbé. 20
19. 19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la borne d'alimentation électrique est courbe
20. 20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des monospires ou multispires qui sont 25 connectées unitairement ou par groupe en série, ou en parallèle
21. 21. Inducteur de puissance, pour chauffer un élément induit, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un câble (5a, 5b), à brins multiples isolés entre eux , et les brins, à leur extrémité de raccordement, sont déployés en éventail 30 (9.1,9.2 ;9.1b) pour être raccordés en parallèle à une barre métallique (10.1, 10.2 ; 10.1b) formant borne d'alimentation électrique.
22. 22. Four de chauffage par induction comportant un dispositif de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 20. 35