Brevet FR2647908A1 — publié le 19901207

*1 DISPOSITIF CAPTEUR DE COURANT ELECTRIQUE La présente invention concerne un dispositif capteur de courant électrique pour mesurer un courant passant dans au moins un conducteur primaire et/ou pour produire une image de ce courant, comportant au moins un circuit magnétique couplé avec ledit conducteur primaire et un dispositif de détection ou de mesure du flux magnétique dans ledit circuit, le conducteur primaire comportant plusieurs portions de conducteur essentiellement en forme de U, entourant chacune partiellement une section dudit circuit magnétique et étant agencées pour être connectées à un dispositif de connexion. Elle s'applique plus particulièrement à des capteurs de ce type qui comportent au moins un enroulement secondaire de mesure couplé avec le circuit magnétique et dans lesquels ce circuit magnétique présente au moins un entrefer muni d'un élément de détection de champs magnétiques, tel qu'une cellule de Hall. Dans de tels capteurs, l'enroulement de mesure est alimenté par un courant de mesure produisant un champ magnétique dans le sens oppose au champ engendré par le courant à mesurer passant dans le conducteur primaire, et la cellule de Hall fournit un signal correspondant à la différence entre ces deux champs. De préférence, le courant de mesure est asservi par ce signal de façon à amener cette différence à zéro, la valeur correspondante de ce courant fournissant ainsi ne mesure du courant dans le conducteur primaire. Un tel capteur est décrit, par exemple, dans la demande de brevet français No 8716882. La présente invention vise, en premier lieu, à fournir un dispositif capteur du type mentionné au début qui permet de simplifier la fabrication et, notamment, d'automatiser la fabrication en ce qui concerne la réalisation de l'enroulement primaire. L'invention vise, plus parti- culièrement, à fournir des unités de capteur qui, pour une BAD ORIGINAL même structure de base, peuvent être adaptées très simplement, lors de leur fabrication, à différentes gammes de courants à mesurer, ou encore à fournir des modules de capteur d'une structure identique pouvant être utilisés, par une adaptation correspondante du circuit d'utilisation extérieur, pour une gamme de courants à mesurer choisie parmi plusieurs gammes disponibles. A cet effet, le dispositif capteur selon l'invention est caractérisé en ce que ledit dispositif de connexion est choisi parmi plusieurs de ces dispositifs comportant chacun des éléments conducteurs disposés de façon à connecter certaines desdites portions de conducteur entre elles, de manière à former, avec lesdites portions de conducteur, au moir.s un enroulement primaire ayant un nombre de spires respectif choisi. Selon une forme d'exécution préférée, lesdites portions de conducteur ont essentiellement une forme en U et sont disposées sur le circuit magnétique à la façon d'un cavalier. Au moins un groupe de ces portions de conducteur peut être surmculé de façon à former une pièce adaptable sur ledit circuit magnétique ou sur un enroulement secondaire couplé avec le circuit magnétique. Les éléments conducteurs du dispositif de connexion peuvent comporter des éléments de pontage, disposés de façon à brancher au moins deux portions de conducteur en parallèle entre elles. Selon une forme d'exécution particulièrement avantageuse, le dispositif de connexion comprend un circuit imprimé, lesdites portions de conducteur en forme de U ayant des extrémités constituées par des picots agencés pour être connectés à ce circuit imprimé. Selon une forme d'exécution du dispositif capteur de l'invention, celuici forme une unité de capteur comprenant ledit dispositif de connexion, cette unité étant agencée pour pouvoir être connectée à un circuit extérieur BAD ORIGINAL comportant des bornes de connexion pour le courant primaire, pour l'alimentation du dispositif de détection ou de mesure et pour un circuit d'utilisation d'un signal de détection ou de mesure fourni par l'unité de capteur. Selon une autre forme d'exécution, le circuit magnétique, le dispositif de détection ou de mesure et lesdites portions de conducteur font partie d'un module capteur agencé pour pouvoir être connecté audit -dispositif de connexion, ce dispositif de connexion faisant partie d'un circuit d'alimentation et d'utilisation extérieur qui comporte des bornes de connexion pour le courant primaire, pour l'alimentation du dispositif de détection ou de mesure, et pour un circuit d'utilisation d'un signal fourni par le module capteur. D'autres particularités, avantages et buts de l'invention apparaîtront à la lumière de la description donnée ci-après, à titre d'exemple, de différentes formes de réalisation du présent dispositif capteur. Cette description se réfère au dessin annexé dans lequel la Fig. 1 est une vue en perspective, schématisée et partiellement éclatée d'une unité de capteur de courant selon l'invention, la Fig. 2 est une vue similaire à celle de la Fig. 1, mais inversée par rapport au circuit d'utilisation extérieur, d'un module de capteur selon l'invention, et les Figures 3, 4 et 5 sont des vues illustrant différentes façons de connecter les portions de conducteur primaire du présent dispositif. L'unité de capteur de la Fig. 1 comporte un circuit magnétique 1 de forme générale rectangulaire, qui présente un entrefer au milieu d'une de ses branches entourée par un enroulement de mesure non représenté, logé sur un corps de BAD ORIGINAL, bobine surmoulé, représenté par une pièce 2. Une ouverture 3 de cette pièce permet l'insertion d'une cellule de Hall dans l'entrefer du circuit magnétique. Des picots 4,5 pour la connexion de l'enroulement de mesure à un circuit imprimé 6 et des picots 7,8,9, pour la connexion de ce circuit imprimé à un circuit d'alimentation et d'utilisation extérieur, sont fixés dans la pièce 2. Le soudage de ces différents picots sur le circuit imprimé s'effectue aux endroits de perforations correspondantes 4',5',7', 8' et 9'. La cellule de Hall est connectée au circuit imprimé aux points indiqués par la référence 10. Un composant électronique monté sur le circuit imprimé 6 est représenté, à titre d'exemple, en 11. Les pistes conductrices du circuit imprimé n'ont, en revanche, pas été représentées, sauf en ce qui concerne la partie décrite ci-après. Ur. enroulement primaire de cette unité de capteur comporte des portions de conducteur telles que 12, en forme de U, entourant chacune, partiellement, c'est-àdire sur trois côtés, une section du circuit macnétique 1. Les extrémités de ces portions de conducteur sont constituées par des picots tels que 13, 14 agencés pour être soudés au circuit imprimé 6 en des points de connexion correspondants, tels cue 13',14'. La Fig. 1 montre un groupe de cinq portions de conducteur en forme de U, disposées parallèlement entre elles et surmoulées de façon à former une pièce 15, agencée de façon à s'adapter sur le circuit magnétique à la manière d'un cavalier. Les extrémités de cette pièce peuvent, en outre, être conçues pour maintenir ensemble le circuit magnétique 1 constitué par un empilement de tôles en forme de U. Dans cet empilement, deux tôles telles que 16,16' sont disposées dans chaque plan de telle façon que leurs extrémités respectives forment, d'un côté, l'entrefer du circuit magnétique et, de l'autre côté, un joint magnétique, les tôles superpcE as se recouvrant dans les plans respectifs entre des jonctions d'extrémité alternantes indiquées par 17 et 17'. BAD ORIGINAL Les spires de l'enroulement primaire sont fermés sur le circuit imprimé de cette unité de capteur au moyen d'éléments conducteurs disposés entre des points de connexion sélectionnés des différents picots. Ces éléments conducteurs sont, par exemple, constitués par des parties métallisées du circuit imprimé, reliant les points de connexion, telles que les parties 19,20 de la Fig. 1, ces parties pouvant être interrompues, comme la partie 20, selon la configuration souhaitée de l'enroulement. Ainsi, dans l'exemple de la Fig. 1, les éléments conducteurs restant intacts, relient les différentes portions de conducteur en forme de U, de façon à former, entre des picots de connexion extérieure 21,22, soudés au circuit imprimé er. 21',22', cinq spires d'enroulement primaire. Les Figures 3,4, et 5 montrent d'autres exemples de connexion des portions de conducteur en forme de U. L'enroulement formé selon la Fig. 3, dans lequel trois et deux portions en U sont respectivement connectées en parallèle entre elles, comporte deux spires, alors que l'exemple de la Fig. 4 représente une manière de former trois spires entre les mêmes picots de connexion extérieure 21,22. La Fig. 5 montre un autre exemple de réalisation de trois spires, selon lequel l'enroulement est formé entre le picot extrême 21 et le picot intermédiaire 14 qui, dans ce cas, servirait de picot de connexion extérieure, mais qui pourrait également être relié, par des éléments conducteurs prévus sur le circuit imprimé, au picot 22. Il va de soi que d'autres variantes sont possibles pour réaliser des enroulements primaires d'une, deux, trois ou quatre spires. Pour former un enroulement primaire à une seule spire, on connecte de préférence entre eux les cinq picots alignés respectivement, de part et d'autre, du circuit magnétique, les picots 21 et 22 servant, par exemple, pour la connexion extérieure. Les éléments conducteurs qui assurent la connexion entre les différentes portions de conducteur en forme de U sur le circuit imprimé, peuvent être constituées, selon une forme BAD ORIGINAL à d'exécution particulièrement avantageuse pour la fabrication automatisée, par des éléments de pontage et notamment des résistances de 0 Ohm en SMD, ces résis- tances étant posées entre des portions choisies de métallisations séparées respectives, reliées aux différents picots de l'enroulement. Comme l'illustre la Fig. 1, les picots de connexion extérieure sont plus longs que les picots tels que 4,5,13,14 etc. qui ne servent qu'à la liaison avec le circuit imprimé 6 et qui peuvent, par exemple, être coupés à la hauteur des soudures correspondantes. Les picots plus longs, à savoir 7,8,9,21,22, selcn la Fig. 1., permettent de ccnnecter l'unité de canteur à un circuit d'alimentation et d'utilisation extérieur, de fa; cn à réaliser un enserble, tel cue décrit par exemp!e dans le brevet susmentionr.n. La description de la structure et du fonctionnement d'un tel ensemble n'est pas répétée ici. On notera toutefois que le circuit extérieur au sens de la présente description est en général un circuit imprimé comportant notamment des bornes de connexion pour le courant primaire, pour l'alimentation du circuit de détection et de mesure de l'unité de capteur, par l'intermédiaire des picots 7,8, et pour un circuit d'utilisation du signal de mesure fourni par l'unité de capteur sur le picot 9. Il est à noter également que la pièce 15 peut, selon une autre forme d'exécution, être conçue pour être adaptable, à la façon d'un cavalier, sur l'enroulement secondaire de mesure afin d'assurer un meilleur couplage. La Fig. 2 illustre une forme d'exécution similaire à celle de la Fig. 1, selon laquelle un circuit magnétique 23, un enroulement secondaire de mesure disposé sur une pièce 24, une cellule de Eall disposée dans un logement 25, un circuit imprimé 26 et une pièce 27 en forme de cavalier adaptée sur le circuit magnétique et contenant des portions de conducteur en forme de U se terminant par des picots 28, sont réunis pour former un module de capteur dans lequel, BAD ORIGINAL contrairement au cas de l'unité selon la Fig. 1, les spires de l'enroulement primaire ne sont pas encore fermées. La fermeture des spires qui peut être réalisée selon une configuration analogue à celle mentionnée en rapport avec la Fig. 1, se fait sur une partie d'un circuit imprimé extérieur sur lequel le présent module est monté. Les picots 28, par exemple au nombre de dix, servent tous, dans ce cas, de picots de connexion extérieure pour permettre la réalisation de l'enroulement primaire souhaité. On notera que dans l'exemple de réalisation montré, les picots de connexion extérieure sont disposés du côté opposé au circuit imprimé 26 du module. Ainsi, un picot 29 est disposé dans le prolongement d'un picot 30, orienté du côté du circuit imprimé 26 pour la connexion interne à ce circuit et des picots de connexion extérieure non- visibles sont disposés, de façon analogue, respectivement dans le prolorngement de picots de connexion intérieure 31 et 32. Des picots 33 et 34 servent uniquement à la connexion de l'enroulement de mesure au circuit imprimé 26. Le fonctionnement d'un tel -module, une fois monté sur le circuit d'alimentation et d'utilisation extérieur, sur lequel l'utilisateur aura choisi et réalisé la configuration de l'enroulement primaire, est tout à fait analogue à celui de l'unité de la Fig. 1. Le dispositif de connexion pour les portions de conducteur primaire en forme de U, comprenant dans l'exemple de la Fig. 1 le circuit imprimé 6 et notamment la partie représentée aux FJgures 3 à 5, et, dans l'exemple de la Fig. 2, une partie similaire d'un circuit imprimé extérieur, peut être constitué par tout autre moyen approprié permettant de former, à partir desdites portions de conducteur, au moins un enroulement primaire ayant un nombre de spires choisi. En particulier, des éléments conducteurs peuvent être disposés sur un support séparé, par exemple sur une plaquette isolante, ou être noyés dans une matière isolante pour former une pièce de connexion indépendante du reste du circuit. BAD ORIGINAL Dans le cas représenté aux Figures 1 et 2, le nombre de spires peut être choisi entre un et cinq, ce qui permet pour le nombre d'ampères-tours donné du dispositif capteur, par exemple pour 25 ampères-tours (courant effectif) de choisir une gamme de courants à mesurer respective située entre 25 et 5 ampères effectifs. Bien entendu, le nombre de spires maximal de l'enroulement primaire peut être différent de 5 et, en outre, plus d'un enroulement primaire peut être prévu sur le circuit magnétique, par exemple pour réaliser une mesure différentielle de courants primaires. La présente conception de l'ernroulement primaire simplifie la réalisation automatique d'un tel enroulement, notamment lors de la fabrication d'unités de capteur telles cue décrites ci-dessus. Dans le cas de modules de capteur pour lesquels le circuit de fermeture des spires primaires fait partie du circuit extérieur de l'utilisateur, chaque type de module d'un calibre maximal donné offre à l'utilisateur la possibilité de choisir lui-même la gamre de mesure souhaitée. Cette conception conduit, bien entendu, à une simplification importante de la fabrication et de la distribution du produit sous l'une ou l'autre forme, tout en permettant d'ailleurs de disposer de capteurs qui, pour un calibre maximal donné, présentent dans la gamme de courants la plus petite, par exemple dans la gamme de 5 ampères, la même précision que dans la gamme la plus élevée, par exemple celle de 25 ampères, soit dans les deux cas par exemple une précision de 1%. If est' à noter également que la fabrication du circuit magnétique est facilitée par le fait qu'un seul enroulement fermé, l'enroulement secondaire, doit être placé sur ce circuit. La présente invention réalise ainsi des avantages considérables sur le plan de la 'fabrication en série de capteurs de courant du type mentionné et permet une grande flexibilité aussi bien sur le plan de la fabrication que de l'utilisation de ces capteurs. BAD ORIGINAL 2647908- REVENDICATIONS 1. Dispositif capteur de courant électrique pour mesurer un courant passant dans au moins un conducteur primaire (12) et/ou pour produire une image de ce courant, comportant au moins un circuit magnétique (1) couplé avec ledit conducteur primaire et un dispositif (6) de détection ou de mesure du flux magnétique dans ledit circuit, le conducteur primaire comportant plusieurs portions de conducteur (12) essentiellement en forme de U, entourant chacune partiellement une section dudit circuit magnétique (1) et étant agencées pour être connectées ' un dispositif de connexion (6), caractérise en ce que ledit dispositif de connexion est choisi parmi plusieurs de ces dispositifs comportant chacun des éléments conducteurs (19,20) disposés de façon à connecter certaines desdites portions de conducteur (12) entre elles, de manière à former, avec lesdites portions de conducteur, au moins un enroulement primaire ayant un nombre de spires respectif choisi. 2. Dispositif capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de connexion (6) comprend un circuit imprimé, lesdites portions de conducteur en forme de U (12) ayant des extrémités (13,14) constituées par des picots agencés pour être connectés à ce circuit imprimé. 3. Dispositif capteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins un groupe de portions de conducteur est surmoulé de façon à former une pièce (15) adaptable sur ledit circuit magnétique (1). 4. Dispositif capteur selon l'une des revendications 1 ou 2, comportant au moins un enroulement secondaire (sur 2) couplé avec ledit circuit magnétique (1), caractérisé en ce qu'au moins un groupe de portions de conducteur est BAD ORIGINAL surmoulé de façon à former une pièce adaptable sur ledit enroulement secondaire. 5. Dispositif capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits éléments conducteurs comportent des éléments de portage disposés (sur 20) de façon à brancher au moins deux portions de conducteur (12) en parallèle entre elles. 6. Dispositif capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il forme une unité de capteur (Fig.l) comprenant ledit dispositif de connexion (6), cette unité étant agencée pour pouvoir être connectée à un circuit extérieur comportant des bornes de connexion pour le courant primaire, pour l'alimentation du dispositif de détection ou de mesure et pour un circuit d'utilisation d'un signal de détection ou de mesure fourni par l'unité de capteur. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit magnétique, le dispositif de détection ou de mesure et lesdites portions de conducteur font partie d'un module capteur (Fig.2) agencé pour pouvoir être connecté audit dispositif de connexion, ce dispositif de connexion faisant partie d'un circuit d'alimentation et d'utilisation extérieur qui comporte en des bornes de connexion pour le courant primaire, pour l'alimentation du dispositif de détection ou de mesure et pour un circuit d'utilisation d'un signal fourni par le module capteur. BAD ORIGINAL