Brevet FR2620894A1 — publié le 19890324

L'invention concerne un procédé de réglage ou de limitation de la température sur des bobines de chauffage par induction, notamment pour des appareils ménagers de cuisson à induction ainsi qu'un dispositif pour la réalisation du procédé à l'aide de noyaux de ferrite disposés radialement sur le côté inférieur des bobines à induction, noyaux de forme arbitraire à point de Curie prédéterminé. Les températures de fonctionnement des bobines d'induction d'appareils de cuisson à induction sont déterminées par le produit à cuire, respectivement par le récipient de cuisson, au moyen de la chaleur restituée, c'est-à-dire que l'échauffement propre des bobines est plus faible que la température du produit à cuire. Dans les processus de cuisson ou de fermentation les tempéra- tures de bobines sont situées au-dessous de leur tempéra- ture limite admissible, correspondant au produit isolant électrique utilisé. Dans le cas de processus de r8tissage ou de friture, les valeurs limites admissibles de tempé- ratures de bobines peuvent être atteintes ou même dépas- sées. Les valeurs limites sont toutefois en tous cas dép- assées, dans le cas o est entrepris un chauffage de séchage avec le récipient de cuisson vide. C'est pourquoi on règle par des dispositifs appropriés la température du récipient de cuisson, ou de la bobine d'induction elle- même. En cas de défaillance du dispositif de réglage de fonctionnement, un limiteur de température prend en charge le déclenchement de la bobine d'induction et empêche sa destruction. Les bobines de chauffage des appareils de cuisson par induction du type en question sont la plupart du temps circulaires, enroulées en forme de spirale d'Archimède, et sont munies à leur côté inférieur de noyaux de ferrite disposés radialement pour focaliser magnétiquement les lignes de champs magnétiques, noyaux ayant les formes de réalisation et les compositions de matériau les plus différentes. Selon la composition de leur matériau de frittage, les ferrites perdent brusque- ment leur conductivité magnétique au-dessus d'une cer- taine température, dite le point de Curie. En redescen- dant au-dessous du point de Curie, elles récupèrent également subitement leur conductivité magnétique. Selon DE-PS 31 02 668 on connait un "dispositif de chauffage par induction". Ici, la température du récipient de cuisson est réglée à l'aide d'un élément thermistor en contact étroit et pressé élastiquement sur le côté inférieur de la plaque supérieure ( côté in- férieur du champ de cuisson). Lorsqu'on atteint une résistance prédéterminée, l'élément thermistor commande un circuit détecteur de température, qui déclenche à la suite de cela le signal d'entrée et de sortie d'un transistor de sortie et interrompt le processus de chauffage. Un aimant permanent à perçage central, de forme annulaire et guidé de manière axialement mobile, est disposé centralement autour de l'élément thermistor, et presse par son poids propre un micro-interrupteur en position d'interruption et empêche un chauffage. Si maintenant un récipient de cuisson en matériau magnétisa- ble est placé sur le champ de cuisson, l'aimant permanent est relevé du fait de la force d'attraction du récipient de cuisson, contre celui-ci, le micro-interrupteur est fermé et l'excitation de la bobine de chauffage est induite. L'élément thermistor prend en charge immédiate- ment après, comme mentionné précédemment, le réglage de la température de cuisson ou de r8tissage. S'il y a défaillance de celui-ci ou bien si des perturbations surviennent dans le circuit détecteur, l'aimant permanent est chauffé par le récipient de cuisson jusqu'à ce qu'il perde son magnétisme, qu'il retombe sous l'effet de son poids propre, que le microinterrupteur s'ouvre à nouveau et interrompe le processus de chauffage. Une régulation et un procédé de protection en température de ce type nécessite une pluralité de compo- sants électroniques, électriques et mécaniques. Il 3 2620894 conditionne une dépense importante en câblage et en montage et ainsi des coots de fabrication élevés. Il ne capte que ponctuellement la montée en température du récipient de cuisson, à savoir sur le point de fixation du thermistor et de l'aimant permanent, alors que la répartition de température sur le point de cuisson, respectivement dans le récipient de cuisson, principale- ment pour des processus de rôtissage, est le plus souvent variable du fait du produit à rôtir réparti de manière irrégulière. Selon EP-0 158 353 A 2 on connait une "plaque froide de cuisson électrique". Ici le porte-bobine de chauffage est en résine plastique résistant à la tempéra- ture, qui est enrichie avec environ 75 - 85 % de poudre de ferrite. Des évidements disposés radialement sont prévus dans le porte-bobine de chauffage et servent à recevoir des barreaux de ferrite de forme carrée. Plu- sieurs éléments capteurs sont disposés sur les barreaux de ferrite et fournissent l'état de conductivité magnéti- que, respectivement la température des barreaux de ferrite. Les éléments capteurs évoqués sont reliés électriquement à un régulateur de courant de bobine. Si maintenant l'un de ces barreaux de ferrite, par suite de surchauffe de bobine, atteint le point de Curie et perd de ce fait sa conductivité magnétique, le courant de bobine est réglé de sorte que la température de bobine revienne à nouveau au-dessous de la température limite admissible. La saisie de la température recouvre approxima- tivement une surface. Ici, on utilise plusieurs capteurs magnétiques avec un coût de câblage relativement élevé. L'invention a pour but d'éviter efficacement le défaut et les inconvénients inhérents à l'état de la technique au moyen d'améliorations appropriées. Selon l'invention, ce problème est résolu en ce que le point de Curie des noyaux en ferrite est choisi de telle sorte qu'il se situe un peu audessous de la température limite maximale admissible des bobines à induction. Les avantages accessibles avec l'invention consistent en particulier en ce qu'on peut obtenir un maximum de précision de réglage avec une différence de température minimale, à l'aide d'une mesure de tempéra- ture recouvrant une surface, intégrée, sans capteurs séparés de température ou de magnétisme et sans parties mécaniques mobiles. De ce fait et du fait de la dispari- tion du coût de câblage électrique, ce type de réglage de température est viable pour un prix favorable, sans limitation. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté sur les dessins et est décrit ci-après en détail. La fig. 1 est une coupe partielle en vue de dessus d'une cuvette de cuisson intégrée avec des plaques support de bobines à induction munies de noyaux de ferrite, sans bobines à induction et sans plaque de recouvrement en céramique de verre. La fig. 2 illustre le principe de construction d'un poste de cuisson à induction, en coupe longitudi- nale. La fig. 3 illustre l'allure de la température T ( en degré Celsius) en fonction du temps de chauffage t ( en minutes) sur la bobine d'induction, sur les noyaux en ferrite et sur la plaque support, pendant un processus de friture. La cuvette de cuisson intégrée représentée à la fig. 1 possède deux postes de cuisson à induction 1, 2. Des noyaux en ferrite 4, 4' sont disposés radialement sur les plaques de porte-bobines 3, 3' et fixés d'une manière non représentée en détail par exemple collés. Les plaques de porte-bobines 3, 3' circulaires se composent de t8le d'aluminium ( magnétiquement non conducteur) et sont d'un diamètre un peu plus important que le diamètre extérieur de bobine d'induction 5. Selon la fig. 2, un poste de cuisson par induc- tion 1, 2 se compose de la plaque de porte-bobines 3 et de noyaux de ferrite 4 fixés dessus. La bobine d'in- duction 5 proprement dite est directement fixée sur les noyaux en ferrite 4, d'une manière non représentée. La bobine d'induction 5 est encastrée entre deux disques isolants 6 résistants à la température, à la haute tension, par exemple des disques de mica de faible épaisseur ou similaire. Un entrefer 8 est situé entre le disque isolant 6 supérieur de la bobine d'induction 5 et la plaque de recouvrement 7, du poste de cuisson par induction 1, 2 proprement-dit. La plaque de recouvrement 7 est composée de préférence de céramique de verre résistant aux hautes température et aux chocs. L'entrefer 8 est nécessaire pour des raisons thermiques et de sécurité électrotechnique. Sur le diagramme température-temps de la fig. 3, la température aux noyaux de ferrite 4, 4' croit, ainsi que la température sur le côté supérieur et inférieur de la bobine d'induction 5 et la température sur la plaque de porte-bobine 3, 3', jusqu'à ce que le point de Curie des noyaux en Ferrite 4, 4' soit atteint. Il se situe ici un peu au-dessous de 240 degrés Celsius. Le flux magnéti- que produit par un redresseur statique non représenté est orienté, respectivement focalisé aux moyen des noyaux en ferrite 4, 4' disposés en forme de cercle et réalisés en forme de segment. Lorsque l'on atteint la température du point de Curie, les noyaux en ferrite 4, 4' perdent leurs propriétés magnétiques. Ceci fait que le champ magnétique n'est plus influencé et que les lignes de champ magnéti- que se dispersent. Des mesures ont montré que la puis- sance utile efficace sur l'ustensile de cuisson chute à ce moment rapidement au quart de la puissance absorbée et qu'une surchauffe de la bobine d'induction 5 est évitée, respectivement qu'il s'établit une autorégulation de la température du produit à cuire. Ceci est visible sur le diagramme (fig. 3) par une chute nette de température à la bobine d'induction 5 et à la plaque de porte-bobines 3, 3'. En d'autres termes, le champ magnétique de disper- sion de la bobine d'induction 5 s'établissant lors de la perte de magnétisation des noyaux de ferrite 4 est directement utilisé pour réduire la puissance utile d'un inverseur statique. Du fait que le point de Curie représente une limite de température déterminée de manière fixe, l'en- semble des amplitudes de réglage à l'état stationnaire d'équilibre est approximativement égal à zéro. ( Ce qui est reconnaissable par l'allure presque horizontale de la caractéristique de température de tous les paramètres à partir de point de chauffage t = 50 minutes). Lors de chute de température de peu d'importance aux noyaux en ferrite 4, 4' ceux-ci recouvrent à nouveau leur conducti- vité magnétique et la puissance absorbée du poste de cuisson par induction 1, 2 atteint à nouveau en un temps bref sa valeur nominale. Les noyaux de ferrite 4, 4' eux-mêmes permettent ce que l'on appelle des impulsions de puissance avec une durée d'enclenchement relative d'environ 25 % sans mise en oeuvre d'éléments de mesure ou de réglage. Sur le diagramme température -temps de la Fig. 3 on voit en outre que l'allure de la température de la bobine d'induction 5, principalement du côté inférieur de la bobine d'induction 5, est presque identique à l'allure de la température des noyaux en ferrite 4, 4' après mise en oeuvre de la régulation à point de Curie. La condition pour cela est que les noyaux en ferrite 4, 4' soient complètement recouverts par la bobine.'in- duction 5, sur une surface. Une surchauffe inadmissible de la bobine d'induction 5 et ainsi un incendie sont évités de manière fiable, même en cas de défaillance d'éléments de la partie électronique. Du fait que le point de Curie est atteint pour une température moyenne de noyau en ferrite, toutes les autres températures représentent également des valeurs moyennes, c'est-à-dire que la saisie de la température intègre la surface et n'est pas ponctuelle. REVENDICATIONS 1. Procédé de réglage ou de limitation de la température sur des bobines de chauffage par induction, notamment pour des appareils ménagers de cuisson à induction ainsi que dispositif pour la réalisation du procédé à l'aide de noyaux de ferrite disposés radia- lement sur le c8té inférieur des bobines à induction, noyaux de forme arbitraire à point de Curie prédéterminé, caractérisé en ce que le point de Curie des noyaux en ferrite (4) est choisi de telle sorte qu'il se situe un peu au-dessous de la température limite maximale admissi- ble des bobines à induction. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble des noyaux en ferrite (4) de la bobine d'induction (5) possède le même point de Curie. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le point de Curie des noyaux en ferrite (4) se situe à une valeur égale ou plus basse que 240 degrés Celsius. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le champ magnétique de dispersion de la bobine d'induction (5) s'établissant lors de la perte de magnétisation des noyaux de ferrite (4) est directement utilisé pour réduire la puissance utile d'un inverseur statique. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la conductivité magnétique des noyaux de ferrite (4) rétablie périodiquement sert à donner l'impulsion de puissance à la bobine d'induction (5). 6. Dispositif pour la réalisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les noyaux de ferrite (4) sont maintenus, collés ou fixés sur une plaque support de bobine (3) en aluminium. 7. Dispositif pour la réalisation du procédé selon la revendication 1 ou 6, caractérisé en ce que le diamètre extérieur de l'arrangement radial des noyaux de ferrite (4) correspond approximativement au diamètre extérieur de la bobine d'induction (5).