CN101777422B - 平行板磁性电容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平行板磁性电容器，包含：一第一导电磁性金属具有一第一上指状结构位于一上平面，以及一第一下指状结构位于一下平面，一第二导电磁性金属具有一第二上指状结构以及一第二下指状结构。该第二上指状结构位于该上平面且位于该第一上指状结构旁而形成一第一界面，并位于该第一下指状结构之上而形成一第二界面。该第二下指状结构位于该下平面且位于该第一下指状结构旁而形成一第三界面，并位于该第一上指状结构之下而形成一第四界面。一介电层位于该第一界面、该第二界面、该第三界面以及该第四界面之中。

Description

平行板磁性电容器

技术领域

本发明是有关于一种电能储存装置，且特别是有关于一种平行板磁性电容器的装置。

背景技术

一般而言，平行板电容器的构造是由两个平行的金属板及中间的绝缘材料所构成，电容值的计算可用公式(1)表示，而电容值对应的能量可用公式(2)表示：

$C=\frac{e_0{e}_{k}A}{r}---\left(1\right)$

E＝(1/2)CV²                         (2)

其中，C代表平行板电容器的电容值，e₀代表真空中的介电常数，e_k代表材料的相对介电常数，A代表平行板的接口面积，r代表两平行板间的距离，E是表示能量，而V是施加的偏压。公式(1)指出平行板电容器的电容值正比于平行板的界面面积。举例来说，请参考图1，其为一传统的平行板电容器的剖面图。该平行板电容器100包含：一上导体板102、一下导体板104与一绝缘层106，其中该绝缘层106在该上导体板102与下导体板104中间，该上导体板102的宽度及深度分别是18单位及2单位，因此，A为18×2＝16平方单位，其中电容值108正比于A。

如上述的平行板电容器100，在不改变e_k与r的情况下，为了增加平行板电容器的电容值，需增加两导体板的面积。因此，电容值与电容器尺寸之间，必须做出取舍，否则要在电容器尺寸维持不变的情况下增加电容值，将会遇到瓶颈。

因此本发明的目的就是在提供一种新平行板电容器，在电容器的体积维持不变的情况下，用以增加电容值。

发明内容

本发明的目的就是在提供一种平行板磁性电容器，用以增加电容值，其中该平行板磁性电容器与传统平行板电容器的尺寸相同。该平行板磁性电容器包含：第一导电磁性金属、第二导电磁性金属与一绝缘层。导电磁性金属具有指状结构，并在指状结构间产生电容值。

本发明的另一目的是在提供一种平行板磁性电容器，其包含：第一导电磁性金属具有第一上指状结构位于一上平面，以及第一下指状结构位于一下平面，第一上指状结构电性连接于第一下指状结构；第二导电磁性金属具有第二上指状结构以及第二下指状结构，第二上指状结构位于该上平面，且位于第一上指状结构旁而形成第一界面，并位于第一下指状结构之上而形成第二界面，第二下指状结构位于该下平面，且位于第一下指状结构旁而形成第三界面，并位于第一上指状结构之下而形成第四界面，第二上指状结构电性连接于第一下指状结构；以及介电层位于第一界面、第二界面、第三界面以及第四界面之中。

由上述本发明较佳实施例可知，在本发明的磁性电容器的体积与传统平行板电容器相同的情况下，本发明的结构可增加电容值。且除了增加电容值之外，所需的导体材料减少，是由于使用不同平行板上相邻的指状结构产生电容值，而传统平行板电容器只靠两块平行板产生电容值。如此一来，本发明的平行板磁性电容器所需的介电物质增加，使得该平行板磁性电容器的重量减轻。

以下将以一实施例对上述的说明以及接下来的实施方式做详细的描述，并对本发明提供更进一步的解释。

附图说明

图1是一种传统平行板电容器的剖面图；

图2是绘示依照本发明一较佳实施例的一种平行板磁性电容器的剖面图；

图3是绘示依照本发明另一较佳实施例的一种平行板磁性电容器的俯视图。

【主要组件符号说明】

100：传统平行板电容器        102：上导体板

104：下导体板                106：绝缘层

108：电容值                200：平行板电容器

202：第一导电材料          204：第二导电材料

206：绝缘层                208：第一上指状结构

210：第一下指状结构        212：上平面

214：下平面                218：第二上指状结构

220：第二下指状结构        222：侧面

224：侧面                  226：第一界面

228：底面                  230：顶面

232：第二界面              234：第三界面

236：第四界面              238：第一电容值

240：第二电容值            242：第三电容值

244：第四电容值            246：第三上指状结构

248：第三下指状结构        250：电容值

252：电容值                254：电容值

256：类似的上指状结构      258：类似的下指状结构

260：导体片                262：短接

具体实施方式

需了解下列说明为提供不同的实施例，借以实施本发明的不同特征。下列描述组件及配置的特定实施例是用以简化本发明说明，其当然仅为例示说明，而非用以限制。

请参照图2，其绘示依照本发明一实施例的一种平行板磁性电容器的剖面图。一磁性电容器200包含：第一导电磁性金属202、第二导电磁性金属204与介电层206，其中第一导电磁性金属202具有第一上指状结构208位于上平面212，以及第一下指状结构210位于下平面214，第一上指状结构208电性连接于第一下指状结构210，其中电性连接是经由导体片260，稍后会提供更进一步的解释。

第二导电磁性金属204具有第二上指状结构218以及第二下指状结构220，第二上指状结构218位于上平面212，第二上指状结构218位于第一上指状结构208旁，在第一上指状结构208的侧面222与第二上指状结构218的侧面224，形成第一界面226。再者，第二上指状结构218并位于该第一下指状结构210之上，在第二上指状结构218的底面228与第一下指状结构210的顶面230，形成第二界面232。

同理，第二下指状结构220位于下平面214，且位于第一下指状结构210旁，第一上指状结构208的底面与第二下指状结构220的顶面形成第三界面234。在第二下指状结构220的侧面与第一下指状结构210的侧面，形成第四界面236。

介电层206位于第一界面226、第二界面232、第三界面234以及第四界面236之中，其中第一界面226、第二界面232、第三界面234以及第四界面236相对产生的电容值分别为第一电容值238、第二电容值240、第三电容值242以及该第四电容值244。举例来说，每个界面产生的电容值为4单位，当第一导电磁性金属202以及该第二导电磁性金属204载有电压时，第一电容值238、第二电容值240、第三电容值242以及该第四电容值244之和为该磁性电容器的总电容值，其为16单位。

此外，当第一导电磁性金属202和第二导电磁性金属204经电性偏压后，它们会具有磁性极化于本身中，其中图2所示的箭号便是代表磁性极化。此处的极化是电动力学中波(如：光和其它电磁辐射)的一个重要特性，其与纵波(如：常见的声波)不同，电磁波是三维的横波，且正是由于其向量特性，从而产生出极化这一现象。

请参照图2，第一导电磁性金属202还包含第三上指状结构246，且第二导电磁性金属204还包含第三下指状结构248，用以产生额外的电容值250、252及254。第三上指状结构246位于第二上指状结构218对面第一上指状结构208的另一旁。同理，该磁性电容器200的结构可依此类推，第一导电磁性金属202所有的指状结构彼此间电性接触，且第二导电磁性金属204所有的指状结构彼此间电性连接。

为了说明两电容器具有相同尺寸，此处称之为电容器100与电容器200，其中且电容器200的电容值大于电容器100的电容值。假如第一上指状结构208的尺寸为2×2(宽度是2单位，深度是2单位)，且每个指状结构有相同的尺寸。因此，第一电容值为4平方单位，其余的电容值(如240，242，244...等)均为4平方单位。请参照图2，假如指状结构间彼此的距离为2单位，在宽18单位且深2单位的磁性电容器200中，有13个电容值，其均为4平方单位，总电容值相当于52平方单位。请参照图1，平行板电容器100的电容值为36平方单位。电容器200的电容值几乎为电容器100的电容值的1.5倍，几乎增加了50％。此外，有鉴于上述用于本发明实施例中电容器的磁性金属结构，因此可使用更多种介电材料，且其介电常数亦会在能量储存时因磁性效应而有数量级数的增加。如此一来，平行板磁性电容器的电容便可因磁效应或所谓的“巨磁电容效应(Colossal Magnetic Capacitance effect)”而有所增加。平行板磁性电容器的电容可利用下述等式(a)来作运算取得：

$C=\frac{e_0{e}_k{e}_{\mathrm{CMC}}A}{r}---\left(a\right)$

其中e_CMC是因巨磁电容效应所产生的系数。此外，上述第一导电磁性金属202和第二导电磁性金属204，可使用如CoNiFe...等合金磁性材料来制作。

请参照图3，是绘示依照本发明另一较佳实施例的一种平行板磁性电容器的俯视图。第一上指状结构208、第三上指状结构246与类似的上指状结构256均位于上平面212，第一下指状结构210与类似的下指状结构258皆位于下平面214。如先前所述，在上平面212上，第一导电材料202的指状结构经由导体片260电性连接；在下平面214上，第一导电磁性金属202的指状结构经由导体片260电性连接。请参照图3，上平面212上的指状结构经由短接262电性连接至下平面214上的指状结构，其中短接262在第一导电磁性金属202上的其中一端。

由上述本发明较佳实施例可知，在本发明的磁性电容器的体积与传统平行板电容器相同的情况下，本发明的结构可增加电容值。且除了增加电容值之外，所需的导体材料减少，是由于使用不同平行板上相邻的指状结构产生电容值，而传统平行板电容器只靠两块平行板产生电容值。如此一来，本发明的平行板磁性电容器所需的介电物质增加，使得该平行板磁性电容器的重量减轻。

换句话说，假如电容值不需要增加，在本发明的平行板磁性电容器的电容值与传统平行板电容器相同的情况下，那么电容器的体积可以缩小。依照上述实施例的电容器，使用相同的几何结构，电容器可扩充至数个平面，由上述实施例可知一结构图，其中该结构图包含两个第一柱状电极分别位于不同平面的相对的角落；两个第二柱状电极分别位于不同平面的剩余角落，其中第一柱状电极具有一第一电压，第二柱状电极具有与第一电压不同的一第二电压。举例来说，假如二第一柱状电极分别位于第一平面的右角落，以及第二平面的左角落；则二第二柱状电极分别位于第一平面的左角落，以及第二平面的右角落；一绝缘层位于第一柱状电极以及第二柱状电极之间，其中第一柱状电极以及第二柱状电极之间产生电容值。

根据上述的结构图，在第二平面下，可增加第三平面，用以扩充电容器。一第三柱状电极与一第四柱状电极在第三平面上，且第三柱状电极具有第一电压，第四柱状电极具有第二电压，同样地，第三平面上的第三柱状电极和第四柱状电极会与第二平面上的第一和第二柱状电极间产生电容值。

根据前述实施例，介电材料可围绕于磁性层之间，以获得巨磁电容(colossalmagneto capacitance)，而介电材料在组件操作时其等效介电常数可高达10⁹的数量级数。此外，磁性电容器在制作上相较于传统平板电容器而言，可节省原先所需的重量、体积和制作成本，而成为具有高附加价值的电容器。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种平行板磁性电容器，其特征在于，包含：

一第一导电磁性金属，具有一第一上指状结构位于一上平面，以及一第一下指状结构位于一下平面，该第一上指状结构电性连接于该第一下指状结构；

一第二导电磁性金属，具有一第二上指状结构以及一第二下指状结构，该第二上指状结构与该第二下指状结构相互电性连接，该第二上指状结构位于该上平面，该第二上指状结构位于该第一上指状结构旁而形成一第一界面，该第二上指状结构并位于该第一下指状结构之上而形成一第二界面，该第二下指状结构位于该下平面，该第二下指状结构位于该第一下指状结构旁而形成一第三界面，该第二下指状结构并位于该第一上指状结构之下而形成一第四界面；以及

一介电材料位于该第一导电磁性金属以及该第二导电磁性金属间，并位于该第一界面、该第二界面、该第三界面以及该第四界面之中；

其中当该第一导电磁性金属和该第二导电磁性金属经电性偏压后，该第一导电磁性金属和该第二导电磁性金属具有磁性极化于本身中，使得该第一导电磁性金属和该第二导电磁性金属與该介电材料共同产生磁性电容，其中该第一导电磁性金属的磁性极化方向和该第二导电磁性金属的磁性极化方向相反。

2.根据权利要求1所述的平行板磁性电容器，其特征在于，该第一上指状结构、该第一下指状结构、该第二上指状结构以及该第二下指状结构是磁性金属线。

3.根据权利要求1所述的平行板磁性电容器，其特征在于，当该第一导电磁性金属以及该第二导电磁性金属载有电压而具有磁性极化时，该第一界面，该第二界面，该第三界面，以及该第四界面则相对产生该第一电容值，该第二电容值，该第三电容值，以及该第四电容值。

4.根据权利要求3所述的平行板磁性电容器，其特征在于，该第一电容值、该第二电容值、该第三电容值以及该第四电容值之和为该磁性电容器的一总电容值。

5.根据权利要求1所述的平行板磁性电容器，其特征在于，该第一导电磁性金属还包含一第三上指状结构位于该上平面，该第三上指状结构位于该第二上指状结构的另一旁而形成一第五界面，该第三上指状结构电性连接于该第一下指状结构。

6.根据权利要求5所述的平行板磁性电容器，其特征在于，该第五界面产生该电容器的一第五电容值。

7.根据权利要求5所述的平行板磁性电容器，其特征在于，该第二导电磁性金属还包含一第三下指状结构位于该下平面，该第三下指状结构位于该第三上指状结构的另一旁而形成一第六界面，该第三下指状结构电性连接于该第二上指状结构。

8.根据权利要求7所述的平行板磁性电容器，其特征在于，该第六界面产生该电容器的一第六电容值。

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