Brevet FR2661794A1 — publié le 19911108

La présente invention concerne le domaine des dispositifs de chauffage par induction et plus particulièrement un dispositif de chauffage de feuille par induction comportant de multiples bobines d'induction dispo- sées en tandem et dans lesquelles passe la feuille à chauffer. L'invention est spécialement applicable à une ligne de chauffage de feuille par induction, pourvue de multiples bobines d'induction, dans laquelle deux convertisseurs haute fréquence ou plus sont utilisés en tant que sources de courant pour les bobines et dans laquelle ces sources de courant peuvent ne pas fonctionner en synchronisme entre elles Les spécialistes en la matière comprendront toutefois que l'invention pourrait être facilement adaptés à d'autres utilisations et d'autres contextes structurels, par exemple dans les cas o on souhaite supprimer un couplage d'énergie entre sources de courant, existant entre des bobines adjacentes. Les lignes de chauffage de feuille par induction comportant de multiples bobines d'induction disposées en tandem et dans lesquelles passe la feuille à chauffer sont bien connues dans la technique Fréquemment, deux convertisseurs haute fréquence ou plus sont nécessaires en tant que sources de courant La fréquence de sortie de ces convertisseurs dépend de la fréquence de résonance d'un circuit résonnant constitué habituellement d'une batterie de condensateurs branchée en parallèle sur la bobine d'induction et sa charge de feuille Le déclenchement de dispositifs redresseurs (thyristors au silicium) présents dans la section d'inverseurs des convertisseurs est commandé, dans le temps, à l'aide d'une tension de rétroaction provenant du circuit résonnant, de sorte que le déclenchement des inverseurs est amené à renforcer la fréquence naturelle de ce circuit résonnant Avec l'agencement matériel nécessaire des bobines d'induction, les courants présents dans l'une des bobinés créent une tension dans les bobines adjacentes Etant donné que les inverseurs de chaque convertisseur sont déclenchés d'une manière compatible avec sa propre tension de circuit résonnant, les convertisseurs adjacents ne peuvent pas fonctionner en synchronisme entre eux Lorsqu'une tension induite provenant d'un autre circuit de convertisseur apparaît dans le second circuit résonnant, elle déforme la forme d'onde qui est renvoyée à la commande de déclenchement et peut faire se déclencher les inverseurs au mauvais moment, en créant un état instable qui empêche le fonctionnement de la ligne Dans les cas o des alimentations de courant fonctionnent à pratiquement'la même fréquence de fonctionnement, elles ont tendance à s'accrocher en fonctionnement synchrone, ce qui empêche un réglage indépendant de ces sources de courant Le problème consistant à régler d'une manière indépendante et précise le courant envoyé à la bobine constitue le problème que la présente invention a principalement pour but de corriger. Divers types et formes de dispositifs et d'ensembles ont jusqu'à présent été suggérés pour réduire le couplage d'énergie des sources de courant entre des bobines adjacentes Une première réalisation consiste à désaccorder les circuits résonnants de façon que chaque convertisseur fonc- tionne à une fréquence différente Dans le cas du chauffage de feuilles minces, cela ne constitue pas toujours une solution commercialement viable, étant donné qu'il est fortement souhaitable de maintenir la fréquence aussi élevée que possible afin d'éviter une perte de rendement du chauffage Une autre proposition consiste à placer les bobines adjacentes à une beaucoup plus grande distance Habituellement, cela n'est pas non plus pratique, étant donné qu'un espace substantiel doit être prévu entre les bobines pour éviter le problème du couplage et cette méthode augmenterait ainsi d'une manière désavantageuse l'encombrement de l'appareil de chauffage par induction. C'est pourquoi la présente invention a pour but de fournir un ensemble nouveau et perfectionné qui remédie aux problèmes sus-indiqués, ainsi qu'à d'autres problèmes, de façon à constituer un nouvel ensemble de chauffage par induction qui soit d'une conception simple, soit économique à fabriquer, soit facilement adaptable à diverses caractéristiques dimension- nelles, soit d'un fonctionnement robuste et fiable et assure une meilleure souplesse d'utilisation et un meilleur fonctionnement à une ligne de chauffage de feuille par induction. Conformément à la présente invention, il est prévu un ensemble de chauffage de feuille par induction qui comporte de multiples bobines d'induction disposées en tandem coaxial Au moins deux sources de courant pour bobine, comprenant de préférence des convertisseurs haute fréquence, produisent des premier et second courants inducteurs dans les bobines Une boucle fermée de matière électriquement conductrice est interposée d'une manière coaxiale par rapport aux bobines d'induction Cette boucle est disposée de façon à permettre qu'y soit induit un courant circulant d'un sens opposé aux courants inducteurs Le champ magnétique de ce courant de sens opposé s'oppose au champ magnétique du courant inducteur en entraînant une réduction de l'intensité de ce champ magnétique sur un côté de la boucle situé à l'opposé du courant inducteur, ce qui permet de supprimer le couplage interbobines Une boucle fermée est appelée "anneau de découplage" et elle est de préférence placée entre des bobines adjacentes L'utili- sation de l'anneau de découplage permet un fonctionnement indépendant de convertisseurs voisins assurant l'alimentation de bobines voisines, avec moins d'espace entre les bobines qu'il n'en serait nécessaire si on n'uti- lisait pas d'anneau de découplage. L'invention a pour objet un appareil de chauffage par induction, caractérisé en ce qu'il comprend une première et une seconde bobines d'induction disposées en tandem de façon à chauffer une pièce les traver- sant, chacune de ces bobines possédant une source de courant indépendante, cet appareil comprenant en outre un anneau de découplage interposé entre les bobines d'induction, ce qui supprime un couplage d'énergie des sources de courant entre les bobines. Les anneaux de découplage peuvent être réalisés en n'importe quel métal à conductivité élevée, tel que le cuivre ou l'aluminium Le choix des diverses dimensions intérieures, des diverses dimensions exté- rieures, des épaisseurs et des formes a une influence sur l'efficacité de l'anneau Suivant une réalisation particulière de l'invention, de multiples anneaux de découplage en tandem accroissent encore l'efficacité avec laquelle le couplage magnétique interbobines est supprimé Suivant une autre réalisation de l'invention, l'anneau est pourvu, dans l'une de ses branches, d'un organe de coupure permettant d'ouvrir cette branche, de façon que l'anneau puisse être retiré d'une pièce, telle qu'une feuille continue, sans gêner la feuille ou la déchirer. Un avantage obtenu en utilisant la présente invention est présenté par une ligne de chauffage par induction à couplage magnétique interbobines supprimé et à encombrement total réduit. Un autre avantage obtenu à l'aide de la présente invention est présenté par un dispositif de chauffage par induction permettant l'utili- sation variable de plusieurs anneaux de découplage qui peuvent être insérés ou retirés d'une manière sélective sans gêner une pièce traversant la ligne de chauffage. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique (vue en éléva- tion) d'une ligne de chauffage conforme à la présente invention, montrant plus particulièrement plusieurs anneaux de découplage interposés entre des bobines de chauffage disposées en tandem, et la figure 2 est une vue en plan d'un anneau de couplage conforme à la présente invention. Si on se reporte aux dessins sur lesquels les représentationjne sont données qu'afin d'illustrer les modes préférés de réalisation de l'invention et non à titre limitatif, les figures représentent un ensemble de chauffage de feuille par induction dans lequel une première et une seconde bobines de chauffage par induction 10 et 12 sont disposées d'une manière coaxiale et en tandem, de façon à chauffer un feuillard d'acier 14 qui les traverse Une première et une seconde sources de courant 16 et 18, constituées de préférence par des convertisseurs haute fréquence, fournis- sent l'énergie voulue à ces bobines 10 et 12 La fréquence de sortie de ces convertisseurs 16 et 18 dépend de la fréquence de résonance du circuit résonnant associé (non représenté) constitué d'une batterie dé condensa- teurs reliée aux bobines d'induction 10 et 12 Le délenchement de disposi- tifs à thyristor au silicium situés dans les convertisseurs de fréquence 16 et 18 est commandé, dans le temps, par une tension de rétroaction provenant des circuits de résonance, de sorte que le courant fourni renforce la fréquence naturelle des circuits de résonance Les bobines 10 et 12 sont espacées d'une façon normale l'une par rapport à l'autre, de sorte que les courants présents dans l'une des bobines induisent une tension dans la bobine voisine Les bobines sont ainsi couplées et le degré de couplage détermine l'efficacité avec laquelle les bobines peuvent être commandées d'une manière indépendante. Afin de vaincre le couplage magnétique interbobines, un ou plusieurs anneaux de couplage 20, 22 sont interposés entre les bobines 10 et 12 L'anneau de couplage n'est pas nécessairement un "anneau", mais est un boucle fermée en matière électriquement conductrice, habituellement en cuivre ou aluminium, qui est disposée entre les bobines d'induction 10 et 12 et dont l'axe est aligné avec les axes de ces bobines Le choix des diverses dimensions intérieures, des diverses dimensions extérieures, des épaisseurs et des formes influe sur l'efficacité de la suppression du couplage magnétique interbobines par l'anneau 20 L'utilisation de multi- ples anneaux de découplage 20, 22, disposés en tandem, réduit encore l'interaction des bobines Les courants inducteurs présents dans les bobines voisines 10 et 12 induisent, dans les anneaux de découplage 20, 22, des tensions qui donnent lieu à des courants qui y circulent et qui sont d'un sens essentiellement opposé au sens du courant inducteur Le courant induit circulant crée ainsi un champ magnétique qui s'oppose au champ magnétique inducteur du courant inducteur, de façon à provoquer une réduc- tion de l'intensité du champ magnétique net s'exerçant sur un côté de l'anneau situé à l'opposé du courant inducteur et de façon à supprimer ainsi le couplage magnétique interbobines. D'une manière plus précise, le courant inducteur présent dans la bobine 10 crée, dans les anneaux 20, 22, un courant circulant qui réduit l'intensité du champ magnétique exercé par cette bobine 10 sur la seconde bobine 12 Une réduction de l'intensité du champ magnétique entraîne aussi une réduction de toute tension éventuelle induite dans la bobine 12, ce qui permet un fonctionnement avantageux des convertisseurs 16 et 18 voisins qui alimentent les bobines 10 et 12 voisines avec moins de distance entre les bobines qu'il n'en serait nécessaire si on n'utilisait pas d'anneaux 20, 22. Si on se reporte plus particulièrement à la figure 2, l'anneau de découplage 20 y est représenté comme comportant un organe de coupure 24 dans l'une des branches les plus courtes 25 de l'anneau, de façon à permet- tre une ouverture de cet anneau de manière qu'il puisse être retiré du feuillard continu 14 sans gêner, ni déchirer ce dernier L'organe de coupure est ouvert d'une manière sélective (ainsi que cela est représenté en trait interrompu) et fermé à l'aide d'un ensemble à piston 30 et articu- lation 32, la conduction électrique dans l'anneau s'obtenant par l'intermé- diaire de contacts à lame de couteau 34 et 36 lorsque la branche 25 de l'anneau est fermée Les anneaux 20, 22 sont positionnés, de façon que leurs axes soient alignés, à l'aide d'un bâti classique 26 (représenté en trait interrompu) qui comprend des pièces de support 28 et des éléments isolants 29 associés (figure 1) Dans le cas d'applications à très fort courant, un tube de refroidissement (non représenté) peut être associé à l'anneau. REVENDICATIONS 1 Appareil de chauffage par induction, caractérisé en ce qu'il comprend une première et une seconde bobines d'induction disposées en tandem de façon à chauffer une pièce les traversant, chacune de ces bobines possédant une source de courant indépendante, cet appareil comprenant en outre un anneau de découplage interposé entre les bobines d'induction, ce qui supprime un couplage d'énergie des sources de courant entre les bobines. 2 Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau de découplage comprend une boucle fermée en matière conductrice. 3 Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les bobines sont disposées de façon à présenter des axes communs et en ce que la boucle comporte un axe aligné avec ces derniers. 4 Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs anneaux de découplage sont interposés entre les bobines. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'anneau de découplage comprend un organe de coupure pouvant être actionné de manière sélective afin de retirer l'anneau sans gêner une pièce qui y est située. 6 Ensemble de chauffage de feuille par induction, caractérisé en ce qu'il comprend de multiples bobines d'induction disposées en tandem d'une manière coaxiale et comporte au moins deux sources de courant pour bobine permettant de créer un premier et un second courants inducteurs dans les bobines, cet ensemble comprenant en outre une boucle fermée en matière électriquement conductrice, interposée de manière coaxiale par rapport aux bobines d'induction et disposée de façon qu'y soit induit un courant circulant d'un sens opposé à celui des courants inducteurs, de sorte que le champ magnétique de ce courant circulant, qui s'oppose au champ magnétique inducteur du courant inducteur, provoque une réduction -de l'intensité du champ magnétique net s'exerçant sur un côté de la boucle situé à l'opposé du courant inducteur, de façon à supprimer le couplage magnétique interbobines. 7 Ensemble suivant la revendication 6, caractérisé en ce que plusieurs boucles, disposées en tandem, sont interposées entre les bobines. 8 Ensemble suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la boucle comprend un organe de coupure de branche agencé de façon à pouvoir être ouvert d'une manière sélective et servant à retirer la boucle de l'ensemble.