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KR100982455B1 - 전기 에너지 저장 장치 - Google Patents

전기 에너지 저장 장치 Download PDF

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KR100982455B1
KR100982455B1 KR1020080040625A KR20080040625A KR100982455B1 KR 100982455 B1 KR100982455 B1 KR 100982455B1 KR 1020080040625 A KR1020080040625 A KR 1020080040625A KR 20080040625 A KR20080040625 A KR 20080040625A KR 100982455 B1 KR100982455 B1 KR 100982455B1
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dielectric
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차이 라이 제임스
알렌 에이건 톰
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노던 라이트 세미컨덕터 코포레이션
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Abstract

본 발명에 따른 전기 에너지 저장 장치는 제1 자기 유닛, 제2 자기 유닛 및 유전체 섹션을 포함한다.　상기 제1 자기 유닛은 제1 자기 섹션 및 제2 자기 섹션을 가진다.　 상기 제2 자기 유닛은 제3 자기 섹션 및 제4 자기 섹션을 가지고,　상기 유전체 섹션은 제1 자기 유닛과 제2 자기 유닛 사이에 구성된다.　 상기 유전체 섹션은 전기 에너지를 저장하도록 배열되고, 제1 자기 섹션, 제2 자기 섹션, 제3 자기 섹션 및 제4 자기 섹션의 쌍극자는 전기 에너지의 누출을 방지하도록 배열된다.
전기 에너지, 충전, 방전, 에너지 저장, 자성체, 유전체

Description

전기 에너지 저장 장치 {APPARATUS AND METHOD TO STORE ELECTRICAL ENERGY}
본 발명은 전기 에너지를 저장하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.　 특히, 본 발명은 전기 에너지를 저장하기 위한 자기 소자에 관한 것이다.
에너지 저장 부품은 우리의 생활에 있어서 매우 중요하다.　 휴대용 기기에 사용되는 회로 및 배터리에 사용되는 커패시터와 같은 부품, 즉 전기 에너지 저장 부품은 전기 기기의 성능 및 작동 시간에 영향을 준다.
그러나, 종래의 에너지 저장 부품은 몇 가지 문제점을 갖는다.　 예를 들어, 커패시터는 전체적인 성능을 저하시키는 전류 누설의 문제가 있다.　 배터리는 부분적으로 충전/방전하여 전체적인 성능을 저하시키는 메모리 문제가 있다.
거대 자기저항 효과(Giant Magnetoresistance Effect, GMR)는 얇은 자기 섹션 및 얇은 비자기 섹션이 교호로 형성된 구조에서 볼 수 있는 양자역학 효과이다.　 인가되는 외부장(external field)에 따라 전기 저항이 영자장 고저항(zero-field high resistance) 상태에서 고자장 저저항 상태까지 상당히 변화하는 것을 GMR효과 에서 볼 수 있다.
그러므로, GMR효과는 좋은 성능을 가지는 절연체가 되도록 사용될 수 있다.　 따라서, GMR효과를 가지는 장치가 전기 에너지를 저장하도록 구현될 수 있다.　 상기와 같은 이유로, 전기 에너지를 저장하기 위하여 GMR효과를 가지는 장치가 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 전기 에너지를 저장하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 전기 에너지 저장 장치는 제1 자기 유닛, 제2 자기 유닛 및 유전체 섹션을 포함한다.　상기 제1 자기 유닛은 제1 자기 섹션 및 제2 자기 섹션을 가진다.　 상기 제2 자기 유닛은 제3 자기 섹션 및 제4 자기 섹션을 가진다.　 상기 유전체 섹션은 상기 제1 자기 유닛과 제2 자기 유닛 사이에 형성된다.　 상기 유전체 섹션은 전기 에너지를 저장하도록 배열되고, 쌍극자를 가지는 상기 제1 자기 섹션, 제2 자기 섹션, 제3 자기 섹션 및 제4 자기 섹션은 전기 에너지의 누출을 방지하도록 배열된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전기 에너지를 저장하기 위한 장치는, 각각이 두 개의 자기 섹션을 가지는 다수 개의 자기 유닛과, 인접하는 두 개의 자기 유닛 사이에 각각 구성되는 다수 개의 유전체 섹션을 포함한다.　 상기 다수 개의 유전체 섹션은 전기 에너지를 저장하도록 배열되고, 쌍극자를 가지는 상기 다수개의 자기 섹션은 전기 에너지의 누출을 방지하도록 배열된다.
상기의 일반적인 설명 및 하기의 상세한 설명은 모두 예시적인 것으로 청구되는 본 발명의 추가 설명을 하기 위한 것으로 이해할 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 전기 에너지 저장 장치는 유전체 섹션이 전기 에너지를 저장하고, 자기 섹션의 쌍극자가 전기 에너지 누출을 방지하여 전기 에너지 저장 장치의 용량을 증가시켜 전체적인 성능을 향상시킬 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.
본 발명의 다양한 특징, 태양 및 장점이 이하 상세한 설명, 부가된 청구항 및 첨부 도면을 참조하여 더 잘 이해될 것이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.　 가능한 한, 동일하거나 유사한 구성요소들을 참조하도록 도면과 상세한 설명에서 동일한 참조 번호들이 사용된다.
모든 도면은 단지 본 발명의 기본적인 교시(teachings)를 용이하게 설명하기 위하여 도시되고, 실시예를 구성하는 구성요소의 개수, 위치, 관계 및 치수와 관련한 도면의 확장은 하기의 설명을 읽고 이해한 후에 설명되거나, 본 발명의 기술 범위 내에 포함될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 에너지를 저장하기 위한 장치를 도시한다.　 전기 에너지를 저장하기 위한 장치는 제1 자기 유닛(110), 제2 자기 유닛(120) 및 유전체 섹션(130)을 포함한다.　 상기 제1 자기 유닛(110)은 제1 자기 섹션(114) 및 제2 자기 섹션(118)을 가진다.　 상기 제2 자기 유닛(120)은 제3 자기 섹션(124) 및 제4 자기 섹션(128)을 가진다.　 상기 유전체 섹션(130)은 상기 제1 자기 유닛(110)과 제2 자기 유닛(120) 사이에 형성된다.　상기 유전체 섹션(130)은 전기 에너지를 저장하도록 배열되고, 쌍극자(dipole, 예를 들어 113, 117, 123, 127)를 가지는 상기 제1 자기 섹션(114), 제2 자기 섹션(118), 제3 자기 섹션(124) 및 제4 자기 섹션(128)은 전기 에너지 누설을 방지하도록 배열된다.
상기 유전체 섹션(130)은 박막이고, 유전체 섹션(130)은 티탄산바륨(BaTiO3) 또는 산화티탄(TiO3)과 같은 유전성 재료로 구성된다.　 그러나, 유전성 재료가 완전한 절연체는 아니기 때문에　 소량의 전류가 유전체 섹션(130)을 통과한다.
따라서, 본 발명에 따른 전기 에너지 저장 장치는 상기 제1 자기 섹션(114)과 제2 자기 섹션(118) 사이에 구성되는 제1 도전성 섹션(115)을 더 포함한다.　 그리고 제3 자기 섹션(124)과 제4 자기 섹션(128) 사이에 구성되는 제2 도전성 섹션(125)을 더 포함한다.　 상기 제1 도전성 섹션(115) 및 제2 도전성 섹션(125)은 자기 섹션(114, 118, 124, 128)의 쌍극자(113, 117, 123, 127) 제어에 의해 도전체 또는 절연체가 되도록 배열된다.
즉, 두 개의 절연체인 제1 자기 유닛(110) 및 제2 자기 유닛(120)이 전류가 통과하는 것(즉, 전기 에너지의 누설)을 방지하기 위하여 필요하다.　상기 제1 자기 섹션(114), 제2 자기 섹션(118), 제3 자기 섹션(124) 및 제4 자기 섹션(128)은 박막이고, 쌍극자를 가지는 이들 네 개의 자기 섹션은 전기 에너지 누설을 방지하 도록 배열된다.
본 발명에 따른 전기에너지 저장 장치는 제1 자기 섹션(114), 제2 자기 섹션(118), 제3 자기 섹션(124) 및 제4 자기 섹션(128)의 쌍극자(113, 117, 123, 127)를 각각 제어하기 위하여 상기 제1 자기 섹션(114), 제2 자기 섹션(118), 제3 자기 섹션(124) 및 제4 자기 섹션(128) 주위에 각각 배치되는 여러 개의 금속 체(metal device, 도시되지 않음)를 더 포함한다.　 설계자 또는 사용자는 자기 섹션의 쌍극자를 제어하기 위한 외부장(External field)을 인가하기 위하여 금속 체를 사용한다.
상기한 설명으로부터, 설계자는 자기 섹션(114, 118, 124, 128)의 쌍극자(113, 117, 123, 127)를 제어할 수 있고, 유전체 섹션(130)과 협동하여 전기 에너지를 저장하고 전기 에너지의 누설을 방지한다.　
본 발명에 따른 전기에너지 저장 장치가 전기 에너지를 저장할 때, 제1 자기 유닛(110) 내의 제1 자기 섹션(114)과 제2 자기 섹션(118)의 쌍극자(113(←), 117(→))는 서로 다르고, 제2 자기 유닛(120) 내의 제3 자기 섹션(124)과 제4 자기 섹션(128)의 쌍극자(123(←), 127(→))는 서로 다르다.　
따라서, 제1 자기 유닛(110)과 제2 자기 유닛(120)은 전기 에너지 누설을 방지하고, 전기 에너지는 유전체 섹션(130) 내에 저장된다.
즉, 제1 자기 유닛(110)의 쌍극자(113, 117)가 서로 다르고 제2 자기 유닛(120)의 쌍극자(123, 127)가 서로 다를 때, 제1 자기 유닛(110)과 제2 자기 유닛(120)은 절연체가 된다.　 따라서, 전류의 누설이 감소한다.　 전류의 누설이 감소 하면, 더 오랜 시간 동안 에너지가 저장되고, 전기 에너지의 손실이 적어진다.
상기 부호 "→"는 자기 섹션의 쌍극자를 나타내기 위해 배열된 것이며, 상기 부호 "→"는 쌍극자의 방향을 제한하는 것은 아님을 주의하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전될 때의 장치를 도시한다.　 본 장치가 충전될 때, 제1 자기 유닛(110)과 제2 자기 유닛(120)은 전원(260)에 결합된다.　 전기 에너지는 전원(260)에서 유전체 섹션(130)으로 입력될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방전될 때의 장치를 도시한다.　 본 장치가 방전될 때, 제1 자기 유닛(110)과 제2 자기 유닛(120)은 부하 장치(370)에 결합된다.　 전기 에너지는 유전체 섹션(130)에서 부하 장치(370)로 출력된다.
전원 또는 부하 장치는 자기 섹션(114, 118, 124, 128)의 쌍극자에 쉽게 영향을 줄 수 있고, 그에 따라 상기 자기 유닛(110, 120)은 좋은 절연체가 아니다.　 따라서, 전류는 자기 섹션을 통과한다.
본 장치는 큰 용량을 가진 커패시터로 볼 수 있다.　 더우기, 본 장치는 배터리로 적용할 수 있다.　 배터리 기능을 가진 본 장치는 메모리 문제(memory problem)를 가져서는 안 된다.　 따라서, 본 장치는 성능의 손실 없이 완전 또는 부분 충전/방전이 가능하다.
이와 달리, 본 장치는 훨씬 더 많은 에너지를 저장하기 위하여 병렬로 하나의 커다란 배열을 형성하는데 사용될 수 있다.　 더욱이, 더 많은 에너지를 저장하기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이 여러 개의 본 장치가 적층될 수 있다.
도 4의 실시예에서는 세 개의 자기 유닛(110a, 110b, 110c)과 두 개의 유전체 섹션(130a, 130b)이 예로서 포함된다.　 전기 에너지를 저장하기 위한 본 장치는 여러 개의 자기 유닛(110a, 110b, 110c)과 여러 개의 유전체 섹션(130a, 130b)을 가진다.　 자기 유닛의 각각은 두 개의 자기 섹션을 가진다.　
상기 자기 유닛(110a)의 경우에는 두 개의 자기 섹션(114a, 118a)을 가진다.　 유전체 섹션은 두 개의 인접하는 자기 유닛 사이에 각각 구성된다.　 상기 유전체 섹션(130a)의 경우에는 인접하는 자기 유닛(110a, 110b) 사이에 구성되고, 상기 유전체 섹션(130b)의 경우에는 인접하는 자기 유닛(110b, 110c) 사이에 구성된다.　
상기 유전체 섹션(130a, 130b)은 전기 에너지를 저장하도록 배열되며, 쌍극자(113a, 117a, 113b, 117b, 113c, 117c)를 가지는 상기 자기 섹션(114a, 118a, 114b, 118b, 114c, 118c)은 전기 에너지의 누출을 방지하도록 배열된다.
본 장치는 자기 유닛 각각의 두 개의 자기 섹션 사이에 각각 구성되는 여러 개의 도전성 섹션을 더 포함한다.　 도전성 섹션(115a)의 경우에는 자기 유닛(110a)의 자기 섹션(114a, 118a) 사이에 구성되고, 도전성 섹션(115b)의 경우에는 자기 유닛(110b)의 자기 섹션(114b 및 118b) 사이에 구성된다.
더욱이, 본 장치는 자기 섹션의 쌍극자를 제어하기 위하여 자기 섹션 주위에 각각 배치되는 여러 개의 금속체(도시되지 않음)를 포함한다.
본 장치가 전기 에너지를 저장할 때, 자기 유닛 각각의 이들 두 개의 자기 섹션의 쌍극자는 서로 다르다.　 예를 들어, 본 장치가 전기 에너지를 저장할 때, 자기 유닛(110a) 내의 자기 섹션(114a, 118a)의 쌍극자(113a, 117a)는 서로 다르고, 자기 유닛(110b) 내의 자기 섹션(114b, 118b)의 쌍극자(113b, 117b)는 서로 다르 다.
본 장치가 충전될 때 자기 섹션은 부분적으로 전원에 결합되고, 본 장치가 방전될 때 자기 섹션은 부분적으로 부하 장치에 결합된다.　 즉, 본 장치가 충전 또는 방전될 때, 자기 섹션(114a, 118c)이 전원 또는 부하 장치에 결합되거나, 모든 자기 섹션이 전원 또는 부하 장치에 결합된다.
본 발명의 범위 및 정신에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 구성이 다양하게 변경 및 수정될 수 있음은 본 기술분야의 숙련자에게 자명할 것이다.　 이상의 관점에서, 후속하는 특허청구범위의 범위 내에 있는 한 본 발명의 변경 및 수정과 그의 등가물은 본 발명에 포함된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 에너지를 저장하기 위한 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전될 때의 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방전될 때의 장치를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치를 도시한다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110 : 제 1 자기 유닛 120 : 제 2 자기 유닛
130 : 유전체 섹션 114 : 제 1 자기 섹션
118 : 제 2 자기 섹션 124 : 제 3 자기 섹션
128 : 제 4 자기 섹션 113,117,123,127 : 쌍극자
260 : 전원 370 : 부하 장치

Claims (20)

  1. 제1 자기 섹션 및 제2 자기 섹션을 가지는 제1 자기 유닛과;
    제3 자기 섹션 및 제4 자기 섹션을 가지는 제2 자기 유닛과;
    상기 제1 자기 유닛과 제2 자기 유닛 사이에 형성된 유전체 섹션과;
    상기 자기 섹션 각각의 쌍극자를 각각 제어하기 위하여 상기 자기 섹션 주위에 각각 배치되는 다수의 금속체를 포함하고,
    상기 유전체 섹션은 전기 에너지를 저장하기 위해 배치되고, 쌍극자를 가지는 상기 제1 자기 섹션, 제2 자기 섹션, 제3 자기 섹션 및 제4 자기 섹션은 전기 에너지의 누출을 방지하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 섹션은
    박막인 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 섹션은
    유전성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자기 섹션과 제2 자기 섹션 사이에 형성된 제1 도전성 섹션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제3 자기 섹션과 제4 자기 섹션 사이에 형성된 제2 도전성 섹션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자기 섹션, 제2 자기 섹션, 제3 자기 섹션 및 제4 자기 섹션의 각각은 박막인 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전기 에너지 저장 장치가 전기 에너지를 저장할 때, 상기 제1 자기 섹션 및 제2 자기 섹션의 쌍극자는 서로 다른 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전기 에너지 저장 장치가 전기 에너지를 저장할 때, 상기 제3 자기 섹션 및 제4 자기 섹션의 쌍극자는 서로 다른 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 각각이 두 개의 자기 섹션을 가지는 다수의 자기 유닛과;
    두 개의 인접하는 자기 유닛 사이에 각각 형성된 다수의 유전체 섹션과;
    상기 자기 섹션 각각의 쌍극자를 각각 제어하기 위하여 상기 자기 섹션 주위에 각각 배치된 다수의 금속체를 포함하고,
    상기 유전체 섹션들은 전기 에너지를 저장하기 위해 배치되고, 쌍극자를 가지는 상기 자기 섹션들은 전기 에너지의 누출을 방지하기 위해 배치되는 전기 에너지 저장 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 다수의 유전체 섹션은 다수의 박막인 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 다수의 유전체 섹션은
    유전성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    각 자기 유닛의 상기 두 개의 자기 섹션 사이에 각각 형성된 다수의 도전성 섹션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    다수의 자기 섹션은
    다수의 박막인 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  17. 삭제
  18. 제12항에 있어서,
    상기 전기 에너지 저장 장치가 전기 에너지를 저장할 때, 각 자기 유닛의 상기 두 개의 자기 섹션의 쌍극자는 서로 다른 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 장치.
  19. 삭제
  20. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20010030391A (ko) * 1999-09-16 2001-04-16 니시무로 타이죠 자기 저항 효과 소자 및 자기 메모리 장치
KR100538972B1 (ko) 1999-09-28 2005-12-26 인피니언 테크놀로지스 아게 다가의, 자기 저항 기록/판독 메모리 및 상기 메모리의기록 및 판독 방법
KR20070106454A (ko) * 2006-04-28 2007-11-01 가부시끼가이샤 도시바 자기 저항 효과 소자 및 자기 메모리

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