Brevet FR2684448A1 — publié le 19930604

CAPTEUR DE COURANT, PROCEDE ET DISPOSITIF POUR SA REALISATION La présente invention concerne les capteurs de courant pour la mesure de courants électriques alternatifs. Un capteur de courant électrique alternatif comprend généralement un circuit magnétique sur lequel sont bobinés un circuit électrique secondaire à grand nombre de spires, et un circuit électrique primaire formé d'un petit nombre de spires, par exemple une seule spire. Généralement, le circuit magnétique est de forme annulaire, avec un passage central libre ; le circuit électrique secondaire à grand nombre de spires est bobiné de façon répartie sur toute la longueur de l'anneau ; le circuit électrique primaire est constitué d'un conducteur unique traversant le passage central du circuit magnétique en anneau. Le conducteur formant le circuit électrique primaire doit être muni de moyens de connexion, à ses deux extrémités, pour son raccordement à des conducteurs extérieurs conduisant le courant électrique à mesurer. Pour faciliter la connexion, on utilise le plus souvent un tel conducteur de forme plate, à section rectangulaire, dont les extrémités sont percées de trous de connexion pour le passage de vis de raccordement. Par le fait que le barreau conducteur formant le circuit électrique primaire est de section rectangulaire, et que le passage central de circuit magnétique est généralement de section circulaire, la section du barreau conducteur est alors sensiblement inférieure à la section du passage central de circuit magnétique. I1 en résulte qu'un tel transformateur de courant à circuit magnétique annulaire présente un encombrement non négligeable. Etant donné que de tels transformateurs de courant à circuit magnétique annulaire sont utilisés en nombre relativement important dans les circuits électroniques modernes de puissance, il y a un intérêt à réduire leur encombrement. La difficulté est alors non seulement de concevoir une structure d'encombrement plus réduit, mais en outre de concevoir les moyens de réalisation industrielle d'une telle structure. Ainsi, la présente invention a pour objet la production d'une nouvelle structure de transformateur de courant à circuit magnétique annulaire pour capteur de courant, qui présente un encombrement sensiblement réduit par rapport aux structures connues, et qui puisse être fabriquée industriellement. Le problème proposé par la présente invention est de réaliser une telle structure de transformateur de courant à circuit magnétique annulaire dans laquelle on utilise un barreau conducteur de primaire à section transversale sensiblement circulaire, pour occuper tout l'espace du passage central de circuit magnétique, le barreau conducteur étant soudé à chacune de ses extrémités à des moyens de connexion constitués de conducteurs plats facilitant la connexion aux conducteurs extérieurs. Le problème est alors de raccorder efficacement le barreau conducteur à ses conducteurs plats d'extrémité, en assurant un contact électrique de qualité et de surface suffisantes entre le barreau conducteur et les conducteurs plats d'extrémité. Une bonne connexion électrique est assurée par soudure. Toutefois, les méthodes de soudure les plus couramment utilisées consistent à échauffer la zone de soudure par apport extérieur d'énergie. Or, si l'on veut réaliser un capteur de faible dimension, les zones de soudure sont nécessairement très proches du circuit magnétique sur lequel est bobiné le circuit électrique secondaire. Il en résulte que la chaleur nécessaire pour la soudure conduit à une dégradation systématique du circuit électrique secondaire. Pour résoudre ces difficultés, la solution selon l'invention consiste à utiliser le soudage par ultrasons pour souder les conducteurs plats de connexion aux deux extrémités du barreau conducteur central à section circulaire, en modifiant la forme du barreau central et de l'un au moins des conducteurs plats d'extrémité pour permettre cette soudure par ultrasons. Pour cela, l'invention prévoit un capteur de courant à circuit magnétique annulaire, comprenant - un circuit magnétique en anneau fermé de profil sensiblement circulaire entourant un passage central axial, - un circuit électrique secondaire bobiné sur le circuit magnétique annulaire, - un circuit électrique primaire, comportant un barreau conducteur traversant ledit passage central du circuit magnétique annulaire, - des premiers moyens de connexion, ménagés à une première extrémité du barreau conducteur, sur un premier côté du passage central de circuit magnétique annulaire, - des seconds moyens de connexion ménagés à la seconde extrémité du barreau conducteur, sur le second côté du passage central de circuit magnétique annulaire selon l'invention - le barreau conducteur est plus long que la longueur du passage central de circuit magnétique, pour former une partie dépassante de longueur prédéterminée dépassant à l'extérieur du passage central de circuit magnétique, - les premiers moyens de connexion comprennent une première patte de connexion à deux branches, une première branche étant orientée perpendiculairement à l'axe I-I du passage central de circuit magnétique, étant positionnée au voisinage immédiat du circuit électrique secondaire, et étant soudée sur la face frontale de la première extrémité du barreau conducteur, une seconde branche étant percée d'un premier trou de connexion, - les seconds moyens de connexion comprennent une seconde patte à deux branches, une première branche étant orientée perpendiculairement à l'axe I-I du passage central de circuit magnétique, étant positionnée au voisinage immédiat du circuit électrique secondaire, et étant munie d'une partie coudée d'extrémité qui se développe à l'opposé du circuit magnétique annulaire et qui est conformée pour se plaquer sur la surface latérale de ladite partie dépassante de barreau conducteur à laquelle elle est soudée, la seconde branche de seconde patte de connexion étant munie d'un second trou de connexion. Le léger surcroit de longueur du barreau, pour réaliser la partie dépassante permettant la soudure par ultrasons, n'augmente pratiquement pas l'encombrement du capteur. En effet, cette partie dépassante peut avantageusement se trouver parallèle à la seconde branche de seconde patte coudée de connexion, et n'empêche pas le raccordement de la seconde patte coudée de connexion à un conducteur extérieur par une vis et un écrou. Pour la réalisation d'une telle structure de capteur, le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes a) prévoir un circuit magnétique annulaire sur lequel est bobiné un circuit électrique secondaire, b) souder la première branche d'une première patte de connexion sur la face d'extrémité de première extrémité d'un barreau conducteur de longueur suffisante pour comporter une partie dépassante, c) engager le barreau conducteur par sa seconde extrémité dans le passage central de circuit magnétique annulaire, jusqu'à appliquer la première branche de première patte de connexion contre le circuit magnétique bobiné et en laissant sortir la partie dépassante de barreau conducteur hors dudit passage central de circuit magnétique, d) appliquer la partie coudée d'extrémité de seconde patte de connexion contre la surface latérale de ladite partie dépassante de barreau conducteur, e) souder par ultrasons ladite partie coudée d'extrémité de seconde patte de connexion sur ladite surface latérale de partie dépassante de barreau conducteur. La mise en oeuvre de ce procédé nécessite de prévoir des outillages particuliers, comprenant - une enclume conformée pour s'engager sur la surface extérieure de la partie coudée d'extrémité de seconde patte coudée de connexion, et pour plaquer ladite partie coudée d'extrémité contre la surface latérale de partie dépassante de barreau conducteur, - une sonotrode, conformée pour s'appliquer sur la surface latérale de partie dépassante de barreau conducteur, - des moyens pour maintenir en appui la sonotrode et l'enclume contre respectivement la surface latérale de partie dépassante de barreau conducteur et contre la surface extérieure de partie coudée d'extrémité de seconde patte de connexion, - des moyens vibrants pour faire vibrer la sonotrode perpendiculairement à sa direction d'appui sur le barreau conducteur. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation particulier, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles - la figure 1 représente une coupe longitudinale d'un capteur de courant selon la présente invention - la figure 2 représente une coupe longitudinale du capteur de la figure 1, en cours de soudure de la seconde patte de connexion sur le barreau central conducteur ; et - la figure 3 est une vue éclatée en perspective illustrant l'étape de soudure de la seconde patte de connexion sur le barreau conducteur, après assemblage du barreau conducteur, de la première patte de connexion et du circuit magnétique bobiné. Comme le représentent les figures, un capteur de courant selon l'invention est un transformateur de courant à circuit magnétique annulaire, comprenant un circuit magnétique 1 en anneau fermé, de profil sensiblement circulaire, entourant un passage central 2 d'axe I-I et à section transversale sensiblement circulaire. Un circuit électrique secondaire 3 est bobiné sur le circuit magnétique annulaire 1. Le circuit électrique primaire comprend un barreau conducteur 4 traversant axialement ledit passage central 2 du circuit magnétique annulaire 1. La première extrémité 5 du barreau conducteur 4 est soudée à une première patte 6 coudée de connexion. La seconde extrémité 7 du barreau conducteur 4 est soudée à une seconde patte 8 coudée de connexion. Dans le capteur ainsi réalisé, la première patte 6 coudée de connexion est positionnée à une première extrémité du passage central 2 du circuit magnétique 1, tandis que la seconde patte 8 coudée de connexion est positionnée à la seconde extrémité dudit passage central 2. Les pattes 6 et 8 coudées de connexion sont des conducteurs électriques plats à section sensiblement rectangulaire, dont la section est appropriée pour la conduction du courant à mesurer. Cette section a sensiblement la même valeur que la section transversale du barreau conducteur 4. La première patte 6 coudée de connexion comporte deux branches, à savoir une première branche 9 et une seconde branche 10. La première branche 9 est orientée perpendiculairement à l'axe I-I du passage central 2 de circuit magnétique, et est disposée au voisinage immédiat du circuit magnétique 1 sur lequel est bobiné le circuit électrique secondaire 3, comme le représente la figure 1. Cette première branche 9 de patte 6 coudée de connexion est soudée sur la face frontale 11 de première extrémité 5 du barreau conducteur 4. La seconde branche 10 de patte 6 coudée de connexion est percée d'un premier trou de connexion 12. Ainsi, lorsque la première patte 6 coudée de connexion est en position, la première extrémité 5 du barreau conducteur 4 vient en affleurement de la première sortie du passage central 2 de circuit magnétique 1, comme le représente la figure 1, et peut être en appui contre l'isolant périphérique du circuit électrique secondaire 3. Le barreau conducteur 4 est choisi plus long que la longueur du passage central 2 de circuit magnétique, de façon à former une partie dépassante 13 de longueur prédéterminée, dépassant à l'extérieur du passage central 2 de circuit magnétique. Cette partie dépassante 13 de barreau conducteur 4, formant sa seconde extrémité 7, porte la seconde patte 8 coudée de connexion. La seconde patte 8 coudée de connexion comprend une première branche 14 et une seconde branche 15. Dans le capteur réalisé, la première branche 14 est orientée perpendiculairement à l'axe I-I du passage central 2 de circuit magnétique 1, et est positionnée au voisinage immédiat du circuit magnétique 1 sur lequel est bobiné le circuit électrique secondaire 3, comme le représente la figure 1. La première branche 14 se raccorde, à sa première extrémité, à la seconde branche 15, et comprend, à sa seconde extrémité, une partie coudée d'extrémité 16 se développant à l'opposé du circuit magnétique annulaire 1. La partie coudée d'extrémité 16 est conformée pour se plaquer sur la surface latérale 17 de la partie dépassante 13 de barreau conducteur 4, à laquelle elle est soudée. La seconde branche 15 de la seconde patte 8 coudée de connexion est munie d'un second trou de connexion 18, représenté sur la figure 3. La section transversale du barreau conducteur 4 est avantageusement sensiblement circulaire, et de diamètre seulement très peu inférieur au diamètre du passage central 2 de circuit magnétique 1 portant le circuit électrique secondaire 3 bobiné. Dans le mode de réalisation représenté, les pattes de connexion 6 et 8 sont coudées respectivement entre leurs premières branches et leurs secondes branches. Les secondes branches respectives 10 et 15 des pattes coudées 6 et 8 sont orientées sensiblement parallèlement à l'axe I-I du passage central 2 de circuit magnétique 1. Par exemple, le circuit électrique primaire peut ainsi prendre sensiblement une forme en S, comme le représente la figure 1. Pour assurer une bonne conduction de l'électricité, la partie coudée d'extrémité 16 de seconde patte 8 coudée de connexion est avantageusement en contact de la partie dépassante 13 de barreau conducteur 4 selon une surface au moins égale à la section transversale du barreau conducteur 4. Pour cela, la partie coudée d'extrémité 16 de seconde patte 8 de connexion est conformée en berceau, comme le représente la figure 3, pour être en contact avec la surface latérale 17 de partie dépassante 13 de barreau conducteur 4 selon sensiblement la moitié de sa circonférence. De préférence, le contact entre la partie coudée d'extrémité 16 et la partie dépassante 13 de barreau est réalisé sur toute la longueur de ladite partie dépassante 13 de barreau. Ainsi, la partie coudée d'extrémité 16 de seconde patte 8 de connexion est sensiblement de même longueur que la partie dépassante 13 de barreau conducteur, comme le représente la figure 1. La raison de la présence de la partie dépassante de barreau conducteur 4 et de la partie coudée d'extrémité 16 de seconde patte 8 coudée de connexion est de permettre l'assemblage de la seconde patte 8 coudée de connexion sur le barreau conducteur 4 par soudure par ultrasons. Pour la soudure par ultrasons, il faut en effet tenir en appui les deux pièces à souder, entre une sonotrode et une enclume, le plus près possible de la surface de soudure, et autoriser les mouvements vibratoires produits par la sonotrode parallèlement au plan de la surface de soudure. Une telle technique de soudure par ultrasons permet l'assemblage de la seconde patte 8 coudée de connexion sur le barreau conducteur 4 sans détériorer les qualités électriques du circuit magnétique 1 et du circuit électrique secondaire 3, malgré la très grande proximité de ces éléments et de la surface de soudure. En effet, la soudure par ultrasons n'échauffe que les seules surfaces de pièces en contact destinées à être soudées l'une à l'autre, l'échauffement des parties voisines du dispositif étant très réduit, voire inexistant. La réalisation d'un capteur selon l'invention s'effectue selon un procédé illustré sur les figures 2 et 3. Pour cela, on réalise séparément un circuit magnétique annulaire 1 sur lequel est bobiné un circuit électrique secondaire 3. On soude, par tout moyen de soudure traditionnel, la première branche 9 de première patte 6 coudée de connexion sur la face frontale 11 de première extrémité du barreau conducteur 4, ledit barreau conducteur 4 ayant une longueur suffisante pour comporter une partie dépassante 13. On engage le barreau conducteur 4 par sa seconde extrémité 7 dans le passage central 2 de circuit magnétique 1 annulaire, jusqu'à appliquer la première branche 9 de première patte 6 coudée de connexion contre le circuit magnétique 1 bobiné, en laissant sortir la partie dépassante 13 de barreau conducteur 4 hors dudit passage central 2. On applique ensuite la partie coudée d'extrémité 16 de seconde patte 8 coudée de connexion contre la surface latérale 17 de partie dépassante 13 de barreau conducteur 4, en appliquant la première branche 14 de ladite seconde patte 8 coudée de connexion contre le circuit magnétique 1 bobiné. On peut alors souder ladite partie coudée d'extrémité 16 de seconde patte 8 coudée sur ladite surface latérale 17 de partie dépassante 13 de barreau conducteur 4, par une étape de soudure par ultrasons. Au cours de cette étape de soudure par ultrasons, illustrée par la figure 2, une sonotrode 19 est appliquée contre la face latérale 20 de partie dépassante 13 de barreau conducteur 4 à l'opposé de la partie coudée d'extrémité 16 de seconde patte 8 coudée de connexion. Une enclume 21 est appliquée contre ladite partie coudée d'extrémité 16 de seconde patte 8 coudée de connexion à l'opposé de la partie dépassante 13 de barreau conducteur 4. Les vibrations de la sonotrode 19 sont générées selon une direction 22 sensiblement parallèle à l'axe I-I du passage central 2 de circuit magnétique 1. Comme le représentent les figures 2 et 3, l'enclume 21 est conformée pour s'engager sur la surface extérieure 23 de la partie coudée d'extrémité 16 de seconde patte 8 de connexion, et pour plaquer ladite partie coudée d'extrémité 16 contre la surface latérale 17 de partie dépassante 13 du barreau conducteur 4. Avantageusement, l'enclume 21 comprend une surface de contact 24 en berceau, pour se plaquer contre sensiblement toute la surface extérieure 23 de partie coudée d'extrémité 16 de seconde patte 8 de connexion, qui est elle-même en forme de portion de cylindre. La sonotrode 19 est conformée pour s'appliquer sur la face latérale 20 de partie dépassante 13 du barreau conducteur 4. De préférence, la sonotrode 19 comprend une surface de contact 25 en berceau pour se plaquer contre ladite face latérale 20 de partie dépassante 13 de barreau conducteur 4 selon une portion de cylindre. Des moyens, non représentés sur les figures, permettent d'appliquer et de maintenir en appui la sonotrode 19 et l'enclume 21 respectivement contre la face latérale 20 de partie dépassante 13 de barreau conducteur 4 et contre la surface extérieure 23 de la partie coudée d'extrémité 16 de seconde patte 8 de connexion. Des moyens vibrants permettent de faire vibrer la sonotrode 19 perpendiculairement à sa direction d'appui sur le barreau conducteur 4, dans le sens axial représenté par la flèche 22. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Capteur de courant à circuit magnétique annulaire, comprenant - un circuit magnétique (1) en anneau fermé de profil sensiblement circulaire entourant un passage central (2) axial, - un circuit électrique secondaire (3) bobiné sur le circuit magnétique annulaire (1), - un circuit électrique primaire, comportant un barreau conducteur (4) traversant ledit passage central (2) du circuit magnétique annulaire (1), - des premiers moyens de connexion (6), ménagés à une première extrémité (5) du barreau conducteur (4), sur un premier côté du passage central (2) de circuit magnétique annulaire (1), - des seconds moyens de connexion (8) ménagés à la seconde extrémité (7) du barreau conducteur (4), sur le second côté du passage central (2) de circuit magnétique annulaire (1), caractérisé en ce que - le barreau conducteur (4) est plus long que la longueur du passage central (2) de circuit magnétique (1), pour former une partie dépassante (13) de longueur prédéterminée dépassant à l'extérieur du passage central (2) de circuit magnétique (1), - les premiers moyens de connexion comprennent une première patte (6) de connexion à deux branches, une première branche (9) étant orientée perpendiculairement à l'axe I-I du passage central (2) de circuit magnétique (1), étant positionnée au voisinage immédiat du circuit électrique secondaire (3), et étant soudée sur la face frontale (11) de la première extrémité (5) du barreau conducteur (4), une seconde branche (10) étant percée d'un premier trou de connexion (12), - les seconds moyens de connexion comprennent une seconde patte (8) à deux branches, une première branche (14) étant orientée perpendiculairement à l'axe I-I du passage central (2) de circuit magnétique (1), étant positionnée au voisinage immédiat du circuit électrique secondaire (3), et étant munie d'une partie coudée d'extrémité (16) qui se développe à l'opposé du circuit magnétique annulaire (1) et qui est conformée pour se plaquer sur la surface latérale (17) de ladite partie dépassante (13) de barreau conducteur (4) à laquelle elle est soudée, la seconde branche (15) de seconde patte (8) de connexion étant munie d'un second trou de connexion (18). 2 - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section transversale du barreau conducteur (4) est sensiblement circulaire et de diamètre seulement très peu inférieur au diamètre du passage central (2) de circuit magnétique (1) portant le circuit électrique secondaire (3) bobiné. 3 - Capteur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite partie coudée d'extrémité (16) de seconde patte (8) de connexion est en contact de la partie dépassante (13) de barreau conducteur (4) selon une surface au moins égale à la section transversale dudit barreau conducteur (4). 4 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie coudée d'extrémité (16) de seconde patte (8) de connexion est sensiblement de même longueur que la partie dépassante (13) de barreau conducteur (4). 5 - Capteur selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la partie coudée d'extrémité (16) de seconde patte (8) de connexion est conformée en berceau pour être en contact avec la surface latérale (17) de partie dépassante (13) de barreau conducteur (4) selon sensiblement la moitié de sa circonférence. 6 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les pattes (8, 9) de connexion sont coudées respectivement entre leurs premières branches et leurs secondes branches, lesdites secondes branches (10, 15) étant orientées parallèlement à l'axe I-I du passage central (2). 7 - Procédé pour réaliser un capteur de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) prévoir un circuit magnétique annulaire (1) sur lequel est bobiné un circuit électrique secondaire (3), b) souder la première branche (9) d'une première patte (6) de connexion sur la face d'extrémité (11) de première extrémité (5) d'un barreau conducteur (4) de longueur suffisante pour comporter une partie dépassante (13), c) engager le barreau conducteur (4) par sa seconde extrémité (7) dans le passage central (2) de circuit magnétique (1) annulaire, jusqu'à appliquer la première branche (9) de première patte (6) de connexion contre le circuit magnétique (1) bobiné et en laissant sortir la partie dépassante (13) de barreau conducteur (4) hors dudit passage central (2) de circuit magnétique, d) appliquer la partie coudée d'extrémité (16) de seconde patte (8) de connexion contre la surface latérale (17) de ladite partie dépassante (13) de barreau conducteur (4), e) souder par ultrasons ladite partie coudée d'extrémité (16) de seconde patte (8) de connexion sur ladite surface latérale (17) de partie dépassante (13) de barreau conducteur (4). 8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de soudure par ultrasons est réalisée par une sonotrode (19) appliquée contre la face latérale (20) de partie dépassante (13) de barreau conducteur (4) à l'opposé de la partie coudée d'extrémité (16) de seconde patte (8) de connexion, une enclume (21) étant appliquée contre ladite partie coudée d'extrémité (16) de seconde patte (8) de connexion à l'opposé de la partie dépassante (13) de barreau conducteur (4), les vibrations de sonotrode étant générées selon une direction (22) sensiblement parallèle à l'axe I-I du passage central (2) de circuit magnétique (1). 9 - Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comprend - une enclume (21) conformée pour s'engager sur la surface extérieure (23) de la partie coudée d'extrémité (16) de seconde patte (8) de connexion, et pour plaquer ladite partie coudée d'extrémité (16) contre la surface latérale (17) de partie dépassante (13) de barreau conducteur (4), - une sonotrode (19), conformée pour s'appliquer sur la surface latérale (20) de partie dépassante (13) de barreau conducteur (4), - des moyens pour maintenir en appui la sonotrode (19) et l'enclume (21) respectivement contre la face latérale (20) de partie dépassante (13) de barreau conducteur (4) et contre la surface extérieure (23) de partie coudée d'extrémité (16) de seconde patte (8) de connexion, - des moyens vibrants pour faire vibrer la sonotrode (19) perpendiculairement à sa direction d'appui sur le barreau conducteur (4). 10 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que - l'enclume (21) comprend une surface de contact (24) en berceau pour se plaquer contre sensiblement toute la surface extérieure (23) de partie coudée d'extrémité (16) de seconde patte (8) de connexion en forme de portion de cylindre, - la sonotrode (19) comprend une surface de contact (25) en berceau pour se plaquer contre la face latérale (20) de partie dépassante (13) de barreau conducteur (4) selon une portion de cylindre.