Brevet FR2977084A1 — publié le 20121228

Filtre atténuateur de bande L'invention est relative à un filtre atténuateur/éliminateur de bande des émissions électromagnétiques pour moteur à courant continu à balais. Les moteurs à courant continu utilisés pour l'équipement des véhicules automobiles, notamment les moteurs d'essuie-glaces, comportent un collecteur tournant sur les secteurs duquel des balais en contact avec ces secteurs permettent l'alimentation de l'induit et l'entraînement du moteur. Au cours du fonctionnement de ce type de moteur, le contact des balais sur les secteurs discrets successifs du collecteur provoque des phénomènes transitoires de commutation, lors de la commutation du contact électrique successif des balais avec les secteurs discrets du collecteur tournant. Ces phénomènes transitoires sont générateurs de parasites et/ou d'interférences, lesquels peuvent être analysés en des impulsions à structure fréquentielle harmonique erratique, à très haute fréquence, mais de niveau d'amplitude élevé, en particulier lors de la commutation du contact des balais sur les secteurs successifs du collecteur. Ces parasites et/ou interférences se propagent sans grande difficulté sur 20 les lignes d'alimentation et/ou de transmission de signaux du véhicule automobile. En cela, ils apparaissent préjudiciables non seulement au confort des utilisateurs du véhicule, lorsque ces parasites et/ou interférences se propagent, par exemple, sur les circuits audio d'un récepteur radiofréquence du véhicule, 25 mais également au bon fonctionnement, voire à la sécurité, du véhicule, lorsque ces derniers se propagent sur les lignes de commande, de contrôle ou de régulation des organes du véhicule, tels que notamment les organes de contrôle de vitesse et/ou de freinage. Ces parasites et/ou interférences sont en outre préjudiciables au bon 30 fonctionnement des circuits mémoire et de calcul embarqués équipant les véhicules automobiles actuels. Parmi les solutions de l'art antérieur utilisées pour réduire le niveau d'amplitude de ces parasites et/ou interférences, on peut citer les filtres EMC, pour Electronic Magnetic Compatibility en anglais, lesquels comportent, habituellement, un système de filtre à inductance/ capacité intercalé entre les bornes de connexion du moteur et les bornes d'alimentation de la batterie. Compte tenu des valeurs d'inductances/capacités normalement utilisées, ce type de filtre permet d'obtenir une atténuation convenable des parasites et/ou des interférences pour des fréquences dont les composantes harmoniques sont inférieures à 100 MHz environ. D'autres solutions ont été proposées pour tenter de réduire ou supprimer les parasites et/ou interférences engendrés par le contact des balais sur les secteurs du collecteur dans un moteur à courant continu. Parmi celles-ci, on a proposé des circuits du type filtre capacitif auxquels sont ajoutées une ou plusieurs diodes. Les diodes introduites ont pour objet d'effectuer essentiellement un écrétage des impulsions ou pics des signaux parasites et/ou interférences. Une telle solution est par exemple décrite par le brevet US 3 732 285. Une autre solution, telle que décrite par la demande EP 336 530, consiste par exemple à prévoir un filtrage en bande HF par un circuit HF et un 20 filtrage en bande BF par un circuit BF. Cette solution apparaît complexe à mettre en oeuvre et implique la construction et l'implantation de circuits multiples. La présente invention à pour objet de remédier aux inconvénients des solutions de filtrage des émissions électromagnétiques des moteurs à courant 25 continu de l'art antérieur par la mise en oeuvre d'une structure de filtrage à bande unique dans une plage de fréquences comprises entre 60 MHz et 1,5 GHz. Un autre objet de la présente invention est en outre la mise en oeuvre d'un filtre atténuateur/éliminateur de bande des émissions électromagnétiques pour moteur à courant continu à balais totalement compatible avec les filtres 30 EMC actuels et pouvant, en conséquence, être ajouté en cascade et/ou intégré avec ces derniers. Le filtre atténuateur/éliminateur de bande des émissions électromagnétiques pour moteur à courant continu à balais, objet de l'invention, est plus particulièrement destiné aux moteurs d'essuie-glaces. Il est remarquable en ce qu'il comporte au moins un filtre en gamma, à impédance capacitive/réactive, destiné à être connecté entre l'entrée d'alimentation positive moteur, l'entrée d'alimentation négative moteur et la borne négative de la batterie, l'impédance capacitive étant destinée à être connectée entre l'entrée d'alimentation négative moteur et l'entrée d'alimentation positive moteur ,et, une impédance réactive destinée à être connectée en série entre l'entrée d'alimentation positive moteur et la borne positive de la batterie. Le filtre atténuateur/éliminateur de bande objet de l'invention, est remarquable en ce que les impédances réactives présentent une impédance supérieure à 100 Ohms dans une bande de fréquences comprises entre 60 MHz et 1,5 GHz. Le filtre atténuateur/éliminateur de bande objet de l'invention, est également remarquable en ce que l'impédance capacitive est constituée par un condensateur de capacité comprise entre 1 pF et 500 nF. Le filtre atténuateur/éliminateur de bande, objet de l'invention , est également remarquable en ce qu'il comporte en outre une impédance capacitive connectée en shunt sur les bornes libres des impédances réactives, pour former une cellule de filtrage fermée symétrique formée d'un premier filtre en gamma constitué par le filtre en gamma et d'un deuxième filtre en gamma, monté tête-bêche vis-à-vis du premier filtre en gamma, et formé par l'impédance réactive série et l'impédance capacitive connectée en shunt. Le filtre atténuateur/éliminateur de bande, objet de l'invention, est également remarquable en ce que l'impédance capacitive connectée en shunt est constituée par une impédance capacitive de capacité comprise entre 1 pF et 500 nF. Le filtre atténuateur/éliminateur de bande, objet de l'invention, est également remarquable en ce que l'impédance capacitive connectée en shunt est formée par un premier et un deuxième condensateur, connectés en série et dont le point milieu est destiné à être connecté au potentiel de masse du moteur. Le filtre atténuateur/éliminateur de bande, objet de l'invention, est remarquable en ce que la première et la deuxième capacité connectées en série sont constituées par un condensateur de même capacité électrique. Le filtre atténuateur/éliminateur de bande, objet de l'invention, est enfin remarquable en ce que ce filtre est connecté entre les bornes d'alimentation positive et négative moteur et les bornes d'alimentation positive et négative de la batterie, ce filtre atténuateur/éliminateur de bande étant inséré entre le filtre de compatibilité électromagnétique intégré au moteur et la batterie d'alimentation. Il trouve application à l'équipement des moteurs à courant continu à balais pour véhicules automobiles, notamment aux moteurs d'essuie-glaces. Le filtre atténuateur/éliminateur de bande des émissions électromagnétiques pour moteur à courant continu à balais, objet de l'invention, sera mieux compris à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après, dans lesquels : - la figure 1 représente, à titre illustratif , le schéma électrique d'un filtre atténuateur/éliminateur de bande des émissions électromagnétiques pour moteur à courant continu à balais, conforme à l'objet de la présente invention ; - la figure 2 représente, à titre illustratif, une variante de mise en oeuvre préférentielle non limitative du filtre atténuateur/éliminateur de bande objet de l'invention ; - la figure 3 représente, à titre illustratif, le spectre de fréquence de la tension d'alimentation prise aux bornes d'alimentation moteur d'un moteur à courant continu équipé d'un filtre de compatibilité électromagnétique classique, en l'absence du filtre atténuateur/éliminateur de bande objet de la présente invention ; - la figure 4 représente, à titre illustratif, le spectre de fréquence de la tension d'alimentation prise aux bornes d 'alimentation moteur d'un moteur à courant continu équipé non seulement d'un filtre de compatibilité électromagnétique classique, mais également d'un filtre atténuateur/éliminateur de bande objet de la présente invention. Le filtre atténuateur/éliminateur de bande des émissions électromagnétiques pour moteur à courant continu à balais, objet de l'invention, sera maintenant décrit en liaison avec la figure 1. En référence à la figure précitée, on indique que le filtre atténuateur/éliminateur de bande, objet de l'invention, comporte au moins un filtre en gamma, en référence à la lettre grecque r et noté G, à impédance capacitive C1/ réactive L1, lequel est destiné à être connecté, ainsi que représentée sur la figure précitée, entre l'entrée d'alimentation négative moteur M -, l'entrée d'alimentation positive moteur M+ et la borne négative de la batterie B-. L'impédance capacitive Cl est ainsi destinée à être connectée en parallèle entre l'entrée d'alimentation positive moteur M+ et l'entrée d'alimentation négative moteur M- et l'impédance réactive L1 est destinée à être connectée entre l'entrée d'alimentation négative moteur M- et la borne négative de la batterie B-. Le filtre de compatibilité électromagnétique FEMC comporte, de manière classique, une capacité CO et deux impédances réactives LOI ,L02 insérées entre les bornes d'alimentation moteur positive M+ et négative M- et le moteur M. En outre, ainsi qu'on l'observera sur la figure 1, le filtre atténuateur/éliminateur de bande objet de l'invention comporte une impédance réactive L2 destinée à être connectée en série entre l'entrée d'alimentation positive moteur M+ et la borne positive de la batterie B+. La notion de filtre en gamma est, par convention, définie par rapport au sens du courant 1 délivré par la batterie, l'impédance capacitive Cl et l'impédance réactive L1 étant réputées constituer le filtre en gamma G précité. L'adjonction de l'impédance réactive L2 en série sur la ligne d'alimentation par la borne d'alimentation positive B+ de la batterie permet d'équilibrer l'atténuation du niveau moyen des impulsions des transitoires de commutation des balais sur les secteurs du collecteur sur les deux lignes d'alimentation moteur raccordées aux bornes positive B+ et négative B- de la batterie. L'impédance capacitive Cl permet de réduire l'amplitude crête des impulsions et améliore ainsi le taux de réjection du filtre en mode commun. Selon une caractéristique remarquable du filtre atténuateur/éliminateur de bande objet de l'invention, les impédances réactives L1 et L2 présentent avantageusement une impédance supérieure à 100 Ohms dans la bande de fréquences comprises entre 60 MHz et 1,5 GHz. L'impédance capacitive Cl est constituée par un condensateur de type condensateur céramique de capacité comprise entre 1 pF et 500 nF. Les impédances réactives L1 et L2 sont de préférence constituées par des selfs inductances à noyau de ferrite. Le mode de mise en oeuvre préférentiel du filtre atténuateur/éliminateur de bande objet de la présente invention est maintenant décrit en liaison avec la figure 2. En référence à la figure précitée, on indique que le filtre atténuateur/éliminateur de bande, objet de l'invention, comporte en outre une impédance capacitive C2 connectée en shunt sur les bornes libres les impédances réactives L1 et L2, bornes non connectées à l'impédance capacitive Cl, pour former une cellule de filtrage fermée symétrique formée d'un premier filtre en gamma G1, constitué par le filtre en gamma G de la figure 1, et un deuxième filtre en gamma G2, monté tête-bêche vis-à-vis du premier filtre en gamma G1, et formé par l'impédance réactive série L2 et l'impédance capacitive C2 connectée en shunt. L'impédance capacitive C2 connectée en shunt est constituée par un condensateur, de type condensateur céramique, de capacité comprise entre 5 et 10 pF. De préférence, l'impédance capacitive C2 est formée par un premier C21 et un deuxième C22 condensateur connectés en série, dont le point milieu est destiné à être connecté au potentiel de masse du moteur. La première C21 et la deuxième C22 impédance capacitive sont constituées par un condensateur céramique de même capacité électrique. En référence à la figure 2, on comprend que le premier filtre en gamma G1 et le deuxième filtre en gamma G2, constituant la structure fermée symétrique constitutive du filtre atténuateur/éliminateur de bande F objet de l'invention, jouent sensiblement le même rôle vis à vis de la ligne d'alimentation moteur négative M-,B- respectivement positive M+,B+. En outre cette structure symétrique est également symétrique vis à vis du potentiel de masse du moteur, du fait de la structure à point milieu de l'impédance capacitive C2 connectée en shunt. La connexion de ce point milieu au potentiel de masse du moteur permet d'améliorer le taux de réjection en mode commun du filtre atténuateur/éliminateur de bande objet de l'invention. Une évaluation comparative de l'atténuation des inductions parasites ou interférences engendrées par un moteur à courant continu à balais, de type moteur d'essuie-glaces pour véhicules automobiles, équipé d'un filtre de compatibilité électromagnétique, FEMC, en l'absence respectivement en présence d'un filtre F éliminateur de bande conforme à l'objet de la présente invention sera donnée en liaison avec les figures 3 et 4. Sur les figures précitées, l'axe des abscisses est gradué en fréquences, de 200 MHz à 1 GHz, bande d'atténuation sinon d'élimination des émissions électromagnétiques du filtre éliminateur de bande F objet de l'invention et l'axe des ordonnées est gradué en dBpV/m valeur d'amplitude la tension d'alimentation moteur. Sur les deux figures, la courbe d'enregistrement 1 représente la mesure du champ électrique avec un détecteur de pic d'amplitude et la courbe II représente la mesure du champ électrique avec un détecteur de valeur moyenne, en l'absence de filtre atténuateur/éliminateur de bande F, figure 3, respectivement en présence d'un filtre atténuateur/éliminateur de bande F, figure 4. On constate que l'insertion d'un filtre éliminateur de bande F, tel que représenté en figure 2, introduit une réduction de l'ordre de 10 à 25 dBpV/m du champ électrique sur les valeurs de pic d'amplitude détectées, courbe I, avec une suppression quasi totale des pics parasites d'amplitude moyenne, courbe II, liés à la rotation du moteur. D'une manière générale, on indique enfin que le filtre atténuateur/éliminateur de bande F objet de l'invention peut être directement intégré au boîtier du filtre de compatibilité électromagnétique FEMC et donc directement installé sur tout moteur destiné à équiper un véhicule automobile en première monte. Au contraire, le filtre atténuateur/éliminateur de bande F objet de l'invention peut également être inséré entre les bornes positive M+ et négative M- d'alimentation moteur et les bornes positive B+ et négative B- de la batterie, en deuxième monte, sur des moteurs du type moteurs d'essuie-glaces, de véhicules existants, déjà en circulation. 10 15 20 25 30 REVENDICATIONS1/ Filtre atténuateur/éliminateur de bande des émissions électromagnétiques pour moteur à courant continu à balais, caractérisé en ce 5 qu'il comporte au moins : - un filtre en gamma à impédance capacitive/réactive destiné à être connecté entre l'entrée d'alimentation positive moteur, l'entrée d'alimentation négative moteur et la borne négative de la batterie, l'impédance capacitive étant destinée à être connectée entre l'entrée d'alimentation négative moteur et 10 l'entrée d'alimentation positive moteur ; - une impédance réactive destinée à être connectée en série entre l'entrée d'alimentation positive moteur et la borne positive de la batterie. 2/ Filtre atténuateur/éliminateur de bande selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que lesdites impédances réactives présentent une impédance supérieure à 100 Ohms dans une bande de fréquences comprises entre 60 MHz et 1,5 GHz. 3/ Filtre atténuateur/éliminateur de bande selon la revendication 1 ou 2, 20 caractérisé en ce que ladite impédance capacitive est constituée par un condensateur de capacité comprise entre 1 pF et 500 nF. 4/ Filtre atténuateur/éliminateur de bande selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que celui-ci comporte en outre une impédance capacitive 25 connectée en shunt sur les bornes libres des impédances réactives, pour former une cellule de filtrage fermée symétrique formée d'un premier filtre en gamma, constitué par ledit filtre en gamma, et d'un deuxième filtre en gamma, monté tête-bêche vis-à-vis du premier filtre en gamma, et formé par ladite impédance réactive série et ladite impédance capacitive connectée en shunt. 30 5/ Filtre atténuateur/éliminateur de bande selon la revendication 4,caractérisé en ce que ladite impédance capacitive connectée en shunt est constituée par une impédance capacitive de capacité comprise entre 1 pF et 500 nF. 6 / Filtre atténuateur/éliminateur de bande selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ladite impédance capacitive connectée en shunt est formée par un premier et un deuxième condensateur connecté en série dont, le point milieu est destiné à être connecté au potentiel de masse du moteur. 7/ Filtre atténuateur/éliminateur de bande selon la revendication 6, caractérisé en ce que la première et la deuxième capacité sont constituées par un condensateur de même capacité électrique. 8/ Filtre atténuateur/éliminateur de bande selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit filtre est connecté entre les bornes d'alimentation positive et négative moteur et les bornes d'alimentation positive et négative de la batterie, ledit filtre éliminateur de bande étant inséré entre le filtre de compatibilité électromagnétique intégré au moteur et la batterie d'alimentation. 9/ Filtre atténuateur/éliminateur de bande selon la revendications 7, caractérisé en ce que le dit filtre est directement intégré au boîtier du filtre de compatibilité électromagnétique. 10/ Filtre atténuateur/éliminateur de bande selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dit filtre est inséré, en deuxième monte, entre le filtre de compatibilité électromagnétique intégré au moteur la batterie d'alimentation.30