换电路512 来实现。发射器404可检测来自所述场的所使用的电力的此差异，并将这些改变解译为来 自接收器508的消息。应注意，可利用发射功率和负载行为的其它形式的调制。
[0061]接收电路510可进一步包含用以识别所接收能量波动的信令检测器与信标电路 514,所述能量波动可对应于从传输器到接收器的信息信令。此外，信令与信标电路514还 可用以检测减少的RF信号能量（S卩，信标信号）的发射，并将减少的RF信号能量整流成用 于唤醒接收电路510内的未经供电或电力耗尽电路的标称功率，以便配置接收电路510来 用于进行无线充电。
[0062] 接收电路510进一步包含用于协调本文所描述的接收器508的过程（包含本文所 描述的切换电路512的控制）的处理器516。还可在发生其它事件时发生接收器508的隐 匿，包含检测到向装置550提供充电电力的外部有线充电源（例如，墙壁/USB电源）。除控 制接收器的隐匿之外，处理器516还可监视信标电路514,以确定信标状态并提取从发射器 404发送的消息。处理器516还可调整DC到DC转换器522以便实现经改进的性能。
[0063] 图6是可用于图4的发射电路406中的发射电路606的一部分的不意图。发射电 路600可包含如上文在图4中所描述的驱动器电路624。如上文所描述，驱动器电路624可 为可经配置以接收方波并且输出待提供到发射电路650的正弦波的切换放大器。在一些情 况下，驱动器电路624可被称作放大器电路。将驱动器电路624示出为E类放大器；然而， 可根据本发明的实施例使用任何合适的驱动器电路624。驱动器电路624可通过来自如图 4中所示的振荡器423的输入信号602来驱动。驱动器电路624还可具备经配置以控制可 通过发射电路650递送的最大电力的驱动电压VD。为了消除或减少谐波，发射电路600可 包含滤波器电路626。滤波器电路626可为三极（电容器634、电感器632和电容器636) 低通滤波器电路626。
[0064] 滤波器电路626输出的信号可提供到发射电路650(包括天线614)。发射电路650 可包含具有电容620和电感（例如，可归因于天线的电感或电容或归因于额外电容器组件） 的串联谐振电路，其可在驱动器电路624所提供的经滤波信号的频率下谐振。发射电路650 的负载可由可变电阻器622表示。负载可为经定位以从发射电路650接收电力的无线电力 接收器508的功能。
[0065] 图7说明基于法拉第感应定律的非辐射能量传送，其可表达为：-,%f= VXiE(￡) 其中V X￡〇〇表示由交替磁场产生的电场的旋度。发射器形成初级，且接收器形成次级，其 分开达发射距离。初级表示产生交替磁场的发射天线。次级表示使用法拉第感应定律从交 替磁场提取电力的接收天线。
[0066] 通常，初级与次级之间存在的弱耦合可被认为是杂散电感。此杂散电感又增加电 抗，其自身可妨碍初级与次级之间的能量传送。可通过使用调谐到与工作频率的电抗相反 的精度的电容器来改进这种弱耦合系统的传送效率。当以此方式调谐系统时，其变成在其 工作频率下共振的经补偿变压器。电力传递效率于是仅受初级和次级中的损失限制。这些 损失本身由其品质或Q因子以及初级与次级之间的耦合系数定义。可使用不同调谐方法。 实例包含（但不限于）如在初级或次级（例如当任一者为开路时）处所经历的满电抗的补 偿，以及杂散电感的补偿。补偿还可被认为是源和负载阻抗匹配的一部分，以便最大化电力 传送。以此方式进行阻抗匹配可因此增加电力传送的量。
[0067] 随着发射器700与接收器750之间的距离D增加，发射的效率可降低。在增加的 距离处，可使用较大的环和/或较大的Q因子来改进效率。然而，当这些装置并入到便携式 装置中时，所述环的大小，因此其耦合及其Q因子可受便携式装置的参数限制。
[0068] 可通过减少天线损失来改进效率。一般来说损失可归于不完美地传导的材料，以 及环附近的涡电流。在较低频率（例如小于1MHz)下，可使用例如铁氧体材料等通量放大 材料来人工增加天线的大小。可固有地通过使磁场集中来减少涡电流损失。还可使用特殊 种类的电线来降低低频率下的电阻，例如成股或利兹线，以减轻集肤效应。
[0069] 共振电感能量传送的替代方案使用如本文所述的磁-机械系统。磁-机械系统可 为从交替磁场拾取能量，将其转换成机械能，且接着使用法拉第感应定律重新转换成电能 的能量接收系统的一部分。
[0070] 根据一实施例，磁机械系统由磁体（例如永磁体）形成，其以允许其在外部交替磁 场的力下振荡的方式安装。这将来自磁场的能量变换到机械能。在一实施例中，此振荡使 用围绕垂直于磁偶极子力矩m的向量的轴的旋转力矩，且也定位在磁体的重心中。这允许 平衡，且因此最小化重力的作用。施加到此系统的磁场产生力矩Τ=μu(mXH)。此力矩 趋向于使基本磁体的磁偶极子力矩沿场向量的方向对准。假定交替磁场，所述力矩使移动 磁体（s)加速，从而将振荡磁性能量变换成机械能。
[0071] 图8示意性地说明根据本文所述的某些实施例的实例磁性振荡器。图8的磁性振 荡器包括具有磁矩m(t)(例如具有恒定量值但角度为时变的向量，例如磁偶极子力矩）的 磁体800,以及通过至少一个弹簧（例如扭力弹簧810)机械耦合到底层衬底（未图示）的 磁体800。当无从磁场施加的力矩时，此弹簧将磁体保持在示出为801的位置处。将此无 力矩位置801视为0。磁性力矩导致磁体800抵抗弹簧的复原力而移动到位置802,抵抗具 有弹簧常数KR的弹簧的力。磁性振荡器可被认为是具有惯性力矩I且在与KjPI成比例 的频率下展现共振的扭摆。摩擦损失以及在大多数情况下极弱电磁辐射是由振荡磁矩所导 致。如果此磁性振荡器经受具有接近磁性振荡器的共振的频率的交替场HAe(t)，那么所述 磁性振荡器将以取决于所施加磁场的强度且在共振时达到最大峰值移位的角度移位Θ(t) 而振荡。
[0072] 根据另一实施例，弹簧的复原力中的一些或全部可由额外静态磁场H。代替。此静 态磁场可经定向以提供力矩!；=μ0(mXH。）。另一实施例可使用弹簧和静态磁场两者来产 生磁性振荡器的复原力。使用法拉弟感应，例如直流发电机原理来将机械能重新转换成电 能。这可例如用于如图9中所示缠绕在磁-电力系统900周围的感应线圈905。负载（例 如910)可跨线圈905连接。此负载表现为抑制所述系统且降低磁性振荡器的Q因子的机 械力矩。另外，当磁体正在振荡且因此产生强交替磁场分量时，且如果磁体正在导电，那么 磁体中将出现涡电流。这些涡电流也可促成系统损失。
[0073] -般来说，由耦合线圈中的电流产生的交替磁场也可产生某一涡电流。磁-机械 系统中的较小磁体可减少涡电流效应。根据实施例，使用较小磁体阵列，以便最小化此损失 效应。
[0074] 如果磁体的角度移位达到峰值，那么磁-机械系统将呈现饱和。可从外部Η场的 方向和强度，或通过用以保护扭力弹簧抵抗塑性变形的移位挡止件（例如915)的存在来确 定此峰值。这还可受封装限制，例如磁体元件的有限可用空间。通过修改电负载而导致的 断电可被视为控制饱和且因此防止损坏磁-机械系统的替代方法。
[0075] 根据一个实施例，且假定松耦合方案（例如弱耦合，例如在从大空间周围的大型 环形天线所产生的外部磁场收获的能量的情况下），当经加载的Q变为未经加载的Q的一半 时，可获得最佳匹配。根据实施例，将感应线圈设计成满足最大化输出功率的量的条件。如 果发射器与接收器之间的耦合较强（例如紧耦合方案），那么最佳匹配可利用经负载Q，其 显著小于未负载Q。
[0076] 当使用此类移动磁体的阵列时，形成所述阵列的磁体之间可存在互耦合。此互耦 合可导致内部力和退磁。根据实施例，所述磁体阵列可径向对称，例如球状体，常规的或长 球形，如图10A和10B中示出。图10A示出了磁化球体中的磁通量密度的并行场力线。图 10B示出了磁化球体中的对应磁场强度（H)。从这些图可看出，成形为三维阵列的球状体中 的磁体之间可存在几乎零移位力。
[0077] 因此，所述磁体优选与示出为1000的球状体或圆盘的轴一致。这导致内部力对于 磁体的角度移位变为零。这导致谐振频率将仅由机械系统参数界定。球体具有这些有利因 数，但还可具有低至1/3的退磁因子，其中最佳退磁因子为一。假定轴在所有方向上的定向 相等，也可使用圆盘形阵列。如果圆盘半径比其厚度大得多，且如果磁体适当地定向并悬 浮，那么圆盘形3D阵列也可导致低移位力。光盘可具有较高磁化因子，例如较接近1。
[0078] 圆盘的磁化因子将取决于宽度/直径比率。可将圆盘形阵列封装成较适合于集成 到装置中的形状因子，因为球状体并不具有可容易使用而不增加主机装置的厚度的平坦部 分。
[0079] 下文是磁-机械系统与亚铁磁性材料（铁酸盐）的比较。可将亚铁磁性材料或铁 酸盐模制为磁-机械系统，或相反，可将磁-机械系统认为是具有不可用经典的铁氧体材料 实现的特殊特性的铁酸盐。这将在下文展示：
[0080] 在亚铁磁性物质中，邻近原子的磁矩与反铁磁材料中的磁矩相反地对准，但所述 矩并不完全补偿，使得存在净磁矩。然而，此净磁矩比可用于永磁体的铁磁性材料中小。
[0081] 尽管存在较弱的磁性效应，但这些亚铁磁性材料中的一些，被称为铁酸盐，具有较 低的电导率。这使得这些材料在AC电感器和变压器的核心中有用，因为感应涡电流较低。
[0082] 低电导率也可在由众多小基本磁体组成的磁-机械系统中找到，所述基本磁体彼 此电绝缘，使得涡电流衰减。
[0083] 结晶铁磁性和亚铁磁性材料可磁畴（也称为外斯畴（Weissdomains))中构造。磁 畴中的原子对准，使得产生净磁矩。这些磁畴可被认为是磁-机械系统的磁体。
[0084] 在许多磁性材料中，在不同程度上，磁畴磁化趋向于沿主晶体方向中的一者自身 对准。此方向成为容易磁化方向，且表示最小能量的状态。在铁氧体材料中，晶体磁畴的方 向可被视为随机定向的，使得如果不施加外部磁场，那么存在彻底抵消，且宏观等级下的所 得净磁矩为零。这与其中"基本"磁体相等定向的磁-机械系统相反。
[0085]为了使结晶磁畴的磁矩在另一（非容易）方向上旋转，取决于旋转角度，需要某一 力和功。如果亚铁磁性材料经受外部磁场，那么执行此功。
[0086]如果移除外部场，那么磁-机械系统的将磁畴的磁定向设定回到其最小能量状态 的力（例如机械或磁性）可被认为是磁-机械系统的扭力弹簧。由于铁酸盐中的晶体磁畴 具有不同形状和大小，因此它们看起来为不同弹簧常数。在磁-机械系统中，基本振荡器可 具有相等弹黄常数。
[0087]较强外部场致使较多磁畴与外部磁场所给定的方向对准或较好对准。此效应被称 作磁性极化。这在数学上可表达为：
[0088]B=μ〇H+J=μ〇(Η+Μ) =μ〇μrH
[0089] 其中J是磁性极化，Μ是磁化，且μ1^是相对磁导率。
[0090] 磁化效应可被认为是使用可旋转磁矩，使接收位置处的磁通量密度放大因子μρ 磁通量密度的局部放大的此原理是上述磁-机械系统固有的。因此，相对磁导率可归于 磁-机械系统。在共振系统中，此相对磁导率将为频率的函数，且达到接近谐振频率的最大 值。
[0091]用于改变可出现在铁氧体材料中的畴磁化的另一机制是磁化方向保持相同，但个 别磁畴所占用的体积可变化。在此称为畴壁运动的过程中，磁化方向最接近于场方向的磁 畴变得较大，而较不利定向的那些磁畴的大小缩减。
[0092] 这种类型的磁化过程不同于如上文所描述的磁-机械系统的磁化过程。如果外部 磁场不断增加，那么铁氧体材料将逐渐磁化，直到达到饱和点为止。饱和是磁畴的净磁矩最 大限度地与外部磁场对准的状态。
[0093] 如上文所描述，当基本磁体的角度移位达到最大峰值角度移位时，磁-机械系统 饱和。当施加交替的外部磁场时，动态行为不同。出于此目的，可考虑块体铁氧体材料的磁 化过程。考虑铁氧体的典型磁化曲线（M为外部场Η的函数），可识别其中铁氧体显示不同 动态行为的三个主区。
[0094] 在低磁化下，畴壁移动和旋转主要是可逆的。可逆意味着不同于滞后效应，当增加 外部场且接着再次减少到其原始场强度时，可返回到原始磁化条件。
[0095] 磁化曲线的第二区是其中磁化斜率（Μ对Η)较大且其中发生不可逆畴壁运动的一 个区。
[0096]曲线的第三区段是不可逆畴旋转中的一者。此处，斜率非常平，指示与外部磁场一 致地旋转其余畴磁化需要较高场强度。
[0097]不可逆畴壁运动或畴旋转以或多或少明显的方式来解释所有铁酸盐所呈现的磁 化曲线中的众所周知的滞后作用。滞后作用意味着相对于外部磁场的磁化或感应Β滞后。 因此，在不知道铁氧体样本的先前磁性历史的情况下，无法指定给定场Η处的感应Β。因此， 滞后作用可被认为是所述材料固有的记忆。
[0098] 包含于磁滞回线中的区域是例如因交替外部磁场而产生的环状磁化过程中所引 发的磁性损失的量度。
[0099] 相对于无线能量传送的应用，将存在至少将铁氧体驱动到第二磁化区中的要求， 其中滞后损失通常变得相当大。此要求例如对于通信接收器天线是不同的。然而，本文对 此不作进一步展示。
[0100] 在较高频率下，可在铁氧体材料中识别两个主要损失促成因素：
[0101] -归因于不可逆磁畴变化的滞后损失；以及
[0102] -归因于铁氧体中的残余导电性的涡电流损失。滞后损失与频率成比例地增加，因 为围绕磁滞回线循环一次的能量与速度无关。涡电流损失具有使磁滞回