Brevet FR3037739A1 — publié le 20161223

FILTRE D'ANTI PARASITAGE POUR UN MOTEUR ELECTRIQUE Le domaine de la présente invention est celui des moyens de 5 filtrage des parasites émis par un moteur électrique, notamment un moteur de système d'essuyage d'une vitre de véhicule. Les automobiles sont couramment équipées de postes de radio aptes à recevoir des émissions dans la « bande FM », c'est à dire entre 80 et 110 10 MHz environ. Elles sont aussi équipées de systèmes d'essuie-glace pour assurer un lavage du pare-brise ou de la vitre arrière et éviter que la vision qu'a le conducteur de son environnement ne soit perturbée. Ces essuie-glaces sont classiquement entraînés par un porte-balai effectuant un mouvement de va-et-vient angulaire et comportent des balais allongés, porteurs eux-mêmes de lames 15 racleuses réalisées en une matière élastique. Ces porte-balais sont mis en mouvement par un moteur électrique qui leur fait effectuer un mouvement de va-et-vient et dont la vitesse peut être modulée en fonction de la quantité d'eau à évacuer. Le boîtier de commande du moteur comporte généralement une 20 carte électronique qui gère la mise en route et l'arrêt du moteur, sa vitesse de rotation ainsi que le retour à la position de repos des balais en cas d'arrêt. Du fait de la souplesse que ce procédé apporte à la commande du moteur, ce dernier est généralement commandé par une tension Modulée par Largeur d'Impulsions (MLI). La carte électronique de commande comporte alors des composants 25 capables de générer des impulsions de tension de largeur ajustable tels que des transistors MOS. Un problème rencontré avec ces moteurs est qu'ils engendrent des parasites électromagnétiques qui peuvent être gênants pour la radio, notamment dans la « bande FM ». Ces parasites peuvent aussi trouver leur 30 origine dans la carte de commande du fait des composants de hachage de tension. 3037739 2 En fonctionnement, cette carte est reliée à un premier conducteur d'alimentation relié à la batterie du véhicule, à un deuxième conducteur relié à la masse du véhicule, à un troisième conducteur (bus de commande) et à un quatrième conducteur de sécurité (redondance du bus de commande). Ces conducteurs sont susceptibles de véhiculer des courants parasites en mode commun qui peuvent perturber le fonctionnement de la carte mais aussi agir comme des antennes pour les bruits engendrés à l'intérieur de la carte. Les exigences de conception des constructeurs de véhicules, qui découlent des besoins de confort des utilisateurs en matière d'écoute d'émissions 10 de radio, sont de plus en plus sévères et il devient nécessaire de réduire le niveau des parasites émis dans cette gamme de fréquences pour tenir ces exigences. Du document DE 275 9081 on connaît un dispositif antibrouillage pour alternateur destiné à filtrer les parasites dans la gamme « radio amateur », c'est-à-dire autour de 27 MHz, comportant deux lignes 15 correspondant aux sorties de l'alternateur. L'enseignement de ce document ne concerne pas un moteur électrique et sa carte de commande ni le filtrage de parasites dans la « bande FM ». Ce document ne fournit par ailleurs aucune valeur d'impédance ni de capacité permettant de résoudre le problème. La présente invention vise à résoudre ces problèmes en 20 proposant un filtre pour une carte de commande de moteur électrique, notamment de moteur de système d'essuyage de véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte au moins quatre lignes indépendantes et au moins un moyen de filtrage électromagnétique sur au moins deux desdites lignes. Le filtre selon l'invention est adapté à tout moteur électrique dès 25 lors que son fonctionnement fait intervenir une carte de commande comportant au moins quatre entrées, par exemple un moteur électrique alimenté par une tension modulée en largeur d'impulsions (PWM en anglais) et la carte de commande correspondante. Le filtre comporte au moins quatre lignes indépendantes. Par ligne on entend un conducteur ayant une continuité ohmique 3037739 3 et possédant une entrée et une sortie, l'entrée et la sortie pouvant être réduites à un point. Le filtre selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison 5 les unes avec les autres : - les lignes peuvent être indépendantes ; par indépendante on entend qu'à l'intérieur du filtre, ces lignes n'ont aucune connexion entre elles, - ledit au moins un moyen de filtrage électromagnétique peut comporter au moins un moyen inductif tel qu'une bobine ; une bobine comporte toujours une capacité intrinsèque qui lui confère de ce fait une fréquence de résonnance, cette fréquence pouvant se trouver dans la « gamme FM », - ledit au moins un moyen de filtrage électromagnétique peut comporter au moins une cellule comportant au moins un moyen inductif et au moins un moyen capacitif montés en parallèle ; dans une cellule LC, une capacité branchée en parallèle d'une bobine permet de baisser la fréquence propre de la bobine et donc de rapprocher plus facilement la fréquence propre de l'ensemble de celles de la « bande FM ». - ledit au moins un moyen inductif peut avoir une valeur d'inductance comprise entre 1 nH et 10 mH, de préférence entre 100 nH et 10 mH, de façon encore plus préférée entre 1 iu.H et 1 mH, voire entre 1µH et 10 juH, - ledit au moins un moyen capacitif peut avoir une valeur de capacité comprise entre 1 pF et 100 luF, de préférence entre 1 pF et 1 luF, de façon encore plus préférée entre 1 pF et 1 nF, voire entre lpF et 10 pF; ces valeurs d'inductance et de capacité permettent d'ajuster la fréquence de résonance du filtre dans la « bande FM », 3037739 -4 - le filtre peut comprendre plusieurs moyens inductifs dont les valeurs d'inductance peuvent être égales entre elles ; - le filtre peut comprendre plusieurs moyens capacitifs dont les valeurs de capacité peuvent être égales entre elles ; 5 - la cellule peut avoir une fréquence fo propre qui remplit la condition suivante : 87,5 MHz fo 108 MHz dans lequel : fo = 2rc-\,C. 10 C est la capacité du moyen capacitif de la cellule, L est l'inductance du moyen inductif de la cellule, Dans le cas où les moyens de filtrage sont des cellules LC, cette condition permet d'assurer que la fréquence de résonance de cette cellule sera bien dans la gamme FM. 15 L'invention porte également sur un composant électronique comportant un filtre selon l'invention. L'invention porte également sur une carte de commande de moteur électrique, notamment de moteur d'essuyage de véhicule, comportant un 20 circuit de commande pour ledit moteur, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un filtre selon l'invention ou un composant électronique selon l'invention. La carte de commande selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : 25 - elle peut comporter au moins quatre entrées et le nombre de lignes du filtre peut être égal à celui du nombre d'entrées de la carte, chaque ligne étant connectée à une entrée respective, - au moins un moyen de filtrage électromagnétique du filtre peut être implanté à proximité d'un connecteur d'entrée de 3037739 5 ladite carte, de façon à filtrer les bruits de mode commun dès l'entrée dans la carte, - deux moyens de filtrage électromagnétique peuvent être connectés respectivement sur des entrées alimentation 5 positive et masse de la carte, - deux moyens de filtrage électromagnétique peuvent être en outre connectés respectivement sur des entrées de commande et sécurité de ladite carte. 10 L'invention porte également sur un ensemble de motorisation pour un système d'essuyage de véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un filtre selon l'invention. L'invention porte également sur un système d'essuyage de véhicule, comprenant un moteur et au moins un balai d'essuie-glace, caractérisé 15 en ce qu'il comporte en outre un filtre selon l'invention. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de 20 l'invention donnés à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une vue schématique d'une carte de commande comportant un filtre selon l'invention, Les figures 2A à 2D illustrent schématiquement quatre modes de 25 réalisation du filtre, Les figures 3A et 3B sont des représentations en plan simplifiées de carte de commande de moteur comportant un filtre selon l'invention, La figure 4 une vue schématique en perspective d'un boîtier de motorisation d'un système d'essuyage d'une vitre de véhicule, 3037739 6 La figure 5 est une vue schématique en perspective éclatée d'un boîtier électronique du boîtier de motorisation de la figure 4, La figure 6 est une vue schématique en perspective d'un système d'essuyage d'une vitre de véhicule, et 5 Les figures 7A et 7B illustrent des résultats de mesure de bruits dans la gamme de fréquences dans la « bande FM ». La figure 1 illustre schématiquement une carte de commande à circuit imprimé 200 pour un moteur électrique 300. Le moteur 300 émet des 10 bruits parasites notamment dans une bande de fréquence utilisée par les émissions radio en modulation de fréquence, dite « bande FM ». Le moteur possède son propre système de filtre pour éviter que les bruits qu'il engendre pénètrent dans la carte de commande par les conducteurs 310 qui le relient à la carte. 15 Dans l'exemple illustré, la carte 200 comporte un circuit de commande 220 du moteur comportant des composants de hachage de tension en vue d'alimenter le moteur par une tension modulée en largeur d'impulsions. La carte 200 comporte un connecteur d'entrée 210 pour quatre entrées repérées B, G, L, S. L'entrée B est reliée au pole + de la batterie, l'entrée 20 G à la masse du véhicule, l'entrée L est reliée à un bus de commande (aussi appelé LIN) et l'entrée S à un bus de redondance (aussi appelé 2S). La carte 200 comporte également un filtre 100 comportant quatre lignes indépendantes 101 à 104, chacune de ces lignes pouvant être munies d'un moyen de filtrage 110 à 140 en série, c'est à dire que les signaux véhiculés par 25 chaque ligne sont obligés de traverser le moyen de filtrage respectif ; comme il sera vu plus loin en détail, deux seulement de ces lignes peuvent comporter un moyen de filtrage. Ces lignes sont dites indépendantes en ce qu'il n'existe aucune connexion entre deux ou plus d'entre elles. Chaque ligne 101 à 104 du filtre 100 est relié à une entrée respective B, G, L, S de la carte. En sortie du filtre 100, ces 30 lignes sont connectées au circuit de commande 220. Ce circuit de commande 3037739 -7 alimente le moteur 300. L'objectif du filtre est de supprimer ou au moins réduire les courants parasites en mode commun qui sont susceptibles de pénétrer dans la carte par ces quatre entrées. La figure 2A illustre un premier mode de réalisation du filtre 5 100. Dans ce mode de réalisation, chaque moyen de filtrage comporte une cellule LC, c'est-à-dire une bobine 10, 20, 30, 40 en série sur chaque ligne 101 à 104 et un moyen capacitif 50, 60, 70, 80 en parallèle sur une bobine respective, chaque ligne 101 à 104 étant destinée à être connectée à une entrée respective B, G, L, S de la carte 200. Une telle cellule LC possède une fréquence propre fo qui dépend 10 des valeurs de l'inductance de la bobine et de la capacité du moyen capacitif et qui vaut : 1 2rcV7C. Autour de cette fréquence propre fo la cellule LC possède une impédance élevée de sorte que les bruits sont fortement réduits. Les valeurs des inductances Ll, L2, L3, L4 des bobines sont 15 choisies entre 1 nH et 10 mH, de préférence entre 100 nH et 10 mH, de façon encore plus préférée entre 1 'Lai et 1 mH, voire entre 1µH et 10 'Lai. Les valeurs des capacités Cl, C2, C3, C4 des moyens capacitifs sont choisies entre 1 pF et 100 le, de préférence entre 1 pF et 1 le, de façon encore plus préférée entre 1 pF et 1 nF, voire entre lpF et 10 pF. 20 De façon préférée, toutes les valeurs d'inductance sont égales (L1 = L2 = L3 = L4) et toutes les valeurs de capacité sont égales (Cl = C2 = C3 = C4). Ainsi toutes les cellules LC ont la même impédance. La figure 3A illustre une réalisation pratique d'une carte comportant un filtre 100 (en traits interrompus) selon ce premier mode de 25 réalisation (des composants ont pu être omis pour plus de clarté). La figure 2B illustre un deuxième mode de réalisation du filtre 100. Dans ce mode de réalisation, seules les lignes 101 et 102, destinées à être connectées respectivement aux entrées B et G de la carte 200, sont munies d'une cellule LC comportant une bobine 10, 20 en série sur une ligne respective et un 3037739 8 moyen capacitif 50, 60 en parallèle sur une bobine respective. Les lignes 103 et 104 ne comportent pas de moyen de filtrage ; elles peuvent être réduites à un point. La figure 3B illustre une réalisation pratique d'une carte 5 comportant un filtre 100 (en traits interrompus) selon ce deuxième mode de réalisation (des composants ont pu être omis pour plus de clarté). La figure 2C illustre un troisième mode de réalisation du filtre 100. Dans ce mode de réalisation, chaque moyen de filtrage comporte une bobine 10, 20, 30, 40 en série sur une ligne 101 à 104 respective, chaque ligne 101 à 104 10 étant destinée à être connectée à une entrée respective B, G, L, S de la carte 200. Du fait que chaque bobine comporte une valeur de capacité intrinsèque, elle possède une fréquence de résonance lui permettant de réduire fortement les bruits parasites dans une gamme de fréquence. La figure 2D illustre un quatrième mode de réalisation du filtre 15 100. Dans ce mode de réalisation, seules les lignes 101 et 102, destinées à être connectées respectivement aux entrées B et G de la carte 200, sont munies d'une bobine 10, 20 en série sur une ligne respective. Les lignes 103 et 104 ne comportent pas de moyen de filtrage ; elles peuvent être réduites à un point. La figure 4 représente un ensemble de motorisation 400 pour un 20 système d'essuyage d'une vitre de véhicule, cet ensemble comportant notamment un moteur électrique logé dans une carcasse 300, un carter 320 logeant un système d'engrenage et fermé par un couvercle 350. Le couvercle 350 du carter 320 définit un boîtier électronique 250, renfermant une carte de commande 200, ce qui est mieux visible en figure 5. Dans une variante de réalisation non illustrée 25 le boîtier électronique logeant la carte de commande est un élément rapporté sur la carcasse du moteur ou le carter. La figure 6 représente un système d'essuyage 900 comportant ici deux essuie-glaces 910 comportant chacun un bras d'entraînement 911 dont une extrémité est reliée à un balai 912 et l'extrémité opposée est reliée par 3037739 9 l'intermédiaire d'un système de tringlerie ou timonerie 913 à un arbre de sortie de l'ensemble de motorisation 400, tel que celui de la figure 4. Exemple 5 Les figures 7A et 7B illustrent des résultats de mesures de rayonnement dans la gamme de fréquences dans la « bande FM », effectués : - sur une carte sans filtre entre le conducteur B relié à la batterie du véhicule et le plan de masse de la carte, - et sur une carte comportant un filtre du deuxième mode de 10 réalisation, en série avec le conducteur 101a en aval du moyen de filtrage 110. Les abscisses sont des fréquences en MHz et les ordonnées des puissances en dBm. Dans les deux graphiques, la ligne horizontale en trait gras O représente l'objectif de conception. 15 Sur la figure 7A, la courbe du haut M1 en traits fins représente des mesures de pics de bruit, la courbe du bas M2 en traits gras représente des mesures de bruit moyen. On voit que la courbe M1 est au-dessus de l'objectif de conception O, de 13 dB en moyenne. Les mesures de rayonnement de la figure 7B sont obtenues avec 20 une carte comportant un filtre illustré en figures 2B et 3B. Ce type de filtre comporte une cellule LC sur chacune des lignes correspondant aux entrées B (batterie) et G (masse), les valeurs étant les suivantes : Ll = L2 = 3iLtH, Cl = C2 = 2,2 pF, soit une fréquence de résonnance de 62 MHz. Les courbes M1' et M3 représentent des mesures de pics de bruit, la courbe M1' correspondant à la 25 courbe M1 de la figure 7A, c'est-à-dire sans filtrage. La courbe M3 (rayonnement avec filtrage) montre donc un gain substantiel, surtout dans la gamme 88 - 108 MHz, qui correspond précisément à la « bande FM ». REVENDICATIONS1. Filtre (100) pour une carte de commande (200) de moteur électrique (300), notamment de moteur de système d'essuyage de véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte au moins quatre lignes (101, 102, 103, 104) et au moins un moyen de filtrage électromagnétique (110, 120, 130, 140) sur au moins deux desdites lignes. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes (101, 102, 103, 104) sont indépendantes. 3. Filtre selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit au moins un moyen de filtrage électromagnétique (110, 120, 130, 140) comporte au moins un moyen inductif (10, 20, 30, 40) tel qu'une bobine. 4. Filtre selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit au moins un moyen de filtrage électromagnétique (110, 120, 130, 140) comporte au moins une cellule comportant au moins un moyen inductif (10, 20, 30, 40) et au moins un moyen capacitif (50, 60, 70, 80) montés en parallèle. 5. Filtre selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit au moins un moyen inductif (10, 20, 30, 40) a une valeur d'inductance (L1, L2, L3, L4) comprise entre 1 nH et 10 mH, de préférence entre 100 nH et 10 mH, de façon encore plus préférée entre 1 'Lai et 1 mH. 6. Filtre selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit au moins un moyen capacitif (50, 60, 70, 80) a une valeur de capacité (C1, C2, C3, C4) comprise entre 1 pF et 100 le, de préférence entre 1 pF et 1 le, de façon encore plus préférée entre 1 pF et 1 nF. 20 25 30 3037739 7. Filtre selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs moyens inductifs (10, 20, 30, 40) dont les valeurs d'inductance (L1, L2, L3, L4) sont égales entre elles et/ou il comprend plusieurs 5 moyens capacitifs (50, 60, 70, 80) dont les valeurs de capacité (C1, C2, C3, C4) sont égales entre elles. 8. Filtre selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la cellule a une fréquence propre (fo) qui remplit la condition suivante : 10 87,5 MHz fo 108 MHz dans lequel : fo = 27r-C. C est la capacité du moyen capacitif de la cellule, L est l'inductance du moyen inductif de la cellule. 15 9. Composant électronique comportant un filtre selon l'une des revendications précédentes. 10. Carte de commande (200) de moteur électrique (300), 20 notamment de moteur d'essuyage de véhicule, comportant un circuit de commande (220) pour ledit moteur, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un filtre (100) selon l'une des revendications 1 à 8. 11. Carte de commande selon la revendication 10, caractérisée 25 en ce qu'elle comporte au moins quatre entrées (B, G, L, S) et en ce que le nombre de lignes (101, 102, 103, 104) du filtre (100) et égal à celui du nombre d'entrées de ladite carte, chaque ligne étant connectée à une entrée respective. 12. Carte de commande selon la revendication 11, caractérisée 30 en ce qu'au moins un moyen de filtrage électromagnétique (110, 120, 130, 140) 3037739 - 12- du filtre (100) est implanté à proximité d'un connecteur d'entrée (210) de ladite carte. 13. Carte de commande de moteur électrique selon la 5 revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que deux moyens de filtrage électromagnétique (110, 120) sont connectés respectivement sur des entrées alimentation positive (B) et masse (G) de la carte. 14. Carte de commande de moteur électrique selon la 10 revendication 13, caractérisé en ce que deux moyens de filtrage électromagnétique (130, 140) sont en outre connectés respectivement sur des entrées de commande (L) et sécurité (S) de ladite carte. 15. Ensemble de motorisation (400) pour un système d'essuyage 15 de véhicule (900), caractérisé en ce qu'il comporte un filtre (100) selon l'une des revendications 1 à 8. 16. Système d'essuyage de véhicule (900), comprenant un moteur (300) et au moins un balai d'essuie-glace (910), caractérisé en ce qu'il 20 comporte en outre un filtre (100) selon l'une des revendications 1 à 8.