[发明专利]可电压控制的电容装置、用于制造该装置的方法和用于操作该装置的方法以及用于感应功率传输的系统的装置

说明书

本发明涉及一种可电压控制的电容装置，其中，所述电容装置(1)包括第一介电材料(2)和至少一种其他介电材料(3)，其中，至少第一介电材料(2)的介电常数是与DC电压相关的，其中，第一介电材料(2)的介电常数的电压相关性与其他介电材料(3)的介电常数的电压相关性不同，其中，所述装置(1)还包括用于向第一介电材料(2)提供DC电压的至少一个电压提供部(5)。

技术领域

本发明涉及一种可电压控制的电容装置、一种用于制造这样的装置的方法、一种用于操作这样的装置的方法以及一种用于感应功率传输的系统的装置。

背景技术

电动车辆、特别是有轨车辆和/或道路汽车可通过利用感应功率传输而传输的电能进行操作。这样的车辆可包括可以是车辆的牵引系统或车辆的牵引系统的一部分的电路布置结构，其中，所述电路布置结构包括适于接收交变电磁场并通过电磁感应产生交流电流的接收装置。此外，这样的车辆可包括适于将交流电转换为直流电的整流器。直流电可用于对牵引电池充电或用于操作电动机器。在后一种情况下，直流电可通过逆变器被转换为交流电。

感应功率传输使用两组例如三相绕组来执行。第一组安装在地面上(初级绕组)，并可由路边电力转换器(WPC：wayside power converter)供电。第二组绕组(次级绕组)安装在车辆上。例如，第二组绕组可附接在车辆下方、在电车情况下可附接在其一些挂车下方。第二组绕组、或者通常是次级侧常被称为拾取布置结构或接收器。第一组绕组和第二组绕组形成高频变压器以将电能传输到车辆。这可在静止状态(当车辆没有移动时)下和动态状态(当车辆移动时)下进行。

由于在初级绕组与次级绕组之间存在较大的间隙，因而此变压器的操作性能与具有闭合磁芯、具有可忽略或很小的空气间隙的常规变压器的性能不同。较大的空气间隙导致较小的互感耦合和较大的漏感。

漏感通常作为与每个次级绕组的串联电感。为了能够传输高功率水平，需要使用适当的电容来补偿初级侧上和次级侧上处于例如20kHz的操作频率下的电感器的电抗。

关于高频变压器的次级侧，电感和电容的组合形成谐振电路，其中，电感可包括主电感或互感和/或漏感，电容可包括补偿电容。如果电感和电容的阻抗值被选择为使得谐振电路的固有谐振频率与操作频率相等，则发生完美的阻抗消除。这样的谐振电路被称为被调谐。还在初级侧期望这样的调谐。

受温度改变和/或老化的影响，电容的公差可增大。特别是，具有导磁材料的配置倾向于相关参数发生漂移。这可导致谐振电路的去谐，其中，改变的谐振频率不再对应于操作频率。这样的去谐背离感应功率传输系统的整体性能和功率传输能力。此外，次级侧的阻抗反映到变压器的初级侧可变为电容性的。这可导致在WPC中的电压方面产生前导电流，前导电流是高度有害的，这是因为前导电流消除了固态开关的软切换条件并显著增大了它们的功率损耗。在这样的操作条件下，WPC可能过热并断开，进而中断需要的功率传输。

特别是对于感应功率传输应用，因而期望在系统中具有正确的调谐。

US 5,207,304B2公开了一种用于电动车辆的功率拾取系统。所述系统包括连接到第一节点和第二节点的拾取电感器、耦合到所述第一节点和第二节点的功率接收电路、多个调谐电容器、用于选择所述多个调谐电容器中的将耦合到所述第一节点和第二节点的调谐电容器并用于产生用于每个选择的调谐电容器的所选择的信号的分支选择装置以及多个开关电路，其中，每个开关电路选择性地将相应的调谐电容器耦合到所述第一节点和第二节点。每个开关电路包括固态开关以及耦合到所述分支选择装置和所述固态开关的触发电路。所述触发电路感测所述固态开关两端的电压并在从所述分支选择装置接收到与所述开关电路对应的一个所述选择信号之后当所述感测的所述固态开关两端的电压近似于零时触发关闭所述固态开关。因此，感应耦合系统的输出电流可通过将调谐电容切换到控制电路中或切换出控制电路而被控制。