Brevet FR2507811A1 — publié le 19821217

Capteur de courant sans fer à très grande plage de mesure. L'invention a pour objet un capteur de courant sans fer à très grande plage de mesure. Elle s'aplique plus particulièrement à la mesure industrielle des courants alternatifs pour une gamme très grande de courants. La mesure industrielle des courants alternatifs s'effectue généralement à l'aide de transformateurs de courant. Les transformateurs de courant sont bien connus : ils délivrent un courant secondaire proportionnel au courant primaire, avec une précision connue et peuvent fournir une puissance appréciable, mais ils ne peuvent pas couvrir une gamme de courants très grande dans de bonnes conditions ; la gamme est limitée d'une part par l'existence du courant magnétisant, qui limite-la valeur imférieure du courant mesurable, d'autre part par la saturation du circuit magnétique, qui limite la valeur supérieure du courant mesurable; leur volume et leur poids sont déterminés beaucoup plus par le courant à mesurer que par la puissance secondaire nécessaire. Par conséquent, il est difficile de réaliser des transformateurs de courant économique capables de couvrir une grande gamme de courant.Les boucles de mesure de la différence de potentiel magnétique autour d'un conducteur parcouru par un courant sont également connues. Elles délivrent une tension proportionnelle à la dérivée du courant, et cette tension peut être utilisée pour divers traitements électroniques ou électroniques et électromécaniques. Cependant, les réalisations connues à ce jour sont le plus souvent des réalisations destinées à des mesures de laboratoire ou de plateforme d'essais : elles sont en général très précises et onéreuses. Les boucles de mesure utilisant le principe de Rogowski, telles que décrites dans le brevet français nO 1 478 330, ont une forme de boucle ou de tore mais présentent l'inconvénient d'être encombrantes et il est difficile d'en diminuer le rayon de courbure de manière à réaliser un capteur de faible dimension facilement utilisable sur un appareil. La présente invention a pour but de palier les inconvénients précédents et concerne des capteurs de courant mesurant la différence de potentiel magnétique engendrée par le passage d'un courant, délivrant une tension proportionnelle à la dérivée de ce courant, dans des conditions acceptables de précision pour une utilisation industrielle, c'est-à-dire de l'ordre de + 1 %, mais réalisés de façon économique. De cette façon, le calibre du capteur de mesure dépend uniquement de la section du conducteur traversant le capteur et aucunement du capteur lui-même. I1 est donc facile de réaliser des capteurs couvrant une grande plage. Suivant l'invention, le capteur comprend une succession de bobinages adjacents en fil conducteur dont les axes de symétrie sont disposés suivant un contour polygonal. Suivant l'invention, le procédé de fabrication du capteur comprend les opérations suivantes - fabrication en une seule opération d'une succession de bobinages rigides et adjacents, - pliage de façon que les axes de symétrie des bobinages forment un contour polygonal. D'autres particularités et avantages de l'invention apparateront clairement à la lumière de la description ci-après. Au dessin annexé La figure 1 représente une vue en perspective d'une succession de bobinages adjacents montés sur un mandrin, La figure 2 représente une vue en perspective d'un contour préférentiel donné à la succession de bobinages dans le but de constituer un capteur de courant, Les figures 3 et 4 représentent chacune une vue latérale d'une autre forme de contour à donner au capteur, La figure 5 représente une vue latérale d'un bobinage monté dans un boîtier à charnière, La figure 6 représente une vue latérale dtun capteur comportant dans sa partie centrale un bloc de cuivre, La figure 7 est une vue en coupe du même capteur montrant les fonctions de connexion et de fixation du bloc de cuivre Les figures 8 et 9 sont respectivement une vue en coupe et une vue latérale d'un capteur muni d'un blindage, et Les figures 10 et 11 sont deux vues en perspective de dispositifs de montage des capteurs. La figure 1 représente un ensemble de bobinages 3 de section carrée, obtenu par le procédé consistant à enrouler en une ou plusieurs couches et de façon jointive, un fil conducteur émaillé thermo-adhérent ou non sur un mandrin démontable 1 de section carrée ou rectangulaire et comportant sur une de ses faces des proéminences 2 permettant de réaliser en une seule opération de bobinage et sans couper le fil conducteur, une succession de bobinages à spires jointives dont les longueurs sont déterminées par les espacements entre les différentes proéminences. La succession de bobinages 3 est rendue rigide soit par imprégnation, dans le cas d'un fil conducteur non thermoadhérent, soit de manière préférentielle par un chauffage dans le cas de bobinages avec fil thermo-adhérent. Les bobinages ayant été rendus rigides, on démonte le mandrin et on plie le bobinage aux parties non jointives qui ont été ménagées par les proéminences de façon à donner au bobinage le contour de forme carrée ou rectangulaire que l'on désire, tel que représenté sur les figures 2 à 4. Un autre procédé de réalisation du capteur peut consister à utiliser une carcasse en matière plastique rectiligne, précassée ou pré-découpée, aux différents en-droits de pliage, à bobiner le fil émaillé sur la carcasse, à solidariser les spires entre elles par chauffage dans le cas d'un fil thermo-adhérent ou par imprégnation dans le cas d'un fil.non thermo-adhérent et enfin à plier de façon à former un carré ou un rectangle de dimension voulue, tel que représenté sur les figures 2 à 4. L'opération de solidarisation des spires par imprégnation ou par chauffage pouvant éventuellement être évitée, si la carcasse a une forme telle que les bobinages ne peuvent pas se défaire. Un autre procédé de réalisation du capteur peut consister à utiliser quatre carcasses distinctes en matière plastique, à bobiner simultanément le fil émaillé sur les quatre carcasses selon les procédés habituels de bobinage, et à former un carré ou un rectangle en disposant les bobines dans un boîtier. Le bobinage doit être réalisé régulièrement, de préférence avec un nombre pair de couches bobinées alternativement avec un pas de bobinage dans un sens et dans l'autre, pour neutraliser l'action des champs extérieurs. Par contre, si le nombre de couches est impair, les deux extrémités du bobinage sont ramenées du même côté par un fil disposé longitudinalement à l'intérieur de la bobine, comme représenté sur la figure 1, en pointillé. La figure 4 représente une autre forme de capteur constitué par deux bobinages parallèles. La figure 5 représente une forme de réalisation du capteur dans laquelle, après avoir réalisé le bobinage, le capteur est introduit dans un bottier 4 en matière plastique ou tout autre matériau adéquat obtenu par moulage, ou entouré par un surmoulage formant boîtier. Le boîtier ainsi formé pourra être articulé autour d'une charnière 7 constituée par un voile en matière plastique obtenu au moulage et situé à l'angle opposé des bornes de sortie ou connecteurs 5 et des moyens de verrouillage 6 permettant de refermer le capteur de façon à former un contour polygonal. La fermeture peut être obtenue par un verrouillage 6 à pression, réalisé par moulage ou par tout autre moyen équivalent. La charnière et le verrouillage permettant d'avoir un capteur qui puisse se monter sur une installation fixe sans avoir à toucher l'installation . Les extrémités du bobinage sont raccordées à des plages de sortie 5 constituées par des connecteurs à vis, ou à "fast-on", ou à souder, solidaires du bottier. Comme représenté sur la figure 6, la partie centrale du capteur peut être remplie par un bloc de cuivre 11 solidaire du bottier, pour assurer la connexion entre deux conducteurs plats du type à borne ou à cosse et pour permettre le montage du capteur entre ces deux conducteurs, comme on l'a représenté sur la figure 7. La figure 8 représente un capteur dont le bobinage a été entouré d'un blindage 8. Ce blindage permet de diminuer l'influence des courants extérieurs et de rendre le capteur moins sensible à la position du fil conducteur dont on veut mesurer le courant à l'intérieur du capteur. La figure 9 nous montre que le blindage n'est pas fermé sur lui-même de façon à éviter la saturation du métal le constituant. La figure 10 nous montre un exemple de réalisation du capteur dans lequel une barre conductrice 9 est immobilisée par moulage à l'intérieur du capteur. Cette barre 9 sert à conduire le courant à mesurer, et d'élément de montage du capteur, ainsi que d'élément de liaison entre deux appareils ou deux éléments conducteurs. Une autre forme de montage du capteur est représentée figure 11, où l'on peut voir un moulage 10 placé à l'intérieur du capteur permettant d'enfiler celui-ci sur le ou les fils conducteurs dont on veut mesurer le courant. I1 va de soi que les réalisations représentées et décrites ne sont que des exemples et que diverses modifications pourront être apportées sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Revendications de brevet. 1. Capteur de courant sans fer à très grande plage de mesure, caractérisé en ce qu'il comprend une succession de bobinages adjacents (3) en fil conducteur dont les axes de symétrie sont disposés suivant un contour polygonal. 2. Capteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits bobinages (3) sont logés dans un bottier (4) ayant des faces extérieures et des faces intérieures dont la forme générale suit un contour polygonal définissant une ouverture centrale et comportant une charnière (7) à un sommet, un moyen de verrouillage (6) à un sommet opposé dudit contour polygonal et des moyens de connexion (5) solidaires du bottier étant reliés auxdits bobinages. 3. Capteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits bobinages sont logés dans un bottier surmoulé ayant des faces extérieures et des faces intérieures dont la forme générale suit un contour polygonal définissant une ouverture centrale, des moyens de connexion (5) solidaires du bottier étant reliés auxdits bobinages. 4. Capteur de courant selon--la revendication 3, caractérisé par des moyens de montage (9, 10, 11) du capteur sur les conducteurs transportant le courant à mesurer, lesdits moyens étant logés dans ladite ouverture centrale et solidaires du bottier. 5. Capteur de courant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un blindage (8) constitué par une bande de métal épousant le contour extérieur du capteur. 6. Procédé de fabrication d'un capteur selon la revendication 1, caractérisé par les opérations suivantes - fabrication en une seule opération d'une succession de bobinages rigides et adjacents, - pliage de façon que les axes de symétrie des bobinages forment un contour polygonal. 7. Procédé de fabrication d'un capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fabrication de la succession de bobinages comprend les opérations suivantes - enroulement d'un fil conducteur thermo-adhérent ou non sur un mandrin démontable comportant des moyens permettant de réaliser une succession de bobinages rectilignes et adjacents, - rigidification de chaque bobinage de ladite succession par imprégnation du fil ou par chauffage du fil thermo adhérent, - démontage du mandrin. 8. Procédé de fabrication d'un capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fabrication de la succession de bobinages est obtenue par bobinage d'un fil conducteur sur une carcasse pré-découpée aux endroits de pliage.