Brevet FR2795825A1 — publié le 20010105

La présente invention concerne un capteur de courant inductif pour appareil électrique comportant un circuit magnétique de plusieurs spires entourant un conducteur dont le courant est à mesurer. On connaît différents types de capteurs de courant inductifs. Ils peuvent être utilisés dans des appareils électriques de puissance tels que des disjoncteurs, des relais de puissance ou des variateurs de vitesse. Certains types de capteurs, par exemple dans le brevet EP 0 815 456, prévoient que le conducteur dont il faut mesurer le courant forme un enroulement autour d'un circuit magnétique. Le champ magnétique créé dans ce circuit, lorsqu'un courant circule dans le conducteur, peut être mesuré par un élément détecteur situé dans un entrefer du circuit magnétique. Cependant, dans ce type de capteur, le conducteur principal doit être enroulé autour du circuit magnétique ce qui amène des problèmes de réalisation pratique dans certains cas, en particulier pour pouvoir insérer le bobinage. De plus, du fait de cet enroulement, un échauffement supplémentaire apparaît dans le conducteur. D'autres types de capteurs, par exemple dans les brevets EP 0 783 110, US 5 615 075 ou FR 2 737 922, prévoient un circuit magnétique qui entoure le conducteur dont il faut mesurer le courant. Dans ce type de capteur, le conducteur traverse le circuit magnétique sans s'enrouler autour et l'ensemble ne génère alors qu'une seule spire N. Le champ magnétique, créé lors du passage d'un courant primaire lp dans le conducteur, peut donc être faible, étant donné que la valeur du flux magnétique circulant dans le circuit magnétique est proportionnelle au produit N*lp. Il peut alors être difficile de détecter de faibles valeurs de courant Ip. L'invention a pour but d'obtenir une valeur du flux magnétique suffisamment importante sans pour autant avoir besoin de réaliser un enroulement du conducteur. On se prémunit ainsi des problèmes de réalisation liés à cet enroulement du conducteur ainsi que d'un éventuel échauffement du conducteur pour des fortes valeurs du courant Ip. L'invention a également pour but de réduire l'influence des perturbations magnétiques extérieures sur la mesure de courant réalisée. Selon l'invention, le circuit magnétique, réalisé avec un matériau de forte perméabilité tel qu'un matériau ferromagnétique, comporte un enroulement de plusieurs spires non jointives et est traversé par un conducteur parcouru par le courant électrique primaire Ip à mesurer. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à des modes de réalisation donnés à titre d'exemple et représentés par les dessins annexés sur lesquels : ' - la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un capteur de courant inductif conforme à l'invention. - la figure 2 montre, suivant ce même mode de réalisation, un élément détecteur de champ magnétique. - la figure 3 montre un autre mode de réalisation particulier dans lequel l'entrefer et l'élément détecteur sont logés à l'intérieur du circuit magnétique. Le capteur, représenté en figure 1, présente un circuit magnétique 20, réalisé à l'aide d'un matériau de forte perméabilité tel qu'un matériau ferromagnétique, qui comporte un enroulement 21 de plusieurs spires N non-jointives. Suivant un mode de réalisation avantageux tel que représenté en figure 1, cet enroulement 21 a une forme d'hélice cylindrique autour d'un axe X, l'ouverture centrale 11 créée par cet enroulement 21 étant traversée, selon une direction sensiblement parallèle à l'axe X, par un conducteur 10 parcouru par le courant primaire Ip à mesurer. Le nombre de spires N, nécessaire pour obtenir une valeur plus grande du flux magnétique, est donc obtenu par un enroulement du circuit magnétique et non plus par un enroulement du conducteur autour de ce circuit magnétique, ce qui présente l'avantage d'une diminution du coût de réalisation notamment si le conducteur est en cuivre. On se prémunit également par ce moyen d'un éventuel échauffement du conducteur pour des fortes valeurs du courant primaire Ip. Aux extrémités 22 et 23 de l'enroulement 21, le circuit magnétique 20 se prolonge respectivement avec des plaques 24 et 25, par exemple en forme de L, disposées en vis-à-vis l'une par rapport à l'autre de manière à créer un entrefer 26 de largeur E entre ces plaques. Le maintien de la largeur de l'entrefer 26 peut être assuré par l'insertion, entre les plaques 24 et 25, d'une pièce 27 faite d'un matériau isolant et de largeur E. Le conducteur 10 traverse l'ouverture centrale 11 de l'enroulement 21 du circuit magnétique 20 en étant maintenu par des moyens de retenue appropriés non décrits dans l'invention. Pour obtenir des mesures de courant reproductibles d'un appareil à l'autre, la réluctance de l'entrefer 26 doit être aussi constante que possible. Aussi, pour faciliter la fabrication d'un tel circuit magnétique, il est préférable de choisir une surface d'entrefer importante de façon à pouvoir réaliser cet entrefer avec une largeur E la plus grande possible et donc diminuer l'erreur relative provenant d'une éventuelle dispersion de cette largeur d'un appareil à l'autre. L'entrefer 26 est associé à un élément détecteur de champ magnétique. II est possible d'utiliser indifféremment, comme élément détecteur de champ magnétique, la bobine d'un circuit secondaire ou une sonde à effet Hall ou encore tout autre élément détecteur de champ magnétique. On a intégré dans la figure 2 un élément détecteur de champ magnétique 30 qui est, suivant le mode de réalisation présenté, un circuit secondaire 32 dont la bobine 31 est composée de plusieurs spires et entoure l'entrefer 26. Sur cette figure 2, lorsqu'un courant primaire Ip traverse le conducteur 10, il se crée dans l'enroulement 21 composé de N spires du circuit magnétique 20 un champ magnétique dont le flux B est proportionnel à N*lp. Sous l'effet de ce champ magnétique, il va se créer un courant électrique secondaire Is dans la bobine 31 du circuit secondaire 32, la valeur de ce courant secondaire Is étant proportionnelle à la valeur de la dérivée du flux magnétique B. On est donc à même par ce moyen de mesurer, à partir de la valeur du courant secondaire Is, la valeur du courant primaire Ip parcourant le conducteur 10. Selon un autre mode de réalisation représenté sur la figure 3, l'entrefer 26 et les plaques 24 et 25 du circuit magnétique 20, ainsi que l'élément détecteur de champ magnétique 30 non représenté sur la figure 3, sont logés dans l'ouverture centrale 11 créée par l'enroulement 21. Ce mode de réalisation présente comme avantage supplémentaire d'offrir une meilleure protection contre les perturbations magnétiques extérieures grâce à la présence de l'enroulement 21 autour de l'entrefer 26. Sans sortir du cadre de l'invention, il existe d'autres applications pouvant utiliser un circuit magnétique composé de plusieurs spires tel que décrit dans la présente invention, dans le but de réaliser notamment un détecteur de courant de court-circuit ou un déclencheur électromagnétique de protection contre les courants de court-circuit de type percuteur, magnétique à palette. REVENDICATIONS 1. Capteur de courant inductif pour appareil électrique comportant un circuit magnétique (20), réalisé avec un matériau de forte perméabilité tel qu'un matériau ferromagnétique, traversé par un conducteur (10) parcouru par un courant électrique primaire (1P) à mesurer, caractérisé par le fait que ce circuit magnétique (20) comporte un enroulement (21) de plusieurs spires non jointives entourant le conducteur (10). 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux extrémités du circuit magnétique (20) sont constituées par des plaques (24, 25) formant un entrefer (26) de largeur (E) fixe et sont associées à un élément détecteur de champ magnétique (30). 3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'élément détecteur de champ magnétique (30) est la bobine (31) d'un circuit secondaire (32). 4. Capteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'élément détecteur de champ magnétique (30) est une sonde à effet Hall. 5. Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'entrefer (26) du circuit magnétique (20) ainsi que l'élément détecteur de champ magnétique (30) sont logés à l'intérieur de l'ouverture centrale (11) créée par l'enroulement (21) du circuit magnétique pour diminuer l'influence des perturbations magnétiques extérieures.