DE102007033253A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Speichern elektrischer Energie - Google Patents

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie hat eine erste magnetische Einheit, eine zweite magnetische Einheit und einen dielektrischen Bereich. Die erste magnetische Einheit hat einen ersten magnetischen Bereich und einen zweiten magnetischen Bereich. Die zweite magnetische Einheit hat einen dritten magnetischen Bereich und einen vierten magnetischen Bereich. Der dielektrische Bereich ist zwischen der ersten magnetischen Einheit und der zweiten magnetischen Einheit konfiguriert. Der dielektrische Bereich ist eingerichtet, um elektrische Energie zu speichern, und die Dipole des ersten magnetischen Bereichs, des zweiten magnetischen Bereichs, des dritten magnetischen Bereichs und des vierten 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 eine erste magnetische Einheit, eine zweite magnetische Einheit und einen dielektrischen Bereich. Die erste magnetische Einheit hat einen ersten magnetischen Bereich und eine zweiten magnetischen Bereich. Die zweite magnetische Einheit hat einen dritten magnetischen Bereich und einen vierten magnetischen Bereich. Der dielektrische Bereich ist zwischen der ersten magnetischen Einheit und der zweiten magnetischen Einheit konfiguriert. Der dielektrische Bereich ist eingerichtet, um elektrische Energie zu speichern und die Dipole des ersten magnetischen Bereichs, des zweiten magnetischen Bereichs, des dritten magnetischen Bereichs und des vierten magnetischen Bereichs sind eingerichtet, um Leckstrom zu verhindern.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, hat die Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie mehrere magnetische Einheiten und mehrere dielektrische Bereiche sind jeweils zwischen zwei angrenzenden magnetischen Einheiten 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 Erfindung. Die Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie hat eine erste magnetische Einheit 110, eine zweite magnetische Einheit 120 und einen dielektrischen Bereich 130. Die erste magnetische Einheit 110 hat einen ersten magnetischen Bereich 114 und eine zweiten magnetischen Bereich 118. Die zweite magnetische Einheit 120 hat einen dritten magnetischen Bereich 124 und einen vierten magnetischen Bereich 128. Der dielektrische Bereich 130 ist zwischen der ersten magnetischen Einheit 110 und der zweiten magnetischen Einheit 120 konfiguriert. Der dielektrische Bereich 130 ist eingerichtet, um elektrische Energie zu speichern und der erste magnetische Bereich 114, der zweite magnetische Bereich 118, der dritte magnetische Bereich 124 und der vierte magnetische Bereich 128 mit Dipolen (wie beispielsweise 113, 117, 123 und 127) sind eingerichtet, um Leckstrom zu verhindern.
  • Der dielektrische Bereich 130 ist eine Dünnschicht und der dielektrische Bereich 130 ist aus dielektrischem Materialien, 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 hat die Vorrichtung einen ersten leitfähigen Bereich 115, der zwischen dem ersten magnetischen Bereich 114 und dem zweiten magnetischen Bereich 118 konfiguriert ist. Die Vorrichtung hat weiterhin einen zweiten leitfähigen Bereich 125, der zwischen dem dritten magnetischen Bereich 124 und dem vierten magnetischen Bereich 128 konfiguriert ist. Der erste leitfähige Bereich 115 und der zweite leitfähige Bereich 125 sind eingerichtet, um durch die Steuerung der Dipole 113, 117, 123 und 127 der magnetischen Bereiche 114, 118, 124 und 128 ein Leiter oder ein Isolator zu sein.
  • Und zwar werden zwei Isolatoren, die erste magnetische Einheit 110 und die zweite magnetische Einheit 120 benötigt, um den Strom vom Durchströmen (d. h. Leckstrom) abzuhalten. Der erste magnetische Bereich 114, der zweite magnetische Bereich 118, der dritte magnetische Bereich 124 und der vierte magnetische Bereich 128 sind Dünnschichten und diese vier magnetischen Bereiche mit den Dipolen werden verwendet, um Leckstrom zu verhindern.
  • Die Vorrichtung hat weiterhin mehrere Metallvorrichtungen (nicht gezeigt), die jeweils um den ersten magnetischen Bereich 114, den zweiten magnetischen Bereich 118, den dritten magnetischen Bereich 124 und den vierten magnetischen Bereich 128 herum angeordnet sind, um jeweils die Dipole 113, 117, 123 und 127 des ersten magnetischen Bereichs 114, des zweiten magnetischen Bereichs 118, des dritten magnetischen Bereichs 124 und des vierten magnetischen Bereichs 128 zu steuern. Der Konstrukteur oder Benutzer kann die Metallvorrichtungen verwenden, um externe Felder anzulegen, um die Dipole der magnetischen Bereiche zu steuern.
  • Aus der vorhergehenden Beschreibung kann der Konstrukteur die Dipole 113, 117, 123 und 127 der magnetischen Bereiche 114, 118, 124 und 128 steuern und mit dem magnetischen Bereich 130 zusammenarbeiten lassen, um elektrische Energie zu speichern und Leckstrom zu verhindern. Wenn die Vorrichtung elektrische Energie speichert, sind Dipole 113 (←) und 117 (→) des ersten magnetischen Bereichs 114 und des zweiten magnetischen Bereichs 118 in der ersten magnetischen Einheit 110 unterschiedlich und Dipole 123 (←) und 127 (→) des dritten magnetischen Bereichs 124 und des vierten magnetischen Bereichs 128 in der zweiten magnetischen Einheit 120 sind unterschiedlich. Folglich verhindern die erste magnetische Einheit 110 und die zweite magnetische Einheit 120 Leckstrom und elektrische Energie kann im dielektrischen Bereich 130 gespeichert werden.
  • Und zwar werden die erste magnetische Einheit 110 und die zweite magnetische Einheit 120 zu Isolatoren, wenn Dipole 113 und 117 der ersten magnetischen Einheit 110 unterschiedlich sind und Dipole 123 und 127 der zweiten magnetischen Einheit unterschiedlich 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 „→" angeordnet sind, um die Dipole der magnetischen Bereiche zu repräsentieren. Die Symbole „→" 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 die erste magnetische Einheit 110 und die zweite magnetische Einheit 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 die erste magnetische Einheit 110 und die zweite magnetische Einheit 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 114, 118, 124 und 128 leicht beeinflussen und die magnetischen Einheiten 110 und 120 sind daher keine guten Isolatoren. 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 drei magnetische Einheiten 110a, 110b, 110c und zwei dielektrische Bereiche 130a und 130b. Die Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie hat mehrere magnetische Einheiten 110a, 110b, 110c und mehrere dielektrische Bereiche 130a und 130b. Jede magnetische Einheit hat zwei magnetische Bereiche. So haben die magnetischen Einheiten 110a beispielsweise zwei magnetische Bereiche 114a und 118a. Die dielektrischen Bereiche sind jeweils zwischen zwei angrenzenden magnetischen Einheiten konfiguriert. So ist beispielsweise der dielektrische Bereich 130a zwischen den angrenzenden magnetischen Einheiten 110a und 110b konfiguriert; der dielektrischen Bereich 130b ist zwischen den angrenzenden magnetischen Bereichen 110b und 110c konfiguriert. Die dielektrischen Bereiche 130a und 130b sind eingerichtet, um elektrische Energie zu speichern und die magnetischen Bereiche 114a, 118a, 114b, 118b, 114c und 118c mit Dipolen 113a, 117a, 113b, 117b, 113c und 117c sind eingerichtet, um Leckstrom zu verhindern.
  • Die Vorrichtung hat weiterhin mehrere leitfähige Bereiche, die jeweils zwischen diesen zwei magnetischen Bereichen konfiguriert jeder magnetischen Einheit konfiguriert sind. So sind beispielsweise die leitfähigen Bereiche 115a zwischen den magnetischen Bereichen 114a und 118a in der magnetischen Einheit 110a konfiguriert und die leitfähigen Bereiche 115b sind zwischen den magnetischen Bereichen 114b und 118b in der magnetischen Einheit 110b konfiguriert.
  • 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 dieser zwei magnetischen Bereiche jeder magnetischen Einheit unterschiedlich. Wenn die Vorrichtung beispielsweise elektrische Energie speichert, sind die Dipole 113a und 117a der magnetischen Bereiche 114a und 118a in der magnetischen Einheit 110a unterschiedlich und die Dipole 113b und 117b der magnetischen Bereiche 114b und 118b in der magnetischen Einheit 110b sind unterschiedlich.
  • Wenn die Vorrichtung geladen wird, sind die magnetischen Bereiche teilweise mit einer Energiequelle verbunden und wenn die Vorrichtung entladen wird, sind die magnetischen Bereiche teilweise mit einer Lastvorrichtung verbunden. Und zwar sind die magnetischen Bereiche 114a und 118c mit der Energiequelle oder der Lastvorrichtung verbunden oder alle magnetischen Bereiche 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 (20)

  1. Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie, umfassend: eine erste magnetische Einheit mit einem ersten magnetischen Bereich und einem zweiten magnetischen Bereich; eine zweite magnetische Einheit mit einem dritten magnetischen Bereich und einem vierten magnetischen Bereich; und einen dielektrischen Bereich, der zwischen der ersten magnetischen Einheit und der zweiten magnetischen Einheit konfiguriert ist; wobei der dielektrische Bereich eingerichtet ist, um elektrische Energie zu speichern und der erste magnetische Bereich, der zweite magnetische Bereich, der dritte magnetischen Bereich und der vierte magnetischen 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, weiterhin umfassend einen ersten leitfähigen Bereich, der zwischen dem ersten magnetischen Bereich und dem zweiten magnetischen Bereich konfiguriert ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen zweiten leitfähigen Bereich, der zwischen dem dritten magnetischen Bereich und dem vierten magnetischen Bereich konfiguriert ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste magnetische Bereich, der zweite magnetische Bereich, der dritte magnetische Bereich und der vierte magnetische Bereich eine Dünnschicht ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Vielzahl von Metallvorrichtungen, die jeweils um die magnetischen Bereiche herum angeordnet sind, um den Dipol jedes der magnetischen Bereiche zu steuern.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dipole des ersten magnetischen Bereichs und des zweiten magnetischen Bereichs unterschiedlich sind, wenn die Vorrichtung elektrische Energie speichert.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dipole des dritten magnetischen Bereichs und des vierten magnetischen Bereichs unterschiedlich sind, wenn die Vorrichtung elektrische Energie speichert.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste magnetische Bereich und der vierte magnetische Bereich mit einer Energiequelle verbunden sind, wenn die Vorrichtung geladen wird.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste magnetische Bereich und der vierte magnetische Bereich mit einer Lastvorrichtung verbunden sind, wenn die Vorrichtung entladen wird.
  12. Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie, umfassend: eine Vielzahl magnetischer Einheiten, von denen jede zwei magnetische Bereiche hat; und eine Vielzahl dielektrischer Bereiche, die jeweils zwischen zwei angrenzenden magnetischen Einheiten konfiguriert sind; wobei die dielektrischen Bereiche eingerichtet sind, um elektrische Energie zu speichern und die magnetischen Bereiche mit Dipolen eingerichtet sind, um Leckstrom zu verhindern.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die dielektrischen Bereiche ein Vielzahl von Dünnschichten sind.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die dielektrischen Bereiche aus dielektrischem Material gebildet sind.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 12, weiterhin umfassend eine Vielzahl leitfähiger bereiche, die jeweils zwischen diesen zwei magnetischen Bereichen jeder magnetischen Einheit konfiguriert sind.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die magnetischen Bereiche eine Vielzahl von Dünnschichten sind.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 12, weiterhin umfassend eine Vielzahl von Metallvorrichtungen, die jeweils um die magnetischen Bereiche herum angeordnet sind, um jeweils den Dipol jedes der magnetischen Bereiche zu steuern.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Dipole dieser zwei magnetischen Bereiche unterschiedlich sind, wenn die Vorrichtung elektrische Energie speichert.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die magnetischen Bereiche teilweise mit einer Energiequelle verbunden sind, wenn die Vorrichtung geladen wird.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die magnetischen Bereiche teilweise mit einer Lastvorrichtung verbunden sind, wenn die Vorrichtung entladen wird.
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