CN106663535B - 耐高压电容器组件和组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电容器组件和一种组装电容器组件的方法。电容器组件具有至少两个电容器叠层，所述电容器叠层具有包括顶层和底层的层结构。支撑组件支撑电容器叠层。电容器叠层在支撑组件中堆叠在彼此的顶部上。支撑组件具有压缩构件，其在基本上垂直于层结构的方向上压缩至少两个电容器叠层。压力分布装置调节由压缩构件施加到电容器叠层的压力的分布。

Description

耐高压电容器组件和组装方法

技术领域

本发明涉及一种电容器组件，特别是海底使用的电容器组件，以及一种组装电容器组件的方法。

背景技术

已知不同类型的电容器，例如薄膜箔电容器，其是感应电容器并且通常通过缠绕或卷绕包括电介质层和金属层(例如Mylar层)的膜来制造。另一种类型是金属化薄膜电容器，其可以通过在芯周围缠绕一个或多个薄膜几圈、移除芯并切出绕组的平坦部分或切出绕组的弯曲部分以及将它们形成平坦形状(例如通过冲压)而制成。切割部分具有交替的电介质层和金属层(例如金属箔或金属膜层)的结构。在电介质层的一小部分上，不存在金属膜，但是形成了所谓的自由边缘。该自由边缘在电容器的两侧之间交替，使得通过金属喷涂被切出的电容器的相应的相对侧表面，可以形成两个电端子，通过这两个电端子交替地接触层结构中的金属层。在这种构造中，两个相邻的金属层被电介质层隔开并形成电容器，使得切出的电容器基本上对应于多个电容的并联连接。这种具有其金属化侧面的切出电容器可以称为电容器叠层。

当试图在高压环境中(例如在安装在洋底的压力补偿的海底外壳中)部署这种金属化薄膜电容器时，遇到了几个问题。在这种外壳中，金属化薄膜电容器暴露于环境压力，其在高达3000米且更多的安装深度处导致在安装电容器的环境中存在300巴或更大的压力。陷在电容器的各1层之间的气体在施加这样的高压时可能损坏电容器。此外，各层在这种高压环境下会层离。电容器的各层可能经历弯曲或起皱，这通常导致电容器的故障。

此外，发现这种电容器叠层不具有足够高的用于预期用途的电容，例如用于海底可变速驱动器的DC链路，其提供用于驱动海底负载(例如海底泵的电机、海底压缩机等)的AC频率转换。

文献GB500167A公开了一种陶瓷高压电容器，其包括一列叠置的陶瓷板，具有构成电容器板的金属层。弹簧插入在各板之间以在相邻的金属层之间获得良好的导电连接。

文献US2014/0087231A1公开了一种具有多个原电池(例如锂离子电池)的电池形式的能量存储装置，多个原电池通过两个夹紧带彼此压靠。

文献FR1581052A公开了一种具有由绝缘板隔开的多个平坦电容器线圈的电容器。

因此，期望提供一种适合于海底使用并且可在优选地高达甚至超过300巴的高压环境中操作的电容器。

还期望提供具有足够高的电容的电容器，其适合于上述海底应用，特别是用作海底可变速驱动器中的DC链路电容器。

发明内容

因此，需要减轻上述缺点中的至少一些并且提供适合于海底使用的电容器。

根据本发明的实施例，提供了包括至少两个电容器叠层的电容器组件。电容器叠层具有包括顶层和底层的层结构。电容器组件还包括用于支撑电容器叠层的支撑组件。电容器叠层在支撑组件中堆叠在彼此的顶部上。堆叠在彼此的顶部上意味着相邻电容器叠层的底层和顶层彼此面对。支撑组件具有压缩构件，其在基本上垂直于层结构的方向上压缩至少两个电容器叠层。压缩构件可以将压缩力施加到层结构，以便允许电容器组件在高压环境中的部署。电容器组件还包括压力分布装置，其配置为调节由压缩构件施加到电容器叠层的压力的分布。

当电容器组件在高压环境中部署时，电容器叠层的各层可能经历压缩。压力分布装置可以配置为，当电容器组件部署在高压环境中(其中电容器叠层的各层经历压缩)时，提供在电容器叠层的层结构上的更均匀的压力分布。

当电容器组件部署在高压环境中、例如在安装在海床的压力补偿海底外壳中时，通过包括压缩构件的支撑组件，可以防止电容器叠层的各层变得弯曲或起皱和层离。支撑组件还允许使用堆叠在彼此的顶部上的两个或更多个电容器叠层，使得可以实现电容器组件的期望电容值。本发明的发明人已经认识到，当将这样的电容器叠层堆叠在彼此顶部上时，由压缩构件施加的压力可以主要由电容器叠层的金属化侧接受，因为电容器叠层的电介质层在这样的高环境压力下经历压缩，使得施加到相应电容器叠层的中心部分的压力相对较低。通过压力分布装置，压力可以更均匀地分布在电容器叠层的层结构上，从而提高电容器组件的可靠性，并且降低电容器叠层的层结构的起皱、弯曲和层离的可能性。通过压力分布装置，压力可以特别地从电容器叠层的金属化侧表面重新分布到电容器叠层的中心部分。因此，实施例提供了适合于海底使用的可靠的电容器组件，其电容可以通过包括更少或更多的电容器叠层来调整到特定应用。

每个电容器叠层的层结构可以具有以交替顺序布置的多个金属层和电介质层。

电容器叠层可以例如是金属化膜或箔电容器叠层。

在实施例中，压力分布装置配置为调节压力的分布，使得电容器叠层的各层区域上的压力差减小。因此，通过压力分布装置，即使当电容器叠层的各层经历压缩，导致叠层的中心区域中的压力减小时，施加到电容器叠层的周边和电容器叠层的中心的压力差也可以减小。

在实施例中，每个电容器叠层可以具有用于通过压缩构件压缩电容器叠层的预定设计压力范围。压力分布装置可以配置为调节压力的分布，使得在电容器叠层的区域上，施加的压力的变化小于设计压力范围。优选地，施加的压力在设计压力范围内。因此，即使当电容器组件的各层部署在海底环境中，电容器叠层的各层被压缩时，电容器叠层的各层之间的压力仍可保持在设计压力范围内。设计压力范围可以特别地是这样的压力范围，其中电容器叠层显示出自愈性质。

作为示例，设计压力范围可以在约1巴到约50巴的压力范围内，优选地在约1巴到约20巴的压力范围内。应当清楚的是，这些压力是指由压缩构件施加到电容器叠层的压力。高压环境的压力还可以施加到电容器叠层，并且可以位于不同的压力范围。

高压环境可以是安装在海床的压力补偿海底外壳。特别地，高压环境可以是具有至少100巴、至少200巴或至少300巴的压力的环境。应当清楚的是，这种海底装置可以安装在不同的水深处，并且海底电容器组件所暴露的压力可以相应地变化。高压环境可以是具有在约50巴和约500巴之间范围内的压力，特别是在约100巴和约450巴之间的范围内的压力的环境。应当清楚的是，各层通常还在高于上述限值的压力下经历压缩。

在实施例中，压力分布装置可以配置为使得通过压缩构件施加到电容器叠层的顶层或底层的压力在顶层或底层的区域上基本上是均匀的。因此可以改善电容器组件的可靠性。

在实施例中，压力分布装置包括布置在两个电容器叠层之间的压力分布元件。压力分布元件可以布置在一个电容器叠层的顶层和相邻电容器叠层的底层之间。通过调节这种压力分布元件的几何形状，可以调节由压缩构件施加到相应电容器叠层的压力的分布。

电容器组件可以包括多个电容器叠层，并且压力分布装置可以包括布置在每两个相邻的电容器叠层之间的压力分布元件。在这样的构造中，对于包括相对较大量的电容器叠层的电容器组件，相对均匀的压力分布也变得可能。

电容器组件可以例如包括在约3个到约25个之间的电容器叠层，优选地在约10个到约20个之间的电容器叠层。可以使用12到17个电容器叠层，例如15个电容器叠层。

当堆叠在彼此的顶部上时，电容器组件的电容器叠层可以一起具有在约10到约100厘米之间的高度，当15个电容器叠层堆叠在彼此的顶部上时，高度可以例如在约40到约60厘米之间。

支撑组件可以包括顶板和底板。压力分布装置可以包括布置在顶板和相邻电容器叠层之间的压力分布元件。附加地或可替代地，压力分布装置可以包括布置在底板和相邻电容器叠层之间的压力分布元件。电容器叠层在顶板和底板之间堆叠在彼此的顶部上，并且可以通过压缩构件在顶板和底板之间压缩。在这种构造中，可以确保顶板已经施加相对均匀的压力到相邻的电容器叠层，使得该电容器叠层可以向相邻的电容器叠层传递相对均匀的压力等等。这在底板中可以是类似的。

在实施例中，压力分布元件布置为与相邻电容器叠层的顶层或底层相邻，并且压力分布元件分别覆盖顶层或底层的一部分或整个。压力分布元件可以例如包括盘状或其他形状，其小于顶层或底层并且居中地布置在顶层或底层上，以便增加施加到电容器叠层的中心部分的压力。在其它实施例中，在压力分布元件覆盖顶层或底层的整个表面的情况下，压力分布的调整可以例如通过压力分布元件的不同高度或通过压力分布元件的材料性质(例如压缩性)来获得。

压力分布元件可以特别地配置为通过其几何形状和/或通过其压缩性来调节压力的分布。

每个电容器叠层可以具有四个侧表面，并且在电容器叠层的相对两侧上的两个侧表面可以至少部分地被金属化。电容器叠层可以被堆叠，使得金属化侧表面被布置在彼此的顶部上。特别地，金属化侧表面可以构成端子，特别是高压端子和低压端子，并且对应的端子可以在电容器组件中布置在彼此的顶部上。在这种布置中，可以保持电容器叠层的高压端子和低压端子之间的安全距离。注意，高压端子和低压端子在本文中用作相对术语，并且不涉及特定的电压范围。

作为示例，金属化可以在约0.2到约3毫米厚之间，并且金属化可以包括锌、铝、铅或其他合适的金属。

在实施例中，每个电容器叠层在相对的金属化侧表面之间在横向方向上具有延伸，并且压力分布元件在横向方向上具有比电容器叠层在该方向上的延伸小的延伸。压力分布元件还可以布置为使得压力分布元件不从相邻电容器叠层的金属化侧表面之间突出。在这种构造中，可以避免压力分布元件被金属化侧表面压缩，并且在这些区域中建立相对高的压力。

在实施例中，邻近金属化侧表面定位的压力分布元件的侧面是锥形的。在这种构造中，可以相对平稳地将来自金属化侧表面的压力重新分布到相应电容器叠层的中心部分。锥形表示压力分布元件的厚度朝向相应金属化侧表面变小。

压力分布元件可以是弹性材料的层或片。通过使用弹性材料，压力可以有效地从电容器叠层的周边部分重新分布到电容器叠层的中心部分，而这种压力分布元件可以关于其几何形状具有相对大的公差来制造。根据压力的必要重新分布，压力分布元件的其他构造当然是可以想到的，例如环形、圆形、多点形等。

弹性材料的层或片可以例如由选自包括塑料材料、聚合物材料、橡胶、弹性体材料或硅的组中的材料制成。

在另一实施例中，弹性材料的层或片至少从相邻电容器叠层的金属化侧表面之间突出。因此可以实现相邻电容器叠层的机械去耦。

在又一实施例中，压力分布元件可以是刚性材料的层或片。压力分布可以通过调整在这种构造中的硬性或刚性材料的层或片的几何形状而发生。

刚性材料可以是隔离材料，特别是硬性或刚性聚合物材料或玻璃或陶瓷材料等。

在压力分布装置包括例如在多个电容器叠层之间或电容器叠层与顶板或底板之间的多个压力分布元件的一些实施例中，多个压力分布元件可以具有相同的构造或可以具有不同的构造。例如，一些压力分布元件可以由弹性材料制成，而其他压力分布元件可以由刚性材料制成。

每个电容器叠层的层结构可以包括以交替顺序设置在电介质层上的电介质层和金属膜。层结构可以是基本上平面的层结构。电介质层可以由聚丙烯制成。电介质层可以例如具有在约一微米到几百微米之间的厚度。

支撑组件可以包括顶板和底板。电容器叠层可以布置和压缩在顶板和底板之间，并且支撑组件还可以包括支承板以及布置在支承板和底板之间的引导元件。顶板可以沿着引导元件移动，并且压缩构件可以包括弹簧元件，该弹簧元件抵靠支承板并且将顶板推向底板以压缩电容器叠层。可以获得具有这种构造的相对紧凑和坚固的电容器组件，其能够提供所需的压力以压缩电容器叠层并防止层结构的层离和弯曲。

弹簧元件可以例如是板簧或螺旋弹簧，并且引导元件可以由一个或多个引导杆提供。在示例构造中，可以设置四个引导杆，顶板沿着其移动，并且支承板可以是金属板，其中板簧布置在支承板和顶板之间。在另一个示例中，支承板可以由四个圆形板(例如垫圈)提供，所述四个圆形板安装到四个引导杆的端部，并且螺旋弹簧可以抵靠这些圆形支承板并抵靠顶板以提供压缩。

电容器组件可包括第一母线和第二母线。电容器叠层的一侧上的金属化侧表面可以电连接到第一母线，并且电容器叠层的另一相对侧上的金属化侧表面可以电连接到第二母线。因此，可以实现电容器叠层的有效且安全的电接触。通过使用可以是铜线的母线，可以使用相对高的电流来对电容器组件进行充电和放电。导线可以例如被焊接到每个金属化侧表面以用于接触相应的母线。

根据本发明的又一实施例，提供了海底装置，特别是海底可变速驱动器。海底装置包括填充有电介质液体的海底外壳和压力补偿器，该压力补偿器配置为平衡海底外壳内的压力与海底外壳外部的介质中存在的压力。此外，该装置包括根据上述实施例中的任一个配置的电容器组件。电容器组件布置在海底外壳中并且浸没在电介质液体中。电容器组件暴露于海底外壳内的压力。通过在这种海底装置中使用电容器组件，可以实现与上面进一步描述的优点类似的优点。

根据本发明的另一实施例，提供了组装电容器组件的方法。该方法包括以下步骤：提供支撑组件、在支撑组件中堆叠至少两个电容器叠层以及在堆叠电容器叠层时在相邻的电容器叠层之间提供压力分布元件。电容器叠层是具有包括顶层和底层的层结构的金属化薄膜电容器叠层，并且电容器叠层堆叠在彼此的顶部上。通过在相邻的电容器叠层之间设置压力分布元件，获得压力分布装置。另一步骤包括通过支撑组件的压缩构件在基本垂直于层结构的方向上压缩至少两个电容器叠层。提供压力分布装置以便调节由压缩构件施加到电容器叠层的压力的分布。当电容器组件在高压环境中部署时，电容器叠层的各层可能经历压缩。压力分布装置可以配置为，当电容器组件部署在高压环境中(其中电容器叠层经历压缩)时，提供在电容器叠层的层结构上的更均匀的压力分布。

通过这种方法，可以制造电容器组件，其提供类似于上面进一步描述的优点的优点。

在实施例中，提供压力分布装置以便通过减小施加到电容器叠层的周边部分的压力并增加施加到电容器叠层的中心部分的压力来调节由压缩构件施加到电容器叠层的压力的分布。因此，可以减小电容器叠层的区域上的压力差。

在该方法的实施例中，可以执行该方法，以便实现根据上述实施例和构造中的任一个配置的电容器组件。

在另一实施例中，该方法包括以下步骤：将电容器放置在压力补偿海底外壳中，以及在真空下用电介质液体填充压力补偿海底外壳。这样，可以避免在电容器组件中形成气泡，从而提高电容器组件的可靠性。

应当理解，上述特征和下面解释的特征不仅可以用于相应的组合，而且可以用于其它组合或单独使用，而不脱离本发明的范围。例如，上面关于电容器组件描述的方法步骤可以形成该方法的实施例的一部分。

附图说明

从下面结合附图的详细描述中，本发明的前述和其它特征和优点将变得更加明显。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

图1是示出了可以与本发明的实施例一起使用的电容器叠层的截面侧视图的示意图。

图2是示出了包括多个电容器叠层的电容器组件的截面侧视图的示意图。

图3是示出了根据本发明实施例的电容器组件的截面侧视图的示意图。

图4A和4B是示出了在压缩之前和压缩之后的根据本发明的实施例的电容器组件的截面侧视图的示意图。

具体实施方式

在下文中，更详细地描述附图中所示的实施例。应当清楚的是，以下描述仅是说明性的而非限制性的。附图仅是示意性表示，并且附图中的元件不一定彼此成比例。

图1示出了电容器叠层20，其是金属化薄膜电容器叠层。它包括具有交替的金属和电介质层的层结构25。电介质层可以例如是聚丙烯层，在其上施加金属膜以形成相应的金属层。层结构25因此还可以称为膜封装。电容器叠层20具有顶层21和底层22，其可以与层结构25中的电介质层相同，或者可以是不同的层，例如更厚的层，由不同材料形成的层等。

电容器叠层20具有四个侧面，其中两个平行于图平面，并且其中两个在图1的截面图中在电容器叠层20的左端和右端的截面中示出。为了形成电容器叠层20的接触端子，电容器叠层20的两个相对的侧表面23、24被金属化。层结构25中的金属膜使得对于(由电介质层分开的)相邻的金属层，一层与金属化侧表面23接触，而另一层与金属化侧表面24接触。这可以将具有一定边缘的金属膜施加到相应的电介质层上、通过将层结构25交错等来实现。因此，层结构25实质上形成多个电容的并联连接，每个电容由通过电介质层分开并连接到相应的金属化侧表面23和24的两个相邻金属层形成。

侧表面23、24可以例如通过应用金属喷涂而金属化，例如使用诸如锌、铅、铝、锌和铝混合物等的金属。此外，可以施加额外的锡喷涂外层，以改善导线等到由金属化侧表面23、24形成的端子的可焊性。

平行于图平面的两个另外的侧表面不被金属化，这些是电容器叠层20从堆叠或扁平绕组切出的侧面，在切出期间，电介质材料可以熔化并密封相应的侧面，但是这通常不是流体密封的。

如图2所示，为了实现更高的电容，几个这样的电容器叠层20可以堆叠在彼此的顶部上。堆叠在彼此的顶部上意味着电容器叠层20的顶层21或相应的顶表面面向相邻电容器叠层20的底层22或底表面。如箭头所示，电容器叠层20被压缩在顶板32和底板33之间。压缩力基本上垂直于层结构25施加。电容器叠层20堆叠成使得对应的金属化侧表面(即对应的电端子)堆叠在彼此的顶部上。换句话说，金属化侧表面23堆叠在彼此的顶部上，并且金属化侧表面24堆叠在彼此的顶部上，如图所示。

由于电容器叠层的侧表面上的金属化，在相应的侧表面处的电容器叠层的尺寸特别是厚度可以与电容器叠层的其余部分的尺寸/厚度不同。此外，由于金属化，相应的侧表面与电容器叠层的其余部分相比具有不同的可压缩性。特别是当暴露于压力补偿海底外壳中的高压环境时，电介质层可被压缩，而金属化侧表面保持其形状。如图2所示，这可以导致金属化侧表面23、24承受由顶板32和底板33施加的大部分压力的情况。在图2中，箭头表示由于施加的压力导致的由层结构的压缩形成的空间。注意，为了说明的目的，金属化侧表面23、24与中心部分之间的电容器叠层20的厚度的差异在图1-4中被夸大。

根据部署电容器组件的介质的压力，电容器叠层20的中心部分可能仍然经历由顶板32和底板33施加的一些压缩力，然而压缩可能不足够强以防止层结构25的退化，特别是层结构25的层离或起皱或弯曲。

图3示出了根据本发明的实施例的电容器组件10。电容器组件10采用压缩在顶板32和底板33之间的两个或更多个电容器叠层20，并且上文关于图1和图2给出的解释相应地适用。顶板32和底板33形成支撑组件30的一部分，支撑组件30还包括支承板34和引导元件35。引导元件35包括安装在底板33和支承板34之间的引导杆，顶板32可沿着引导杆移动。支撑组件30还包括压缩构件31，在图3的示例中，压缩构件31以螺旋弹簧的形式实现，但是可以不同地实现，例如作为板簧等。压缩构件31抵靠支承板34并且将顶板32推向底板33，从而压缩电容器叠层20。

应当注意，支撑组件30可以不同地实现。在另一种可能的构造中，支承板34可以例如以附接到引导杆的端部的几个垫圈的形式提供，并且螺旋弹簧可以布置在相应的垫圈和顶板32之间，用于将顶板32推向底板33。

电容器组件10还包括压力分布装置40。压力分布装置40配置为通过减小施加到电容器叠层20的周边部分(特别是到电容器叠层20的金属化侧表面23\24)的压力，并且增加施加到电容器叠层20的中心部分的压力来重新分布施加到电容器叠层20的压力。为此，压力分布装置40包括布置在两个相邻的电容器叠层20之间的压力分布元件41。此外，它包括布置在顶板32和相邻的电容器叠层20之间的压力分布元件42以及布置在底板33和相邻的电容器叠层20之间的压力分布元件34。

在一些实施例中，可以不必提供压力分布元件42和43，并且简单地提供更厚的压力分布元件41或者将顶板32和底板33不同地成形等。如果在电容器组件10中包括另外的电容器叠层20，则可以在这些另外的电容器叠层20之间提供另外的压力分布元件41。

在图3的实施例中，电容器叠层20在横向方向上比压力分布元件41、42、43宽。压力分布元件因此不从电容器叠层20突出。此外，压力分布元件在其端部朝向电容器叠层20的金属化侧表面23、24形成锥形。该锥形可以被调节以提供从电容器叠层20的周边侧表面朝向中心部分的压力分布的期望调整。

在这种构造中，压力分布元件被限制在电容器叠层20内，并且此外不被压缩在电容器叠层20的金属化侧表面之间。

压力分布元件41、42、43由弹性材料即柔性材料制成，其可以通过施加到顶板32的力而被压缩。在具有较高力施加的区域中，这种弹性材料将被更多地压缩，因此将压力从这样的区域朝向弹性材料压缩较小的区域有效地分布。在其它实施例中，压力分布元件可以由刚性材料制成，其在由支撑组件30施加的压力下基本上不压缩。这样的压力分布元件可以制造成提供期望的压力重新分布的形状。与这种刚性材料压力分布元件相比，使用弹性材料具有的优点是，压力分布元件可以以更高的公差制造。此外，通过使用弹性材料的层或片，可以被补偿电容器叠层的尺寸的公差，特别是电容器叠层的顶表面或底表面中的不规则性，例如不均匀的轮廓，特别是凸起或不均匀的厚度分布。因此，所需的压力可以施加到电容器叠层的各层，并且可以确保在整个表面上的相对均匀的压力分布。

如图3所示，压力分布元件可以朝向具有较高压力的区域形成锥形，即可以更薄，并且在较低压力的区域中可以更厚，压力会被重新分布到较低压力的区域。

图3还示出了连接到电容器叠层2的端子的第一母线51和第二母线52。为此目的，提供导线55，其在一端上例如通过螺栓连接连接到相应的母线51、52，并且在另一端上焊接到电容器叠层20的相应的金属化侧表面23、24。在这种构造中，多个电容器叠层20可以以有效的方式电接触。此外，母线51、52的使用确保了使用高电流来对电容器组件10的电容器叠层20进行充电和放电成为可能。

在一些实施例中，电容器组件10可以包括3到25个电容器叠层20。作为示例，可以使用10到20个电容器叠层20。这种数量的电容器叠层允许电容器组件10的相对高的电容，而同时确保压缩力被有效地和基本上均匀地施加到电容器叠层20，以允许电容器组件10的海底使用。

图3还示出了包括海底外壳60的海底装置100，电容器组件10布置在海底外壳中。海底外壳60填充有电介质液体，并且电容器组件10，特别是电容器叠层20直接暴露于电介质液体。海底外壳60被压力补偿。为此，它可以包括压力补偿器(未示出)，例如波纹管型、膜型或囊型补偿器，其平衡海底外壳60内的压力与海底外壳60外部(例如周围海底环境)的压力。因此，当海底装置100部署在海底时，海底压力经由压力补偿器传递到海底外壳60的内部，使得电容器组件10暴露于完全海底压力。通过支撑组件30和压力分布装置40，确保即使电容器叠层20暴露于海底压力，电容器叠层20的层结构的弯曲、起皱或层离也不会发生。海底装置100可以配置为可操作到至少3,000m的水深，因此，电容器组件10可以配置为在高达至少300巴的压力的高压环境中可操作，特别是在电介质液体环境中。

应当注意，在图3中，海底外壳60仅示出为示例，并且电容器组件10可以设置在更复杂的外壳结构中。例如，电容器组件10可以设置在中间外壳中，该中间外壳可以再次被压力补偿并且用电介质液体填充，或者可以是具有用于允许液体交换的槽等的开放式外壳，该中间外壳设置在海底外壳60中。当然可以想到其他构造。注意，母线51、52和相应的导线55是可选的并且仅是一种可能的构造，可以采用电接触电容器叠层20的其它器件。

图4示出了根据本发明的另一实施例的电容器组件10。图4的电容器组件10是图3的电容器组件10的修改，因此上面给出的解释同样适用。支撑组件30、母线50、51、52和海底外壳60在图4中未示出，但它们当然可以存在于任何上述构造中。

图4A示出了在压缩之前的电容器组件10。压力分布装置40包括在电容器叠层20之间的弹性片或层41，以及分别在顶板32或底板33与相邻堆叠20之间的弹性片或层42、43。弹性层或片41、42、43在横向方向上从电容器叠层20突出。如箭头所示，压缩力被施加到顶板32和底板33。

图4B示出了处于压缩状态的电容器组件10。可以看出，弹性材料片或层41、42、43在电容器叠层20之间以及在顶板或底板32、33和相应的相邻电容器叠层20之间被压缩。由于它们的弹性，片或层41、42、43在金属化侧表面之间被显著压缩，并因此变形。在电容器叠层20之间的中心部分中，弹性片或层41、42、43变形较小，但是导致压力施加到相邻的电容器叠层20的顶层和底层。因此，压力有效地从电容器叠层20的周边部分，特别是从其金属化侧表面重新分布到电容器叠层20的中心部分。因此实现了在电容器叠层20的顶层或底层的整个区域上相对均匀地施加压缩力。

在这种构造中，电容器叠层20的层结构中的电介质和金属膜层的厚度的差异以及在金属化中的差异可以通过柔性片41、42、43的弹性有效地吸收。此外，通过使用具有基本上矩形横截面的弹性层或片，如图4A、4B所示，片或层41、42、43的制造相对简单，并且相对于电容器叠层20的放置不是关键的，因为任何未对准对由相应的片或层执行的压力重新分布没有任何显著的影响。

总之，本文描述了压力分布装置40的实施例，其使用可由弹性材料或刚性材料制成的压力分布元件41、42、43。这些元件可以在其与相应电容器叠层的金属化侧表面相邻的侧面处形成锥形，并且它们可以从电容器叠层突出或者可以不从其突出。在相同的压力分布装置40中的压力分布元件41、42、43的不同构造的混合也是可能的。如上所述，这些构造实现了从电容器叠层的周边部分，特别是金属化侧表面到电容器叠层的中心部分的压力的有效重新分布，使得可以使压力的施加更均匀，从而提高了海底操作的可靠性。此外，所描述的实施例允许电容器叠层20的堆叠，以便实现电容器组件10的期望的电容值。

虽然本文公开了具体实施例，但是可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种改变和修改。本实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的，并且落入本发明及其等同范围内的所有改变旨在包含在其中。

Claims (21)

1.一种电容器组件，包括：

至少两个电容器叠层(20)，所述电容器叠层(20)具有包括顶层(21)和底层(22)的多个层的层结构(25)，其中，当所述电容器组件配置在高压环境中时，所述电容器叠层的各层受到压缩，

用于支撑所述电容器叠层(20)的支撑组件(30)，其中，所述电容器叠层(20)在所述支撑组件(30)中堆叠在彼此的顶部上，所述支撑组件(30)具有压缩构件(31)，所述压缩构件沿基本上垂直于所述层结构(25)的方向压缩所述至少两个电容器叠层(20)以将压缩力施加到所述层结构(25)，以便允许在高压环境中配置电容器组件(100)，以及

压力分布装置(40)，其配置为调节由所述压缩构件(31)施加到所述电容器叠层(20)的压力的分布，以便当所述电容器组件配置在电容器叠层的各层受到压缩的高压环境中时，提供在所述电容器叠层(20)的层结构(25)上的压力的更均匀分布，

其中，所述压力分布装置(40)配置为通过减小施加到所述电容器叠层(20)的周边部分的压力并增加施加到所述电容器叠层(20)的中心部分的压力来调节由压缩构件(31)施加到所述电容器叠层(20)的压力的分布。

2.根据权利要求1所述的电容器组件，其中，所述压力分布装置配置为调节压力的分布，使得所述电容器叠层的各层区域上的压力差减小。

3.根据权利要求1所述的电容器组件，其中，每个电容器叠层具有用于通过所述压缩构件(31)压缩所述电容器叠层的预定设计压力范围，其中，所述压力分布装置(40)配置为调节压力的分布，使得在所述电容器叠层(20)的区域上，施加的压力的变化小于设计压力范围。

4.根据权利要求3所述的电容器组件，其中，施加的压力在设计压力范围内。

5.根据权利要求3所述的电容器组件，其中，所述设计压力范围在约1巴到约50巴的压力范围内。

6.根据权利要求5所述的电容器组件，其中，所述设计压力范围在约1巴到约20巴的压力范围内。

7.根据前述权利要求1-6中任一项所述的电容器组件，其中，所述压力分布装置配置为使得通过压缩构件施加到电容器叠层的顶层或底层的压力在顶层或底层的区域上基本上是均匀的。

8.根据前述权利要求1-6中任一项所述的电容器组件，其中，所述压力分布装置(40)包括布置在两个电容器叠层(20)之间的压力分布元件(41)。

9.根据前述权利要求1-6中任一项所述的电容器组件，其中，所述电容器组件(10)包括多个电容器叠层(20)，其中，所述压力分布装置(40)包括布置在每两个相邻的电容器叠层(20)之间的压力分布元件(41)。

10.根据权利要求8所述的电容器组件，其中，所述支撑组件包括顶板(32)和底板(33)，其中所述压力分布装置(40)包括布置在所述顶板(32)和相邻的电容器叠层(20)之间的压力分布元件(42)和/或其中所述压力分布装置(40)包括布置在所述底板(33)和相邻的电容器叠层(20)之间的压力分布元件(43)。

11.根据权利要求8所述的电容器组件，其中，每个压力分布元件(41,42,43)具有适于提供对施加到电容器叠层(20)的压力分布的调节的压缩性和/或几何形状。

12.根据权利要求8所述的电容器组件，其中，每个电容器叠层(20)具有四个侧表面，其中，相对两侧上的两个侧表面(23,24)至少部分地金属化，其中，所述电容器叠层(20)被堆叠，使得金属化侧表面(23,24)布置在彼此的顶部上。

13.根据权利要求12所述的电容器组件，其中，每个电容器叠层(20)在相对的金属化侧表面(23,24)之间在横向方向上具有延伸，其中，所述压力分布元件(41,42,43)在所述横向方向上具有比所述电容器叠层(20)的延伸小的延伸，所述压力分布元件(41,42,43)布置为使得所述压力分布元件(41,42,43)不从金属化侧表面(23,24)突出。

14.根据权利要求12所述的电容器组件，其中，所述压力分布元件(41,42,43)的至少邻近金属化侧表面定位的侧面是锥形的。

15.根据权利要求8所述的电容器组件，其中，所述压力分布元件(41,42,43)是弹性材料的层或片。

16.根据权利要求15所述的电容器组件，其中，所述弹性材料的层或片由选自包括塑料材料、聚合物材料、橡胶、弹性体材料或硅的组中的材料制成。

17.根据权利要求15所述的电容器组件，其中，所述弹性材料的层或片至少从相邻的电容器叠层(20)的金属化侧表面(23,24)之间突出。

18.根据权利要求8所述的电容器组件，其中，所述压力分布元件(41,42,43)是硬性或刚性材料的层或片。

19.根据前述权利要求1-4中任一项所述的电容器组件，其中，所述支撑组件(30)包括顶板(32)和底板(33)，所述电容器叠层(20)布置并压缩在所述顶板(32)和所述底板(33)之间，其中，所述支撑组件(30)还包括支承板(34)以及布置在支承板(34)和底板(33)之间的引导元件(35)，其中，顶板(32)沿引导元件(35)移动，其中，所述压缩构件(31)包括弹簧元件，所述弹簧元件抵靠所述支承板(34)并且将所述顶板(32)推向所述底板(33)以压缩所述电容器叠层(20)。

20.一种海底装置，特别是海底可变速驱动器，包括：

填充有电介质液体的海底外壳(60)；

压力补偿器，配置为平衡所述海底外壳(60)内的压力与所述海底外壳外的介质中存在的压力；

根据权利要求1-19中任一项所述的电容器组件(10)，所述电容器组件(10)布置在所述海底外壳(60)中并且浸没在电介质液体中，所述电容器组件(10)暴露于所述海底外壳(60)内的压力。

21.一种组装电容器组件的方法，包括以下步骤：

提供支撑组件(30)，

在所述支撑组件(30)中堆叠至少两个电容器叠层(20)，其中，所述电容器叠层具有包括顶层(21)和底层(22)的多个层的层结构，其中，当所述电容器组件配置在高压环境中时，所述电容器叠层受到压缩，并且其中，所述电容器叠层在所述支撑组件(30)中堆叠在彼此的顶部上，

当堆叠所述电容器叠层(20)时，在相邻的电容器叠层(20)之间提供压力分布元件(41)，以便提供压力分布装置(40)，

通过所述支撑组件(30)的压缩构件(31)在基本上垂直于所述层结构(25)的方向上压缩所述至少两个电容器叠层(20)，以将压缩力施加到所述层结构(25)，以便允许所述电容器组件(100)配置在高压环境中，

其中，所述压力分布装置(40)配置为调节由所述压缩构件(31)施加到所述电容器叠层(20)的压力的分布，以便当所述电容器组件配置在电容器叠层的各层受到压缩的高压环境中时，提供在所述电容器叠层(20)的层结构(25)上的压力的更均匀分布。