CN110475688A - 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 - Google Patents
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Abstract
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)。
Description
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。
WO 2014/0467984 A3公开了一种电路布置结构，特别是一种电动车辆的用于向所述车辆进行感应功率传输的电路布置结构，其中，所述电路布置结构包括拾取布置结构和至少一个可变补偿布置结构，其中，可变补偿布置结构包括电容元件，其中，可变补偿布置结构还包括第一开关元件和第二开关元件，其中，第一开关元件和第二开关元件串联连接，其中，第一开关元件和第二开关元件的串联连接结构被并联连接到可变补偿布置结构的电容元件。
除感应功率传输领域之外，使用谐振、滤波、谐波降低或放大的任何电路也期望可变电容器技术。关于这点，可变电容器可表示为这样的电容器：其电容可被有意并重复地改变、例如机械地或电子地改变。可变电容器通常在振荡电路中使用来设置谐振频率、例如来调谐无线电(因此其有时被称为调谐电容器或调谐容器)，或者可变电容器通常被用作可变电抗、例如用于在天线调谐器中的阻抗匹配。
发明内容
本发明涉及一种可电压控制的电容装置、一种用于感应功率传输的系统的装置、特别是这样的系统的初级单元或次级单元、以及一种用于制造这样的可电压控制的电容装置的方法和一种用于操作这样的可电压控制的电容装置的方法。
存在以下技术问题：提供允许以精确、快速的方式并在期望的电容范围内改变电容的电容装置、特别是在用于感应功率传输的系统中使用的电容装置。
通过具有权利要求1、7、8和9的特征的主题来提供所述技术问题的解决方案。通过具有从属权利要求的特征的主题来提供其他有利的实施例。
提出了一种可电压控制的电容装置，即，可电压控制的电容器。可电压控制的电容装置的电容可通过调节施加到电容装置的DC(直流)电压、即控制电压来控制。特别是，电容、特别是电容变化可根据施加的DC电压来调节。优选地，电容值随施加的DC电压的电平增大而减小，其中，施加的DC电压在下文中还可被称为控制电压。一些常用的介电材料可具有还可被称为DC偏压特征或基于DC偏压的变化的这样的特征。
电容装置包括第一介电材料和至少一种、优选地一种以上其他介电材料。
第一介电材料和/或所述至少一种其他介电材料可均由材料层提供或均以材料层的形式提供。材料层可以是多层复合的材料层。可选地，材料层可均由单独的构件提供。
材料层可具有预定厚度。例如，提供第一介电材料和所述至少一种其他介电材料的材料层可依次堆叠。第一介电材料和所述至少一种其他介电材料还可提供复合物。
可行的是：电容装置还包括两个或更多个电极。例如，电极可以是板电极。
电极可由导电材料制成。还可行的是：每一介电材料布置在两个电极之间。优选地，介电材料的层可依次堆叠，其中，电极布置在堆叠的层之间中以及顶层之上和底层之下。在这种情况下，布置在顶层之上的电极和布置在底层之下的电极均可提供端子电极。每个层可由第一介电材料或其他介电材料提供。
优选地，由第一介电材料提供的层或多个层的组被由其他介电材料提供的层罩着。此外，电极板可布置在层之间。第一端子部可由第一电极板提供或可由可被电连接的第一组电极板提供。此外，第二端子部可由其他电极板提供或可由可被电连接的第二组其他电极板提供。这些端子部可提供用于AC操作电压的端子。此外，这些端子部可提供用于DC控制电压的端子。
例如，可行的是：第一组电极板从层的堆叠体的第一侧突出，其中，第二组电极板从堆叠体的第二侧突出。突出的区段均可连接可提供用于AC操作电压的端子部的端子元件、例如板。
还可行的是：第一组电极板的子集附加地从层的堆叠体的第三侧突出，其中，第二组电极板的子集附加地从堆叠体的第四侧突出。这些子集均可包括被布置为邻近由第一介电材料提供的层的电极板。这些突出的区段均可连接可提供用于DC控制电压的端子部的端子元件、，例如板。
还可行的是：在多层陶瓷电容器(MLCC)的标准设计和制造期间使用第一介电材料和其他介电材料作为陶瓷层材料。在这种情况下，上述层可由陶瓷材料层提供。特别是，MLCC的至少一个或多个但不是所有陶瓷层可由第一介电材料提供。其余层可由其他介电材料提供。
可选地，介电材料的复合物可布置在两个电极之间。在这种情况下，这两个电极中的每一个可提供端子电极。
电容装置的第一端子可连接到第一电极、特别是第一端子电极。电容装置的第二端子可连接到另一电极、特别是第二端子电极。
通过端子电极，介电材料可电连接到这样的端子。
此外，至少第一介电材料的介电常数是与DC电压相关的。换言之，第一介电材料的介电常数可通过改变施加到第一介电材料、例如施加到接界或罩着第一介电材料的电极的DC电压而改变。介电材料是与DC电压相关的可指：通过改变施加的DC电压、特别是如果具有预定电平的施加的DC电压改变百分之1或更多，则第一介电材料的介电常数改变百分之5以上。然而，通常，介电常数与DC电压的关系、即DC偏压曲线是非线性关系的。例如，可行的是：装置的电容在某一控制电压电平的特定范围内改变百分之90以上，其中，所述特定范围可以是所有允许电压电平的子范围。
此外，第一介电材料的介电常数的电压相关性、即DC偏压特征与其他介电材料的介电常数的电压相关性不同。换言之，如果施加的DC电压改变相同的量，则第一介电材料的介电常数的改变不同于、例如、小于或高于其他介电材料的介电常数的改变。换言之，电容装置包括具有不同的电压相关性的两种介电材料。又换言之，第一介电材料的DC偏压特征可与其他介电材料的DC偏压特征不同。特别是，第一介电材料可具有比其他介电材料高的DC偏压特征，即，第一介电材料的基于DC偏压的变化可比其他介电材料的基于DC偏压的变化高，特别是在相同的控制电压变化施加到相应的材料的情况下。特别是，其他介电材料可具有较低的DC偏压特征或基于偏压的变化，或者其他介电材料可不具有DC偏压特征或基于偏压的变化。
例如，如果控制电压改变百分之10，则第一介电材料的介电常数可改变百分之10。相比之下，如果控制电压改变所述百分之10，则所述至少一种其他介电材料的介电常数可改变百分之0.5。
此外，所述装置包括用于向第一介电材料提供DC电压、即控制电压的至少一个电压提供部、例如电压产生部、特别是电压源或任何其他类型的电压提供部。还可行的是：控制电压仅被提供到第一介电材料、即仅被提供到具有较高的DC偏压特征或基于偏压的变化的材料、或者仅被提供到第一介电材料的选择的层或所有层而不被提供到介电材料的任何其他层。特别是，控制电压可被施加到接界或罩着第一介电材料的电极。
因此，提供以下的可电压控制的电容装置：其允许通过调节控制电压电平来调节电容装置的电容。作为调节控制电压电平的结果，第一介电材料的介电常数、如果允许的话还有所述至少一种其他介电材料的介电常数可改变。由于介电常数根据施加的控制电压的改变是确定性的改变，因此电容值可被调节到期望的值。这有利地允许提供对电容装置的电容的快速、精确并且易于控制的调节。例如，可针对不同的操作情况、例如为了将包括提出的电容装置的振荡电路的谐振频率调节到期望的值可期望这样的调节。在这种情况下，例如，振荡电路可包括用于感应功率传输的系统的绕组结构、例如初级绕组结构或次级绕组结构。
提出的装置的应用不限于感应功率传输领域。特别是，装置可提供用于低功率应用和高功率应用的电控可变电容。
此外，对电容的调节可用于调节滤波元件的带宽和/或截断频率。
此外，第一介电材料和/或所述至少一种其他介电材料由陶瓷材料提供。这意味着陶瓷材料用作介电材料。陶瓷材料的成分可限定介电材料的电性能。从所谓的1类陶瓷电容器、2类陶瓷电容器和3类陶瓷电容器已知用于电容器的陶瓷材料。特别是，可行的是：用于这些类中的一类陶瓷电容器的陶瓷材料的一种用作第一介电材料，其中，与第一介电材料不同的陶瓷材料用作其他介电材料。其他介电材料也可以是用于这些电容器之一的陶瓷材料。优选地，其他介电材料被选择作为与包括第一介电材料的陶瓷电容器不同类的陶瓷电容器的陶瓷材料。使用陶瓷材料作为介电材料有利地允许提供具有以下特性的构件：在操作期间仅产生低损耗、具有高允许操作温度、具有高的热稳定性、例如随温度具有非常小的电容改变和非常小的热膨胀、具有低的体积电容比。此外，产生的装置可用于高功率类应用。
根据本发明，第一介电材料由2类陶瓷电容器材料提供。例如，2类陶瓷电容器在由电子元件行业协会(ECIA)在1998年1月1日出版的文件EIA-198-2的在2014年4月4日出版的修订版E中被限定。2类陶瓷电容器提供高体积效率、具有小于-15％至+15％的电容改变和大于-55℃至+125℃的温度范围。使用来自2类陶瓷电容器的陶瓷材料作为第一介电材料有利地允许在中等功率应用中的使用。2类陶瓷电容器具有相当高的基于DC偏压的变化和较小的体积以及期望的温度性能。2类陶瓷电容器的额定功率比1类陶瓷电容器的额定功率高但比3类电容器的额定功率低。通常，可通过使用均具有相对小的额定功率的多个电容器来实现较高的额定功率，其中，产生的额定功率可以是较小的额定功率之和。
可选地，第一介电材料由3类陶瓷电容器材料提供。这样的3类陶瓷电容器也在上述文献中被限定。3类陶瓷电容器提供比2类陶瓷电容器高的体积效率和对应+10℃至+55℃的更小的温度范围的-22％至+56％的典型的电容改变。使用3类陶瓷电容器材料作为第一介电材料有利地允许在高功率应用中的使用。3类陶瓷电容器具有相当高的基于DC偏压的变化和较小的体积。
此外，所述至少一种其他介电材料由1类陶瓷电容器材料提供。1类电容器也在上述文献中被限定。
1类陶瓷电容器提供针对谐振电路应用的高稳定性和低损耗。
使用1类陶瓷电容器材料作为所述至少一种其他介电材料有利地允许在中等功率应用中的使用。1类陶瓷电容器不具有基于DC偏压的变化并具有期望的温度性能。
1类陶瓷电容器材料特别是由于不可极化的晶体而不具有基于DC偏压的变化。2类陶瓷电容器材料和3类陶瓷电容器材料特别是由于电极化的晶体而具有相当高的基于DC偏压的变化。
在另一实施例中，所述至少一种其他介电材料的介电常数不是与DC电压相关的。换言之，施加到所述至少一种其他介电材料的DC电压电平的改变不会改变所述其他介电材料的介电常数、例如不会将介电常数改变预定量或百分比、例如不会改变5％以上。
在这种情况下，第一介电材料或电容装置的包括第一介电材料的不同的部分可以是电容装置的仅允许改变介电常数因而改变最终的电容的构件。这有利地允许简单地控制电容。
在另一实施例中，第一介电材料布置在两个其他介电材料之间，其中，第一介电材料的介电常数的电压相关性与每个其他介电材料的介电常数的电压相关性不同。可行的是：电极布置在两个介电材料之间。特别是，两个其他介电材料可以是相似的材料。例如，2类陶瓷电容器材料或3类陶瓷电容器材料可布置在两个1类陶瓷电容器材料之间。优选地，两个其他介电材料不是与DC电压相关的。
因此，第一介电材料与不是由前述电压提供部提供的DC信号去耦合。特别是，其他介电材料、特别是由其他介电材料提供的电容器将阻挡DC信号、特别是当被充电至施加的DC电压时将阻挡DC信号。通过在两个其他介电材料之间嵌置第一介电材料，施加到提出的电容装置的信号的AC分量和DC分量可被分离。由于不需要考虑其他的控制电压部分，因此这有利地允许容易地对提出的电容装置产生的电容进行控制。
在另一实施例中，所述装置包括具有第一介电材料的第一电容器和具有所述至少一种其他介电材料的至少一个其他电容器，其中，第一电容器和其他电容器由单独的构件提供。例如，每个电容器可包括一个或两个以上电极。特别是，所述装置可包括比第一电容器和至少一个其他电容器多的电容器、例如三个或更多个电容器。
所述装置的电容器可并联地电连接和/或串联地电连接。例如，可行的是：所述装置包括两个、三个或更多个电容器子区块，其中，一个子区块包括并联连接的至少两个电容器。子区块中的一个电容器、多个但不是所有电容器、或者所有电容器可以是具有第一介电材料的电容器。所述子区块的其余电容器可以是具有与第一介电材料不同的介电材料、例如其他介电材料的电容器。然而，还可行的是：子区块的所有电容器是具有与第一介电材料不同的介电材料、例如其他介电材料的电容器。
子区块可串联地电连接。在这种情况下，子区块中的一个子区块、特别是居间子区块中的一个电容器、多个但不是所有电容器、或者所有电容器可以是具有第一介电材料的电容器。居间子区块可表示电布置在两个其他子区块之间、优选地电布置在包括具有其他介电材料的电容器的子区块之间的电容器子区块。这意味着两个子区块通过居间子区块电连接。通过作为单独的构件的电容器提供装置有利地允许使用现成的产品来制造期望的可电压控制的电容装置。
在一个可选实施例中，所述装置由整体式复合物提供。复合物可包括介电材料。此外，复合物可包括电极和/或介电材料的电连接。特别是，可行的是：将不同的材料集成到陶瓷电容器的标准制造工艺中。已经在前面解释了这部分。例如，可行的是：提供具有多个层的陶瓷电容器，其中，不同的材料可用于多个层。在这种情况下，例如，可行的是：提供1类陶瓷电容器材料构成的一个或多个层，提供电极板并将电极板布置在1类陶瓷电容器材料的层上，提供2类陶瓷电容器材料构成的一个或多个层并将其布置在电极板上，提供1类陶瓷电容器材料构成的一个或多个层并将其布置在在后所述的电极板上。
优选地，与2类陶瓷电容器材料接触的电极板可具有L形横截面，其中，电极板的一条腿提供用于控制电压的连接端子。还可行的是：两个单独的电极板与2类陶瓷电容器接触，其中，电极板中的一个提供用于控制电压的连接端子。
这可有利地允许提供具有小尺寸的电容装置，小尺寸从而减小了建设空间需求并还使得装置的制造简单、特别是MLCC的标准制造工艺可用于提供提出的可变电容装置。
在另一实施例中，电压提供部的最大允许输出电压根据期望的电容改变来选择。特别是，电压提供部的最大允许输出电压可被选择为使得：如果最大允许输出电压被施加到第一介电材料，则提供提出的装置的期望的最小电容或期望的最大电容。
此外，电容装置可被设计为使得电压提供部的最大允许输出电压与跨越第一介电材料下降的操作电压的电压部分的最大值之和的最大值比第一介电材料的最大峰值电压或最大峰到峰电压小。换言之，电容装置、特别是介电材料的布置和/或其电连接被设计为使得在操作期间不超过最大峰值电压或最大峰到峰电压。
此外，电容装置可被设计为使得提供预定控制电压电平改变量相对于预定控制电压电平的电容变化的绝对值或百分比。
此外，电容装置可被设计为使得电容装置可在高功率类应用或低功率类应用中使用。
还提出了一种用于制造可电压控制的电容装置的方法。所述方法有利地允许制造根据在本公开中描述的实施例中的一个实施例的可电压控制的电容装置。
在第一步骤中，提供第一介电材料和至少一种其他介电材料，其中，至少第一介电材料的介电常数是与DC电压相关的。此外，第一介电材料的介电常数的电压相关性与其他介电材料的介电常数的电压相关性不同。此外，第一介电材料和所述至少一种其他介电材料由陶瓷材料提供，其中，第一介电材料由2类陶瓷电容器材料提供或由3类陶瓷电容器材料提供，其中，所述至少一种其他介电材料由1类陶瓷电容器材料提供。
在进一步的步骤中，提供用于向第一介电材料提供DC电压的至少一个电压提供部。所述至少一种电压提供部电连接到第一介电材料。特别是，电连接被提供为使得可变且被控制的DC电压可被施加到第一介电材料从而跨越第一介电材料下降。此外，第一介电材料和所述至少一种其他介电材料被布置为使得提出的电容装置具有期望的电容，例如，如果没有施加控制电压或者如果施加最大允许控制电压，则使提出的电容装置具有期望的电容。
还提出了一种用于操作根据在本公开中描述的实施例中的一个实施例的可电压控制的电容装置的方法。为了控制电容，至少一个电压提供部被控制为使得所述电压提供部的期望的输出电压、即控制电压被提供到第一介电材料。此外，期望的输出电压根据所述电容装置的期望电容来确定。
换言之，电容装置的期望的电容可通过调节由所述至少一个电压提供部提供的控制电压来调节。
还可行的是：所述至少一个电压提供部的最大输出电压被限定为预设值，其中，所述预设值根据期望的电容改变或期望的电容来选择。例如，期望的电容改变可以是当没有DC控制电压、即零伏特控制电压被施加到第一介电材料时包括第一介电材料的电容器的电容的标称值的百分比改变。这可有利地允许精确、快速且容易地实施对电容的调节。还允许正在操作时、即当存在电流动时对电容进行调节。如将在下文概述的，对电容进行调节对数值应用是有利的。
还提出了一种用于感应功率传输的系统的装置。例如，所述装置可以是用于感应功率传输的系统的初级侧装置或次级侧装置。
所述装置包括用于产生电磁场的至少一个绕组结构、即初级绕组结构或者用于接收交变电磁场的至少一个绕组结构、即次级绕组结构。在初级侧装置的情况下，所述至少一个绕组结构是用于产生用于感应功率传输的交变电磁场的绕组结构，其中，交变电磁场之后被用于感应功率传输的所述系统的次级侧装置的接收绕组结构接收。如之前解释的，次级侧装置包括用于接收交变电磁场的绕组结构。
此外，所述装置包括根据在本公开中描述的实施例中的一个实施例的可电压控制的电容装置。可电压控制的电容装置可电连接到所述至少一个绕组结构。例如，可行的是：绕组结构的端子电连接到可电压控制的电容装置的端子。
当然，可行的是，所述装置包括另外的电气或电子元件。
因此，所述装置包括LC振荡电路布置结构，其中，所述LC振荡电路布置结构包括至少一个绕组结构和可电压控制的电容装置。例如，通过改变可电压控制的电容装置的电容，LC振荡电路布置结构的谐振频率可被调节到期望的值。如以上所述，通过向第一介电材料施加控制电压，电容可被调节到期望的值。特别是，可将LC振荡电路布置结构的谐振频率调节到期望的操作频率的值，例如，调节到20kHz。此外，可电压控制的电容装置的电容可根据LC振荡电路布置结构的去谐、例如根据绕组结构的电感改变来改变。
换言之，提出了在用于感应功率传输的系统的装置中、特别是在初级侧装置或次级侧装置中使用根据在本公开中描述的实施例中的一个实施例的至少一个可电压控制的电容装置作为电容元件。
附图说明
将参照附图描述本发明。附图示出了：
图1：根据本发明的可电压控制的电容装置的示意性电路图，
图2：根据本发明的另一实施例的可电压控制的电容装置的示意性电路图，
图3：根据本发明的另一实施例的可电压控制的电容装置的示意性电路图，
图4：根据本发明的另一实施例的可电压控制的电容装置的示意性电路图，
图5：用于感应功率传输的系统的初级侧装置的示意性电路图，
图6：用于感应功率传输的系统的次级侧装置的示意性电路图，
图7：根据本发明的另一实施例的可电压控制的电容装置的示意性电路图，
图8：根据本发明的另一实施例的可电压控制的电容装置的示意性电路图，
图9：根据本发明的另一实施例的可电压控制的电容装置的示意性电路图，
图10：用于感应功率传输的系统的初级侧装置的示意性电路图，
图11：用于感应功率传输的系统的次级侧装置的示意性电路图，
图12：根据本发明的另一实施例的可电压控制的电容装置的示意性透视图。
在下文中，相同的附图标记表示相同或相似的技术元件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一实施例的可电压控制的电容装置1的示意性电路图。装置1包括第一介电材料2和其他介电材料3。第一介电材料2由具有预定厚度的材料层提供，其中，厚度可以是设计参数。其他介电材料3也由材料层提供、例如由具有预定厚度的材料层提供。
此外，装置1包括电极4、特别是板电极4。还示出了电容装置1的第一端子T1和第二端子T2。第一端子T1电连接到第一外电极4a，第二端子T2电连接到第二外电极4b。端子T1、T2是用于AC信号连接的端子。在示出的实施例中，第一外电极4a布置在第一介电材料2和其他介电材料3构成的堆叠体的第一外表面上。第二外电极4b布置在第一介电材料2和其他介电材料3构成的堆叠体的第二外表面上。居间电极4c布置在第一介电材料2与其他介电材料3之间。经由端子T1、T2，装置1可电连接到其他电气或电子元件。
此外，装置1包括用于向第一介电材料2提供DC电压的电压提供部5、例如电压源，其中，所述DC电压还可被称为控制电压。电压提供部5的输出端子分别电连接到包着第一介电材料2的电极4、4a、4c。例如，电压提供部的最大允许输出电压可被限定为预设值，例如，所述预定值可以是设计参数。特别是，最大允许输出电压应该被选择为使得能够提供装置1的期望的电容变化并使得不超过第一介电材料2的允许操作电压。
第一介电材料2的介电常数的电压依赖性与其他介电材料3的介电常数的电压依赖性不同。特别是，其他介电材料3的介电常数不是依赖于DC电压的。
可行的是：第一介电材料2由2类陶瓷电容器材料提供、例如由X5R提供。可选地，第一介电材料2可由2类陶瓷电容器材料提供。此外，其他介电材料3可由1类陶瓷电容器材料提供。装置1、特别是如图1中所示的第一介电材料2和其他介电材料3可被提供为整体式复合物。
图2示出了根据本发明的另一实施例的可电压控制的电容装置1的示意性电路图。
可电压控制的电容装置1包括第一电容器6a、第二电容器6b和第三电容器6c。第一电容器6a包括两个电极4和布置在这两个电极4之间的其他介电材料3。第二电容器6b也包括两个电极4和布置在这两个电极4之间的第一介电材料2。第三电容器6c包括两个电极和布置在这两个电极之间的其他介电材料3。第一电容器6a串联地电连接到第二电容器6b，第二电容器6b串联连接到第三电容器6c。此外，电容装置1包括电压提供部5，电压提供部5电连接到第二电容器6b、特别是第二电容器6b的电极4。图2中示出的电容装置1可由可以是现成的产品的单独的电容器6a、6b、6c制成或者可由由整体式陶瓷电容器的各个层来提供的电容器制成。
图2示出了包括第一介电材料2的电容器6b为电布置在第一电容器6a与第三电容器6c之间的居间电容器。电容装置1的端子T1、T2电连接到第一电容器6a的外电极4a和第三电容器6c的外电极4b。在这种情况下，第一电容器6a和第三电容器6c将阻挡操作电压信号的DC信号分量，所述操作电压信号为跨越电容装置1的压降、例如第一端子T1与第二端子T2之间的电压降。
图3示出了根据本发明的另一实施例的可电压控制的电容装置的示意性电路图。可电压控制的装置包括第一子区块7a，第一子区块7a包括并联连接的具有其他介电材料3的多个电容器6a。图中示出了第一子区块7a串联地电连接到包括第一介电材料2的第二电容器6b(例如，参见图2)。第二电容器6b电连接到第二子区块7b。电容装置1的第一端子T1电连接到第一子区块7a、特别是电连接到未连接到第二电容器6b的端子。电容装置的第二端子电连接到第二子区块7b的端子、特别是电连接到未连接到第二电容器6b的端子。
图4示出了根据本发明的另一实施例的可电压控制的电容装置的示意性电路图。图中示出了装置1包括多个子区块7a、7b，多个子区块7a、7b均包括并联地电连接的具有其他介电材料的多个电容器。此外，装置1包括具有第一介电材料的至少一个第二电容器6b。电压提供部5电连接到第二电容器6b的两个电极4。图中示出了第二电容器6b为子区块7a、7b和第二电容器6b的串联连接结构内的居间电容器。
例如，可行的是：子区块7a、7b包括以1类陶瓷材料作为介电材料、具有100nF的标称电容和630V的标称额定电压限的多个、例如106个MLCC(多层陶瓷电容器)。
第二电容器6b可由2类陶瓷电容器材料作为介电材料、具有1.260V的电容器额定电压限的MLCC提供。
电容装置1的电容器的数量和/或电容器之间的电互连和/或电容器的电特征(例如，数值电容、最大电抗电压、最大相电流、标称相电流、额定电压限和其他电特征)可被选择为使得产生的可电压控制的电容装置1具有期望的电性能和期望的操作性能、特别是操作安全性。
特别是，所述特征可被选择为使得在操作期间电容装置1中使用的每个电容器上的最大电压降不超过电容器额定最大允许电压、例如最大峰值电压或最大峰到峰电压或不超过它们的预定百分比。这意味着在可电压控制的装置1的设计中必须考虑由电压提供部5产生的控制电压电平。
图5示出了用于例如向车辆进行感应功率传输的系统的初级侧装置8的示意性电路图。初级侧装置8包括操作电压提供部9、例如电压转换器9。电压转换器9经由可电压控制的电容装置1电连接到初级绕组结构10，其中，可电压控制的装置1串联连接到初级绕组结构10。
控制单元(未示出)可控制由电压提供部5(例如，参见图2)提供的控制电压的电平，使得包括初级绕组结构10和电容装置1的LC振荡电路布置结构具有期望的谐振频率、例如与用于感应功率传输的系统的操作频率相等的谐振频率、例如20kHz的频率。
图6示出了用于感应功率传输的系统的次级侧装置11的示意性电路图。次级侧装置11包括用于接收交变电磁场的次级绕组结构12，例如，交变电磁场由初级侧装置(参见图5)产生。此外，次级侧装置11包括可电压控制的电容装置1(例如，参见图2)和整流器13。次级绕组结构12经由电容装置1电连接到整流器13，其中，可电压控制的装置1串联连接到次级绕组结构12。例如，控制单元(未示出)可控制由电压提供部5提供的控制电压电平，使得包括次级绕组结构12和电容装置1的LC振荡电路布置结构具有预定或期望的谐振频率、例如与操作频率相等的谐振频率。
图7示出了根据本发明的另一实施例的可电压控制的电容装置1的示意性电路图。图7中示出的电容装置1基本上如图2中示出的电容装置1设计。因此，可参照电容装置1的相应描述。与图2中示出的电容装置1不同的是，图7中示出的电容装置1包括第四电容器6d。第四电容器6d也包括两个电极4和布置在所述两个电极4之间的第一介电材料2。第一电容器6a串联地电连接到第二电容器6b，其中，第二电容器6b串联连接到第四电容器6d，其中，第四电容器6d串联连接到第三电容器。
此外，电容装置1包括多个电压提供部5。第一电压提供部电连接到第二电容器6b、特别是电连接到第二电容器6b的电极4。第二电压提供部5电连接到第四电容器6d、特别是电连接到第四电容器6d的电极4。第三电压提供部5电连接到第二电容器6b与第四电容器6d的串联连接结构、例如电连接到第二电容器6b的电极4以及第四电容器6d的电极4、特别是第二电容器6b的电连接到第一电容器6a的电极4、第四电容器6d的电连接到第三电容器6c的电极4。
图7中示出的电容装置1可由可以是现成的产品的单独的电容器6a、6b、6c制成或者可由通过整体式陶瓷电容器的各个层提供的电容器制成。
图8示出了根据本发明的另一实施例的可电压控制的电容装置1的示意性电路图。图8中示出的电容装置1基本上如图2中示出的电容装置1设计。因此，可参照电容装置1的相应描述。与图2中示出的电容装置1不同的是，图8中示出的电容装置1包括第四电容器6d。第四电容器6d也包括两个电极4和布置在所述两个电极4之间的其他介电材料3。第四电容器6d与第二电容器6b并联连接。因此，第一电容器6a串联地电连接到第二电容器6b与第四电容器6d的并联连接结构，其中，所述并联连接结构被串联连接到第三电容器6c。
图中示出了没有DC电压提供部5电连接到第四电容器6d、特别是电连接到第四电容器6d的电极4。然而，也可行的是：将DC电压提供部连接到第四电容器6d、特别是连接到第四电容器6d的电极。电压提供部5可以是连接到第二电容器6b的电压提供部5或者可以是单独的DC电压提供部。
图9示出了根据本发明的另一实施例的可电压控制的电容装置1的示意性电路图。图9中示出的电容装置1基本上如图3中示出的电容装置1设计。因此，可参照电容装置1的相应描述。与图3中示出的电容装置1不同的是，图9中示出的电容装置1包括第三子区块7c，所述第三子区块7c包括多个电容器。图中示出了第三子区块7c的多个电容器中的每个电容器6b是具有第一介电材料2的电容器6b。然而，还可行的是：第三子区块7c的多个电容器仅包括一个具有第一介电材料2的电容器6b，或者第三子区块7c的多个但不是所有电容器由具有第一介电材料2的电容器6b提供。
图中示出了第一子区块7a串联地电连接到第三子区块7c。第三子区块7c电连接到第二子区块7b。
图10示出了用于例如向车辆进行感应功率传输的系统的初级侧装置8的示意性电路图。图10中示出的初级侧装置8基本上如图5中示出的初级侧装置8设计。因此，可参照初级侧装置8的相应描述。与图5中示出的初级侧装置8不同的是，可电压控制的装置1并联连接到初级绕组装置10。
图11示出了用于感应功率传输的系统的次级侧装置11的示意性电路图。图11中示出的次级侧装置11基本上如图6中示出的次级侧装置11设计。因此，可参照次级侧装置11的相应描述。与图6中示出的次级侧装置11不同的是，可电压控制的装置1并联连接到次级绕组装置12。
图12示出了可电压控制的电容装置1的示意性透视图。装置1包括电容器6a、6b(例如，参见图3)的多个子区块7a、7b、7c、7d。一个子区块7a、7b、7c、7d的电容器并联地电连接。在示出的实施例中，第一子区块7a和第二子区块7b仅包括具有其他介电材料3的电容器6a，其中，仅为一个电容器6a提供了附图标记。第三子区块7c和第四子区块7d包括具有第一介电材料的电容器6b，其中，仅为一个电容器6b提供了附图标记。此外，装置1包括连接板14，例如，铜板，其中，不同的子区块7a、7b、7c、7d通过连接板14电连接并且机械连接。端子电极T1、T2由L形电极板15提供。第一子区块7a串联地电连接到第三子区块7c，第三子区块7c又串联地电连接到第四子区块7d，第四子区块7d又串联地连接到第二子区块7b。
还示出了DC电压提供部5，所述DC电压提供部向罩着第三子区块7c和第四子区块7d的连接板14提供DC电压。
Claims (9)
1.一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)，其中，第一介电材料(2)和所述至少一种其他介电材料(3)由陶瓷材料提供，
其特征在于：
第一介电材料(2)由2类陶瓷电容器材料提供或由3类陶瓷电容器材料提供，其中，所述至少一种其他介电材料(3)由1类陶瓷电容器材料提供。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一种其他介电材料(3)的介电常数不是与DC电压相关的。
3.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置，其特征在于，第一介电材料(2)电布置在两种其他介电材料(3)之间，其中，第一介电材料(2)的介电常数的电压相关性与每个其他介电材料(3)的介电常数的电压相关性不同。
4.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置(1)包括具有第一介电材料(2)的第一电容器(6b)和具有所述至少一种其他介电材料(3)的至少一个其他电容器(6a、6c)，其中，第一电容器和其他电容器(6a、6b、6c)由单独的构件提供。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置(1)由整体式复合物提供。
6.根据前述权利要求中的任意一项所述的装置，其特征在于，电压提供部(5)的最大输出电压按照期望的电容改变来选择。
7.一种用于制造可电压控制的电容装置(1)的方法，其中，提供第一介电材料(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，第一介电材料(2)和所述至少一种其他介电材料(3)由陶瓷材料提供，其中，第一介电材料(2)由2类陶瓷电容器材料提供或由3类陶瓷电容器材料提供，其中，所述至少一种其他介电材料(3)由1类陶瓷电容器材料提供，其中，提供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)，其中，所述至少一个电压提供部(5)电连接到第一介电材料(2)，其中，将第一介电材料和所述至少一种其他介电材料(2、3)布置为使得提供期望的电容。
8.一种用于操作根据权利要求1至6中的任意一项所述的可电压控制的电容装置(1)的方法，其中，将所述至少一个电压提供部(5)控制为使得期望的输出电压被提供到第一介电材料(2)，其中，期望的输出电压按照所述电容装置(1)的期望电容来确定。
9.一种用于感应功率传输的系统的装置，其中，所述装置包括用于产生或接收交变电磁场的至少一个绕组结构(10、12)，其中，所述装置还包括根据权利要求1至6中的任意一项所述的可电压控制的电容装置(1)。
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