电马达控制电路的电磁滤波的制作方法

本发明的技术背景是电磁辐射防护。更具体地，本发明涉及一种电马达的控制电路，特别是用于机动车辆前部面风扇组件的那些类型的电马达的控制电路。本发明还涉及由这种马达控制电路驱动的用于机动车辆的机动风扇单元。

背景技术：

允许调节足以冷却机动车辆的多个元件(例如内燃机或电路)的气流的机动风扇单元是已知的。这种机动风扇单元包括可旋转的风扇和用于旋转风扇的电马达，电马达由控制电路驱动。

机动车辆中电气设备的不断增加的集成导致所述电气设备之间更大的接近度。因此，各种电气设备的操作会干扰邻近的电气设备。因此，汽车制造商施加了越来越大的电磁兼容性(emc)约束，以首先保证汽车的可靠操作，其次保证所提供的各种功能。

这些电磁兼容性要求也施加在机动风扇单元的电马达的控制电路上。这是因为脉宽调制控制信号的生成会产生电磁辐射，可能会干扰其他电气设备。

本发明的一个目的是提出一种新颖的控制电路，以便至少在很大程度上克服先前的问题，并且还带来进一步的优点。更具体地说，本发明的目的是减少这种控制电路在其操作期间的电磁辐射。

另一个目的是减小控制电路的机械尺寸。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，上述目的中的至少一个是通过电马达的电马达控制电路来实现的，该控制电路包括(i)包括至少一个功率分支的功率桥，该功率桥被配置为驱动电马达，以及(ii)与该至少一个功率分支并联布置的滤波装置，以便从该功率桥过滤电磁辐射，所述滤波装置包括至少一个滤波电容器，该滤波装置的至少一个滤波电容器是聚合物混合类型(thepolymer-hybridtype)的。

由电开关驱动的电马达有利地是dc电马达的类型。

功率桥的每个功率分支包括一个或多个(优选是两个)功率开关。每个功率开关被配置成产生电脉宽调制功率信号，以便控制控制电路所连接的电马达的旋转和/或旋转速度。为此，每个功率开关交替地配置在导通状态和关断状态，在导通状态下，其端子之间的电阻非常低，在关断状态下，其端子之间的电阻非常高。因此，在功率开关的导通和关断状态之间切换功率开关允许产生脉宽调制类型的功率信号，并允许控制其特性，例如所述功率信号的频率和/或占空比。

在其操作期间，控制电路是电磁辐射的来源，主要是由于功率桥的(多个)功率开关的相继切换。

该过滤装置允许能够在电马达旋转时出现的电流的突然变化，特别是当功率开关从其导通状态切换到其关断状态时断开或闭合时，或者反之亦然。这是因为滤波装置的电阻抗取决于流经它的电流的频率：对于电流的突然变化——在建立功率开关的电气切换的时刻——滤波装置的电阻抗非常高。另一方面，对于较小的电流变化——当功率开关切换到其导通状态之一时——滤波装置的电阻抗非常低。

换句话说，滤波装置本质上表现为低通型滤波器，其关断频率决定了其相对于流经它的电流的行为：

-超过关断频率，通过滤波装置的电流所看到的电阻抗非常大，因此通过所述滤波装置的电流被大大衰减；

-在关断频率以下，通过滤波装置的电流所看到的电阻抗非常小，通过所述滤波装置的电流衰减很少或根本不衰减。

如后面将要讨论的，滤波装置的关断频率取决于形成滤波装置的元件的电特性，特别是取决于至少一个聚合物混合滤波电容器的电特性。

根据本发明，聚合物混合技术在过滤装置中的单一使用使得可以优化其尺寸，包括电气和维度尺寸。原因是聚合物混合滤波电容器的使用使得可以增加滤波装置的(多个)滤波电容器的每单位体积的电容。换句话说，对于给定的体积，聚合物混合滤波电容器的电容大于在另一种非聚合物混合技术中对于相同体积获得的电容。因此，聚合物混合技术可以提高根据本发明第一方面的控制电路的滤波装置的紧凑性。

此外，将聚合物混合技术用于(多个)滤波电容器使得可以在电磁滤波方面提供更好的性能，特别是对于低频。

根据本发明第一方面的控制电路有利地包括以下改进中的至少一个，形成这些改进的技术特征能够单独或组合采用:

-功率桥的(多个)功率开关属于功率晶体管类型。根据特定实施例，(多个)功率开关是场效应晶体管的类型。更具体地说，(多个)功率开关是mosfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)类型的；

-所述至少一个聚合物混合滤波电容器的电容值大于200μf。优选地，所述至少一个聚合物滤波电容器的电容值大约等于330μf，多或少10％；

-所述至少一个聚合物混合滤波电容器被容纳在直径小于或等于12mm和/或高度小于或等于12mm的圆柱形外壳中。优选地，容纳所述至少一个聚合物滤波电容器的外壳的直径和/或高度大约等于10mm，多或少10％；

根据第一实施例，滤波装置的每个滤波电容器是聚合物混合类型的。根据第二替代实施例，第一比例的滤波电容器是电解型的，第二比例的滤波电容器是聚合物混合型的；

-滤波装置包括滤波电感器。这种有利的配置使得可以优化滤波装置的频率特性。将聚合物混合技术结合用于(多个)滤波电容器使得可以降低滤波电感器的电感值。因此，这种有利的构造使得可以降低过滤装置的成本及其尺寸和重量；

-滤波装置的滤波电容器中的仅一个是聚合物混合类型的，聚合物混合类型的滤波电容器相对于功率桥位于滤波电感器的对面。可选地，滤波装置的一部分滤波电容器是聚合物混合类型的，相对于功率桥位于滤波电感器对面的滤波电容器是聚合物混合类型的那些滤波电容器之一；

-滤波电感器的电感值在24.75μh至62.5μh之间，关断频率大于或等于100khz；

-滤波电感器与所述至少一个滤波电容器并联布置；

-滤波装置是pi滤波器的类型，所述pi滤波器由位于彼此并联的两个滤波电容器之间的滤波电感器形成。这种有利的配置使得有可以获得低通滤波器，其关断频率由滤波电感器和滤波电容器的阻抗值决定；

-滤波装置包括多个滤波电容器，其数量等于功率桥的功率分支数量。特别地，根据本发明的一个特定实施例，控制电路是三相的，功率桥的功率分支的数量等于三，并且滤波电容器的数量等于三。

根据本发明的第二方面，提出了一种用于机动车辆的机动风扇单元，所述机动风扇单元包括(i)由电马达旋转的风扇，和(ii)根据本发明的第一方面或根据其任何一种改进的控制电路，所述控制电路被配置为驱动电马达。

控制电路被配置成控制电马达的旋转速度和/或旋转方向，并因此控制相关风扇的旋转速度和/或旋转方向。如上所述，由于在过滤装置中使用了聚合物混合电容器，根据第二方面的机动风扇单元相对于先前的机动风扇单元具有更高水平的电磁兼容性，从而减小了尺寸。

本发明的各种实施例是可预见的，这些实施例以其所有可能的组合结合了这里解释的各种可选特征。

附图说明

参考所附的示意图，从下面的描述以及通过以非限制性的方式提供的几个示例性实施例，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，在附图中：

图1示出了由根据本发明第一方面的控制电路驱动的电马达的电路图；

图2示出了根据本发明第一方面的这种控制电路的示例性实施例。

当然，本发明的特征、变型和不同实施例可以以各种组合彼此结合，只要它们不是不兼容或互斥的。特别地，如果与所描述的其他特征分离地描述的特征的选集足以提供技术优势或使本发明区别于现有技术，则可以设想本发明的变型仅包括所述特征的选集。

特别地，如果没有技术原因阻止这种结合，所有的变型和所有描述的实施例可以彼此结合。

在附图中，许多附图共有的元件保持相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了打算安装在例如机动车辆(未示出)中的电气系统，并且由电压ubat表示的电力经由车辆电气系统21由电池2提供。在图1所示的例子中，这种电气系统形成了根据本发明第三方面的机动风扇单元8。

这种机动风扇单元8包括由控制电路1驱动的电马达4，电马达4的转子机械联接到轴52，轴52旋转风扇5的螺旋桨51。控制电路1根据本发明的第一方面，并且稍后将参考图2进行描述。

由控制电路1驱动的电马达4可以是任何类型，特别是例如dc马达的类型。电马达4包括电枢元件41和电感器元件42。在图1所示的例子中，电枢元件41是电马达4的转子；电感器元件42是所述电马达4的定子。有利地，电感器元件42包括n个电绕组421。在图1所示的例子中，n等于3。根据本发明的特定实施例，电感器元件42的电绕组421被布置成所谓的“星形”电配置，所有电绕组421在公共电端子处彼此电连接。可选地，可以设想其他电配置，例如三角形或环形配置。

电马达4由控制电路1驱动，控制电路1允许选择性地或集体地产生所述电马达4的电感器元件42的电绕组421中的每一个的相电流ia、ib、ic。控制电路1本身由控制模块3驱动，控制模块3为控制电路1产生一个或多个控制信号sc，这将参照图2进行更详细的描述。此外，控制模块3还被配置成确定电马达4的电枢元件41处的感应电流irot。

控制电路1通过车辆电气系统21在正极端子和接地端子m之间从机动车辆的电池2分支出来。出于电气安全的原因，接地端子m有利地电连接到机动车辆的底盘。

参考图2，根据本发明第一方面的控制电路1包括功率桥12和滤波装置13。

功率桥12包括至少一个功率分支a、b、c，以便为所述电马达4的电感器元件42的每个电绕组421产生至少一个相电流ia、ib、ic。所有的功率分支首先彼此分开，并由机动车辆的电池2提供的电压ubat极化。在图2所示的例子中，对应于图1所示的机动风扇单元8，功率桥12包括三个功率分支a、b、c，每个功率分支a、b、c与电绕组421中的一个相关联。

每个功率分支a、b、c包括两个功率开关121。每个功率开关121被配置成产生对应的相电流ia、ib、ic。由控制电路1的每个分支a、b、c的功率开关产生的相电流1a、1b、1c是脉宽调制信号的类型，以便控制电马达4的旋转和/或旋转速度。为此目的，每个功率开关121交替地配置在导通状态和关断状态，在导通状态下，其端子之间具有非常低的电阻，在关断状态下，其端子之间具有非常高的电阻。功率开关121在其导通和关断状态之间的切换由控制模块3驱动，并允许控制对应相电流1a、1b、1c的特性，例如频率和/或占空比。

每个功率开关121有利地是功率晶体管的类型，例如mos、mosfet，优选如图2所示的例子中掺杂氮。

对于每个功率分支a、b、c，两个功率开关121有利地在公共端子处电连接，例如经由第一功率晶体管的漏极端子和相同功率分支a、b、c的第二功率晶体管的源极端子。随后，对于两个功率部件121公共的端子电连接到电马达4的电绕组421之一，以便控制流过它的电流。

为了在功率桥12操作期间过滤来自功率桥12的电磁辐射，过滤装置13被配置为执行低通滤波。为此，滤波装置13包括至少一个滤波电容器132a、132b、132c、132d。每个滤波电容器132a-132d首先从功率桥12分支出来，然后与由机动车辆的电池2输送的电压ubat并联放置。

在图2所示的例子中，过滤装置13有利地是pi滤波器类型的。它包括第一组1321滤波电容器和第二组1322滤波电容器。第一组1321滤波电容器和第二组1322滤波电容器由串联设置在它们之间的滤波电感器131分隔开。

有利地选择滤波电感器131的电感值和每个滤波电容器132a-132d的电容值，以便根据期望的效果和电马达4和/或控制电路1、特别是功率桥12的电气和动态特性来确定滤波装置13的关断频率。

根据本发明的第一方面，滤波电容器132a-132d中的至少一个是聚合物混合类型的，以便减小其尺寸并增加其电容，如上所述。根据第一可能实施例，只有第二组1322滤波电容器的滤波电容器132d是聚合物混合类型的。换句话说，根据第一实施例，只有相对于滤波电感器131朝向电池2定位的滤波电容器是聚合物混合类型的。

根据作为第一实施例的补充的第二可能实施例，第一组1321的滤波电容器131a-132c中的至少一部分是聚合物混合类型的。更优选地，第一组1321的所有滤波电容器131a-132c都是聚合物混合类型的。

聪明地，本发明旨在用聚合物混合类型的电容器代替第一组1321和/或第二组1322中的电容值高于100μf的每个滤波电容器132a-132d。作为交换，这种有利的配置使得可以通过减小其电感值来减小滤波电感器131的尺寸，从而使得制造控制电路1的成本和滤波装置13的维度尺寸都得以减小。非常特别地，用于滤波装置13的聚合物混合类型的(多个)滤波电容器具有大约等于330μf的电容值。

总之，本发明涉及电马达4的控制电路1，控制电路1包括滤波装置13，以便在电马达4被驱动时过滤可能产生干扰电磁辐射的高频。为此，滤波装置13包括从驱动电马达4的功率桥12分支出来的一个或多个滤波电容器132a-132d，滤波电容器132a-132d中的至少一部分是聚合物混合类型的，以便改善滤波装置13的动态性能并减小其尺寸。

当然，本发明不限于刚刚描述的例子，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对这些例子进行许多修改。特别地，本发明的各种特征、形式、变型和实施例可以以各种组合彼此关联，只要它们不是不兼容或互斥的。特别地，上述所有变型和实施例可以彼此结合。