FR2988973A1

FR2988973A1 - Device for producing heat by electromagnetic induction in e.g. electric household appliance, has armature, where shape of part composing armature allows circulation of flux, and armature parts are manufactured out of magnetisable materials

Info

Publication number: FR2988973A1
Application number: FR1200909A
Authority: FR
Inventors: Jean Serge Yves Herskovits
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-04

Abstract

The device has a traditional system comprising a winding (2) forming an inductor, and a set of electric cables with electric connection wires (3). A high frequency power generator is provided with a set of commutations (4), and an electric and thermal insulator (5), and a metal part that is utilized for holding an armature (1). A shape of a part composing the armature allows circulation of magnetic flux in closed circuit, where all parts of the armature are manufactured out of magnetisable materials.

Description

Description. La présente invention concerne un dispositif pour produire de la chaleur par induction électromagnétique, dont la caractéristique essentielle est que la forme géométrique de la pièce dont est fabriqué l'induit permet la circulation du flux électromagnétique en circuit fermé. Description. The present invention relates to a device for producing electromagnetic induction heat, the essential characteristic of which is that the geometrical shape of the part of which the armature is manufactured allows the circulation of the electromagnetic flux in a closed circuit.

Dans les dispositifs de chauffage par induction électromagnétique utilisés traditionnellement, la forme et la composition des pièces composant l'induit n'ont pas pour but principal de permettre à celui-ci la circulation d'un flux magnétique en circuit fermé. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à cet inconvénient. Ma recherche sur le site de l' I N P I ne m'a pas permis de trouver cette caractéristique. En effet en cherchant sur ce site «chauffage à induction » la réponse est, il y a 2634 résultats trouvés et seuls 500 sont affichés. Je les ai tous parcourus et je n'ai rien trouvé qui corresponde à ma recherche. En tapant « chauffage à induction à champ électromagnétique fermé » il y a un résultat, mais il s'agit du circuit électrique qui est fermé. En tapant « radiateurs à induction » il y a 8 résultats dont un seul peut ressembler à mon invention, mais ou la caractéristique de l'induit n'est pas de former un circuit magnétique fermé. En tapant « chauffage à induction à circuit magnétique fermé » il y a 0 réponses. Le dispositif selon mon invention est accompagné d'un dispositif classique pour générer la tension nécessaire à l'inducteur et qui est composé : -D'un bobinage inducteur. 2Q -Un générateur de puissance, hautes fréquences, incluant les commutations, les commandes et les régulations de chaleur. -Un isolateur thermique et électrique qui est interposé entre l'inducteur et l'induit. -Si nécessaire des câbles électriques, à brins multiples, reliant le générateur à la bobine inductrice, cela dans le cas ou, pour protéger le générateur de la chaleur produite par 2_,S, l'induit, celui-ci se trouverait éloigné de la bobine inductrice, où dans le cas ou l'inducteur et l'induit se trouveraient plongés dans un liquide. Ces câbles doivent être de la meilleure qualité et aussi court que possible pour éviter les pertes dues à la haute fréquence du générateur. Le dispositif tenant lieu d'induit est fabriqué d'une ou plusieurs pièces métalliques 3o, comme détaillé plus bas et caractérise l'invention. Tous les dispositifs représentant l'induit dans cette description sont fabriqués dans des matériaux magnétisables, et plus particulièrement en acier ou en fonte. Selon des modèles particuliers de réalisation, la pièce composant l'induit peut être fabriquée : 35 -De 2 tôles d'acier laminé, plates, ayant une épaisseur qui peut varier selon les modèles entre let 6mm, pliées 2 fois (en U asymétrique) et soudées entre elles, formant ainsi une seule pièce recourbée, ayant la forme d'un trombone et qui du fait de cette forme permet la 3g, circulation du flux électromagnétique en circuit fermé. In electromagnetic induction heating devices traditionally used, the shape and composition of the components of the armature are not primarily intended to allow it to circulate a magnetic flux in a closed circuit. The device according to the invention overcomes this disadvantage. My search on the I N P I website did not allow me to find this characteristic. Indeed by looking on this site "induction heating" the answer is, there are 2634 results found and only 500 are displayed. I have read them all and found nothing that corresponds to my research. By typing "closed electromagnetic field induction heating" there is a result, but it is about the electric circuit which is closed. Typing "induction radiators" there are 8 results of which only one can look like my invention, but where the characteristic of the armature is not to form a closed magnetic circuit. By typing "induction heating with closed magnetic circuit" there are 0 answers. The device according to my invention is accompanied by a conventional device for generating the voltage required for the inductor and which is composed of: -An inductor winding. 2Q - A power generator, high frequencies, including commutations, controls and heat regulation. -A thermal and electrical isolator that is interposed between the inductor and the armature. -If necessary multi-strand electrical cables connecting the generator to the inductive coil, in the case where, to protect the generator from the heat produced by 2_, S, the armature, it would be away from the inductive coil, where in the case where the inductor and the armature would be immersed in a liquid. These cables must be of the best quality and as short as possible to avoid losses due to the high frequency of the generator. The device in lieu of armature is made of one or more metal parts 3o, as detailed below and characterizes the invention. All the devices representing the armature in this description are made of magnetizable materials, and more particularly steel or cast iron. According to particular embodiments, the component part of the armature can be manufactured: 35 -From 2 flat rolled steel sheets, having a thickness that can vary according to the models between let 6mm, folded twice (U-shaped asymmetrical) and welded together, thus forming a single curved piece, having the shape of a trombone and which due to this shape allows the 3g, circulation of electromagnetic flow in closed circuit.

La soudure n'empêche pas la circulation du flux électromagnétique. Cette pièce, n'étant pas soudée aux extrémités, permet d'éviter les ennuis éventuels dus à la dilatation et à la contraction générés par les grandes différences de température. Cette pièce en forme de trombone peut être repliée vers l'intérieur ou vers l'extérieur. Dans le cas ou le trombone est plié vers l'extérieur un espace de dilatation doit être gardé. -Être fabriqué avec le même type de matériaux et caractérisé en ce que les tôles sont pliées une seule fois en (L) et soudées aux extrémités, formant un rectangle. Ce dispositif étant utilisé dans le cas ou la dilatation n'est pas à prendre en considération et ne gène pas le bon fonctionnement du dispositif. Io, -L'induit peut aussi être fabriqué de deux tôles laminées plates, épaisses, reliées électro magnétiquement entre elles aux 2 extrémités par des tôles fines de transformateur, (qui ne chauffent pas) et qui permettes la circulation du champ électromagnétique en circuit fermé à l'instar d'un transformateur. - Dans tous les cas susmentionnés, la fonte peut aussi être utilisée dans le même but. (5. La fonte peut être coulée de manière à former une pièce recourbée permettant au champ électromagnétique de se refermer sur lui-même. Dans tous les cas susmentionnés on peut utiliser un bobinage inducteur plat enroulé en spirale, du même type que celui utilisé habituellement pour les tables de cuisson par induction. 2b. -L'induit peut aussi être fabriqué en utilisant des tubes d'acier ayant une épaisseur de 1 a 3mm, à section circulaire, (tubes cylindriques), carrés ou rectangulaires. Ces tubes sont soudés entre eux aux extrémités par l'intermédiaire de pièces fabriqués dans les mêmes matériaux que les tubes et ayant : -Deux extrémités de forme concave et du même diamètre, pour les tubes cylindriques. 25 -Des formes rectangulaires ou carrés pour les tubes ayant ces formes la. Ces pièces soudées aux tubes forment une boucle avec ceux-ci, boucle qui permet au flux magnétique de circuler en circuit fermé. Dans le cas ou l'induit est composé de tubes, cylindriques, rectangulaires ou carrés, l'inducteur peut être bobiné autour de ceux-ci. L'on peut ainsi créer des batteries de elte tubes de différentes formes. Un bobinage inducteur peut être enroulé sur un tube sur deux, ou sur un tube sur trois. La proximité des tubes peut aussi permettre l'utilisation d'un bobinage inducteur plat enroulé en spirale. - L'induit peut aussi être fabriqué de tubes d'acier rectangulaires ou carrés soudés $5 directement entre eux et formant une boucle en forme de trombone ou de rectangle. Dans ce cas, le circuit magnétique se referme premièrement directement à travers chaque tube et deuxièmement à travers la boucle formée par ceux-ci. Dans le cas où la boucle du trombone se ferme vers l'extérieur, l'avant dernier tube de la rangée opposée à la boucle extérieure du trombone doit être plus long afin de lia permettre un espace de dilatation. L'inducteur utilisé est plat et enroulé en spirale. Un seul générateur peut alimenter alternativement plusieurs bobinages inducteurs. Welding does not prevent the flow of electromagnetic flux. This piece, not being welded to the ends, avoids the possible annoyances due to the expansion and contraction generated by the large differences in temperature. This trombone-shaped piece can be folded in or out. In the case where the paper clip is bent outwards an expansion space must be kept. -Be made with the same type of materials and characterized in that the sheets are folded once in (L) and welded at the ends, forming a rectangle. This device is used in the case where the dilation is not to be considered and does not interfere with the proper functioning of the device. Io, -The armature can also be made of two flat, thick rolled sheets electromagnetically connected to each other at both ends by thin sheets of transformer (which do not heat) and which allow the circulation of the electromagnetic field in a closed circuit like a transformer. - In all the aforementioned cases, cast iron can also be used for the same purpose. (5. The cast iron may be cast to form a curved part allowing the electromagnetic field to close in. In all the above-mentioned cases it is possible to use a spirally wound flat inductor winding of the same type as that usually used. for induction cooktops 2b -The armature may also be manufactured using steel tubes having a thickness of 1 to 3 mm, circular section, (cylindrical tubes), square or rectangular. between them at the ends by means of parts made of the same materials as the tubes and having: -Two concave-shaped ends of the same diameter, for the cylindrical tubes -Rectangular or square shapes for the tubes having these shapes These pieces welded to the tubes form a loop with them, a loop which allows the magnetic flux to circulate in a closed circuit In the case where the armature is composed of tubes, cylindrical, rectangular or square, the inductor can be wound around them. It is thus possible to create batteries of this type of tubes of different shapes. An inductor winding can be wound on every other tube, or on every third tube. The proximity of the tubes may also allow the use of a spirally wound flat inductor winding. The armature may also be made of rectangular or welded square steel tubes directly to each other and forming a trombone or rectangle-shaped loop. In this case, the magnetic circuit closes first directly through each tube and secondly through the loop formed by them. In the case where the loop of the trombone closes outward, the penultimate tube of the row opposite to the outer loop of the trombone must be longer in order to allow a space of expansion. The inductor used is flat and wound in a spiral. A single generator can alternately feed several inductive coils.

Le bobinage inductif plat peut être introduit à l'intérieur de l'induit en forme de trombone ou de rectangle, par exemple dans le cas de la fabrication d'un radiateur domestique ou la température de l'induit n'a pas besoin de dépasser 80° C. La position verticale du dispositif est recommandée, permettant une circulation naturelle du fluide qui le traverse. Plusieurs dispositifs identiques peuvent former un groupe. Un labyrinthe peut être placé à l'intérieur du rectangle formant l'induit, de façon à ce que l'air ou le fluide le traversant ait un contact plus prolongé avec celui-ci. Un ventilateur ou un extracteur peuvent pousser ou aspirer ce fluide. Le dispositif selon l'invention permet une consommation de courant électrique en to KW/h nettement plus faible, pour obtenir la même quantité de chaleur. Selon les divers tests que j'ai effectué, ainsi, en prenant une tôle plate d'acier laminé ordinaire de 720 mm / 200mm et d'une épaisseur de 4 mm et exactement la même tôle repliée sur elle- même en forme de trombone, j'ai constaté baisse de consommation de plus de 40%, sur le système utilisant la tôle pliée en forme de trombone par rapport à la tôle plate. 15 Ainsi on peut fabriquer suivant cette invention : -Divers types de radiateurs, à usage domestiques, ou industriels. -Des fours à usage domestique, commercial (four à pizza) ou industriel. -Ballons d'eau, lave-mains, chauffe eau, ou chauffage de piscines. -Tables de cuisson domestiques, pour le commerce et la restauration, ainsi que pour 20 des besoins industriels pouvant utiliser des ustensiles de cuisine en matériaux non magnétisables. Pour toute utilisation de chauffage pour laquelle ce dispositif se trouve approprié. Il peut remplacer les résistances dans les radiateurs à briques réfractaires et en diminuant la consommation de courant augmenter leur efficacité, ainsi que pour les IS radiateurs à fonte. Son rendement peut estomper le prix plus élevé du dispositif surtout actuellement où l'on recherche beaucoup les économies d'énergie. Exemple, les maisons vertes. Les dessins annexés illustrent, de manière non limitative, l'invention. La figure 1 représentent le dispositif de l'invention, avec une pièce tenant lieu d'induit 30 en forme de trombone, le bobinage, les fils électriques de liaisons, le générateur, l'isolation et la soudure. La figure 2 et 3 représente en coupe la pièce tenant lieu d'induit, en forme de trombone, recourbé vers l'extérieur ou vers l'intérieur. La figure 2bis représente la forme de la tôle en U asymétrique, utilisée pour fabriquer 35 l'induit en forme de trombone. La figure 4 représente en coupe la pièce tenant lieu d'induit et où les tôles d'acier ne sont pliées qu'une seule fois, en L, et soudées aux extrémités. La figure 5 représente le circuit magnétique fermé, et le sens du flux électromagnétique pour une demi-période. 40. La figure 6 représente en coupe l'induit fabriqué avec des tubes cylindriques. La figure 7 représente la pièce qui fait la liaison entre ces tubes. The flat inductive winding can be introduced inside the armature in the shape of a trombone or rectangle, for example in the case of the manufacture of a domestic radiator or the temperature of the armature does not need to exceed 80 ° C. The vertical position of the device is recommended, allowing a natural circulation of the fluid passing through it. Several identical devices can form a group. A labyrinth can be placed inside the rectangle forming the armature, so that the air or the fluid passing through it has a longer contact with it. A fan or extractor can push or draw this fluid. The device according to the invention allows an electricity consumption in KW / h much lower, to obtain the same amount of heat. According to the various tests that I carried out, thus, taking a flat sheet of ordinary rolled steel of 720 mm / 200mm and a thickness of 4 mm and exactly the same sheet folded on itself in the shape of a paper clip, I found a drop in consumption of more than 40%, on the system using the folded sheet-shaped paper clip compared to the flat sheet. Thus one can manufacture according to this invention: -Various types of radiators, for domestic use, or industrial. -Others for domestic use, commercial (pizza oven) or industrial. -Balloons, washbasin, water heater, or pool heating. Domestic cooking tables, for commerce and catering, as well as for industrial needs that can use kitchen utensils in non-magnetizable materials. For any heating use for which this device is appropriate. It can replace resistors in refractory brick radiators and by decreasing power consumption increase their efficiency, as well as for IS cast radiators. Its performance can blur the higher price of the device especially now that we are looking for energy savings. Example, green houses. The accompanying drawings illustrate, without limitation, the invention. FIG. 1 shows the device of the invention, with a piece in the form of a trombone-shaped armature 30, the winding, the electrical connection wires, the generator, the insulation and the solder. Figure 2 and 3 shows in section the piece in place of armature, trombone-shaped, curved outwardly or inwardly. Figure 2bis shows the shape of the asymmetrical U-shaped sheet used to make the paper clip-shaped armature. Figure 4 shows in section the part in lieu of armature and where the steel sheets are folded only once, L, and welded to the ends. FIG. 5 represents the closed magnetic circuit, and the direction of the electromagnetic flux for a half-period. 40. Figure 6 shows in section the armature manufactured with cylindrical tubes. Figure 7 shows the part which is the connection between these tubes.

La figure 8 représente une partie du dispositif formé de tubes cylindriques reliés entre eux et soudés, constituant l'induit, les bobinages inducteurs, et le sens du flux électromagnétique pour une demi-période. La figure 9 représente la même partie du dispositif mais fabriqué avec des tubes carrés 5 ou rectangulaires. La figure10 représente une partie du dispositif ou l'induit est fabriqué de 2 tôles plates épaisses reliées électro magnétiquement entre elles par des tôles de transformateur et ou la bobine inductrice est bobinée autour de celles-ci. La figure 11 représente la même partie du dispositif mais ou la bobine inductrice, plate 10. et enroulé en spirale, est en liaison magnétique directement avec la tôle épaisse constituant l'induit. Les figures 12 et 13 représentent l'induit fabriqué de tubes rectangulaires ou carrés soudés entre eux et formant une boucle en forme de trombone fermée vers l'extérieur ou vers l'intérieur. tS. En référence à ces dessins, et à titre d'exemple non limitatif : Pour les figures :1, 2, et 3, le dispositif peut être fabriqué d'une pièce en forme de trombone représentant l'induit (1), et composé de 2 tôles en forme de U asymétrique (1b's) soudées entre-elles (6), d'un bobinage inducteur plat enroulé en spirale (2), des fils de liaison (3), d'un générateur de puissance haute fréquence, englobant les go, commutations, les commandes et les régulations (4), d'un isolateur (5), et la soudure (6). Pour la figure 4, l'induit (1) a une forme de rectangle et peut être fabriqué de 2 tôles plates épaisses pliées en forme de L et soudées (6) au 2 extrémités. La figure 5 représente l'induit en forme de trombone parcouru par le flux magnétique (7) en circuit fermé, l'induit (1) et le bobinage (2) gardent les mêmes numérotations que 25, sur les dessins précédents. Pour les figures 6, 7 et 8 l'induit est formé de tubes cylindriques (9) reliés entre eux par une pièce métallique (10) et soudée (6). Le sens du flux magnétique (7) pour une demi-période apparait sur le dessin. L'inducteur est toujours noté par (2). Dans la figure 9 les barres rectangulaires ou carrées (11) remplacent les tubes et la elo pièce qui fait la liaison (12) se trouve être elle aussi rectangulaire ou carrée. Dans les figures 10 et 11 l'induit est composé de 2 tôles épaisses (13) et de 2 rangées de tôles de transformateur (14) en silicium, il est mixte. La figure 12 représente la pièce fabriquée avec des tubes rectangulaires ou carrés (15) soudés entre eux et formant une boucle en forme de trombone se refermant vers l'extérieur ainsi que l'avant dernière pièce plus large (16), qui permet un espace de dilatation, et la représentation du flux magnétique (7) faisant le tour de la boucle. La figure 13 représente la même pièce ou la boucle du trombone se referme vers l'intérieur et donc l'espace de dilatation se forme naturellement, et la représentation du flux magnétique faisant le tour d'un tube. O. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la production de chaleur surtout dans l'électroménager, le chauffage domestique et collectif, le commerce, les piscines, les ballons d'eau et pour la petite industrie. FIG. 8 represents a part of the device formed of cylindrical tubes connected together and welded, constituting the armature, the inductive windings, and the direction of the electromagnetic flux for a half-period. Figure 9 shows the same part of the device but manufactured with square or rectangular tubes. Figure 10 shows a part of the device where the armature is made of 2 thick flat plates electromagnetically connected to each other by transformer plates and or the inductor coil is wound around them. Figure 11 shows the same part of the device but or the inductor coil, flat 10. and spirally wound, is in direct magnetic connection with the thick plate constituting the armature. Figures 12 and 13 show the armature made of rectangular or square tubes welded together and forming a trombone-shaped loop closed outwardly or inwardly. tS. With reference to these drawings, and by way of nonlimiting example: For the figures: 1, 2, and 3, the device can be made of a trombone-shaped part representing the armature (1), and composed of Two asymmetric U-shaped sheets (1b's) welded together (6), a spirally wound flat inductor winding (2), connecting wires (3), a high-frequency power generator, including go, commutations, controls and controls (4), an isolator (5), and solder (6). For Figure 4, the armature (1) has a shape of rectangle and can be made of 2 thick flat sheets folded L-shaped and welded (6) at both ends. 5 shows the trombone-shaped armature traversed by the magnetic flux (7) in closed circuit, the armature (1) and the winding (2) keep the same numbering as 25, in the previous drawings. For Figures 6, 7 and 8 the armature is formed of cylindrical tubes (9) interconnected by a metal piece (10) and welded (6). The direction of magnetic flux (7) for half a period appears in the drawing. The inductor is always denoted by (2). In FIG. 9 the rectangular or square bars (11) replace the tubes and the connecting piece (12) is also rectangular or square. In Figures 10 and 11 the armature is composed of 2 thick plates (13) and 2 rows of transformer plates (14) made of silicon, it is mixed. FIG. 12 shows the part manufactured with rectangular or square tubes (15) welded to each other and forming an outwardly closing trombone-like loop and the second-largest part (16), which allows space dilation, and the representation of the magnetic flux (7) around the loop. Figure 13 shows the same piece where the loop of the trombone closes inward and thus the expansion space naturally forms, and the representation of the magnetic flux going around a tube. O. The device according to the invention is particularly intended for the production of heat especially in household appliances, domestic and collective heating, trade, swimming pools, water balloons and small industry.