Brevet FR2622017A1 — publié le 19890421

1. La présente invention concerne un dispositif capteur de courant électrique pour mesurer le courant passant dans un conducteur primaire et/ou pour produire une image de celui-ci, comportant au moins un circuit magnétique pour mesurer le courant passant dans un conducteur primaire et/ou pour produire une image de celui-ci, comportant au moins un circuit magnétique agencé pour pouvoir être couplé avec ledit conducteur primaire et présentant au moins un entrefer formé entre deux branches de ce circuit, au moins une bobine de mesure couplée avec ledit circuit magnétique et entourant ledit entrefer, un détecteur de champ magnétique disposé dans ledit entrefer, une source de courant et un circuit de commande associé à celle-ci ayant des bornes d'entrée reliées audit détecteur de champ magnétique et ayant des bornes de sortie connectées aux bornes d'un montage en série de la bobine de mesure et d'un dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant passant dans la bobine. De tels dispositifs capteurs servent à mesurer un courant primaire, le terme mesurer étant compris dans le sens le plus large qui englobe toutes les manières de produire une grandeur représentant une mesure du courant telle que la production d'une tension ou d'un courant qui suivent les valeurs instantanées du courant primaire. De même la production d'une image du courant primaire comprend toutes les formes d'affichage, d'enregistrement ou de mémorisation des valeurs du courant primaire. Bien entendu, la grandeur de mesure peut servir, selon les applications du présent dispositif, à la commande ou à l'actionnement d'autres dispositifs, par exemple dans des circuits de réglage ou d'asservissement. Le fonctionnement des dispositifs capteurs de ce type est basé sur le principe d'une compensation du flux magnétique 2. engendré par le courant primaire, par un flux créé par la bobine de mesure sous la commande du détecteur de champ magnétique. Le courant nécessaire dans la bobine de mesure pour réaliser cette compensation représente une mesure du courant primaire.- Les dispositifs capteurs de ce type s'avèrent être sensibles à l'influence de champs magnétiques extérieurs qui agissent notamment sur le détecteur de champ magnétique disposé dans l'entrefer. Il s'ensuit un risque de perturbation du fonctionnement du capteur et, dans certaines applications, une erreur importante dans la mesure du courant primaire. Pour remédier à cet inconvénient on a essayé depuis longtemps de réaliser un blindage sous différentes formes, par exemple en plaçant le dispositif dans un boîtier en un matériau magnétiquement perméable ou en plaçant un écran magnétique à proximité de la bobine. Il s'est toutefois avéré que la présence d'un tel blindage engendrait une distortion du champ, surtout au niveau de l'entrefer, et influençait par conséquent considérablement la mesure. Or, un éloignement du blindage est limité notamment par l'encombrement maximal donné pour le dispositif et pour des raisons économiques. Une solution partielle consiste à utiliser un circuit magnétique à deux entrefers et deux détecteurs de champ, de façon que les effets d'un champ magnétique extérieur sur les deux détecteurs se compensent. Il ne s'agit toutefois que d'un remède insuffisant étant donné la grande asymétrie des champs extérieurs qui se présentent dans certaines applications. L'invention a pour but de créer un dispositif capteur du type susmentionné dans lequel l'effet de champs magnétiques extérieurs est sensiblement réduit et dans lequel la précision de la mesure est très bonne dans une large gamme 3. de fréquences allant du courant continu jusqu'à des fréquences de plus de 100 kHz. A cet effet, le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'une pièce de blindage magnétique est disposée au voisinage de l'entrefer, à l'intérieur de la bobine de mesure, de façon à entourer la presque totalité du pourtour transversal des deux branches du circuit magnétique formant l'entrefer. Il s'est avéré, de façon surprenante, qu'un tel blindage magnétique disposé à l'intérieur de la bobine de mesure, tout en étant dimensionné de façon à protéger suffisamment le détecteur de champ magnétique des champs extérieurs, n'affecte pas le bon fonctionnement du dispositif et conduit même à une amélioration sensible de la précision de la mesure. Selon une forme d'exécution de l'invention, la pièce de blindage est isolée d'au moins une des branches du circuit magnétique par une couche d'un matériau amagnétique disposée entre cette pièce de blindage et ladite branche, de sorte que la pièce de blindage forme un shunt magnétique pour l'entrefer sans court-circuiter celui-ci. La pièce de blindage peut être constituée par une feuille d'une épaisseur très faible par rapport aux dimensions de la section transversale des branches formant l'entrefer et elle s'étend de préférence sur une longueur sensiblement égale à celle de la bobine de mesure dans laquelle est elle placée. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description donnée ci-après, d'un exemple de réalisation illustré dans le dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue d'un dispositif capteur selon l'invention, dans la direction du conducteur primaire, sans le ciruit électrique et le boîtier de ce dispositif, et 4. la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1. Le capteur représenté aux figures 1 et 2 comporte un circuit magnétique 1 de forme générale rectangulaire qui présente deux entrefers 2 et 3 situés dans des branches opposées du circuit. Un conducteur primaire 4, visible en section transversale à la figure 1, est destinée à passer à l'intérieur de ce circuit de manière à y produire un champ magnétique lorsqu'il est parcouru par un courant. Au niveau de chacun des entrefers 2 et 3, des bobines électriques de mesure 5 et 6 sont disposées sur les branches correspondantes du circuit, ces bobines étant connectées chacune, d'une façon non-représentée, à une source de courant associée à un circuit de commande, également nonreprésentés. Dans chacun des entrefers 2 et 3 est disposé un détecteur de champ magnétique 7, 8. Ces détecteurs peuvent être constitués par des sondes de Hall et sont connectés à des bornes d'entrée du circuit de commande associé à la source de courant. Un dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant, également non-représenté, est monté en série avec les bobines de mesure aux bornes de sortie dudit circuit de commande. L'agencement du dispositif est tel que la présence d'un champ dans les entrefers du circuit magnétique produit, par l'intermédiaire des détecteurs de champ et du circuit de commande, le passage d'un courant dans les bobines de mesure de façon à créer par ces bobines un champ de compensation conduisant à un champ total nul dans le circuit magnétique. Le courant nécessaire pour réaliser cette compensation des champs représente une mesure du courant passant dans le conducteur primaire. Les figures 1 et 2 montrent l'emplacement et la forme préférés de pièces de blindage 9 et 10 qui sont, dans cet exemple, constituées par une feuille d'un matériau de très bonne perméabilité magnétique, tel que le mumétal, pliée 5. autour de deux branches telles que 11, 12 formant l'un des entrefers du circuit magnétique. Une fente longitudinale 13, visible à la figure 2, est prévue entre les bords de cette feuille pliée pour éviter la formation d'un circuit électrique fermé dans le sens transversal des branches 11, 12 et les pertes qui en résulteraient. D'autre part, une isolation magnétique est prévue entre les surfaces latérales desdites branches du circuit magnétique et la feuille de blindage, de manière à ne pas court-circuiter magnétiquement l'entrefer tout en réalisant un certain couplage magnétique entre le circuit 1 et les pièces 9 et 10. Cette isolation est constituée, par exemple, par les carcasses 14, 15 des bobines de mesure, ces carcasses étant fabriquées en un matériau amagnétique tel qu'une matière plastique appropriée. Une feuille d'isolation et de protection mécanique 16 est par ailleurs disposée entre le blindage et le bobinage. Les pièces de blindage 9 et 10, dont l'épaisseur peut être très faible par rapport aux dimensions transversales du circuit magnétique let qui s'étendent, de préférence, sur une longueur sensiblement égale à celle des bobines dans lesquelles elles sont placées, constituent un écran magnétique protégeant les détecteurs de champ placés dans les entrefers, de l'influence de champs magnétiques extérieurs. Mais, alors que de tels écrans placés à l'extérieur des bobines de mesure conduiraient à une déformation du champ dans les entrefers du circuit magnétique, et par conséquent à des erreurs de mesure notables du dispositif, il s'avère de façon inattendue, que ces erreurs de mesure se trouvent au contraire sensiblement réduites par la disposition des pièces de blindage à l'intérieur des bobines de mesure. Apparemment, cet effet est la conséquence du couplage entre les pièces de blindage et les bobines de mesure, les pièces 9 et 10 participant par leur présente disposition au processus de compensation, du fait qu'une portion bien définie des flux magnétiques qui seraient engendrés par le courant primaire d'une part, 6. et par les courants dans les bobines de mesure d'autre part, passe dans ces pièces de blindage. Il s'avère, plus particulièrement, que l'erreur représentée par la différence entre l'intensité du courant primaire et l'intensité du courant de mesure multipliée par le nombre de spires des bobines, est non seulement extrêmement faible en courant continu et aux basses fréquences techniques, mais se trouve également considérablement diminuée aux fréquences plus élevées et ceci jusqu'à des fréquences dépassant les 100 kHz. On réalise ainsi un dispositif capteur dont la bande passante s'étend de 0 à plus de 100 kH;z. Cette qualité du présent dispositif capteur est d'une grande importance dans toutes les applications dans lesquelles des transitions rapides interviennent dans le courant primaire et o, par conséquent, le spectre de fréquences du courant primaire est riche en harmoniques. La précision avec laquelle le courant de mesure suit les variations du courant primaire jusq'aux variations les plus rapides, est primordiale par exemple, dans le cas d'un réglage ou d'un asservissement du courant primaire en fonction du courant de mesure. 7. REVENDICATIONS 1. Dispositif capteur de courant électrique pour mesurer le courant passant dans un conducteur primaire et/ou pour produire une image de celui-ci, comportant au moins un circuit magnétique agencé pour pouvoir être couplé avec ledit conducteur primaire et présentant au moins un entrefer formé entre deux branches de ce circuit, au moins une bobine de mesure couplée avec ledit circuit magnétique et entourant ledit entrefer, un détecteur de champ magnétique disposé dans ledit entrefer, une source de courant et un circuit de commande associé à celle-ci ayant des bornes d'entrée reliées audit détecteur de champ magnétique et ayant des bornes de sortie connectées aux bornes d'un montage en série de la bobine de mesure et d'un dispositif de mesure et/ou d'affichage du courant passant dans la bobine, caractérisé en ce qu'une pièce de blindage magnétique (9) est disposée au voisinage dudit entrefer (2), à l'intérieur de la bobine de mesure (5), de façon à entourer la presque totalité du pourtour transversal des deux branches du circuit magnétique (1) formant l'entrefer (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite pièce de blindage (9) est isolée d'au moins une desdites branches du circuit magnétique par une couche (14) d'un matériau amagnétique disposée entre ladite pièce de blindage (9) et ladite branche du circuit magnétique (1). 3. Dispositif selon l'une des revendications i ou 2, caractérisé en ce que ladite pièce de blindage (9) est constituée par au moins une feuille d'épaisseur très faible par rapport aux dimensions de la section transversale des branches du circuit magnétique (1) formant l'entrefer (2), et étant pliée autour de ces branches. 8. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite pièce de blindage (9) s'étend sur une longueur sensiblement égale à celle de la bobine de mesure (5) dans laquelle elle est placée.