FR2800167A1

FR2800167A1 - Non-contact current measuring device, for electricity consumption meter, has sensing module containing either a winding acting as a current transformer secondary or a Hall effect sensor, which fits within looped power cable

Info

Publication number: FR2800167A1
Application number: FR9913485A
Authority: FR
Inventors: Jean Louis Guillon
Original assignee: Schlumberger SA
Current assignee: Schlumberger SA
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 1999-10-25
Publication date: 2001-04-27
Anticipated expiration: 2019-10-25
Also published as: FR2800167B1

Abstract

The conductor in which current is to be measured is bent into a U-shape around a central cutout (22) in one half of the housing (12) to which is fitted a sensing module (26) including a PCB on which the actual current measuring element is mounted. This can comprise a coil former (24) around which a secondary winding can be wound so that it fits within the central cutout to form a current transformer with the current carrying conductor as a primary. Alternatively, a Hall effect sensor may be fitted to the PCB instead of the coil former. A screened housing portion (30) fits over the sensor PCB when the latter is in position. An Independent claim is included for an electricity meter including a measurement device according to the invention.

Description

DISPOSITIF POURLA MESURE D'UN COURANT ELECTRIQUE ET COMPTEUR D'ELECTRICITE COMPRENANT UN TELDISPOSITIF La présente invention se rapporteà un dispositif pour la mesure d'un courant électrique comprenant un premier conducteur formant un enroulement primaire autour d'un axe central et un élément sensibleà un champ magnétique, cet élément sensible étant disposéà l'intérieur de l'enroulement primaire et centré sur l'axe central.Il s'applique notamment aux compteurs d'électricité. DEVICE FOR POWER CURRENT MEASUREMENT AND ELECTRICITY COUNTER INCLUDING A TEL DEVICE < The present invention relates to a device for measuring an electric current comprising a first conductor forming a primary winding about a central axis and a sensitive element to a at . B> a magnetic field, this sensitive element being disposed to inside the primary winding and centered on the central axis. It applies in particular to the counters of 'electricity.

Plusieurs types de capteur de courant peuvent être utilisés dans un compteur d'électricité. En particulier, on connaît les capteursà effet Hall dans lesquels un élémentà effet Hall est soumisà un champ magnétique engendré par le passage d'un courant dans un enroulement primaire. La tension de Hall mesurée aux bornes de l'élément de Hall est proportionnelle au courant traversant cet enroulement primaire. Several types of current sensors can be used in an electricity meter. In particular, Hall effect sensors are known in which a Hall effect element is subjected to a magnetic field generated by the passage of the Hall effect. a current in a primary winding. The Hall voltage measured across the Hall element is proportional to the current flowing through this primary winding.

Un autre type de compteur connu utilise un transformateurà mutuelle inductance. Un bobinage est alors soumisà un champ magnétique engendré par le passage d'un courant dans l'enroulement primaire. Le signal disponible aux bornes du secondaire du transformateur est l'image de la dérivée en fonction du temps du signal appliqué au primaire. Another type of known counter uses a transformer to mutual inductance. A winding is then subjected to a magnetic field generated by the passage of a current in the primary winding. The signal available at the terminals of the secondary of the transformer is the image of the derivative as a function of time of the signal applied to the primary.

Parmi les industriels du domaine technique concerné, un effort tout particulier est effectué pour rendre le plus compact possible les compteurs d'électricité utilisant de tels éléments sensibles. Among the industrialists of the technical field concerned, a special effort is made to make as compact as possible the electricity meters using such sensitive elements.

Par ailleurs, afin de réduire les coûts de production, il est intéressant de pouvoir disposer d'une base commune pouvant être utilisée indifféremment avec un capteurà effet Hall ou un bobinage pour former un transformateurà inductance mutuelle. Le but de la présente invention est donc de permettre la réalisation aisée d'un compteur d'électricité particulièrement compact et par ailleurs, de permettre de fabriquerà partir d'une base commune des détecteurs de Hall ou des transformateursà inductance mutuelle. Moreover, in order to reduce the production costs, it is interesting to have a common base that can be used indifferently with a Hall effect sensor or a winding to form a transformer to Hall effect or a winding to form a transformer to mutual inductance. The purpose of the present invention is therefore to allow the easy realization of a particularly compact electricity meter and also, to enable to be made from a common base of Hall detectors or transformers to mutual inductance.

Pour cela, le dispositif de l'invention comprend un premier conducteur formant un enroulement primaire autour d'un axe central et un élément sensibleà un champ magnétique, cet élément sensible étant disposéà l'intérieur de l'enroulement primaire et centré sur l'axe central. L'élément sensible est monté sur un support d'élément sensible. L'enroulement primaire est noyé dans une matière électriquement isolante surmoulée sur l'enroulement primaire, cette matière isolante formant support et présentant un réceptacle situéà l'intérieur de l'enroulement primaire et centré sur l'axe central, ce réceptacle étant prévu pour recevoir l'élément sensible. Le réceptacle et le support d'élément sensible sont aptesà coopérer pour positionner l'élément sensible sur l'axe central. For this, the device of the invention comprises a first conductor forming a primary winding around a central axis and a sensitive element to a magnetic field, this sensitive element being arranged to inside the primary winding and centered on the central axis. The sensing element is mounted on a sensing element support. The primary winding is embedded in an electrically insulating material overmolded on the primary winding, this insulating material forming a support and having a receptacle located to inside the primary winding and centered on the axis central, this receptacle being provided to receive the sensitive element. The receptacle and the sensing element support are adapted to cooperate to position the sensing element on the central axis.

De cette manière, l'élément sensible est positionné automatiquement sur l'axe central et est protégé des chocs éventuels. De plus, la matière isolante est sélectionnée de manièreà éviter toute formation d'arc électrique entre l'élément sensible et l'enroulement primaire. Ainsi le surmoulage formé de manière adéquate fournit une protection mécanique et électrique de l'élément sensible. In this way, the sensing element is automatically positioned on the central axis and is protected from possible shocks. In addition, the insulating material is selected so as to avoid arcing between the sensing element and the primary winding. Thus suitably formed overmolding provides mechanical and electrical protection of the sensing element.

De façon avantageuse, le dispositif comprend en outre une carcasse isolante en forme de cylindreà rebords sur laquelle s'enroule l'enroulement primaire. Cette carcasse comporte un évidement central formant un réceptacle. Cette carcasse peut recevoir un enroulement en boucle ouverte, en forme deU ou bien un enroulementà plusieurs spires. Dans chacun des cas, elle permet le centrage et le maintien en place de l'enroulement primaire lors des opérations de surmoulage. Le support isolant peut lui aussi être moulé, incluant des broches de connecteur. Ainsi, la connexion avec des circuits extérieurs est simple et compacte. Advantageously, the device further comprises an insulating carcass in the form of a cylinder with flanges on which the primary winding is wound. This carcass comprises a central recess forming a receptacle. This carcass can receive an open loop winding, in the form of U or a winding to several turns. In each case, it allows the centering and the retention in place of the primary winding during overmolding operations. The insulating support may also be molded, including connector pins. Thus, the connection with external circuits is simple and compact.

Selon une variante de réalisation, le support isolant est constitué par une plaque de circuit imprimé. Des composants électroniques peuvent alors être directement connectés sur ce même support, permettant de réduire la distance entre l'élément sensible et les circuits de traitement du signal délivré par cet élément. According to an alternative embodiment, the insulating support is constituted by a printed circuit board. Electronic components can then be directly connected to the same medium, making it possible to reduce the distance between the sensitive element and the signal processing circuits delivered by this element.

Selon un mode de réalisation particulier, l'élément sensible est constitué par un enroulement secondaire, le support d'élément sensible comprenant une bobine autour de laquelle s'enroule l'enroulement secondaire et de dimensions adaptées pour son centrageà l'intérieur du réceptacle. According to a particular embodiment, the sensitive element is constituted by a secondary winding, the sensitive element support comprising a coil around which the secondary winding is wound and of suitable dimensions for its centering to inside the receptacle.

On obtient donc un transformateurà inductance mutuelle avec une bobine de secondaire coopérant avec le réceptacle pour obtenir un centrage précis de l'élément sensible. Thus, a transformer with mutual inductance is obtained with a secondary coil cooperating with the receptacle to obtain a precise centering of the sensitive element.

Selon un autre mode de réalisation particulier, l'élément sensible est un élémentà effet Hall. According to another particular embodiment, the sensitive element is a Hall effect element.

Avantageusement, un blindage est prévu pour l'isolation magnétique de l'ensemble constitué par l'enroulement primaire et l'élément sensible. Ce blindage assure en outre une protection mécanique et maintient l'élément sensible en placeà l'intérieur du réceptacle. Le blindage est fixé par des moyens de fixation sur la matière isolante formant support. Advantageously, a shielding is provided for the magnetic insulation of the assembly constituted by the primary winding and the sensitive element. This shield also provides mechanical protection and keeps the sensing element in place inside the receptacle. The shield is fixed by fixing means on the insulating material forming a support.

Selon un mode de réalisation particulier, les moyens de fixation sont constitués par au moins une patte élastique dont une extrémité forme une butée, cette au moins une patte étant partie intégrante de la matière isolante formant support, et une butée formée dans la matière isolante. According to a particular embodiment, the fastening means are constituted by at least one resilient tab whose end forms an abutment, this at least one tab being an integral part of the insulating material forming a support, and a stop formed in the insulating material.

Avantageusement, des moyens de contact électrique relient le blindageà une connexion prévue sur le support de l'élément sensible. Advantageously, electrical contact means connect the shielding to a connection provided on the support of the sensitive element.

La présente invention concerne aussi un compteur d'électricité comprenant un tel dispositif. The present invention also relates to an electricity meter comprising such a device.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après,à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, parmi lesquels: # La figure1 représente schématiquement une vue globale d'un dispositif conformeà l'invention # La figure 2 représente schématiquement une vue éclatée d'un dispositif conformeà l'invention; # La figure3 représente schématiquement une vue en coupe longitudinale de la base d'un dispositif conformeà l'invention -, # La figure 4 représente schématiquement une vue en coupe transversale de la base d'un dispositif conformeà l'invention; # La figure5 représente schématiquement une vue de dessous de la base; # La figure6 représente schématiquement un support d'enroulement secondaire; # La figure7 représente schématiquement une variante de réalisation d'un support d'enroulement secondaire; # La figure8 représente schématiquement un élément de Hall sur son support. Other features and advantages of the invention will emerge clearly from the description which is given below, as an indication and in no way limitative, with reference to the appended drawings, among which : < FIG. 1 schematically represents an overall view of a device conforming to the invention. FIG. 2 schematically represents an exploded view of a compliant device. B> to the invention ; # Figure 3 schematically represents a longitudinal sectional view of the base of a device conforming to </ FIG. 4 schematically represents a cross-sectional view of the base of a device conforming to the invention; FIG. > 5 schematically represents a bottom view of the base ; 6 schematically represents a secondary winding support ; # Figure 7 schematically represents a variant of realism I have a secondary winding support # Figure 8 schematically represents a Hall element on its support.

La figure1 représente schématiquement un dispositif conformeà l'invention. Un tel dispositif comprend une base constituée d'un premier conducteur10 présentant un enroulement primaire noyé dans une matière électriquement isolante 12 surmoulée sur l'enroulement primaire. Figure 1 schematically represents a device according to the invention. Such a device comprises a base consisting of a first conductor 10 having a primary winding embedded in an electrically insulating material 12 overmolded on the primary winding.

Cette matière isolante est formée de manièreà recevoir età coopérer avec un support d'élément sensible 14 isolant. La matière isolante 12 et le support d'élément sensible 14 sont maintenus en place grâce au blindage16 partie intégrante de la matière isolante 12. This insulating material is shaped to receive and co-operate with an insulating sensing element holder 14. The insulating material 12 and the sensitive element support 14 are held in place by means of the armor 16 integral with the insulating material 12.

Sur la figure 2, qui représente schématiquement le dispositif de la figure1 en éclaté, on peut voir que le surmoulage 12, globalement en forme de parallélépipède rectangle, présente une partie plane18 bordée de chaque côté par des rebords 20. In FIG. 2, which diagrammatically represents the device of the exploded FIG. 1, it can be seen that the overmolding 12, generally in the form of a rectangular parallelepiped, has a flat portion 18 bordered on each side by flanges 20.

La partie plane18 présente un évidement 22 formant réceptacle et centré sur l'axe centralC. Dans l'exemple de réalisation représenté ici, le réceptacle est cylindrique et apteà coopérer avec les rebords de la bobine 24 du support d'élément sensible26 pour le centrage de l'élément sensible (non représenté sur cette figure). The flat part 18 has a recess 22 forming a receptacle and centered on the central axis C. In the embodiment shown here, the receptacle is cylindrical and fit to cooperate with the flanges of the coil 24 of the sensitive element support 26 for the centering of the sensitive element (not shown in this figure).

Le support d'élément sensible26 présente globalement une forme de plaque venant se positionner entre les rebords 20 du surmoulage 12, l'élément sensible étant introduit dans le réceptacle 22. Le support d'élément sensible26 comporte une extrémité dans laquelle trois broches de connecteur28 sont fixées lors du moulage de la pièce. Les broches28 sont coudées et l'une d'elles est reliée électriquement au blindage30 par l'intermédiaire d'un moyen de contact32, ici un ressort en matériau conducteur, qui traverse le surmoulage 12 par un évidement 34 pratiqué dans ce dernier. The sensitive element holder 26 generally has a plate shape positioned between the edges 20 of the overmoulding 12, the sensitive element being introduced into the receptacle 22. The sensitive element support 26 has one end in which three connector pins 28 are attached during molding of the part. The pins 28 are bent and one of them is electrically connected to the shield 30 via a means of contact 32, here a spring of conductive material, which passes through the overmolding 12 by a recess 34 formed in the latter.

Le blindage30 en forme de parallélépipède est mis en place en le faisant rectangle coulisser sur les rebords 20 du surmoulage 12. Outre sa fonction d'isolation magnétique, il assure le maintien du support d'élément sensible26 sur le support surmoulé 12. The shield 30 shaped parallelepiped is implemented by making it rectangle slide on the edges 20 of overmolding 12. In addition to its magnetic insulation function, it ensures the maintenance of the sensitive element support 26 on the overmolded support 12.

La figure3 représente schématiquement une coupe longitudinale de la base dans le plan du premier conducteur10. On peut voir ainsi l'enroulement primaire36 qui, dans cet exemple de réalisation, ne présente qu'une boucle ouverte en forme deU. Le conducteur10 présente usuellement un diamètre de 6 mm mais il est aussi possible d'utiliser des conducteurs de diamètre différend, 1,2 mm par exemple. L'enroulement peut aussi comporter plusieurs spires. Figure 3 shows schematically a longitudinal section of the base in the plane of the first conductor 10. It can be seen thus the primary winding 36 which , in this embodiment, only has an open loop in the form of U. The 10 conductor usually has a diameter of 6 mm but it is also possible to use conductors of different diameter, 1.2 mm for example. The winding may also include several turns.

Quel que soit le type de conducteur et le nombre de spires, l'enroulement primaire36 est enroulé autour de l'axe centralC. Afin de maintenir le conducteur10 en place lors du surmoulage de la pièce 12, le dispositif représenté comprend une carcasse isolante38. Regardless of the conductor type and the number of turns, the primary winding 36 is wrapped around the central axis C. In order to keep the conductor 10 in place during overmolding of the part 12, the device shown comprises an insulating carcass 38.

Cette carcasse38 apparaît plus distinctement sur la figure 4 qui est une coupe transversale de la base. La carcasse38 présente la forme d'un cylindre évidé 40 ayant des rebords 42, 44 entre lesquels l'enroulement primaire36 vient se loger. Lorsque le nombre de spires est supérieurà un, la carcasse facilite la réalisation du bobinage. This carcass 38 appears more clearly in Figure 4 which is a cross section of the base. The carcass 38 has the shape of a hollow cylinder 40 having flanges 42, 44 between which the primary winding 36 is housed. When the number of turns is greater than one, the carcass facilitates the realization of the winding.

La figure5 représente schématiquement une vue de dessous de la base, c'est à dire une vue de la face opposéeà celle destinéeà recevoir le support d'élément sensible 14. Comme cela adéjà été dit, le surmoulage 12 est formé de manièreà recevoir et supporter le support d'élément sensible mais aussi de manièreà fixer le blindage16. Les moyens de fixation sont constitués d'une part par une butée 46 forméeà une extrémité du surmoulage 12 et d'autre part de deux pattes élastiques 48 formées dans le surmoulageà l'extrémité opposée. Chacune de ces pattes élastiques 48 possède une butée50 à son extrémité de sorte que lorsqu'on fait coulisser le blindage sur le surmoulage celui-ci est maintenu entre les butées 46 et50. Figure 5 schematically represents a view from below of the base, it is to to say a view of the opposite face to that intended to fix the shielding 16. The fixing means consist on the one hand by a stop 46 formed to one end of overmolding 12 and secondly of two elastic tabs 48 formed in overmoulding to the opposite end. Each of these resilient tabs 48 has a limit stop 50 at its end so that when sliding the shield on the overmolding it is maintained between the stops 46 and 50.

La base peut être utilisée indifféremment avec un capteurà effet Hall ou un bobinage secondaire formant un transformateurà mutuelle inductance avec l'enroulement primaire. The base may be used interchangeably with a Hall effect sensor or a secondary winding forming a mutual inductance transformer with the primary winding.

La figure6 représente schématiquement un support d'enroulement secondaire qui est moulé dans une matière isolante. Une bobine 24 autour de laquelle sont enroulées les spires52 de l'enroulement secondaire est positionnée sur une plaque, les dimensions de cette plaque étant prévues pour son logement entre les rebords 20 du surmoulage 12, et la position de la bobine 24 étant telle que celle-ci s'insère dans le réceptacle 22 du surmoulage 12. Les dimensions des rebords de la bobine 24 sont prévues pour assurer une coopération entre ces rebords et le réceptacle 22 afin d'obtenir un centrage de l'enroulement secondaire autour de l'axe centralC. Figure 6 schematically represents a secondary winding support which is molded into an insulating material. A coil 24 around which are wound coils 52 of the secondary winding is positioned on a plate, the dimensions of this plate being provided for its housing between the edges 20 of overmoulding 12, and the position of the coil 24 being such that it is inserted into the receptacle 22 of the overmolding 12. The dimensions of the flanges of the coil 24 are provided to ensure cooperation between these flanges and the receptacle 22 in order to obtain a centering of the secondary winding around the central axis C.

Les extrémités de l'enroulement secondaire52 sont reliéesà des broches28 de connecteur prises dans la pièce lors de son moulage. Une troisième broche 28 est destinée au contact avec le ressort32 (figure 2). The ends of the secondary winding 52 are connected to to 28 of connectors taken into the part during its molding. A third pin 28 is for contact with spring 32 (Figure 2).

La figure7 représente schématiquement une variante de réalisation du support d'élément sensible, La bobine 24 est montée sur une plaque de circuit imprimé 58. Les connexions60 sont donc directement imprimées sur la plaque. L'utilisation de cette variante permet, si besoin est, d'implanter des composants électroniques directement sur le support d'élément sensible. Cela est particulièrement utile pour diminuer le bruit du signal délivré par l'élément sensible avant le traitement de ce signal. Figure 7 schematically represents an alternative embodiment of the sensing element carrier. The coil 24 is mounted on a printed circuit board 58. 60 are therefore directly printed on the plate. The use of this variant makes it possible, if necessary, to implant electronic components directly on the sensitive element support. This is particularly useful for reducing the noise of the signal delivered by the sensing element prior to the processing of this signal.

La figure8 représente schématiquement le support d'élément sensible dans le cas où l'élément sensible est un capteurà effet Hall62. Ce dernier se présente sous la forme d'un microcircuit qui est placé au centre d'une base circulaire 64 faisant saillie et sont les dimensions sont prévues pour le centrage du capteur à l'intérieur du réceptacle 22. Figure 8 schematically represents the sensing element support in the case where the sensing element is a Hall Effect 62 sensor. is in the form of a microcircuit which is placed in the center of a circular base 64 projecting and are the dimensions are provided for the centering of the sensor to inside the receptacle 22.

Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure, l'élémentà effet Hall62 est relié aux pistes de connexion imprimées sur la plaque de circuit imprimé58. Quelle que soit la variante de réalisation, les pièces moulées doivent permettre une bonne isolation électrique entre l'enroulement primaire et l'élément sensible. La matière isolante formant support 12, la carcasse38, le support d'élément sensible26 et la bobine 24 peuvent être par exemple en PA66. Although not shown in the figure, the Hall Effect 62 element is connected to the connection tracks printed on the printed circuit board 58. Whatever the embodiment variant, the molded parts must allow good electrical insulation between the primary winding and the sensitive element. The insulating support material 12, the carcass 38, the sensitive element support 26 and the coil 24 may be for example PA66.

Le dispositif de l'invention permet un montage facile et polyvalent puisque selon les besoins, on choisit soit un enroulement secondaire pour former un transformateurà mutuelle inductance soit un élémentà effet Hall tout en conservant la même base. Dans les deux cas, le centrage de l'élément sensibleà l'intérieur de l'enroulement primaire est assuré automatiquement lors du montage. The device of the invention allows an easy and versatile mounting since depending on the needs, either a secondary winding is chosen to form a transformer to mutual inductance or a element to Hall effect while maintaining the same base. In both cases, the centering of the sensitive element to inside the primary winding is automatically ensured during assembly.

L'invention concerne aussi un compteur d'électricité comprenant un tel dispositif. Le dispositif particulièrement compact est facileà monter dans le compteur et aiséà connecter aux circuits de traitement du signal qu'il délivre.The invention also relates to an electricity meter comprising such a device. The particularly compact device is easy to mount in the meter and easy to connect to the processing circuits of the signal it delivers.

Claims

CLAIMS 1. Device for measuring an electric current comprising a first conductor (10) forming a primary winding (36) around a central axis C and a sensitive element to a magnetic field (52, 62) arranged to inside the primary winding (36) and centered on the central axis C, the sensitive element (52, 62) being mounted on a sensitive element support (24, 26), characterized in that the primary winding (36) is embedded in an electrically insulation (12) overmolded on the primary winding (36), this insulating material (12) forming a main support and having a receptacle (32) located to the inside of the primary winding (36) and centered on the central axis C, the receptacle (22) being provided to receive the sensitive element (52,62), the receptacle (22) and the sensitive element support (26,26) being able to cooperate to position the sensitive element (52,62) on the central axis C. 2. The device according to claim 1, further comprising an insulating (38) shell in the form of a cylinder with edges (40, 42) on which the primary winding (36) is wound and having a central recess. 3. A device according to any one of claims 1 or 2 wherein the sensing element carrier comprises a printed circuit board (58). B 4. A device according to any one of the preceding claims wherein the sensing element is constituted by a secondary winding (52), the sensing element support comprising a coil (24) around which winding the secondary winding (52) and the dimensions adapted for centering the secondary winding (52) in the receptacle (22). 5. Device according to any one of claims 1 to 3 in which the sensitive element is constituted by a element to Hall effect (52). 6. Device according to any one of the preceding claims further comprising a shield (30) provided for the magnetic insulation of the assembly formed by the primary winding (36) and the sensitive element (52, 62) and now in place the support of sensitive element (24, 26) on the insulating material forming a support (12). 7. Device according to claim 5, wherein the shielding (30) being fixed by fixing means (46, 48, 50) on the insulating material (12) .The fastening means being constituted by at least one resilient lug (48), one end of which forms a stop (50), this at least one lug being an integral part of the material insulating carrier (12), and a stop (46) formed in the insulating material (12). 8. Apparatus according to any one of the preceding claims further comprising electrical contact means (32) connecting the shield (30) to a connection (28) provided on the support of the sensitive element (26). 9. Electricity meter characterized in that it comprises a device according to any one of the preceding claims.