Brevet FR2672763A1 — publié le 19920814

DISPOSITIF INDUCTEUR, DESTINE AU CHAUFFAGE PAR INDUCTION DE RECIPIENTS POUR LA CUISINE ET PROCEDE DE COMMANDE D'UN TEL DISPOSITIF L'invention concerne les dispositifs inducteurs destinés au chauffage par induction de récipients pour la cuisine Ces inducteurs sont généralement regroupés dans une plaque de cuisson. L'invention concerne également des procédés de commande de ces dispositifs inducteurs. Les plaques de cuisson de ce genre comportent généralement une bobine d'induction alimentée par l'intermédiaire d'un onduleur avec un courant à haute fréquence, exemple 20 à 35 k Hz Cette bobine est disposée en-dessous d'un support susceptible d'être traversé par le champ magnétique produit Ainsi, des courants induits prennent naissance dans tout récipient en métal ferritique placé sur un tel support Ces courants ont donc pour effet de chauffer ce récipient et lui seul, ce qui est un avantage important par rapport aux plaques de cuisson par conduction thermique. Cependant pour obtenir une efficacité maximale, il convient que le diamètre du récipient soit à peu près le même que celui de la plaque de cuisson En effet lorsque le diamètre du récipient est nettement plus important que celui de la surface de cuisson, le chauffage par induction est imparfait car toute la zone annulaire située à l'extérieure de cette surface se trouve hors du champ magnétique produit par la bobine d'induction Lorsque le récipient présente un diamètre nettement inférieur à celui de la surface de chauffe, la zone annulaire externe de l'inducteur est alimentée inutilement en courant électrique car il ne participe pas à la production de courant induit ayant pour effet de chauffer ce récipient Là encore le chauffage du récipient par induction est donc imparfait. Par ailleurs, le fait que dans un tel cas la zone annulaire externe de l'inducteur soit parcourue par le courant électrique sans qu'aucune charge (récipient) soit disposée en regard, a pour inconvénient que cette zone génère des perturbations radio-électriques. On connaît un dispositif de commande destiné à adapter la plaque à la réception de récipients de diamètres différents Ce dispositif est constitué d'au moins deux éléments inducteurs distincts disposés concentriquement l'un autour de l'autre, et qui sont branchés en parallèle aux bornes d'un onduleur unique d'alimentation. Ainsi, lorsque l'on place sur la plaque un récipient de grand diamètre correspondant à celui de l'inducteur externe, le courant se répartit entre les deux inducteurs qui participent l'un et l'autre à la production de courant induit dans le matériau de ce récipient. Par contre, si l'on met en place un récipient de moindre diamètre correspondant à celui de l'inducteur central, seul celui-ci comporte une charge en regard En conséquence il s'établit une adaptation du dispositif au cas considéré, c'est-à-dire que le premier inducteur reçoit la presque totalité du courant Néanmoins, une faible quantité de courant parcourt l'inducteur externe, ce qui a pour conséquence que les inconvénients exposés précédemment sont toujours présents dans une certaine mesure. La présente invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif de commande d'une plaque de cuisson par chauffage par induction permettant le transfert homogène de l'énergie vers un récipient devant être chauffé par induction, tout en apportant une réduction considérable des perturbations rayonnées par le champ magnétique généré. L'invention a pour objet un procédé de commande d'un dispositif inducteur destiné au chauffage par induction de récipients pour la cuisine, ce dispositif inducteur comportant plusieurs inducteurs disposés concentriquement les uns autour des autres et reliés à un onduleur unique d'alimentation, suivant lequel on met l'onduleur en marche pour alimenter les inducteurs, caractérisé en qu'il comporte en outre les phases suivantes consistant à: J (a) alimenter périodiquement un premier inducteur pour détecter une charge éventuelle sur celui-ci, cette phase constituant une phase d'attente d'une charge; (b) alimenter, après détection d'une charge sur le premier inducteur, l'inducteur suivant pour détecter une charge éventuelle sur celui-ci; (c) détecter successivement la présence d'une charge sur chaque inducteur en l'alimentant si une charge est détectée sur l'élément inducteur précédent; (d) alimenter un seul ou plusieurs des inducteurs en fonction de la dimension de la charge détectée tout en détectant la présence de la charge sur l'inducteur alimenté; (e) revenir à la phase d'attente (a) lorsque l'absence de la charge sur l'inducteur alimenté est détectée. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, la plaque comporte un inducteur central et au moins un inducteur disposé concentriquement autour de celui-ci, chaque phase du cycle étant commencée à partir de l'inducteur central. L'invention a également pour objet un dispositif inducteur destiné au chauffage par induction de récipients pour la cuisine, comprenant un générateur alimentant plusieurs inducteurs, caractérisé en ce qu'il comporte: un bloc de commutation susceptible d'assurer l'alimentation sélective d'un ou plusieurs des inducteurs, un circuit comportant des moyens de traitement reliés aux inducteurs afin de recevoir en continu des signaux correspondant à la charge disposée en regard de ceux-ci, les moyens de traitement étant susceptibles d'effectuer une analyse de la dimension de la charge sur les inducteurs et de délivrer des informations, et un microprocesseur relié aux moyens de traitements et susceptibles de commander le bloc de commutation et le générateur afin d'assurer l'alimentation des inducteurs en tenant compte des informations reçues du circuit de traitement. Selon encore d'autres caractéristiques de l'invention: la plaque de cuisson est alimentée par un onduleur à résonnance et, dans le cas de plusieurs inducteurs disposés concentriquement, le bloc de commutation assure l'alimentation: soit du seul inducteur central, soit de tout les inducteurs dans un montage dont l'impédance ramenée est voisine de l'impédance du seul inducteur centrale, dans le cas de trois inducteurs, le montage comprend l'inducteur central et un deuxième inducteur en série, le troisième inducteur étant monté en parallèle sur les deux premiers. L'invention sera maintenant décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique de dessus d'une plaque comportant trois inducteurs disposés concentriquement les uns autour des autres; la figure 2 est un bloc-diagramme fonctionnel d'un dispositif de commande suivant l'invention; la figure 3 est un schéma fonctionnel illustrant un exemple de procédé de commande des trois inducteurs de la figure 1; la figure 4 montre un mode de réalisation du schéma électrique d'alimentation de trois inducteurs dont deux sont branchés en série et le troisième en parallèle sur les deux autres. La figure 1 montre schématiquement une plaque de cuisson par chauffage par induction composée de trois inducteurs Il, I 2, I 3 formés par des bobines d'induction à diamètres différents Elle comporte plus précisément un inducteur central Il et deux inducteurs I 2, I 3 disposés concentriquement autour de l'inducteur central Il. La plaque peut dans des variantes comporter un certain nombre d'inducteurs intermédiaires disposés entre les inducteurs central et périphérique et le nombre total des inducteurs peut dans ce cas être désigné par n. Les inducteurs Il, I 2, I 3 sont reliés à un générateur de puissance 3 constitué par exemple par un onduleur à résonance destiné à l'alimentation de ces inducteurs. Le dispositif de commande selon l'invention est dans son ensemble désigné par le numéro de référence 4 (voir la figure 2) Il comporte un bloc de commutation 5, un microprocesseur 6 et des moyens de traitement de signaux de charge 7. L'une des bornes de chaque inducteur Il, I 2, I 3 est reliée directement au générateur 3, alors que l'autre borne est reliée à celui-ci par l'intermédiaire du bloc de commutation 5 qui à son tour est relié au générateur par un conducteur 3 a Ce bloc de commutation 5 est relié aux inducteurs Il, I 2, I 3 de manière à pouvoir alimenter un ou plusieurs inducteurs successivement en commençant par l'inducteur central Il. Le micro-processeur 6 a une entrée reliée aux moyens de traitement de signaux 7 qui, à leur tour, sont reliés aux inducteurs Il, I 2, I 3 L'une des sorties du micro-processeur 6 est reliée au bloc de commutation 5 et l'autre sortie est reliée au générateur 3 Le fonctionnement du circuit de commande 4 sera maintenant décrit en référence aux figures 2 et 3. D'abord on place un récipient en métal ferritique (non représenté) au centre de la plaque de cuisson, ensuite on met celle-ci en route en agissant sur un interrupteur principal (non représenté) inséré dans le circuit d'alimentation du circuit de commande et du générateur à partir du réseau électrique. Le micro-processeur 6 est ainsi actionné pour envoyer un signal de commande 8 au générateur 3 et simultanément un signal de sélection 9 au bloc de commutation 5 qui sélectionne l'alimentation de l'inducteur central Il. L'inducteur central Il est ainsi alimenté par le générateur 3 de sorte qu'un signal de détection de charge puisse être obtenu de l'inducteur Il Ce signal de détection 10 est traité et analysé par les moyens de traitement 7 qui ensuite transmettent des informations à l'entrée du microprocesseur 6 Un premier cycle de détection est ainsi terminé et son résultat est mémorisé dans le micro-processeur 6 qui ensuite, si une charge a été détectée sur l'inducteur central Il, envoie un nouveau signal de sélection 9 au bloc de commutation 5 qui sélectionne l'alimentation de l'inducteur I 2 Un second cycle de détection analogue au premier est ensuite effectué et le résultat est mémorisé dans le micro-processeur 6 qui ensuite, si une charge a également été détectée sur le deuxième inducteur I 2, envoie un nouveau signal de sélection 9 au bloc de commutation 5 qui sélectionne l'alimentation de l'inducteur 13 Un troisième cycle de détection est ensuite effectué et ainsi de suite jusqu'à ce que la charge en regard de tous les inducteurs en terminant par l'inducteur In soit détectée. La figure 3 illustre le fonctionnement du dispositif selon ce premier mode de réalisation Dans cette figure "OUI" veut dire qu'une charge est détectée sur l'inducteur correspondant, et "NON" qu'une charge est absente Par ailleurs, cette détection préliminaire indique l'un des 4 cas possibles de la plaque de la figure 1: A Absence de récipient sur la plaque: Ce cas correspond à un état d'attente après la mise en marche du générateur 3 Dans cet état, l'inducteur Il est périodiquement alimenté et une charge éventuelle sur celui-ci est détectée à l'aide des moyens de traitement 7 qui reçoivent le signal de charge 10 en provenance de l'inducteur Il. B Présence du récipient sur l'inducteur Il seul Dans ce cas, seul l'inducteur Il est alimenté en même temps qu'une détection de la présence de la charge sur celui-ci est effectuée par les moyens de traitement 7. L'état correspond ainsi à l'état décrit sous A. C Présence d'une charge sur les inducteurs Il et I 2: Dans ce cas, seuls les inducteurs Il et I 2 sont alimentés successivement, la présence de la charge sur chaque inducteur étant détectée chaque fois que celui-ci est alimenté Si on enlève le récipient, l'absence de la charge est détectée sur l'inducteur et le dispositif revient automatiquement à l'état d'attente A. D Présence d'une charge sur les inducteurs Il, I 2 et I 3: Dans ce cas, tous les inducteurs sont alimentés successivement et la charge est détectée sur chque inducteur chaque fois que celui-ci est alimenté De la même façon que dans le cas C, le dispositif est automatiquement remis à son état initial d'attente A si on enlève le récipient. Dans le cas d'alimentation d'inducteurs successifs et pour le bon fonctionnement du générateur, c'est-à-dire pour obtenir un rendement optimal, il est nécessaire de créer des conditions de fonctionnement permettant le maintien d'une fréquence de résonnance à peu près constante suivant la formule: f = 1/( 2 wtf-) o C est la valeur du condensateur de résonnance et L est la valeur de l'inductance ramenée de la bobine chargée par le récipient. Donc, les différents inducteurs bobinés de façon concentrique doivent présenter des caractéristiques similaires d'inductance de même que des caractéristiques similaires de résistance ramenée pour que le générateur puisse travailler, dans des conditions similaires. Or, lorsqu'on bobine des inducteurs de façon concentrique, plus le rayon augmente, plus les caractéristiques de self- inductance sont entre autres importantes Ceci restreint les possibilités de réalisation du système décrit. Le mode de réalisation du circuit électrique montré sur la figure 4 est destiné à créer des conditions de fonctionnement permettant le maintien de la fréquence de résonance du générateur à un niveau à peu près constant pendant le fonctionnement de chaque inducteur d'une plaque. Ut e Comme déjà indiqué en référence à la figure 1, les inducteurs sont disposés concentriquement les uns autour des autres. Dans un souci de simplification, l'exemple illustré sur la figure 4 est limité à une plaque conçue pour fonctionner avec des petits récipients ayant un rayon r et pour des grands récipients ayant un rayon r' tel que r'> r. (Voir Figure 1). Les bornes de l'inducteur central Il sont reliées au générateur 3 par l'intermédiaire d'un commutateur Il à deux positions définies par deux bornes A et B. L'inducteur intermédiaire I 2 est connecté en série avec l'inducteur central Il par l'intermédiaire d'un deuxième commutateur 12 à deux positions définies par deux bornes C et D La borne C assure la liaison entre les inducteurs Il et I 2 alors que la borne D est reliée à une boucle branchée en parallèle sur les inducteurs Il et I 2, et dans laquelle le troisième inducteur I 3 est inséré, entre la connexion de la borne D et l'inducteur 12. L'inducteur I 2 peut être relié au générateur 3 par la borne B du commutateur 11 lorsque le commutateur 12 se trouve dans la position définie sur la borne C Les commutateurs 11 et 12 constituent un bloc de commutation analogue au bloc 4 représenté à la figure 2. Les commutateurs sont liés de sorte que lorsque Il est sur A, I 2 est sur D et lorsque Il est sur B, I 2 est sur C Le changement de l'état des commutateurs ne s'effectue qu'en cas de modification de récipient ou de remise à zéro du microprocesseur par arrêt de l'appareil. La connexion s'effectue de manière à ce que les champs magnétiques générés par les bobines soient en phase dans le cas de l'alimentation simultanée de plusieurs bobines. Cet agencement présente ainsi deux états stables: un premier état dans lequel le commutateur Il est dans sa position A et le commutateur 12 est dans sa position D, ce qui a pour conséquence que seul l'inducteur central Il peut être alimenté par le générateur 3, et pendant ce temps (I 2 + I 3) sont en court-circuit, donc les courants induits dans ces bobines génèrent un champ magnétique en opposition de phase avec le champ de Il, ce qui a pour effet de diminuer les perturbations rayonnées. Un second état dans lequel le commutateur Il est dans sa position B et le commutateur 12 est dans sa position C, ce qui a pour conséquence que tous les inducteurs Il, I 2 et I 3 peuvent être alimentés simultanément Le champ parasite est diminué à l'aide d'une contre-spire (non représentée) autour de I 3. Dans ce second état, les bobines sont telles que, l'inductance totale L = (L 1 +L 2)//L 3 z L 1, ce qui veut dire que la fréquence de résonance (f= 1/( 2 w VI;C-) du générateur 3 est à peu près constante comparativement au premier état dans lequel L=Ll Les résistances ramenées des bobines chargées sont de même quasiment identiques dans l'état 1 avec un petit récipient et dans l'état 2 avec un grand récipient. Le générateur 3 et les inducteurs Il, I 2, 13 sont reliés à un dispositif de commande analogue à celui représenté sur la figure 2, mais dans lequel le bloc de commutation comporte les commutateurs Il et 12. Par ailleurs, le cycle de détection de la charge sur la plaque est analogue à celui décrit ci-dessus, avec la différence toutefois que le second cycle de détection de la présence d'une charge s'applique à l'ensemble des inducteurs Il, I 2 et I 3. Cependant, il serait aussi possible de réduire la détection à une seule phase en plaçant l'agencement initialement dans ce qui a été défini cidessus comme son second état et en effectuant ensuite une détection de la charge, ce qui donne la dimension du récipient A partir de cette information le micro-processeur, ou maintient l'agencement dans le second état, ou envoie une commande au bloc de commutation afin de commuter vers le premier état destiné aux récipients ayant un diamètre plus petit. A partir de la relation f = 1/( 2 W 7 VL-), il est naturellement possible de créer des conditions permettant le maintien d'une fréquence à peu près constante après commutation des inducteurs, sans avoir recours à une :LU 2672763 compensation de l'inductance de l'inducteur Il par l'inducteur I 2, lors de la mise en parallèle de l'inducteur I 3 Cette variante impliquerait la modification de la capacité au niveau des condensateurs reliés à l'onduleur. Selon cette variante on maintiendrai la fréquence à peu près constante à l'aide de condensateurs (non représentés) ajoutés à ceux déjà existants de l'onduleur. REVENDICATIONS 1 Procédé de commande d'un dispositif inducteur destiné au chauffage par induction de récipient pour la cuisine, ce dispositif inducteur comportant plusieurs inducteurs disposés concentriquement les uns autour des autres et reliés à un onduleur unique d'alimentation, suivant lequel on met l'onduleur en marche pour alimenter les inducteurs, caractérisé en qu'il comporte en outre les phases suivantes consistant à: (a) alimenter périodiquement un premier inducteur (Il) pour détecter une charge éventuelle sur celui-ci, cette phase constituant une phase d'attente d'une charge; (b) alimenter, après détection d'une charge sur le premier inducteur (Il), l'inducteur suivant (I 2) pour détecter une charge éventuelle sur celui-ci; (c) détecter successivement la présence d'une charge sur chaque inducteur ( In) en l'alimentant si une charge est détectée sur l'élément inducteur précédent; (d) alimenter un seul ou plusieurs des inducteurs (Il, I 2, I 3, In) en fonction de la dimension de la charge détectée tout en détectant la présence de la charge sur l'inducteur alimenté; (e) revenir à la phase d'attente (a) lorsque l'absence de la charge sur l'inducteur alimenté (Il In) est détectée. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la phase (d) implique l'alimentation successive des inducteurs (Il à In) se trouvant en regard d'une charge détectée. 3 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les inducteurs sont au nombre de trois (Il, I 2, I 3), et en ce que la phase (d) implique l'alimentation soit d'un seul inducteur (Il), soit de tous les inducteurs (Il, I 2, I 3) simultanément, l'un (I 2) des trois inducteurs étant connecté en série avec le premier inducteur (Il) et un autre (I 3) étant connecté en parallèle sur les deux autres inducteurs (Il, I 3). 4 Procédé suivant une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la plaque comporte un inducteur central (Il) et au moins un inducteur (I 2) disposé concentriquement autour de celui-ci, caractérisé en ce chaque phase du cycle est commencée à partir de 1 tinducteur central. Dispositif inducteur destiné au chauffage par induction de récipients pour la cuisine, comprenant un générateur ( 3) alimentant plusieurs inducteurs (Il, I 2, I 3, In), caractérisé en ce qu'il comporte: un bloc de commutation ( 5) susceptible d'assurer l'alimentation sélective d'un ou plusieurs des inducteurs (Il, I 2, I 3, In), un circuit comportant des moyens de traitement ( 7) reliés aux inducteurs (Il, I 2, I 3, In) afin de recevoir des signaux correspondant à la charge disposée en regard de ceux-ci, les moyens de traitement ( 7) étant susceptibles d'effectuer une analyse de la dimension de la charge sur les inducteurs et de délivrer des informations, et un microprocesseur ( 6) relié aux moyens de traitement et susceptible de commander le bloc de commutation ( 5) et le générateur ( 3) afin d'assurer l'alimentation des inducteurs (Il, I 2, I 3, In) en tenant compte des informations reçues du circuit de traitement. 6 Dispositif suivant la revendication 5, pour plaque de cuisson alimentée par un générateur constitué par un onduleur à résonnance ( 3), caractérisé en ce que, dans le cas de plusieurs inducteurs (Il, I 2, I 3) disposés concentriquement, le bloc de commutation assure l'alimentation: soit du seul inducteur central ( 1), soit de tous les inducteurs dans un montage dont l'impédance ramenée est voisine de l'impédance du seul inducteur central. 7 Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que, dans le cas de trois inducteurs (Il, I 2, I 3), le montage comprend l'inducteur central (Il) et un je deuxième inducteur (I 2) en série, le troisième inducteur (I 3) étant monté en parallèle sur les deux premiers.