Brevet FR3055416A1 — publié le 20180302

CAPTEUR DE MESURE DE COURANT DE TYPE TORE DE ROGOWSKI, DISPOSITIF DE MESURE ET DISJONCTEUR ELECTRIQUE COMPORTANT UN TEL CAPTEUR, ET PROCEDE DE BOBINAGE D'UN TEL CAPTEUR. DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un capteur de mesure de courant de type tore de Rogowski comportant un support en matériaux amagnétique et au moins un bobinage secondaire enroulé sur ledit support pour fournir un signal électrique représentatif d'un courant circulant dans un conducteur traversant l'intérieur du tore ainsi, qu'un procédé de bobinage d'un tel capteur. L'invention concerne aussi un dispositif de mesure et un disjoncteur électrique comportant un tel capteur. ETAT DE LA TECHNIQUE Les tores de Rogowski sont généralement connus dans le domaine des disjoncteurs de puissance équipés de déclencheurs électroniques. Ils sont utilisés pour la qualité de leur linéarité et grande dynamique de mesure puisqu'il ne comporte pas de circuit magnétique pouvant être saturé. Ainsi, la précision est directement liée à la régularité du bobinage et à la section du capteur. Des exemples de capteurs à tores de Rogowski utilisés dans les disjoncteurs sont décrits dans les demandes de brevets EP2667205A1 et US2014132249A1. Le signal de sortie d'un tore de Rogowski est donné par la formule : V=11 n S di/dt V étant la tension du signal de sortie fournie par le tore de Rogowski, S la section d'une spire, po la perméabilité n est le nombre de spires, et di/dt la dérivée d'un courant primaire par rapport au temps. 3055416 2 Ainsi, la tension délivrée par le tore est fonction du nombre de spires. La précision de la tension est directement liée à la qualité du bobinage. Dans les appareils électriques à forts courant, ce type de capteurs est sensible 5 aussi aux champs magnétiques extérieurs aux tores si le bobinage n'est pas parfait. Généralement, les capteurs à tores de Rogowski sont associés à des transformateurs de courant à circuit magnétique pour assurer l'alimentation des circuits électroniques. Ces transformateurs de courant sont connectés à des circuits de régulation à découpage qui perturbent l'environnement 10 électromagnétique des capteurs de mesure de courant. Certains capteurs comportent des blindages pour les rendre insensibles aux variations et perturbations externes. Cependant, ces solutions ne sont pas très efficaces lorsque les capteurs sont associés à des transformateurs de courant 15 pour l'alimentation électrique de circuits électroniques. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention a pour but un capteur à tore de Rogowski très précis pouvant être 20 fabriqué en série et étant peu sensible aux variations de champs électromagnétiques extérieurs, ainsi qu'un procédé de bobinage d'un tel capteur, et un dispositif de mesure et un disjoncteur comportant un tel capteur. Selon l'invention, dans un capteur de mesure de courant de type tore de Rogowski 25 comportant un support en matériaux amagnétique et au moins un bobinage secondaire enroulé sur ledit support pour fournir un signal électrique représentatif d'un courant circulant dans un conducteur traversant l'intérieur du tore, ledit bobinage secondaire comporte au moins deux couches dont les terminaisons électriques des enroulements sont situées sur une même première extrémité du 30 bobinage, ledit bobinage comportant : - au moins une couche interne à haute densité de spires proche du support et enroulée dans un premier sens d'enroulement de la première extrémité vers une seconde extrémité opposée du bobinage, et 3055416 3 - au moins une couche externe à faible densité de spires comportant au moins trois parties et enroulée dans un second sens d'enroulement de la seconde extrémité opposée du bobinage vers la première extrémité, ladite couche externe à faible densité de spires comportant : 5 - une première partie de compensation à haute densité de spires et de faible longueur proche de la première extrémité du bobinage, - une partie centrale à faible densité de spires et de grande longueur, et - une seconde partie de compensation à haute densité de spires et de faible longueur proche de la seconde extrémité du bobinage. 10 De préférence, dans ladite couche externe à faible densité de spires la longueur de la partie centrale à grande longueur est supérieure à dix fois la somme des longueurs des parties à haute densité. 15 Dans un mode de réalisation préférentiel, ledit bobinage comporte un nombre pair de couches, - une moitié des couches étant enroulées dans un premier sens d'enroulement de la première extrémité vers la seconde extrémité opposée du bobinage, et - l'autre moitié des couches étant enroulées dans un second sens d'enroulement 20 de la seconde extrémité opposée du bobinage vers la première extrémité, - la dernière couche étant une couche externe à faible densité de spires enroulée dans ledit second sens d'enroulement de la seconde extrémité opposée du bobinage vers la première extrémité. 25 De préférence, ledit bobinage comporte un nombre pair de couches : - une moitié des couches étant des couches internes à haute densité de spires proches du support, et - l'autre moitié des couches étant des couches externes à faible densité de spires comportant trois parties, 30 - la dernière couche étant une couche externe à faible densité de spires enroulée dans un second sens d'enroulement de la seconde extrémité opposée du bobinage à la première extrémité. 3055416 4 Dans un mode de réalisation particulier, ledit bobinage comporte : - une première couche interne à haute densité de spires proche du support enroulée dans un premier sens d'enroulement de la première extrémité vers la seconde extrémité opposée du bobinage, 5 - une seconde couche interne à haute densité de spires proche du support enroulée dans un second sens d'enroulement de la seconde extrémité vers la première extrémité opposée du bobinage, - une première couche externe à faible densité de spires comportant trois parties enroulée dans le premier sens d'enroulement de la première extrémité vers la 10 seconde extrémité opposée du bobinage, et - une seconde couche externe à faible densité de spires comportant trois parties enroulée dans un second sens d'enroulement de la seconde extrémité opposée du bobinage vers la première extrémité. 15 Un procédé de bobinage d'un capteur de mesure de courant tel que défini ci- dessus comporte : - l'enroulement d'au moins une couche interne à haute densité de spires proche du support dans un premier sens d'enroulement d'une première extrémité vers une seconde extrémité opposée du bobinage, et 20 - l'enroulement d'au moins une couche externe à faible densité de spires comportant trois parties dans un second sens d'enroulement de la seconde extrémité opposée du bobinage vers la première extrémité, ladite couche externe comportant : - une première partie de compensation à haute densité de spires et de faible 25 longueur proche de la première extrémité du bobinage, - une partie centrale à faible densité de spires et de grande longueur, et - une seconde partie de compensation à haute densité de spires et de faible longueur proche de la seconde extrémité du bobinage. 30 De préférence, le procédé de bobinage comporte des enroulements d'un nombre pair de couches, - une moitié des couches étant enroulées dans un premier sens d'enroulement de la première extrémité vers la seconde extrémité opposée du bobinage, et 3055416 5 - l'autre moitié des couches étant enroulées dans un second sens d'enroulement de la seconde extrémité opposée du bobinage vers la première extrémité, - la dernière couche étant une couche externe à faible densité de spires enroulée dans le second sens d'enroulement de la seconde extrémité opposée du bobinage 5 vers la première extrémité. Avantageusement, le procédé de bobinage comporte des enroulements d'un nombre pair de couches, - une moitié des couches étant des couches internes à haute densité de spires 10 proches du support, et - l'autre moitié des couches étant des couches externes à faible densité de spires, - la dernière couche étant une couche externe à faible densité de spires enroulée dans le second sens d'enroulement de la seconde extrémité opposée du bobinage à la première extrémité. 15 Dans un mode de réalisation particulier, le procédé de bobinage comporte : - l'enroulement d'au moins une première couche interne à haute densité de spires proche du support dans le premier sens d'enroulement de la première extrémité vers la seconde extrémité opposée du bobinage, 20 - l'enroulement d'au moins une seconde couche interne à haute densité de spires proche du support dans le second sens d'enroulement de la seconde extrémité vers la première extrémité opposée du bobinage, - l'enroulement d'au moins une première couche externe à faible densité de spires dans le premier sens d'enroulement de la première extrémité vers la seconde 25 extrémité opposée du bobinage, et - l'enroulement d'au moins une seconde couche externe à faible densité de spires dans le second sens d'enroulement de la seconde extrémité opposée du bobinage vers la première extrémité. 30 Un dispositif de mesure de courant comportant une unité de traitement pour recevoir des signaux représentatifs de courants électriques comporte un capteur de mesure tel que défini ci-dessus connecté à l'unité de traitement pour fournir un 3055416 6 signal de courant représentatif d'un courant circulant dans un conducteur électrique. Un disjoncteur électrique comportant au moins un contact principal pour couper un 5 courant dans un circuit électrique, un mécanisme de commande de l'ouverture dudit contact électrique et un dispositif de mesure et de protection fournissant un signal de commande audit mécanisme de commande comporte un capteur de mesure tel que défini ci-dessus connecté à une unité de traitement dudit dispositif de mesure et de protection. 10 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, de modes particuliers de réalisation de l'invention, 15 donnés à titre d'exemples non limitatifs, et représentés aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une première vue schématique d'un capteur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; 20 - la figure 2 représente une vue d'un capteur selon un mode de réalisation de l'invention ; - les figures 3 et 4 représentent des vue schématiques partielles des extrémités de bobinage selon deux modes de réalisation de l'invention ; - la figure 5 représente une vue d'un support d'un bobinage d'un capteur selon un 25 mode de réalisation de l'invention ; - la figure 6 représente un schéma d'un disjoncteur électrique comportant un capteur selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7 représente les étapes d'un procédé de bobinage d'un capteur selon un premier mode de réalisation de l'invention ; 30 - les figures 8 et 9 représentent les étapes d'un procédé de bobinage d'un capteur selon un d'autres modes de réalisation de l'invention ; et - la figure 10 représente une photo d'une vue partielle d'un tore selon un mode de réalisation. 3055416 7 DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION Dans la vue schématique de la figure 1, le capteur de courant 1 de type tore de 5 Rogowski comporte un support 2 en matériaux amagnétique et au moins un bobinage secondaire 3 enroulé sur le support 1 pour fournir un signal électrique représentatif d'un courant circulant dans un conducteur traversant l'intérieur du tore. 10 Selon un mode de réalisation de l'invention le bobinage secondaire 3 comporte au moins deux couches dont les terminaisons électriques 4 des enroulements sont situées à une même première extrémité 5 du bobinage 3. Afin de réduire la sensibilité du bobinage aux perturbations électromagnétiques extérieures au tore, le bobinage comporte un nombre pair de couches d'enroulement de manière à ce 15 que les sorties 4 du conducteur électrique du bobinage sortent du même coté ou de la même extrémité 5 du bobinage. Ainsi, le bobinage est enroulé dans un premier sens aller sur une première couche 6 puis dans un sens retour sur une seconde couche 7. Pour des raisons pratiques de fabrication du tore, un partie 8 sans bobinage est prévue entre la première extrémité 5 du bobinage et une 20 seconde extrémité 9 opposée du bobinage 3. Le nombre de spires n du bobinage étant défini en fonction du signal souhaité et le nombre de couches étant pair pour éviter les perturbations, les spires sont réparties sur les couches du bobinage avec les enroulements dans le sens aller et le sens retour. 25 Ainsi, pour garantir une meilleure immunité aux perturbations électromagnétiques extérieures au tore, le bobinage comporte au moins une couche interne 6 à haute densité de spires proche du support 2 et enroulée dans un premier sens 10 d'enroulement de la première extrémité 5 vers la seconde extrémité 9 opposée du bobinage, et au moins une couche externe 7 à faible densité de spires comportant 30 trois parties et enroulée dans un second sens d'enroulement 11 de la seconde extrémité 9 opposée du bobinage vers la première extrémité 5. 305 5 4 1 6 8 La première couche interne 6 proche du support est de préférence réalisée à spires jointives du coté intérieur du tore. Dans ce document, le terme couche interne signifie la ou les couches les plus proches du support et couche externe signifie la ou les couches les plus éloignées du support. 5 Couches à faible densité signifie que les couches sont à faible densité de manière globale, c'est-à-dire qu'elles ont des parties à faibles densité sur la majeure partie de la longueur du bobinage mais elles peuvent avoir de petites parties à haute densité. Notamment, ces parties à haute densités peuvent être situées près des 10 extrémités pour des spires de compensation des parties sans bobinage. Dans ce cas, la seconde couche 7 externe à faible densité comporte : - une première partie de compensation 12 à haute densité de spires et de faible longueur L1 proche de la première extrémité 5 du bobinage, 15 - une partie centrale 13 à faible densité de spires et de grande longueur L2, et - une seconde partie de compensation 14 à haute densité de spires et de faible longueur L3 proche de la seconde extrémité 9 du bobinage. Les parties de compensation 12 et 14 permettent de compenser la partie 8 sans bobinage entre les extrémités 5 et 9. 20 De préférence, dans une couche à faible densité, les petites parties 12 et 14 à haute densité ont une longueur de bobinage inferieure à 1/10 de la longueur du bobinage à faible densité. Par exemple (L1 + L3) REVENDICATIONS1. Capteur de mesure (1) de courant de type tore de Rogowski comportant un support (2) en matériaux amagnétique et au moins un bobinage secondaire (3) enroulé sur ledit support pour fournir un signal électrique représentatif d'un courant circulant dans un conducteur traversant l'intérieur du tore, caractérisé en ce que ledit bobinage secondaire (3) comporte au moins deux couches (6, 7) dont les terminaisons électriques (14) des enroulements sont situées sur une même première extrémité (5) du bobinage, ledit bobinage comportant : - au moins une couche interne (6) à haute densité de spires proche du support (2) et enroulée dans un premier sens (10) d'enroulement de la première (5) extrémité vers une seconde extrémité (9) opposée du bobinage (3), et - au moins une couche externe (7) à faible densité de spires comportant au moins trois parties (12, 13, 14) et enroulée dans un second sens (11) d'enroulement de la seconde extrémité (9) opposée du bobinage vers la première extrémité (5), ladite couche externe (7) à faible densité de spires comportant : - une première partie (12) de compensation à haute densité de spires et de faible longueur (L1) proche de la première extrémité (5) du bobinage (3), - une partie centrale (13) à faible densité de spires et de grande longueur (L2), et - une seconde partie (14) de compensation à haute densité de spires et de faible longueur (L3) proche de la seconde extrémité (9) du bobinage (3). 2. Capteur de mesure de courant selon la revendication 1 caractérisé en ce que dans ladite couche externe (7) à faible densité de spires la longueur (L2) de la partie centrale (13) à grande longueur est supérieure à dix fois la somme des longueurs (L1, L3) des parties (12, 14) à haute densité. 3. Capteur de mesure de courant selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit bobinage (3) comporte un nombre pair de couches (6, 106, 7 ,107), 3055416 16 - une moitié des couches (6, 7) étant enroulées dans un premier sens (10) d'enroulement de la première extrémité (5) vers la seconde extrémité (9) opposée du bobinage, et - l'autre moitié des couches (106, 107) étant enroulées dans un second sens (11) 5 d'enroulement de la seconde extrémité (9) opposée du bobinage vers la première extrémité (5), - la dernière couche (107) étant une couche externe à faible densité de spires enroulée dans ledit second sens (11) d'enroulement de la seconde extrémité (11) opposée du bobinage vers la première extrémité (5). 10 4. Capteur de mesure de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit bobinage comporte un nombre pair de couches (6, 106, 7 ,107) : - une moitié des couches étant des couches internes (6, 106) à haute densité de 15 spires proches du support, et - l'autre moitié des couches étant des couches externes (7, 107) à faible densité de spires comportant trois parties, - la dernière couche étant une couche externe (107) à faible densité de spires enroulée dans un second sens (11) d'enroulement de la seconde extrémité (11) 20 opposée du bobinage à la première extrémité (5). 5. Capteur de mesure de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ledit bobinage comporte : - une première couche interne (6) à haute densité de spires proche du support 25 enroulée dans un premier sens (10) d'enroulement de la première extrémité (5) vers la seconde extrémité (9) opposée du bobinage, - une seconde couche interne (106) à haute densité de spires proche du support enroulée dans un second sens (11) d'enroulement de la seconde extrémité (9) vers la première extrémité (5) opposée du bobinage, 30 - une première couche externe (7) à faible densité de spires comportant trois parties enroulée dans le premier sens (10) d'enroulement de la première extrémité (5) vers la seconde extrémité (9) opposée du bobinage, et 3055416 17 - une seconde couche externe (107) à faible densité de spires comportant trois parties enroulée dans un second sens (11) d'enroulement de la seconde extrémité (9) opposée du bobinage vers la première extrémité (5). 5 6. Procédé de bobinage d'un capteur de mesure de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte : - l'enroulement (30) d'au moins une couche interne (6) à haute densité de spires proche du support dans un premier sens (10) d'enroulement d'une première (5) extrémité vers une seconde extrémité (9) opposée du bobinage, et 10 - l'enroulement (31) d'au moins une couche externe (7) à faible densité de spires comportant trois parties dans un second sens (11) d'enroulement de la seconde (9) extrémité opposée du bobinage vers la première extrémité (5), ladite couche externe comportant : - une première partie (12) de compensation à haute densité de spires et de 15 faible longueur (L1) proche de la première extrémité (5) du bobinage, - une partie centrale (13) à faible densité de spires et de grande longueur (L2), et - une seconde partie (14) de compensation à haute densité de spires et de faible longueur (L3) proche de la seconde extrémité (9) du bobinage. 20 7. Procédé de bobinage selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte des enroulements (32-37, 40-43) d'un nombre pair de couches, - une moitié des couches (32, 34, 40, 42) étant enroulées dans un premier sens (10) d'enroulement de la première extrémité (5) vers la seconde extrémité 25 opposée (9) du bobinage, et - l'autre moitié des couches (33, 36, 41, 43) étant enroulées dans un second sens (11) d'enroulement de la seconde extrémité (9) opposée du bobinage vers la première extrémité (5), - la dernière couche étant une couche externe (107) à faible densité de spires 30 enroulée (37, 43) dans le second sens (11) d'enroulement de la seconde extrémité (9) opposée du bobinage vers la première extrémité (5). 305 5 4 1 6 18 8. Procédé de bobinage selon l'une des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce qu'il comporte des enroulements (32-37) d'un nombre pair de couches, - une moitié (32, 33, 34) des couches étant des couches internes (6, 106) à haute densité de spires proches du support, et 5 - l'autre moitié (35, 36, 37) des couches étant des couches externes (7, 107) à faible densité de spires, - la dernière couche (107) étant une couche externe à faible densité de spires enroulée (37, 43) dans le second sens (11) d'enroulement de la seconde extrémité (9) opposée du bobinage à la première extrémité (5). 10 9. Procédé de bobinage selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce qu'il comporte : - l'enroulement (40) d'au moins une première couche (6) interne à haute densité de spires proche du support dans le premier sens (10) d'enroulement de la 15 première extrémité (5) vers la seconde extrémité opposée (9) du bobinage, - l'enroulement (41) d'au moins une seconde couche interne (106) à haute densité de spires proche du support dans le second sens d'enroulement de la seconde (9) extrémité vers la première extrémité opposée (5) du bobinage, - l'enroulement (42) d'au moins une première couche externe (7) à faible densité 20 de spires dans le premier sens (10) d'enroulement de la première extrémité (5) vers la seconde extrémité opposée (9) du bobinage, et - l'enroulement (43) d'au moins une seconde couche externe (107) à faible densité de spires dans le second sens (11) d'enroulement de la seconde extrémité (9) opposée du bobinage vers la première extrémité (5). 25 10. Dispositif (21) de mesure de courant comportant une unité de traitement (26) pour recevoir des signaux (I-e) représentatifs de courants électriques caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de mesure (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 connecté à l'unité de traitement (26) pour fournir un signal (I- 30 e) de courant représentatif d'un courant circulant dans un conducteur électrique. 11. Disjoncteur électrique (20) comportant au moins un contact principal (22) pour couper un courant dans un circuit électrique, un mécanisme (23) de 3055416 19 commande de l'ouverture dudit contact électrique et un dispositif (21) de mesure et de protection fournissant un signal de commande (D) audit mécanisme de commande caractérisée en ce qu'il comporte un capteur (1) de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 connecté à une unité de traitement (26) dudit 5 dispositif (21) de mesure et de protection.