一种用于电机控制器的高压滤波器的制作方法

1.本发明涉及电动汽车电机控制器领域，尤其是涉及一种用于电机控制器的高压滤波器。


背景技术：

2.近年来，纯电动汽车、混动汽车的发展势头迅猛，电动总成系统的应用成为一个新兴的产业，电机、电机控制器作为电动汽车内部的核心部件，其安全性、可靠性，对整车的可靠性有至关重要的影响。电磁兼容性是一直是整车的法规考核项目。电力传动系统的应用，加剧了整车面临的电磁兼容风险。高低压端口是电机控制器电磁噪声的主要泄放路径，通常情况下，低压端口因为低电压，低电流，因此由其传播的电磁噪声的对应的抑制措施比较容易实施；高压端口因其高电压、大电流，滤波器均采用定制化设计方案，但往往因为空间紧凑，滤波器的性能不高。现有的电机控制器高压端口的滤波器结构通常采用一个竖直设置的跑道型磁环，将接线排水平穿过磁环起到滤波的作用，因此存在以下问题：1)接线排从磁环的窗口穿过，只有一匝，电感的电感量非常小，等效的阻抗也比较小，无法有效地抑制由此路径向外发射的噪声；2)接地电容回路会具有较高的寄生参数，限制了滤波器的高频噪声抑制性能。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于电机控制器的高压滤波器，提高滤波器的降噪性能。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.一种用于电机控制器的高压滤波器，包括壳体、共模电感、前置接地电容组件和后置接地电容组件，所述前置接地电容组件、后置接地电容组件分别固定在壳体的两端，所述壳体的中央设有安装槽，所述共模电感固定在安装槽内，共模电感包括ui型磁芯和两个接线排，所述ui型磁芯水平设置在安装槽内，每个接线排的中间段为绕组结构，两端为接线端，所述两个接线排的绕组结构分别环绕在ui型磁芯的两根磁杆上，每个接线排的接线端分别连接前置接地电容组件和后置接地电容组件。
6.进一步地，所述绕组结构的截面为矩形或类矩形，其短边贴合在磁杆上形成扁平立式绕组结构。
7.进一步地，所述绕组结构的线圈匝的间隔距离为3～5mm。
8.进一步地，所述前置接地电容组件包括两个第一电容，两个第一电容成一直线设置，两个第一电容靠近的一端中间连接一个接地单元、远离的一端各自连接一个接线排的接线端；所述后置接地电容组件包括两个第二电容，两个第二电容成一直线设置，两个第二电容靠近的一端中间连接一个接地单元、远离的一端各自连接一个接线排的接线端。
9.进一步地，所述第一电容的容值为至多33nf；所述第二电容的容值为至少 100nf。
10.进一步地，所述接地单元包括互相连接的螺孔环和卡钳，所述壳体的两端设有接
地孔，所述接地单元设置在接地孔内，螺栓穿过螺孔环接地，所述卡钳连接第一电容或第二电容。
11.进一步地，所述ui型磁芯采用mnzn型铁氧体、nizn型铁氧体或混合型铁氧体材料的磁芯。
12.进一步地，所述ui型磁芯的磁杆上缠绕有绝缘胶带。
13.进一步地，所述接线排的接线端通过螺栓连接壳体。
14.进一步地，其特征在于，所述接线排的接线端设有接线钳，所述前置接地电容组件和后置接地电容组件通过接线钳连接接线排。
15.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
16.1)本发明通过共模电感、前置接地电容组件和后置接地电容组件组成了pi 型拓补滤波器，并且重新设计了共模电感：共模电感由ui型磁芯和具有绕组结构的两个接线排组成，通过多圈绕线，增大了共模电感的电感量，使滤波器的串联阻抗更高，提升电感的高频抑制性能；同时，该结构的共模电感存在由漏出的磁力线所导致的漏电感，此漏电感在噪声过滤回路中可等效为差模电感，增加滤波器的差模噪声抑制效果。
17.2)共模电感中接线排采用扁平立式绕组结构，并且可以绕组匝间间隔限制为 3～5mm，可大幅降低绕组匝间寄生电容，拓宽了电感的滤波频带，提升滤波器电感组件的噪声抑制性能。
18.3)本发明中前置接地电容组件和后置接地电容组件均采用直线式的布局，将接地单元设置在两个电容之间，极大的减小接地电容吸收回路路径，减小了寄生电感，提升滤波器电容组件的高频噪声吸收性能。
19.4)前置接地电容组件和后置接地电容组件具体采用了高电容容值与低电容容值并联布置的方法，拓宽了电容组件的有效滤波频带，提升滤波器电容组件的高频噪声吸收性能。
附图说明
20.图1为本发明的立体结构示意图。
21.图2为本发明的爆炸结构示意图。
22.图3为现有方案针对pi型拓扑滤波器的等效电路图。
23.图4为本发明针对pi型拓扑滤波器的等效电路图。
24.图5为电容器的阻抗-频率曲线。
25.图6为电感器的阻抗-频率曲线。
26.图7为不同容值的电容器的频率特性差异曲线；
27.附图标记：1、壳体，11、安装槽，12、接地孔，2、共模电感，21、ui型磁芯，22、接线排，221、绕组结构，222、接线端，223、接线钳，3、前置接地电容组件，31、第一电容，4、后置接地电容组件，41、第二电容，5、接地单元，51、螺孔环，52、卡钳。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于
下述的实施例。
29.如图1和图2所示，本实施例提供了一种用于电机控制器的高压滤波器，包括壳体1、共模电感2、前置接地电容组件3和后置接地电容组件4。
30.壳体1可以是独立壳体1，作为独立滤波组件使用，也可与电机控制器共用壳体，具体形式不限。如果和电机控制器共用壳体1可以有利于滤波器散热。本实施例中采用的是独立的矩形状壳体1，在壳体1的中央设有安装槽11，共模电感2 固定在安装槽11内。前置接地电容组件3和后置接地电容组件4同样固定在壳体 1上并且位于共模电感2的前后两端。
31.共模电感2具体包括ui型磁芯21和两个接线排22，ui型磁芯21在安装槽 11内水平设置。ui型磁芯21采用mnzn型铁氧体、nizn型铁氧体或混合型铁氧体材料的磁芯。ui型磁芯21两侧圆柱形的磁杆上采用耐高温、高压胶带缠绕，做热、电绝缘防护。每个接线排22的中间段为绕组结构221，两端为接线端222。两个接线排22的绕组结构221分别环绕在ui型磁芯21的两根磁杆上，同时每个接线排22的接线端222分别连接壳体1两端的前置接地电容组件3和后置接地电容组件4。绕组结构221的截面为矩形或类矩形，其短边贴合在磁杆上形成立扁平式绕组结构221。本实施例中，绕组结构221采用矩形扁铜线，其截面积可按照实际载流情况进行设计具体匝数可依照实际需求，但需将匝间间距控制在3～5mm，同时两个接线排22的绕组结构221之间的间距大于2.5mm。接线排22的两端接线端222通过螺栓固定在壳体1上。在接线端222上设有接线钳223，前置接地电容组件3和后置接地电容组件4通过接线钳223连接接线端222。
32.前置接地电容组件3包括两个第一电容31。第一电容31成一条直线设置，两个第一电容31互相靠近的一端设有一个接地单元5、互相远离的一端各自连接一个接线排22的接线端222。第一电容31的容值为至多33nf，本实施例中优选4.7nf 的小电容。后置接地电容组件4的结构和前置接地电容组件3的结构基本相同，包括两个第二电容41。两个第二电容41同样成一条直线设置，两个第二电容41互相靠近的一端设有一个接地单元5、远离的一端各自连接一个接线排22的接线端 222。第二电容41的容值为至少100nf，本实施例中优选220nf的大电容。接地单元5包括互相连接螺孔环51和卡钳52，在壳体1的两端设有接地孔12，接地单元 5设置在接地孔12内，螺栓穿过螺孔环51接地，卡钳52连接第一电容31或第二电容41。
33.本实施例组装完成后，采用硅胶灌封整个壳体1内部的空间，一是保证各网络间的绝缘可靠性，二是利于部件间热的传递。
34.本实施例的工作原理如下：
35.传统的pi型高压滤波器如图3所示，lcm为共模电感2，cy1、cy2构成前置接地电容组件3，cy3、cy4构成后置接地电容组件4，esl1、esl2、esl3、 esl4为电容吸收回路的等效串联电感。该结构中的共模电感2在现有设计中均采用跑道型磁环，接线排22从磁环的窗口中穿过实现滤波，由此存在两个不足点：一、磁环只有一匝，因此电感的电感量非常小，等效的阻抗也比较小，无法有效的抑制由此路径向外发射的噪声；二是接地电容的接地回路存在等效串联电感(esl)。图5中展示了理想电容器的阻抗-频率曲线(a线)，与实际电容器的阻抗-频率曲线 (d线)，而esl存在使得电容器在高频段呈现电感的特性(b线)。因此，较大的电容esl将极大的降低接地电容对高频噪声的滤波效果。本实施例中由此基于传统pi型结构进行了以下三点改动。
36.一是将共模电感2由ui型磁芯21和具有绕组结构221的两个接线排22组成，此方法通过匝数提升，平方倍地增加了电感量，以及电感的感抗，最终增加滤波器的等效阻抗，提升电感的高频抑制性能。图4为本实施中改进后的高压滤波器的等效电路图，多绕组电感匝间存在高频寄生电容c1、c2。图6中展示了理想多绕组电感的阻抗-频率曲线(a线)，与实际电感器的阻抗-频率曲线(d线)，此寄生电容会为共模电感2两端的高频噪声提供低阻抗回路，降低共模电感2对高频噪声的抑制效果，使得电感的高频段呈现电容的特性(b线)。本实施例中采用扁铜线立式绕线且匝间距3～5mm的方法，可大幅降低绕组匝间寄生电容(导体间电容容值与导体间距成反比)，电感绕组的等效并联电容的阻抗-频率曲线将由图6的b线移到c线，提升电感的高频抑制性能。
37.同时，多绕组绕线后，相较于传统的单匝电感，存在由漏出的磁力线所导致的漏电感，故采用本实施例的结构还可得到相对较大的漏电感。此漏电感在噪声过滤回路中，如图4所示，可等效为差模电感ldm1、ldm2，增加滤波器的差模噪声抑制效果。
38.二是前置接地电容组件3和后置接地电容组件4具体采用了高容值电容与低容值电容并联布置的方式。如图7所示，相同属性的电容器，高频噪声吸收效果与容值呈现反比例关系。由此前置接地电容采用4.7nf的小电容，后置接地电容采用 220nf的大电容，可有效提升滤波器的高频噪声的吸收性。
39.三是中前置接地电容组件3和后置接地电容组件4均采用直线式的布局，将接地单元5设置在两个电容之间。该结构可将电容的接地回路引线长度降至10mm以内，极大的减小接地电容吸收回路路径。如图5所示，接地电容回路的esl降低后，esl自身的阻抗-频率将由图5的a线移至c线，极大的提升了接地电容组件的高频噪声吸收性能。
40.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。