Brevet FR2954661A1 — publié le 20110624

L'invention concerne de manière générale les appareils de cuisson par induction. Plus particulièrement, l'invention concerne les appareils de cuisson dont l'alimentation électrique est une source contenant au moins deux phases. On rappellera que le chauffage par induction consiste à générer des courants dits de « Foucault » dans une pièce conductrice de l'électricité par l'intermédiaire d'un champ magnétique. Le champ magnétique est généré par un inducteur, adapté à la zone de la pièce à chauffer, et généralement parcouru par un courant alternatif. Le courant alternatif parcourant l'inducteur est lui-même produit par un générateur, contrôlé par une unité de contrôle qui adapte la fréquence et l'amplitude du courant pour assurer le chauffage désiré. Dans le cas de la cuisson par induction, l'objet à chauffer est un récipient de cuisson réalisé en matériau conducteur de l'électricité. Bien que l'invention ci-dessous décrite puisse être appliquée aux matériaux amagnétiques du type cuivre ou aluminium, on s'intéressera plus particulièrement à la chauffe de matériaux magnétiques (acier doux, fonte, inox magnétique, ...). Le récipient est généralement d'un diamètre compris entre 90 et 280 mm et d'une épaisseur comprise entre 1 et 4 mm pour les applications grand public. Les diamètres peuvent atteindre 450 mm et l'épaisseur 10 mm pour les applications professionnelles ou industrielles. En référence à la figure 1, on a présenté un appareil connu de l'état de la technique. Cet appareil comprend : - Un ou plusieurs foyer(s) Flet F2, chaque foyer pouvant contenir un ou plusieurs inducteur(s) Ill, I12, I21 et I22. Ces inducteurs ont pour fonction de générer un champ magnétique à destination d'un récipient de cuisson comme expliqué précédemment. - Un générateur G, connecté d'une part à une source d'énergie électrique, tel qu'un réseau électrique domestique ou professionnel délivrant une ou plusieurs phase(s) électrique(s), et d'autre part aux inducteurs des foyers pour contrôler la puissance électrique fournie aux inducteurs. Ainsi le générateur permet la régulation de la 30 puissance électrique émise à destination des inducteurs afin de pouvoir contrôler le champ magnétique émanant des inducteurs. Généralement la conception électronique du générateur est telle que l'ensemble des foyers de l'appareil de cuisson est alimenté par une seule des phases de la source électrique. Cependant, une telle conception électronique engendre des déséquilibrages dans le réseau électrique car l'ensemble des charges se retrouvent sur une seule phase. Il est également connu d'avoir une conception électronique telle que les foyers sont chacun alimentés par une phase différente (l'ensemble des inducteur d'un même foyer étant alimentés par la même phase). Cependant, cette solution ne permet de résoudre le problème du déséquilibrage de la charge sur les phases lorsque tous les foyers ne sont pas utilisés. De plus, dans le cas où l'on n'utilise pas tous les foyers de l'appareil de cuisson, l'utilisateur devrait alors utiliser certains foyers plutôt que d'autres afin d'éviter un déséquilibrage de la charge sur l'ensemble des phases de la source. Cette sélection des foyers à utiliser dépendrait d'une part de la phase qui alimente les différents foyers et d'autre part de la puissance consommée par les foyers utilisés. Or d'une part, on ne souhaite pas soumettre l'utilisateur à une quelconque contrainte dans le choix de certains foyers plutôt que d'autres lors de l'utilisation de l'appareil, mais de plus il est possible que l'utilisateur soit forcé d'utiliser certains foyers pour des raisons de place disponible ou de puissance de cuisson requise. Ainsi, un but de la présente invention est de fournir un appareil de cuisson par induction, lequel puisse garantir l'équilibrage de la charge sur les différentes phases de la source quel que soit le nombre de foyers utilisés et quel que soit la puissance du ou des foyer(s) utilisé(s). A cet effet, l'invention concerne un appareil de cuisson par induction comprenant : - au moins deux foyers, chaque foyer comprenant au moins deux inducteurs, - un générateur, connecté d'une part à une source d'énergie électrique délivrant au moins deux phases électriques et d'autre part aux inducteurs des foyers pour contrôler la puissance électrique fournie aux inducteurs, caractérisé en ce que - les inducteurs d'un même foyer sont alimentés chacun par une phase différente. Avantageusement et facultativement, l'invention comprend au moins l'une des caractéristiques suivantes : • les deux foyers sont agencés de manière à ce que deux inducteurs adjacents soient alimentés chacun par une phase différentes, • un premier inducteur d'un premier foyer est connecté à une première phase, • un premier inducteur du deuxième foyer est connecté à une deuxième phase, • les deuxièmes inducteurs de chaque foyer sont connectés chacun à un relais apte à commuter entre une alimentation électrique provenant de la première phase ou de la deuxième phase, • le générateur comprend deux sorties chacune correspondant à une phase différente, • le premier inducteur d'un premier foyer est connecté à la première sortie du générateur, • le premier inducteur du deuxième foyer est connecté à une deuxième sortie du générateur, • les deuxièmes inducteurs de chaque foyer étant connectés chacun à un relais apte à commuter entre une alimentation électrique provenant de la première sortie ou de la deuxième sortie, • l'appareil comprend deux autres relais respectivement associés au premier inducteur du premier foyer et au premier inducteur du deuxième foyer, ces deux relais permettant de connecter ou déconnecter ces premiers inducteurs à la sortie correspondante du générateur, • les deux phases sont générées à partir d'une phase et d'un neutre d'un même réseau électrique, • les deux phases sont générées à partir de deux phases d'un même réseau électrique, • le générateur comprend des transistors de type IGBT et/ou de type IGBT à grille en tranchée. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des figures annexées données à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquelles : • la figure 1 est une représentation schématique d'un appareil de cuisson selon l'état de la technique, • la figure 2 est une représentation schématique d'un appareil de cuisson selon une réalisation possible de la présente invention, • la figure 3 est une représentation schématique d'un appareil de cuisson selon une réalisation possible de la présente invention ; • la figure 4 est une représentation schématique d'un appareil de cuisson selon une autre réalisation possible de la présente invention, • les figures 5a et 5b sont des représentations schématiques détaillées de l'appareil de cuisson de la figure 4. En référence à la figure 2, et selon une réalisation possible de la présente invention, un appareil de cuisson à induction comprend : - au moins deux foyers F1 et F2, chaque foyer comprenant au moins deux inducteurs : Il 1 et I12 pour le foyer Fl ; I21 et I22 pour le foyer F2, - un générateur G, connecté d'une part à une source d'énergie électrique délivrant au moins deux phases électriques Pl et P2 et d'autre part aux inducteurs des foyers pour contrôler la puissance électrique fournie aux inducteurs. Bien évidemment, dans le cas où l'appareil est branché sur un réseau électrique domestique ou 30 professionnel classique délivrant un signal alternatif, ce signal est transformé auparavant en signaux continus dans le but de constituer une source électrique exploitable par le générateur G. Selon une réalisation particulière, il est prévu d'avoir un transformateur alternatif/continu intégré au générateur G, auquel cas le générateur G est branché sur le réseau électrique domestique ou professionnel classique délivrant un signal alternatif. Le générateur G comprend généralement une pluralité de composants électroniques (par exemple des commutateurs, des transistors û comme des MOSFET -, des thyristors ou préférentiellement des IGBT et plus préférentiellement encore des IGBT à grille en tranchée û « Trench IGBT » selon la terminologie anglo-saxonne) qui permettent de fournir à l'inducteur une énergie électrique contrôlée (généralement par la fréquence) de façon à engendrer un champ magnétique adéquat pour la cuisson requise. Les générateurs utilisés peuvent être classés en deux grandes catégories : - les onduleurs à résonance qui sont généralement utilisés pour les réseaux européens sous 230V, 20 - les générateurs mono-interrupteurs qui sont généralement utilisés pour les réseaux japonais sous 120V. Dans tous les cas, l'inducteur est associé à un condensateur de façon à réaliser un circuit résonnant qui permet de compenser sa forte composante réactive. 25 La source est composée de deux phases Pl et P2 qui sont les sources d'alimentation des inducteurs via le générateur. Les phases de la source sont mises en oeuvre à partir de phases d'un réseau électrique domestique ou professionnel multiphasé (par exemple un réseau triphasé 230/400V). Généralement le réseau électrique multiphasé délivre une alimentation alternative (généralement à 50 ou 60 30 Hz) : dans ce cas, un redressement de l'alimentation est prévu entre le réseau et la source pour obtenir des phases Pl et P2 dont la tension est continue. Un tel 10 15 redressage est largement connu de l'état de la technique et ne sera pas plus détaillé par la suite. Selon un premier mode de réalisation, les deux phases Pl et P2 sont générées à partir d'une phase et d'un neutre d'un même réseau électrique multiphasé. Selon un autre mode de réalisation, les deux phases Pl et P2 sont deux phases d'un même réseau électrique multiphasé. Selon l'invention, les inducteurs d'un même foyer sont alimentés chacun par une phase différente. Ainsi, pour le foyer F1, l'inducteur Ill est alimenté par la phase Pl et l'inducteur I12 est alimenté par la phase P2 ; pour le foyer F2, l'inducteur I21 est alimenté par la phase Pl et l'inducteur I22 est alimenté par la phase P2. En conséquence, en cas d'utilisation de l'un des deux foyers ou des deux foyers simultanément, la charge est automatiquement équilibrée sur l'ensemble des phases. En effet, chaque foyer a son alimentation partagée entre chacune des phases Pl et P2, et donc aucune contrainte n'est imposée à l'utilisateur de l'appareil de cuisson à induction quant à l'utilisation de chacun des foyers : quel(s) que soi(en)t le ou les foyer(s) utilisé(s) par l'utilisateur, la charge est équilibrée sur l'ensemble des phases. Par exemple, dans le cas de l'utilisation d'un foyer d'une puissance de 20 3000W, la puissance électrique consommée est répartie de façon à appliquer une charge de 1500W sur chaque phase. Selon une réalisation particulière de la présente invention, les deux foyers F1 et F2 sont agencés de manière à ce que deux inducteurs adjacents soient alimentés chacun par une phase différentes. Dans le cas illustré à la figure 2, l'inducteur I12 du 25 foyer Fl et l'inducteur I21 du foyer F2 sont adjacents et donc sont alimentés chacun par une phase différente, respectivement la phase P2 et la phase Pl. Ainsi, l'utilisateur peut également utiliser un foyer intermédiaire composé des inducteurs I12 et I21. On a représenté sur la figure 3 un appareil de cuisson conforme à l'invention. 30 L'appareil comprend quatre inducteurs Ill, I12, I21 et I22 alignés dans cet ordre, et dont une première phase Pl alimente les inducteurs Il 1 et I21 et une deuxième phase P2 alimente les inducteurs I12 et I22. En conséquence, l'utilisateur dispose de trois emplacements différents S1, S2 et S3 pour placer son récipient de cuisson. Quelle que soit la position choisie par l'utilisateur, la charge sera effectivement répartie sur les deux phases Pl et P2. On relèvera que l'utilisateur a également à sa disposition l'emplacement S4 englobant les quatre inducteurs Ill, I12, I21 et I22, qui permet d'accueillir des plats présentant une forme allongée. Sur cet emplacement S4, la charge est également répartie sur les phases Pl et P2. En référence à la figure 4 et selon une autre réalisation possible de la présente invention, l'appareil de cuisson à induction comprend deux foyers F1 et F2, un premier inducteur Il 1 du premier foyer Fl est connecté à une première phase Pl et le premier inducteur I21 du deuxième foyer F2 est connecté à une deuxième phase P2. Les deuxièmes inducteurs I12 et I22 de chaque foyer, respectivement F1 et F2 sont connectés chacun à un relais, respectivement Rcl et Rc2 apte à commuter entre une alimentation électrique provenant de la première phase Pl ou de la deuxième phase P2. En référence aux figures 5a et 5b présentant un mode de réalisation particulier de l'appareil de la figure 4, ce dernier comprend au moins deux foyers F1 et F2, chaque foyer comprenant au moins deux inducteurs, respectivement Ill, I12 et I21, I22. Le dispositif comprend également un générateur G, connecté d'une part à une source d'énergie électrique délivrant au moins deux phases électriques Pl et P2 et d'autre part aux inducteurs des foyers pour contrôler la puissance électrique fournie aux inducteurs. Un premier inducteur Ill du premier foyer Fl est connecté à une première phase Pl et le premier inducteur I21 du deuxième foyer F2 est connecté à une deuxième phase P2. Plus précisément, le générateur comprend deux sorties S1 et S2, chacune comprenant trois bornes de sortie (respectivement Tl la, Tl lb, Ti l c et T21 a, T21 b T21 c). Les inducteurs I11 et I21 sont connectés respectivement aux sorties S1 et S2 par l'intermédiaire de capacités (respectivement Cl, C2 et C5, C6). L'agencement électronique entre la sortie du générateur, l'inducteur et les capacités est connu de l'état de la technique et ne sera pas plus détaillée par la suite. On entendra par « tranche », une portion de l'agencement électronique comprenant un inducteur, chaque tranche comprenant des bornes d'alimentation de l'inducteur. Ainsi la tranche T12 comprend l'inducteur I12 et la tranche T22 comprend l'inducteur I22. Le dispositif comprend également deux relais Rcl et Rc2 associés respectivement aux inducteurs I12 et I22 et pouvant prendre deux positions différentes : • une première position présentée à la figure 5a, permettant de relier la tranche T12 comprenant l'inducteur I12 et les capacités C3 et C4 à la sortie S1 en connectant les bornes T12a, T12b et T12c de la tranche T12 respectivement aux bornes Tl la, Tl lb, T l l c de la sortie S 1 ; et permettant de relier la tranche T22 comprenant l'inducteur I22 et les capacités C7 et C8 à la sortie S2 en connectant les bornes T22a, T22b et T22c de la tranche T22 respectivement aux bornes T21a, T21b, T21c de la sortie S2 (ainsi les deux inducteurs d'un même foyer sont alimentés par la même phase) • une deuxième position présentée à la figure 5b, permettant de relier la tranche T12 à la sortie S2 en connectant les bornes T12a, T12b et T12c de la tranche T12 respectivement aux bornes T21a, T21b, T21c de la sortie S2 ; et permettant de relier la tranche T22 à la sortie S1 en connectant les bornes T22a, T22b et T22c de la tranche T22 respectivement aux bornes Tl la, Tl lb, T l l c de la sortie S1 (ainsi les deux inducteurs d'un même foyer sont alimentés par une phase différente). Ainsi, un tel appareil permet de passer d'un agencement électronique selon l'état de la technique (figure 5a) à un agencement électronique selon l'invention (figure 5b) à l'aide d'un commutateur extérieur. De plus, cet appareil ne nécessite que deux sorties pour le générateur au lieu de quatre comme dans le mode de réalisation présenté à la figure 2. En conséquence, l'appareil nécessite moins d'éléments d'électronique de puissance et est donc moins coûteux et plus simple que l'appareil présenté à la figure 2. De retour aux figures 5a et 5b, l'appareil comprend également deux relais Rc3 et Rc4 associés respectivement aux inducteurs Il 1 et I21. Chacun de ces deux relais permettant de connecter ou de déconnecter électriquement l'inducteur associé de la sortie correspondante du générateur G. Un tel agencement permet de ne faire fonctionner que les inducteurs I12 et I22 (dans le cas où les inducteur I l 1 et I21 sont déconnectés des sorties S1 et S2). Ainsi, dans le cas où ces deux inducteurs I12 et I22 sont adjacents et forment un foyer intermédiaire à cheval sur les foyers F1 et F2, seul ce foyer intermédiaire est alimenté. Les inducteurs I12 et I22 étant alimentés chacun par une phase différente, l'utilisation de ce foyer intermédiaire ne déséquilibre pas la charge sur les phases Pl et P2.10 REVENDICATIONS1. Appareil de cuisson par induction comprenant : - au moins deux foyers (F1, F2), chaque foyer comprenant au moins deux inducteurs (Il 1, I12 ; I21, I22), - un générateur (G), connecté d'une part à une source d'énergie électrique délivrant au moins deux phases électriques (Pl, P2) et d'autre part aux inducteurs (Ill, I12 ; I21, I22) des foyers pour contrôler la puissance électrique fournie aux inducteurs (Ill, I12 ; I21, I22), caractérisé en ce que - les inducteurs (Ill, I12 ; I21, I22) d'un même foyer (Fl, F2) sont alimentés chacun par une phase différente (Pl, P2). 15 2. Appareil selon la revendication 1 dans lequel les deux foyers (F1, F2) sont agencés de manière à ce que deux inducteurs adjacents soient alimentés chacun par une phase différentes (Pl, P2). 3. Appareil selon les revendications 1 ou 2 dans lequel : 20 - un premier inducteur d'un premier foyer est connecté à une première phase (Pl, P2) - un premier inducteur du deuxième foyer est connecté à une deuxième phase, et dans lequel les deuxièmes inducteurs de chaque foyer sont connectés 25 chacun à un relais apte à commuter entre une alimentation électrique provenant de la première phase ou de la deuxième phase. 4. Appareil selon la revendication 3, dans lequel le générateur (G) comprend deux sorties (Si, S2) chacune correspondant à une phase différente (Pl, P2), 30 et dans lequel : 10- le premier inducteur (Il 1) d'un premier foyer (F 1) est connecté à la première sortie (Sl) du générateur (G), - le premier inducteur (I21) du deuxième foyer (F2) est connecté à une deuxième sortie (S2) du générateur (G), les deuxièmes inducteurs (I12, I22) de chaque foyer étant connectés chacun à un relais (Rcl, Rc2) apte à commuter entre une alimentation électrique provenant de la première sortie (Sl) ou de la deuxième sortie (S2). 5. Appareil selon la revendication 4, lequel comprend deux autres relais (Rc3 et Rc4) respectivement associés au premier inducteur (Ill) du premier foyer (F1) et au premier inducteur (I21) du deuxième foyer (F2), ces deux relais permettant de connecter ou déconnecter ces premiers inducteurs à la sortie correspondante (Sl, S2) du générateur (G). 6. Appareil selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les deux phases (Pl, P2) sont générées à partir d'une phase et d'un neutre d'un même réseau électrique. 7. Appareil selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les deux phases (Pl, P2) sont générées à partir de deux phases d'un même réseau électrique. 8. Appareil selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le générateur comprend des transistors de type IGBT et/ou de type IGBT à grille en tranchée.