FR2657486A1 - Appliance for cooking by electromagnetic induction - Google Patents
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Abstract
Description
'Appareil de cuisson par induction électromagnétique"
La présente invention concerne les appareils de cuisson par induction électromagnétique dans le récipient contenant les aliments à cuire, et ce au moyen d'un ou plusieurs inducteurs, de forme annulaire, qui sont disposés au dessous d'une plaque servant de support à ce récipient, et qui est en matière vitro-céramique ou autre matériau susceptible d'être traversé par un champ magnétique.'Electromagnetic induction cooking appliance'
The present invention relates to electromagnetic induction cooking appliances in the container containing the food to be cooked, and this by means of one or more inductors, of annular shape, which are arranged below a plate serving to support this container. , and which is made of vitro-ceramic material or other material capable of being crossed by a magnetic field.
Dans le but d'éviter une déperdition inutile du champ magnétique dans la direction opposée à celle de cette plaque, il a déjà été proposé de canaliser ce champ au moyen d'éléments à perméabilité magnétique élevée et à faible conductivité électrique, en disposant ceux-ci au dessous des inducteurs. Les éléments ainsi prévus consistent en général en des barreaux disposés radialement au dessous des inducteurs et qui sont constitués en ferrite. In order to avoid unnecessary loss of the magnetic field in the opposite direction to that of this plate, it has already been proposed to channel this field by means of elements with high magnetic permeability and low electrical conductivity, by arranging them below the inductors. The elements thus provided generally consist of bars arranged radially below the inductors and which are made of ferrite.
Toutefois, les résultats observés ne sont pas pleinement satisfaisants. Ceci est dû d'une part à la forme et à la structure des éléments ainsi prévus, et d'autre part à la nature du matériau les constituant. Sur ce dernier point, il convient de noter que les ferrites sont des matériaux ayant l'inconvénient de perdre leur propriété de grande perméabilité magnétique en présence d'un champ magnétique de valeur élevée. En conséquence, dans un tel cas ils ne peuvent pas entièrement jouer le rôle qui leur est imparti. However, the results observed are not fully satisfactory. This is due on the one hand to the shape and structure of the elements thus provided, and on the other hand to the nature of the material constituting them. On this last point, it should be noted that ferrites are materials having the disadvantage of losing their property of high magnetic permeability in the presence of a magnetic field of high value. Consequently, in such a case, they cannot fully play the role assigned to them.
C'est pourquoi la présente invention a pour objet un appareil de cuisson du type en cause qui est conçu de façon à éliminer les inconvénients rappelés ci-dessus. This is why the present invention relates to a cooking appliance of the type in question which is designed so as to eliminate the drawbacks mentioned above.
A cet effet, suivant une première caractéristique de cet appareil, les éléments de canalisation du champ magnétique, qui sont disposés radialement au dessous du ou inducteurs et qui peuvent affecter la forme de barreaux, comportent à leurs extrémités des dents saillantes disposées respectivement autour de l'anneau formé par le ou les inducteurs et dans l'évidement central de cet anneau, ces dents étant en contact avec la plaque destinée à servir de support aux récipients de cuisson. To this end, according to a first characteristic of this device, the channeling elements of the magnetic field, which are arranged radially below the or inductor and which can affect the shape of bars, have at their ends projecting teeth disposed respectively around the 'ring formed by the inductor (s) and in the central recess of this ring, these teeth being in contact with the plate intended to serve as a support for the cooking vessels.
Grâce à cet agencement, l'effet de canalisation du flux magnétique est beaucoup plus efficace qu'avec de simples barreaux rectilignes disposés au dessous des inducteurs. Du reste, les dents saillantes existant sur les éléments prévus dans le cas présent permettent de diriger, vers le ou les récipients à chauffer, le flux magnétique canalisé par ces éléments. Thanks to this arrangement, the channeling effect of the magnetic flux is much more effective than with simple rectilinear bars placed below the inductors. Moreover, the projecting teeth existing on the elements provided in the present case make it possible to direct, towards the container or containers to be heated, the magnetic flux channeled by these elements.
Selon une autre caractéristique de l'appareil de cuisson selon l'invention, les éléments de canalisation du circuit magnétique sont constitués en un matériau dénommé "fer carbonyl". Ceci permet d'obtenir des résultats bien meilleurs qu'avec des ferrites, notamment pour des valeurs de champ élevées. En effet, le fer carbonyl possède l'avantage de présenter une perméabilité constante en fonction du champ magnétique et une conductivité électrique très faible. According to another characteristic of the cooking appliance according to the invention, the channeling elements of the magnetic circuit are made of a material called "iron carbonyl". This makes it possible to obtain much better results than with ferrites, in particular for high field values. Indeed, iron carbonyl has the advantage of having a constant permeability as a function of the magnetic field and a very low electrical conductivity.
Dans une forme particulière de réalisation du présent appareil, certains des éléments de canalisation du flux magnétique sont réalisés en ferrite et les autres en fer carbonyl. Ceci permet de bénéficier à la fois des avantages de l'un et l'autre de ces deux types de matériau. In a particular embodiment of the present device, some of the elements for channeling the magnetic flux are made of ferrite and the others of carbonyl iron. This allows to benefit from both the advantages of one and the other of these two types of material.
Cependant d'autres particularités et avantages de l'appareil de cuisson selon l'invention apparaitront au cours de la description suivante. Celle-ci est donnée en référence aux dessins annexés à simple titre indicatif, et sur lesquels
La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un appareil de cuisson selon l'invention.However, other features and advantages of the cooking appliance according to the invention will appear during the following description. This is given with reference to the accompanying drawings for information only, and on which
Figure 1 is a schematic sectional view of a cooking appliance according to the invention.
La figure 2 est une vue en perspective de l'un des éléments de canalisation du flux magnétique qui est prévu dans cet appareil. Figure 2 is a perspective view of one of the elements for channeling the magnetic flux which is provided in this device.
La figure 3 est une vue en perspective représentant par dessous les éléments de canalisation du flux magnétique ainsi que les inducteurs équipant l'appareil représenté à la figure 1. FIG. 3 is a perspective view showing from below the elements for channeling the magnetic flux as well as the inductors equipping the apparatus shown in FIG. 1.
La figure 4 est un tracé à vide des lignes principales du flux magnétique efficace. Figure 4 is an empty plot of the main lines of the effective magnetic flux.
La figure 5 représente la courbe de variation de la perméabilité magnétique relative d'éléments de canalisation, réalisés respectivement en ferrite et en fer carbonyl. FIG. 5 represents the curve of variation of the relative magnetic permeability of pipe elements, made respectively of ferrite and carbonyl iron.
Comme déjà indiqué, l'appareil représenté comporte une plaque 1 en matière vitro-céramique, ou tout autre matériau susceptible d'être traversé par un champ magnétique. Cette plaque est destinée à servir de support aux récipients R contenant les éléments à chauffer. Au dessous de cette plaque, il est prévu un ou plusieurs inducteurs de forme annulaire qui sont alimentés de la façon habituelle par un onduleur (non représenté). Dans l'exemple de la figure 1, ces inducteurs consistent en deux bobines plates 2 et 3 de forme annulaire, disposées concentriquement l'une autour de l'autre. As already indicated, the device shown comprises a plate 1 of ceramic-ceramic material, or any other material capable of being crossed by a magnetic field. This plate is intended to serve as a support for the containers R containing the elements to be heated. One or more inductors of annular shape are provided below this plate, which are supplied in the usual way by an inverter (not shown). In the example of FIG. 1, these inductors consist of two flat coils 2 and 3 of annular shape, arranged concentrically around one another.
Au dessous de ces inducteurs, il est prévu des éléments destinés à canaliser le champ magnétique qui sans cela se propagerait inutilement dans la direction opposée à la plaque 1. Ces éléments consistent en plusieurs barreaux 4 disposés radialement au dessous des inducteurs 2 et 3, parallèlement à la face inférieure de ceux-ci, et qui sont constitués en un matériau possédant une perméabilité magnétique élevée et une conductivité électrique faible. Below these inductors, there are provided elements intended to channel the magnetic field which otherwise would propagate unnecessarily in the direction opposite to the plate 1. These elements consist of several bars 4 arranged radially below the inductors 2 and 3, in parallel on the underside thereof, and which are made of a material having a high magnetic permeability and a low electrical conductivity.
Comme représenté sur la figure 2, chacun des barreaux 4 comporte une dent saillante, respectivement 5 ou 6, à l'une ou l'autre de ses extrémités. La longueur de chaque barreau correspondant ici à la largeur radiale de l'anneau constitué par les deux inducteurs 2 et 3, l'une des dents extrêmes 6 est disposée autour de cet anneau, cependant que la dent opposée 5 est placée à l'intérieur de l'évidement central de celui-ci. Ainsi ces deux dents encadrent en quelque sorte l'anneau formé par les deux inducteurs 2 et 3. As shown in Figure 2, each of the bars 4 has a projecting tooth, respectively 5 or 6, at one or the other of its ends. The length of each bar here corresponding to the radial width of the ring formed by the two inductors 2 and 3, one of the end teeth 6 is arranged around this ring, while the opposite tooth 5 is placed inside of the central recess therein. Thus these two teeth somehow frame the ring formed by the two inductors 2 and 3.
Par ailleurs, comme dans le cas présent il est prévu deux inducteurs présentant un intervalle annulaire entre eux, les barreaux 4 portent une dent saillante supplémentaire 7 disposée en un point intermédiaire de leur longueur de façon à se trouver engagée dans cet intervalle annulaire. Ainsi, chaque inducteur 2 ou 3 est encadré par deux dents saillantes des barreaux 4. Furthermore, as in the present case, two inductors are provided having an annular gap between them, the bars 4 carry an additional projecting tooth 7 disposed at an intermediate point of their length so as to be engaged in this annular gap. Thus, each inductor 2 or 3 is surrounded by two protruding teeth of the bars 4.
Il convient de noter que la disposition prévue est telle que l'extrémité supérieure des dents saillantes 5, 6 et 7 est placée au contact de la face inférieure de la plaque 1, ou tout au moins à proximité immédiate. Ceci est indispensable pour obtenir une efficacité maximum de canalisation du champ magnétique. It should be noted that the arrangement provided is such that the upper end of the projecting teeth 5, 6 and 7 is placed in contact with the underside of the plate 1, or at least in the immediate vicinity. This is essential to obtain maximum channeling efficiency of the magnetic field.
Grâce à l'encadrement des inducteurs 2 et 3 par les dents saillantes 5, 6 et 7 des barreaux 4, on observe une canalisation extrêmement efficace du flux magnétique émis par les inducteurs. Les barreaux 4 empêchent alors la propagation inutile et nuisible du champ magnétique dans la direction opposée à celle de la plaque 1. La partie du champ magnétique, qui sans cela se propagerait dans cette direction, est amenée à se développer à l'intérieur des barreaux 4. Ces derniers canalisent alors le flux et les dents saillantes 5 et 6 des extrémités de ces barreaux le dirigent vers la plaque 1 et le récipient R placé sur celle-ci.Ce phénomène apparait du reste très clairement sur la figure 4 qui est un tracé des lignes principales du flux magnétique, dans le cas de barreaux de canalisation 4a disposés au dessous d'un inducteur unique 2a, et qui comportent des dents saillantes 5a et 6a à leurs extrémités. Thanks to the framing of the inductors 2 and 3 by the projecting teeth 5, 6 and 7 of the bars 4, an extremely efficient channeling of the magnetic flux emitted by the inductors is observed. The bars 4 then prevent the unnecessary and harmful propagation of the magnetic field in the direction opposite to that of the plate 1. The part of the magnetic field, which otherwise would propagate in this direction, is caused to develop inside the bars 4. The latter then channel the flow and the projecting teeth 5 and 6 of the ends of these bars direct it towards the plate 1 and the container R placed thereon. This phenomenon appears moreover very clearly in FIG. 4 which is a tracing of the main lines of the magnetic flux, in the case of pipe bars 4a arranged below a single inductor 2a, and which have projecting teeth 5a and 6a at their ends.
Comme on le comprend aisément, ceci améliore considérablement l'efficacité du chauffage réalisé par le présent appareil, d'autant plus que la répartition du champ magnétique est beaucoup plus homogène. Par ailleurs, ceci limite considérablement le champ parasite susceptible de se développer vers l'extérieur et qui peut provoquer des perturbations électro magnétiques. As can easily be understood, this considerably improves the efficiency of the heating carried out by the present device, all the more since the distribution of the magnetic field is much more homogeneous. In addition, this considerably limits the parasitic field likely to develop towards the outside and which can cause electromagnetic disturbances.
I1 faut également observer que dans le cas illustré à la figure l, où il est prévu plusieurs inducteurs concentriques, la présence de dents intermédiaires 7 placées dans l'intervalle entre ceux-ci, permet de renforcer le champ magnétique à cet endroit par injection localisée de flux. Ceci permet donc d'éviter l'existence d'une zone de champ magnétique faible. Là encore ceci participe à l'amélioration de l'homogénéité de la répartition du flux magnétique sur toute la surface du fond du récipient å chauffer. It should also be observed that in the case illustrated in FIG. 1, where several concentric inductors are provided, the presence of intermediate teeth 7 placed in the interval between them, makes it possible to strengthen the magnetic field at this location by localized injection. flow. This therefore makes it possible to avoid the existence of a weak magnetic field zone. Here again this contributes to improving the homogeneity of the distribution of the magnetic flux over the entire surface of the bottom of the container to be heated.
Selon une autre caractéristique importante du présent appareil, les barreaux 4 de canalisation du flux magnétique sont réalisés en un matériau dénommé "fer carbonyl". Ce matériau est constitué par le moulage sous pression de grains de fer ayant subi un traitement spécial, ce matériau étant commercialisé par la société
SAPHIR à PARIS sous la dénomination "fer carbonyl SAPHYR".According to another important characteristic of the present device, the bars 4 for channeling the magnetic flux are made of a material called "iron carbonyl". This material is constituted by the pressure molding of iron grains having undergone a special treatment, this material being marketed by the company
SAPHIR in PARIS under the name "fer carbonyl SAPHYR".
Or ce matériau a l'avantage de présenter une perméabilité magnétique constante jusqu' des valeurs de champs très élevées, supérieures à 50 k A/m et une conductivité électrique très faible, environ 2.l06311.m1. However, this material has the advantage of having a constant magnetic permeability up to very high field values, greater than 50 k A / m and a very low electrical conductivity, around 2.106311.m1.
Ceci rend donc les pertes négligeables.This therefore makes the losses negligible.
L'utilisation de ce matériau permet d'obtenir des résultats excellents même si les valeurs du champ magnétique sont élevées. Or ceci ne serait pas possible avec des barreaux réalisés en ferrite car les ferrites perdent leurs propriétés de perméabilité magnétique en présence d'un champ de valeur élevée. The use of this material makes it possible to obtain excellent results even if the values of the magnetic field are high. However, this would not be possible with bars made of ferrite because the ferrites lose their magnetic permeability properties in the presence of a field of high value.
Du reste la figure 5 représente à la fois la courbe A de variation de la perméabilité magnétique d'une ferrite 3C85 en fonction de la valeur du champ magnétique et de la courbe B de cette même variation pour du fer carbonyl. Comme on peut le constater, la perméabilité magnétique reste constante dans ce dernier cas, même pour des valeurs de champ élevées, alors qu'elle diminue très rapidement dans le cas d'une ferrite. Moreover, FIG. 5 represents both the curve A of variation of the magnetic permeability of a 3C85 ferrite as a function of the value of the magnetic field and of the curve B of this same variation for carbonyl iron. As can be seen, the magnetic permeability remains constant in the latter case, even for high field values, whereas it decreases very quickly in the case of a ferrite.
Cependant, il est possible de prévoir la combinaison de barreaux 4 de canalisation en fer carbonyl avec d'autres barreaux similaires réalisés en ferrite. However, it is possible to provide for the combination of bars 4 of carbonyl iron pipe with other similar bars made of ferrite.
Ceci permet de bénéficier des avantages propres à l'un et l'autre de ces deux types de matériau. En effet
- pour des puissances relativement faibles, les barreaux de canalisation en ferrite sont beaucoup plus efficaces que les barreaux en fer carbonyl,
- pour des puissances élevées, les barreaux en fer carbonyl assurent alors parfaitement leur fonction d'éléments de canalisation car ils présentent une perméabilité magnétique relative constante, tandis que les barreaux en ferrite ont alors perdu leur propriété de perméabilité magnétique.This allows to benefit from the advantages specific to one and the other of these two types of material. Indeed
- for relatively low powers, the ferrite pipe bars are much more efficient than carbonyl iron bars,
- For high powers, the carbonyl iron bars then perfectly perform their function of channeling elements because they have a constant relative magnetic permeability, while the ferrite bars have then lost their magnetic permeability property.
En plus des avantages déjà exposés, les barreaux de canalisation du flux magnétique réalisés en fer carbonyl ou ferrite permettent l'amélioration du facteur de qualité de la bobine (Q=Lw R), vu du côté du générateur. In addition to the advantages already explained, the bars for channeling the magnetic flux made of carbonyl iron or ferrite allow the improvement of the quality factor of the coil (Q = Lw R), seen from the generator side.
Dans une forme de réalisation avantageuse, le ou les enroulements inducteurs peuvent être bobinés directement sur les barreaux 4 ou 4a de canalisation du flux magnétique. Il est ainsi possible de constituer un ensemble d'un seul tenant affectant la forme d'une galette plate. L'utilisation d'une telle galette facilite évidemment les opérations de montage. En effet, cette galette peut être fixée en place en étant seulement disposée sur un plot central 8 et des plots latéraux 9 prenant eux-mêmes appui contre le fond du boîtier 10 de l'appareil correspondant. Du reste de telles galettes plates, réunissant l'enroulement du ou des inducteurs et les barreaux de canalisation du flux magnétique, constituent en elles-mêmes l'un des objets de la présente invention. In an advantageous embodiment, the inductor winding (s) can be wound directly on the bars 4 or 4a for channeling the magnetic flux. It is thus possible to constitute a unit in one piece affecting the shape of a flat cake. The use of such a cake obviously facilitates assembly operations. In fact, this wafer can be fixed in place by being only placed on a central stud 8 and lateral studs 9 themselves bearing against the bottom of the housing 10 of the corresponding device. Moreover, such flat wafers, bringing together the winding of the inductor (s) and the bars for channeling the magnetic flux, constitute in themselves one of the objects of the present invention.
Cependant il faut noter que le nombre des barreaux de canalisation peut être différent du nombre prévu dans l'exemple représenté en l'occurrence quatre. En effet, ce chiffre constitue un minimum, mais il est parfaitement possible de prévoir un nombre plus élevé de tels barreaux disposés radialement au dessous des inducteurs et parallèlement à la face inférieure de ceux-ci. However, it should be noted that the number of pipe bars may be different from the number provided in the example shown in this case four. Indeed, this figure constitutes a minimum, but it is perfectly possible to provide a higher number of such bars arranged radially below the inductors and parallel to the underside thereof.
Par ailleurs, au lieu de barreaux rectilignes, il serait possible de prévoir des éléments de formes différentes, par exemple des secteurs plats de surface plus ou moins importante, pour autant que ceux-ci s'étendent sur toute la largeur des inducteurs. Du reste, grâce au fait que ces éléments de canalisation sont réalisés en un matériau moulé, il est possible de leur donner toute autre forme qui se révèlerait judicieuse pour assurer une répartition particulière du champ magnétique produit par les inducteurs. Furthermore, instead of rectilinear bars, it would be possible to provide elements of different shapes, for example flat sectors of more or less large surface, provided that these extend over the entire width of the inductors. Moreover, thanks to the fact that these pipe elements are made of a molded material, it is possible to give them any other shape which would prove to be judicious for ensuring a particular distribution of the magnetic field produced by the inductors.
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