WO2000018192A1 - High frequency heating device - Google Patents

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WO2000018192A1
WO2000018192A1 PCT/FR1999/002219 FR9902219W WO0018192A1 WO 2000018192 A1 WO2000018192 A1 WO 2000018192A1 FR 9902219 W FR9902219 W FR 9902219W WO 0018192 A1 WO0018192 A1 WO 0018192A1
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WO
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lines
distributor
heating device
electrodes
supply
Prior art date
Application number
PCT/FR1999/002219
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French (fr)
Inventor
Georges Roussy
Sylvie Bastard
Gérald PARIZOT
Jean-Marie Thiebaut
Original Assignee
Renault
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/46—Dielectric heating
    • H05B6/62—Apparatus for specific applications
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/12—Dielectric heating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/46—Dielectric heating
    • H05B6/52—Feed lines

Definitions

  • the present invention relates to the field of dielectric heaters capable of providing energy to a material which is to be heated and possibly polymerized.
  • dielectric heaters capable of providing energy to a material which is to be heated and possibly polymerized.
  • Such devices are used in particular for the polymerization of thermosetting resins by placing a piece of resin between the electrodes of a capacitor and by applying a high frequency voltage of sufficient amplitude.
  • the energy per unit of volume Pa supplied to the material or absorbed by it is proportional to the square of the electric field E to which it is subjected, to a coefficient ⁇ "which measures dielectric losses and at the frequency or the pulsation ⁇ of the electric field. So we have the following relation:
  • the voltage between the electrodes is constant. If we want, for example, to polymerize pieces of considerable length compared to their thickness and whose thickness in the center is twice that of the ends, the electric field in the center of the piece is twice weaker than at the extremities. The local power which is proportional to the square of the electric field will therefore be four times lower in the center than at the ends.
  • the ends of the part quickly reach the polymerization temperature. On the contrary, to obtain a good polymerization in the center of the part, the ends must be heated to a temperature which can exceed what the material can withstand.
  • French patent 96 10 848 describes a heating device comprising an applicator element provided with two electrodes connected to a generator, and intended to apply to a part to be heated an electric field created by the electric voltage which is adapted to the geometric coordinates of said portion of the heated room. It is thus possible to vary the local voltage as a function of the thickness of the part, to obtain a simultaneous polymerization reaction of the whole part and to improve the mechanical characteristics of the part thus obtained.
  • the object of the invention is to remedy the drawbacks of the apparatuses of the prior art and to propose an apparatus capable of carrying out constant and predetermined heating.
  • the object of the present invention is to provide a high-frequency heating device providing an electromagnetic field suitably distributed in the room to be heated.
  • the high-frequency heating device is of the type comprising an electric voltage generator and an application element provided with two electrodes connected to the generator, intended to apply to a part placed between the electrodes and to be heated, an electric field created by said electric voltage.
  • the heating device comprises means for adapting the voltage applied to a given portion of the part to the geometric coordinates of said portion of the part to be heated.
  • the heating device comprises means for distributing the electromagnetic field transversely with respect to the direction of the workpiece both for the electric field and for the magnetic field.
  • the device comprises means for distributing the currents longitudinally.
  • the device comprises means so that the tensions along the perimeter of the sections normal to the axis of propagation are in phase.
  • the device comprises a power supply distributed in several coaxial lines in the same plane normal to propagation, said coaxial lines being connected to a central electrode.
  • the feed can include four lines.
  • the power supply may include a distributor with coupled lines.
  • the lines joining the distributor and the supply points of an electrode are of equal length. In one embodiment of the invention, the lines are electrically and magnetically coupled to a central main line in the distributor.
  • the device comprises at least one group of shunt impedances distributed in a plane normal to the longitudinal axis of the part.
  • the calculation of the configuration of the magnetic field supposes that the distribution of said magnetic field in the longitudinal direction of the part, is a transverse electromagnetic wave for both the electric and magnetic field.
  • This structure of the electromagnetic field is disturbed by all the obstacles that constitute the changes in section of the part and the insertions of fixing elements that the application element can include.
  • the disturbances of the electromagnetic field by the obstacles are no longer located in the planes where the obstacles are present, but affect large areas in the cell.
  • the Maxwell equations present numerous solutions susceptible of linear combinations between them. In the case where Maxwell's equations present only one solution, a perturbation remains localized and leads to return to said solution. On the contrary, when the Maxwell equations have many solutions, a disturbance risks leading to a distribution of the electromagnetic field resulting from a linear recombination different from the solutions to these Maxwell equations. It follows that the cell must have a transverse electromagnetic field distribution despite the presence of these obstacles.
  • FIG. 1 is a diagrammatic view in cross section of a part of the heating device according to the prior art
  • Figure 2 is a longitudinal sectional view of the same heating device
  • Figure 3 is a schematic cross-sectional view of part of the heating device according to the invention
  • Figure 4 is a variant of Figure 3
  • Figure 5 is a schematic view in axial section of a distributor with coupled lines
  • Figure 6 is a schematic cross-sectional view of the distributor of Figure 5
  • FIG. 7 is a curve showing the impedance as a function of the frequency according to calculation, and according to measurements carried out on installations constructed according to the prior art and according to the invention.
  • a heater comprises an upper electrode 1 and a lower electrode 2, between which are arranged two parts 3 to be polymerized, for example of thermosetting resin.
  • the parts 3 are of elongated shape and the upper 1 and lower 2 electrodes are of a shape adapted to the parts 3.
  • the lower electrode 2 comprises three separators 4, made of insulating materials, making it possible to delimit in width the space which is left to the parts 3.
  • the lower electrode 2 is supplied by a coaxial line 5 connected to the middle of said lower electrode 2.
  • Figure 1 there is shown in dotted lines the upper electrode 1 in a raised position relative to the lower electrode 2 and used for demolding the parts 3.
  • the upper electrode 1 is provided with an upper shell 6 and l the lower electrode 2 is provided with a lower shell 7.
  • the shells 6 and 7 being provided to form an enclosure in which the electrodes 1 and 2 are arranged.
  • FIG. 3 shows a heating and polymerization device in accordance with the invention.
  • This device comprises a power supply with lines coupled with four lines referenced 8 to 1 1.
  • the device comprises a voltage generator, not shown, capable of supplying a voltage at a frequency of several tens of MHz to the upper 1 and lower 2 electrodes to which it is connected.
  • the lower electrode 2 is supported by a plurality of insulating columns 2a.
  • the parts 3 which may be spring leaves have a section which varies lengthwise and it is important that the electromagnetic field applied corresponds to a voltage distribution as a function of the known length between the lower electrode 2 and l upper electrode 1.
  • the separators 4 are shown of equal width. However, one could provide a central separator of smaller width insofar as it is subjected to lesser stresses than the lateral separators. The same applies if the heating device is designed for a number of parts 3, greater than two.
  • the tension profile as a function of the length can be calculated as described in French patent 96 10 848, the content of which is incorporated below by reference.
  • a purely transverse electromagnetic field distribution can be restored by distributing the power supply to the central electrode at four points, A j , A 2 , A 3 and A, as illustrated in Figure 3.
  • FIG. 4 is a variant of FIG. 3, where the voltage is distributed in the transverse plane by means of shunt impedances referenced 12 to 15, distributed at points B,, B 2 , B 3 and B 4 belonging to the same cross section of the electrode 2.
  • FIGS. 5 and 6 the circular coaxial cable used to supply the heating appliance is shown.
  • the four lines 8 to 11 are arranged parallel to a main line 16, all the lines being short-circuited in the same plane P.
  • the free ends of lines 8 to 11 are connected to supply points A ,, A ⁇ , A 3 and A 4 , see figure 3.
  • the electromagnetic energy which comes from the generator induced in lines 8 to 1 1 of currents and equal voltages. Lines 8 to 1 1 each capture a share of this energy by electromagnetic coupling.
  • the supply phase condition amounts to testing the value of the impedances measured at each of the points A,, A, A 3 and A 4 , so that four coaxial connection cables of identical length can then be used.
  • the total impedance presented by this distributor can be pre-adapted with respect to the generator, that is to say present an impedance close to that of the generator so that there is little reflected energy. This can be achieved by varying the diameter of the main coaxial line 16 of the distributor, the end 17 of which is of reduced diameter, or by any other known means.
  • the embodiment exposed here comprises four lines Power. However, a heater could be provided with a different number of lines, for example two, six, eight, etc.
  • the input impedances of the device can be compared as a function of the type of supply, in order to show the advantage offered by the supply distributed to four distributed lines. These measurements are carried out by a network analyzer in a fairly wide frequency domain. Complex impedance measurements at the input of an electrical circuit reflect the currents flowing in the circuit, because a complex impedance defines the ratio of the complex voltage to the complex current.
  • the calculated impedance is an inductance, while the complex impedance measured with a single supply is a capacitance.
  • the actual currents in the cell are therefore not those that are calculated assuming a transverse propagation.
  • the measurement of the complex input impedance has an imaginary part which approaches the calculation points. If the cell is supplied with a power supply with four distributed branches, the imaginary part of the complex impedance is then comparable to the model.
  • thermoforming and polymerization device suitable for parts of large length and variable section and allowing fine modeling of the field. electromagnetic and therefore the amount of heat supplied to a localized portion of the room.
  • this device can be adapted to parts of very different shapes. This device makes it possible to significantly improve the quality of the parts thus treated.

Abstract

The invention concerns a high frequency heating device, comprising an electric voltage generator and an applicator element provided with two electrodes (1, 2) connected to the generator, designed to apply to a part (3) arranged between the electrodes and requiring to be heated an electric field generated by said electric voltage. The heating device comprises means for adapting the applied voltage to a specific portion of the part to the geometrical co-ordinates of said part to be heated. The heating device comprises means for distributing the electromagnetic field in the longitudinal direction of the part transversely both for the electric field and the electromagnetic field.

Description

Dispositif de chauffage haute fréquence. High frequency heating device.
La présente invention concerne le domaine des appareils de chauffage diélectrique capables d'apporter de l'énergie à un matériau que l'on veut chauffer et éventuellement polymériser. On utilise notamment de tels appareils pour la polymérisation de résines thermodurcissables en plaçant une pièce en résine entre les électrodes d'un condensateur et en appliquant une tension haute fréquence, d'amplitude suffisante.The present invention relates to the field of dielectric heaters capable of providing energy to a material which is to be heated and possibly polymerized. Such devices are used in particular for the polymerization of thermosetting resins by placing a piece of resin between the electrodes of a capacitor and by applying a high frequency voltage of sufficient amplitude.
On connaît dans l'art antérieur des générateurs haute fréquence dont la puissance atteint plusieurs kW. Ces générateurs fonctionnent à des fréquences autorisées par les règlements. Pour laThere are known in the prior art high frequency generators whose power reaches several kW. These generators operate at frequencies authorized by regulations. For the
France, on utilise en général les bandes de 13,56 MHz et de 27,12 MHz. L'énergie par unité de volume Pa apportée au matériau ou absorbée par celui-ci est proportionnelle au carré du champ électrique E auquel il est soumis, à un coefficient ε" qui mesure des pertes diélectriques et à la fréquence ou à la pulsation ω du champ électrique. On a donc la relation suivante :France, the 13.56 MHz and 27.12 MHz bands are generally used. The energy per unit of volume Pa supplied to the material or absorbed by it is proportional to the square of the electric field E to which it is subjected, to a coefficient ε "which measures dielectric losses and at the frequency or the pulsation ω of the electric field. So we have the following relation:
Pa = ε" . E2 . ω , E étant défini en Nolt/m. Cette énergie Pa élève la température du matériau. Pour un temps donné Δt, un élément de masse volumique p et de capacité calorifique Cp, l'élévation de température ΔT est donnée par la relation suivante :Pa = ε ". E 2. Ω, E being defined in Nolt / m. This energy Pa raises the temperature of the material. For a given time Δt, an element of density p and calorific capacity Cp, the temperature rise ΔT is given by the following relation:
ΔT = Pa.Δt.Cp"1. p"1. Cette relation s'applique jusqu'au déclenchement de la réaction de polymérisation. Dès que la polymérisation se déclenche, l'élévation de température s'accélère, la polymérisation étant une réaction chimique exothermique. Cette accélération de l'élévation de température est d'autant plus importante que la pièce est massive. Si on veut que la pièce se polymérise de façon homogène et éviter que les contraintes mécaniques qui naissent au cours de polymérisation se révèlent après refroidissement comme des points fragiles ou des points d'initiation à leur rupture à l'effort, il faut régler le champ électrique qui règne dans le matériau avec soin. Ceci est d'autant plus difficile que la pièce à réaliser est grande et que son épaisseur varie puisque le champ électrique s'exprime fondamentalement par la tension entre les électrodes du condensateur que divise la distance entre les électrodes ou l'épaisseur de la pièce.ΔT = Pa.Δt.Cp "1. P " 1 . This relationship applies until the initiation of the polymerization reaction. As soon as the polymerization starts, the temperature rise accelerates, the polymerization being a chemical reaction exothermic. This acceleration of the rise in temperature is all the more important as the part is massive. If we want the part to polymerize in a homogeneous way and to avoid that the mechanical stresses which arise during polymerization are revealed after cooling as fragile points or points of initiation to their rupture with the effort, it is necessary to regulate the field electric which reigns in the material with care. This is all the more difficult as the part to be produced is large and its thickness varies since the electric field is expressed basically by the voltage between the electrodes of the capacitor divided by the distance between the electrodes or the thickness of the part.
Dans un appareil ordinaire, dont les électrodes épousent la forme de la pièce, la tension entre les électrodes est constante. Si l'on veut, par exemple, polymériser des pièces de longueur importante par rapport à leur épaisseur et dont l'épaisseur au centre est le double de celle des extrémités, le champ électrique au centre de la pièce est deux fois plus faible qu'aux extrémités. La puissance locale qui est proportionnelle au carré du champ électrique sera donc quatre fois plus faible au centre qu'aux extrémités. Les extrémités de la pièce atteignent rapidement la température de polymérisation. Au contraire, pour obtenir une bonne polymérisation au centre de la pièce, il faut chauffer les extrémités jusqu'à une température qui peut dépasser ce que peut supporter le matériau.In an ordinary device, whose electrodes match the shape of the part, the voltage between the electrodes is constant. If we want, for example, to polymerize pieces of considerable length compared to their thickness and whose thickness in the center is twice that of the ends, the electric field in the center of the piece is twice weaker than at the extremities. The local power which is proportional to the square of the electric field will therefore be four times lower in the center than at the ends. The ends of the part quickly reach the polymerization temperature. On the contrary, to obtain a good polymerization in the center of the part, the ends must be heated to a temperature which can exceed what the material can withstand.
Le brevet français 96 10 848 décrit un appareil de chauffage comprenant un élément d'application pourvu de deux électrodes reliées à un générateur, et destiné à appliquer à une pièce devant être chauffée un champ électrique créé par la tension électrique qui est adaptée aux coordonnées géométriques de ladite portion de la pièce chauffée. On peut ainsi faire varier la tension locale en fonction de l'épaisseur de la pièce, obtenir une réaction de polymérisation simultanée de toute la pièce et améliorer les caractéristiques mécaniques de la pièce ainsi obtenue.French patent 96 10 848 describes a heating device comprising an applicator element provided with two electrodes connected to a generator, and intended to apply to a part to be heated an electric field created by the electric voltage which is adapted to the geometric coordinates of said portion of the heated room. It is thus possible to vary the local voltage as a function of the thickness of the part, to obtain a simultaneous polymerization reaction of the whole part and to improve the mechanical characteristics of the part thus obtained.
Toutefois, on s'est aperçu que les résultats obtenus ne correspondaient pas toujours aux calculs de modélisation, notamment à ceux concernant le champ électromagnétique. Il peut en résulter une dégradation de la qualité de la polymérisation de la pièce.However, we realized that the results obtained did not always correspond to the modeling calculations, in particular to those concerning the electromagnetic field. This may result in a degradation of the quality of the polymerization of the part.
L'invention a pour objet de remédier aux inconvénients des appareils de l'art antérieur et de proposer un appareil capable d'effectuer un chauffage constant et prédéterminé. La présente invention a pour objet de proposer un appareil de chauffage haute fréquence fournissant un champ électromagnétique convenablement réparti dans la pièce à chauffer.The object of the invention is to remedy the drawbacks of the apparatuses of the prior art and to propose an apparatus capable of carrying out constant and predetermined heating. The object of the present invention is to provide a high-frequency heating device providing an electromagnetic field suitably distributed in the room to be heated.
Le dispositif de chauffage haute fréquence, selon l'invention, est du type comprenant un générateur de tension électrique et un élément d'application pourvu de deux électrodes reliées au générateur, destiné à appliquer à une pièce disposée entre les électrodes et devant être chauffée, un champ électrique créé par ladite tension électrique. Le dispositif de chauffage comprend des moyens pour adapter la tension appliquée à une portion donnée de la pièce aux coordonnées géométriques de ladite portion de la pièce à chauffer.The high-frequency heating device, according to the invention, is of the type comprising an electric voltage generator and an application element provided with two electrodes connected to the generator, intended to apply to a part placed between the electrodes and to be heated, an electric field created by said electric voltage. The heating device comprises means for adapting the voltage applied to a given portion of the part to the geometric coordinates of said portion of the part to be heated.
Le dispositif de chauffage comprend des moyens pour répartir le champ électromagnétique de façon transverse par rapport au sens de la pièce à la fois pour le champ électrique et pour le champ magnétique. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend des moyens pour répartir les courants de façon longitudinale.The heating device comprises means for distributing the electromagnetic field transversely with respect to the direction of the workpiece both for the electric field and for the magnetic field. In one embodiment of the invention, the device comprises means for distributing the currents longitudinally.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend des moyens pour que les tensions le long du périmètre des sections normales à l'axe de propagation soient en phase.In one embodiment of the invention, the device comprises means so that the tensions along the perimeter of the sections normal to the axis of propagation are in phase.
Avantageusement, le dispositif comprend une alimentation répartie en plusieurs lignes coaxiales dans un même plan normal à la propagation, lesdites lignes coaxiales étant reliées à une électrode centrale. L'alimentation peut comprendre quatre lignes. L'alimentation peut comprendre un répartiteur à lignes couplées.Advantageously, the device comprises a power supply distributed in several coaxial lines in the same plane normal to propagation, said coaxial lines being connected to a central electrode. The feed can include four lines. The power supply may include a distributor with coupled lines.
Dans un mode de réalisation de l'invention, les lignes joignant le répartiteur et les points d'alimentation d'une électrode sont de longueur égale. Dans un mode de réalisation de l'invention, les lignes sont couplées électriquement et magnétiquement à une ligne principale centrale dans le répartiteur.In one embodiment of the invention, the lines joining the distributor and the supply points of an electrode are of equal length. In one embodiment of the invention, the lines are electrically and magnetically coupled to a central main line in the distributor.
Les extrémités des lignes disposées dans le répartiteur peuvent être court-circuitées mutuellement. Avantageusement, le dispositif comprend au moins un groupe d'impédances de shunt réparties dans un plan normal à l'axe longitudinal de la pièce.The ends of the lines arranged in the distributor can be short-circuited mutually. Advantageously, the device comprises at least one group of shunt impedances distributed in a plane normal to the longitudinal axis of the part.
Le calcul de -la configuration du champ magnétique suppose que la répartition dudit champ magnétique dans le sens longitudinal de la pièce, soit une onde électromagnétique transverse à la fois pour le champ électrique et magnétique. Cette structure du champ électromagnétique est perturbée par tous les obstacles que constituent les changements de section de la pièce et les insertions d'éléments de fixation que l'élément d'application peut comporter. Compte tenu des dimensions de la pièce dans le sens de la longueur, qui sont généralement importantes par rapport à la longueur d'onde et surtout compte tenu du périmètre qui est également important par rapport à la longueur d'onde, les perturbations du champ électromagnétique par les obstacles ne sont plus localisées dans les plans où les obstacles sont présents, mais affectent des zones larges dans la cellule.The calculation of the configuration of the magnetic field supposes that the distribution of said magnetic field in the longitudinal direction of the part, is a transverse electromagnetic wave for both the electric and magnetic field. This structure of the electromagnetic field is disturbed by all the obstacles that constitute the changes in section of the part and the insertions of fixing elements that the application element can include. Considering the dimensions of the part in the direction of the length, which are generally important compared to the wavelength and especially taking into account the perimeter which is also important compared to the wavelength, the disturbances of the electromagnetic field by the obstacles are no longer located in the planes where the obstacles are present, but affect large areas in the cell.
En effet, lorsque la longueur de la pièce est importante par rapport à la longueur d'onde, les équations de Maxwell présentent de nombreuses solutions susceptibles de combinaisons linéaires entre elles. Dans le cas où les équations de Maxwell ne présentent qu'une solution, une perturbation reste localisée et conduit à revenir à ladite solution. Au contraire, lorsque les équations de Maxwell présentent de nombreuses solutions, une perturbation risque de conduire à une répartition du champ électromagnétique résultant d'une recombinaison linéaire différente des solutions à ces équations de Maxwell. Il s'ensuit que la cellule doit avoir une répartition de champ électromagnétique de type trans verse malgré la présence de ces obstacles.Indeed, when the length of the part is important compared to the wavelength, the Maxwell equations present numerous solutions susceptible of linear combinations between them. In the case where Maxwell's equations present only one solution, a perturbation remains localized and leads to return to said solution. On the contrary, when the Maxwell equations have many solutions, a disturbance risks leading to a distribution of the electromagnetic field resulting from a linear recombination different from the solutions to these Maxwell equations. It follows that the cell must have a transverse electromagnetic field distribution despite the presence of these obstacles.
Pour les mêmes raisons, il faut alimenter l'élément d'application en s'assurant que les courants imposés circulent selon une structure favorisant le mode de propagation transverse seulement. Or, la propagation transverse dans une structure coaxiale de longueur infinie, impose que les courants dans les parois soient parfaitement longitudinaux et que la répartition des tensions le long du périmètre des sections normales à l'axe de propagation donne des tensions en phase. Ces deux critères, de courants longitudinaux et d'égalité des phases des tensions le long des sections normales à l'axe de propagation, sont des conditions nécessaires et suffisantes.For the same reasons, it is necessary to supply the application element by ensuring that the imposed currents flow in a structure favoring the transverse propagation mode only. However, the transverse propagation in a coaxial structure of infinite length, requires that the currents in the walls are perfectly longitudinal and that the distribution of the tensions along the perimeter of the sections normal to the axis of propagation gives tensions in phase. These two criteria, of longitudinal currents and of phase equality of the voltages along the sections normal to the axis of propagation, are necessary and sufficient conditions.
La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement hmitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'une partie du dispositif de chauffage, selon l'art antérieur; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du même dispositif de chauffage; la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale d'une partie du dispositif de chauffage selon l'invention; la figure 4 est une variante de la figure 3; la figure 5 est une vue schématique en coupe axiale d'un répartiteur à lignes couplées; la figure 6 est une vue schématique en coupe transversale du répartiteur de la figure 5; et la figure 7 est une courbe montrant l'impédance en fonction de la fréquence d'après calcul, et d'après mesures effectuées sur des installations construites selon l'art antérieur et selon l'invention.The present invention will be better understood on studying the detailed description of some embodiments taken by way of examples which are in no way hmitative and illustrated by the appended drawings, in which: FIG. 1 is a diagrammatic view in cross section of a part of the heating device according to the prior art; Figure 2 is a longitudinal sectional view of the same heating device; Figure 3 is a schematic cross-sectional view of part of the heating device according to the invention; Figure 4 is a variant of Figure 3; Figure 5 is a schematic view in axial section of a distributor with coupled lines; Figure 6 is a schematic cross-sectional view of the distributor of Figure 5; and FIG. 7 is a curve showing the impedance as a function of the frequency according to calculation, and according to measurements carried out on installations constructed according to the prior art and according to the invention.
Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, un appareil de chauffage comprend une électrode supérieure 1 et une électrode inférieure 2, entre lesquelles sont disposées deux pièces 3 à polymériser, par exemple en résine thermodurcissable. Les pièces 3 sont de forme allongée et les électrodes supérieure 1 et inférieure 2 sont de forme adaptée aux pièces 3. L'électrode inférieure 2 comprend trois séparateurs 4, en matériaux isolants, permettant de délimiter en largeur l'espace qu'on laisse aux pièces 3.As can be seen in Figures 1 and 2, a heater comprises an upper electrode 1 and a lower electrode 2, between which are arranged two parts 3 to be polymerized, for example of thermosetting resin. The parts 3 are of elongated shape and the upper 1 and lower 2 electrodes are of a shape adapted to the parts 3. The lower electrode 2 comprises three separators 4, made of insulating materials, making it possible to delimit in width the space which is left to the parts 3.
L'électrode inférieure 2 est alimentée par une ligne coaxiale 5 connectée au milieu de ladite électrode inférieure 2. Sur la figure 1, on a représenté en pointillés l'électrode supérieure 1 dans une position relevée par rapport à l'électrode inférieure 2 et servant au démoulage des pièces 3. L'électrode supérieure 1 est pourvue d'une coque supérieure 6 et l'électrode inférieure 2 est pourvue d'une coque inférieure 7. Les coques 6 et 7 étant prévues pour venir former une enceinte dans laquelle sont disposées les électrodes 1 et 2.The lower electrode 2 is supplied by a coaxial line 5 connected to the middle of said lower electrode 2. In Figure 1, there is shown in dotted lines the upper electrode 1 in a raised position relative to the lower electrode 2 and used for demolding the parts 3. The upper electrode 1 is provided with an upper shell 6 and l the lower electrode 2 is provided with a lower shell 7. The shells 6 and 7 being provided to form an enclosure in which the electrodes 1 and 2 are arranged.
Sur la figure 3, est illustré un appareil de chauffage et de polymérisation conforme à l'invention. Cet appareil comprend une alimentation à lignes couplées avec quatre lignes référencées 8 à 1 1.FIG. 3 shows a heating and polymerization device in accordance with the invention. This device comprises a power supply with lines coupled with four lines referenced 8 to 1 1.
Bien entendu, l'appareil comprend un générateur de tension, non représenté, capable de fournir une tension selon une fréquence de plusieurs dizaines de MHz aux électrodes supérieure 1 et inférieure 2 auxquelles il est relié. L'électrode inférieure 2 est supportée par une pluralité de colonnes isolantes 2a. Les pièces 3 qui peuvent être des lames de ressort ont une section qui varie dans le sens de la longueur et il est important que le champ électromagnétique appliqué corresponde à une répartition de tension en fonction de la longueur connue entre l'électrode inférieure 2 et l'électrode supérieure 1.Of course, the device comprises a voltage generator, not shown, capable of supplying a voltage at a frequency of several tens of MHz to the upper 1 and lower 2 electrodes to which it is connected. The lower electrode 2 is supported by a plurality of insulating columns 2a. The parts 3 which may be spring leaves have a section which varies lengthwise and it is important that the electromagnetic field applied corresponds to a voltage distribution as a function of the known length between the lower electrode 2 and l upper electrode 1.
Sur la figure 3, les séparateurs 4 sont représentés de largeur égale. Toutefois, on pourrait prévoir un séparateur central de largeur plus faible dans la mesure où il est soumis à des contraintes moindres que les séparateurs latéraux. Il en va de même si le dispositif de chauffage est prévu pour un nombre de pièces 3, supérieur à deux.In Figure 3, the separators 4 are shown of equal width. However, one could provide a central separator of smaller width insofar as it is subjected to lesser stresses than the lateral separators. The same applies if the heating device is designed for a number of parts 3, greater than two.
Le profil de tension en fonction de la longueur, peut être calculé cornrne il a été décrit dans le brevet français 96 10 848, dont le contenu est incorporé ci-après par référence.The tension profile as a function of the length can be calculated as described in French patent 96 10 848, the content of which is incorporated below by reference.
Or, le profil de tension est perturbé par la présence des colonnes 2a et par la forme anguleuse de la section des électrodes 1 etHowever, the voltage profile is disturbed by the presence of the columns 2a and by the angular shape of the section of the electrodes 1 and
2 et des coques 6 et 7 qui forment un blindage.2 and shells 6 and 7 which form a shield.
On s'est aperçu que si on alimente l'appareil par une alimentation unique, tel que les figures 1 et 2 l'indiquent, les courants associés rayonnent presque circulairement autour du point A où la ligne d'alimentation 5 est connectée à l'électrode 2. De ce fait, tous les points de l'électrode 2 situés dans un plan transversal contenant le point A ne sont pas au même potentiel. Le mode de propagation transverse est perturbé par cette alimentation.It has been observed that if the device is supplied with a single supply, as shown in FIGS. 1 and 2, the associated currents radiate almost circularly around point A where the supply line 5 is connected to the electrode 2. As a result, all points of electrode 2 located in a transverse plane containing point A are not at the same potential. The transverse propagation mode is disturbed by this supply.
On peut restaurer une distribution de champ électromagnétique purement transverse en répartissant l'alimentation de l'électrode centrale en quatre points, Aj, A2, A3 et A , comme illustré sur la figure 3. On s'assurera que les tensions d'alimentation aux points A, , A2, A3 et A4, sont bien en phase.A purely transverse electromagnetic field distribution can be restored by distributing the power supply to the central electrode at four points, A j , A 2 , A 3 and A, as illustrated in Figure 3. We will make sure that the voltages d 'supply at points A,, A 2 , A 3 and A 4 , are well in phase.
La figure 4 est une variante de la figure 3, où l'on répartit la tension dans le plan transversal au moyen d'impédances shunt référencées 12 à 15, réparties en des points B, , B2, B3 et B4 appartenant à une même section transversale de l'électrode 2.FIG. 4 is a variant of FIG. 3, where the voltage is distributed in the transverse plane by means of shunt impedances referenced 12 to 15, distributed at points B,, B 2 , B 3 and B 4 belonging to the same cross section of the electrode 2.
Sur les figures 5 et 6, est représenté le câble coaxial circulaire servant à l'alimentation de l'appareil de chauffage. Sur une hauteur h prédéterminée, par rapport à un plan P, on dispose les quatre lignes 8 à 1 1 parallèlement à une ligne principale 16, toutes les lignes étant court-circuitées dans le même plan P. Les extrémités libres des lignes 8 à 11 sont reliées aux points d'alimentation A, , Aη, A3 et A4, voir figure 3. L'énergie électromagnétique qui provient du générateur induit dans les lignes 8 à 1 1 des courants et des tensions égaux. Les lignes 8 à 1 1 captent chacune une part de cette énergie par couplage électromagnétique. Par raison de symétrie, la même quantité d'énergie ressort de chacune des lignes 8 à 1 1, si les impédances de l'électrode centrale aux points A, , A2, A3 et A4 sont égales. La condition de phase d'alimentation revient à tester la valeur des impédances mesurées sur chacun des points A, , A , A3 et A4, pour que l'on puisse alors utiliser quatre câbles coaxiaux de liaison de longueur identique.In FIGS. 5 and 6, the circular coaxial cable used to supply the heating appliance is shown. On a predetermined height h, relative to a plane P, the four lines 8 to 11 are arranged parallel to a main line 16, all the lines being short-circuited in the same plane P. The free ends of lines 8 to 11 are connected to supply points A ,, A η , A 3 and A 4 , see figure 3. The electromagnetic energy which comes from the generator induced in lines 8 to 1 1 of currents and equal voltages. Lines 8 to 1 1 each capture a share of this energy by electromagnetic coupling. For reasons of symmetry, the same amount of energy emerges from each of the lines 8 to 1 1, if the impedances of the central electrode at points A,, A 2 , A 3 and A 4 are equal. The supply phase condition amounts to testing the value of the impedances measured at each of the points A,, A, A 3 and A 4 , so that four coaxial connection cables of identical length can then be used.
L'impédance totale présentée par ce répartiteur peut être préadaptée vis-à-vis du générateur, c'est-à-dire présenter une impédance voisine de celle du générateur pour qu'il y ait peu d'énergie réfléchie. Cela peut être réalisé par une variation du diamètre de la ligne coaxiale principale 16 du répartiteur, dont l'extrémité 17 est de diamètre réduit, ou par tous autres moyens connus. Le mode de réalisation exposé ici comprend quatre lignes d'alimentation. Toutefois, on pourrait prévoir un appareil de chauffage pourvu d'un nombre différent de lignes, par exemple deux, six, huit, etc.The total impedance presented by this distributor can be pre-adapted with respect to the generator, that is to say present an impedance close to that of the generator so that there is little reflected energy. This can be achieved by varying the diameter of the main coaxial line 16 of the distributor, the end 17 of which is of reduced diameter, or by any other known means. The embodiment exposed here comprises four lines Power. However, a heater could be provided with a different number of lines, for example two, six, eight, etc.
Sur la figure 7, on peut comparer les impédances d'entrée de l'appareil en fonction du type d'alimentation, et ce afin de montrer l'avantage offert par l'alimentation distribuée à quatre lignes réparties. Ces mesures sont réalisées par un analyseur de réseau dans un domaine de fréquences assez large. Les mesures d'impédances complexes à l'entrée d'un circuit électrique reflètent les courants circulant dans le circuit, parce qu'une impédance complexe définit le rapport de la tension complexe sur le courant complexe.In FIG. 7, the input impedances of the device can be compared as a function of the type of supply, in order to show the advantage offered by the supply distributed to four distributed lines. These measurements are carried out by a network analyzer in a fairly wide frequency domain. Complex impedance measurements at the input of an electrical circuit reflect the currents flowing in the circuit, because a complex impedance defines the ratio of the complex voltage to the complex current.
Pour un outil de 1 ,6 m de longueur, nous avons mesuré l'impédance complexe lorsqu'il est alimenté par une alimentation unique centrale comme on le ferait habituellement. La cellule est en circuit ouvert à ses extrémités, cette impédance complexe varie en fonction de la fréquence. La partie imaginaire de l'impédance complexe présente un pôle à 20 MHz. Le calcul de celle-ci en fonction des paramètres du schéma électrique équivalent de l'appareil déterminés en supposant que la cellule fonctionne en mode transverse pur, est indiqué sur la figure 7 par le signe "+". On voit que les mesures ne coïncident pas avec le calcul. Le pôle apparaît à 38 MHz.For a tool 1.6 m long, we measured the complex impedance when it is powered by a single central power supply as we usually would. The cell is in open circuit at its ends, this complex impedance varies according to the frequency. The imaginary part of the complex impedance has a pole at 20 MHz. The calculation of the latter as a function of the parameters of the equivalent electrical diagram of the apparatus determined by assuming that the cell operates in pure transverse mode, is indicated in FIG. 7 by the sign "+". We see that the measurements do not coincide with the calculation. The pole appears at 38 MHz.
A la fréquence de travail de 27, 12 MHz, l'impédance calculée est une inductance, alors que l'impédance complexe mesurée avec une seule alimentation est une capacité. Les courants réels dans la cellule ne sont donc pas ceux que l'on calcule en supposant une propagation transverse.At the working frequency of 27.12 MHz, the calculated impedance is an inductance, while the complex impedance measured with a single supply is a capacitance. The actual currents in the cell are therefore not those that are calculated assuming a transverse propagation.
Si on alimente la cellule avec une alimentation répartie à deux branches latérales, la mesure de l'impédance complexe d'entrée a une partie imaginaire qui s'approche des points de calcul. Si on alimente la cellule avec une alimentation à quatre branches réparties, la partie imaginaire de l'impédance complexe est alors comparable au modèle.If the cell is supplied with a supply distributed with two lateral branches, the measurement of the complex input impedance has an imaginary part which approaches the calculation points. If the cell is supplied with a power supply with four distributed branches, the imaginary part of the complex impedance is then comparable to the model.
Grâce à l'invention, on dispose d'un appareil de chauffage et de polymérisation adapté à des pièces de longueur importante et de section variable et permettant une modélisation fine du champ électromagnétique et donc de la quantité de chaleur apportée à une portion localisée de la pièce.Thanks to the invention, there is a heating and polymerization device suitable for parts of large length and variable section and allowing fine modeling of the field. electromagnetic and therefore the amount of heat supplied to a localized portion of the room.
Bien entendu, cet appareil peut être adapté à des pièces de formes très différentes. Cet appareil permet d'améliorer de façon significative la qualité des pièces ainsi traitées. Of course, this device can be adapted to parts of very different shapes. This device makes it possible to significantly improve the quality of the parts thus treated.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de chauffage haute fréquence, du type comprenant un générateur de tension électrique et un élément d'application pourvu de deux électrodes (1, 2) reliées au générateur, destiné à appliquer à une pièce (3) disposée entre les électrodes et devant être chauffée un champ électrique créé par ladite tension électrique, le dispositif de chauffage comprenant des moyens pour adapter la tension appliquée à une portion donnée de la pièce aux coordonnées géométriques de ladite portion de la pièce à chauffer, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour répartir le champ électromagnétique de façon transverse par rapport au sens de la pièce à la fois pour le champ électrique et pour le champ magnétique.1. High frequency heating device, of the type comprising an electric voltage generator and an applicator element provided with two electrodes (1, 2) connected to the generator, intended to apply to a part (3) disposed between the electrodes and in front being heated an electric field created by said electric voltage, the heating device comprising means for adapting the voltage applied to a given portion of the part to the geometric coordinates of said portion of the part to be heated, characterized in that it comprises means for distributing the electromagnetic field transversely relative to the direction of the part both for the electric field and for the magnetic field.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour répartir les courants de façon longitudinale. 2. Device according to claim 1, characterized in that it comprises means for distributing the currents longitudinally.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour que les tensions le long du périmètre des sections normales à l'axe de propagation soient en phase.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises means so that the tensions along the perimeter of the sections normal to the axis of propagation are in phase.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une alimentation répartie en plusieurs lignes coaxiales (8 à 1 1) dans un même plan normal à la propagation, lesdites lignes coaxiales étant reliées à une électrode centrale (16).4. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a power supply distributed in several coaxial lines (8 to 1 1) in the same plane normal to propagation, said coaxial lines being connected to an electrode central (16).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'alimentation comprend quatre lignes.5. Device according to claim 4, characterized in that the supply comprises four lines.
6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que l'alimentation comprend un répartiteur à lignes couplées.6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that the supply comprises a distributor with coupled lines.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les lignes joignant le répartiteur et des points d'alimentation d'une électrode sont de longueur égale.7. Device according to claim 6, characterized in that the lines joining the distributor and the supply points of an electrode are of equal length.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait que les lignes sont couplées électriquement et magnétiquement à une ligne principale centrale dans le répartiteur.8. Device according to any one of claims 6 or 7, characterized in that the lines are electrically coupled and magnetically to a central main line in the distributor.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que les extrémités des lignes disposées dans le répartiteur sont court-circuitées mutuellement.9. Device according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the ends of the lines arranged in the distributor are short-circuited mutually.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un groupe d'impédances de shunt réparties dans un plan normal à l'axe longitudinal de la pièce. 10. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one group of shunt impedances distributed in a plane normal to the longitudinal axis of the part.
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