Brevet FR2419644A1 — publié le 19791005

La présente invention concerne un appareil de chauffage par induction nouveau et perfectionné. Plus particulièrement, elle concerne un circuit nouveau et perfectionné permettant l'alimentation en énergie électrique de la bobine de chauffage par induction d'un tel appareil. Le chauffage par induction est bien connu, et il n'est donc pas nécessaire de décrire de façon détaillée ce qu'il est. La technique antérieure a proposé toutes sortes de circuits différents assurant llalimen- tation en énergie électrique d'une bobine de chauffage par induction dans le but de produire l'échauffement d'une charge associée à cette bobine. Les circuits de la technique antérieure ont rempli un rôle utile, mais on considère que, pour un certain nombre de raisons, ils n'ont pas toutes les propriétés souhaitables que l'on pourrait raisonnablement attendre d'eux. I1 est en effet fréquent que ces circuits n'aient pas un fonctionnement aussi économique que ce serait souhaitable, eu égard à la quantité d'énergie électrique qu'ils utilisent pour produire un échauffement déterminé. Il est également fréquent que ces circuits ne soient pas fiables, en ce sens qu'après un usage prolongé, ils deviennent susceptibles de tomber en panne. Depuis un certain temps, de nombreux efforts ont porté sur l'utilisation du chauffage par induction dans des cuisinières, du type couramment employé pour cuire les aliments. On considère que les différents circuits de la technique antérieure assurant l'alimentation électrique d'une bobine de chauffage par induction ne se révèlent pas particulièrement satisfaisants dans ce type d'application pour des raisons supplémentaires qui sont liées aux divers inconvénients et aux différentes limitations des circuits de la technique antérieure, ainsi que cela a été signalé ci-dessus. Dans l'application du chauffage par induction aux appareils de cuisson domestiques, il est souhaitable, pour des raisons de court et d'encombrement, d'utiliser une bobine en spirale du type "crêpe", qui ne présente qu'une seule épaisseur de conducteur entre ses extrémités. Comme on l'a indiqué ci-dessus, les circuits de la technique antérieure ne sont pas considérés comme particulièrement adaptés à la mise en oeuvre effective et efficace de ce type de bobine. En outre, et comme cela a été brièvement indiqué ci-dessus, les circuits de la technique antérieure ne sont pas considéres comme correspondant particulièrement à une utilisation adaptée aux cuisinières du fait des variations de la charge, qui prend la forme d'un ustensile de cuisson utilisé avec la bobine d'un appareil de cuisson par induction : en effet, l'ustensile ne se trouve pas toujours à la mGme place par rapport à la bobine de chauffage et, ou bien, n'est pas toujours placé de la même manière vis-à-vis de la bobine. L'invention propose un appareil de chauffage par induction nouveau et perfectionné qui surmonte les différents inconvénients et les diverses limitations des appareils de chauffage par induction de la technique antérieure. A cet effet, dans un appareil de chauffage par induction comportant une bobine de chauffage par induction et un circuit qui fournit à la bobine de chauffage une série d'impulsions électriques afin de provoquer l'échauffement de la charge associée à la bobine > il est proposé, selon l'invention, les améliorations suivantes : le circuit comporte un dispositif de commutation à semi-conducteurs, deux réseaux résonnants interconnectés différents et un circuit de commande; le dispositif de commutation à semiconducteurs peut étre rendu conducteur, c' est-à-dire laisser passer courant dans un certain sens, en réponse à un signal appliqué par le circuit de commande et il peut étre rendu non conducteur en réponse à un courant venant du sens opposé; les réseaux résonnants interconnectés différents sont connectés au dispositif de commutation de manière à recevoir le courant que laisse passer le dispositif de commutation et à pouvoir fournir au dispositif de commutation un courant en sens inverse; le premier des réseaux résonnants comporte un condensateur en série avec la bobine de travail, et le second comporte une bobine d'induction montée en parallèle avec le premier réseau résonnant; le circuit de commande peut fournir une série de signaux au dispositif de commutation de manière à le rendre conducteur à certains intervalles périodiques; et ces intervalles sont suffisamment longs pour que, après que le dispositif de commutation a été rendu conducteur en réponse à un signal appliqué la résonance série du premier réseau envoie un courant inverse au dispositif de commutation de manière à le rendre non conducteur avant que le circuit de commande n'ait envoyé un autre signal au dispositif de commutation, tandis que le second réseau a une fréquence de résonance telle qu'il ne fournit pas au dispositif de commutation un courant inverse, après que celui-ci a été rendu conducteur, pour le rendre non conducteur avant que le premier réseau n'ait rendu non conducteur le dispositif de commutation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation illustré par le dessin annexé unique, sur lequel il est montré un schéma du circuit utilisé dans l'appareil de chauffage par induction de l'invention. L'appareil particulier (qui nrest pas identifié de façon distincte) indiqué par E dessin comporte un circuit dans lequel une puissance électrique continue est envoyée par l'intermédiaire d'un conducteur 12 à l'anode d'un redresseur commandé au silicium 14 et à un oscillateur de déclenchement classique 7.6. Un conducteur 18 connecte la sortie de l'oscillateur 16 à l'électrode de commande du redresseur 14. Un conducteur 20 connecte la cathode du redresseur 14 à la masse par l'intermédiaire de conducteurs en parallèle ou de dérivations22 et 24. La dérivation 24 contient en série un condensateur 26 et une bobine de charge 28, tandis que la dérivation 22 contient une bobine d'induction 30.La bobine de charge 28 sert de préférence à l'opération de cuisson, assurée par l'appareil ménager, sous la surface d'une piece en céramique étanche et non conductrice de ltélectricité, par exemple l'élément de support en céramique 32, qui peut etre une brique en céramique, ou d'une plaque de verre, la bobine de charge 28 pouvant ainsi être couplée à une charge 34, qui peut être par exemple un ustensile de cuisson classique en métal à base de fer. L'interprétation du circuit 10 et la fonction de ses divers constituants ne peuvent etre comprises facilement à partir d'une simple énumération des différents éléments du circuit. Ces différents éléments réagissent les uns avec les autres de manière à procurer un mode de fonctionnement qui distingue l'invention des circuits de la technique antérieure destinés à commander ou à alimenter une bobine de charge classique. En raison de sa nature meme, le circuit 10 peut etre considéré comme un circuit simple, efficace et fiable qui apparattra comme tout à fait adapté à son objet du fait de la quantité de chaleur par unité de puissance électrique qu'il est capable de produire. Dans le circuit 10, le redresseur commandé au silicium 14 joue le rible du dispositif de commutation à semi-conducteurs et sert à laisser passer une série d'impulsions électriques en réponse à l'application répétitive d'un signal délivré par l'oscillateur de déclenchement 16. On doit noter que ce redresseur 14 peut être rapporté à la catégorie des dispositifs de commutation à semi-conducteurs qui peuvent etre rendus conducteurs, et ainsi laisser passer un courant dans un certain sens, en réponse à l'application d'un signal et qui peuvent etre rendus non conducteurs en réponse à un courant dirigé en sens inverse. L'utilisation d'une série de dispositifs de commutation différents présentant ce mode de fonctionnement est envisagée dans l'invention. Tout thyristor triode à blocage inverse constitue un tel dispositif de commutation. L'utilisation d'un redresseur contrlé au silicium 14 dans le circuit 10 décrit ci-dessus est considéré comme preférable en raison de la facilité avec laquelle on peut se le procurer et de son efficacité dans le circuit 10. L'oscillateur de déclenchement 16 utilisé est, corme indiqué ci-dessus destiné à fournir une série de signaux au redresseur commandé au silicium 14 afin de le rendre conducteur. L'invention préfère utiliser un oscillateur de déclenchement classique à cet effet en raison du raible colt et de l'efficacité de des oscillateurs dans ce type dlutili- sation.On considère toutefois comme appartenant à l'invention un circuit dans lequel I'oscillateur de déclenchement 16 serait remplacé par tout autre circuit ou réseau de commande ou tout autre dispositif pouvant fournir une série répétdede signaux à I'électrode de commande du redresseur commandé au silicium 14 afin d'assurer le mode de fonctionnement décrit ci-dessus. Ce mode de fonctionnement est lié au mode de fonctionnement des composants des dérivations 22 et 24. Selon l'invention, le condensateur 26 et la bobine de charge 28 sont liés de manière à former, en termes électriques caractéristiques, un réseau ou circuit résonnant série (qui n'est pas désigne-par un numéro de référence distinct) > lequel réseau résonne à une fréquence supérieure à la fréquence des signaux délivrés par l'oscillateur 16 au redresseur 14. Ce réseau résonnant série formé du condensateur 26 et de la bobine de travail 28 est en parallèle avec la bobine d'induction 30 de manière à former cette fois avec elle un réseau résonnant parallèle (qui n'est pas désigné par un numéro de référence distinct).Les caractéristiques électriques de la bobine d'induction 30 sont de préférence choisies de manière que la fréquence de résonance du réseau parallèle soit infdrieure à la fréquence à laquelle des impulsions de courant sont envoyées par l1oscillateur 16 au redresseur 14. A titre d'exemple, constituant un mode de réalisation préféré du circuit 10 de l'invention, la fréquence de résonance du réseau série formé du condensateur 26 et de la bobine de travail 28 est choisie de manière à valoir approximativement 50 kRz, la fréquence de résonance du réseau parallèle utilisant ces composants et la bobine d'induction 30 est choisie de manière à valoir 5 kHz, et la fréquence à laquelle les signaux sont envoyés par l'oscillateur 16 au redresseur 14 est de 25 kHz. Du fait de la valeur de ces fréquences, à chaque fois que l'osciliateur 16 délivre au redresseur 14 un signal rendant ce dernier conducteur de manière normale, il s'établit une résonance dans les dérivations 22 et 24. La résonance série relative au condensateur 26 et à la bobine de travail 28 sert à créer un courant inverse dans le conducteur 20 ce qui a pour effet d"'eteindrett ou de rendre non conducteur le redresseur 14 jusqu' la délivrance par l'oscillateur 16 dtun autre signal au redresseur 14.La résonance parallèle qui résulte de ce que la boblne dtinduction 30 se trouve en parallèle avec le condensateur 26 et la bobine de travail 28 n'a pas pour effet de rendre non conducteur le redresseur 14, mais elle a toutefois pour effet de favoriser le rendement électrique associé au fonctionnement du circuit 10, de sorte que la bobine 28 serve effectivement àchauffer la charge 34. Bien que cette bobine 28 puisse prendre un certain nombre de formes adaptées à l'utilisation dans le circuit 10 décrit, on considère comme préférable, pour des raisons Economiques, de donner à cette bobine 28 une forme d'hélice de manière qu'elle ne présente qu'un seul conducteur en épaisseur entre sa partie supérieure et sa partie inférieure. De façon tout à fait évidente, une telle bobine de travail a une structure tout à fait simple. La bobine particulière décrite sous le numéro de référence 28 est considérée comme favorisant un couplage efficace avec la charge 34 et le circuit 10. Cette bobine 28 est propre à permettre que la charge 34 ait d'importantes variations de nature, ainsi qu'à permettre que la position de la charge 34 par rapport au centre de la bobine 28 puisse également varier; elle peut facilement Btre maintenue en place sur l'élément de support 32 par différentes manières connues. Bien entendu, l'homme de l'art peut apporter, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications à l'appareil de chauffage par induction qui vient autre décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil de chauffage par induction comprenant une bobine de chauffage par induction et un circuit destiné à alimenter la bobine par une série d'impulsions de courant de manière à provoquer ltéchauffement d'une charge associée à ladite bobine de chauffage, l'appareil étant caractérisé en ce que le circuit comporte un dispositif de commutation à semi-conducteurs > deux réseaux résonnants interconnectés différents et un circuit de commande, en ce que le dispositif de commutation à semi-conducteurs peut être rendu conducteur, et ainsi laisser passer un courant dans un certain sens > en réponse à un signal fourni par le circuit de commande et peut étre rendu non conducteur en réponse à un courant orienté en sens inverse, en ce que les réseaux résonnants interconnectés différents sont connectés au dispositif de coiimtu- tation de manière à recevoir le courant que laisse passer le dispositif de comrmtation et à pouvoir envoyer au dispositif de commutation un courant dans le sens opposé, le premier réseau résonnant comportant, en série, une capacité et ladite bobine de chauffage, et le second réseau résonnant comportant, en parallèle, une bobine d'induction et ledit premier réseau résonnant, et en ce que le circuit de commande peut délivrer au dispositif de commutation une série de signaux qui le rendent conducteur à intervalles périodiques, lesdits intervalles étant suffisanmer-t longs pour que, après que le dispositif de commutation a été rendu conducteur en réponse à l'application d'un signal, la résonance série du premier réseau envoie au dispositif de commutation un courant orienté en sens inverse qui rend celui-ci non conducteur avant que le circuit de commande n'ait envoyé un autre signal au dispositif de connRtation, la résonance du second reseau étant telle que le second réseau ne fournit pas au dispositif de commutation un courant inverse après que le dispositif de commutation a été rendu conducteur de manière à rendre le dispositif de commutation non conducteur avant que le premier réseau n'ait rendu le dispositif de commutation non conducteur. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de commutation est un thyristor triode à blocage inverse. 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif de cormartation est un redresseur commandé au silicium. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de commande est constitue par un oscillateur de déclenchement. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la bobine de chauffage est une bobine hélicordale qui n'est épaisse que d'un seul conducteur entre sa partie supérieure et sa partie inférieure. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que la bobine est plate et est fixée sur l'envers d'un support non conducteur de l'électricité.