CN101557125B - 电能储存装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种电能储存装置，包括第一磁性层、第二磁性层、以及介电层。第一磁性层包括第一磁性区及第二磁性区。第一磁性区具有水平方向的磁偶极，第二磁性区具有垂直方向的磁偶极。第二磁性层包括第三磁性区及第四磁性区。第三磁性区具有水平方向的磁偶极，第四磁性区具有垂直方向的磁偶极。介电层配置于第一磁性层与第二磁性层之间，介电层用以储存电能。第一磁性层及第二磁性层用以防止电能泄漏。第二磁性区及第四磁性区的垂直磁偶极用以增加电能储存装置的电容量。
Description
技术领域
本发明有关一种电能储存装置，特别是有关一种用以储存电能的磁性设备。
背景技术
电能储存部件(例如用于电路中的电容以及用于可携式装置的电池之类的元件)影响了电子装置的执行效能以及作业时间，对生活在电子时代的人们来说，能源的储存部件有相当的重要性。
巨磁阻效应(Giant Magnetoresistance Effect，GMR)是一种在具有薄磁性区与薄非磁性区交错的结构中所观测到的量子物理效应。巨磁阻效应显现出了电阻对外加电场产生反应，从零场(zero-field)高阻抗状态至高场(high-field)低阻抗状态时的显著变化。
因此，可以利用巨磁阻效应来作成高效能绝缘体，具有巨磁阻效应的装置能够被用来储存电能，磁电容即是一例，磁电容包括磁性层，磁性层具有南极与北极，且南极与北极具有磁性层中最强的磁场。而实际上，磁场强度是沿着易磁化轴(easyaxis)上所有磁偶极强度的总和，请参照图1A，图1A绘示一磁电容中磁偶极的排列，磁电容包括第一磁性层110、第二磁性层120、以及介电层130，第一磁性层110及第二磁性层120具有方向相同的磁偶极。
请参照图1B，图1B绘示一磁板及此磁板磁场强度的磁场线。磁场线的密度代表了磁场的强度，如图1B所示，磁场的强度从磁板的两端向中间递减。这种磁场强度的递减，即巨磁效应，会影响磁电容的电容量。然而，随着电子装置小型化的趋势，在有限区域中储存更多电容量的需求也随之增加。
因此，此种具有巨磁阻效应且电容量大的电能储存装置是有实际需求的。
发明内容
因此本发明的目的在于提供一种电能储存装置。
依据本发明一方面的的电能储存装置包括第一磁性层、第二磁性层、以及介电层。第一磁性层包括第一磁性区及第二磁性区。第一磁性区具有水平方向的磁偶极，第二磁性区具有垂直方向的磁偶极。第二磁性层包括第三磁性区及第四磁性区。第三磁性区具有水平方向的磁偶极，第四磁性区具有垂直方向的磁偶极。介电层是配置于第一磁性层与第二磁性层之间，介电层用以储存电能。第一磁性层及第二磁性层用以防止电能泄漏。第二磁性区及第四磁性区的垂直磁偶极用以增加电能储存装置的电容量。
依据本发明的另一方面的电能储存装置包括第一磁性层、第二磁性层、及介电层。第一磁性层包括第一磁性区及第二磁性区。第二磁性区具有垂直方向的磁偶极。第二磁性层包括第三磁性区及第四磁性区。第四磁性区具有垂直方向的磁偶极。介电层是配置于第一磁性层与第二磁性层之间。第二磁性区及第四磁性区的垂直磁偶极用以增加电能储存装置的电容量。
依据本发明的又一方面的电能储存装置包括第一电极、第二电极、及介电层。第一电极包括第一导电区及第二导电区。第二导电区具有垂直方向的磁偶极。第二电极包括第三导电区及第四导电区。第四导电区具有垂直方向的磁偶极。介电层是配置于第一电极与第二电极之间。第二导电区及第四导电区的垂直磁偶极用以增加电能储存装置的电容量。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点能更明显易懂，以下将配合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，其中：
图1A绘示现有的磁电容中磁偶极的排列。
图1B绘示现有的磁板及此磁板磁场强度的磁场线。
图2A绘示依据本发明一实施例的电能储存装置。
图2B-图2E绘示依据本发明一实施例的电能储存装置中的偶极排列。
图3绘示沿着上下磁板内侧配置小磁铁的磁电容。
图4绘示依据本发明的一实施例的装置在进行充电时的状态。
图5绘示依据本发明的一实施例的装置在进行放电时的状态。
图6绘示依据本发明的一实施例的装置进行充电后的状态。
具体实施方式
接下来请参照本发明实施方式的详细说明，其中所提到的范例会连同附图一同进行说明。在任何可能的情况下，附图及说明中所使用的相同标号都代表了相同或类似的元件。
参照图2A，绘示依据本发明一实施例的电能储存装置。此电能储存装置是一磁电容，包括第一磁性层210、第二磁性层220、以及介电层230。第一磁性层210及第二磁性层220皆为磁性薄膜。第一磁性层210及第二磁性层220是以导电材料制成。介电层230是以绝缘材料制成，因此电流不会穿过介电层230。介电层230为一层薄膜，且介电层230可由介电材料如钛酸钡(BaTiO3)或二氧化钛(TiO3)所制成。
第一磁性层210具有第一表面215，其具锯齿状粗糙结构。第二磁性层220具有第二表面225，其亦具锯齿状粗糙结构。介电层230配置于第一磁性层210与第二磁性层220之间。介电层230用以储存电能。第一磁性层210及第二磁性层220用以防止电能泄漏。第一表面215及第二表面225的锯齿状粗糙面可增加第一表面215及第二表面225的表面积，因而增加磁电容的容量。
参照图2B，其绘示依据本发明一实施例的电能储存装置中的偶极排列。第一磁性层210包括第一磁性区212及第二磁性区214，第二磁性层220包括第三磁性区222及第四磁性区224。第一磁性区212及第三磁性区222具有水平方向的磁偶极，第二磁性区214及第四磁性区224具有垂直方向的磁偶极。当电能储存装置储存着电能时，第一磁性区212的磁偶极及第三磁性区222的磁偶极指向如图所示的相同的水平方向。
也就是说，当第一磁性区212的磁偶极和第三磁性区222的磁偶极具有相同方向时，介电层230的电子的旋转方向会指向一个方向，藉此也解决了电流泄漏的现象，因此能储存电能。值得注意的是，符号
仅是用来表示磁性区的偶极，并非用来限制偶极的方向。
第一磁性区212及第三磁性区222中的箭头是彼此平行的。在本发明一实施态样中，第一磁性区212及第三磁性区222中的箭头是沿着易磁化轴的方向。然而，应注意到，当电能储存装置储存着电能时，第一磁性区的磁偶极方向与第三磁性区的磁偶极方向可彼此平行(指向相同方向)或反向平行(指向相反方向)。另外，当电能储存装置储存着电能时，第二磁性区214的磁偶极是垂直于第一磁性区212的磁偶极，且第四磁性区224的磁偶极是垂直于第三磁性区222的磁偶极。在本发明一实施态样中，第二磁性区214及第四磁性区224中的箭头是垂直于易磁化轴的方向。虽然第二磁性区214及第四磁性区224中的箭头是彼此反向平行，应注意到，磁电容的第二磁性区及第四磁性区中的磁偶极方向可反向平行(指向相反方向)或彼此平行(指向相同方向)，如图2B-图2E所示。
第一磁性层210可为磁电容的第一电极，第二磁性层220可为磁电容的第二电极。第一磁性区212、第二磁性区214、第三磁性区222、及第四磁性区224是导电区。
参照图3，其绘示沿着上下磁板内侧配置小磁铁的磁电容。在图2A中所示磁电容的锯齿状粗糙面具有与图3中沿着磁电容的上磁板310及下磁板320内侧配置小磁铁315及325相同的效应。介电层330配置于磁板310及320之间，在没有小磁铁315及325的情况下，磁板的南极与北极具有最强的磁场，巨磁效应从磁板的两端向中间递减，小磁铁315及325所形成的磁场可补强磁电容的磁场在磁板中间减弱的现象，因此，磁电容的磁场因为小磁铁有垂直方向磁偶极的存在而增强。
图4绘示依据本发明的一实施例的装置在进行充电时的状态。当本装置在充电时，第一磁性层210和第二磁性层220会耦接至一电源460，此时电能会自电源460输入介电层230。
图5绘示依据本发明的一实施例的装置在进行放电时的状态。当本装置在放电时，第一磁性层210和第二磁性层220会耦接至一负载元件570，此时电能会自介电层230往负载元件570输出。
图6绘示依据本发明的一实施例的装置进行充电后的状态。当磁电容的上下两磁性层为应用电极时，在第一磁性层210的第一面215及第二磁性层220的第二面225会形成电偶极。因为表面区域及磁场强度的增加，电容量会以次方的量值来增加。
综上所述，本发明提供一种电能储存装置，由于巨磁效应对电容的影响，此电能储存装置具有很大的电容量。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉本技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种等同的改变或替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。
Claims (19)
1.一种电能储存装置，包含：
一第一磁性层，包含：
一第一磁性区，具有水平方向的多个磁偶极；以及
一第二磁性区，具有垂直方向的多个磁偶极；
一第二磁性层，包含：
一第三磁性区，具有水平方向的多个磁偶极；以及
一第四磁性区，具有垂直方向的多个磁偶极；
一介电层，配置于该第一磁性层与该第二磁性层之间；
其中该介电层用以储存电能，该第一磁性层及该第二磁性层用以防止电能泄漏，且该第二磁性区及该第四磁性区的这些垂直磁偶极用以增加该电能储存装置的电容量。
2.根据权利要求1所述的电能储存装置，其特征在于当该电能储存装置储存着电能时，该第一磁性区的这些磁偶极及该第三磁性区的这些磁偶极是以相同方向彼此平行或以相反方向反向平行。
3.根据权利要求2所述的电能储存装置，其特征在于当该电能储存装置储存着电能时，该第二磁性区的这些磁偶极是垂直于该第一磁性区的这些磁偶极，且该第四磁性区的这些磁偶极是垂直于该第三磁性区的这些磁偶极。
4.根据权利要求3所述的电能储存装置，其特征在于当该电能储存装置储存着电能时，该第二磁性区的这些磁偶极及该第四磁性区的这些磁偶极是以相同方向彼此平行或以相反方向反向平行。
5.根据权利要求4所述的电能储存装置，其特征在于该第二磁性区及该第四磁性区具有锯齿状粗糙结构。
6.根据权利要求1所述的电能储存装置，其特征在于该介电层为一薄膜。
7.根据权利要求1所述的电能储存装置，其特征在于该介电层是由介电材料所构成。
8.根据权利要求1所述的电能储存装置，其特征在于该第一磁性层为一磁性薄膜。
9.根据权利要求1所述的电能储存装置，其特征在于该第二磁性层为一磁性薄膜。
10.根据权利要求1所述的电能储存装置，其特征在于当该电能储存装置被充电时，该第一磁性层及该第二磁性层与一电源耦接。
11.根据权利要求1所述的电能储存装置，其特征在于当该电能储存装置被放电时，该第一磁性层及该第二磁性层与一负载装置耦接。
12.一种电能储存装置，包含：
一第一磁性层，包含：
一第一磁性区；以及
一第二磁性区，具有垂直方向的多个磁偶极；
一第二磁性层，包含：
一第三磁性区；以及
一第四磁性区，具有垂直方向的多个磁偶极；
一介电层，配置于该第一磁性层与该第二磁性层之间；
其中该第二磁性区及该第四磁性区的这些垂直磁偶极用以增加该电能储存装置的电容量。
13.根据权利要求12所述的电能储存装置，其特征在于当该电能储存装置储存着电能时，该第二磁性区的这些磁偶极及该第四磁性区的这些磁偶极是以相同方向彼此平行或以相反方向反向平行。
14.根据权利要求13所述的电能储存装置，其特征在于该第二磁性区及该第四磁性区具有锯齿状粗糙结构。
15.根据权利要求12所述的电能储存装置，其特征在于该介电层为一薄膜。
16.根据权利要求12所述的电能储存装置，其特征在于该介电层是由介电材料所构成。
17.根据权利要求12所述的电能储存装置，其特征在于该第一磁性层为一磁性薄膜。
18.根据权利要求12所述的电能储存装置，其特征在于该第二磁性层为一磁性薄膜。
19.一种电能储存装置，包含：
一第一电极，包含：
一第一导电区；以及
一第二导电区，具有垂直方向的多个磁偶极；
一第二电极，包含：
一第三导电区；以及
一第四导电区，具有垂直方向的多个磁偶极；
一介电层，配置于该第一电极与该第二电极之间；
其中该第二导电区及该第四导电区的这些垂直磁偶极用以增加该电能储存装置的电容量。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20120808 Termination date: 20150410 |
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