Brevet FR3089013A1 — publié le 20200529

Description Titre de l'invention : NOYAU MAGNETIQUE POUR CAPTEUR DE MESURE DE COURANT DOMAINE TECHNIQUE ET OBJET DE L'INVENTION [0001] La présente invention concerne un noyau magnétique pour capteur de mesure de courant et plus particulièrement, un noyau magnétique monté dans un équipement électrique d'un véhicule automobile, notamment électrique ou hybride, afin de concentrer le champ magnétique au niveau de l'élément sensible d'un capteur de mesure d'un courant dans ledit équipement électrique. L'invention vise notamment à améliorer les performances d'un tel noyau magnétique. Technique antérieure [0002] Comme cela est connu, un véhicule automobile électrique ou hybride comprend un système de motorisation électrique alimenté par une batterie d'alimentation haute tension via un réseau électrique embarqué haute tension et une pluralité d'équipements électriques auxiliaires alimentés par une batterie d'alimentation basse tension via un réseau électrique embarqué basse tension. [0003] La batterie d'alimentation haute tension assure une fonction d'alimentation en énergie du système de motorisation électrique permettant la propulsion du véhicule. Plus précisément, afin de commander la machine électrique entrainant les roues du véhicule ou de stocker de l'énergie fournie par la machine électrique dans la batterie d'alimentation haute tension, il est connu d'utiliser un onduleur permettant de convertir le courant continu fourni par la batterie d'alimentation haute tension en un ou plusieurs courants de commande alternatifs, par exemple sinusoïdaux ou de convertir un ou plusieurs courants de commande alternatifs fournis par la machine électrique en un courant continu dont l'énergie électrique peut alors être stockée par la batterie d'alimentation haute tension. 100041 Dans une solution connue, l'onduleur se présente sous la forme d'un boitier dans lequel sont montés des composants électroniques de puissance par lesquels passe l'énergie alimentant la machine électrique ou l'énergie reçue de la machine électrique. Ces composants électroniques de puissance sont contrôlés par un pilote (« driver » en langue anglaise) qui est lui-même contrôlé par une unité électronique de contrôle. Dans le cas d'un moteur triphasé, l'onduleur comprend trois conducteurs électriques, dits « conducteurs de phase », permettant de commander le moteur en utilisant trois courants dits « de phase » déphasés deux à deux, par exemple de 120°. Ces courants de phase sont générés par l'onduleur à partir du courant délivré par la batterie haute tension. Pour ce faire, l'onduleur comprend un premier conducteur de batterie, dit 2 « conducteur positif », adapté pour être relié à un potentiel positif de la batterie, et un deuxième conducteur de batterie, dit « conducteur négatif », adapté pour être relié à un potentiel négatif de la batterie d'alimentation haute tension. [0005] L'unité électronique de contrôle commande le pilote afin qu'il contrôle les composants électroniques de puissance pour qu'ils réalisent la conversion du courant continu en courants de phase alternatifs ou vice-versa. A cette fin, l'unité électronique de contrôle se présente sous la forme d'une carte électronique sur laquelle sont montés des composants électroniques reliés par des pistes électriques et permettant de commander le pilote. De même, le pilote se présente sous la forme d'une carte électronique sur laquelle sont montés des composants électroniques reliés par des pistes électriques et permettant de commander les composants électroniques. [0006] Afin de contrôler le fonctionnement de l'onduleur, il peut être nécessaire de détecter les variations de l'intensité des courants de phase circulant dans chaque conducteur de phase. A cette fin, il est connu d'utiliser pour chaque conducteur de phase un capteur, dit « à effet Hall », relié à l'unité de contrôle électronique et comportant un élément sensible magnétiquement s'étendant à proximité du conducteur de phase. Ainsi, lorsqu'un courant circule dans le conducteur de phase, il émet un champ magnétique que l'élément sensible du capteur mesure afin d'en déduire la valeur de l'intensité dudit courant ou les variations d'intensité dudit courant. [0007] Afin d'améliorer la précision de la mesure, il est connu de canaliser le champ ma- gnétique généré par la circulation du courant dans le conducteur de phase en utilisant un noyau magnétique. [0008] Dans les solutions existantes, un tel noyau magnétique est constitué d'une pièce fer- romagnétique en forme de U ou de C délimitant un entrefer dans lequel est inséré l'élément sensible du capteur de mesure. Or, de tels noyaux magnétiques présentent un volume intérieur important qui entraine une plage de linéarité faible de sorte que les mesures saturent rapidement lorsque le courant varie de manière importante. En outre, la saturation entraine des effets de couplage (encore appelés diaphonie) sur les noyaux magnétiques des capteurs voisins détériorant ainsi la qualité des mesures, ce qui présentent des inconvénients importants. [0009] Afin de pallier en partie ces problèmes, une solution connue consiste à utiliser un noyau magnétique de section rectangulaire avec des coins arrondis (voir figure 1) constitué de bandes ferromagnétiques laminées de faible épaisseur, de l'ordre de 0,2 mm chacune, et présentant un faible volume intérieur de manière à entourer au plus près le conducteur de phase. Un tel noyau magnétique présente une plage de linéarité importante et un couplage limité avec les noyaux des capteurs avoisinants. [0010] Typiquement, un noyau magnétique peut être caractérisé par sa reluctance comme suit : IMath.11 2tc - P obi rS où [Math.2] `fit c est la reluctance du noyau magnétique, p0 est la perméabilité du vide, qui est une constante, pr est la perméabilité relative du ferromagnétique du noyau, Le est la longueur moyenne effective du champ magnétique dans le noyau. Cette longueur moyenne est définie comme le chemin situé à équidistance entre les bords internes et externes du noyau. S est la section transversale du noyau magnétique, qui correspond notamment à la section orthogonale au flux magnétique traversant le noyau magnétique. [0011] Toutefois, cc noyau ne présente pas une plage de linéarité et/ou un encombrement suffisants pour des applications telles que dans un équipement électrique pour un véhicule, par exemple un onduleur ou un convertisseur DCDC ou un chargeur embarqué. [0012] II cxistc donc le besoin d'une solution de noyau magnétique présentant une plage de linéarité et/ou un encombrement amélioré. PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION [0013] A cet effet, l'invention a tout d'abord pour objet un noyau magnétique pour capteur de mesure de courant, ledit noyau magnétique comprenant au moins une portion concave, s'étendant selon un plan longitudinal et délimitant au moins en partie un entrefer, ledit entrefer étant apte à recevoir un élément sensible d'un capteur de mesure, et la portion concave délimitant un espace intérieur, apte à recevoir un conducteur électrique, ledit noyau magnétique étant remarquable en cc qu'il présente une section longitudinale de forme elliptique. [0014] Par les termes « section longitudinale de forme elliptique », on entend que la section longitudinale du dispositif, lorsque la ou les pièces métalliques sont positionnées pour être utilisées avec un capteur de mesure de courant, est de forme elliptique au moins sur sa section interne. [0015] L'utilisation d'une section longitudinale de forme elliptique permet (le réduire la longueur moyenne effective du noyau magnétique par rapport à l'art antérieur, ce qui permet de réduire la reluctance du dispositif par rapport à l'art antérieur. Le noyau magnétique présente ainsi une reluctance plus faible donc une plage de linéarité plus importante par rapport à l'art antérieur à matériau et section identiques. Alternativement, le noyau magnétique présente un espace (ou volume) intérieur plus restreint par rapport. 3 L c à l'art antérieur à reluctance identique et plage de linéarité identique. L'utilisation d'une section longitudinale de forme elliptique permet ainsi également d'ajuster l'espace intérieur délimité par la ou les portions concaves de la ou des pièces ferromagnétiques afin d'entourer au plus près la lame du conducteur électrique. [0016] Dans une forme de réalisation, le noyau magnétique comprend une unique pièce fer- romagnétique délimitant un unique entrefer, rendant le noyau magnétique monobloc, ce qui permet notamment d'obtenir une précision importante des mesures réalisées par le capteur. [0017] Dans une autre forme de réalisation, le noyau magnétique comprend deux pièces fer- romagnétiques en vis-à-vis délimitant deux entrefers, ce qui permet notamment au capteur de mesure de travailler sur un intervalle de linéarité de largeur importante. [0018] De préférence, la longueur moyenne effective du noyau magnétique est inférieure à 50 mm afin d'en réduire la reluctance. [0019] De préférence encore, la reluctance du noyau magnétique est inférieure à 80000 Sturgcon (Henry-1), par exemple à 79577 Sturgeon dans le cas d'un matériau fer-silicium de perméabilité relative p, = 20000. [0020] De manière préférée, le matériau ferromagnétique constituant l'au moins une pièce est un ferroalliage, de préférence un alliage de fer et de silicium (ferrosilicium ou siliciure de fer). L'alliage de fer et de silicium est un matériau de haute induction de saturation (allant jusqu'à 2 T), ce qui permet de maintenir une plage de linéarité accrue. Un autre avantage d'un tel alliage est son faible coût. [0021] Dans une forme de réalisation, le termaillage est laminé afin de réduire l'hystérésis du matériau et par conséquent les pertes clans le matériau tout en améliorant la précision de la mesure du courant. [0022] Avantageusement, la largeur de l'entrefer est comprise entre 3 et 8 mm, de préférence entre 3,5 et 5 mm. Ceci permet de réduire les fuites de flux magnétiques, et par conséquent la diaphonie (effets de couplage) avec les éléments environnants. [0023] Avantageusement encore, l'épaisseur de la pièce est comprise entre 3 et 12 mm, de préférence de l'ordre de 5 mm Une telle épaisseur peut être un bon compromis entre l'espace intérieur du noyau magnétique et la plage de courant à mesurer (linéarité). [0024] L'invention concerne également un ensemble de connexion électrique, comprenant au moins un conducteur électrique, notamment au moins en partie en forme de lame, et au moins un noyau magnétique tel que présenté précédemment, dans lequel le conducteur électrique s'étend à travers le noyau magnétique de sorte que le noyau magnétique canalise dans son au moins un entrefer des champs magnétiques générés par un courant circulant dans le conducteur électrique. [0025] Dans une forme de réalisation, l'ensemble de connexion électrique comprend une pluralité de conducteurs électriques et une pluralité de noyaux magnétiques, chaque conducteur électrique s'étendant dans l'espace intérieur d'un noyau magnétique respectif. [0026] Avantageusement, l'ensemble de connexion électrique comprend un surmoulage maintenant ensemble les noyaux magnétiques. [0027] De manière préférée, le bord interne du noyau magnétique a une section longi- tudinale en forme d'ellipse, ladite ellipse étant la plus petite ellipse circonscrite au gabarit du conducteur (en particulier de la portion du conducteur électrique comprise dans l'espace intérieur) avec une distance minimale d3 entre le gabarit du conducteur électrique et ledit bord interne. Le bord interne correspond à la partie de l'ellipse qui définit l'espace intérieur du noyau magnétique. Le gabarit correspond à l'encombrement extérieur du conducteur électrique dans l'espace intérieur définit par le noyau magnétique. La distance minimale d3 peut être positive ou nulle. [0028] Dans une forme de réalisation, le conducteur électrique a une section parallélé- pipédique et est centré sur le centre de l'ellipse et dans lequel le demi grand axe a et le demi petit axe h de l'ellipse sont tels que [Math.3] fl a -r cil , où fl est la largeur du conducteur électrique suivant la direction du grand axe a, dl est une première marge entre la périphérie du conducteur électrique et le bord interne du noyau magnétique suivant le grand axe a. Le petit axe b est tel que la distance minimale entre la périphérie du conducteur électrique et le bord interne du noyau magnétique, suivant une direction parallèle au petit axe b, est supérieure ou égale à d2, d2 étant une deuxième marge entre la périphérie du conducteur électrique et le bord interne du noyau magnétique. 100291 De préférence, on a : IMath.41 f 21 +d1 et b est tel que la distance minimale ente le gabarit et le bord interne du noyau magnétique suivant une direction parallèle au petit axe b est égale à (12. [0030] De préférence encore, on a : 1 mm