用于减小电供能车辆中的离散RF信号噪音的设备和方法

摘要

本发明涉及用于减小电供能车辆中的离散RF信号噪音的设备和方法。其中通过在传动装置输出轴和壳体之间提供低阻抗连接来减小包括功率逆变器模块和电马达的动力系中的RF信号噪音。

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆的动力系，其中电马达采用功率逆变器模块。

背景技术

工程师正在开发采用不同能源的车辆。许多这种新颖能源没有直 接适用于车辆的动力系，而是首先转换成电能并经由连接到电马达上 的功率逆变器模块来控制。功率逆变器模块使得直流电能转换成交流 电能以便通过马达使用。虽然由于多种优点而希望交流电用于电马达 中，在功率逆变器模块中产生交流电同样形成缺陷，包括形成离散无 线电频率(RF)信号噪音。

在传导介质中形成的电压出现变化时产生电磁场。本领域公知的 是，功率逆变器模块采用高速转换来产生用于电马达的交流电源，这 种转换可产生电压升高，其持续时间以毫微秒来测量。通过逆变器模 块产生的电压变化经过电马达并且形成经过附接的传导件的回路。在 任何电回路中，产生源处的电荷将趋于经由最小电阻的路径闭合回路。 但是，如果回路打开，这指的是不存在使得电荷流回产生源的传导路 径，在形成横过间隙的电场以完成回路之前，通过该源产生的电压变 化传播经过任何附接的传导介质。电荷变化的这种传播造成任何的附 接传导介质用作广播天线，其中RF信号噪音形式的电场通过传播电压 变化来产生。离散RF信号噪音是会冲击或降低其它附近电设备性能的 离散无线电信号或者干扰形式。一种减小离散RF信号噪音产生的方式 是通过提供用于高速转换中产生的电荷的传导返回路径以返回到产生 源来减小RF信号产生电压传播。

在车辆动力系的应用中，电马达与通常采用从传动装置壳体延伸 的传动装置输出轴形式的驱动系传导连接。这种传动装置输出轴旋转， 并且因此，不能与传动装置壳体实际接触。金属轴承通常用来在传动 装置壳体和传动输出轴之间形成轴向固定但可转动的连接。虽然通过 轴承提供的这种接触可以在某些情况下足以作为传动装置壳体和传动 装置输出轴之间的传导接触，传动装置流体的薄膜实际上作为润滑剂 存在于轴承配合表面之间。例如由润滑剂薄膜形成的小间隙在许多应 用中造成小的电弧横过薄膜形成，由此闭合回路并消除RF信号噪音的 任何潜在问题。但是，测试表明采用较高转换速度的功率逆变器模块 中的新进展使得薄膜形成的间隙变得更加显著。功率逆变器模块以及 任何附接的传导介质中的电压升高非常快速，使得在电弧横过间隙形 成之前，电压传播经过传导介质。

发明内容

一种用于在采用功率逆变器模块的动力系中减小RF信号噪音的设 备包括接地到功率逆变器模块上的传动装置壳体、从传动装置壳体经 由开口露出的传动装置输出轴以及传动装置输出轴和传动装置壳体之 间的低阻抗连接，其中低阻抗连接不通过传动装置流体润滑。

发明内容

现在参考附图，通过实例，描述一个或多个实施例，附图中:

图1是数据图，如公知动力系系统的示例性实施例测试那样，表 示本发明原理；

图2是按照本发明的示例性公知动力系系统的截面图；

图3和3a是按照本发明在与传动装置壳体和传动装置输出轴相互 作用以便密封相关间隙时穿过公知传动装置密封件的示例性实施例的 局部截面图；

图4和4a是按照本发明穿过插入低阻抗刷连接器的传导传动装置 密封件的示例性实施例的局部截面图；

图5是包括按照本发明穿过包括低阻抗传导材料的传导传动装置 密封件的局部截面图。

具体实施方式

现在参考附图，其中出于说明目的只表示某些示例性实施例，而 没有限制含义。图1是传动装置壳体和传动装置输出轴之间的电压差 (voltage potential)相对于时间的数据图，表示本发明的原理。测 量电压差是测量通过高能转换(另外公知为RF能量传播)产生的电压 传播的方式。RF能量传播对于离散RF信号噪音或无线电噪音的产生具 有显著影响。流过任何长度的传导材料的RF能量会造成材料用作传送 天线，并且材料的几何形状对于所产生的RF信号噪音具有影响。在例 如车辆系统的应用中，离散RF噪音可与车辆的其它系统形成不希望的 干扰，并应该避免。已经发现车辆的驱动轴(从传动装置向后延伸到 后轴的大金属圆筒)趋于具有在驱动轴通过RF能量激励时对于AM带 无线电接收和其它系统形成干扰的范围内的长度。图1所示的数据表 示相对于传动装置壳体20在传动装置输出轴40内形成电压差，指的 是在传动装置输出轴40内形成用于离散RF信号噪音的RF能量流和相 应电压差。传动装置输出轴40传导地连接在驱动轴上，并且因此，经 过传动装置输出轴40传播的任何RF能量将激励驱动轴，并造成离散 RF信号噪音形成。减小传动装置壳体20和传动装置输出轴40之间的 电压差将减小返回路径外的RF能量流，由此减小相关的离散RF信号 噪音。

图2表示公知的动力系系统10的示例性实施例中的传动装置壳体 20、传动装置驱动系30、传动装置输出轴40以及电马达50。传动装 置壳体20是覆盖传动装置组件的部件的金属壳体。传动装置壳体20 传导地连接在电马达50的壳体以及车辆接地点上。作为选择，传动装 置壳体还可包括马达50的壳体。这些接地连接为了给逆变器模块60 供能提供足够的低阻抗返回路径，从而实际上相对于功率逆变器模块 消除电压变化。在传动装置壳体20内部，传动装置驱动系30可包括 齿轮、扭矩转换器和将机械转动输入转换成另一机械转动输出的其它 本领域公知的装置。在此特定的实施例中，电马达50固定在传动装置 壳体20上，并且具有与传动装置驱动系30连接的直接机械连接器。 传动装置驱动系30连接到传动装置输出轴40上，以便提供转动扭矩， 从而驱动车辆。传动装置输出轴40从传动装置壳体20延伸经过传动 装置壳体20内的开25。传动装置输出轴40在动力系系统10的操作 过程中快速旋转。因此，由于将会出现的摩擦和磨损，旋转的传动装 置输出轴40和固定的传动装置壳体20之间的直接接触是不可行的。 相反，通过轴承75在开25内围绕传动装置输出轴40形成并保持间 隙70。虽然轴承75可主要包括传导金属部件，通过功率逆变器模块 60内的高速转换造成的状态造成由轴承75内的润滑薄膜形成的小间 隙，以便用作非传导间隙。因此，在例如图2的使用高速转换的功率 逆变器模块的示例性实施例的车辆的传动装置中，没有有效的直接路 径将功率逆变器模块中形成的电压差返回到功率逆变器模块。

围绕传动装置输出轴40的间隙70不是开放的。传动装置密封件 用来闭合间隙70并防止污染物进入传动装置壳体20。图3表示具有公 知传动装置密封件90的公知动力系系统10的实施例，密封件与传动 装置壳体20和传动装置输出轴40协作以便密封间隙70。图3A表示在 公知传动装置密封件90和传动装置输出轴40之间相互作用点处的开 口25的截面。公知的传动装置密封件90围绕开口25固定在传动装置 壳体20上，并用来沿着滑动接触的湿密封区域82和干密封区域84的 两个圆柱形表面贴靠旋转的传动装置输出轴40密封。公知的传动装置 密封件90由非传导的橡胶材料制成。因此，非传导连接存在于传动装 置壳体20和传动装置输出轴40之间。图3表示RF能量流过传动装置 输出轴40，没有去往电马达50处的其来源的直接的返回路径。

图4表示按照本发明的传导传动装置密封件80的应用的实施例。 传导传动装置密封件80用来代替图3所示实施例中表示的公知的传动 装置密封件90。这里传导的传动装置密封件80包括类似于图3所示的 公知传动装置密封件90的结构。另外，插入密封结构的是低阻抗刷连 接器86，以便桥接间隙70，并且提供RF能量返回到电马达50的直接 路径，并经由传动装置壳体20为逆变器模块60供能。虽然低阻抗刷 连接器86表示插入传导传动装置密封件80，应该理解到低阻抗刷连接 器的位置和特定形状对于它所用来传导地连接传动装置的多个部分的 功能来说是不重要的。可设想到可选择的实施例，其中低阻抗刷连接 器86夹在公知的传动装置密封件90和传动装置壳体20之间。可设想 到另一可选择实施例，其中低阻抗刷连接器固定在传动装置壳体20的 内部，并且在间隙70内与传动装置输出轴40刮擦(brushing)接触。 可设想到另一可选择实施例，其中包括与传动装置流体密封的轴承75 并采用传导润滑剂，其中轴承75用作传导连接、用作传动装置壳体20 和传动装置输出轴40之间的低阻抗刷连接器86。另外，可设想到可选 择的实施例，由此类似于低阻抗刷连接器86的传导连接可用来将传动 装置输出轴直接连接到车辆接地点上，例如车辆的金属框架上，其中 车辆接地点连接将为功率逆变器模块提供传导返回路径。

在旋转和固定物体之间的任何接触过程中，在固定低阻抗刷连接 器86接触旋转传动装置输出轴40的位置处出现增加的磨损。因此， 考虑这种配置固有的常见磨损域，最好是传导地进行润滑，或者经由 硬化这些区域来强化。

如本领域公知那样，在横过跨度的阻抗接近零时，回路中给定跨 度上的电压差接近零。通过将传动装置输出轴40和传动装置壳体20 与插入低阻抗刷连接器86的传导传动装置密封件80传导连接，传动 装置输出轴40和传动装置壳体20之间的电压差大大减小。以此方式， 可达到减小RF能量经过传动装置输出轴40和连接的驱动轴的传播以 及相关的离散RF信号噪音的产生。

图4A表示RF能量在图4所示的实施例中流动。如上所述，传导 的传动装置密封件80提供RF能量经由传动装置壳体20返回电马达50 的低阻抗返回路径。如附图所示，RF能量沿着传动装置输出轴40到达 在低阻抗刷连接器86和传动装置输出轴40之间出现单独接触点的区 域。不是继续沿着传动装置输出轴40传播，RF能量最好经过低阻抗刷 连接器86并进入传动装置壳体20。由于RF能量可自由返回到产生源， 传动装置输出轴40和传动装置壳体20之间的电压差大大减小，由此 减小传播经过传动装置输出轴40的RF能量并减小离散RF信号噪音的 相关产生。

图5表示说明按照本发明的传导传动装置密封件80的可选择构造 的应用的实施例。而图4所示的实施例采用嵌入传导低阻抗刷连接器 86的橡胶类型的非传导密封件，图5的实施例代替具有传导、低阻抗 材料的橡胶类型的非传导密封件，来密封间隙70。由于该材料用作传 动装置输出轴40和传动装置壳体20之间直接传导连接，采用低阻抗 传导材料的传导传动装置密封件80具有与图4所示的密封件相同的功 能。橡胶化的材料可通过某些其它材料处理或注入，以便造成最终材 料具有传导性。例如，通过将碳纳米管添加到橡胶材料中，密封件可 制成用于两个物体之间的低阻抗连接器。由于密封材料是传导的，在 此实施例中不需要低阻抗刷连接器86。传动装置输出轴40和传动装置 壳体20之间的电压差大大减小，由此减小传播经过传动装置输出轴40 的RF能量，并减小离散RF信号噪音的相关产生。

图5另外表示在RF能量不是继续沿着传动装置输出轴40传播而 是经过传导传动装置密封件80进入传动装置壳体20时RF能量流过传 动装置密封件80。RF能量流动的路径表示所需的结果，并造成离散RF 信号噪音的产生显著减小。

虽然本发明通过参考某些实施例来描述，应该理解到可以在所述 的本发明概念的精神和范围内进行多种变化。因此，所打算的是本发 明不局限于所披露的实施例，而是具有通过以下权利要求的语言限定 的完整范围。