<Desc/Clms Page number 1>
L'objet de l'Invention est un dispositif permettant de transformer l'énergie mécanique en. chaleur en utilisant les courants de Foucault ou les phénomènes d'hystérésis, plus partiaux lièrement pour préparer des aliments dans des casseroles, poêles ou ustensiles analogues.
On a déjà proposé de placer des récipients destinés à chauffer des aliments, ou même les matières à chauffer, dans des champs magnétiques qui se modifient rapidement, de manière à créer dans les récipients métalliques conducteurs ou dans les matières à chauffer des courants tourbillonnaires. Ce procédé exige cependant un appareillage assez important, étant donné qu'il est nécessaire de choisir une fréquence élevée pour le champ variable, pour obtenir
<Desc/Clms Page number 2>
un échauffement suffisant en untemps assez court. On a également déjà construit des appareils dans lesquels les pertes diélectriques dans le champ électrique servent directement au chauffage des aliments. Dans ce cas, le récipient est en une matière non conductrice de l'électricité et ne s'échauffe pas.
Dans ce dernier procédé, il faut prévoir des radiateurs de chaleur spéciaux ou des dispositifs analogues si l'on veut surchauffer les aliments à leur surface, pour des raisons gustatives ou autres.
Les inconvénients mentionnés des dispositifs connus sont évités selon l'invention par le fait que le corps à chauffer est réalisé entièrement. ou partiellement en une matière bonne conductrice de l'électricité ou du magnétisme et est placé dans le champ d'un aimant à pôles multiples dont la polarité change ; des forces mécaniques provoquent un mouvement relatif entre le corps à chauffer et l'aimant. On obtient ainsi dans le récipient bon conducteur électrique un champ alternatif de très haute fréquence qui favorise considérablement la formation de courants de Foucault.
Par ailleurs, les appareils nécessaires sont de construction standard et faciles à trouver dans le commerce, de sorte que la dépense pour la fabrication d'un tel appareil est relativement faible.
Selon l'invention, l'aimant dans ce dispositif est constitué par un certain nombre de pièces polaires à aimantaution permanente et par un organe ferro-magnétique à travers lequel se ferment les lignes de force, ou bien intégralement en une matière à aimantation permanente. A la place d'aimants permanents, on peut aussi utiliser des électro-aimants; dans ce cas, l'aimant est entièrement en matière ferro-magnétique et est muni de pôles qui portent des enroulements alimentés en courant continu. Ceci est avantageux quand on veut pouvoir régler commodément l'intensité du champ par exemple à l'aide de résistances. Par ailleurs, la constitution de l'aimant en une matière à aimantation permanente est avantageuse en ce qu'elle évite la nécessité de bagues collectrices et de sources d'alimentation en courant.
<Desc/Clms Page number 3>
Cependant,.pour réduira le plus possible la dispersion inévitable à la tête des pôles des électro-aimants, on munit, selon un autre aspect de l'invention, la tête des noyaux d'une matière à aimantation permanente, de préférence une aimantation à direction préférentielle. On place alors cette direction préférentielle dans la direction voulue pour le champ, étant donné que, dans ces matières, la perméabilité dans le sens perpendiculaire à la direction préférentielle est beaucoup plus petite que dans cette direction préférentielle.
Dans le cas d'aimant permanent produisant le champ, un mode de réalisation s'est révélé particulièrement avantageux:l'aimant estconstitué par un disque tournant en matière ferro-magnétique sur lequel sont disposées radialement des pièces polaires aimantées dans le sens de l'axe, de polarités alternées, et qui sont fixées de manière à tourner en même temps que le disque. Mais l'aimant peut également, selon l'invention, être réalisé en une matière ferro-magnétique et avoir la forme d'un cylindre; les pièces polaires forment alors un anneau intérieur ou extérieur tournant en même temps que le cylindre et sont disposées radialement en forme de nervures axiales à polarités alternées.
Enfin, il est également possible de réaliser un aimant ayant la forme d'une plaque basculante rectangulaire plane en matière ferromagnétique, sur laquelle les pièces polaires sont des nervures parallèles entre elles, fixées sur la plaque perpendiculairement au sens de déplacement de la plaque, aimantées perpendiculairement au plan de la plaque et au sens de son mouvement avec des polarités alternées, et basculant en même temps que la plaque.
Dans toutes ces constructions, la fréquence des champs produisant les courants de Foucault peut être amenée facilement, en agissant sur le nombre de pôles et sur leur vitesse de déplacement, à un niveau qui permet de'produire la quantité de chaleur voulue dans le temps le plus court. Dans chaque cas particulier, le choix d'un des modes de réalisation dépend de l'applica-
<Desc/Clms Page number 4>
tion prévue, et c'est la forme du corps à chauffer qui permet de choisir entre un aimant en forme de disque, de cylindre ou de plaque.
Pour assurer la fermeture des lignes de force magnétique, on a prévu sur les 'corps à chauffer, qui sont en une matière bonne conductrice de l'électricité et peuvent avoir la forme de casseroles, de poêles ou d'autres ustensiles analogues, du c8té opposé à l'aimant, un organe ferro-magnétique, et cela tout au moins dans la partie exposée à l'action du champ.
Cette pièce de fer contribue également à la production de la chaleur, puisqu'elle est traversée par le flux magnétique, ce qui provoque des pertes par hystérésis.
Mais on peut aussi, selon l'invention, construire les corps à chauffer entièrement en matière ferro-magnétique. Le cas échéant, on peut ajouter sur le côté rapproché de l'aimant une couche d'une matière bonne conductrice de l'électricité. Dans ce cas, la chaleur est produite principalement par hystérésis, de sorte qu'il est préférable, selon l'invention, d'utiliser des matières ferro-magnétiques à circuit d'aimantation ayant une grande surface.
Etant donné que, dans ce procédé de chauffage de corps bons conducteurs d'électricité ou f erro-magnétiques, ces corps sont exposés à des forces pondéro-motrices dues au mouvement du champ, on a prévu, selon un autre aspect de l'invention, de maintenir en place ces corps, le cas échéant, à l'aide d'aimants permanents ou d'électro-aimants utilisables à volonté, fixes par rapport au champ mobile.
Ces aimants sont montés à des emplacements appropriés de l'appareil, par exemple dans une plaque de couverture située au-dessus de l'aimant en mouvement et sur laquelle on pose les corps à chauffer tels que casseroles, etc.. de préférence, les dispositifs de mise en service des aimants d'immobilisation et de l'aimant mobile de champ sont connectés de manière que les premiers soient mis en service avant les seconds : le cas échéant, la mise au repos des aimants d'immobilisation se fait par des inter-
<Desc/Clms Page number 5>
rupteurs spéciaux, Ainsi, on empêche Inaction, des forces pondéro.- motrices avant que l'ustensile de cuisine soit immobiliser on empêche également que l'arrêt de l'aimant mobile expose le corps chauffé à des déplacements involontaires.
Le réglage de la température 'du corps à chauffer, au lieu d'être effectué de la manière indiquée ci-dessus,peut se faire également en modifiant la distance entre l'aimant et le corps à chauffer, le cas échéant automatiquement, au moyen de bilames, de corps qui se dilatent, ou par d'autres procédés. Dans ce cas, il peut être utile d'ajouter au mode de fixation magnétique des moyens mécaniques telsque des taquets, des chevilles ou des dispositifs analogues, qui modifient 1' écartèrent sans permettre cependant un déplacement dans le plan de la plaque de support.
L'aimant est divisé de préférence en deux ou plusieurs groupes magnétiques égaux, concentriques ou à axes parallèles, entraînés de manière à avoir des mouvements égaux mais opposés.
Par exemple, on peut constituer les aimants par deux anneaux concentriques tournant l'un dans l'autre et dans des sens opposés.
Les quantités de mouvement produites par ces deux anneaux et transmises à l'ustensile à chauffer sont alors en opposition, de sorte que les forces nécessaires à l'immobilisation de l'ustensile sont sensiblement diminuées.
Dans un tel mode de réalisation, il est naturellement inévitable que, par suite du mouvement de l'aimant, des forces de déplacement résultent des champs magnétiques produits par les courants de F@@@@@@@ et agissent sur le matériau bon conducteur électrique ou magnétique exposé au champ de l'aimant. c'est un objet de l'invention d'éliminer ces forces dans la mesure où elles suivent le sens de déplacement de l'aimant; la solution consiste à prévoir des lamelles de guidage immobiles en matière ferro-magnétique entre les aimants multi-polaires entraînés par des forces magnétiques et-le corps à chauffer.
Ces aimants provoquent sur le côté des lamelles le plus éloigné des aimants.un champ magnétique variable ne comportant pas de composante de déplaçaient perpendiculaire
<Desc/Clms Page number 6>
au flux. Seules restent alors les forces de déplacement dirigées dans le sens du flux et provenant des champs créés par les courants de Foucault.
Selon l'invention, les lamelles sont introduites dans une plaque non conductrice de l'électricité et si possible résistant à la chaleur. On évite ainsi que dans ces plaques ne naissent des courants diminuant le rendement. Si l'on utilise pour cette plaque une matière isolante résistant à la chaleur, telle que l'ardoise d'amiante, la silice ou des matériaux ana- logues, on évite les conséquences nuisibles du chauffage de cette plaque par contact avec le corps chauffé par courants de Foucault.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le moteur d'entraînement des aimants mobiles est protégé contre les surcharges par le fait que les aimants peuvent être déplacés perpendiculairement au sens de leur mouvement et sont appliqués contre une butée, dans le sens de ce déplacement, par un ressort, un contrepoids ou un dispositif analogue, en ne laissant subsister entre les pôles et le corps à chauffer ou les lamelles de guidage interposées que la distance minima exigée par les nécessités mécaniques. Le champ magnétique engendré par les courants de Foucault agit sur les aimants mobiles en les repoussant à 3.'encontre de l'action du ressort, et si ce ressort est convenablement calculé, le déplacement se produit dès que les courants de Foucault, par leur action de freinage, surchargent le moteur qui entraîne les aimants.
Ce retrait des aimants mobiles augmente l'écart entre leurs p8les et le trajet des courants de Foucault jusqu'à ce qu'un équilibre s'établisse entre la force résultant des courants de Foucault et la force du ressort. L'intensité des courants de Foucault est ainsi ramenée à une valeur qui ne surcharge plus le moteur d'entraînement.
Une autre amélioration de l'invention, dans un mode de réalisation dans lequel l'aimant consiste en un disque tournant ferro-magnétique sur lequel sont fixées radialement des pièces polaires à polarités alternées aimantées dans le sens de l'axe, a
<Desc/Clms Page number 7>
pour objet de réaliser un échauffement égal dans tout le champ de l'aimant; pour atteindre ce but, les pièces polaires disposées radialement présentent, selon leur plus grand diamètre, un plus grand entrefer ou une plus petite surface polaire.
Il est possible ainsi de diminuer les variations du trajet des courants de Foucault du plus petit au plus grand diamètre de ce trajet de manière que l'échauffement par les courants de Foucault, dont la grandeur dépend à la fois de la variation et de la vitesse de rupture, soit égalisé pour l'ensemble des lignes de force*
Le dispositif décrit peut servir à la cuisson des aliments mais aussi par exemple pour produire de la vapeur dans une chaudière. Dans ce cas, l'aimant agit sur des disques ou des cylindres en une matière appropriée qui sont solidaires de la chaudière ou en sont des éléments constitutifs. On peut aussi réaliser une fusion métallurgique en faisant agir l'aimant directement sur des corps métalliques placés'dans un creuset non métallique.
Dans ce cas, il peut être avantageux de faire varier la vitesse de rotation de l'aimant pour adapter la fréquence à la matière à fondre ou au procédé de fusion. En même temps, on peut aussi faire varier l'intensité du champ. L'invention peut naturellement être utilisée aussi pour d'autres dispositifs physiques quand il s'agit de chauffer directement un corps contenant un objet à chauffer. On peut par exemple appliquer avantageusement l'invention au chauffage des aiguilles de chemin de fer gelées.
L'invention peut servir également à entraîner des acces- soires. Dans ce cas, on place dans le champ des pièces polaires tournantes un circuit de courants de Foucault mobile qui, sous l'influence du champ mobile, se met à tourner en entraînant des ustensibles de cuisine tels que mixers, moulinettes ou autres machines analogues. Cette nouvelle application de l'invention permet un entraînement extraordinairement simple d'appareils ménagers, basé sur la réaction des champs magnétiques créés par les courants de Foucault engendrés par l'aimant mobile. On peut indifféremment donner au circuit des courants de Foucault la forme d'un
<Desc/Clms Page number 8>
disque tournant autour d'un axe parallèle à l'axe autour duquel tourne l'aimant,ou une forme cylindriqueà axe perpendiculaire à l'axe de l'aimant.
Dans le premier cas, les deux axes parallèles sont suf- fisamment éloignés pour que le trajet des courants de Foucault ne soit traversé que partiellement par le champ magnétique mobile et y pénètre et en sorte tangentiellement. Dans le deuxième cas, le trajet des courants de Foucault pénètre dans le champ magnétique mobile et en sort le long d'un cercle. Dans les deux cas, la grande vitesse de rotation peut être transmise directement à l'axe de l'ustensile, par exemple pour des mixers, ou par l'intermédiaire de changements de vitesse appropriés tels que des engrenages à vis sans fin pour des moulinettes, des moulins à café ou des hacheviande.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les ustensiles de cuisine comprennent un pied constitué totalement ou partiellement en une matière ferro-magnétique sur laquelle agissent les aimants d'immobilisation du dispositif, de sorte que les ustensiles sont maintenus à la place où on les pose. Leur mise en fonctionnement est de cette manière très simple et sans aucun danger pour l'utilisateur, car on n'a besoin de toucher aucun élément de transmission comportant un danger de blessure, et il n'existe aucune alimentation en courant électrique.
'entraînement de l'aimant peut se faire par n'importe quel procédé, par exemple par des moteurs connus à combustion, à eau, à vent, etc... On voit ainsi la grande efficacité d'un tel dispositif, comparée à sa simplicité et à son bas prix. Quand on dispose d'énergie électrique, on utilise de préférence des moteurs électriques, à cause de la simplicité de l'entraînement.
On a représenté sur 1 es dessins annexés divers exemples
EMI8.1
de J'éuli.<!.7/'l)21 '-:.. r1:.:..) 'i';-:';" #>-!# >:\ 'i "invention pour des usages divers.
La figure 1 est une coupe verticale longitudinale d'un dispositif de cuisson pour la préparation d'aliments.
<Desc/Clms Page number 9>
La figure 2 est une vue de la couronne de p8les de la figure 1.
La figure 3 est une coupe d'un dispositif de production de vapeur..
La figure 4 est une coupe d'un dispositif pour la fusion d'un métal.
La figure 5 est une coupe partielle de la couronne de pôles, de la figure 4. comportant des électro-aimants.
La figure '6 est une coupe verticale d'un autre dispositif selon l'invention.
La figure 7 est une vue par dessus du dispositif de' la figu-re 6, avec arrachement partiel.
.: La' figure 8 montre une variante du: dispositif des figures 1 et 2, partiellement, en coupe verticale longitudinale.
La figure 9 montre en coupe verticale un 'exemple d'utilisation du dispositif pour l'entraînement d'un mixer.
@ L'installation de cuisson consiste en un carter 1, un fond 2,un socle 3 placé sur ce fond et sur lequel est fixé un moteur électrique 4. L'arbre 5 de ce moteur porte un disque 6 en matière ferro-magnétique sur lequel sont fixés en couronne des aimants permanents 7 perpendiculaires à la surface du disque.
Ces aimants permanents ont une section prismatique, leurs côtés les plus longs se trouvant en direction radiale, et sont aimantés perpendiculairement à la surface du disque de manière que les pôles adjacents soient alternativement des pôles nord et des pôles sud.
Au-dessus de ce disque magnétique est fixée une plaque 8 en une matière non métallique telle qu'une matière plastique, qui recouvre le carter.-Dans cette plaque se trouve creusée du côté du disque 6 une rainure 9 dans laquelle pénètrent les aimants permanents en laissant un petit intervalle. Dans cette plaque se trouvent à des emplacements convenables, de part et d'autre de la rainure 9, des aimants permanents 11 comportant des pièces polaires 10. Ces aimants ont pour rôle de maintenir en position un ustensile de cuisine tel qu'une poêle 12, placésur la plaque 8
<Desc/Clms Page number 10>
et constitué en une matière bonne conductrice de l'électricité, comme par exemple le cuivre.
Pour atteindre ce but, on a soudé au fond de la poêle une plaque 13' de taille correspondante en une matière ferro-magnétique. Quand on met le moteur 4 en marche, le disque 6 et les aimants permanents 7 se mettent à tourner dans la rainure 9 vis-à-vis de 1 a poêle placée sur la plaque 8. Par. suite de l'alternance des polarités des aimants, les lignes de force entre aimants voisins traversent le fond de la poêle dans une direction qui change rapidement, et la partie de la poêle 12 en une matière bonne conductrice de l'électricité s'échauffe par courants de Foucault, tandis que la partie en matière ferromagnétique s'échauffe par pertes dues à l'hystérésis. Les deux effets physiques s'ajoutent pour obtenir un chauffage rapide de la poêle ou d'un autre ustensile de cuisine.
Etant donné que la rotation rapide du disque donne lieu à des forces pondéro-motrices qui agissent sur le corps à chauffer et qui ont tendance à le soulever ou à l'écarter, on dimensionne les aimants d'immobilisation noyés dans la plaque de manière qu'ils équilibrent ces fordes pondéra-motrices.
Dans l'exemple de la figure 3, on voit une chaudière 14 remplie d'eau destinée à la production de vapeur, dont le fond 15 est en forme de chapeau, et qui est faite en une matière bonne conductrice de l'électricité, par exemple en cuivre. Dans la saillie cylindrique 15a tourne une coupelle 16 en matière ferro-magnétique à la surface de laquelle sont disposés radialement., en couronne, des aimants permanents 17 dont les polarités alternent de manière à ne laisser entre les surfaces polaires et la paroi 15a qu'un petit intervalle. Du côté opposé de la paroi 15a, c'est-à-dire dans l'espace rempli d'eau, est fixé un anneau 18 en matière ferromagnétique. Le fonctionnement est le même que dans le dispositif de la figure 1.
L'arbre 20 qui tourne dans un palier 19 et est entraîné par un moteur électrique non représenté fait tourner la coupelle 16; le flux magnétique des aimants 17 traverse rapidement,
<Desc/Clms Page number 11>
en changeant de direction, la surface de la saillie de cuivre 15a et l'anneau en fer doux 18,provoquant un échauffement de ces organes respectivement par courants de Foucault et par hystérésis.
La chaleur ainsi produite est transmise à l'eau.
On voit figures 4 et 5 un autre exemple d'utilisation i de l'invention, pour fondre des métaux à l'aide de chaleur produite mécaniquement. Dans une ouverture annulaire d'un bâti 21 se trouve un creuset 22 en matière réfractaire destiné à recevoir les métaux.
Ce creuset est entouré à une faible distance par une coupelle 23 en matière ferro-magnétique à l'intérieur de laquelle sont fixées des pièces polaires 24 en la même matière. Ces pièces polaires portent des enroulements 25 dont les extrémités sont reliées par des bagues de friction 26 à une source de courant continu. L'exci- tation magnétique produit dans 1 a coupelle des électro-aiamants à polarité variable, qui ont le même effet sur les corps à chauffer que dans les exemples des figures 1 à 3; au bout d'un certain temps., les métaux 27 sont fondus par la chaleur produite par les courants de Foucault. S'il s'agit de métaux ferro-magnétiques, l'échauffement est encore accéléré par hystérésis.
L'entraînement de la coupelle se fait par des moyens mécaniques quelconques, dans l'exemple représenté, par des engrenages coniques 28.
Dans ce dispositif,on peut agir largement sur la fusion en réglant l'intensité du courant, l'excitation des aimants et la. vitesse de rotation de la coupelle, ce qui a une importance particulière lorsqu'on fait fondre des alliages.
On voit figure 6 un bâti 88 en forme de table dans lequel est fixé un moteur 29; sur l'arbre 30 de ce moteur est fixé un organe 31 en forme de disque en matière ferro-magnétique, par l'intermédiaire d'un manchon 32 et d'une clavette 33, de manière que ce disque ne puisse pas tourner par rapport à l'arbre, mais puisse se déplacer axialement Le disque 31 est appliqué par un ressort 34, qui prend appui dans le fond d'une coupelle 35 fixée à l'arbre 30 par une cheville 36, contre un disque extrême 37 qui est
<Desc/Clms Page number 12>
relié à l'arbre 30 par une vis 38.
Au disque 31 sont fixés des aimants 39, 40 qui tournent avec, lui. Devant les pôles de ces aimants les plus éloignés du disque 31 se trouve, à une distance imposée par les considérations mécaniques, une plaque 41 dans laquelle sont placées des pièces polaires 42 k43 Dans la même plaque 41 se trouvent des aimants permanents annulaires 44 45 aimantés radialement, dont les pièces polaires 46, 47 et 48, 49 également annulaires affleurent la plaque 41.
Cette plaque est de préférence en un matériau isolant résistant à la chaleur, dans lequel ne peuvent se produire des courants de Foucault, et ne peut être en- dommagée parla chaleur de l'ustensile de cuisine placé-sur elle.
Pour faciliter le nettoyage de l'ensemble, on peut placer sur la plaque 41 et les organes encastrés une plaque de protection mince 50 ininterrompue en une matière isolante résistant à la chaleur, par exemple de la silice,qui peut comporter à son bord extérieur une rigole 51 et un tuyau d'évacuation 52 fermé par un robinet non représenté. Sur cette plaque 50, on peut poser l'ustensile à chauffer (par exemple une poêle 53) en une matière bonne conductrice de 1 'électricité. Ces ustensiles peuvent comporter à leur bord extérieur un anneau 54 en une matière ferro-magnétique de manière que lorsque le flux magnétique est maximum, l'anneau 54 soit maintenu en place parles pièces polaires des aimants 44 et 45.
Si le domaine parcouru par les pôles magnétiques ou les pièces polaires est augmenté par les parcours des courants de Foucault de telle manière que la réaction de freinage sur le moteur d'entraînement 29 dépasse le moment de charge admissible, les champs produits par les courants de Foucault sur les aimants permanents 39 et 40 deviendront tels qu'ils repousseront le disque 31 en direction axiale en surmontant l'action du ressort 34. La tension préalable du ressort 34 est choisie de manière que ce déplacement n'ait lieu que lorsque l'effet de freinage maximum admissible est dépassé par une occupation trop forte du parcours magnétique par exemple par des ustensiles de cuisine.
<Desc/Clms Page number 13>
On voit en A figure 7, grâce à l'arrachement des plaques 50 et 41, le disque 31 auquel sont fixés les aimants 39a et 39b, 40a et 4012; tandis qu'en B on n'a arraché que la plaque 50, de sorte que l'on voit la plaque 41 avec les pôles feuilletés 42a, 42b, 42c et 42d et les aimants annulaires 44, 45 avec leurs pièces polaires 46 47 et 48, 49.
On voit figure 8 l'arbre 55 du moteur 56 sur lequel est fixé le disque 57 qui porte des aimants permanents 58. La plaque 59, en -une matière non conductrice résistant à la chaleur, comporte à sa partie inférieure une rainure annulaire 60 dans laquelle pénètrent les aimants 58. Autour de cette rainure sont placés.dans la plaque 59 des aimants permanents annulaires 61 et 62 aimantés radialement, comportant des pièces polaires annulaires 63, 64 et 65, 66 qui arrivent au niveau de la partie supérieure de la plaque 59. Au-dessus de la rainure 60 se trouve sur la plaque 59 un ustensile de cuisine, par exeuple une poêle 67.
Le fond 68 de cette poêle est embouti et muni, dans l'évidement intérieur ainsi ménagé, d'une plaque 69, et sur le bord extérieur, d'un anneau 70, tous deux en matière ferro-magnétique. La plaque 69 ferme ainsi le trajet des lignes de force produites par l'aimant 58, qui crée des courants de Foucault dans le fond 68, tandis que l'anneau 70 maintient en place de façon amovible la poêle 67 grâce à l'attraction des aimants 61 et 62. La surface polaire 71 de l'aimant 58 est inclinée, ce qui a pour effet de chauffer d'une manière uniforme le fond 68 de la poêle 57 en une matière bonne conductrice sur toute la surface parcourue par les lignes de force.
La figure 9 représente' une autre application de l'inven- tion :l'entraînement d'un mixer au moyen d'une partie du dispositif des figures 1 et 2. Le disque 72 en matière ferro-magnétique est muni d'aimants permanents 73 disposés radialement et qui tournent en même temps que l'arbre 74. Au-dessus de la plaque 75 dans laquelle sont encastrés des aimants permanents 80, 81 munis de pièces polaires 76, 77 et 78, 79 aimantées radialement se trouve un mixer constitué
<Desc/Clms Page number 14>
par un pied 82 qui porte à sa partie inférieure une plaque 83 en matière ferro-magnétique, un arbre 84 avec une tête coupante 85., et un récipient 86. A son extrémité inférieure, l'arbre 84 porte un disque 87 qui se trouve dans le champ des aimants 73.
La plaque 87 est en une matière bonne conductrice de l'électricité et peut être recouverte, pour améliorer la fermeture des lignes de force, d'une couche ferro-magnétique sur sa face éloignée de la couronne de pôles. L'arbre 84 est à une distance de l'arbre parallèle 74 telle que le disque 87 ne soit influencé que partiellement par le champ du pôle magnétique 73, et entre et sorte de ce champ tangentiellement. Pour utiliser l'ustensile, on le fixe d'une manière amovible par son pied 82 et la plaque 83 sur les pièces polaires 76, 77 ou 78, 79 des aimants 80 ou 81.
<Desc / Clms Page number 1>
The object of the invention is a device for transforming mechanical energy into. heat using eddy currents or hysteresis phenomena, more particularly for preparing food in pots, pans or the like.
It has already been proposed to place receptacles intended for heating food, or even the materials to be heated, in magnetic fields which change rapidly, so as to create in the conductive metal receptacles or in the materials to be heated vortex currents. However, this method requires a fairly large apparatus, given that it is necessary to choose a high frequency for the variable field, to obtain
<Desc / Clms Page number 2>
sufficient warm-up in a fairly short time. Apparatuses have also already been constructed in which the dielectric losses in the electric field are used directly for heating food. In this case, the container is made of a material which does not conduct electricity and does not heat up.
In the latter process, special heat radiators or similar devices have to be provided if the food is to be overheated on their surface, for taste or other reasons.
The mentioned drawbacks of known devices are avoided according to the invention by the fact that the body to be heated is produced entirely. or partially of a material which is a good conductor of electricity or magnetism and is placed in the field of a multi-pole magnet whose polarity changes; mechanical forces cause relative movement between the body to be heated and the magnet. A very high frequency alternating field is thus obtained in the receptacle which is a good electric conductor, which considerably favors the formation of eddy currents.
On the other hand, the necessary apparatuses are of standard construction and easy to find commercially, so that the expense for the manufacture of such apparatus is relatively low.
According to the invention, the magnet in this device is constituted by a certain number of pole pieces with permanent magnetism and by a ferro-magnetic member through which the lines of force are closed, or else entirely in a material with permanent magnetization. Instead of permanent magnets, one can also use electromagnets; in this case, the magnet is entirely of ferro-magnetic material and is provided with poles which carry windings supplied with direct current. This is advantageous when it is desired to be able to conveniently regulate the intensity of the field, for example using resistors. Furthermore, the constitution of the magnet in a material with permanent magnetization is advantageous in that it avoids the need for slip rings and current supply sources.
<Desc / Clms Page number 3>
However, in order to minimize the inevitable dispersion at the pole heads of the electromagnets as much as possible, according to another aspect of the invention, the heads of the cores are provided with a permanently magnetized material, preferably a magnetized magnet. preferential direction. This preferential direction is then placed in the desired direction for the field, since, in these materials, the permeability in the direction perpendicular to the preferential direction is much smaller than in this preferential direction.
In the case of a permanent magnet producing the field, one embodiment has proved to be particularly advantageous: the magnet is constituted by a rotating disc made of ferro-magnetic material on which are radially arranged pole pieces magnetized in the direction of the axis, of alternating polarities, and which are fixed so as to rotate at the same time as the disc. But the magnet can also, according to the invention, be made of a ferro-magnetic material and have the shape of a cylinder; the pole pieces then form an inner or outer ring rotating at the same time as the cylinder and are arranged radially in the form of axial ribs with alternating polarities.
Finally, it is also possible to produce a magnet in the form of a flat rectangular tilting plate made of ferromagnetic material, on which the pole pieces are ribs parallel to each other, fixed on the plate perpendicular to the direction of movement of the plate, magnetized. perpendicular to the plane of the plate and to the direction of its movement with alternating polarities, and tilting at the same time as the plate.
In all these constructions, the frequency of the fields producing the eddy currents can be brought easily, by acting on the number of poles and on their speed of displacement, to a level which makes it possible to produce the desired quantity of heat over time. shorter. In each particular case, the choice of one of the embodiments depends on the application.
<Desc / Clms Page number 4>
tion provided, and it is the shape of the body to be heated which makes it possible to choose between a magnet in the form of a disk, cylinder or plate.
In order to ensure the closure of the magnetic lines of force, provision has been made on the bodies to be heated, which are made of a material which is a good conductor of electricity and may have the shape of pots, pans or other similar utensils, on the side opposite to the magnet, a ferro-magnetic organ, and this at least in the part exposed to the action of the field.
This piece of iron also contributes to the production of heat, since it is crossed by the magnetic flux, which causes losses by hysteresis.
But it is also possible, according to the invention, to construct the bodies to be heated entirely from ferro-magnetic material. If necessary, a layer of a material which is a good conductor of electricity can be added to the near side of the magnet. In this case, the heat is produced mainly by hysteresis, so that it is preferable according to the invention to use magnetization circuit ferro-magnetic materials having a large area.
Given that, in this method of heating bodies which are good conductors of electricity or ferromagnets, these bodies are exposed to weight-motive forces due to the movement of the field, it has been provided, according to another aspect of the invention , to keep these bodies in place, if necessary, using permanent magnets or electromagnets which can be used at will, fixed with respect to the moving field.
These magnets are mounted at suitable locations of the apparatus, for example in a cover plate located above the moving magnet and on which the bodies to be heated such as saucepans, etc. are placed. The devices for activating the immobilization magnets and the mobile field magnet are connected in such a way that the first are put into service before the second: if necessary, the immobilization magnets are put to rest by means of inter-
<Desc / Clms Page number 5>
Special breakers. Thus, Inaction, weighting forces are prevented before the kitchen utensil is immobilized. The stopping of the moving magnet is also prevented from exposing the heated body to involuntary movements.
The temperature regulation of the body to be heated, instead of being carried out in the manner indicated above, can also be done by modifying the distance between the magnet and the body to be heated, if necessary automatically, by means of bimetallic strips, dilating bodies, or by other means. In this case, it may be useful to add to the magnetic fixing method mechanical means such as cleats, pegs or the like, which modify the gap without however allowing a displacement in the plane of the support plate.
The magnet is preferably divided into two or more equal magnetic groups, concentric or with parallel axes, driven so as to have equal but opposite movements.
For example, the magnets can be formed by two concentric rings rotating one inside the other and in opposite directions.
The quantities of movement produced by these two rings and transmitted to the utensil to be heated are then in opposition, so that the forces required to immobilize the utensil are appreciably reduced.
In such an embodiment, it is of course inevitable that, as a result of the movement of the magnet, displacement forces result from the magnetic fields produced by the currents of F @@@@@@@ and act on the good conductive material. electric or magnetic exposed to the field of the magnet. it is an object of the invention to eliminate these forces insofar as they follow the direction of displacement of the magnet; the solution consists in providing stationary guide strips of ferro-magnetic material between the multi-pole magnets driven by magnetic forces and the body to be heated.
These magnets cause on the side of the lamellae furthest from the magnets a variable magnetic field having no component of perpendicular displacement.
<Desc / Clms Page number 6>
to the flow. Only then remain the displacement forces directed in the direction of the flow and coming from the fields created by the eddy currents.
According to the invention, the lamellae are introduced into a plate which is not electrically conductive and if possible resistant to heat. This prevents the formation of currents in these plates which reduce the efficiency. If a heat-resistant insulating material such as asbestos slate, silica or the like is used for this plate, the harmful consequences of heating this plate by contact with the heated body are avoided. by eddy currents.
In another embodiment of the invention, the driving motor of the moving magnets is protected against overloads by the fact that the magnets can be moved perpendicular to the direction of their movement and are applied against a stopper, in the direction of this movement, by a spring, a counterweight or a similar device, leaving only the minimum distance required by mechanical requirements between the poles and the body to be heated or the guide strips interposed. The magnetic field generated by the eddy currents acts on the moving magnets by pushing them back against the action of the spring, and if this spring is suitably calculated, the displacement occurs as soon as the eddy currents, by their braking action, overload the motor which drives the magnets.
This removal of the moving magnets increases the gap between their poles and the eddy current path until an equilibrium is established between the force resulting from the eddy currents and the spring force. The intensity of the eddy currents is thus reduced to a value which no longer overloads the drive motor.
Another improvement of the invention, in an embodiment in which the magnet consists of a ferromagnetic rotating disc on which are radially fixed pole pieces with alternating polarities magnetized in the direction of the axis, a
<Desc / Clms Page number 7>
the object of achieving equal heating throughout the field of the magnet; to achieve this goal, the pole pieces arranged radially have, depending on their larger diameter, a larger air gap or a smaller pole surface.
It is thus possible to reduce the variations in the path of the eddy currents from the smallest to the largest diameter of this path so that the heating by the eddy currents, the magnitude of which depends both on the variation and on the speed of rupture, is equalized for all the lines of force *
The device described can be used for cooking food but also, for example, for producing steam in a boiler. In this case, the magnet acts on disks or cylinders of a suitable material which are integral with the boiler or are constituent elements thereof. Metallurgical melting can also be achieved by causing the magnet to act directly on metallic bodies placed in a non-metallic crucible.
In this case, it may be advantageous to vary the speed of rotation of the magnet to adapt the frequency to the material to be melted or to the melting process. At the same time, we can also vary the intensity of the field. The invention can of course also be used for other physical devices when it comes to directly heating a body containing an object to be heated. The invention can for example be advantageously applied to the heating of frozen railroad needles.
The invention can also be used to drive accessories. In this case, a movable eddy current circuit is placed in the field of the rotating pole pieces which, under the influence of the movable field, starts to rotate, driving kitchen utensils such as mixers, grinders or other similar machines. This new application of the invention allows an extraordinarily simple drive of household appliances, based on the reaction of the magnetic fields created by the eddy currents generated by the moving magnet. We can indifferently give the circuit of eddy currents the form of a
<Desc / Clms Page number 8>
disc rotating around an axis parallel to the axis around which the magnet rotates, or a cylindrical shape with an axis perpendicular to the axis of the magnet.
In the first case, the two parallel axes are far enough apart so that the path of the eddy currents is only partially crossed by the mobile magnetic field and penetrates and exits there tangentially. In the second case, the path of the eddy currents enters the moving magnetic field and leaves it along a circle. In both cases, the high speed of rotation can be transmitted directly to the axis of the utensil, for example for mixers, or through suitable speed changes such as worm gears for grinders. , coffee grinders or hashish.
In another embodiment of the invention, the kitchen utensils comprise a foot made entirely or partially of a ferro-magnetic material on which the immobilizing magnets of the device act, so that the utensils are held in the place where we ask them. Their operation is in this way very simple and without any danger for the user, since there is no need to touch any transmission element which poses a risk of injury, and there is no power supply.
The magnet can be driven by any method, for example by known combustion, water, wind, etc. engines. The high efficiency of such a device can thus be seen, compared to its simplicity and at its low price. When electric power is available, electric motors are preferably used, because of the simplicity of the drive.
Various examples have been shown in the accompanying drawings.
EMI8.1
de J'éuli. <!. 7 / 'l) 21' -: .. r1:.: ..) 'i'; -: '; "#> -! #>: \' i" invention for uses various.
Figure 1 is a longitudinal vertical section of a cooking device for the preparation of food.
<Desc / Clms Page number 9>
Figure 2 is a view of the ring of p8les of Figure 1.
Figure 3 is a sectional view of a steam generating device.
Figure 4 is a sectional view of a device for melting a metal.
FIG. 5 is a partial section of the ring of poles, of FIG. 4, comprising electromagnets.
Figure 6 is a vertical section of another device according to the invention.
Figure 7 is a top view of the device of 'figu-re 6, with partial cutaway.
.: 'Figure 8 shows a variant of: the device of Figures 1 and 2, partially, in longitudinal vertical section.
FIG. 9 shows in vertical section an example of use of the device for driving a mixer.
@ The cooking installation consists of a casing 1, a base 2, a base 3 placed on this base and on which is fixed an electric motor 4. The shaft 5 of this motor carries a disc 6 of ferro-magnetic material on it. which are fixed in a crown permanent magnets 7 perpendicular to the surface of the disc.
These permanent magnets have a prismatic section, their longer sides lying in a radial direction, and are magnetized perpendicular to the surface of the disc so that the adjacent poles are alternately north and south poles.
Above this magnetic disc is fixed a plate 8 made of a non-metallic material such as a plastic material, which covers the casing. - In this plate is hollowed out on the side of the disc 6 a groove 9 into which the permanent magnets penetrate leaving a small gap. In this plate are located at suitable locations, on either side of the groove 9, permanent magnets 11 comprising pole pieces 10. These magnets have the role of maintaining in position a kitchen utensil such as a pan 12 , placed on plate 8
<Desc / Clms Page number 10>
and made of a material which is a good conductor of electricity, such as for example copper.
To achieve this goal, a plate 13 'of corresponding size made of a ferro-magnetic material was welded to the bottom of the pan. When the motor 4 is started, the disc 6 and the permanent magnets 7 start to turn in the groove 9 opposite the pan placed on the plate 8. Par. As a result of the alternation of the polarities of the magnets, the lines of force between neighboring magnets cross the bottom of the pan in a direction which changes rapidly, and the part of the pan 12 made of a material which is a good conductor of electricity is heated by eddy currents, while the part made of ferromagnetic material heats up by losses due to hysteresis. The two physical effects combine to achieve rapid heating of the pan or other kitchen utensil.
Since the rapid rotation of the disc gives rise to weight-motive forces which act on the body to be heated and which tend to lift or move it aside, the immobilization magnets embedded in the plate are dimensioned so that 'they balance these weight-motor forces.
In the example of FIG. 3, we see a boiler 14 filled with water intended for the production of steam, the bottom 15 of which is in the form of a hat, and which is made of a material which is a good conductor of electricity, by copper example. In the cylindrical projection 15a rotates a cup 16 made of ferro-magnetic material on the surface of which are arranged radially, in a crown, permanent magnets 17 whose polarities alternate so as to leave between the pole surfaces and the wall 15a only a small interval. On the opposite side of the wall 15a, that is to say in the space filled with water, is fixed a ring 18 made of ferromagnetic material. The operation is the same as in the device of figure 1.
The shaft 20 which rotates in a bearing 19 and is driven by an electric motor, not shown, rotates the cup 16; the magnetic flux of the magnets 17 crosses rapidly,
<Desc / Clms Page number 11>
by changing direction, the surface of the copper projection 15a and the soft iron ring 18, causing these members to heat up respectively by eddy currents and by hysteresis.
The heat thus produced is transmitted to the water.
FIGS. 4 and 5 show another example of use of the invention, for melting metals using heat produced mechanically. In an annular opening of a frame 21 is a crucible 22 made of refractory material intended to receive the metals.
This crucible is surrounded at a small distance by a cup 23 of ferro-magnetic material inside which pole pieces 24 of the same material are fixed. These pole pieces carry windings 25 whose ends are connected by friction rings 26 to a direct current source. The magnetic excitation produces in the cup electro-diamonds of variable polarity, which have the same effect on the bodies to be heated as in the examples of Figures 1 to 3; after a while, the metals 27 are melted by the heat produced by the eddy currents. In the case of ferro-magnetic metals, the heating is further accelerated by hysteresis.
The cup is driven by any mechanical means, in the example shown, by bevel gears 28.
In this device, one can act largely on the fusion by adjusting the intensity of the current, the excitation of the magnets and the. speed of rotation of the cup, which is of particular importance when melting alloys.
FIG. 6 shows a frame 88 in the form of a table in which a motor 29 is fixed; on the shaft 30 of this motor is fixed a member 31 in the form of a disc made of ferromagnetic material, by means of a sleeve 32 and a key 33, so that this disc cannot rotate relative to to the shaft, but can move axially The disc 31 is applied by a spring 34, which bears in the bottom of a cup 35 fixed to the shaft 30 by a pin 36, against an end disc 37 which is
<Desc / Clms Page number 12>
connected to the shaft 30 by a screw 38.
Magnets 39, 40 are attached to the disc 31 which rotate with it. In front of the poles of these magnets furthest from the disc 31 is, at a distance imposed by mechanical considerations, a plate 41 in which are placed pole pieces 42 k43 In the same plate 41 are annular permanent magnets 44 45 magnetized radially, the pole pieces 46, 47 and 48, 49 of which are also annular flush with the plate 41.
This plate is preferably of a heat resistant insulating material, in which eddy currents cannot occur, and cannot be damaged by the heat of the kitchen utensil placed on it.
To facilitate cleaning of the assembly, it is possible to place on the plate 41 and the recessed members a thin uninterrupted protective plate 50 made of a heat-resistant insulating material, for example silica, which may have at its outer edge a channel 51 and a discharge pipe 52 closed by a valve, not shown. On this plate 50, the utensil to be heated (for example a frying pan 53) of a material which is a good conductor of electricity can be placed. These utensils can include at their outer edge a ring 54 of a ferro-magnetic material so that when the magnetic flux is maximum, the ring 54 is held in place by the pole pieces of the magnets 44 and 45.
If the area traversed by the magnetic poles or the pole pieces is increased by the paths of the eddy currents in such a way that the braking reaction on the drive motor 29 exceeds the permissible load moment, the fields produced by the currents of Eddy on the permanent magnets 39 and 40 will become such that they will push the disc 31 in the axial direction overcoming the action of the spring 34. The pre-tension of the spring 34 is chosen so that this displacement takes place only when the The maximum permissible braking effect is exceeded by excessive occupation of the magnetic path, for example by kitchen utensils.
<Desc / Clms Page number 13>
One sees in A in FIG. 7, thanks to the tearing of the plates 50 and 41, the disc 31 to which the magnets 39a and 39b, 40a and 4012 are attached; while in B we have only torn off the plate 50, so that we see the plate 41 with the laminated poles 42a, 42b, 42c and 42d and the annular magnets 44, 45 with their pole pieces 46 47 and 48, 49.
Figure 8 shows the shaft 55 of the motor 56 on which is fixed the disc 57 which carries permanent magnets 58. The plate 59, in a non-conductive material resistant to heat, has at its lower part an annular groove 60 in which penetrate the magnets 58. Around this groove are placed in the plate 59 annular permanent magnets 61 and 62 radially magnetized, comprising annular pole pieces 63, 64 and 65, 66 which arrive at the level of the upper part of the plate 59. Above the groove 60 is on the plate 59 a kitchen utensil, for example a pan 67.
The bottom 68 of this pan is stamped and provided, in the inner recess thus formed, with a plate 69, and on the outer edge, with a ring 70, both of ferromagnetic material. The plate 69 thus closes the path of the lines of force produced by the magnet 58, which creates eddy currents in the bottom 68, while the ring 70 removably holds the pan 67 in place thanks to the attraction of the magnets 61 and 62. The polar surface 71 of the magnet 58 is inclined, which has the effect of uniformly heating the bottom 68 of the pan 57 in a good conductive material over the entire surface traversed by the lines of. strength.
Figure 9 shows another application of the invention: driving a mixer by means of part of the device of Figures 1 and 2. The disc 72 of ferro-magnetic material is provided with permanent magnets. 73 arranged radially and which rotate at the same time as the shaft 74. Above the plate 75 in which are embedded permanent magnets 80, 81 provided with pole pieces 76, 77 and 78, 79 radially magnetized is a mixer made up of
<Desc / Clms Page number 14>
by a foot 82 which carries at its lower part a plate 83 made of ferro-magnetic material, a shaft 84 with a cutting head 85., and a container 86. At its lower end, the shaft 84 carries a disc 87 which is located in the field of magnets 73.
The plate 87 is made of a material which is a good conductor of electricity and can be covered, to improve the closing of the lines of force, with a ferro-magnetic layer on its face remote from the ring of poles. The shaft 84 is at a distance from the parallel shaft 74 such that the disk 87 is only partially influenced by the field of the magnetic pole 73, and enters and leaves this field tangentially. To use the utensil, it is fixed in a removable manner by its foot 82 and the plate 83 on the pole pieces 76, 77 or 78, 79 of the magnets 80 or 81.