Brevet FR2353197A1 — publié le 19771223

a présente invention a trait au procédé de fabrication d'inducteurs et aux inducteurs de courants tourbillonnaires Haute Fréquence, HF., utilisés pour l'échauYtement des ustensiles métalliques, notamment dans les appareils du type cuisinière domestique. Elle concerne plus particulierement, différents modes de réalisations industrlelles des inducteurs comportant des conducteurs se présentant en forme générale d'une spirale par exemple, ayant un bon rendement électrique en H.F. d'alimentation grâce notamment à un grand rapport du périmetre sur l'aire de la section du conducteur simple, ou composite, et un refroidissement obtenu sans difficulté. te domaine technique de l'invention est relatif a un mode de cuisson et de réchauffage des aliments grâce à une méthode d'échauffement par induction. Une recherche limitée de l'art antérieur connu n'a pas permis à la demanderesse de détecter des documents directement concernés par les réalisations décrites dans la présente invention. Toutefois, la réalisation des bobinages en spirale est connue et se fait habituellement en ils de cuivre émaillés jointifs supportés par une carcasse ou rendus raide par aahésion entre spires Cette méthode de réalisation est couveuse car ia mise en 'oeuvre est longue, de plus le refroidissement des spires de l'inducteur est difficilement assuré. Dans le cas de chauffage industriel par H.B. il est connu de réaliser des inducteurs constitués par des conducteurs tubulaires métalliques, de forme ronde ou rectangulaire, bobinés pour obtenir un meilleur couplage possible avec la pièce métallique à traiter thermiquement et parcourus par la circulation d'un fluide de refroidissement ; de tels inducteurs ne conviennent pas pour les utilisations envisagées par l'invention. les inducteurs proposés sont basés sur une mise en oeuvre des moyens connus utilisés de manière originale dans une nouvelle application et procure des effets particulièrement avantageux lorsqu'ils sont alimentés en courant périodique de 20 à 50 ksz à savoir, fabrication simple, rapide et précise, bonne conductibilité électrique, bon refoidissenient et une grande sécurité d'utilisation. les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple en se référant aux figures annexées qui représentent la figure 1 : uLne vue en perspective, partiellement en coupe, d'un inducteur réalisé conformément à l'invention dans une configuration rectangulaire, et la figure la, une vue en coupe correspondante La figure 2 : conducteur découpé en spirale conformément à l'invention et, figure 2a, une vue en coupe correspondante des inducteurs découpés empilés La figure 3 : une vue en perspective d'un inducteur constitué de plusieurs rubans en parallèles enroulés en spirale, et, figure Da, une vue en coupe correspondante de cet inducteur La figure 4 : une vue en coupe d'un bobinage en spirale d'un fil divisé conformément à l'invention. les caractères communs des différentes réalisations est d'obtenir au meilleur coût un inducteur du type en spirale d'un nombre de spires donné, d'une section minimale et d'un périmètre maximal par section, d'un isolement électrique entre spires suffisant, et d'un refroidissement facile, malgré les intensités relativement importantes traversant l'inducteur lorsqu'il est couplé à un élément métallique à chauffer. Etant donné que les inducteurs proposés ont certains aspects de forme, nécessité par le fait qu'ils servent de boucle de couplage pour induire des courants tourbillonnaires H.?. dans un ustensile métallique, la description portera principalement sur les différents procédés de fabrication de ces inducteurs. Dans tous les cas de réalisation des inducteurs, on peut distinguer dans le traitement appliqué à des matières choisies à faible pertes par hystérésis, tels de l'aluminium ou du cuivre ou bien leur alliages, plusieurs étapes ; ce traitement consiste principalement à choisir et/ou à préparer le métal et à la mise en forme de bandes par un certain façonnage, et ensuite par une mise en forme suivant une configuration prédéterminée de l'inducteur en mettant en oeuvre des moyens de guidage du conducteur au cours du traitement. Un mode de réalisation utilise un apport de métal ; dans un premier cas, illustré par la figure 1, 1' inducteur est réalisé par moulage. Pour obtenir ce moulage on se sert d 'un moule portant une empreinte creuse de la configuration prédéterminée de l'inducteur. Ce moule est réalisé en un matériau susceptible de supporter la température du métal en fusion utilisé et réutilisable dans le cas d'un profil simple du conducteur ou bien consomptible dans le cas de profil plus compliqué, en H, en U ou en T par exemple La configuration donnée à l'inducteur est de forme quelconque convenant à l'introduction du métal en fusion et étant par exemple en spirale, en méandre, ronde ou rectangulaire, ovale ou polygonale etc. L'alliage choisi est porté à sa température de fusion et introduit par un moyen de guidage de 1' empreinte sus-mentionnée'par l'intermédiaire de canaux d'injection, schématiquement représentés à la partie inférieure sur la vue en coupe d'une partie de la Figure I. Pour faciliter le moulage et donner plus de rigidité à liinducteur pendant ses manipulations au cours de la fabrication, les différentes sections de l'empreinte communiquent entre elles par l'intermédiaire des canaux à injection et ainsi en se refroidissant un léger surplus de matière réunit ces sections entre elles ; après le montage de l'inducteur sur son support ce surplus de matière est enlevé et les sections se trouvent être séparées entre elles avec l'écart voulu en assurant l'isolement entre les spires de l'inducteur réalisé. La section du conducteur a une aire minimum nécessaire à la circulation du courant d'alimentation, mais est avantageusement de forme géométrique prédéterminée quant à son profil, par exemple en H, en .... de façon à augmenter au maximum son prérimètre, ce qui facilite la clrculation du courant H.F. sur la surface du conducteur par effet pelliculaire, ou effet Kelvin, et améliore le rerroidissement du conducteur par rayonnement thermique vers 1'extérieur. La matiere utilisée pour réaliser le conducteur de l'inducteur est tout métal conducteur qui présente de faibles pertes de Foucault, alliage ci'aluminium, de cuivre etc. de préférence nu, ce qui est moins couteux et convenant bien pour le refroidissement. En outre, ces inducteurs peuvent ëtre connectés en parallèle, permettant ainsi leur utilisation à des puissances plus élevées. Afin d'améliorer davantage le refroidissement, le conducteur peut être recouvert d'un corps noir qui forme un radiateur thermique. Une telle coloration du conducteur dans les différents modes de fabrication permet d'obtenir des inducteurs dont le refroidissement est facilité par le rayonnement thermique de cette coloration. On peut remarquer que la fabrication qui vient d'être décrite, figure 1, est constituée par un apport de métal, cet apport peut être effectué par d'autres procédés. Conformément à un aspect de la présente invention l'apport du métal est réalisé par projection selon un procédé connu sous le nom de schoopage. L'intérêt-de ce procédé c'est son prix relativement faible, que plusieurs métaux peuvent être fondus par un chalumeau oxy-acétylénique ou oxhydrique etc., notamment de l'aluminium, du cuivre ou du laiton qui conviennent bien pour la réalisation des inducteurs. Dans le cas de schoopage, la projection du métal se fait à travers un masque et la couche de métal est accrochée à un support de manière définitive ou provisoire. La résistance ohmique de l'inducteur réalisé reste dans des limites acceptables et la conduction de courant H.F. par effet pélliculaire est également satisfaisante du fait que le conducteur est constitué par une très grande quantité de grains de très faible dimension ayant l'aspect de gouttelettes rondes, soudées les unes aux autres avec ce procédé de fabrication l'inducteur est réalisé dans sa configuration définitive. Un autre mode de fabrication est obtenu par découpe directe du conducteur ; cette découpe d'une spirale métallique s'effectue dans des mêmes formes représentées sur la figure 2. 'le métal utilisé est un feuillard laminé de cuivre ou d'aluminium et ce procédé par découpe présente également des avantages de prix et de précision mécanique que l'on obtient difficilement lorsqu'on utilise un bobinage de fils. le moyen de guidage est avantageusement un bloc à colonne d'une présse actionnant un poinconassocié à une plaque solidaire d'une matrice, par exemple ; la découpe peut être complétée par un estampage permettant d'agir sur le profil du conducteur, un outil combiné étant utilisé par exemple. Pour obtenir une plus grande section et un plus grand périmètre de refroidissement par section il est également possible d'empiler plusieurs spirales découpées, vue en coupe donnée à la figure ; l'isolement électrique des spirales n'est pas nécessaire puisque les spires se trouvent au même potentiel, leur extrémités étant réunies entre elles. Cependant on peut remarquer qu'un faible espacement entre les spires communiquant avec le moyen ambiant améliore considérablement le refroidissement. Un formage du ou des inducteurs découpés rend possible l'obtention d'une forme dans un espace à plusieurs plans, par exemple le fond et partiellement les côtés d'un récipient qui est couplé à un tel inducteur connectable à une source d'alimentation de courant périodique H.F. Conformément encore à un autre mode de réalisation représenté sur la figure 3, un inducteur en spirale est réalisé par un ou plusieurs rubans métalliques découpés dans un feuillard~de cuivre ou d'aluminium de préférence, ou éventuellement directement approvisionné chez les fabricants de tels rubans. Ce ruban est enroulé suivant une configuration prédéterminée, les spires étant isolées entre elles. Cet isolement est obtenu par vernis, ou anodisation de la surface du ruban, par adjonction d'un isolant intermédiaire solide, par exemple du papier ou plastique,... lors du bobinage, ou par un espace d'air entre les spires, lorsque l'isolant intermédiaire est par exemple enlevé par tout procédé convenable tel que sa dissolution ou sa combustion lorsque l'inducteur est définitivement monté sur son support par exemple. Ce procédé de fabrication permet notamment d'utiliser un ruban métallique de très faible épaisseur ou plusieurs spires sont disposées et connectées en parallèle et dont le refroidissement est d'excellente qualité. Encore un-autre mode de fabrication d'inducteur utilise des conducteurs à fils divisés en cuivre, ou en aluminium, et consiste principalement à faire pénétrer ce fil dans une empreinte en creux avec des angles arrondis d'un support correspondant à la configuration donnée d'un bobinage plat. Selon encore un autre aspect de fabrication des inducteurs, ceux-ci sont avantageusement réalisés sur des plaquettes rondes ou rectangulaires constituant le support, l'entrée et la sortie étant réalisée sur le bord de la plaquette. Plusieurs configurations de conducteurs sur plaquettes sont normalisées pour être empilés et connectés entre eux ; par un choix judicieux des configurations des conducteurs il est possible d'agir dans une certaine mesure sur la distribution du champ périodique produit. Il est également possible au lieu de superposer ces plaquettes de réaliser des plaquettes sur des supports en forme d'anneaux, ces anneaux étant as'sociables coaxialement. Cette dernière réalisation rend possible des combinaisons entre différents inducteurs dont l'interconnexion permet de modifier la distribution du champ périodique produit. La description qui précède a donné plusieurs modes de fabrication d'inducteurs pour le chauffage inductif H.F. des métaux. Cette description a décrit par la même occasion les inducteurs obtenus, cependant pour illustrer l'invention, quelques indications supplémentaires seront données à propos des figures annexées. La figure 1 montre un inducteur 1 représenté suivant une vue en perspective d'un conducteur 2, ayant une entrée 3 et une sortie 4, enroulé en spirale de forme rectangulaire et partiellement coupé suivant la coupe a. Une telle coupe est représentée sur la figure la dans laquelle on voit le profil 5 en forme de U donné au conducteur 2. Plusieurs conducteurs sont représentés sur cette figure disposés au dessus d'un moyen de guidage 6 constitué de plusieurs canaux d'injection dans un moule, la matière étant injecté par un accès 7 de ces canaux. la figure 2 montre un inducteur 1 consitué par un conducteur 2 ayant une entrée 3 et une sortie 4 ; ce conducteur est formé d'une spirale plate obtenue par la découpe d'un feuillard conducteur métallique Une vue en coupe, suivant b de trois inducteurs découpés est représentée sur la figure 2a ; ces inducteurs sont disposés sur un support 8. Un mode de réalisation avec des rubans a été déjà décrit. En complément, un inducteur 1 réalisé avec plusieurs rubans 2 est représenté sur la figure 3 dans une configuration en spirale rectangulaire et comporte, dans le cas représenté, 3 rubans en parallèle. la figure 3a montre une coupe suivant c de trois rubans 2monté sur le support 8. Une vue très schématisée représente en coupe d, FIG.4, une réalisation de l'inducteur 1 comportant plusieurs conducteurs 2 bobinés en plusieurs couches successives. Il est intéressant de pouvoir agir sur la distribution de l'intensité du champ périodique H.F. engendré par l'inducteur dans un cas simple et peu coûteux, une solution au problème de répartition du champ est obtenue par combinaison de plusieurs configurationsdifférentes de l'inducteur qui sont connectables en parallèle, en série, ou en série-parallèle et en plus éventuellement, avec certains déphasages de courant alimentant les conducteurs comportant un tel inducteur. Un mode de réalisation a été décrit précédemment lorsqu'il a été question de plaquettes, rondes ou rectangulaires ou de toute autre forme, susceptibles d'être superposées les unes sur les autres ou être disposées concentriquement dans un plan, les différentes combinaisons réalisables étant étudiées pour le montage dans un appareil, une cuisinière par exemple. les inducteurs réalisés avec des plaquettes élémentaires combinables entre elles, présentent l'intérêt de produire un champ' inducteur ayant une intensité de répartition prédéterminée. les procédés décrits et les inducteurs proposés présentent les avantages d'être de mise en oeuvre facile, d'utiliser une matière première peu coûteuse et susceptible d'être façonnés sans difficulté. Il en résulte une diminution sensible du prix des inducteurs, d'autant plus qu'aucune fabrication en série est possible. R E V E N D I C A T I O N S RE VENT > I C A T 10 N 1. Procédé de fabrication d'inducteurs pour chauffage H.F., ces inducteurs comportant au moins un conducteur électrique, avantageusement en alliage métallique, connectable à une source d'alimentation de courant périodique H.F., caractérisé en ce qutune matière choisie à faibles pertes par hystérésis est soumise à un traitement comportant un façonnage en torme de bande et mise en forme par des moyens de guidage selon une configuration prédéterminée de l'inducteur, le profil en section droite de ce conducteur présentant avantageusement un rapport optimalisé de surface minimum admissible pour la densité de courant prévue sur un périmètre maximum pour la conduction des courants, H.F. inducteurs 2.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit traitement comporte la fusion de ladite matière, son introduction par des moyens de guidage formés de canaux dtinjection et d'un moule et le maintien du conducteur profilé obtenu dans ladite configuration par un surplus de matière refoidie enlevable pour séparer les sections dudit conducteur monté sur un support 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite configuration de l'inducteur est obtenue en utilisant un moule comportant dans un plan horizontal une empreinte en forme de spirale. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'un conducteur à profil désiré, en H, U, T..., est réalisable grâce audit moule en matière consomptible. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit traitement comporte une métallisation par projection mettant en oeuvre le procédé de schoopage. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit traitement comporte une découpe d'un métal conducteur en feuillard suivant une configuration en spirale de l'inducteur. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que plusieurs découpes en spirale sont empilées en formant, après une connexion en parallèle, un inducteur. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit traitement comporte une découpe d'un métal conducteur en rubans et bobinage en spirale, avec interposition d'un isolant entre spires,d'au moins un ruban formant ainsi un inducteur. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit isolant entre spires est éliminé et le conducteur est revêtu d'une pellicule isolante par anodisation, vernis,... 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit conducteur est recouvert dtun corps noir formant un radiateur thermique. 11. Procédé de fabrication d'inducteurs avec des conducteurs à fils divisés, caractérisé en ce que ledit fil divisé en matière à faibles pertes par hystérésis est bobiné, avec des angles arrondis, dans une empreinte en creux d'un-support correspondant à une configuration donnée d'un bobinage plat. 12. Procédé de fabrication d'inducteurs selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que lesdits inducteurs sont réalisés sur des supports élémentaires associables concentriquement, ou coaxialement superposés, rendant possible les différentes combinaisons entre les inducteurs et permettant de modifier la distribution du champ périodique produit. 13. Inducteur pour le chauffage inductif H.B. des métaux, caractérisé en ce qu'il comporte un inducteur défini par l'une des revendications précédentes. 14. Appareil, caractérisé en ce qu'il comporte un inducteur défini par l'une des revendications précédentes.