Brevet FR2952236A1 — publié le 20110506

Domaine de l'invention La présente invention concerne un organe d'amortissement pour éliminer les courants parasites en mode commun dans un dispositif de conducteur comportant au moins un conducteur électrique traversé par des courants alternatifs ou des courants continus avec des transitoires à haute fréquence. Etat de la technique Un courant parasite en mode commun dans des structures conductrices constitue une difficulté considérable pour la compatibilité électromagnétique (encore appelé compatibilité EMV) de composants et de pièces. En particulier dans le cas de câbles longs ou de structures métalliques de grandes surfaces, ces courants rayonnent des ondes électromagnétiques qui dépassent les limites autorisées des normes de compatibilité électromagnétiques EMV actuelles, même pour de faibles intensités. Les solutions actuelles consistent principalement à éviter le développement de courants parasites par une conception appropriée des composants ou des produits. Mais cela nécessite une mise en oeuvre de moyens importants et constitue une solution coûteuse. De plus la recherche des causes de telles difficultés ne constitue qu'une solution peu efficace qui toutefois retarde le procédé de développement. Malgré une conception étudiée d'un composant ou d'un produit particulier, on observe fréquemment des courants parasites se traduisant par un rayonnement de niveau trop élevé. On les mesures d'émissions électromagnétiques ne peuvent se faire que tardivement dans le procédé de développement. C'est pourquoi les dépassements de valeurs limites, constatées sont particulièrement critiques. La dernière possibilité de réduire les courants parasites en mode commun et les rayonnements qu'ils entraînent consiste à utiliser des noyaux de ferrites, servant de résistances magnétiques, amortissant les courants parasites. Une telle solution est par exemple décrite dans le document DE 44 12 749 Al. Ce document décrit un dispositif de transmission de signaux d'un amplificateur vers un haut-parleur par au moins un faisceau de câble composé d'au moins un conducteur d'aller 2 pour transmettre les signaux électriques et au moins un conducteur de retour pour le retour des signaux électriques. Les conducteurs d'aller sont reliés électriquement à leurs extrémités et il en est de même des conducteurs de retour. L'élément caractéristique est que les conducteurs d'aller et les conducteurs de retour sont entourés d'une gaine de ferrites. Ce dispositif permet d'améliorer considérablement les propriétés de transmission dans le domaine audible. Le document DE 297 15 106 U 1 décrit un circuit d'amortissement des courants parasites en mode commun pour des interfaces externes de platines à conducteurs plats avec au moins un organe d'amortissement ; chaque organe d'amortissement est réalisé en mode planaire et installé sur la platine du conducteur plat, géométriquement devant le contact de connexion de l'interface externe ; les signaux d'alimentation, la masse et les signaux de données de l'interface externe respective traversent un organe d'amortissement correspond. Des organes d'amortissement peuvent être réalisés sous la forme de noyaux magnétiques plans c'est-à-dire de noyaux de ferrites plans. Le document GB 2409 110 A décrit un autre dispositif pour supprimer les courants parasites en mode commun ; dans ce dispositif on fait passer un câble suivant un tracé en méandre ou en boucle sur une première plaque comportant une ou plusieurs couches conductrices ; les couches sont écartées de manière isolée d'une seconde plaque conductrice mise à la masse. La résistance surfacique de la première plaque est de l'ordre de 25 et 2000 Ohm/carré. A l'aide des noyaux de ferrites on peut certes neutraliser les courants parasites en mode commun dans une plage étendue de fréquences. Toutefois, pour un grand nombre de cas, l'amortissement des intensités d'amplitude élevée n'est nécessaire que pour une certaine fréquence. L'inconvénient de tous ces dispositifs est que les courants parasites en mode commun ne sont que faiblement amortis en particulier dans le cas de structures conductrices plates. 3 But de l'invention La présente invention a pour but de développer un dispositif permettant d'éliminer efficacement les courants parasites en mode commun. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne un dispositif d'amortissement du type défini ci-dessus caractérisé en ce que une structure réalisée comme résonateur électromagnétique est montée à la surface du conducteur électrique ou est en conduction électrique avec celui-ci. Ainsi selon l'invention la surface du conducteur électrique comporte une structure en forme de résonateur électromagnétique ou encore un tel résonateur est relié électriquement à la surface du conducteur électrique. Cette structure permet un fort amortissement des courants dans une plage de fréquences définie. Par comparaison avec les noyaux de ferrites, la suppression se fait certes dans une bande étroite mais elle est significativement plus importante. Cette solution est avantageuse du fait de sa construction compacte et du gain de poids. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'organe d'amortissement a une matière extérieure à faible résistance spécifique dans laquelle est intégré le résonateur. La matière extérieure est par exemple soudée sur le conducteur électrique si bien que la résistance de passage est faible. Cela permet d'atteindre une bonne excitation par les courants parasites et d'avoir ainsi un amortissement important. Des matières préférentielles comme matières extérieures ont une résistance spécifique p, inférieure à 0,025 [D mm2/m]. En particulier le cuivre a la résistance spécifique p de l'ordre de 0,018 [D mm2/m] ou encore l'argent avec résistance spécifique p, de 0,016[0 mm2/m]. Pour le choix des matières il faut toutefois respecter une certaine résistance mécanique et de bonnes caractéristiques d'usinage mécanique pour que la structure susceptible de résonner puisse être intégrée dans la matière extérieure. Le cuivre s'est avéré comme particulièrement avantageux. On peut notamment prévoir de revêtir le 5 10 4 cuivre d'une couche d'argent pour obtenir une conductivité optimale en surface en particulier pour les intensités à haute fréquence, malgré l'effet de peau. De plus on aura des résistances de passage très faibles avec le contact du conducteur électrique à amortir. Si le résonateur est formé d'une combinaison de segments étroits et de segments larges, la construction sera particulièrement compacte ce qui permettra un amortissement très efficace de conducteurs de petites dimensions ou très difficilement accessibles. Si le résonateur a au moins un segment coulissant permettant de modifier les dimensions d'un segment du résonateur, on peut désaccorder mécaniquement le résonateur que l'on veut accorder. Cela permet d'adapter la fréquence de résonnance de l'organe d'amortissement à chaque application. 15 Selon une variante, le résonateur est un résonateur à cavité, se présentant sous la forme d'un dégagement ou d'une cavité dans la matière extérieure. De telles structures se réalisent simplement. Selon une autre variante de réalisation, la cavité du résonateur est remplie totalement ou partiellement d'une ou plusieurs 20 matières de remplissage ayant une permittivité er, élevée, différente ; la cavité du résonateur peut recevoir des matières de remplissage différentes par segment. Il est avantageux que pour une fréquence de résonnance identique on puisse réaliser des résonateurs de plus petites dimensions. Il est en outre avantageux que la matière de remplissage 25 présente une certaine perte diélectrique. Comme matière de remplissage on envisage par exemple les résines époxydes ayant une permittivité er de l'ordre 4 à 5 ou encore des matières céramiques avec une permittivité er allant jusqu'à 10 000. Il est notamment avantageux qu'un segment du 30 résonateur soit rempli d'air et qu'un autre segment de ce résonateur comporte une ou plusieurs matières de remplissage ayant une permittivité er plus élevée que celle de l'air. Cela simplifie notamment la réalisation pratique de segments minces. L'organe d'amortissement peut être subdivisé en petits 35 segments reliés par de bons moyens de conduction ce qui facilite en particulier une installation souple sur des dispositifs de conducteurs courbes ou sur des câbles. En outre cela permet d'économiser de la matière et du poids et par suite du coût. Selon des modes de réalisations préférentiels, un ou 5 plusieurs organes d'amortissement identiques ou différents peuvent être installés sur une structure conductrice plate, un câble au moins entouré complètement dans une zone ou un conducteur installé par segments. Cela permet notamment d'amortir des conducteurs électriques très différents avec un nombre réduit de formes de réalisation. Pour des structures différentes il peut être avantageux d'amortir les courants pour des fréquences différentes. Selon une variante de réalisation préférentielle, le montage de conducteurs qu'il faut amortir se présente sous la forme d'une structure plate, conductrice, ou encore un profil de réception électro-conducteur, au moins par segments pour recevoir les organes d'amortissement et relié au dispositif conducteur que l'on veut amortir, par une liaison à bonne conduction ; l'organe d'amortissement présente dans sa matière extérieure, un contact faiblement ohmique avec le profil de réception. Selon un mode de réalisation simple, le profil de réception peut par exemple comporter une rainure recevant des structures d'amortissement standardisées. Cela augmente la souplesse et permet d'étendre la plage d'application car la structure d'amortissement peut facilement s'adapter à chaque application par un simple échange. Le profil de réception peut en revanche rester inchangé. Une application particulièrement avantageuse de l'organe d'amortissement décrit ci-dessus est son utilisation dans un véhicule automobile pour amortir les courants parasites en mode commun des lignes de capteurs, des lignes de commandes et/ou des lignes de transmission de données ou d'autres unités d'entraînement dans le cas de véhicule électrique. En particulier, du fait des fonctions de commande toujours plus complexes et de l'introduction de systèmes de bus, on rencontre des difficultés de compatibilité électromagnétique que l'on peut résoudre par l'utilisation des organes d'amortissement décrits ci-dessus ou du moins que l'on peut réduire de manière significative. Dans le domaine des véhicules électriques, en plus les 6 courants parasites engendrés au niveau de la commande des moteurs électriques et du fait de la puissance mise en jeu, peuvent prendre des valeurs très élevées et néanmoins être amorties efficacement. En outre on peut amortir des surfaces conductrices (masse conductrice) de la carrosserie. Ces surfaces servent fréquemment de conducteur de retour pour les courants parasites. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un organe d'amortissement appliqué à une structure électro-conductrice en forme de surface, - la figure 2 est une vue schématique d'un autre organe d'amortissement entourant un câble, - la figure 3 est un montage d'organes d'amortissement installés autours d'un conducteur électrique rectangulaire, - la figure 4 montre un organe d'amortissement avec des matières de remplissage différentes dans sa structure résonante, - les figures 5a et 5b représentent un profil de réception d'une structure électro-conductrice à amortir, montent la mise en place d'organes d'amortissement, et - les figures 6a et 6b montrent un organe d'amortissement comportant un résonateur accordé mécaniquement. Description de modes de réalisation préférentielle de l'invention La figure 1 montre une représentation schématique d'un organe d'amortissement 40 appliqué à un dispositif conducteur 1 sur la surface d'une structure conductrice 10, plate, qu'il faut amortir. L'organe d'amortissement 40 comporte une matière extérieure 44 à bonne caractéristique de conduction et entourant au moins par zone, un résonateur 41 en forme de cavité. La matière extérieure 44 qui est de préférence du cuivre, est soudée avec une résistance de contact faible à la structure conductrice 10, plate. Il s'agit par exemple du montage de l'organe d'amortissement 40 sur la surface conductrice constituant la masse de la carrosserie d'un véhicule automobile. Le résonateur 41 comporte des segments étroits et des segments larges 42, 43 dont les dimensions définissent la plage des 7 fréquences permettant un fort amortissement. On peut en outre prévoir de remplir la cavité du résonateur 41 avec une matière ayant une permittivité er, élevée. La figure 2 montre un autre exemple de réalisation d'un organe d'amortissement 40 entourant de façon complète au moins une zone d'un câble 20. Dans l'exemple présenté, la matière extérieure 44 est une cavité installée de façon concentrique autour du câble 20 ; par ses segments étroits et ses segments larges 42, 43, la matière extérieure forme un résonateur 41. Cette structure susceptible de résonner est totalement ou partiellement remplie d'une ou plusieurs matières ayant une permittivité er, élevée, différente. L'organe d'amortissement 40 peut être subdivisé en des petits segments reliés les uns aux autres par une bonne liaison de conduction ce qui permet notamment une très grande souplesse du câble 20. La figure 3 montre à titre d'exemple un conducteur électrique 30 de section rectangulaire. Il peut s'agir par exemple des cordons d'alimentation d'un véhicule électrique. Ces cordons d'alimentation sont habituellement traversés par des courants importants. Plusieurs organes d'amortissement 40 de même type comme celui décrit à la figure 1 sont installés autour du conducteur 30 pour l'amortir. La figure 4 montre en coupe, un organe d'amortissement 40 dont le résonateur 41 est rempli par segments avec des matières de remplissage 45, 46 différentes. Les matières de remplissage 45, 46 se distinguent par leur permittivité er. Dans un exemple de réalisation préférentielle, la matière de remplissage 45 est de l'air. L'autre matière de remplissage 46 aura en revanche une permittivité er, plus élevée que celle de l'air. Les figures 5a et 5b montrent schématiquement un profil de réception 50 réalisé comme châssis conducteur et qui est lui-même bon conducteur avec une faible résistance de passage appliquée sur la structure à amortir sous la forme d'une structure conductrice 10 de grande surface ou appliquée par segments sur un conducteur 30. Dans l'exemple présenté, le profil de réception 50 comporte une rainure qui suivant l'application reçoit des matières d'amortissement 40 avec des 8 résonateurs 41 différents. Les organes d'amortissement 40 ont de préférence des dimensions standardisées. Les figures 6a et 6b montrent chacune un organe d'amortissement 40 équipé d'un résonateur 41 que l'on peut déformer mécaniquement. L'organe d'amortissement 40 comporte un ou plusieurs segments coulissants 47 permettant d'accorder la longueur et la largeur d'au moins un segment du résonateur 47 sur la fréquence qu'il faut amortir. Les structures de résonateurs telles que décrites offrent par rapport à des noyaux de ferrites, un amortissement plus fort des courants dans une plage de fréquence définie ce qui est avantageux pour une construction compacte et un gain de poids notamment avantageux pour les applications aux véhicules automobiles.15 NOMENCLATURE 1 Dispositif conducteur 10 Structure conductrice 20 Câble 30 Conducteur électrique 40 Organe d'amortissement 41 Résonateur 42 Segment étroit 43 Segment large 44 Matière extérieure 45 Matière de remplissage 46 Matière de remplissage 47 Segment coulissant 50 Profil de réception 1520 REVENDICATIONS1 °) Organe d'amortissement (40) pour éliminer les courants parasites en mode commun dans un dispositif de conducteur (1) comportant au moins un conducteur électrique traversé par des courants alternatifs ou s des courants continus avec des transitoires à haute fréquence, caractérisé en ce que une structure réalisée comme résonateur électromagnétique (41) est montée à la surface du conducteur électrique ou est en conduction électrique avec celui-ci. 10 2°) Organe d'amortissement (40) selon la revendication 1, caractérisé en ce que il comporte une matière extérieure (44) à faible résiste spécifique (rhô) p, matière dans laquelle est intégré le résonateur (41). 3°) Organe d'amortissement (40) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière extérieure (44) a une résiste spécifique p inférieure à 0,025 [D mm2/m]. 4°) Organe d'amortissement (40) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le résonateur (41) est formé par la combinaison de segments étroits et de segments larges (42, 43). 25 5°) Organe d'amortissement (40) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le résonateur (41) comporte au moins un segment coulissant (47) permettant de modifier au moins les dimensions d'un segment du 30 résonateur (41). 6°) Organe d'amortissement (40) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le résonateur (41) est un résonateur à cavité, réalisé sous la forme d'un 35 dégagement dans la matière extérieure (44). 11 7°) Organe d'amortissement (40) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité du résonateur (41) est remplie totalement ou partiellement d'une ou plusieurs matières de remplissage (45, 46) ayant une permittivité er différente, la cavité du résonateur (41) comportant des matières de remplissage (45, 46) différentes par segments. 8°) Organe d'amortissement (40) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' un segment du résonateur (41) est rempli avec de l'air et un autre segment du résonateur (41) est rempli avec une ou plusieurs autre matière de remplissage (45, 46) ayant une permittivité er plus élevée que celle de l'air. 9°) Organe d'amortissement (40) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il est subdivisé en des segments plus petits reliés entre eux par un moyen bon conducteur. 10°) Organe d'amortissement (40) selon la revendication 1, caractérisé en ce que un ou plusieurs organes d'amortissement (40) identiques ou différents sont installés sur une structure conductrice (10) en surface, un câble (20) entourant complètement au moins une zone ou est installé par segments autour d'un conducteur (30). 11°) Organe d'amortissement (40) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif conducteur (1) qu'il faut amortir, se présente sous la forme d'une structure conductrice (10), plate ou d'un profil de réception (50) bon conducteur, au moins par segment, pour recevoir les organes d'amortissement (40) et qui est relié avec une bonne conductivité au dispositif conducteur (1) à amortir, l'organe d'amortissement (40) ayant un contact faiblement ohmique avec le profil de réception (50) par sa matière extérieure (44). 12 12°) Application de l'organe amortisseur (40) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 d'un véhicule automobile pour amortir les courants parasites en mode commun dans des conducteurs de capteurs, les conducteurs de commande et/ ou des conducteurs de transmission de données ou encore des câbles d'alimentation de véhicules électriques.10