Brevet FR2798470A1 — publié le 20010316

La présente invention concerne un capteur inductif pour la mesure d'un courant dans un conducteur, du type comportant un bobinage ayant la forme générale d'un anneau délimitant un passage pour ledit conducteur, lequel bobinage s'étend de manière homogène sur l'essentiel de la circonfé- rence de l'anneau à l'exception d'un tronçon o le bobinage présente une discontinuité structurelle. Pour mesurer le courant circulant dans un conducteur, il est connu de disposer autour de celui-ci une bobine à spires jointives refermée sur elle- même, constituant un anneau bobiné. Une telle bobine est connue sous le nom de bobine de Rogowski. Lors du passage d'un courant alternatif à l'intérieur du conducteur, une tension est induite aux bornes de la bobine. Cette tension est propor- tionnelle à la dérivée par rapport au temps de l'intensité du courant circulant dans le conducteur. Pour évaluer ce courant, les bornes de la bobine sont reliées à un circuit intégrateur connu en soi. Un tel capteur est couramment utilisé sur des barres d'entrée et/ou de sortie d'un transformateur triphasé. Dans les installations connues, un capteur est disposé sur chacune des quatre barres assurant l'alimentation triphasée. Chaque capteur com- porte un unique bobinage porté par un support amagnétique de section constante replié sur lui-même pour former un anneau. Le bobinage com- porte des spires régulièrement réparties autour du support amagnétique. Le support amagnétique présente une discontinuité fomée par une interruption délimitée entre ses extrémités repliées l'une vers l'autre. De même, le bobinage présente dans cette région du support annu- laire amagnétique une discontinuité structurelle, le nombre de spires y étant réduit. Généralement, la région d'interruption du support amagnétique est même dépourvue de spires. Cette région correspond aux extrémités du bo- binage, d'o partent des fils constituant les bornes du bobinage. Dans la région d'installation des capteurs, les barres d'alimentation triphasées sont généralement disposées côte à côte en étant alignées. Ain- si, chacun des capteurs est influencé par le courant circulant dans les barres voisines. En particulier, du fait de la présence d'une discontinuité dans la structure toroïdale du bobinage, suivant la position du capteur autour d'une barre et, notamment sa position par rapport aux barres voisines, la tension obtenue à ses bornes peut varier de manière significative, du fait de l'in- fluence des phases voisines circulant dans les barres adjacentes. Ainsi, de manière générale, la dissymétrie de la structure de la bo- bine confère une forte sensibilité du capteur au champ magnétique exté- rieur, cette sensibilité dépendant notamment de la position du capteur. L'invention a pour but de proposer un capteur inductif peu sensible au champ magnétique perturbateur provenant notamment de barres conductri- ces de courant disposées dans le voisinage immédiat. A cet effet, I'invention a pour objet un capteur inductif pour la mesure d'un courant dans un conducteur, du type précité, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bobinage complémentaire sensiblement identique, lesquels bobinages sont disposés coaxialement et sont orientés de sorte que les discontinuités structurelles des bobinages soient angulairement ré- gulièrement réparties autour de l'axe commun des bobinages, et en ce que lesdits bobinages sont reliés en série. Suivant des modes particuliers de réalisation, I'invention comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - il comporte deux bobinages disposés symétriquement par rapport à leur axe commun; - chaque bobinage est enroulé sur un noyau amagnétique conformé en anneau; - chaque bobinage comporte un nombre paire de couches de spires jointives superposées suivant la circonférence de l'anneau, les spires des couches d'une même paire de couches étant bobinées dans des sens oppo- sés; -les bobinages sont reçus dans un boîtier de protection; - ledit boîtier de protection délimite une chambre annulaire de récep- tion des bobinages, lesquels bobinages y sont enrobés dans une résine; et - chaque bobinage présente, suivant sa périphérie, deux tronçons rectilignes parallèles reliés l'un à l'autre par deux tronçons semicirculaires. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux des- sins sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un capteur inductif selon l'invention; - la figure 2 est une vue en élévation d'un bobinage avant mise en forme entrant dans la composition d'un bobinage torique du capteur selon l'invention; - les figures 3 et 4 sont des courbes de la réponse d'un capteur de l'état de la technique et d'un capteur selon l'invention en présence et en l'ab- sence de champs perturbateurs. Le capteur selon l'invention, représenté sur la figure 1, comporte es- sentiellement deux bobines identiques 10, 12 assemblées coaxialement têtebêche à l'intérieur d'un boîtier de protection et de maintien 14. Chaque bobine comporte un support amagnétique ou noyau 18 formé d'une barre repliée sur elle-même pour délimiter un anneau. Les extrémités en regard du noyau sont séparées par un intervalle 20 de taille réduite par rapport à celle de la bobine. Dans l'ensemble de la description, le terme anneau désigne le volume engendré par le déplacement d'un contour fermé autour d'un axe, le dépla- cement du contour fermé s'effectuant suivant toute courbe génératrice. Un tel volume est parfois appelé abusivement tore. Sur l'essentiel de la longueur du noyau 18 de chaque bobine est en- roulé un ensemble de spires jointives constituant un bobinage 22. Les spires sont régulièrement espacées suivant la longueur du noyau. Chaque bobi- nage comporte par exemple 1065 spires. Le fil utilisé pour le bobinage a un diamètre de 0,25 mm. Chaque bobinage comporte avantageusement deux couches de spi- res bobinées en sens inverse réparties sur deux épaisseurs superposées. Les deux couches de spires ont le même nombre de spires. Aussi, les ex- trémités du bobinage, qui sont prolongées par des brins conducteurs, émer- gent du bobinage à une même extrémité du noyau. Sur la figure 2 est représenté le bobinage 22 disposé sur le noyau 18, avant mise en forme de la bobine. En effet, afin de réduire le coût de fabri- cation de chacune des bobines, celles-ci sont réalisées à partir d'une barre rectiligne réalisée en un matériau amagnétique et destinée à former le noyau 18. Autour de cette barre sont bobinées les deux couches de spires. La bo- bine ainsi formée subit ensuite une opération de formage par déformation plastique du noyau 18. Cette déformation plastique consiste à rabattre les deux extrémités libres du noyau l'une vers l'autre, donnant ainsi à la bobine une forme annulaire, comme représenté sur la figure 1. Dans l'exemple considéré, I'anneau présente deux faces principales rectilignes et parallèles 24, 25 reliées l'une à l'autre par des tronçons semi- cylindriques 26, 27. Les extrémités du noyau 18 sont disposées en vis-àvis sensiblement au milieu de la face 24 et délimitent l'intervalle 20. On conçoit qu'après mise en forme, le bobinage 22 de chaque bobine présente une discontinuité structurelle 28 dans la région de l'interruption 20. En particulier, cette région est essentiellement dépourvue de spires. Selon l'invention, le capteur comporte deux bobines identiques dispo- sées coaxialement l'une au-dessus de l'autre de sorte que les discontinuités structurelles 28 des bobinages soient disposées symétriquement par rapport à l'axe commun des bobines, comme représenté sur la figure 1. Les bobines ainsi disposées sont reliées en série et mises en place dans un logement annulaire du boîtier 14. Les fils reliant en série les deux bobines sont agen- cés comme représenté sur la figure 1. Les fils de liaison des deux bobines sont disposés le long des bobines sur leur périphérie extérieure dans le plan de jonction des deux bobines po- sées l'une sur l'autre. Le boîtier 14 est réalisé en matière plastique par moulage. Il comporte un fond 30 de forme oblongue bordé extérieurement par une jupe 32 s'éten- dant perpendiculairement au fond. A l'intérieur, est prévue une jupe interne 34 s'étendant parallèlement à la jupe externe 32. Elles délimitent entre elles un logement annulaire 36 de réception des bobines 10 et 12. La hauteur des jupes 30, 34 est sensiblement égale au double de la hauteur d'une bobine , 12. La jupe interne 34 délimite en outre intérieurement un conduit oblong 38 pour le passage d'une tige conductrice. De manière générale, le conduit a une forme correspondante à la section de la tige utilisée. Le fond 30 présente une saillie 40 formant une rampe s'étendant sui- vant la longueur du boîtier. Celle-ci s'achève par un épaulement 42 d'o dé- bouche perpendiculairement une gaine 44 pour le passage des deux fils de liaison des bobines 10, 12 montées en série. Pour l'assemblage du capteur, les deux bobines 10, 12 sont dispo- sées à l'intérieur du logement annulaire 36. Une résine d'encapsulage telle qu'une résine polyuréthane est coulée dans le boîtier autour des bobines. Ainsi, les bobinages 22 des bobines sont noyées dans la résine d'encapsu- lage, ce qui assure une protection des bobines vis-à-vis des contraintes mé- caniques et thermiques et renforce les connexions des fils conducteurs. La présence dans le capteur de deux bobines dont les discontinuités structurelles des bobinages sont réparties de part et d'autre de l'axe des bo- bines permet de diminuer l'influence de ces discontinuités structurelles sur le signal mesuré, en présence de champs extérieurs perturbateurs. Sur la figure 3 est représenté la réponse d'un capteur de l'état de la technique en fonction de sa position par rapport à un champ magnétique perturbateur. Ce capteur présente une forme annulaire et est constitué d'une unique bobine telle que représentée sur la figure 1. Ainsi, ce capteur est identique au capteur selon l'invention mais comporte une bobine et non deux. Les mesures ont été effectuées en l'absence d'un champ perturbateur et en présence d'un champ perturbateur, ceci pour deux positions distinctes du capteur. En l'absence de champ, les mesures sont représentées par des trian- gles. En présence du champ, dans une première position, la discontinuité structurelle du capteur est orientée vers le conducteur induisant le champ magnétique perturbateur. Les résultats des mesures sont représentés par des ronds. Dans l'autre position, dans laquelle la discontinuité structurelle est disposée à l'opposé du conducteur à l'origine du champ magnétique perturbateur, les résultats des mesures sont représentés par des carrés. On constate sur la figure 3 que les réponses du capteur pour les diffé- rentes intensités o des mesures ont été réalisées sont portées par des droites, dont le coefficient directeur correspond à la sensibilité du capteur. Lorsque les intensités augmentent, les droites ont tendance à diverger les unes des autres d'un écart substantiel dû à la présence du champ perturba- teur. Sur la figure 4, est représentée la réponse d'un capteur tel que repré- senté sur la figure 1, dans les mêmes conditions expérimentales. Les mê- mes symboles sont utilisés.On constate sur cette figure que les droites re- présentatives de la sensibilité du capteur, en l'absence et en présence de champ magnétique, sont très proches l'une de l'autre, ce qui montre une réduction de la sensibilité du capteur aux perturbations électromagnétiques 1 5 ambiantes. Dans le mode de réalisation envisagé sur la figure 1, le capteur com- porte deux bobines reliées en série. Toutefois, en variante, le capteur com- porte plus de deux bobines, et notamment quatre bobines disposées coaxialement, chaque bobine présentant une discontinuité structurelle. Les discontinuités structurelles sont alors angulairement réparties régulièrement autour de l'axe des bobinages. Ainsi, les écarts angulaires mesurés depuis l'axe des bobinages coaxiaux séparant les discontinuités structurelles sont égaux. REVENDICATIONS 1.- Capteur inductif pour la mesure d'un courant dans un conducteur, du type comportant un bobinage (10) ayant la forme générale d'un anneau délimitant un passage pour ledit conducteur, lequel bobinage s'étend de manière homogène sur l'essentiel de la circonférence de l'anneau à l'excep- tion d'un tronçon (20) o le bobinage présente une discontinuité structurelle, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un bobinage complémentaire (12) sensiblement identique, lesquels bobinages (10, 12) sont disposés coaxia- lement et sont orientés de sorte que les discontinuités structurelles des bo- binages (10, 12) soient angulairement régulièrement réparties autour de l'axe commun des bobinages, et en ce que lesdits bobinages (10, 12) sont reliés en série. 2.- Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux bobinages (10, 12) disposés symétriquement par rapport à leur axe commun. 3.- Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que cha- que bobinage est enroulé sur un noyau amagnétique (18) conformé en an- neau. 4.- Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque bobinage (10, 12) comporte un nombre paire de couches de spires jointives superposées suivant la circonférence de l'an- neau, les spires des couches d'une même paire de couches étant bobinées dans des sens opposés. 5.- Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bobinages sont reçus dans un boîtier de protection (14). 6.- Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit boî- tier de protection (14) délimite une chambre annulaire (36) de réception des bobinages (10, 12), lesquels bobinages y sont enrobés dans une résine. 7.- Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque bobinage (10, 12) présente, suivant sa péri- phérie, deux tronçons rectilignes parallèles (24, 25) reliés l'un à l'autre par deux tronçons semi-circulaires (26, 27).