CA2093786A1 - Inducteur electromagnetique a noyau en ferrite servant a chauffer un materiau conducteur d'electricite - Google Patents
Inducteur electromagnetique a noyau en ferrite servant a chauffer un materiau conducteur d'electriciteInfo
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- H05B6/365—Coil arrangements using supplementary conductive or ferromagnetic pieces
Abstract
ABR?G? INDUCTEUR ?LECTROMAGN?TIQUE ? NOYAU EN FERRITE SERVANT ? CHAUFFER UN MAT?RIAU CONDUCTEUR D'?LECTRICIT? Le présent dispositif de chauffage par induction sert à chauffer des matériaux conducteurs d'électricité jusqu'à des températures dépassant 300.degree.C. Le dispositif comprend un noyau ouvert fait d'un matériau ferrique. Une bobine de fil de Litz est enroulée autour du noyau. Une source de puissance est connectée aux extrémités de la bobine afin de produire un courant d'excitation dans cette dernière, à l'intérieur d'une gamme de fréquence variant de 12 à 25 kHz, de façon à générer un champ magnétique lorsqu'aimantée. Des tubes concentrateurs de flux magnétique faits d'un matériau conducteur d'électricité sont disposés autour de la bobine et près du noyau et sont noyés dans un matériau qui est conducteur de chaleur mais non conducteur d'électricité dans l'intention de maximiser le flux utile. Un fluide de refroidissement circule au travers des tubes concentrateurs afin de refroidir les tubes, le noyau et la bobine. Une zone d'induction est définie par le champ magnétique, généré entre les pôles opposés du noyau et pénétrant à la surface de la pièce à être chauffée. La pièce est chauffée par les courants de Foucault générés par le champ magnétique variable sur la surface.
Description
~ ~ ~9 ~ l ~ 6 La présente invention concerne un dispositif de chauffage par induction qui utilise un noyau ouvert fait d'un matériau ferrique muni d'une bobine de fil de Litz dans laquelle circule un 5 courant d'excitation afin de produire un champ magnétique variable qui est concentré entre les pôles du noyau ouvert au moyen de concentrateurs de flux magnétique faits de tubes conducteurs d'électricité en contact: rapproché avec un matériau 10 conducteur de chaleur mais non conducteur d'électricité afin de drainer la chaleur générée dans la bobine et le noyau, alors qu'un ~luide de refroidissement est circule dans les tubes concentrateurs.
Plusieurs types de dispositifs de chauffage par induction à haute fréquence ont été
proposés dans l'art antérieur. Le brevet américain 4.359.620 représente un bon sommaire de la technique antérieure en décrivant que l'un des problèmes 20 rencontrés au niveau des nombreux postes de chauffage par induction utilisant des noyaux magnetiques est celui des hautes pertes de chaleur dans leur noyau. Ceci est particulièrement vrai si l'intensité et la fréquence du champ magnétique 25 fluctuant généré sont augmentees suffisamment afin d'être adéquates pour le soudage du métal, par exemple. Cependant, ceci entraîne le probl~me d'augmentation de la température du noyau, et le noyau se met à fondre. Les noyaux faits de 30 matériaux magnétiques feuilletés qui sont utilisés dans la plupart des transformateurs ont de ~randes pertes dues aux courants de Foucault ainsi qu'à
l'effet pelliculaire qui en résulte à des fréquences excédant 20 K~z. De plus, la nature conductrice des 3s feuilles du noyau présente un danger réel de choc électri.que lorsqu'utilisées dans des postes de
Plusieurs types de dispositifs de chauffage par induction à haute fréquence ont été
proposés dans l'art antérieur. Le brevet américain 4.359.620 représente un bon sommaire de la technique antérieure en décrivant que l'un des problèmes 20 rencontrés au niveau des nombreux postes de chauffage par induction utilisant des noyaux magnetiques est celui des hautes pertes de chaleur dans leur noyau. Ceci est particulièrement vrai si l'intensité et la fréquence du champ magnétique 25 fluctuant généré sont augmentees suffisamment afin d'être adéquates pour le soudage du métal, par exemple. Cependant, ceci entraîne le probl~me d'augmentation de la température du noyau, et le noyau se met à fondre. Les noyaux faits de 30 matériaux magnétiques feuilletés qui sont utilisés dans la plupart des transformateurs ont de ~randes pertes dues aux courants de Foucault ainsi qu'à
l'effet pelliculaire qui en résulte à des fréquences excédant 20 K~z. De plus, la nature conductrice des 3s feuilles du noyau présente un danger réel de choc électri.que lorsqu'utilisées dans des postes de
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chau~fage par induction ayant une grande quantite de puissance fournie à leurs bobines d'excitation.
Afin de tenter de reduire ce problème, le brevet américain 2.785.263 divulgue l'utilisation de s noyaux faits de ferrite. Un tel matériau possède une perméabilité magnétique relativement élevée et une conductivité faible et s'est avére comme étant un matériau d'utilisation idéale dans les postes de chauffage par induction. Cependant, d'autres 0 problèmes se sont présentés à la suite de l'utilisation de tels noyaux et, plus particulièrement, afin de saturer les pôles pour qu'ils contribuent au maximum à la densité de ~lux générée dans une pièce disposée entre eux, il est 5 nécessaire de saturer sensiblement le noyau au complet, ceci étant très inefficace et résultant à
hautes ~réquences, en d'énormes pertes de chaleur.
Le brevet américain 4.359.620 tente de résoudre ce nouveau problème en utilisant une construction de 20 noyau qui concentre un champ magnétique à haute densité de flux entre ses deux extrémités qui sont séparées de tràs peu et fuselées. Une tension périodique est alimentée au noyau et une capacité
est connectee au noyau d'excitation de faSon à
25 former un circuit en résonance qui est utilisé pour le controle de la fréquence et de la phase de la tension périodique alimentée au circuit a~in de le maintenir en résonance. Encore une fois, ce brevet ne s'occupe pas des hautes pertes de chaleur dans le 30 noyau et du problème du noyau et de la bobine qui sont soumis à de hautes températures, r~streignant ainsi la grandeur de l'intensité de la densité de flux du champ magnétique généré, ce qui limite l'utilisation du poste de chauf~age par induction du 35 à sa faible résistance à la chaleur et à son manque de constance dans son chauffage.
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La présente invention a pour hut de mettre au point un dispositiE de chauffage par induction amélioré pour 1~ chauffage de matériaux ferromagnétiques à des températures s'élevant au s moins jusqu'à 300C, ce dispositif surmontant les désavantages de l'art antérieur mentionnés ci-dessus.
La présente invention a aussi pour but de mettre au point un dispositif de chauffage par 10 induction amélioré pour le chauffage de matériaux ferromagnétiques à des températures s'élevant au moins jusqu'à 300C, dans lequel le noyau est fait d'un matériau ferrique et utilise une bobine de fil de Litz, et dans lequel l'amélioration réside dans 15 des tubes concentrateurs de flux magnétique qui sont positionnés autour de la bobine à faible distance du noyau alors qu'un fluide de refroidissement circule à l'intérieur des tubes afin de refroidir le noyau et la bobine. Ceci permet que des courants ~ 20 d'excitation soient appliqués à la bobine dans une ; gamme de fréquence de 12 à 25 kHz de sorte ~ue les ; courants de Foucault dans le champ magnetique produit puissent genérer de 4 à 20 kW de chaleur dans une surface conductrice d'électricité et 25 pxincipalement ferromagnétique positionnée dans le champ. Les valeurs de température, de fréquence et de puissance ne sont qu'illustratives et en aucun cas limitatives.
La présente invention a également pour but 30 de mettre au point un dispositif de chauffage par induction amélioré tel que décrit ci-dessus et, de plus, dans le~uel le noyau et la bobine sont positionnés dans un matériau conducteur de chaleur mais non conducteur d'électricité qui est un 35 matériau composite constitué d'époxy et de cuivre ou d'alum:inium en poudre.
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La présente invention a également pour but de mettre au point un dispositif de chaleur par induction amélioré tel que décrit ci-dessus et dans lequel le noyau prend la forme d'un E qui pratique 5 deu~ pôles opposés et un pôle central entre lesquels un champ magnétique est généré, autour du pôle central, la bobine ~tant enroulée avec des tubes concentrateurs étant positionnés autour de la bobine et à proximité des p81es opposés afin d'augmenter le 10 flux magnétique généré entre les pôles, à
l'extérieur sur la surface à être chauffée.
D'après les buts précédents, une forme de réalisation avantageuse de l'in~ention fournie un dispositif de chauffage par induction pour chauffer 15 un matériau conducteur d'électricité et principalement ferromagnéti~ue a des températures allant au moins jusqu'à 300C. Le dispositif comprend un noyau ouvert fait d'un matériau ferrique, une bobine de fil de Litz enroulée autour du noyau, une source de puissance connectée à la bobine pour produire un courant d'excitation dans la bobine à l'intérieur d'une gamme de fréquence variant entre 12 et 25 ]~z afin de générer un champ magnétique lorsqu'aimantée. Des tubes 25 concentrateurs de flux magnétique faits d'un matériau conducteur d'électricité sont positionnés autour de la bobine et près du noyau dans un ; matériau conducteur de chaleur mais non conducteur d'électricité. Un fluide de refroidissement circule 30 dans les tubes concentrateurs afin de refroidir le ; noyau et la bobine. Une zone d'induction est définie par le champ magnetique genéré entre les pôles opposes du noyau et orientabla près d'une surface conductri.ce d'électricite afin de chauffer 35 cette surface de façon electromagnétique au moyen de courant:s de Foucault générés entre les pôles opposés .':
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du noyau et concentrés entre ceux-ci par les tubes concentrateurs.
Une réalisation préférée de la présente in~ention sera maintenant décrite en référence aux s dessins annexés dans lesquels:
Les figures l et lA sont des vues en section illustrant la realisation d'un dispositif de chauffage par induction suivant la présente invention;
la figure 2 est une vue en perspective illustrant la configuration du dispositif de chauffage par induction de la fi~ure l;
la figure 3 est une vue en perspective illustrant l'utilisation du dispositif de chauffage 15 par induction de la présente invention et, sur cette figure, plusieurs de ces dispositifs sont positionnés de façon rapprochée le long d'un rouleau chauffeur de calandrage tel qu'utilisé dans une machine à papier afin de sécher une feuille de 20 papier continue;
la figure 4 est une vue en bout de la figure 3, et la figure 5 est une vue en plan illustrant le positionnement des inducteurs le long du cylindre 25 de chauffage.
Se reférant maintenant à ces dessins, et plus particulièrement à la figure l, on montre -~ généralement en lO un dispositif de chauffage par induction suivant la présente invention qui est 30 montré ici comme etant espace de peu de la surface d'un rouleau de calandrage ll d'une machine à papier de façon à chauffer le matériau ferromagnétique positionné sur la surface extérieure du rouleau de calandrage. Le dispositif de chauffage comprend un 3s noyau de ferrite 12 qui a la forme d'un E ménageant des bras opposés 13 et 13' et une jambe centrale 14 -~ , .. ..
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autour de laquelle une bobine 15 de fil de Litæ est enroulée. La bobine 15 a des bornes 16 auxquelles une source de puissance controlable 17 (voir figure 2) est connectée de façon à alimenter un courant 5 d'excitation à la bobine dans une gamme de fréquence de 12 à 25 kHz.
L'amélioratio~ du dispositif de chauffage par induction suivant :La présente invention réside dans la contribution de tubes concentrateurs de flux 10 magnétique 18 qui sont positionnés autour de la bobine 15 de facon très rapprochée du noyau 12. Les tubes concentrateurs 18 sont positionnés dans un matériau conducteur de chaleur mais non conducteur d'électricité 19 et sont espacés du noyau et de la 15 bobine. Une extrémité des tubes 18 est isolée électriquement des plaques de côté 22a ou 22b illustrées dans la figure lA. Le matériau 19 est un composite d'un époxy ou d'une résine synthétique généralement, et de cuivre ou d'aluminium en poudre zo qui est positionné dans l'enceinte 20. L'enceinte 20, telle qu'illustrée à la figure 2, est une enceinte rectangulaire formée d'un matériau de céramique en poudre et de fibre de verre. Une couche de peinture d'aluminium 21 est appliquée sur 25 la surface d'induction de l'encainte qui est positionnée à faible distance de la surface électromagnétique à être chauffée de facon à réduire le transfert de chaleur par radiation externe avec retour à la surface d'induction 21 de l'enceinte 20.
30 Un bouclier en métal 22, 22a~ et 22b est é~alement positionné dans l'enceinte 20 et, tel qu'illustré
ici, contre le mur supérieur et les deux murs de coté de cette dernière afin de blinder électromagnétiquement l'inducteur.
Tel qu'illustré à la figure 2, une alimentation en eau sous pression 23 est utilisée .. .
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pour la circulation d'eau de refroidissement à
travers les tubes concentrateurs de flux magnétique 18 de fa~on à refroidir le noyau et la bobine dans l'enceinte 20 chauffés par effet Joule à la surface des tubes et à l'intérieur de la bobine, et la chaleur en provenance dle la surface de la pièce de travail. Cet effet de refroidissement permet l'application d'un courant d'excitation dans une gamme élevée de fréquence variant entre 12 et 25 10 kHz, d'où le dispositif de chauffage par induction 10 peut générer approximativement entre 4 et 25 kW
de puissance alors que le fluide de refroidissement maintient la température interne de l'enceinte inférieure à 60C, ces valeurs étant non 15 limitatives. Les tubes concentrateurs 18 concentrent également le champ magnétique produit entre les poles 24 et 14. L'inductance du noyau varie également entre 40 et 125 ~H dependant des dimensions du noyau utilise et de la fréquence de la 20 source sélectionnee, ces valeurs étant non limitatives.
Maintenant avec rférence additionnelle aux figures 3 à 5, il est montré une application typique d'un dispositif de chauffage par induction 25 électromagnétique suivant la présente invention.
Tel qu'illustré ici, plusieurs dispositifs de chauffage 10 sont positionnés de façon alternée, décalée et cote-à-cote le long d'un rouleau de calandrage de chauffage 30 d'une machine a papier 30 (non illustrée). Les dispositifs de chauffage 10 sont peu espacés du rouleau 30 tel qu'illustré à la figure 4 et sont stationnaires par rapport au rouleau 30. Leur espacement spécifique et leur relation mutuelle permettent d'obtenir une 35 température controlée le long de la largeur du rouleau. Ces dlspositifs de chauffage 10 peuvent :
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également être alimentés avec une puissance électrique ou une puissance parallèle dans un alignement en série ou inclividuellementO On contemple également l'installation de senseurs de 5 température (non illustres) pour detecter la temperature le long de la sur~ace du rouleau 30 et leur utilisation pour le controle individuel des sources de puissance de facon à varier le courant d'excitation de leur bobine respective afin de 10 contrôler de façon ind:ividuelle la chaleur generee par ces inducteurs, de fac~on à obtenir la disposition requise de la temperature le long du rouleau de calandrage.
Bien que les figures 3 à 5 sont relatives 15 à une application dans la fabrication du papier, il est signale que ces postes de chauffage par induction ont une multitude d'autres applications et ils pourraient, par exemple, être utilises dans ; d'autres industries pour le laminage ou le glaçage 20 d'un materiau en forme de feuille. Le rendement de ce dispositif de chauffage a egalement ete calculé
comme etant dans l'ordre de 95% lorsque calcule par la proportion de chaleur utile générée par rapport à
la puissance electrique utilisee. Par exemple, dans 25 1 ' application du rouleau de calandrage, les dispositifs de chauffage suivant la presente invention peuvent generer à peu près 2~0 kW de chaleur par mètre de longueur du materiau conducteur d'electricite utilisé dans la construction du ~o rouleau de calandrage.
Il est entendu que la presente invention n'etant d'aucune façon limitee aux formes de ~ realisations decrites ci-dessus et ~ue toutes - modifications evidentes apportees à celles-ci demeurent dans le cadre de l'invention, pourvu que ... ~ . . .
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ces modifications tombent dans la portée des revendications ci-jointes.
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chau~fage par induction ayant une grande quantite de puissance fournie à leurs bobines d'excitation.
Afin de tenter de reduire ce problème, le brevet américain 2.785.263 divulgue l'utilisation de s noyaux faits de ferrite. Un tel matériau possède une perméabilité magnétique relativement élevée et une conductivité faible et s'est avére comme étant un matériau d'utilisation idéale dans les postes de chauffage par induction. Cependant, d'autres 0 problèmes se sont présentés à la suite de l'utilisation de tels noyaux et, plus particulièrement, afin de saturer les pôles pour qu'ils contribuent au maximum à la densité de ~lux générée dans une pièce disposée entre eux, il est 5 nécessaire de saturer sensiblement le noyau au complet, ceci étant très inefficace et résultant à
hautes ~réquences, en d'énormes pertes de chaleur.
Le brevet américain 4.359.620 tente de résoudre ce nouveau problème en utilisant une construction de 20 noyau qui concentre un champ magnétique à haute densité de flux entre ses deux extrémités qui sont séparées de tràs peu et fuselées. Une tension périodique est alimentée au noyau et une capacité
est connectee au noyau d'excitation de faSon à
25 former un circuit en résonance qui est utilisé pour le controle de la fréquence et de la phase de la tension périodique alimentée au circuit a~in de le maintenir en résonance. Encore une fois, ce brevet ne s'occupe pas des hautes pertes de chaleur dans le 30 noyau et du problème du noyau et de la bobine qui sont soumis à de hautes températures, r~streignant ainsi la grandeur de l'intensité de la densité de flux du champ magnétique généré, ce qui limite l'utilisation du poste de chauf~age par induction du 35 à sa faible résistance à la chaleur et à son manque de constance dans son chauffage.
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La présente invention a pour hut de mettre au point un dispositiE de chauffage par induction amélioré pour 1~ chauffage de matériaux ferromagnétiques à des températures s'élevant au s moins jusqu'à 300C, ce dispositif surmontant les désavantages de l'art antérieur mentionnés ci-dessus.
La présente invention a aussi pour but de mettre au point un dispositif de chauffage par 10 induction amélioré pour le chauffage de matériaux ferromagnétiques à des températures s'élevant au moins jusqu'à 300C, dans lequel le noyau est fait d'un matériau ferrique et utilise une bobine de fil de Litz, et dans lequel l'amélioration réside dans 15 des tubes concentrateurs de flux magnétique qui sont positionnés autour de la bobine à faible distance du noyau alors qu'un fluide de refroidissement circule à l'intérieur des tubes afin de refroidir le noyau et la bobine. Ceci permet que des courants ~ 20 d'excitation soient appliqués à la bobine dans une ; gamme de fréquence de 12 à 25 kHz de sorte ~ue les ; courants de Foucault dans le champ magnetique produit puissent genérer de 4 à 20 kW de chaleur dans une surface conductrice d'électricité et 25 pxincipalement ferromagnétique positionnée dans le champ. Les valeurs de température, de fréquence et de puissance ne sont qu'illustratives et en aucun cas limitatives.
La présente invention a également pour but 30 de mettre au point un dispositif de chauffage par induction amélioré tel que décrit ci-dessus et, de plus, dans le~uel le noyau et la bobine sont positionnés dans un matériau conducteur de chaleur mais non conducteur d'électricité qui est un 35 matériau composite constitué d'époxy et de cuivre ou d'alum:inium en poudre.
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La présente invention a également pour but de mettre au point un dispositif de chaleur par induction amélioré tel que décrit ci-dessus et dans lequel le noyau prend la forme d'un E qui pratique 5 deu~ pôles opposés et un pôle central entre lesquels un champ magnétique est généré, autour du pôle central, la bobine ~tant enroulée avec des tubes concentrateurs étant positionnés autour de la bobine et à proximité des p81es opposés afin d'augmenter le 10 flux magnétique généré entre les pôles, à
l'extérieur sur la surface à être chauffée.
D'après les buts précédents, une forme de réalisation avantageuse de l'in~ention fournie un dispositif de chauffage par induction pour chauffer 15 un matériau conducteur d'électricité et principalement ferromagnéti~ue a des températures allant au moins jusqu'à 300C. Le dispositif comprend un noyau ouvert fait d'un matériau ferrique, une bobine de fil de Litz enroulée autour du noyau, une source de puissance connectée à la bobine pour produire un courant d'excitation dans la bobine à l'intérieur d'une gamme de fréquence variant entre 12 et 25 ]~z afin de générer un champ magnétique lorsqu'aimantée. Des tubes 25 concentrateurs de flux magnétique faits d'un matériau conducteur d'électricité sont positionnés autour de la bobine et près du noyau dans un ; matériau conducteur de chaleur mais non conducteur d'électricité. Un fluide de refroidissement circule 30 dans les tubes concentrateurs afin de refroidir le ; noyau et la bobine. Une zone d'induction est définie par le champ magnetique genéré entre les pôles opposes du noyau et orientabla près d'une surface conductri.ce d'électricite afin de chauffer 35 cette surface de façon electromagnétique au moyen de courant:s de Foucault générés entre les pôles opposés .':
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du noyau et concentrés entre ceux-ci par les tubes concentrateurs.
Une réalisation préférée de la présente in~ention sera maintenant décrite en référence aux s dessins annexés dans lesquels:
Les figures l et lA sont des vues en section illustrant la realisation d'un dispositif de chauffage par induction suivant la présente invention;
la figure 2 est une vue en perspective illustrant la configuration du dispositif de chauffage par induction de la fi~ure l;
la figure 3 est une vue en perspective illustrant l'utilisation du dispositif de chauffage 15 par induction de la présente invention et, sur cette figure, plusieurs de ces dispositifs sont positionnés de façon rapprochée le long d'un rouleau chauffeur de calandrage tel qu'utilisé dans une machine à papier afin de sécher une feuille de 20 papier continue;
la figure 4 est une vue en bout de la figure 3, et la figure 5 est une vue en plan illustrant le positionnement des inducteurs le long du cylindre 25 de chauffage.
Se reférant maintenant à ces dessins, et plus particulièrement à la figure l, on montre -~ généralement en lO un dispositif de chauffage par induction suivant la présente invention qui est 30 montré ici comme etant espace de peu de la surface d'un rouleau de calandrage ll d'une machine à papier de façon à chauffer le matériau ferromagnétique positionné sur la surface extérieure du rouleau de calandrage. Le dispositif de chauffage comprend un 3s noyau de ferrite 12 qui a la forme d'un E ménageant des bras opposés 13 et 13' et une jambe centrale 14 -~ , .. ..
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autour de laquelle une bobine 15 de fil de Litæ est enroulée. La bobine 15 a des bornes 16 auxquelles une source de puissance controlable 17 (voir figure 2) est connectée de façon à alimenter un courant 5 d'excitation à la bobine dans une gamme de fréquence de 12 à 25 kHz.
L'amélioratio~ du dispositif de chauffage par induction suivant :La présente invention réside dans la contribution de tubes concentrateurs de flux 10 magnétique 18 qui sont positionnés autour de la bobine 15 de facon très rapprochée du noyau 12. Les tubes concentrateurs 18 sont positionnés dans un matériau conducteur de chaleur mais non conducteur d'électricité 19 et sont espacés du noyau et de la 15 bobine. Une extrémité des tubes 18 est isolée électriquement des plaques de côté 22a ou 22b illustrées dans la figure lA. Le matériau 19 est un composite d'un époxy ou d'une résine synthétique généralement, et de cuivre ou d'aluminium en poudre zo qui est positionné dans l'enceinte 20. L'enceinte 20, telle qu'illustrée à la figure 2, est une enceinte rectangulaire formée d'un matériau de céramique en poudre et de fibre de verre. Une couche de peinture d'aluminium 21 est appliquée sur 25 la surface d'induction de l'encainte qui est positionnée à faible distance de la surface électromagnétique à être chauffée de facon à réduire le transfert de chaleur par radiation externe avec retour à la surface d'induction 21 de l'enceinte 20.
30 Un bouclier en métal 22, 22a~ et 22b est é~alement positionné dans l'enceinte 20 et, tel qu'illustré
ici, contre le mur supérieur et les deux murs de coté de cette dernière afin de blinder électromagnétiquement l'inducteur.
Tel qu'illustré à la figure 2, une alimentation en eau sous pression 23 est utilisée .. .
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pour la circulation d'eau de refroidissement à
travers les tubes concentrateurs de flux magnétique 18 de fa~on à refroidir le noyau et la bobine dans l'enceinte 20 chauffés par effet Joule à la surface des tubes et à l'intérieur de la bobine, et la chaleur en provenance dle la surface de la pièce de travail. Cet effet de refroidissement permet l'application d'un courant d'excitation dans une gamme élevée de fréquence variant entre 12 et 25 10 kHz, d'où le dispositif de chauffage par induction 10 peut générer approximativement entre 4 et 25 kW
de puissance alors que le fluide de refroidissement maintient la température interne de l'enceinte inférieure à 60C, ces valeurs étant non 15 limitatives. Les tubes concentrateurs 18 concentrent également le champ magnétique produit entre les poles 24 et 14. L'inductance du noyau varie également entre 40 et 125 ~H dependant des dimensions du noyau utilise et de la fréquence de la 20 source sélectionnee, ces valeurs étant non limitatives.
Maintenant avec rférence additionnelle aux figures 3 à 5, il est montré une application typique d'un dispositif de chauffage par induction 25 électromagnétique suivant la présente invention.
Tel qu'illustré ici, plusieurs dispositifs de chauffage 10 sont positionnés de façon alternée, décalée et cote-à-cote le long d'un rouleau de calandrage de chauffage 30 d'une machine a papier 30 (non illustrée). Les dispositifs de chauffage 10 sont peu espacés du rouleau 30 tel qu'illustré à la figure 4 et sont stationnaires par rapport au rouleau 30. Leur espacement spécifique et leur relation mutuelle permettent d'obtenir une 35 température controlée le long de la largeur du rouleau. Ces dlspositifs de chauffage 10 peuvent :
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également être alimentés avec une puissance électrique ou une puissance parallèle dans un alignement en série ou inclividuellementO On contemple également l'installation de senseurs de 5 température (non illustres) pour detecter la temperature le long de la sur~ace du rouleau 30 et leur utilisation pour le controle individuel des sources de puissance de facon à varier le courant d'excitation de leur bobine respective afin de 10 contrôler de façon ind:ividuelle la chaleur generee par ces inducteurs, de fac~on à obtenir la disposition requise de la temperature le long du rouleau de calandrage.
Bien que les figures 3 à 5 sont relatives 15 à une application dans la fabrication du papier, il est signale que ces postes de chauffage par induction ont une multitude d'autres applications et ils pourraient, par exemple, être utilises dans ; d'autres industries pour le laminage ou le glaçage 20 d'un materiau en forme de feuille. Le rendement de ce dispositif de chauffage a egalement ete calculé
comme etant dans l'ordre de 95% lorsque calcule par la proportion de chaleur utile générée par rapport à
la puissance electrique utilisee. Par exemple, dans 25 1 ' application du rouleau de calandrage, les dispositifs de chauffage suivant la presente invention peuvent generer à peu près 2~0 kW de chaleur par mètre de longueur du materiau conducteur d'electricite utilisé dans la construction du ~o rouleau de calandrage.
Il est entendu que la presente invention n'etant d'aucune façon limitee aux formes de ~ realisations decrites ci-dessus et ~ue toutes - modifications evidentes apportees à celles-ci demeurent dans le cadre de l'invention, pourvu que ... ~ . . .
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Claims (11)
1. Un dispositif de chauffage par induction pour chauffer un matériau conducteur d'électricité
et principalement ferromagnétique à des températures allant au moins jusqu'à 300°C, ledit dispositif comprenant un noyau ouvert fait d'un matériau ferrique, une bobine de fil de Litz enroulée autour dudit noyau, une source de puissance connectée à
ladite bobine pour produire un courant d'excitation dans ladite bobine à l'intérieur d'une gamme de fréquence variant entre 12 et 25 kHz afin de générer un champ magnétique lorsqu'aimantée, des tubes concentrateurs de flux magnétique faits d'un matériau conducteur d'électricité sont positionnés autour de ladite bobine et près dudit noyau dans un matériau conducteur de chaleur mais non conducteur d'électricité, un fluide de refroidissement circulant dans lesdits tubes concentrateurs afin de refroidir ledit noyau et ladite bobine, une zone d'induction est définie par ledit champ magnétique généré entre les pôles opposés dudit noyau et orientable près d'une surface conductrice d'électricité afin de chauffer ladite surface de façon electromagnétique au moyen de courants de Foucault générés entre lesdits pôles opposés dudit noyau et concentrés entre ceux-ci par lesdits tubes concentrateurs.
et principalement ferromagnétique à des températures allant au moins jusqu'à 300°C, ledit dispositif comprenant un noyau ouvert fait d'un matériau ferrique, une bobine de fil de Litz enroulée autour dudit noyau, une source de puissance connectée à
ladite bobine pour produire un courant d'excitation dans ladite bobine à l'intérieur d'une gamme de fréquence variant entre 12 et 25 kHz afin de générer un champ magnétique lorsqu'aimantée, des tubes concentrateurs de flux magnétique faits d'un matériau conducteur d'électricité sont positionnés autour de ladite bobine et près dudit noyau dans un matériau conducteur de chaleur mais non conducteur d'électricité, un fluide de refroidissement circulant dans lesdits tubes concentrateurs afin de refroidir ledit noyau et ladite bobine, une zone d'induction est définie par ledit champ magnétique généré entre les pôles opposés dudit noyau et orientable près d'une surface conductrice d'électricité afin de chauffer ladite surface de façon electromagnétique au moyen de courants de Foucault générés entre lesdits pôles opposés dudit noyau et concentrés entre ceux-ci par lesdits tubes concentrateurs.
2. Un dispositif de chauffage par induction suivant la revendication 1 dans lequel ledit noyau est un noyau en forme de E et fait d'un matériau ferrique ayant une haute perméabilité magnétique, ledit noyau ayant des bras opposés dont les extrémités constituent lesdits pôles opposés et une jambe centrale autour duquel ladite bobine de fil de Litz est enroulée.
3. Un dispositif de chauffage par induction suivant la revendication 1 dans lequel ledit noyau est supporte de façon isolée dans une enceinte construite d'un matériau non conducteur d'électricité, lesdits tubes concentrateurs refroidissant également l'intérieur de ladite enceinte.
4. Un dispositif de chauffage par induction suivant la revendication 3 dans lequel le matériau de ladite enceinte est un composite de céramique moulable et de fibre de verre, ladite enceinte ayant une peinture d'aluminium (non conductrice) sur au moins une surface d'induction afin de réduire le transfert de chaleur par radiation avec retour vers ladite surface d'induction.
5. Un dispositif de chauffage par induction suivant la revendication 4 dans lequel ladite enceinte est une enceinte rectangulaire ayant une surface inférieure d'induction formée selon la géométrie de la surface de la pièce de travail chauffée, et un bouclier en métal dans au moins un mur supérieur et deux murs de côté de ladite enceinte pour le blindage électromagnétique dudit inducteur.
6. Un dispositif de chauffage par induction suivant la revendication 1 dans lequel ledit matériau conducteur de chaleur mais non conducteur d'électricité est un matériau composite comprenant des résines synthétiques et du cuivre en poudre.
7. Un dispositif de chauffage par induction suivant la revendication 1 dans lequel ledit matériau conducteur de chaleur mais non conducteur d'électricité est un matériau composite comprenant des résines synthétiques et de l'aluminium en poudre.
8. Un dispositif de chauffage par induction suivant la revendication 1 dans lequel lesdits tubes concentrateurs sont connectés à un système de circulation de liquide pour refroidir ledit dispositif de chauffage chauffé par effet Joule à la surface desdits tubes à l'intérieur de ladite bobine, et auquel l'environnement extérieur contribue.
9. Un système de chauffage pour chauffer une surface mobile faite d'un matériau conducteur d'électricité, ledit système comprenant plusieurs dispositifs de chauffage par induction suivant la revendication 1, lesdits dispositifs de chauffage étant positionnés en travers de la direction de mouvement dudit matériau conducteur d'électricité à
partir de ses rebords opposés.
partir de ses rebords opposés.
10. Un système de chauffage suivant la revendication 9 dans lequel ladite surface mobile est une surface extérieure d'un rouleau de chauffage utilisé dans le traitement par chaleur de matériaux en forme de pellicule.
11. Un dispositif de chauffage par induction suivant la revendication 1 dans lequel lesdits dispositifs de chauffage ont chacun une surface d'induction de forme rectangulaire, lesdites surfaces d'induction desdits plusieurs dispositifs de chauffage étant positionnées de façon alternée, décalée et côte-à-côte le long dudit rouleau de chauffage.
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