[发明专利]一种用于电机驱动系统的交直流耦合集成式EMI滤波器

说明书

本发明提出了一种用于电机驱动系统的交直流耦合集成式EMI滤波器，包括金属外壳(1)，共模电感(2)，电容PCB板(3)，并通过第一介质板(4)和第二介质板(5)进行支撑安装和绝缘处理。共模电感(2)包括两层纳米晶磁环组(21)、水平绕组印刷板(22)和垂直绕组铜排(23)，共同组成了共模电感(2)的五根绕组。与现有技术相比，本发明通过将串联在单相正、负母线中的两根共模电感绕组和串联在三相交流相线中的三根共模电感绕组共同环绕在同一磁芯组上，实现了交、直流电感的耦合，从而以磁集成的方式将现有技术中的两种共模电感集成到了一个磁性元件之中，减少了EMI滤波器中元件的个数，实现了EMI滤波器的小型化。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种交直流耦合的集成式EMI滤波器，适用于电动车辆的电机驱动系统。

背景技术

电动车辆的电机驱动系统由直流电源、逆变器和三相电机所组成，其中的逆变器在正常工作时，开关器件快速开通和关断会形成幅值非常高的陡脉冲，产生的电磁干扰频带宽、能量大，是车内的主要干扰源。如果对于逆变器产生的噪声不加以抑制，其共模噪声会沿着电驱系统的单相直流母线和三相交流相线传导到不同的敏感设备上：共模噪声会沿着直流母线传导至直流电源内部，对电池组造成损害并影响电池寿命；共模噪声也会沿着三相交流相线传导至三相电机，并通过电机轴承与机壳之间的寄生电容产生较大的轴电流，腐蚀电机的轴承。

在电驱系统中设置EMI滤波器可在减小共模电流的同时，对多次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制电磁干扰的作用。目前，性能优异的EMI滤波器是电驱系统平台正常工作的必要保障，滤波器除了要具有很好的滤波效果，还要保证体积重量小、功率密度高、能够保证长时间安全稳定工作。然而传统的无源EMI滤波器，采用分立式的元器件排布方式，存在几何尺寸大、空间利用率低、功率密度低的劣势，尤其在当前上百kW的大功率电驱平台高频化、紧凑化的时代背景下，这些劣势更加明显。如果在电驱系统的直流母线和交流相线上再各添加一个滤波器，将会极大的增加电驱系统的总体积，甚至在某些情况下，总的滤波器体积将不小于电驱系统本身的的体积，这对空间本身就非常有限的电动车辆而言是一个非常严峻的问题。

为了缩小EMI滤波器体积并提高其性能，国内外众多学者从不同性能的磁性材料组合、绕组的绕制/实现方式、绕组和电容的集成等多个方面展开研究。绕组的绕制/实现方式是一种集成的方式，其策略是以PCB过孔——水平布线的联接方式实现滤波器的绕组，该方式可以将滤波器的磁芯埋在PCB中，极大的提高了生产效率；磁芯打孔，绕组穿过磁芯是另外一种绕制方式，该方式可以利用磁芯的高频损耗，提供较高的插入损耗；在绕组间铺设高介电常数的薄膜，来实现电容效应，则是磁电单元集成的另外一种方式。然而以上方式均为针对单一滤波器体积优化的策略，当存在多个滤波器时，其体积优化方式还有待研究。

面对电驱系统中多个电力电子装置的电磁兼容问题，常规的针对单噪声源、单敏感设备的EMI滤波器难以满足这样的多目标电磁兼容要求，因此使用尽量少的装置减少多个敏感设备的电磁噪声也是实际应用中需要解决的问题。申请公布号为CN108183604A，名称为“一种电机控制器用EMI滤波器”的专利申请，公开了一种电机控制器用EMI滤波器，该发明将用于电源母线上的直流共模滤波电路和用于三相线路上的交流共模滤波电路分别放置在两个腔体内，以双腔体屏蔽结构进行两个滤波器器的组装和集成。该电机控制器用EMI滤波器实现了同时抑制直流母线和交流相线电磁干扰的功能，但其集成的方式仅仅是将直流母线、交流相线上的两个滤波器简单的平行放置在了一个大腔体内，并没有有效的减小两个滤波器的总体积，只是在安装布局和连接方式上进行了优化。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种电机驱动系统用交直流耦合集成式EMI滤波器，旨在保证滤波器插入损耗性能的前提下，通过减少滤波器中磁性元件的个数，实现EMI滤波器的小型化。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：