电路配置和用于设计用于感应电能传输的系统的电路配置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电路配置和用于设计用于感应电能传输的系统的电路配置的方法，特别是用于感应电能传输的系统的初级单元或者接收装置的电路配置，所述感应电能传输特别是到车辆的感应电能传输。另外，本发明涉及次级单元和初级单元。
【背景技术】
[0002]电动车辆，尤其是轨道约束车辆和/或公路汽车，可由通过感应电能传输传输的电能操作。这样的车辆包括可以是车辆的牵引系统或者一部分牵引系统的电路配置。另外，车辆可包括所谓的接收装置，适于接收交变电磁场并且通过电磁感应产生交变电流。这样的接收装置可包括或者可具有电路配置。另外，这样的车辆能包括整流器，适于将交流电(AC)转换成直流电(DC)。DC能用于为牵引用电池充电或者操作电机。整流器将接收装置提供的AC转换成DC。
[0003]可替代地，该电路配置可以是感应电能传输系统的初级单元的一部分，其中所述初级单元包括或者具有该电路配置。该感应电能传输通常使用产生交变电磁场的初级单元和包括用于接收所述电磁场的接收装置的次级单元进行。初级单元和次级单元例如每个包括一组三相绕组。初级单元的一组绕组可被安装在地上(初级绕组)，并且能由路边的电源转换器(WPC)供电。次级单元的一组绕组被安装在车辆上。例如，在有些运输车下面的有轨电车的情况下，第二组绕组可附接到车辆的下面。初级单元的该组绕组也能称为初级侦牝其中次级单元的该组绕组也能称为次级侧。第一次级侧可以是高频变压器的一部分，将电能传输到车辆上。该传输可以在静态(当车辆不运动时)和动态(当车辆运动时)下进行。
[0004]第一或者第二组绕组可以是上述电路配置的一部分。初级单元和次级单元的绕组提供感应元件。
[0005]为了传输高电平，需要使用合适的电容，以补偿在预定操作频率，例如20kHz时电路配置的感应器的电抗。电感和(补偿)电容的结合形成了谐振电路。如果电感和电容的阻抗值被选择为使得谐振电路的本来的谐振频率等于操作频率，那么发生完美的阻抗取消。这样的谐振电路据说是可调谐的。
[0006]GB 1216184.0(尚未公开)公开了一种电路配置，其中该电路配置包括阻抗和用于整流AC电压的至少一个整流器，其中电路配置的AC部分包括阻抗。整流器将电路配置的AC部分连接到DC部分。该电路配置还包括至少一个电流控制装置，用于控制AC部分中的电流流动。另外，由电感和电容提供阻抗，其中电容串联连接到电感。但是该文献仅公开了串联连接到单个感应元件的单个电容器。
[0007]GB 1219724.0(尚未公开)公开了一种电路配置，其中该电路配置包括拾取配置和至少一个可变补偿配置，其中，所述可变补偿配置包括电容元件。该可变补偿配置还包括第一切换元件和第二切换元件。
[0008]在感应电能传输的系统的初级单元或者次级单元的相位线中，高电势电平能发生在电能传输期间。这些电势电平需要高的绝缘水平并且限制能用在所述相位线的设计中的部件的数量。
【发明内容】
[0009]本发明的一个目的是提供一种用于感应电能传输的系统的初级单元和/或次级单元的电路配置，以及设置所述电路配置的方法，通过该方法，沿着初级单元和/或次级单元的相位线的电势的最大绝对值在操作状态中下降，其中相位线的谐振频率和预定操作频率之间的差被最小化。本发明的另一目的是提供一种初级单元和次级单元，尤其是车辆的刺激单元，每个单元包括这样的电路配置。
[0010]本发明的基本思想是将所需的(补偿)电容和/或所需的电感沿着相位线分布到多个次电路，其中相位线包括所述次电路，还配置所述次电路，使得沿着相位线发生的电势的最大绝对值被限制到预定值。
[0011]提出了用于感应电能传输的系统的电路配置。该用于感应电能传输的系统特别是用于感应电能传输到车辆的系统。
[0012]本发明能被应用到任何路上车辆(包括，但不是优选地，仅临时在陆地上的任何车辆)，尤其是轨道约束的车辆，例如有轨车辆(例如有轨电车)，但是也被应用到道路汽车上，例如个人的(私人的)客车或者公共运输车辆(例如，包括也是轨道约束车辆的有轨巴士的公共车)。
[0013]提出的电路配置可以是次级单元或者接收装置的一部分，其中，接收装置被用于接收由初级单元产生的交变电磁场。另外，接收装置产生AC电压。
[0014]尤其是，接收装置可提供或者可以是变压器的次级单元的一部分，其中变压器被用于从例如线路侧初级单元传输电能到车辆。该线路侧初级单元例如可被安装在为车辆提供驱动表面的地上或者其中。该接收装置可被安装在车辆的底侧，例如面对驱动表面的一侧。
[0015]可替代的，提出的电路配置可以是用于感应电能传输的系统的初级侧的一部分，其中所述初级侧产生交变电磁场。
[0016]电路配置包括至少一个相位线。优选地，电路配置包括三个相位线。三个相位线能电配置成平行。能够将三个相位线连接成A或者星形连接。也可能的是，三个相位线彼此独立地设计。
[0017]至少一个相位线具有发生电感。发生电感指相位线的所有感应元件产生的电感。相位线能包括至少一个感应元件，例如，用于产生或者接收交变电磁场。感应元件例如可以是绕组结构，例如为线圈。
[0018]另外，至少一个相位线具有发生电容。发生电容指相位线的所有电容元件产生的电容。因此，至少一个相位线能包括至少一个电容元件。至少一个电容元件可以是配置在相位线内的补偿电容元件，以调节相位线提供的谐振电路，使得它的谐振频率与所需操作频率匹配。在本发明的上下文中，术语“调节”可意味着所需谐振频率点被设置。
[0019]相位线的发生电感和发生电容被选择成使得相位线的谐振频率与预定操作频率匹配。在当前实施例中，操作频率可在从20kHz到300kHz的范围内选择。但是，这不排除选择更高或者更低的操作频率。操作频率可根据感应电能传输系统要传输的所需(最大)电能选择。要被传输的所需电能可以例如被选择为达到500kW。所述电能可对应于在次级单元的输出处提供的电能，例如被提供到次级侧电池的电能。
[0020]预定操作频率可例如为20kHz。术语“匹配”包括预定操作频率和谐振频率之间的差小于预定阈值的情况。优选地，相位线的谐振频率等于预定操作频率。
[0021]因此，相位线的发生电感和发生电容能选择为使得相位线被调节到操作频率。
[0022]根据本发明，发生电容由至少两个电容次电路提供。电容次电路指一个或者多个电容元件的电路配置，优选为一个或者多个电容器的电路配置。如果电容器次电路包括多于一个的电容元件，那么这些电容元件能串联或者并联连接。但是，可能的是，电容次电路仅包括一个电容元件，例如一个电容器。发生电容由至少两个电容次电路提供的特征包括发生电容部分地由至少两个电容次电路提供的情况。至少两个电容次电路彼此独立地，特别是作为单独的次电路或者元件，被设计和/或配置。这意味着，例如至少一个其它的电元件电配置在两个电容次电路之间，或者，两个电容次电路被至少一个其它的电元件连接。
[0023]但是，发生电容也能部分地由相位线的其它电元件的电容提供。
[0024]可替代地，或者另外地，发生电感由至少两个感应次电路提供。感应次电路指包括一个或者多个感应元件，例如为绕组结构，特别为线圈的电路配置。优选地，感应次电路包括一个绕组结构，例如，一个线圈。如在至少两个电容次电路的情况下，发生电感也能部分地由相位线的其它电元件的电感提供。至少两个感应次电路彼此独立地，特别是作为单独的次电路或者元件被设计和/或配置。例如，这意味着至少一个其它的电元件电配置在两个感应次电路之间，或者，两个感应次电路由至少一个其它的电元件连接。
[0025]这意味着，如果相位线包括至少两个电容次电路，那么相位线能包括一个或者多个感应次电路。同样，如果相位线包括至少两个感应次电路，那么相位线能包括一个或者多个电容次电路。
[0026]在所述相位线内的至少两个感应次电路和/或至少两个电容次电路被配置成，使得电势沿着相位线的最大绝对值小于预定电势。术语“电势”指对应于参考电平，尤其是接地电平的电势。这意味着在每一节段中或者在相位线的每个点处，电势的绝对值小于预定电势。换句话说，至少两个感应次电路和/或至少两个电容次电路能沿着相位线分布，使得电势沿着相位线的最大绝对值小于预定电势。这又意味着之前提到的发生电容和/或发生电感在至少两个电容和/或感应次电路之间分布，因而沿着相位线分布。
[0027]在相位线中，提出的电容次电路和/或提出的感应次电路能串联连接。
[0028]特别地，在相位线内的至少两个感应次电路和/或至少两个电容次电路能被配置成如果预定最大相电流在预定操作频率下流动通过有效电感，那么使得电势沿着相位线的最大绝对值小于跨越有效感应元件的压降的绝对值。有效感应元件的电感等于相位线的发生电感，例如相位线的所有感应元件的电感的总和。
[0029]特别地，该配置可设置成使得沿着相位线可获得的电势的最大绝对值小于跨越有效感应元件的压降的绝对值的预定百分比，例如75%，50%或者25%。
[0030]该有效感应元件可以是相位线的等效电路的一部分，其中该等效电路由串联连接的单个有效感应元件和单个有效电容元件提供，其中有效电容元件的电容等于发生电容。因此，预定电势可以是在包括一个感应元件和一个电容元件并且具有同样的发生电感和同样的发生电容的等效的LC串联电路内的最大电势。
[0031]在该公开文件中，电流值和电压值指相应的交变电流或者电压的有效值或者RMS值(均方根值)。
[0032]提出的电路配置有利地提供了沿着相位线以及因而跨越配置在相位线内的电元件或者在电元件内的较低电势。这又减少了用于元件的绝缘要求。这又允许减少所需的构建空间和成本。另外，较高的电能传输是可能的。此外，通过使用多个感应和/或电容次电路，提供了调节相位线和达到的谐振点的大的自由度。
[0033]另一主要优势是允许用于调节相位线提供的谐振电路的精细公差。
[0034]另一优势是延长了部件的寿命，尤其是电容元件的寿命。
[0035]在一个优选的实施例中，感应次电路和电容次电路在相位线的至少一个节段中交替配置。换句话说，感应次电路和电容次电路沿着相位线的至少一个节段交替地