FR3142646A1 - Filtre de compatibilité électromagnétique et onduleur équipé d’un tel filtre - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un filtre de compatibilité électromagnétique (1) comportant deux barres de conduction électrique (2,2’) plates et comportant des composants de filtrage agencés sur lesdites barres de conduction électrique (2,2’). Les deux barres de conduction électrique (2,2’) s’étendent sensiblement selon une direction dite longitudinale sur la totalité d’une portion de filtrage (6) desdites barres de conduction électrique (2,2’) de part et d’autre d’un plan médian longitudinal (P) du filtre et elles s’étendent dans un plan orthogonal au plan médian longitudinal (P), ou de manière étagée selon la direction longitudinale dans des plans parallèles entre eux et orthogonaux au plan médian longitudinal (P). Tous les composants de filtrage étant agencés sur lesdites barres de conduction électrique dans ladite portion de filtrage. Il est ainsi proposé un filtre de compatibilité électromagnétique assurant un alignement longitudinal des composants du filtre, ce qui limite les couplages entre certains composants de filtrage. En outre, la disposition des barres de conduction permet de limiter l’épaisseur du filtre CEM. Figure pour l’abrégé : figure 1
Description
L’invention porte sur le domaine de la protection des équipements électriques contre les perturbations électromagnétiques, en particulier pour un équipement électrique fonctionnant à moyenne ou haute tension, par exemple un onduleur.
Une telle protection passe par un ensemble de blindages contre les perturbations électromagnétiques, mais également par l’utilisation de filtres de compatibilité électromagnétique, appelés de manière générale filtres CEM en ce qu’ils permettent de garantir la compatibilité électromagnétique dans un équipement.
Plus précisément, l’invention concerne un filtre CEM adapté à être utilisé dans un onduleur. Elle vise notamment un onduleur pilotant un moteur de traction d’un véhicule électrique ou hybride.
Dans ce cadre, on vise plus particulièrement un filtre d’entrée de l’onduleur, à savoir un filtre CEM dit filtre EMI (selon l’acronyme anglophone « Electro Magnetic Interference »), destiné à éviter les perturbations dans les équipements connectés à l’alimentation de l’onduleur. On parle alors de filtrage du signal de puissance.
L’invention est décrite ci-après dans le contexte d’un véhicule automobile, qui constitue l’application préférentielle de la présente invention.
Les véhicules automobiles comportent de plus en plus de dispositifs électroniques, qui sont susceptibles d’être soumis à des perturbations électromagnétiques générées du fait de la présence d’autres dispositifs électriques et électroniques.
C’est d’autant plus le cas que les systèmes de traction électriques se développent, pour des véhicules dont la traction est totalement électrique ou pour des véhicules hybrides (c’est-à-dire qui comportent conjointement des moyens électriques de traction et d’autres moyens de traction, par exemple un moteur thermique). Dans ces véhicules électriques ou hybrides, les courants élevés qui circulent pour l’alimentation de la chaîne de traction électrique et les commutations à haute fréquence de l’onduleur favorisent la génération de perturbations électromagnétiques.
Parmi les filtres de compatibilité électromagnétique, un filtre EMI est, de manière générale, un dispositif combinant un inducteur passif et des condensateurs qui créent une topologie de filtre capable de supprimer une bande de fréquences de signaux dans un circuit.
Ces filtres sont ainsi généralement formés d'une combinaison d’une ou plusieurs barres de conduction électrique, d'une ou plusieurs inductances et d'un ou plusieurs condensateurs. Une barre de conduction électrique est une barre conductrice électrique dont la section transversale est adaptée au passage du courant prévu pour l’application considérée, généralement formée en cuivre. La section transversale d’une telle barre est généralement rectangulaire aplatie. Une telle barre de conduction électrique est généralement désignée par le terme anglophone « busbar », qui est parfois également traduit en français par les expressions « barre de puissance », « rail conducteur », ou « barre conductrice ».
Dans les solutions existantes, les condensateurs sont connectés aux barres de conduction électrique conducteurs soit directement, soit par l'intermédiaire de câbles ou autre élément conducteur de liaison.
Les courants élevés pouvant circuler dans les barres conductrices dans un système de traction électrique automobile (ou des systèmes analogues) entrainent également une problématique de résistance à la chaleur des composants du filtre. En effet, de forts courants sont susceptibles de générer un échauffement important des barres conductrices, à moins qu’elles n’aient une section très importante (menant à des barres conductrices chères et lourdes).
Différents exemples de filtres de compatibilité électromagnétique sont connus.
Le document FR3091138 divulgue par exemple un ensemble de barres de conduction électrique comportant des éléments de filtrage du signal de puissance. Le filtre proposé dans ce document est néanmoins d’architecture complexe, des virages étant formés par les barres de conduction, les éléments étant connectés par des liaisons filaires aux barres, et l’inductance de mode commun devant être mise en position, lors du montage du filtre, selon un processus complexe.
Le document FR3105716 divulgue un dispositif électrique configuré pour être refroidi par deux faces, ce dispositif pouvant être un filtre de compatibilité électromagnétique agencé sur une barre de conduction électrique. Les composants participant au filtrage peuvent être montés directement sur la barre, par exemple par soudage ou brasage. Néanmoins, le filtre est formé en plusieurs parties et la forme générale de cet ensemble est complexe et génère par elle-même certains couplages électromagnétiques qui doivent être eux même traités.
Le document US20210345482 divulgue un filtre CEM formé autour de deux barres conductrices qui forment plusieurs angles ou virages. En outre, un montage côte à côte de plusieurs condensateurs peut créer des couplages qu’il convient d’éviter.
De nombreuses autres configurations de filtres de compatibilité électromagnétique, notamment de filtres d’entrée pour onduleur, sont connues. Néanmoins, l’intégration d’un filtre CEM est généralement complexe. Le volume alloué au filtre CEM est souvent assez faible. Le filtre CEM doit aussi être adapté, pour ce qui concerne ses dimensions et son orientation, à la position des connecteurs prévue dans l’équipement auquel il est destiné. Certains des composants du filtre CEM doivent être refroidis (en particulier les condensateurs, et/ou les barres de conduction électriques afin d’éviter la surchauffe des composants qui y sont liés) ; certains composants doivent être orientés d’une certaine manière pour éviter des couplages entre composants qui peuvent affecter l’efficacité du filtre. Des solutions existent dans l’état de la technique pour gérer ces différentes contraintes, mais elles peuvent affecter les autres contraintes et généralement, dans un filtre CEM, une des contraintes est gérée en priorité, au détriment des autres.
Ainsi, les configurations de filtre CEM connues, en particulier de filtre CEM d’entrée d’un onduleur, ne sont pas optimisées sur l’ensemble des aspects qui interviennent dans ce type de filtre, ce qui conduit à une efficacité imparfaite ou à une grande complexité de configuration, ou encore à des problématiques thermiques résolues de manière insatisfaisantes (par un refroidissement complexe des composants, un surdimensionnement de ceux-ci ou la sélection de composants résistants mais chers).
La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique cités ci-dessus.
À cet effet, l’invention porte sur un filtre de compatibilité électromagnétique. Le filtre de compatibilité électromagnétique comporte deux barres de conduction électrique plates et des composants de filtrage agencés sur lesdites barres de conduction électrique. Selon la présente invention, les deux barres de conduction électrique s’étendent sensiblement selon une direction dite longitudinale sur la totalité d’une portion de filtrage desdites barres de conduction électrique (portion dans laquelle tous les composants de filtrage sont agencés sur les barres de conduction électriques) de part et d’autre d’un plan médian longitudinal du filtre. En outre, les barres de conduction électrique s’étendent dans un plan orthogonal au plan médian longitudinal, ou s’étendent de manière étagée selon la direction longitudinale, dans des plans parallèles entre eux et orthogonaux au médian longitudinal.
La configuration rectiligne du filtre CEM, en particulier dans la portion de filtrage du filtre, permet d’assurer un alignement longitudinal des composants du filtre CEM, ce qui permet de limiter les couplages entre certains composants de filtrage. En outre, la disposition des barres de conduction dans un même plan, ou dans des plans successifs selon un faible étagement, permet de limiter l’épaisseur du filtre CEM ce qui permet une intégration dans un volume de faible épaisseur. Cela permet également de créer des surfaces d’échange thermique plus importantes avec les composants de filtrage et/ou les barres de conduction électrique du filtre CEM. Cette structure plate, c’est-à-dire de faible épaisseur, facilite enfin la connexion directe (sans pièce intermédiaire) du ou des condensateurs sur les barres de conduction électrique, et, le cas échéant, la fourniture de connecteurs directement issus des barres de conduction électrique pour leur connexion à une carte électronique. A titre d’exemple, pour un filtre électromagnétique équipant un onduleur d’un système de traction automobile électrique ou hybride, l’épaisseur totale du filtre, y compris les composants de filtrage qu’il porte, peut être inférieure à 50 mm, voire inférieure à 45 mm ou même inférieure à 40 mm.
Les composants de filtrage peuvent comporter au moins une inductance de mode commun et/ou un condensateur de mode commun.
Le filtre de compatibilité électromagnétique peut comporter un surmoulage en matériau plastique configuré pour maintenir mécaniquement et isoler électriquement les barres de conduction électrique entre elles. Le surmoulage peut en outre être configuré pour garantir une mise en position précise d’au moins un composant de filtrage vis-à-vis des barres de conduction électrique. En particulier, lorsque le filtre CEM comporte une inductance de mode commun, le surmoulage peut comporter, au niveau où est installée l’inductance de mode commun, des nervures garantissant un positionnement (centrage et orientation) donné de ladite inductance de mode commun. L’inductance de mode commun peut être maintenue en position par collage, et les nervures améliorent dans ce cas la tenue du collage. D’autres moyens permettant de maintenir l’inductance de mode commun peuvent être utilisés, par exemple et de manière non limitative par clips ou à l’aide d’une ou plusieurs languettes permettant un encliquetage de l’inductance de mode commun. Le maintien peut également être assuré par immersion de l’inductance de mode commun dans un matériau de scellement (ou « potting »). Lorsque le filtre CEM comporte des condensateurs, le surmoulage peut comporter, au niveau où est installé au moins un des condensateurs, des nervures garantissant un positionnement (centrage et orientation) donné dudit condensateur. Les condensateurs peuvent être collés aux nervures pour améliorer leur tenue mécanique.
Au moins certains des composants de filtrage peuvent être liés électriquement aux barres de conduction électriques via des broches ressortant desdites barres de conduction électrique. Cela permet une connexion directe, par exemple par soudage, sans connexion filaire. Les broches peuvent être formées d’un seul tenant avec les barres de conduction électrique.
Les composants de filtrage peuvent comporter en outre inductance de mode différentiel, et/ou un condensateur de mode différentiel.
L’invention porte également sur un onduleur comportant en entrée un filtre de compatibilité électromagnétique tel que décrit ci-dessus. L’onduleur comporte en outre un carter et une carte électronique.
Le filtre de compatibilité électromagnétique peut être interposé entre la carte électronique et une paroi du carter. Un tel positionnement, qui est permis par la configuration plate du filtre CEM, présente plusieurs avantages. Il facilite la connexion de la carte électronique au filtre, par exemple pour l’alimentation électrique de la carte, ce qui est notamment possible quand le courant fourni à l’onduleur est à relativement basse tension, telle que 48 V par exemple. En outre, ce positionnement permet, sur la face opposée du filtre CEM, de créer des zones de conduction thermique avec une paroi du carter, afin de refroidir les composants du filtre CEM et/ou les barres de conduction électrique.
La carte électronique peut être liée électriquement aux barres de conduction électrique via des connecteurs ressortant desdites barres de conduction électrique. Ainsi la connexion de la carte aux barres conductrices du filtre CEM peut être réalisée sans connexion filaire. Les connecteurs peuvent être réalisés d’un seul tenant avec les barres de conduction électriques.
L’onduleur peut comporter un premier condensateur de mode commun et un deuxième condensateur de mode commun, le premier condensateur de mode commun et le deuxième condensateur de mode commun étant positionnés l’un à côté de l’autre, de part et d’autre d’un plan médian longitudinal du filtre. Dans ce cas (qui peut créer un couplage entre les condensateurs de mode commun, ce qu’il convient d’éviter) la paroi de carter forme un muret de séparation entre le premier condensateur de mode commun et le deuxième condensateur de mode commun. Le muret évite ainsi tout phénomène de couplage entre ces condensateurs.
L’onduleur peut comporter une connexion électrique de mise à la masse du premier condensateur de mode commun et du deuxième condensateur de mode commun au niveau du muret. En effet, il s’agit d’un élément du carter placé à proximité des deux condensateurs de mode commun, qui peut facilement être relié à une interface de mise à la masse de ces condensateurs.
L’onduleur peut comporter au moins une interface thermique permettant une conduction thermique entre le filtre de compatibilité électromagnétique et la paroi du carter. Cela permet un refroidissement par conduction thermique, vers le carter, du filtre CEM. En effet, sauf à adopter un surdimensionnement important des barres conductrices, un échauffement des barres important peut se produire du fait des courants importants qui peuvent y circuler dans certaines conditions d’utilisation. Or, si les barres conductrices peuvent supporter des températures importantes, les composants de filtrage, en particulier les condensateurs, sont dégradés à des températures plus faibles. A titre d’exemple, certains condensateurs doivent être maintenus à une température inférieure à 110°C environ. Le carter de l’onduleur permet une évacuation de la chaleur, que ce soit par convection ou grâce à un circuit de refroidissement liquide pouvant traverser ledit carter.
L’au moins une l’interface thermique peut comporter une pâte thermique ou un tampon thermique interposé entre au moins une surface des composants de filtrage ou des barres de conduction électrique et au moins une surface de la paroi du carter. Ce type d’interface permet de créer une liaison thermique efficace entre deux surfaces relativement planes à proximité l’une de l’autre. Le terme « pâte thermique » ou « pâte thermoconductrice » renvoie au matériau pâteux, isolant électrique et adapté à assurer une bonne conduction thermique, souvent désigné par l’expression anglophone « gap filler ». Le terme « tampon thermique » renvoie à un élément plan relativement fin constitué d’un matériau conducteur thermique, et qui est généralement appelé « pad thermique » par analogie avec la terminologie anglophone « thermal pad ».
Au moins un composant de filtrage peut être au moins en partie inclus dans un produit de scellement conducteur thermique contenu dans des concavités formées par la paroi du carter, ledit produit de scellement conducteur thermique étant constitutif de l’au moins une interface thermique. Les produits de scellement pour les composants électroniques sont généralement désignés par le terme anglophone « potting ». Ils permettent d’une part de créer une conduction thermique entre certains composants pouvant avoir des surfaces complexes et le carter (par exemple refroidir un condensateur sur une surface importante) et d’autre part d’assurer un maintien mécanique et une protection de ces composants. En particulier, l’inclusion totale ou partielle des composants dans un produit de scellement les protège contre les vibrations.
D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier des dispositifs et procédés objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
- la
- la
- la
- la
- la
- la
- la
La présente description est donnée à titre d’exemple de réalisation non limitatif.
La représente un filtre de compatibilité électromagnétique conforme à un mode de réalisation de l’invention. Le filtre a une direction d’extension longitudinale le long d’un axe principal (A). Le filtre de compatibilité électromagnétique 1 représenté comporte deux barres de conduction électrique 2, 2’, ou « barres de puissance ». Les barres de conduction électrique 2, 2’ s’étendent de manière générale dans la direction longitudinale. Les barres de conduction électrique 2, 2’ présentent, dans l’exemple représenté et de manière classique, une section transversale sensiblement rectangulaire aplatie. Dans le filtre de compatibilité électromagnétique 1, les barres de conduction électrique 2, 2’ s’étendent à plat, l’une à côté de l’autre de part et d’autre de l’axe principal (A), de sorte à présenter une conformation plate.
A une extrémité du filtre de compatibilité électromagnétique 1, chaque barre de conduction électrique 2, 2’ comporte une interface de liaison d’entrée 3, 3’ adaptée à être connectée électriquement à une source d’électricité. En l’occurrence, les interfaces de liaison d’entrée 3, 3’ ont ici la forme de bornes plates, dotées d’un œillet pour leur serrage au contact de bornes d’alimentation correspondantes. Vers l’extrémité opposée du filtre de compatibilité électromagnétique 1, chaque barre de conduction électrique 2, 2’ comporte une interface de liaison de sortie 4, 4’ adaptée à être connectée électriquement aux composants de puissance d’un onduleur. En l’occurrence, les interfaces de liaison de sortie 4, 4’ ont ici la forme de bornes plates, sur lesquelles sont rapportées, par exemple soudées, des bornes de connexion 5, 5’ adaptées. Dans certains modes de réalisation, chaque barre de conduction électrique 2, 2’ est coudée, par exemple à 90°, au niveau de leurs extrémités afin de former des interfaces de sortie adaptées à être directement connectées aux composants de puissance de l’onduleur, sans bornes rapportées.
On peut ainsi distinguer dans le mode de réalisation représenté, le long du filtre de compatibilité électromagnétique 1, une portion dite portion de filtrage 6 qui comporte les différents composants électroniques de filtrage, et une portion de liaison 7 permettant d’orienter les bornes de sortie du filtre de compatibilité électromagnétique dans la direction voulue.
Les composants de filtrage du filtre de compatibilité électromagnétique 1 peuvent ainsi comporter au moins une inductance de mode commun, et/ou au moins un condensateur de mode commun, et/ou au moins une inductance de mode différentiel, et/ou au moins un condensateur de mode différentiel. Dans le mode de réalisation représenté, le filtre CEM comporte une inductance de mode commun 8 et au moins un condensateur de mode commun 9 (en l’occurrence ici un condensateur de mode commun par barre de conduction, soit un premier condensateur de mode commun 9 et un deuxième condensateur de mode commun 9’).
Dans l’exemple ici représenté, le filtre de compatibilité électromagnétique 1 comporte en outre une inductance de mode différentiel 10 et un condensateur de mode différentiel 11 (non visible sur la , visible à la et à la ). Ces composants de filtrage sont optionnels : leur mise en œuvre dépend des caractéristiques et performances de filtrage souhaitées pour une application donnée.
L’inductance de mode commun 8 est installée autour des barres de conduction électrique 2. En particulier, dans le mode de réalisation représenté, l’inductance de mode commun est insérée par un côté du filtre CEM, à une extrémité des barres de conduction électrique, et mis en position pour constituer le filtre CEM. Les barres de conduction électrique sont en partie entourées d’un surmoulage 12 en matière plastique. Le surmoulage 12 garantit l’isolation électrique entre les barres de conduction électrique 2, 2’. Il assure également la cohésion mécanique du filtre de compatibilité électromagnétique 1, en particulier le maintien en position relative des barres de conduction électrique 2, 2’. Il peut également former les moyens permettant le montage du filtre de compatibilité électromagnétique dans l’onduleur qu’il est destiné à équiper. Le surmoulage comporte ici des nervures 13. Les nervures 13 sont sensiblement longitudinales. Elles guident l’inductance de mode commun 8 lors de la fabrication du filtre de compatibilité électromagnétique 1, elles peuvent participer à son maintien en position et, lorsque l’inductance de mode commun 8 est collée, elles aident à une meilleure tenue de ce collage.
L’inductance de mode différentiel 11 est quant à elle rapportée en deux parties qui sont solidarisées autour des barres de conduction électrique. Cela peut être réalisé par clipsage, collage (par exemple à l’aide de colle époxy) ou tout autre moyen approprié.
Les condensateurs de mode commun 9, 9’ sont des condensateurs de type Y (ou « Y capacitor » selon la terminologie anglophone couramment utilisée dans le domaine), c’est-à-dire que chacun d’eux est relié d’une part à une barre de conduction électrique, et d’autre part à une masse électrique du système. Ainsi, les condensateurs de mode commun doivent pouvoir être aisément reliés, par exemple, au carter métallique de l’onduleur équipé du filtre de compatibilité électromagnétique 1. Pour cela, le filtre peut comporter une interface de mise à la masse 14 directement intégrée, par exemple noyée dans le surmoulage 12, et placée dans l’exemple représenté entre les deux condensateurs de mode commun 9, 9’.
Le condensateur de mode différentiel 11 est un condensateur de type X, (ou « X capacitor » selon la terminologie anglophone couramment utilisée dans le domaine), c’est-à-dire qu’il est connecté entre les deux barres de conduction électrique 2,2’.
Les condensateurs de mode commun 9, 9’ et le condensateur de mode différentiel 11 sont connectés électriquement aux barres de conductions électrique 2, 2’, via des broches 15 de connexions qui ressortent desdites barres de conductions électrique 2, 2’. En particulier, chaque broche 15 peut être formée d’un seul tenant avec la barre de conduction électrique de laquelle ressort ladite broche 15. Les bornes des condensateurs peuvent être soudées à ces broches 15.
De manière analogue, des connecteurs 15’ peuvent ressortir des barres de conduction électrique 2, 2’, et être destinés à être connectés à une carte électronique, par exemple la carte de contrôle d’un onduleur, afin de l’alimenter. C’est en particulier le cas lorsque la tension de l’alimentation de l’onduleur est relativement faible, par exemple de l’ordre de 48 V (qui est une tension courante dans les systèmes de traction électriques des véhicules hybrides). La présente invention est néanmoins bien évidemment applicable à des systèmes fonctionnant à des tensions bien supérieures, telle que de l’ordre de 400 V ou 800 V par exemple.
Dans un mode de réalisation tel que celui des figures 6 et 7 décrites ci-après, les condensateurs (de mode commun et/ou de mode différentiel, comme expliqué ci-après) peuvent être portés par une carte électronique qui est connectée au reste du filtre par des connecteurs issus des barres de conduction électrique 2, 2’.
Dans la portion de filtrage 6, les barres de conduction électrique sont, dans l’exemple représenté, symétriques de part et d’autre d’un plan médian longitudinal P du filtre. Le plan médian longitudinal P passe par l’axe principal A. Ainsi, bien que s’étendant globalement longitudinalement, les barres de conduction électriques 2, 2’, peuvent localement s’approcher ou s’éloigner du plan médian longitudinal P, de manière symétrique de part et d’autre de ce plan médian longitudinal P.
En outre, les composants de filtrage étant disposés les uns après les autres, successivement, selon une même direction (en l’occurrence la direction longitudinale), les couplages potentiels sont limités. Le couplage possible entre les deux condensateurs de mode commun 9, 9’, qui sont côte à côte, est traité facilement dans la configuration proposée par une solution expliquée ci-après en référence à la .
Comme cela est bien visible à la , la configuration générale du filtre de compatibilité électromagnétique 1 est très plate, peu épaisse. Pour cela, les barres de conduction électrique 2, 2’ s’étendant en totalité (c’est-à-dire sur toute leur longueur, selon la direction longitudinale, et sur toute leur largeur, dans une direction transversale) dans un plan orthogonal au plan médian longitudinal P, ou, alternativement comme représentée à la , elles s’étendent de manière étagée selon la direction longitudinale, dans des plans successifs (H1, H2, H3) qui sont parallèles entre eux et orthogonaux au plan médian longitudinal P. Dans ce cas, chaque plan est peu espacé du plan suivant, de sorte à conserver une configuration essentiellement plate au filtre de compatibilité électromagnétique. La différence de niveau entre chaque plan est typiquement de quelques millimètres et permet de conserver le filtre de compatibilité électromagnétique le plus fin possible malgré des hauteurs différentes entre, par exemple, les condensateurs de mode commun et le condensateur de mode différentiel, et/ou les autres composants de filtrage. Par exemple, la différence de niveau entre les plans peut être comprise entre 1 mm et 10 mm, de préférence entre 2 mm et 5 mm, par exemple de l’ordre de de 2,5 mm ou 3 mm.
A simple titre d’exemple, un filtre de compatibilité électromagnétique conforme à l’invention et adapté à une utilisation dans un onduleur d’un système de traction automobile électrique ou hybride peut avoir une longueur (selon la direction longitudinale) de l’ordre de 200 mm, une largeur (perpendiculairement à la direction longitudinale et perpendiculairement au plan médian longitudinal) de l’ordre de 60 mm et une hauteur (perpendiculairement à la direction longitudinale et dans le plan médian longitudinal) de l’ordre de 40 mm. Par « de l’ordre de », on vise la valeur indiquée plus ou moins 50%.
Le caractère plat, peu épais, du filtre de compatibilité électromagnétique obtenu selon l’invention présente plusieurs avantages. Le filtre peut être installé dans un onduleur entre une paroi de l’onduleur et sa carte de contrôle.
La proximité de la carte de contrôle permet de se passer de connectique filaire entre les barres de conduction électrique et la carte de contrôle, qui serait source de complexité et de coûts. Cette connexion se fait du côté d’une face dite face supérieure 16 du filtre de compatibilité électromagnétique 1.
La face opposée, dite face inférieure 17 du filtre de compatibilité électromagnétique 1 est quant à elle à proximité, voire par endroit au contact ou presque au contact, d’une paroi 18 du carter 19 de l’onduleur. Cela permet de créer aisément des zones pour le refroidissement du filtre de compatibilité électromagnétique par conduction thermique vers le carter 19.
Pour les surfaces planes de la face inférieure 17, un contact thermique entre le filtre de compatibilité électromagnétique et la paroi 18 peut être établi au moyen d’une pâte thermique ou d’un tampon thermique.
Pour les composants du filtre ayant une configuration plus complexe, et/ou qui ressortent de la face inférieure 17, ces composants peuvent être en tout ou partie inclus dans un produit de scellement (ou « potting ») conducteur thermique.
La et la illustrent en particulier cet aspect. La est une coupe transversale du filtre de compatibilité électromagnétique 1, et de son environnement immédiat, au niveau des condensateurs de mode commun 9, 9’. Les condensateurs de mode commun sont entièrement inclus, « noyés », dans un produit de scellement 20, qui est un produit de scellement pour composants électroniques et qui est bon conducteur thermique. Le produit de scellement 20 permet ainsi un refroidissement des condensateurs de mode commun 9, 9’, par conduction thermique vers la paroi 18 et plus généralement vers le carter 19 de l’onduleur.
Pour cela, lorsque le filtre de compatibilité électromagnétique est mis en place dans le carter 19, chaque condensateur de mode commun 9, 9’ se retrouve positionné dans une cuve, c’est-à-dire une petite concavité, formée par la paroi 18 du carter 19. Chaque concavité est remplie de produit de scellement 20 liquide (ou pâteux), qui polymérise ensuite, scellant ainsi les condensateurs de mode commun.
La illustre également un autre aspect. Dans la configuration préférentielle de l’invention illustrée, les deux condensateurs de mode commun sont côte à côte, ce qui peut entrainer entre eux un couplage qu’il convient d’éviter. Grâce à la proximité entre le filtre de compatibilité électromagnétique et le carter 19, le carter 19 forme un muret 21 d’isolation électromagnétique entre les condensateurs de mode commun 9, 9’. Ce muret 21, qui évite tout couplage, peut en outre servir à la mise à la masse mécanique des condensateurs de mode commun 9, 9’ en le configurant pour qu’il soit connecté à l’interface de mise à la masse 14. Bien évidemment, selon d’autres modes de réalisation, la masse mécanique peut être réalisée en d’autres points du carter.
La est une vue en coupe transversale du filtre de compatibilité électromagnétique 1, et de son environnement immédiat, au niveau du condensateur de mode différentiel 11. Dans l’exemple ici représenté, le condensateur de mode différentiel 11 est en partie inclus dans un produit de scellement 20 conducteur thermique. Tout comme à la , lorsque le filtre de compatibilité électromagnétique est mis en place dans le carter 19, le condensateur de mode différentiel 11 se retrouve positionné dans une petite concavité formée par la paroi 18 du carter 19. Cette concavité est remplie de produit de scellement 20 liquide (ou pâteux), qui polymérise ensuite. Bien que le condensateur de mode différentiel 11 ne soit qu’en partie inclus dans le produit de scellement 20, une conduction thermique vers une large surface de la paroi 18 du carter 19 est assurée, ce qui permet un refroidissement efficace du condensateur de mode différentiel 11.
Cette configuration de refroidissement par conduction thermique vers le carter 19 est applicable à tout autre composant du filtre de compatibilité électromagnétique 1.
La représente un filtre de compatibilité électromagnétique selon un autre mode de réalisation de l’invention. La est une vue tridimensionnelle montrant la face du filtre qui n’est pas visible sur la .
Tout comme le filtre des figures précédentes, le filtre de compatibilité électromagnétique 1 de la comporte deux barres de conduction électrique 2, 2’ qui s’étendent de manière générale dans la direction longitudinale, de part et d’autre d’un axe principal A.
Chaque barre de conduction électrique 2, 2’ comporte une interface de liaison d’entrée 3, 3’ adaptée à être connectée électriquement à une source d’électricité et chaque barre de conduction électrique 2, 2’ comporte une interface de liaison de sortie 4, 4’ adaptée à être connectée électriquement aux composants de puissance d’un onduleur.
Dans le mode de réalisation de la et de la , les barres de conduction sont coudées par exemple à 90°, au niveau de chacune de leurs extrémités afin de former des interfaces d’entrée et de sortie adaptées à être directement connectées respectivement à la batterie et aux composants de puissance de l’onduleur.
Tout comme dans le mode de réalisation des figures 1 à 5, on peut distinguer le long du filtre de compatibilité électromagnétique 1, la portion de filtrage 6 qui comporte les différents composants électroniques de filtrage, et la portion de liaison 7 permettant un certain nombre de connexions et d’orienter les bornes de sortie du filtre de compatibilité électromagnétique dans la direction voulue.
Des condensateurs peuvent être reliés électriquement aux fourches 22. Les fourches 22 peuvent être orientées dans le même plan que les barres de conduction, comme représenté sur les figures 6 et 7, ou orthogonalement à cette orientation dans d’autres modes de réalisation.
Dans le mode de réalisation représenté, le filtre CEM comporte une inductance de mode commun. L’inductance de mode commun n’est pas représentée sur les figures 6 et 7 afin de montrer les nervures 13 du surmoulage 12 qui facilitent la mise en position et le maintien de ladite inductance de mode commun.
Comparativement au mode de réalisation des figures 1 à 5, le filtre CEM des figures 6 et 7 ne comporte pas d’inductance de mode différentiel, et les condensateurs de mode commun et mode différentiel sont fixés sur un circuit imprimé qui est lui-même relié au reste du filtre CEM. La fixation de ce circuit imprimé peut être réalisée au niveau des points de fixation 23.
En outre, la connexion du filtre à la carte de contrôle de l’onduleur est réalisée via une pièce intermédiaire rapportée.
Pour le reste, on peut généralement se rapporter à la description ci-dessus du premier mode de réalisation de l’invention.
Comme pour le filtre du mode de réalisation des figures 1 à 5, la configuration générale du filtre de compatibilité électromagnétique 1 est très plate, peu épaisse, offrant au filtre CEM les avantages mentionnés ci-avant.
Pour cela, les barres de conduction électrique 2, 2’ s’étendent dans ce mode de réalisation dans un plan orthogonal au plan médian longitudinal P. Le refroidissement du filtre CEM peut être réalisé tel que décrit précédemment, en assurant une conduction thermique entre le filtre et le carter de l’onduleur qu’il équipe.
Le filtre de compatibilité électromagnétique ainsi développé, en particulier en tant que filtre d’entrée d’un onduleur tel qu’un onduleur pour une chaine de traction d’un véhicule hybride ou électrique, prend en compte de nombreuses contraintes de conception : efficacité de la filtration et limitation des couplages entre composants, capacité à être facilement et efficacement refroidi, simplicité d’intégration dans un onduleur grâce à une faible épaisseur et grâce à la limitation des connexions filaires dans le filtre ainsi que vis-à-vis de composants de son environnement (par exemple vis-à-vis de la carte de contrôle de l’onduleur).
Claims (15)
- Filtre de compatibilité électromagnétique (1) comportant deux barres de conduction électrique (2,2’) plates et comportant des composants de filtrage agencés sur lesdites barres de conduction électrique (2,2’),
caractérisé en ce que
les deux barres de conduction électrique (2,2’) s’étendent sensiblement selon une direction dite longitudinale sur la totalité d’une portion de filtrage (6) desdites barres de conduction électrique (2,2’) de part et d’autre d’un plan médian longitudinal (P) du filtre,
lesdites barres de conduction électrique (2,2’) s’étendant dans un plan orthogonal au plan médian longitudinal (P), ou s’étendant de manière étagée selon la direction longitudinale dans des plans parallèles entre eux et orthogonaux au plan médian longitudinal (P) ;
tous les composants de filtrage étant agencés sur lesdites barres de conduction électrique dans ladite portion de filtrage. - Filtre de compatibilité électromagnétique selon la revendication 1, dans lequel les composants de filtrage comportent au moins une inductance de mode commun et/ou un condensateur de mode commun.
- Filtre de compatibilité électromagnétique selon la revendication 1 ou la revendication 2, comportant un surmoulage (12) en matériau plastique configuré pour maintenir mécaniquement et isoler électriquement les barres de conduction électrique (2,2’) entre elles.
- Filtre de compatibilité électromagnétique selon la revendication 3, dans lequel le surmoulage (12) est configuré pour garantir une mise en position précise d’au moins un composant de filtrage vis-à-vis des barres de conduction électrique (2,2’).
- Filtre de compatibilité électromagnétique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins certains des composants de filtrage sont liés électriquement aux barres de conduction électriques (2,2’) via des broches (15) ressortant desdites barres de conduction électrique (2,2’).
- Filtre de compatibilité électromagnétique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les composants de filtrage comportent en outre une inductance de mode différentiel (10).
- Filtre de compatibilité électromagnétique selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les composants de filtrage comportent en outre un condensateur de mode différentiel (11).
- Onduleur comportant en entrée un filtre de compatibilité électromagnétique selon l’une des revendications précédentes, l’onduleur comportant en outre un carter (19) et une carte électronique.
- Onduleur selon la revendication 8, dans lequel le filtre de compatibilité électromagnétique (1) est interposé entre la carte électronique et une paroi (18) du carter (19).
- Onduleur selon la revendication 8 ou la revendication 9, dans lequel la carte électronique est liée électriquement aux barres de conduction électrique (2,2’) via des connecteurs (15’) ressortant desdites barres de conduction électrique (2,2’).
- Onduleur selon l’une des revendications 8 à 10, comportant un premier condensateur de mode commun (9) et un deuxième condensateur de mode commun (9’), le premier condensateur de mode commun (9’) et le deuxième condensateur de mode commun (9’) étant positionnés l’un à côté de l’autre de part et d’autre du plan médian longitudinal (P), la paroi du carter formant un muret (21) de séparation entre le premier condensateur de mode commun (9) et le deuxième condensateur de mode commun (9’).
- Onduleur selon la revendication 11, comportant une connexion électrique de mise à la masse du premier condensateur de mode commun (9) et du deuxième condensateur de mode commun (9’) au niveau du muret (21).
- Onduleur selon l’une des revendications 8 à 12, ledit onduleur comportant au moins une interface thermique permettant une conduction thermique entre le filtre de compatibilité électromagnétique (1) et la paroi (18) du carter (19).
- Onduleur selon la revendication 13 dans lequel l’au moins une interface thermique comporte une pâte thermique ou un tampon thermique interposé entre au moins une surface des composants de filtrage ou des barres de conduction électrique (2,2’) et au moins une surface de la paroi (18) du carter (19).
- Onduleur selon la revendication 13 ou la revendication 14, dans lequel au moins un composant de filtrage est au moins en partie inclus dans un produit de scellement (20) conducteur thermique contenu dans des concavités formées par la paroi (18) du carter (19), ledit produit de scellement (20) conducteur thermique étant ainsi constitutif de l’au moins une interface thermique.
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