CN116941166A

CN116941166A - 补偿网络

Info

Publication number: CN116941166A
Application number: CN202280015219.1A
Authority: CN
Inventors: E·卡达米齐斯-提奥菲洛; F·舒尔特海斯
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-05-25
Filing date: 2022-05-02
Publication date: 2023-10-24
Also published as: WO2022248163A1; DE102021113386A1; US20240154564A1

Abstract

本发明涉及一种用于补偿电机中的共模干扰的电装置、一种包括电装置的系统和一种车辆。所述装置包括至少一个补偿网络，该补偿网络具有至少一个补偿绕组和一个补偿电容器。所述补偿绕组和补偿电容器串联设置。所述至少一个补偿绕组与电机的至少一个定子绕组共同作用，使得产生抵消共模干扰的补偿电流。

Description

补偿网络

技术领域

本发明涉及一种用于补偿电机中的共模干扰的电装置、一种系统和一种电机。

背景技术

在包括开关元件如晶体管的电子装置中，通过开关过程在电导体之间出现电位差，这些电位差随后通过电容导致共模干扰电流。图1示出共模干扰产生的简化示意图。晶体管的电极、尤其是漏极电极12或其馈电线通常相对于壳体16的地电位14(参考电位)电绝缘。由于电绝缘部18的介电常数不是无穷大，因此该布置结构形成寄生电容20。通过该寄生电容20的漏极12相对于地电位14的电位变化产生共模干扰，所述共模干扰不利地影响电磁兼容性。干扰以共模的方式伴随着漏极12的开关过程出现。不仅对于相对于地电位14的正电压电位而且对于相对于地电位的负电压电位都可能会出现共模干扰。共模干扰因此也对电子装置的元件的工作方式产生不利影响。基于共模干扰，必须提供复杂且因此高成本的滤波元件，以便能够遵守法定的极限值。

发明内容

因此，本发明所基于的任务是补偿或至少减少这种共模干扰。

该任务通过独立权利要求的技术方案来解决。此外，提供一种用于补偿电机中的共模干扰的电装置、一种系统以及一种电机。有利的设计方案在从属权利要求中给出。参考各个技术方案讨论了各个方面。但这些方面可相应地相互转用。

根据第一方面，提供了一种用于补偿电机中的共模干扰的电装置。该装置包括至少一个补偿网络，该补偿网络具有至少一个补偿绕组和一个补偿电容器。所述补偿绕组和补偿电容器串联设置。所述至少一个补偿绕组与电机的至少一个定子绕组共同作用，使得产生抵消共模干扰的补偿电流。

电机可以与变流器耦联。基于变流器的开关元件的开关过程可以出现共模干扰。为了遵守电磁兼容性的极限值，可以设置与变流器耦联的滤波元件。

通过补偿网络可以有利地至少部分地补偿共模干扰。由此改善电机中的电磁兼容性。出现较少的干扰，因此也可以借助不太复杂且成本较低的滤波元件来遵守极限值。总的来说，电机具有降低的制造成本。

所产生的补偿电流可以相对于共模干扰具有180°相移。由此，补偿电流具有与共模干扰相反的幅度。因此，能够在幅度方面减小或甚至补偿出现的并且不可避免的共模干扰。

补偿网络可以是无源的。这意味着，补偿网络可以仅包括无源电气构件。无源构件是特别有利的。装置的制造成本低。

替代或补充地，所述至少一个补偿绕组可以具有与所述至少一个定子绕组的匝数相应或者说相当/相等的匝数。这简化了补偿网络的设计，因为在此情况下仅还对补偿电容器提出较低的要求，以便能够这样设计补偿网络，使得在幅度方面补偿共模干扰。

补偿绕组可以与所述至少一个定子绕组相应于变压器地构造。所述变压器在当前被视为变换器的特例。在变压器中，匝数相同。在变压器中，绕组于是可以反向设置。此外，设置为变压器还允许在补偿网络中产生所引起的电压变化、即电压升高或电压下降的镜像。变压器允许根据缠绕方向这样选择镜像，使得由此可以特别简单地实现180°相移。

替代或补充地，补偿绕组可以构造为所述至少一个定子绕组上的附加绕组。由此，尽管存在附加的补偿绕组，但电机的一般布局可以保持不变。

电机可以具有壳体。在壳体中可以设置电机的至少一个转子和一个定子。在此情况下，可以这样设计补偿网络，使得补偿电容器可以设置在壳体之内或之外。有利的是，壳体可以是导电的并且处于地电位上。

补偿电容器也可以用作高通滤波器。因此，补偿电容器对于高频信号是可通过的。但低频信号被补偿电容器阻挡。

替代或补充地，可以这样设计和构造补偿电容器和补偿绕组，使得补偿电容器的电容与补偿绕组的电感的乘积等于所述至少一个定子绕组的电感与寄生电容的乘积，基于所述寄生电容引起至少部分被补偿的共模干扰。如果满足该条件，则在忽略接触电阻等边际效应的情况下，共模干扰可以有利地根据相位和幅度被完全补偿。

根据第二方面，提供一种包括用于n相电机的电装置的系统。所述电机包括至少一个分配给相应电流相位的定子绕组。所述系统包括至少n个上述类型的电装置。至少一个分配给相应电流相位的定子绕组分别与n个电装置之一共同作用。电机可以与变流器耦联。在此情况下，对于电机的n个电流相位中的每个电流相位有利地分别提供一个具有补偿网络的电装置。因此，能够补偿针对电机的所有n个电流相位的共模干扰。由此，与电机的电流相位耦联的变流器可以有利地无共模干扰地运行。以这种方式可以降低对否则待设置的滤波元件的要求，以便遵守对电磁兼容性的规定。

所述系统还可以具有用于电机的中间电路电容器。电机的各电流相位可以在星形接点中耦联。所述星形接点在此情况下可以与中间电路电容器的中点电耦联。中间电路电容器为此可以具有至少两个分电容器。由此提供了如下可能性，即补偿来自n个电流相位的整个组的共模干扰。

电机可以是3m相的，其中m是大于0的自然数。相应地，电流相位数量可以是3的整数倍。这相应于当今电机的典型设计。

所有关于第二方面阐述的特征可单独或组合地转用到第一方面上。

根据第三方面，提供一种用于至少部分电驱动的车辆的电机。电机包括上述类型的系统。电机与变流器耦联。

电机可以根据同步电机的方式来构造。

电机包括构造成可围绕旋转轴线旋转的转子，该转子具有至少一个他励转子绕组。

电机还包括具有至少一个定子绕组组的至少一个定子。定子绕组组具有至少n个定子绕组。

所有关于第三方面阐述的特征可单独或组合地转用到第一和/或第二方面上。因此，系统也可以包括至少n个补偿网络、一个电机和一个变流器。

尤其是也提供至少部分电驱动的车辆，所述车辆包括如上所述的电机。

在本发明的意义中，至少部分电驱动的车辆尤其是可以包括陆地车辆，即电动摩托车、电动踏板车、双轮车、摩托车、三轮车、四轮车、越野和公路车辆(如轿车、公共汽车、卡车和其它商用车)、轨道车辆(火车)，但也可以包括水上运输工具(船)和飞行器(如直升机、多旋翼飞行器、螺旋桨飞机和喷气式飞机)，其具有至少一个用于推进运输工具的电动机。运输工具可以是载人的或无人驾驶的。除了纯电动车辆(BEV)之外，也可以包括混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和燃料电池车辆(FCHV)。

所有关于第四方面阐述的特征可单独或组合地转用到第一和/或第二和/或第三方面上。

附图说明

下面参考附图中示出的示例详细描述和解释本发明以及其它有利的实施方式和扩展方案。从说明书和附图中得出的特征可单独地或多个任意组合地根据本发明来使用。附图如下：

图1示出共模干扰产生的简化示意图；

图2示出根据一种实施方式的电装置的简化示意图；和

图3示出补偿绕组的简化示意图。

具体实施方式

下面借助示例性实施方式阐述本发明，这些实施方式仅用作示例，而不应限制本专利权的范围。

图2示出根据一种实施方式的电装置30的简化示意图。

示出用于至少部分电驱动的车辆的三相电机32。电机32设置在壳体34中。尤其是电机32的转子和定子设置在由壳体34包围的容积中。

此外，在电机32处设有变流器36，该变流器在此构造为B6-桥。

此外，存在中间电路电容器40，该中间电路电容器用作缓冲电容器。中间电路电容器40在当前包括两个分电容器42、44，中间电路电容器40的中点抽头46位于这两个分电容器之间。

电机32与直流电压源48耦联。直流电压源48可以是车辆的高压存储器。变流器36耦联在直流电压源48的正负电位之间。

电机32在当前是三相的且具有电流相位n1、n2、n3。电流相位n1-n3施加在定子绕组上，所述定子绕组借助馈电线50、52、54与变流器36的相应晶体管对的中间抽头电连接。

馈电线50、52、54以及电流相位n1、n2、n3的定子绕组相对于地电位58电绝缘。但通过变流器36的晶体管38的开关过程，相对于地的电位差变化。因此引起共模干扰，其在此被示为寄生电容56A、56B、56C。无论是在定子绕组和馈电线50、52、54上施加正电压电位还是负电压电位，都产生共模干扰。

为了补偿共模干扰，设置补偿网络59。补偿网络59仅包括无源部件。因此，补偿网络也可以被称为无源补偿网络59。补偿网络59包括至少一个补偿绕组60和一个补偿电容器62。

补偿绕组60设置在电机32的壳体34之内。补偿电容器62设置在壳体34之外。但补偿电容器62也可以设置在壳体34之内。补偿绕组60和补偿电容器62串联设置。

补偿网络59分配给电流相位n3。补偿绕组60与电流相位n3的定子绕组共同作用。尤其是补偿绕组60与电流相位n3的定子绕组一起构造为变压器64。这意味着，电流相位n3的定子绕组和补偿绕组60具有相同的匝数。

此外，补偿绕组60与地电位58电连接。

根据以下条件设计补偿绕组60和补偿电容器62。补偿绕组60的匝数与补偿电容器62的电容的乘积等于电流相位n3的所分配的定子绕组的匝数与相应寄生电容56A的乘积。由于补偿绕组60和电流相位n3的定子绕组的匝数相同，因此补偿电容器62必须具有与寄生电容56A的电容相应(或者说相当、相同)的电容。寄生电容可以借助网络模拟和EMI(电磁干扰)接收器预先确定。然后，可以相应地设计补偿电容器62。

电机32的电流相位n1、n2、n3在星形接点66中耦联。电机32的星形接点66与中间电路电容器40的中间抽头46电连接。中间抽头46也可以称为中点抽头，因为分电容器42、44具有相同的电容。

如果相应地设计补偿绕组60和补偿电容器62，则可以以简单的方式补偿共模干扰。将补偿绕组60与电流相位n3的定子绕组构造为变压器64确保在不同的缠绕方向下180°的相移。此外，在变压器64中可以实现特别好的耦联关系。

在没有补偿网络59的情况下，为了遵守关于电磁兼容性的法律规定，必须为电流相位设置复杂且成本高的滤波元件，在当前可以省却这些元件。

为清楚起见，在此仅示出补偿网络59之一。但通常存在的补偿网络59的数量相应于或者说电机32的电流相位n的数量。在此情况下，分别为每个电流相位设计一个补偿网络59，以便补偿相应的共模干扰。因此，n相电机32具有n个相应的变压器64。每个补偿网络59根据上述条件设计。在星形接点66与中间电路电容器的中间抽头46之间的连接确保对称设计。

图3示出补偿绕组60的简化示意图。补偿绕组60作为附加绕组直接构造在定子绕组66上。在绕组之间仅设置电绝缘部68。由此，在补偿绕组60和定子绕组66之间提供良好的耦联关系。

尽管已经关于一种或多种实现方式示出和阐述了本发明，但本领域技术人员在阅读和理解本说明书和附图时会想到等效的变化和修改。此外，虽然本公开的特定特征可能已经关于多种实现方式之一被公开，但该特征可以与其它实现方式的一个或多个其它特征组合。

Claims

1.用于补偿电机(32)中的共模干扰的电装置(30)，其中，所述装置包括至少一个补偿网络(59)，该补偿网络具有至少一个补偿绕组(60)和一个补偿电容器(62)，所述补偿绕组和补偿电容器串联设置，并且所述至少一个补偿绕组与电机的至少一个定子绕组(66)共同作用，使得产生抵消共模干扰的补偿电流。

2.根据权利要求1所述的电装置(30)，其中，所述补偿电流相对于共模干扰具有180°相移。

3.根据前述权利要求中任一项所述的电装置(30)，其中，所述补偿绕组(60)具有与所述至少一个定子绕组(66)的匝数相应的匝数。

4.根据前述权利要求中任一项所述的电装置(30)，其中，所述补偿绕组(60)与所述至少一个定子绕组(66)相应于变压器(64)地构造。

5.根据前述权利要求中任一项所述的电装置(30)，其中，所述补偿绕组(60)构造为所述至少一个定子绕组(66)上的附加绕组。

6.根据前述权利要求中任一项所述的电装置(30)，其中，所述补偿电容器(62)用作高通滤波器。

7.根据前述权利要求中任一项所述的电装置(30)，其中，所述补偿电容器(62)和补偿绕组(60)被设计和构造成，使得补偿电容器的电容与补偿绕组的电感的乘积等于所述至少一个定子绕组(66)的电感与寄生电容(56A)的乘积，基于所述寄生电容引起被补偿的共模干扰。

8.包括用于n相电机(32)的电装置(30)的系统，其中，所述电机包括至少一个分配给相应电流相位(n1、n2、n3)的定子绕组(66)，所述系统包括至少n个根据权利要求1至7中任一项所述的电装置，并且所述至少一个分配给相应电流相位的定子绕组分别与所述n个电装置之一共同作用。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述系统还具有用于电机(32)的中间电路电容器(40)，电机的电流相位(n1、n2、n3)在星形接点(66)中耦联，并且所述星形接点与中间电路电容器的中点(46)电耦联。

10.根据权利要求8或9所述的系统，其中，所述电机(32)是3m相的，其中m是大于0的自然数。

11.用于至少部分电驱动的车辆的电机(32)，所述电机具有根据权利要求8至10中任一项所述的系统。