DE102007033252A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Speichern elektrischer Energie - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie hat einen ersten magnetischen Bereich, einen zweiten magnetischen Bereich und einen dielektrischen Bereich, der zwischen dem ersten magnetischen Bereich und dem zweiten magnetischen Bereich konfiguriert ist. Der dielektrische Bereich ist eingerichtet, um elektrische Energie zu speichern, und Dipole des ersten magnetischen Bereichs und des zweiten magnetischen Bereichs sind eingerichtet, um Leckstrom zu verhindern.

Description

  • HINTERGRUND
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Speichern elektrischer Energie. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Magnetvorrichtung zum Speichern elektrischer Energie.
  • Stand der Technik
  • Teile zur Energiespeicherung sind in unserem Leben sehr wichtig. Bausteine wie Kondensatoren werden in Schaltkreisen und Batterien verwendet, welche in tragbaren Geräten verwendet werden, wobei die Teile zur Speicherung elektrischer Energie die Leistung und die Lebensdauer der elektrischen Geräte beeinflussen.
  • Allerdings haben herkömmliche Teile zur Energiespeicherung einige Nachteile. Beispielweise haben Kondensatoren den Nachteil des Leckstroms, der die Gesamtleistung verringert. Batterien haben den Nachteil des Memory-Effekts beim teilweisen geladen/entladen werden, der die Gesamtleistung verringert.
  • Der Riesen-Magnetwiderstandseffekt (GMR) ist ein quantenmechanischer Effekt, der in Strukturen mit abwechselnden dünnen magnetischen und dünnen nichtmagnetischen Bereichen beobachtet wird. Der GMR-Effekt zeigt eine signifikante Änderung des elektrischen Widerstands vom Zustand hohen Widerstands bei Nullfeld, zum Zustand niedrigen Widerstands bei hohem Feld gemäß einem angelegten äußeren Feld.
  • Folglich kann der GMR-Effekt verwendet werden, um der Isolator mit guter Leistung zu sein. Somit kann die Vorrichtung mit dem GMR-Effekt implementiert werden, um elektrische Energie zu speichern. Aus den vorhergehenden Gründen besteht ein Bedarf an einer Vorrichtung mit dem GMR-Effekt, um elektrische Energie zu speichern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Speichern elektrischer Energie bereitzustellen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, hat die Vorrichtung einen ersten magnetischen Bereich, einen zweiten magnetischen Bereich und einen dielektrischen Bereich, der zwischen dem ersten magnetischen Bereich und dem zweiten magnetischen Bereich konfiguriert ist. Der dielektrische Bereich ist eingerichtet, um elektrische Energie zu speichern. Der erste magnetische Bereich und der zweite magnetische Bereich mit Dipolen sind eingerichtet, um Leckstrom zu verhindern.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, hat die Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie mehrere magnetische Bereiche und mehrere dielektrische Bereiche sind jeweils zwischen zwei angrenzenden magnetischen Bereichen konfiguriert. Die dielektrischen Bereiche sind eingerichtet, um elektrische Energie zu speichern. Die magnetischen Bereiche mit Dipolen sind eingerichtet, um Leckstrom zu verhindern.
  • Es muss verstanden werden, dass die vorhergehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft sind und vorgesehen sind, um eine weitergehende Erklärung der beanspruchten Erfindung bereit zu stellen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
  • Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezug auf die folgende Beschreibung, die beigefügten Ansprüche und die begleitenden Zeichnungen besser verstanden werden, worin
  • 1 eine Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 2 die Vorrichtung zeigt, wenn die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geladen wird;
  • 3 die Vorrichtung zeigt, wenn die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entladen wird; und
  • 4 die Vorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Es wird nun detailliert Bezug auf die derzeitigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung genommen, von denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen illustriert sind. Wo immer möglich, werden dieselben Bezugszeichen in den Zeichnungen und der Beschreibung verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile Bezug zu nehmen.
  • Alle Figuren sind nur zur Erklärungsvereinfachung der grundlegenden Lehren der vorliegenden Erfindung erstellt; die Erstreckung der Figuren bezüglich Anzahl, Position, Verhältnis und Abmessungen der Teile, um die Ausführungsform zu bilden wird erklärt werden oder wird innerhalb der Fähigkeiten des Fachmanns liegen, nachdem die folgende Beschreibung gelesen und verstanden wurde.
  • 1 zeigt eine Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie hat einen ersten magnetischen Bereich 110, einen zweiten magnetischen Bereich 120 und einen dielektrischen Bereich 130, der zwischen dem ersten magnetischen Bereich 110 und dem zweiten magnetischen Bereich 120 konfiguriert ist. Der dielektrische Bereich 130 ist eingerichtet, um elektrische Energie zu speichern. Der erste magnetische Bereich 110 und der zweite magnetische Bereich 120 mit Dipolen (wie beispielsweise 115 und 125) sind eingerichtet, um Leckstrom zu verhindern.
  • Der dielektrische Bereich 130 ist eine Dünnschicht und der dielektrische Bereich ist aus dielektrischem Material, wie beispielsweise BaTiO3 oder TiO3 gebildet. Allerdings ist das dielektrische Material kein perfekter Isolator. Ein geringer Anteil an Strom durchströmt den dielektrischen Bereich 130.
  • Folglich werden der erste dielektrische Bereich 110 und der zweite dielektrische Bereich 120 benötigt, um den Isolationseffekt zu erzeugen, um den Strom vom Durchströmen abzuhalten (d. h. Leckstrom). Der erste und zweite magnetische Bereich 110 und 120 sind Dünnschichten und diese zwei magnetischen Bereiche mit den Dipolen werden verwendet, um Leckstrom zu verhindern.
  • Die Vorrichtung hat weiterhin eine erste Metallvorrichtung 140, die um den ersten magnetischen Bereich 110 herum angeordnet ist, wobei die erste Metallvorrichtung 140 eingerichtet ist, um die Dipole 115 des ersten magnetischen Bereichs 110 zu steuern. Die Vorrichtung hat auch eine zweite Metallvorrichtung 150, die um den zweiten magnetischen Bereich 120 herum angeordnet ist, wobei die zweite Metallvorrichtung 150 eingerichtet ist, um die Dipole 125 des zweiten magnetischen Bereichs 120 zu steuern. Der Konstrukteur oder Benutzer kann die erste Metallvorrichtung 140 und die zweite Metallvorrichtung 150 verwenden, um externe Felder anzulegen, um die Dipole der magnetischen Bereiche 110 und 120 zu steuern.
  • Die Positionen der Metallvorrichtung 140 und 150, wie in 1 gezeigt, sind nicht eingerichtet, um die Positionen der Metallvorrichtungen einzuschränken. Der Konstrukteur kann die Metallvorrichtung gemäß den aktuellen Anforderungen konfigurieren.
  • Aus der vorhergehenden Beschreibung kann der Konstrukteur die Metallvorrichtungen 140 und 150 verwenden, um die Dipole 115 und 125 der magnetischen Bereiche 110 und 120 zu steuern, und um Dipole 115 und 125 mit dem magnetischen Bereich 130 zusammenarbeiten zu lassen, um elektrische Energie zu speichern und Leckstrom zu verhindern. Wenn die Vorrichtung elektrische Energie speichert, sind die Dipole 115 (→) und 125 (→) des ersten magnetischen Bereichs 110 und des zweiten magnetischen Bereichs 120 gleich. Folglich verhindern der erste magnetische Bereich 110 und der zweite magnetische Bereich 120 Leckstrom und elektrische Energie kann im dielektrischen Bereich 130 gespeichert werden.
  • Und zwar weisen die Spinrichtungen der Elektronen des dielektrischen Bereichs 130 in eine Richtung, wenn die Dipole 115 und 125 des ersten magnetischen Bereichs 110 und des zweiten magnetischen Bereichs 120 dieselben sind. Der Leckstrom wird dadurch reduziert. Wenn der Leckstrom reduziert wird, wird die Energie für einen längeren Zeitraum gespeichert und es liegt ein geringerer Verlust an elektrischer Energie vor.
  • Es wird festgestellt, dass die Symbole „→" nur angeordnet sind, um die Dipole der magnetischen Bereiche zu repräsentieren, und sie sind nicht angeordnet, um die Dipolausrichtungen einzuschränken.
  • 2 zeigt die Vorrichtung, wenn die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geladen wird. Wenn die Vorrichtung geladen wird, sind der erste magnetische Bereich 110 und der zweite magnetische Bereich 120 mit einer Energiequelle 260 verbunden. Die elektrische Energie kann von der Energiequelle 260 in den dielektrischen Bereich 130 eingegeben werden.
  • 3 zeigt die Vorrichtung, wenn die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entladen wird. Wenn die Vorrichtung entladen wird, sind der erste magnetische Bereich 110 und der zweite magnetische Bereich 120 mit einer Lastvorrichtung 370 verbunden. Die elektrische Energie kann vom dielektrischen Bereich 130 in die Lastvorrichtung 370 ausgegeben werden.
  • Die Energiequelle oder die Lastvorrichtung kann die Dipole der magnetischen Bereiche 110 und 120 leicht beeinflussen und der Isolationseffekt der magnetischen Bereiche 110 und 120 ist daher nicht gut. Folglich kann der Strom durch die magnetischen Bereiche geleitet werden.
  • Die Vorrichtung kann als ein Kondensator mit großer Kapazität angesehen werden. Weiterhin kann die Vorrichtung als eine Batterie eingesetzt werden. Die Vorrichtung mit Batteriefunktion sollte nicht unter dem Nachteil des Memory-Effekts leiden. Folglich kann die Vorrichtung ohne Leistungsverlust ganz oder teilweise geladen/entladen werden.
  • Andererseits kann die Vorrichtung verwendet werden, um ein eine große Reihe paralleler Vorrichtungen zu erzeugen, um eine viel größere Energiespeicherung zu erzielen. Weiterhin können mehrere Vorrichtungen gestapelt werden, um eine viel größere Energiespeicherung zu erzielen, wie in 4 gezeigt.
  • Die Ausführungsform in 4 benötigt beispielsweise vier magnetische Bereiche 110a, 110b, 110c, 110d und drei dielektrische Bereiche 130a, 130b und 130. Die Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie hat mehrere magnetische Bereiche 110a, 110b, 110c, 110d und mehrere dielektrische Bereiche 130a, 130b und 130c, jeweils zwischen zwei angrenzenden magnetischen Bereichen konfiguriert. Beispielsweise ist der dielektrische Bereich 130a zwischen den magnetischen Bereichen 110a und 110b konfiguriert; der dielektrischen Bereich 130b ist zwischen den magnetischen Bereichen 110b und 110c konfiguriert. Die dielektrischen Bereiche 130a, 130b und 130c sind eingerichtet, um elektrische Energie zu speichern und die magnetischen Bereiche 110a, 110b, 110c, 110d mit Dipolen 115a, 115b, 115c und 115d sind eingerichtet, um Leckstrom zu verhindern.
  • Die Vorrichtung hat weiterhin mehrere Metallvorrichtungen (nicht gezeigt), die jeweils um die magnetischen Bereiche herum angeordnet sind, um Dipole der magnetischen Bereiche zu steuern.
  • Wenn die Vorrichtung elektrische Energie speichert, sind die Dipole 115a, 115b, 115c und 115d der magnetischen Bereiche 110a, 110b, 110c und 110d gleich.
  • Wenn die Vorrichtung geladen wird, sind die magnetischen Bereiche teilweise mit einer Energiequelle verbunden; wenn die Vorrichtung entladen wird, sind die magnetischen Bereiche teilweise mit einer Lastvorrichtung verbunden. Und zwar sind die magnetischen Bereiche 110a und 110d mit der Energiequelle oder der Lastvorrichtung verbunden oder alle magnetischen Bereiche 110a, 110b, 110c und 110d sind mit der Energiequelle oder der Lastvorrichtung verbunden, wenn die Vorrichtung geladen oder entladen wird.
  • Es wird für Fachleute ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen am Aufbau der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang oder dem Wesen der Erfindung abzuweichen. Hinsichtlich des Vorhergehenden ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung Modifikationen und Variationen dieser Erfindung abdeckt, falls sie in den Schutzumfang der nachstehenden Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.

Claims (18)

  1. Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie, umfassend: einen ersten magnetischen Bereich; einen zweiten magnetischen Bereich; und einen dielektrischen Bereich, der zwischen dem ersten magnetischen Bereich und dem zweiten magnetischen Bereich konfiguriert ist; wobei der dielektrische Bereich eingerichtet ist, um elektrische Energie zu speichern und der erste magnetische Bereich und der zweite magnetische Bereich mit Dipolen eingerichtet sind, um Leckstrom zu verhindern.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der dielektrische Bereich eine Dünnschicht ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der dielektrische Bereich aus dielektrischem Material gebildet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste magnetische Bereich eine Dünnschicht ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite magnetische Bereich eine Dünnschicht ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine erste Metallvorrichtung, die um den ersten magnetischen Bereich herum angeordnet ist, um einen Dipol des ersten magnetischen Bereichs zu steuern.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine zweite Metallvorrichtung, die um den zweiten magnetischen Bereich herum angeordnet ist, um einen Dipol des zweiten magnetischen Bereichs zu steuern.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dipole des ersten magnetischen Bereichs und des zweiten magnetischen Bereichs gleich sind, wenn die Vorrichtung elektrische Energie speichert.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste magnetische Bereich und der zweite magnetische Bereich mit einer Energiequelle verbunden sind, wenn die Vorrichtung geladen wird.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste magnetische Bereich und der zweite magnetische Bereich mit einer Lastvorrichtung verbunden sind, wenn die Vorrichtung entladen wird.
  11. Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie, umfassend: eine Vielzahl magnetischer Bereiche; und eine Vielzahl dielektrischer Bereiche, die jeweils zwischen zwei angrenzenden magnetischen Bereichen konfiguriert sind; wobei die dielektrischen Bereich eingerichtet sind, um elektrische Energie zu speichern und die magnetischen Bereiche mit Dipolen eingerichtet sind, um Leckstrom zu verhindern.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die dielektrischen Bereiche Dünnschichten sind.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die dielektrischen Bereiche aus dielektrischem Material gebildet sind.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die magnetischen Bereiche eine Vielzahl von Dünnschichten sind.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 11, weiterhin umfassend eine Vielzahl von Metallvorrichtungen, die jeweils um die magnetischen Bereiche herum angeordnet sind, um jeweils Dipole jedes der magnetischen Bereiche zu steuern.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Dipole der magnetischen Bereiche gleich sind, wenn die Vorrichtung elektrische Energie speichert.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die magnetischen Bereiche teilweise mit einer Energiequelle verbunden sind, wenn die Vorrichtung geladen wird.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die magnetischen Bereiche teilweise mit einer Lastvorrichtung verbunden sind, wenn die Vorrichtung entladen wird.
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