有源汽车悬架可包括电力传动装置。在有源悬架系统中，给悬架供电， 以便在簧下质量遇到路障时协助控制簧上质量的垂直加速。传动装置中的集 成功率电子器件会导致不能接收的传导电磁干扰(EMI)。

一方面，本发明描述了一种机电传动装置，包括：在车辆悬架系统中， 壳体，其第一部分适配为固定于车体，第二部分适配为固定在悬挂于车体的 车辆机轮装置，第一部分和第二部分组合形成电动机；电子器件，包括安装 于壳体腔的功率切换的设备，适配为接收电力并将电力传到电动机；以及过 滤板，包括安装在腔内的电容和电感，以抑制由功率切换设备产生并向外部 DC电源传导的噪音。
另外还包括下列一个或多个有利特征。电动机可为直线或者旋转电动机。 功率切换设备可为单相或多相切换设备。被抑制的噪音可为传导发射。腔可 减少来自功率切换设备的辐射发射。DC电源可提供满足各种规格的电力，例 如所具有的平均电压基本上等于325伏特、或者大于12伏特、或者大于42 伏特、或者大于118伏特；所具有的峰值电流大于75安培(amp)或者基本上 为100安培；或者所具有的峰值功率基本上等于或者大于30KW。过滤板可 设计安装在具有预定体积的封装内，其体积可小于2,100,000立方毫米。电容 可为非电解质电容(陶瓷和DC薄膜型)，例如盘状陶瓷、单层/多层陶瓷、聚 酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚丙烯薄膜以及金属化薄膜等。在保持线路瞬变为 最小值的同时，过滤板可分布电容量。
在实施例中，过滤板在0Hz到2Hz范围内可具有小于1欧姆的输出阻 抗。过滤板在15kHz到5MHz范围内可具有小于1欧姆的输出阻抗。
另外，本发明描述了一种机电传动装置系统，包括：在车辆悬架系统中， 壳体，其第一部分适配为固定于车体，第二部分适配为固定于悬挂在车体上 的车辆机轮组件，第一部分和第二部分耦合形成电动机；电子器件，包括安 装于壳体的腔内的功率切换设备，适配为接收电力并将电力传到电动机；以 及过滤板，安装在腔内，该过滤板包括多段梯状滤波器，其阻尼电阻设计为 安装在具有预定体积的封装中。
另外还包括下列一个或多个有利特征。电动机可为直线或者旋转电动机。 功率切换设备可为单相或多相切换设备。多段梯状过滤器可包括电容和电感。 多段梯状过滤器可包括阻尼机构。阻尼机构将电阻并联到至少一个电感。阻 尼机构将电阻串联到至少一个电容。多段梯状过滤器可包括与电源线串联的 优势电感。阻尼机构可将电阻并联到优势电感，以衰减线路电感和供给解耦 电容之间发生的电感电容振荡，从而保护切换功率设备并减少传导和辐射 EMI发射。阻尼机构也可将由阻尼电阻和阻尼电容串联组成的连接并联到多 段梯状过滤器的至少一个电容上。
另一方面，本发明描述了一种机电传动装置，包括：在车辆悬架系统中， 壳体，其第一部分适配为固定于车体，第二部分适配为固定于悬挂在车体上 的车辆机轮组件，第一部分和第二部分耦合形成电动机；电子器件，包括安 装于壳体的腔内的功率切换设备，适配为接收电力并将电力传到电动机；以 及过滤板，放置在腔内位于功率切换设备和外部DC电源之间，过滤板截至 频率设计为有利于功率切换设备以预定切换频率切换。
另外还包括下列一个或多个有利特征。电动机可为直线或者旋转电动机。 功率切换设备可为单相或多相切换设备。过滤板可包括电容和电感。预定切 换频率可高于音频，例如15千赫(kHz)。电容和电感可为具有高于520kHz 的频率分量的功率切换设备输出信号(以及外部DC电源信号)提供预定衰减。 预定衰减至少可为120分贝(dB)。
另一方面，本发明描述了一种机电传动装置，包括：在车辆悬架系统中， 壳体，其第一部分适配为固定于车体，第二部分适配为固定于悬挂在车体上 的车辆机轮组件，第一部分和第二部分耦合形成电动机；电子器件，包括安 装于壳体的腔内的功率切换设备，适配为接收电力并将电力传到电动机；以 及过滤板，放置在腔内位于功率切换设备和外部DC电源之间，过滤板具有 特定的振动容限特性。
另外还包括下列一个或多个有利特征。电动机可为直线或者旋转电动机。 功率切换设备可为单相或多相切换设备。过滤板可包括电容和电感。振动容 限特性可依据汽车工程师协会(SAE)J1211推荐。
在实施例中，电容可为非电解质电容(陶瓷和DC薄膜型)，例如盘状陶瓷、 单层/多层陶瓷、聚酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚丙烯薄膜以及金属化薄膜等。 在保持线路瞬变为最小值的同时，过滤板可分布电容量。
另一方面，本发明描述了一种机电传动装置，包括：在车辆悬架系统中， 壳体，其第一部分适配为固定于车体，第二部分适配为固定于悬挂在车体上 的车辆机轮组件，第一部分和第二部分耦合形成电动机；电子器件，包括安 装于壳体的腔内的功率切换设备，适配为接收电力并将电力传到电动机；以 及过滤板，放置在腔内位于功率切换设备和外部DC电源之间，过滤板设计 为满足特定EMI发射规范。
另外还包括下列一个或多个有利特征。电动机可为直线或者旋转电动机。 功率切换设备可为单相或多相切换设备。过滤板可包括电容和电感。特定EMI 发射规范可在汽车工程师协会(SAE)J551和J1113中定义。
在实施例中，电容可为非电解质电容(陶瓷和DC薄膜型)，例如盘状陶瓷、 单层/多层陶瓷、聚酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚丙烯薄膜以及金属化薄膜等。 在保持线路瞬变为最小值的同时，过滤板可分布电容量。
另一方面，本发明描述了一种机电传动装置，包括：在车辆悬架系统中， 壳体，其第一部分适配为固定于车体，第二部分适配为固定于悬挂在车体上 的车辆机轮组件，第一部分和第二部分耦合形成电动机；电子器件，包括安 装于壳体的腔内的功率切换设备，适配为接收电力并将电力传到电动机；以 及过滤板，功率密度至少为0.0143瓦特/立方毫米，放置在腔内，以抑制由功 率切换设备产生的对外部直流(DC)电源的噪音。
另外还包括下列一个或多个有利特征。电动机可为直线或者旋转电动机。 功率切换设备可为单相或多相切换设备。抑制噪音可为传导发射。过滤板可 包括设计成安装在具有预定体积的封装内的电容和电感。电容可为非电解质 电容(陶瓷和DC薄膜型)，例如盘状陶瓷、单层/多层陶瓷、聚酯薄膜、聚碳 酸酯薄膜、聚丙烯薄膜以及金属化薄膜等。在保持线路瞬变为最小值的同时， 过滤板可分布电容量。
另一方面，本发明描述了一种机电传动装置，包括：在车辆悬架系统中， 壳体，其第一部分适配为固定于车体，第二部分适配为固定于悬挂在车体上 的车辆机轮组件，第一部分和第二部分耦合形成电动机；电子器件，包括安 装于壳体的腔内的功率切换设备，适配为接收电力并将电力传到电动机；以 及过滤板，质量密度基本上等于0.0000007kg/立方毫米，放置在腔内，以抑 制由功率切换设备产生的对外部DC电源的噪音。
另外还包括下列一个或多个有利特征。电动机可为直线或者旋转电动机。 功率切换设备可为单相或多相切换设备。抑制噪音可为传导发射。过滤板可 包括设计成安装在具有预定体积的封装内的电容和电感。电容可为非电解质 电容(陶瓷和DC薄膜型)，例如盘状陶瓷、单层/多层陶瓷、聚酯薄膜、聚碳 酸酯薄膜、聚丙烯薄膜以及金属化薄膜等。在保持线路瞬变为最小值的同时， 过滤板可分布电容量。
另一方面，本发明描述了一种机电传动装置，包括：在车辆悬架系统中， 壳体，其第一部分适配为固定于车体，第二部分适配为固定于悬挂在车体上 的车辆机轮组件，第一部分和第二部分耦合形成电动机；电子器件，包括安 装于壳体的腔内的功率切换设备，适配为接收电力并将电力传到电动机；以 及过滤板，安装在腔内，该过滤板包括通过电源线位于外部电源和功率切换 设备之间的大电感。
另外还包括下列一个或多个有利特征。电动机可为直线或者旋转电动机。 功率切换设备可为单相或多相切换设备。大电感可相对于电源线可具有优势 电感量。大电感可最小化导线电感的消极影响，以允许功率切换设备在传动 装置内随意设置。
本发明实施例可具有一个或多个下列有利特征：
过滤板，包括电容和电感，安装于有源车辆悬架系统的机电传动装置腔 内，抑制由功率切换设备生成的对外部DC电源的噪音。
过滤板安装在有源车辆悬架系统的机电传动装置腔内，为了预定体积的 封装而设计为具有阻尼电阻的多段梯状过滤器。
过滤板安装在有源车辆悬架系统的机电传动装置腔内，位于功率切换设 备和外部DC电源之间，过滤板的截止频率设计为便于功率切换设备以预定 切换频率切换。
过滤板安装在依据特定振动容限推荐值的有源车辆悬架系统的机电传动 装置腔内。
过滤板为了有源车辆悬架系统的功率电子器件而设计为特定功率密度。
过滤板便于将功率电子器件的集成到传动装置中。这样，除小型封装带 来的成本和尺寸的受益，还使切换相电流包含在壳体内、沿更短的电缆流动， 从而减少辐射EMI发射。
高阶多段梯状EMI过滤器减少电容量要求，并且在保持线路瞬变为最小 值的同时，通过允许分布电容量而便于封装，从而最小化传导和辐射EMI发 射。
下面参照附图详细描述本发明一个或多个实施例。根据下文的描述和图 片、以及权利要求，本发明其它特点、目的以及优点将变得更加显而易见。

图1为系统的方框图。
图2为图1中的传动装置的功能图。
图3为图2中的示范过滤板的方框图。
图4A-4D为图解阻尼电阻的系列方框图。
图5A为示范过滤板输出阻抗的实部。
图5B为示范过滤板的电流传递函数(频率响应)的大小。
图6为多段过滤板的示范设计。
图7为集成传动装置的示范布局。

在有源机电悬架系统中，给机电悬架提供电力，以在簧下质量遇到路障 时帮助控制簧上质量的垂直加速。普通悬架的减震器可替换为根据控制系统 的命令进行响应的受控力传动装置。该传动装置可电动的。为给有源车辆悬 架系统提供必需的电力所要求的大电流会生成不希望的电磁干扰(EMI)，其将 干扰车辆中的无线电接收和电子设备。另外，在可用空间中封装能够改进足 以作为有源悬架传动装置操作所需的力和速度的电力传动装置可能会很困 难。
在图1中，系统10包括有源车辆悬架传动装置12。传动装置12包括相 对定子16滑动的电枢14。在该例中，使用直线电动机配置，应该明白，也 可使用其它类型的电动机配置，例如旋转电动机。定子16可连接到顶盖18 的末端，顶盖18是限定内腔的金属壳体，具有例如椭圆形的横截面。顶盖 18还固定在车体20上。当附在机轮组件22上的电枢14相对定子16移动时， 电枢14穿过该内腔。
机载功率电子器件24和过滤板26罩于顶盖18内。更具体地说，功率电 子器件24和过滤板26连接顶盖18，并位于顶盖18内部由顶盖18和电枢14 限定的空腔中，从而使功率电子器件24和过滤板26不干扰相对定子16移动 的电枢14。传动装置14包括电动机(电枢14和定子16)，其将电能转换为机 械功。在适当的通讯控制下，直线电动机在机轮组件22和车体20之间提供 可控力。通过相应改变控制信号可产生希望的任何力改变。电枢14和定子 16有各种可能的实现，如美国专利5,574,445(Maresca等)中对直线电动机的 描述，通过引用将其全部内容合并于此。
图2图解了具有集成功率电子器件24和电磁干扰(EMI)过滤板26的传动 装置12的功能方框图100。使用控制信号101，例如图示来自中央控制器的 外部模拟或数字命令信号或者来自传动装置14(未示出)的内部控制信号，来 命令集成传动装置12在簧上质量和簧下质量之间生成可控力。
有源悬架传动装置12由处理器102电力控制。通过使用电流控制器104， 处理器102命令单相或多相功率切换电子器件24。电流控制器104控制激励 直线电动机(图示为传动装置线圈108)的相电流。对于所示三相功率切换电子 器件24，电流控制器104的基本功能是关闭其中两相电流的反馈回路，限制 第三相电压以使内部中性电压保持接近零伏。三相功率切换电子器件24可为 例如Eupec公司制造的BSM 150 GD 18 DLC。功率电子器件24包含给传动 装置线圈提供电压的功率切换设备。虽然下文叙述中采用三相功率切换模块 作为示范，但并不只限于三相功率切换模块和三相传动装置结构。可应用单 相或其它多相功率切换模块和设备以及其它单相或多相传动装置布局。
传动装置12包括多极永久磁铁110(安装于电枢14上)。移动场由定子 16的固定线圈(图示为传动装置线圈108)产生，其三相以适当的次序整流 (commutate)。该次序由磁铁110的位置/速度/加速度决定。上述信息由位置传 感器112提供。
处理器102和电流控制器104的功能包括为功率切换模块24中包含的功 率切换设备得出适当的切换逻辑次序和整流。最后，处理器102通过给电流 控制器104提供电流命令，相对于传动装置磁铁110的位置/速度/加速度，在 其操作范围内提供可控力，进一步控制产生驱动传动装置线圈108的各个相 电流的三相切换模块24。使用电流传感器107-1和107-2监控电流。定子16(图 示为传动装置线圈108)和电枢14(图示为传动装置磁铁110)相互作用以提供 所希望的力。为减少辐射和传导电磁(EMI)发射并便于使功率电子器件24封 装入传动装置12，在外部DC电源线114和功率切换模块24之间使用EMI 过滤板26。
传动装置14无论何时产生力都使用电力。由一个或多个电源，包括可用 于在传动装置14于小功率条件下操作时提供电力的发电机，来提供电力。另 外，电池系统和一个或多个能量存储设备，如电容，可在传动装置14于要求 较高功率的条件下操作时提供额外的电力。依据特定的应用要求和功率电子 器件24的实现，外部电源可提供满足各种规格的电力，例如所具有的平均电 压基本上等于325伏特、或者大于12伏特、或者大于42伏特、或者大于118 伏特，或者所具有的峰值电流大于75安培或基本上达到100安培，或者所具 有的峰值功率基本上等于或者大于30KW(千瓦)。
传统地，在电源114和功率切换设备24之间使用高值电容C作为过滤 器。典型的电容值在几千毫法量级。因为电源线114具有一些寄生电感L， 高值电容减少了功率切换设备24遇到的L-C振荡，并衰减了传导EMI发射。 然而，使用高值电容是有问题的，至少有两个原因。首先，高值高电压电容 体积较大。因此，将该电容封装入传动装置壳体内可用容量中非常困难，或 者不可能。第二，典型的高值电容为电解型，其环境能力有限，尤其对于汽 车应用中要求的振动和温度极值。
图3图解了过滤板26的示意图200。电源202通过电源线206为集成传 动装置204提供电力。电源202可包括：发电机208、电池系统210、以及一 个多个电容212。电缆线206具有线路电感值为L-wire 214。如下文所述，过 滤板26设计为满足各种规格和限制。
过滤板26应该给功率切换模块24提供低阻抗源(如图3中的标记，定义 为：Z＝(VI-V2)/I2)。来自过滤板的低阻抗保证通过过滤板26输送的电力的大 部分传递到切换模块24，而其自身没有耗散在过滤器26中。
依据特定的应用，命令电动机230的功率切换模块24可设计为以不同的 切换频率操作。例如，可以期望在高于音频范围的频率，如15到20KHz，进 行切换。
过滤板26减少由功率切换模块24生成的传输回外部导线206的传导 EMI发射。在很多国家由政府机构管控EMI发射的强度，以防止对其它器材 的干扰。对于汽车应用环境，汽车工程师协会(SAE)电磁兼容(EMC)标准，如 SAE J551和J1113，提供了EMI规范。通过在金属传动装置壳体中传动装置 线圈108旁物理安装功率电子器件24，也减少了来自传动装置14的辐射EMI 发射。
另外，过滤板26应该防止从电源线206进入的电源瞬变影响功率切换模 块24。没有适当的过滤，这种瞬变会导致功率切换模块24失效。
过滤板26和功率电子器件24组合应该安装入传动装置壳体内的可用空 间。对于设计为如图2所示的示范传动装置，传动装置壳体中可用于封装板 和功率电子器件组合的空间可能小于2,100,000立方毫米(cm)。对于具有集成 过滤板26和功率电子器件24的示范传动装置，定义为每立方毫米的峰值功 率的功率密度至少为0.0143瓦特/立方毫米(30KW/2100000立方毫米)。定义 为每立方毫米电子器件千克数的质量密度基本上为0.0000007kg每立方毫米 (1.5kg质量/2100000立方毫米)。
为满足各种设计规格和限制，如图3所示，使用具有阻尼电阻216的多 级L-C(即，电感-电容)过滤器梯状链。因为单个L-C段提供二阶低通过滤器 效应，所以通过把几个L-C段级联在一起而产生的高阶多段梯状过滤器在所 关心的频率获得可观的衰减(隔离)。从而可满足传导EMI发射的设计要求。 过滤器的阶为传递函数的极数，其可从过滤器包含的无功元件(电容和电感) 数估计出。
过滤器26的第一级具有优势电感218(其值相对于电力线电感值L-wire 214较大)和电容220。阻尼电阻216与优势电感218并联。其余两级包括电 感(第2级中为226，第3级中为228)和电容(第2级中为222，第3级中为224)。 上述设计具有几个优点。
第一级中使用优势电感218用来最小化EMI过滤器26对电源线电感 L-wire 214的灵敏度。对电源线电感灵敏度的最小化允许传动装置远离电源 202防止，并简化了电源线长度的设计限制。
几个高值电感(218、226和228)的使用允许使用小电容量来满足设计要 求。因为只要求小电容量，电容需要的物理空间很小。这样又使功率电子器 件24和过滤板26更容易封装入传动装置壳体内。另外，总电容量分成三个 分开部分，允许电容量更易于物理地分布于整个传动装置壳体。因为需要较 小的电容，该设计便于使用更小和更具环境鲁棒性的元件(例如，在汽车应用 中SAEJ1211推荐的具有更好的振动和温度容限的电容)。
使用阻尼电阻216用来减少过滤器26中的共振。典型L-C段为欠阻尼 振荡电路，其引起功率切换模块24的瞬间脉冲修尖(peaking)。上述瞬变可毁 坏功率切换模块24，因此有必要进行衰减。阻尼电阻216用来衰减上述振荡， 这导致功率电子器件24和过滤板26的传导和辐射EMI发射减少。另外，阻 尼电阻216保证功率切换模块中不出现有破坏性的瞬变。
有几种方法可以为典型L-C段提供阻尼。图4A图示了阻尼电阻R与电 感L并联；图4B图示了阻尼电阻R与电容C串联。其它可能不如图4A和 图4B有效的选择有：图4C所示阻尼电阻R与电感L串联以及图4D所示阻 尼电阻R与电容C并联。如图3所示，阻尼电阻216与优势电感218串联。 如上文的讨论，可实现很多其它提供阻尼的方法，例如，使电阻与电感226 或228串联或并联，或者使电阻与电容220、222及224串联或并联。阻尼电 阻也可与阻尼电容器串联以组成链接，该链接再与多段梯状过滤器中至少一 个电容并联。在该设计中，阻尼电容器的电容小于多段梯状过滤器中电容器 的电容。
虽然电路26示出了三个电感218、226、228和三个电容220、222、224， 依据系统要求，可使用更多或更少的电感和电容。因此，过滤板26的阶可以 不同。图4中讨论的配置组合也可用于提供阻尼。
图5A和图5B图示了示范多段过滤板26设计。通过适当选择设计参数， 如级数(过滤板的阶)和元件(电容、电感、电阻)值，多段过滤板26可设计为 满足各种规格，如对特定频率范围的衰减、截止频率、输出阻抗、阻尼函数 等等。具体说来，电感和电容值可选择为使传导EMI发射满足SAE J551和 J1113中限定的设计规格，而振动容限特性依据SAE J1211中的推荐。类似地， 电感、电容和电阻值可选择为使过滤器的输出阻抗适合功率切换模块。
图5A是示范过滤板输出阻抗的实部(Re((V1-V2)/I2))(如图3)，图5B是 示范过滤板的电流传递函数(频率响应)的幅值(如图3中|I2/I1|)。更具体地，如 图5B所示，在一定的高频范围，如高于400kHz范围，得到特定大小的衰减， 如大于120dB。
过滤板26的输出阻抗保持低值以避免不必要的损失。在图5A所示的示 范中，一套过滤板26的输出阻抗的设计规格为使过滤板26的输出阻抗在特 定的频率范围，如0与2KHz之间和15kHz与5MHz之间的频率，小于1欧 姆。这保证过滤器26对传送大功率的频率和切换频率(和谐波)提供低阻抗源。
实际用于实现过滤器26的电感可通过使用串联和并联电感的组合实现。 类似地，实际用于实现过滤器26的电容可通过使用串联和并联电容的组合实 现。同样地，实际用于实现过滤器26的电阻可通过使用串联和并联电阻的组 合实现。
图6图示了满足如图5A和5B所示过滤器设计规格的多段过滤板组件。 过滤板上每个电感是由Renco Electronics of Rockledge，Florida制造的4.7uH， 100Amp的电感。优势电感218包括四个串联的4.7uH的电感，以产生约20uH 的总电感值。电感226和228各为约5.0uH的电感。并联电阻216为0.4欧 姆电阻。为了功率耗散的目的，电阻216可通过使用多重并联电阻实现。电 容220、222和224包括由ITW Paktron of Bolingbrook，IL制造的并联1uF， 400V电容。三个1uF并联电容组成3uF电容量的电容220和222。20uF电容 量的电容224由20个1uF并联电容构成。
图7图解了图1中传动装置12的示范布局300，其进一步图解了传动装 置壳体内功率切换模块24和过滤板26的一种可能布局。过滤板26，如图1 中所示位于传动装置顶盖18内，包括：电感218、226和228，电容220和 222，电阻216，并通过电源线206连接到外部DC电源。过滤板26还通过导 线330连接到功率切换模块24。处理器102、电流控制电路104和功率切换 模块24也位于传动装置顶盖18内(图7中标记为“控制电路”)。为多级L-C过 滤器梯状链第三级的电容提供电容224的电容器(310-348)物理位置为紧挨 着功率切换模块24的上方。图7还图解了在定子16内连接到传动装置线圈 108的两个电流传感器107-1和107-2。具有多个磁铁的电枢14相对定子16 滑动。
以上描述了本发明的多个实施例。然而，应该理解，在不脱离本发明的 精神和范围的情况下，可进行各种修改。因此，其它实施例也在下文的权利 要求的范围内。