FR2833355A1 - Detecteur de champ magnetique comprenant un capteur magneto-resistif - Google Patents

Abstract

Le détecteur (1) de champ magnétique (B) comprend un capteur magnétorésistif (2) et deux noyaux de ferrite disposés (4, 5) en alignement de part et d'autre du capteur magnéto-résistif (2) pour augmenter l'amplitude du champ magnétique (B) traversant ledit capteur magnéto-résistif (2). Une telle construction fait qu'un capteur magnéto-résistif ayant une sensibilité de 10 milliteslas est suffisant pour détecter le champ magnétique produit par un courant de 200 ampères dans une barre de puissance.

Description

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L'invention concerne un détecteur de champ magnétique comprenant un capteur magnétorésistif. Elle s'applique plus particulièrement à un détecteur sensible au champ magnétique généré par un courant électrique traversant une barre de puissance pour surveiller ce courant. Un tel détecteur est notamment utilisé pour surveiller le fonctionnement d'un appareil tel qu'un redresseur ou un onduleur à thyristors alimenté par une ou plusieurs barres de puissance. Plus particulièrement, un tel détecteur est destiné à être sensible au champ magnétique produit par un courant de l'ordre de 200 A.

Il est connu de l'art antérieur d'utiliser un détecteur à capteur magnétorésistif pour détecter un courant dans une barre de puissance. Par exemple, le brevet WO 95/09447 suggère que le capteur soit constitué d'une bande magnéto-résistive entourant le conducteur. Les extrémités de la bande sont reliées à un dispositif de mesure électrique destiné à évaluer la résistance électrique de la bande. La résistance de la bande est une image du champ magnétique généré par le courant traversant le conducteur, ce qui permet d'en déduire la valeur de ce courant. Plus particulièrement, ce brevet divulgue la mise en oeuvre d'une bande présentant une structure multicouche pour présenter une sensibilité améliorée. Cette mise en oeuvre nécessite que le détecteur ait sensiblement une forme de manchon entourant la barre de puissance. Il s'ensuit que l'installation et la maintenance de ce détecteur sont relativement coûteuses puisque son remplacement nécessite le démontage de la barre de puissance pour retirer le manchon qui l'entoure. Il est également connu de l'art antérieur d'utiliser un capteur à effet Hall ou à transformateur de courant pour évaluer le courant dans la barre de puissance. De tels détecteurs sont montés en série avec la barre de puissance de sorte qu'ils nécessitent également un démontage de la barre de puissance en cas d'intervention, ce qui génère un surcoût de maintenance. D'autre part, les détecteurs de l'art antérieur fournissent généralement un signal de sortie qui est proportionnel à la valeur instantanée du champ magnétique mesuré. Ceci nécessite une électronique de traitement séparée pour distinguer un signal de sortie alternatif d'un signal de sortie nul. En effet ces deux signaux de sortie ont une valeur moyenne nulle alors qu'ils sont issus respectivement d'un champ magnétique alternatif et d'un champ nul.

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Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un détecteur dont la maintenance est simplifiée et ne nécessitant pas de remise en forme de son signal de sortie par une électronique séparée.

A cet effet, l'invention a pour objet un détecteur de champ magnétique comprenant un capteur magnétorésistif, caractérisé en ce qu'il comprend deux noyaux de ferrite disposés en alignement de part et d'autre du capteur magnéto-résistif pour augmenter l'amplitude du champ magnétique traversant ledit capteur magneto-résistif.

Une telle construction fait qu'un capteur magneto-résistif ayant une sensibilité de 10 milliteslas est suffisant pour détecter le champ magnétique produit par un courant de 200 ampères dans une barre de puissance.

Avantageusement, les noyaux de ferrite sont des filtres haute fréquence pour port d'ordinateur, ce qui permet de réduire le coût de fabrication du détecteur.

Le capteur magnéto-résistif pourra être un capteur anisotrope unipolaire sensible selon une direction privilégiée coïncidant avec l'alignement des noyaux de ferrite de manière à délivrer un signal caractéristique du sens du champ magnétique selon la direction privilégiée. Avantageusement, le détecteur inclut une unité électronique de traitement reliée au capteur magneto-résistif, cette unité délivrant un signal de sortie positif sur détection d'un champ magnétique positif par le capteur magnéto-résistif et un signal sensiblement nul sinon. Elle pourra inclure une temporisation pour retarder le passage à zéro du signal de sortie d'une durée prédéterminée de manière à lisser le signal de sortie sur détection d'un champ magnétique alternatif. Avec cette unité électronique de traitement, le signal de sortie est continuellement positif pour un champ magnétique alternatif et pour un champ magnétique constant positif. Selon ce mode de réalisation, le détecteur selon l'invention peut être indifféremment utilisé pour un champ alternatif et pour un champ constant positif. Avantageusement, le signal de sortie pourra alimenter une diode montée sur le détecteur.

L'invention concerne également un module de détection d'un courant électrique dans une barre de puissance par détection du champ magnétique généré par ce courant électrique comportant un détecteur de champ magnétique tel que défini ci-dessus. Un tel module est capable de détecter indifféremment un courant alternatif ou continu dans une barre de puissance. L'association de deux modules montés tête bêche le long d'une

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même barre permet de savoir si cette barre est traversée par un courant alternatif ou continu et de connaître le cas échéant le sens du courant continu.

L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux dessins annexés qui en illustrent une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif.

La figure 1 est une représentation schématique du détecteur selon l'invention en vue de dessus ;
La figure 2 est une représentation schématique du détecteur selon l'invention en vue de profil ;
La figure 3 est un schéma bloc du détecteur selon l'invention ;
La figure 4 est une représentation en perspective d'un module de détection selon l'invention ;
La figure 5 est une représentation d'un exemple d'implantation de deux modules de détection selon l'invention.

Comme visible dans les figures 1 et 2, le détecteur de champ magnétique 1 selon l'invention comprend un capteur magnéto-résistif 2 qui est monté sur une plaque de circuit imprimé 3. Cette plaque de circuit imprimé 3 supporte également deux noyaux de ferrite 4 et 5 qui sont montés de part et d'autre du capteur magnéto-résistif 3 en étant alignés selon une direction privilégiée représentée par le vecteur D. Ces noyaux de ferrite 4 et 5 forment un concentrateur de flux pour augmenter l'amplitude du champ magnétique B traversant le capteur 2. Plus particulièrement, l'amplification du champ produite par ces deux noyaux est suffisante pour qu'un capteur sensible à un champ de 10 milliteslas permette de détecter le champ magnétique produit par un courant de 200 ampères situé à proximité du détecteur.

Ces noyaux de ferrite 4 et 5 pourront être de tout type connu pour concentrer le champ magnétique dans le capteur 2. Dans l'exemple illustré sur les figures 1 et 2, les noyaux utilisés sont les composants utilisés classiquement comme filtres haute fréquence et montés sur l'embase des connecteurs de ports externes d'ordinateurs au niveau d'un circuit imprimé. Plus particulièrement, la figure 2 fait apparaître quinze perçages 4'et neuf perçages 5'respectivement sur les noyaux 4 et 5, ces noyaux étant initialement prévus pour un port externe quinze broches et pour un port

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externe neuf broches. De tels filtres haute fréquence sont courants dans le commerce de sorte que leur coût est faible ce qui réduit le coût de fabrication du détecteur selon l'invention. Comme visible dans les figures 1 et 2, chaque noyau de ferrite 4,5 est fixé au circuit imprimé par deux bretelles (ou straps) 4", 5"traversant chacune un trou en ayant ses extrémités directement soudées sur le circuit imprimé 3.

Le capteur 2 pourra être choisi parmi les types de capteurs disponibles dans le commerce, en ayant notamment une sensibilité correspondant à l'application recherchée. Dans un mode de réalisation préféré, le capteur magnéto-résistif 2 est un capteur anisotrope unipolaire, c'est à dire sensible à un champ magnétique B selon une direction privilégiée D qui coïncide avec la direction d'alignement des noyaux de ferrite 4 et 5. Un tel capteur unipolaire est disponible dans le commerce et comporte généralement deux bornes d'alimentation et une borne de sortie pour fournir un signal qui est une image du champ magnétique dans lequel il baigne. Plus particulièrement, un capteur unipolaire fournit un signal qui est sensiblement proportionnel au produit scalaire du champ magnétique B par le vecteur D, par opposition à un capteur bipolaire qui fournit un signal proportionnel à la valeur absolue de ce produit scalaire. En d'autres termes le choix d'un capteur unipolaire permet de délivrer un signal qui est caractéristique du sens du champ magnétique détecté par rapport à la direction D.

Un tel capteur fournit un signal électrique dont la valeur instantanée fluctue avec les variations du champ magnétique. Avantageusement le détecteur pourra inclure une unité de traitement électronique destinée à remettre en forme le signal fourni par le capteur pour former un signal de sortie du détecteur ayant des caractéristiques particulières. Cette remise en forme pourra selon l'application recherchée fournir un signal analogique proportionnel à la moyenne quadratique du champ magnétique, un signal binaire indiquant la détection ou non d'un champ magnétique, ou autre.

Dans un mode de réalisation particulier destiné notamment à la détection d'un champ magnétique B alternatif et représenté figure 3, l'unité électronique de traitement 6 comporte un filtre électronique 6'relié au capteur 2 pour former un signal de sortie du détecteur positif si le champ détecté est positif selon la direction D et nul sinon. De cette manière le signal de sortie Ss a une valeur moyenne positive sur détection d'un champ magnétique alternatif.

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Cette unité électronique de traitement pourra également comporter une temporisation 6"pour retarder le passage à zéro du signal de sortie Ss d'une durée prédéterminée, de manière à lisser le signal de sortie. Cette durée de temporisation sera avantageusement choisie supérieure à la période du champ alternatif de manière à fournir un signal de sortie Ss continuellement positif sur détection d'un champ alternatif et sur détection d'un champ magnétique constant positif par rapport à la direction D. Avec cette temporisation le détecteur pourra indifféremment être utilisé pour la détection d'un champ alternatif et pour la détection d'un champ constant.

Le détecteur selon l'invention pourra comporter un bornier de connexion avec deux bornes d'alimentation 7 et 8 destinées à recevoir par exemple une tension de 24V continue, et deux bornes de sortie 10 et 12 pour délivrer le signal Ss. Dans l'exemple donné figure 3, les bornes d'alimentation 7 et 8 alimentent le capteur 2 et l'unité électronique 6 après remise en forme en 7' pour évacuer d'éventuelles perturbations introduites par l'environnement électromagnétique régnant autour du détecteur. Le signal de sortie Ss pourra être transmis à un automate par l'intermédiaire de câbles blindés de manière à suivre l'évolution du champ magnétique depuis l'automate.

Avantageusement, le signal de sortie Ss pourra également alimenter une diode 11 montée sur le détecteur à travers un amplificateur 9, de telle sorte que la diode 11 soit allumée si le signal de sortie Ss est positif, et éteinte sinon. De cette manière un contrôle visuel sur le détecteur permet à un opérateur de savoir si un champ magnétique est détecté ou non.

Dans la figure 4, on a représenté un module 13 de détection de courant pour barre de puissance comprenant un détecteur 1 selon l'invention. Ce module a sensiblement une forme parallélépipédique et renferme le circuit imprimé 3 représenté dans les figures 1 à 3. Plus particulièrement, ce module comprend au niveau de sa face inférieure deux pattes 14 comportant chacune un trou 15 permettant de plaquer cette face inférieure à une barre de puissance au moyen de vis autotaraudeuses traversant les pattes. Comme visible figure 4, le module comporte une flèche 1 sur sa face supérieure indiquant la direction de détection du courant dans la barre de puissance. Vue de dessus, cette flèche 1 est orientée à +900 dans le sens direct par rapport à la direction de détection D pour être orientée conformément au théorème d'Ampère.

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Avec l'unité de flitrage 6'et la temporisation 6", le module de détection selon l'invention est adapté indifféremment à la détection d'un courant alternatif et à la détection d'un courant continu dans la barre de puissance.

Dans la figure 5 on a représenté schématiquement la mise en oeuvre de deux modules 13'et 13" selon l'invention sur un redresseur alternatif-continu à six thyristors T1, T2,..., T6. Chaque phase alternative est connectée à deux thyristors par une barre de puissance correspondante 81, B2, B3. Plus particulièrement, la barre de puissance B2 qui est traversée par un courant alternatif et qui est connectée aux thyristors T3 et T4 est équipée de deux modules 13'et 13"selon l'invention qui sont montés tête bêche le long de la barre. En fonctionnement normal du redresseur, les deux modules ont leurs diodes allumées signifiant la présence d'un courant alternatif dans la barre de puissance. En cas de défaut de conduction du thyristor T3, un courant positif dans la borne B2 ne peut plus s'établir, la diode du module 13'restera donc éteinte. De manière analogue, un défaut du thyristor T4 est indiqué par une extinction de la diode du module 13". Avec cet agencement, la surveillance du redresseur pourra être réalisée en utilisant six modules selon l'invention montés deux à deux tête bêche sur chaque barre de puissance.

Ces modules pourront par exemple être reliés à un automate de surveillance destiné à déclencher un arrêt du convertisseur dès que l'un des six modules est en défaut. Un ou plusieurs modules selon l'invention pourront être montés en aval du redresseur pour la détection d'un courant continu dans des barres alimentant la charge du redresseur.

L'invention n'est pas limitée à la surveillance d'un redresseur alternatifcontinu, elle pourra également s'appliquer à la surveillance d'autres types d'installation électrique de puissance dans lesquelles on désire surveiller le courant électrique traversant des barres de puissance. D'une manière plus générale, l'invention pourra s'appliquer à la détection d'un champ magnétique tant constant qu'alternatif.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1/Détecteur (1) de champ magnétique (B) comprenant un capteur magnétorésistif (2), caractérisé en ce qu'il comprend deux noyaux de ferrite disposés (4,5) en alignement de part et d'autre du capteur magnéto-résistif (2) pour augmenter l'amplitude du champ magnétique (B) traversant ledit capteur magneto-résistif (2).

21 Détecteur selon la revendication 1, dans lequel lesdits noyaux de ferrite (4,5) sont des filtres haute fréquence pour port d'ordinateur.

31 Détecteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit capteur magnéto-résistif (2) est un capteur anisotrope unipolaire sensible selon une direction privilégiée (D) qui coïncide avec l'alignement des noyaux de ferrite (4,5).

41 Détecteur selon la revendication 3, comprenant une unité électronique de traitement (6) reliée audit capteur magnéto-résistif (2), ladite unité électronique de traitement (6) comprenant un filtre (6') pour délivrer un signal électrique de sortie (Ss) ayant une valeur positive si ledit capteur magnétorésistif (2) détecte un champ magnétique positif selon ladite direction privilégiée (D), et nulle sinon.

51 Détecteur selon la revendication 4, dans lequel l'unité électronique de traitement (6) comprend une temporisation (6") pour retarder d'une durée de temporisation prédéterminée (T) le passage à zéro dudit signal électrique de sortie (Ss).

61 Détecteur selon l'une des revendications 4 ou 5, comprenant une diode (7) alimentée par ledit signal de sortie (Ss).

7/Module de détection d'un courant électrique dans une barre de puissance par détection du champ magnétique généré par ledit courant électrique, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur de champ magnétique (1) selon l'une des revendications 1 à 6.

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8/Module de détection selon la revendication 7, comprenant deux pattes de fixation (14) pour le fixer directement à une barre de puissance (B1, B2, B3).