選擇性可控電磁屏蔽的製作方法

2023-04-25 21:21:06 1

專利名稱：選擇性可控電磁屏蔽的製作方法
技術領域：
本發明涉及電磁屏蔽，並且更特別地涉及用於提供對電磁屏蔽的選擇性控制的系統和方法。
背景技術：
近年來，在商業和住宅背景下實現無線功率傳輸系統的努力已廣泛增加。無線電力系統提供了用於大範圍電動設備的消除電源/充電線的前景，所述電動設備不僅包括手持式電子裝置，諸如蜂窩電話、媒體播放器、無線耳機和個人數字助理，而且包括較高功率設備，諸如器械、工具和電動車輛。有效的感應功率傳輸已變成增加科學興趣的領域，因為其能夠解決與傳統有線或接觸式功率傳輸相關聯的某些問題。這些包括但不限於在如水下和地下應用的地方中的腐蝕、機械摩擦、混亂和不切實際。通過全部用高級功率電子裝置實現的電磁感應、電路頻率諧振的最優化，此無線能量傳輸得以改善。此技術的組成部分中的一個是入射電磁場到精確位置的精確輸送，在那裡其被轉換成功率而不將這些場低效地廣播到周圍區域中。感應無線功率傳輸系統在不需要有線或任何直接電接觸的情況下使用電磁場來將功率從電源傳輸到遠程設備。給定電磁場的性質的情況下，許多常規無線電力系統利用無線電源與遠程設備之間的相對緊密對準來提供改善的性能。這已導致無線功率傳輸系統的開發，其中，將遠程設備放置在特定位置上或與特定位置相距相對小的距離內。例如，已知在無線電源(例如初級設備)中和遠程設備(例如次級設備)中使用並行平面螺旋線圈，其在功率傳輸期間以面對面關係同心地對準。在這些類型的系統中，初級設備和次級設備通常具有類似尺寸。在某些已知解決方案中，無線電源在外殼或塢(dock)中，具有迫使可攜式設備被放置在特定目標位置上和特定取向上的特徵表面。雖然提供了有效的功率傳輸，但這些類型的系統缺少在某些應用中可能期望的期望量的位置自由度。雖然消除電源/充電線本身是顯著且有意義的優點，但是如果減少或消除了對無線電源與遠程設備之間的緊密對準的需要，則無線功率傳輸可能甚至更有吸引力。從用戶角度出發，可能期望能夠將可攜式設備放置在充電錶面的邊界內的隨機位置上和隨機取向上。如果目標區域基本上大於次級設備，因此允許來自特定放置和取向的自由度，則對於用戶而言可能是甚至更加期望的。帶著這個想法，已經開發了許多無線功率傳輸系統以提供在遠程設備與無線功率傳輸源對準方面的增加的空間自由度。例如，已知使用大初級線圈來向位於大初級線圈的直徑內的一個或多個較小次級線圈發送功率。雖然提供了增加的空間自由度，但大初級線圈可能增加雜散電磁場並使寄生損耗顯著增加。利用充電錶面內的大線圈，線圈可能在整個充電錶面上發射雜散電磁場。雜散電磁場可以與放置在充電錶面上的一個或多個遠程設備內的金屬以及可能放置在充分接近於無線電源之內的其他金屬物體相交互。例如，雜散電磁場可以促使遠程設備內的金屬加熱，從而將遠程設備加熱。作為另一示例，雜散電磁場可以將接近於無線電源放置的鑰匙、硬幣或其他金屬物體加熱。為了提供對雜散電磁場的影響的某些限制，電源和/或遠程設備可以具有能夠指引電磁場的形狀的附加磁通量引導材料。這些材料可以被布置成幫助在有或沒有遠程設備的情況下限制場影響金屬。作為示例，可以將通量引導材料放置在線圈與電池或印刷電路板之間，以減少/消除磁場對電池或印刷電路板的影響。用於提供增加的空間自由度的另一常規選項是通過使用感應線圈，其在充電錶面後面、下面或上面移動以與可攜式設備自對準。在這些解決方案中，線圈可以通過磁吸引自動地或通過電動化機構或通過手動調整或機制進行移動。這些類型的系統可能包括相對複雜的機械和/或機電系統，其可能顯著地增加成本並產生可靠性問題。例如，機械組件涉及移動部分趨向於比純電子系統更可能失效。基於磁吸引的系統可能具有將隨吸引磁體的強度和移動初級設備所需的力的量而變化的有限移動範圍。除成本和可靠性問題之外，電動化系統要求用於初級設備移動至適當位置中的時間。手動調整的系統要求人的幹預，並且因此可能不如其將在如果可以將遠程設備隨機地放置在大的區域內並遺忘的情況下那樣方便。在其他常規系統中，通過使用在充電錶面後面、下面或上面的線圈陣列，實現了位置自由度。這些陣列可以包括固定、離散充電位置，諸如具有被布置成允許多個設備並排地充電的兩個或多個初級線圈的充電板。在陣列的其他實施例中，可以存在多層線圈，其以允許次級設備在充電器上的較不離散定位的方式進行重疊。陣列型系統要求多個線圈，並且因此可能實現起來更加昂貴。其還可能涉及相對複雜的控制，諸如附加電子硬體，以便確定陣列中的哪個或哪些線圈將進行激勵，並選擇性地將該線圈切換至適當的配置以向遠程設備提供功率。要滿足針對方便的可攜式設備的日益增加的消費者需求的需要是探索緊密耦合的感應功率傳輸的潛力的強大推動力。在各種出版物中已經詳細地描述了這種技術的基本概念。然而，要相信的是針對用於感應功率傳輸的磁通量的精確輸送的問題的討論還是不足的，在大多數傳輸板中情況都是這樣。可以將某些問題描述為空間自由度的問題(也就是說，能夠在功率傳輸表面或發射板上的不同位置處接收功率)以及電磁場廣播的問題(也就是說，保證磁通量基本上局限於通量接收系統且不會明顯地傳輸至環境中)。給定幹擾、寄生加熱和規章性排放限制的挑戰的情況下，這些是對於該技術而言具有某種重要性的領域。傳統上已使用功率電子裝置在不活動時段期間關閉傳輸來解決電磁場廣播的此問題，但是即使這種技術也具有由於通信電路的存在而被廣播的殘餘功率。此外，包括單線圈傳輸系統的此類技術一般僅適用於小表面面積傳輸板，其不會同時對多個設備供電。在寬表面面積充電系統(輸送功率到多個遠程設備)的情況下，在解決多接收機傳輸的文獻中都尚未在很大程度上討論場廣播挑戰。這是因為由於一個遠程設備的去除而關閉特定位置處的電路將剝奪另一遠程設備的功率。相反，如果電子算法在多個設備正在被充電時不包括一個位置處的系統的關閉，則可能發生到周圍環境中的磁場廣播的情況，具有其不利影響。

發明內容
本發明提供了一種選擇性可控電磁屏蔽。在一個實施例中，本發明提供了一種電磁屏蔽和用於在屏蔽中選擇性地生成孔的機構。用於在屏蔽中選擇性地生成孔的機構可以是磁場源，其生成具有基本上使屏蔽的全部或一部分飽和的足夠強度的磁場，從而本質上暫時去除其屏蔽性質。例如，可以使用永磁體或DC電磁體來選擇性地使屏蔽飽和。在其未飽和狀態下，磁屏蔽具有高磁導率，使得其將電磁場吸引到其本身中並充當用於磁場的通量路徑。實際上，該屏蔽指引大部分磁場流過屏蔽，使得從屏蔽的一側通過至另一側的場的量顯著降低。一旦飽和(在存在外部磁場的情況下)，基本上降低了屏蔽的磁導率，使得磁場線不再以相同的程度被吸引到屏蔽中。結果，一旦飽和，則降低了飽和區域中的屏蔽的有效性，並且基本上更大量的電磁場可以流過被磁體飽和的區域中的屏蔽或在其周圍流動。在一個實施例中，可以使用局部化飽和來提供屏蔽中的區域化孔。例如，當期望電磁場在所選區域內很大程度上穿透時，僅使屏蔽的一部分飽和可能是有益的。可以將本發明結合到無線電力系統中，以使得無線電源能夠通過屏蔽材料向遠程設備發送功率。可以在初級設備與次級設備之間布置一層屏蔽材料以引導由初級設備產生的磁場。當未飽和時，屏蔽將大部分磁場吸引到其本身中，提供用於場線返回至初級設備的路徑。可以通過向材料或材料的區域施加磁場以改變材料的磁導率來選擇性地使屏蔽材料飽和，使得在飽和區域中，場線不再被保持在屏蔽材料內。而是，磁場在很大程度上能夠自由地從無線電源流動至飽和區域中的遠程設備。在一個實施例中，遠程設備包括一個或多個磁體，諸如永磁體，其在被放置在無線電源的充電錶面上時使接近於該一個或多個磁體的屏蔽材料飽和以產生孔，以允許磁場穿過屏蔽材料至遠程設備。可以選擇一個或多個磁體並放置在遠程設備內以打開適當尺寸和位置的孔，以允許磁場傳遞至遠程設備的次級設備，同時繼續將雜散場限制在屏蔽的其他區域中。例如，可以選擇一個或多個磁體的數目、尺寸、形狀和材料性質以控制孔的特性。在一個實施例中，存在具有使屏蔽材料飽和的足夠強度的一個或多個永磁體。在另一實施例中，磁體是一個或多個DC電磁體，其能夠被選擇性地開啟以在期望時選擇性地使屏蔽材料飽和。在一個實施例中，無線電源包括一個或多個電磁體，其能夠被選擇性地啟用以在期望時在屏蔽中產生一個或多個孔。在一個實施例中，所述一個或多個電磁體是DC電磁體。無線電源可以具有用於確定遠程設備在何時以及何處被放置在充電錶面上的電路。其還可以包括用於激活一個或多個適當DC電磁體以允許磁場與一個或多個遠程設備有效地耦合，同時在很大程度上在充電錶面的其他區域中包含電磁場的電路。例如，無線電源可以啟用鄰近於放置在充電錶面上的遠程設備的位置的一個或多個DC電磁體，以僅在遠程設備的位置處打開通過屏蔽孔。在一個實施例中，可以與補充屏蔽相組合地使用選擇性可控磁屏蔽。在一個實施例中，無線電源包括鄰近於與充電錶面相對的初級設備布置的補充屏蔽。補充屏蔽可以例如幫助限制磁場到無線電源的電子裝置和到在無線電源外面的有損材料的流動。可以將補充屏蔽如此設置，使得其不被用來在選擇性可控磁屏蔽中打開孔的磁場所飽和。此配置可以由組件內的屏蔽的材料選擇、材料厚度、幾何放置及其他因素來實現。結果，補充屏蔽可以繼續是有效屏蔽，即使當已經打開孔時。類似地，遠程設備可以包括補充屏蔽，其可以被布置在遠程設備的次級設備與電子裝置之間。補充屏蔽可以幫助限制磁場到遠程設備的電子裝置和到遠程設備外面的元件的流動。可以將遠程設備的補充屏蔽如此配置，使得其不被用來在選擇性可控磁屏蔽中打開孔的磁場所飽和。此配置可以由組件內的屏蔽的材料選擇、材料厚度、幾何放置及其他因素來實現。結果，遠程設備的補充屏蔽可以繼續是有效屏蔽，即使當已經打開孔時。在一個實施例中，無線電源包括被磁屏蔽覆蓋的大橢圓形線圈。在本實施例中，可以在沿著橢圓形線圈的本質上任何位置處放置一個或多個遠程設備，並且可以在那些選擇位置處使屏蔽飽和，以允許由初級線圈生成的磁場更容易地穿透屏蔽以與遠程設備中的次級線圈耦合。例如，每個遠程設備可以承載具有使磁屏蔽的適當區域飽和的足夠強度的磁體，諸如永磁體。作為另一示例，無線電源可以包括多個電磁體，例如沿著初級線圈的長度布置的DC電磁體。可以將一個或多個適當的電磁體激活以在鄰近於一個或多個遠程設備的屏蔽中打開孔，同時，屏蔽的未飽和區域繼續在很大程度上包含磁場的流動。在一個實施例中，無線電源包括被磁屏蔽覆蓋的初級線圈陣列。在本實施例中，可以將一個或多個遠程設備放置在線圈陣列上的本質上任何位置處。無線電源可以同時地對所有線圈供電，或者可以將其配置成僅對鄰近於放置在陣列上的遠程設備的那個線圈(或那些線圈)供電。可以鄰近於每個遠程設備使屏蔽飽和，以允許由一個或多個底層初級線圈生成的磁場與遠程設備中的次級線圈有效地耦合。例如，每個遠程設備可以承載具有使屏蔽的區域飽和的足夠強度的磁體，例如永磁體。作為另一示例，無線電源可以包括在初級線圈陣列內或鄰近於初級線圈陣列布置的多個電磁體，諸如DC電磁體(例如，與每個線圈相關聯的一個或多個電磁體)。可以將一個或多個適當的電磁體激活以在鄰近於一個或多個遠程設備的屏蔽中打開一個或多個孔。本發明可以在多種多樣的應用中使用，包括涉及向消費者電子設備、計算機、耳機、電氣器械、電動工具、車輛(例如客用、商用和軍用車輛)和軍用設備發送諸如無線功率和無線通信的電磁場的應用。在無線功率傳輸的情境中，本發明可以被用來提供具有用於在功率傳輸/充電期間放置遠程設備的大範圍位置自由度的大充電錶面。例如，可以使用選擇性可控屏蔽來在寬表面上集中並進行控制磁場傳輸，諸如感應無線功率傳輸。通過在充電器表面中具有選擇性磁孔，可以使用單個較大初級線圈來在限制寄生損耗的同時向一個或多個次級線圈進行發送。結合了局部化飽和的實施例將很大程度上包含磁場，除非是在預期的地方(例如，其中屏蔽已經被充分地飽和的區域)。結合了局部化飽和的實施例的一個益處是其允許遠離孔而放置在充電錶面上的有損耗項目不會實質上影響寄生損耗，如其通常將在標準板或場區域的情況下那樣。在將選擇性可控屏蔽與補充屏蔽組合的實施例中，本發明提供在允許在期望允許磁場穿透的時間和位置選擇性地打開屏蔽中的窗口的同時完全屏蔽設備(或設備的一部分)的能力。如可以認識到的，在某些實施例中，本發明可以提供一種機制，其中，通過使用屏蔽的選擇性飽和(例如磁性鐵氧體磁導)來允許基本上僅在其中被接收機(例如次級線圈)需要的一個或多個特定位置處的功率傳輸(例如，發射機板上的區域)，可以在有效地傳輸功率的同時處理和控制主要關注問題中的兩個一空間自由度和磁場廣播。該屏蔽既可以通過使多餘通量免於被廣播到周圍環境中來充當通量屏蔽，又可以充當磁導以限制通量洩漏並增加功率傳輸效率。通過參考當前實施例和附圖的描述，將更全面地理解和認識到本發明的這些及其他目的、優點和特徵。在詳細地解釋本發明的實施例之前，要理解的是本發明不限於在以下描述中闡述或在附圖中圖示出的部件的操作細節或構造和布置細節。可以在各種其他實施例中實現本發明，並且可以以在本文中未明確公開的替換方式來實踐或執行本發明。而且，應理解的是在本文中使用的短語和術語是出於描述的目的，並且不應將其視為限制性的。「包括」和「包含」及其變體的使用意圖涵蓋在其後面列出的項目及其等價物以及附加項目及其等價物。此外，可以在各種實施例的描述中使用列舉。除非另外明確地陳述，否則不應將列舉的使用理解為使本發明局限於部件的任何特定順序或數目。也不應將列舉的使用理解為從本發明的範圍排除可能與所列舉步驟或部件組合或組合到其中的任何附加步驟或部件。


圖1是根據本發明的實施例的無線電源系統的方框圖。圖2是圖1的無線電源系統的一部分的底部透視圖。圖3是圖1的無線電源系統的一部分的頂部透視圖。圖4是隱藏的次級部件被突出顯示的圖1的無線電源系統的一部分的頂部透視圖。圖5是隱藏的初級線圈被突出顯示的圖1的無線電源系統的一部分的頂部透視圖。圖6是圖1的無線電源系統的一部分的側視圖。圖7是提供磁屏蔽存在和不存在的情況下的磁場的比較的一般表示。圖8是示出了初級補充通量集中器和中間屏蔽對由初級線圈產生的磁通線具有的影響的表示視圖。圖9是類似於圖7的一般表示，提供相對於未飽和磁屏蔽和具有飽和區域的磁屏蔽的磁場的比較。圖10是可攜式設備中的永磁體對中間屏蔽具有的影響的表示，該中間屏蔽允許由初級線圈產生的磁通線穿過。圖11是如果不存在中間屏蔽的情況下的磁通線的表示。圖12是示出用於各種鐵磁材料的磁化曲線的圖表。圖13是示出響應於用於材料的磁化力中的變化的通量密度中的改變的示例性圖表。圖14A示出了在一組實驗室測試中使用的初級線圈。圖14B示出了在實驗室測試中使用的次級線圈。圖15示出了用於中間屏蔽的在一組實驗室測試中考慮的材料的表格。圖16A — H示出了在一組實驗室測試中使用的永磁體的各種配置。圖17A — F示出了描述通過由一個或多個永磁體打開的孔的區域化功率傳輸的測試數據。圖18A — B是將打開的孔與閉合表面相比較的功率傳輸和效率的概要。圖19是本發明的替換實施例的方框圖。圖20是圖19的替換實施例的無線電源的一部分的頂部透視圖。圖21是圖19的替換實施例的無線電源的一部分的剖視透視圖。圖22包括初級線圈陣列的替換實施例的透視圖。圖23是圖22的替換實施例的側面立視圖。圖24是在遠程設備中具有中間屏蔽的替換實施例的方框圖。
圖25是其中無線電源和遠程設備包括諧振線圈的替換實施例的方框圖。圖26是在遠程設備中包括具有磁體的橢圓形初級線圈的替換實施例的表示視圖。圖27是在無線電源中包括橢圓形初級線圈和電磁體的替換實施例的表示視圖。圖28是其中無線電源和遠程設備包括諧振線圈的替換實施例的方框圖。圖29A —B是無線電源的表不視圖。圖30A — B是無線電源的表示視圖。
具體實施例方式在圖1中示出了結合了本發明的實施例的無線電源系統。無線電源系統10—般包括無線電源12和遠程設備14。本實施例的無線電源12包括初級線圈16、初級驅動器18和中間磁屏蔽20。在使用中，初級驅動器18向初級線圈16施加交變信號以產生磁場。本實施例的遠程設備14包括電子負載22、次級線圈24和永磁體26。當存在適當磁場時，在次級線圈24中感生電流來為電子負載22提供功率。該感生功率可以被用來對遠程設備14充電和/或直接對遠程設備14供電。所圖示的中間屏蔽20是能夠被磁場選擇性飽和以在屏蔽中提供孔的磁屏蔽。在未飽和狀態下，中間屏蔽20具有高磁導率，並且因此將大部分磁場吸引到其本身中，提供用於場線的路徑。在此狀態下，中間屏蔽20顯著地減少穿過中間屏蔽20的磁場的量，在那裡，其可能到達遠程設備14或組成雜散磁場。當飽和時，屏蔽20的受影響區域將具有充分減小的磁導率，並且因此將把顯著更少的電磁場線吸引到其本身中。這允許磁場在飽和區域中很大程度上穿過磁屏蔽或來自磁屏蔽以與遠程設備有效地耦合。因而，本發明提供了一種中間屏蔽，其在無線功率傳輸的情境中，能夠特別地被用來通過選擇性地限制僅在其中期望磁場流動至遠程設備的區域中的屏蔽有效性來限制雜散磁場並減少損耗。出於公開的目的，主要在特定無線電源和特定遠程設備的情境中描述本發明。然而，本發明不限於與無線電源系統一起使用一更不用說本文所述的特定無線電源和遠程設備。相反，可以將本發明結合到可能受益於選擇性可控磁屏蔽的本質上任何應用中。諸如「頂部」、「底部」、「上」、「下」、「上面」、「下面」、「內」、「向內」、「外」和「向外」的方向術語被用來輔助基於在圖示中示出的實施例的取向來描述本發明。方向術語的使用意圖促進公開，並且不應將其解釋為使本發明局限於所圖示的一個或多個取向。本發明涉及電磁屏蔽(有時簡稱為「磁」屏蔽)的使用。圖7示出了可以如何使用磁屏蔽來提供用於磁場的場線的流動路徑。左圖提供了線圈周圍的場線形狀的一般表示，電流正流過該線圈以生成磁場。右圖包括類似表示，其包括在線圈之上的磁屏蔽。此圖提供了磁屏蔽如何將場線吸引到其本身中並充當用於大部分磁通量的引導的表示。此圖還示出了並不是所有場線都將被包含在屏蔽材料內。通過提供用於通量的流動路徑，屏蔽可以顯著地減少傳遞到屏蔽之上的區域中的磁場的量。已經證明適合於用作本發明中的磁屏蔽的一些材料包括某些軟磁材料。軟磁材料是在不存在外部磁場的情況下能夠被磁化但不會趨向於被雜散磁化的那些材料。這些材料由起到如微小永磁體一樣的作用的稱為磁域的微觀區域組成。在向材料施加外部磁場之前，該域在隨機方向上定向。其微小磁場指向隨機方向，並且相互抵消，因此材料不具有總體淨磁場。當向材料施加外部磁化場H時,其穿透材料並使該域對準,促使其微小磁場轉動且平行於外場對準，加在一起而產生從材料延伸出的大磁場。這稱為磁化。外部磁場越強，該域越對準。當足夠大的數目的域成一直線，使得施加的場中的進一步增加不會引起域的大量進一步對準時，發生飽和。本討論提出了簡化的說明；在鐵磁體教科書中和其他地方可以找到更完整的解釋。良好的磁芯材料(例如意圖提供用於磁通量的路徑的材料)應具有高磁導率。材料的有效磁導率通常隨施加的磁場而變化，在施加的場接近飽和通量密度時減小。圖12示出了九個鐵磁材料的磁化曲線。這些曲線示出了以下各項的磁化曲線:1、鋼片，2、矽鋼，3、鑄鋼，4、鎢鋼，5、磁鋼，6、鑄鐵，7、鎳，8、鈷和9、磁鐵礦。曲線示出磁場強度(H)與磁通量密度(B)之間的關係。因此，這些曲線示出了響應於不同強度的磁場在材料中的得到的磁通量。磁場強度與通量密度之間的關係一般是非線性的，並且可以沿著曲線顯著地變化。在增加的磁場強度接近材料的飽和時，曲線變得越來越平，表示磁場強度上的增加將導致通量密度上的僅有限的增加或不再進一步增加。任何給定點處的曲線的斜率表示該特定磁場強度下的材料的磁導率。圖12中所示的值是近似的，並且僅在所示的磁場下有效。此外，其是針對零頻率給出的；實際上，磁導率一般是頻率的函數。當考慮頻率時，磁導率可能是複雜的，對應於同相和異相響應。注意到，磁性常數μ O具有以SI為單位的精確值(亦即，不存在其值方面的不確定性)，因為安培的定義將其值精確地固定於4 Ji X 10 7 H/m。被認為具有最高已知磁導率的材料是具有1，000，000的高頻退火磁導率(最大DC磁導率(μ))的Metglas磁性合金2714Α (基於鈷)(參見圖12中的曲線9)。氫退火(純鐵一Ν5級)可以具有160，000 (μ)的磁導率，但是非常昂貴。圖12中所示的曲線是略微不完整的，因為其一般表示可以在磁場強度增加時發生的通量密度上的改變。在大多數軟磁材料的情況下，曲線將在磁場強度通過同一組值減小時遵循略有不同的線。這是一般稱為「磁滯」的現象的結果。圖13示出了表示典型軟磁材料的磁滯曲線的圖表。此圖表類似於圖12，因為其沿X軸示出了磁化力並沿y軸示出了通量密度。區域A和B已被添加到圖13以提供向系統添加磁化力的影響的表示。區域A表示用於其中磁化力從區域A的最左邊緣到區域A的最右邊緣變化的系統的範圍。如所示，曲線的斜率(例如，材料的磁導率)在整個此範圍內保持較高。區域B表示該相同系統被置於附加磁化力的影響下時該相同系統的操作範圍。例如，當特定值的永磁體被定位為影響該材料時，其使操作範圍在沿著磁滯曲線向上的方向上偏置。如果被偏置到材料接近於飽和(如此圖示中所示)的程度，則曲線的斜率(例如材料的磁導率)變得相對平坦。該屏蔽作為材料特性的高磁導率(無飽和)區域中的磁導是最有效的，但是隨著偏置增加，操作點通過永磁體DC場與發射機AC場的相加而被推至低磁導率(高飽和度)的區域。由於發射機通量而引起的屏蔽的操作點因此移動至低飽和區(區域B)中。在本實施例中，材料特性是如此的，使得其具有足夠的矯頑磁力而能夠在不飽和的情況下包含發射機生成的通量，但是具有足夠尖銳的拐點，使得DC閾值通量能夠使其移動至高飽和度的區域(例如區域B)中。電磁屏蔽可以由提供符合本發明原理的性質的本質上任何材料製造。一般地，期望屏蔽具有高磁導率、低飽和度和低傳導率。更具體地，期望屏蔽材料具有基本上高於自由空間的磁導率。雖然磁導率的具體程度從應用到應用可以不同，但在典型應用中，可能期望屏蔽材料具有為自由空間磁導率的十倍或更大的磁導率。期望屏蔽材料具有足夠低的飽和度，使得能夠在期望通過材料生成孔時使材料充分地飽和。雖然期望的飽和程度從應用到應用可以不同，但可能期望使用能夠飽和到在存在用來使屏蔽飽和的磁場的情況下其磁導率接近自由空間的磁導率的程度的屏蔽材料。因此，應理解的是術語「飽和」在本文中被用來指的是相當大的飽和且並不意圖局限於完全飽和。屏蔽材料的厚度也可以在使屏蔽飽和所需的磁場量中起作用。例如，較薄屏蔽通常將比較厚屏蔽更容易飽和。因此，可能期望用其他因素來平衡屏蔽的厚度。圖1的實施例的中間屏蔽20由可以被磁體26選擇性飽和的材料製造。更具體地，磁體26可以使中間屏蔽20的全部或一部分基本上飽和，使得其磁導率改變到場線不再被很大程度上保持在屏蔽材料內的程度。替代地，電磁場自由地流過飽和區域中的屏蔽或從飽和區域中的屏蔽自由地流動至遠程設備。還期望屏蔽材料具有足夠低的傳導率，使得其不會在使用期間不可接受地加熱或以其它方式導致不可接受的損耗。例如，磁場可以在導電材料中生成渦流。渦流生成熱量並導致損耗。渦流的生成隨材料的傳導率而增加，使得期望使用較低傳導率的材料。可接受的熱量及其他損耗的量從應用到應用可以不同。例如，可接受水平可以基於各種因素，諸如期望的效率水平、對周圍部件或者甚至美觀性的潛在影響。在具有被屏蔽的磁場和將被用來使屏蔽飽和的磁場的強度的情境中也應考慮這些因素。在某些應用中，可能期望限制用來使場飽和的磁體或電磁體的場強。例如，在某些應用中，過強的磁場可能對附近材料具有負面影響，諸如磁存儲介質及其他類似項目。應將磁體和屏蔽材料選擇為在不超過對磁場強度的任何期望限制的情況下在存在預期磁場的情況下提供充分的飽和。已被表明適合於用作中間屏蔽材料的某些特定材料包括柔性複合鐵氧體(諸如可從TDK公司獲得的Flexield IRJ09)和預置裂縫鐵氧體(SP已經分解成多塊的鐵氧體材料，諸如可從TDK公司獲得的Flexield IBF20)。圖15示出了在實驗室中測試的若干材料的磁導率、飽和度和傳導率特性。如可以看到的，測試的柔性複合鐵氧體提供了最好的結果，因為其在初始磁導率方面是高的且在飽和度和傳導率方面是低的。在三個測試的材料中，結合鐵看起來具有最不適合於用作選擇性可控屏蔽的性質。結合鐵具有相對低的磁導率，具有相對高的飽和度值和相對高的傳導率。預置裂縫鐵氧體可能證明在某些應用程式中是合適的，因為其在磁導率方面非常高，具有中等的飽和通量密度，並且具有比結合鐵低的傳導性。應注意的是，有時可以用反映其充當用於磁通量的流動路徑的能力的名稱來提及本發明的磁屏蔽，諸如磁導、通量集中器或磁通量集中器。在一個實施例中，還也許可能的是，系統改變屏蔽的飽和水平以控制在無線電源與遠程設備之間傳輸的功率的量。例如，可以在能夠提供非常高的功率水平的無線電源上設置要求低功率水平的遠程設備。在這種情況下，遠程設備可以提供僅強到足以使屏蔽部分飽和的磁偏置，允許某些而不是所有可用功率通過屏蔽。在另一示例中，遠程設備可以使用可變強度電磁體來改變屏蔽中的飽和水平以控制其從無線電源接收到的功率的量。通過增加電磁體的強度，屏蔽飽和水平增加，允許更多的通量通過無線電源的表面。通過減小電磁體的強度，飽和水平減小，導致較低量的通量穿過無線電源的表面。在這種情況下，遠程設備可能能夠控制從無線電源接收到的功率的量。在這種情況下，無線電源可能不需要從遠程設備接收通信，因為其不再控制所發送的功率的量。在一個實施例中，多個遠程設備可以從無線電源同時地接收功率。可以通過改變每個遠程設備處的屏蔽飽和水平來控制分配給每個設備的功率的量。這可以允許具有不同功率要求的遠程設備從無線電源同時地接收功率。其還可以允許遠程設備針對鄰近於無線電源的不同位置(例如功率傳輸表面上的不同位置)處的電磁場強度上的差異進行調整。例如，無線電源可以在足以向多個設備提供功率的功率水平下操作，並且單獨遠程設備可以控制其接收到的功率的量。在一個實施例中，可以在不同位置處鄰近於屏蔽放置遠程設備，並且可以通過調整鄰近於每個遠程設備的磁場的強度來控制由每個遠程設備通過屏蔽接收到的功率的量。在一個實施例中，每個遠程設備可以包括可變強度電磁體，以及確定接收功率並調整磁場的強度以允許適當量的功率到達遠程設備的控制系統。在操作中，每個單獨遠程設備可以增加其關聯磁場的強度，直至其確定遠程設備正在接收期望量的功率。例如，每個遠程設備可以包括電流傳感器、電壓傳感器或能夠向控制系統提供指示由遠程設備正接收的功率的水平的信號的其他傳感器。在其中遠程設備的負載可以變化的應用中，可能期望包括能夠從其確定接收功率的電流傳感器和電壓傳感器兩者。在其中充分已知遠程設備的負載特性的應用中，可能期望包括可以基於所感測的特性和預期負載特性從其確定接收功率的電流傳感器或電壓傳感器。控制系統可以通過能夠改變供應給電磁體的功率的本質上任何電路或部件來控制磁場的強度。例如，電磁體可以從受控電流源接收功率。受控電流源可以具有由控制系統控制的輸出水平。更具體地，控制系統可以基於接收功率與期望功率的比較來調整受控電流源的輸出水平一當接收功率低時增加電流以增加飽和度，並且當接收功率高時減小電流以減小飽和度。在遠程設備內可以包含也可以不包含可變強度磁場源和關聯控制系統。然而，當遠程設備包括有可變強度電磁體和關聯控制系統時，可能在不需要遠程設備與無線電源通信的情況下具有期望水平的功率控制。這不是說可能為了提供補充控制或出於其他目的而不期望通信。例如，可能期望提供通信以允許無線電源提供適當量的功率以對要求功率的所有遠程設備供電。在一個實施例中，每個遠程設備可以包括通信電路以將其功率要求傳送至無線電源，並且無線電源可以包括通信電路以接收功率要求。無線電源 可以包括功率輸出控制器，其使用功率要求以確定將由 無線電源發送的功率總量。在最簡單實施例中，無線電源可以僅將單獨功率要求加和以確定其功率輸出。作為另一示例，該系統可以包括通信以允許遠程設備建議無線電力系統在 該遠程設備未正接收足夠的功率時增加其功率輸出，即使當其磁場處於全強度時。在前述示例兩者中，通信可以輔助改善效率，同時仍允許每個遠程設備對從無線電源接收到的功率的量具有初步控制。在某些實施例中，可能期望包括前述通信能力兩者。這可以允許無線電源設置適當的初始功率輸出水平，並且如果必要的話隨時間推移而調整功率輸出水平以滿足所有 遠程設備的功率要求。為了避免不確定性，應注意的是可以將可變強度磁場源與包括單個初級設備(例如，單個初級線圈)或多個初級設備(例如初級線圈陣列)的無線電源一起使用。無線電源可以使用本質上任何適當的電路或部件來改變其功率輸出水平。例如，無線電源可以包括被配置成改變施加於初級電路的輸入信號的幹線電壓、佔空因數、操作頻率或相位的功率輸出控制器，或者其可以在無線電源包括諧振初級電路時改變初級電路的諧振頻率。如可以看到的，在一個實施例中，本發明可以通過利用被用作電磁屏蔽(例如無線功率發射機板磁導)的軟磁材料的高度非線性性質來提供感應供電系統中的增加的空間自由度。此非線性度是如此的，使得通過使用所計算的偏置DC閾值場，能夠將材料從高磁導率(μ 1)且因此是良好的磁導的區域快速地切換至具有如空氣的磁導率的高飽和度(μ I)的區域中，允許通量通過它穿透至接收機。如下面更詳細地討論的，可以通過將DC磁體或DC磁體陣列結合到接收機系統中來實現此DC閾值場。此陣列提供偏置磁場，因此改變通量屏蔽(例如發射機板磁導)的磁性特性的操作點，無論將接收機放置在發射機板表面上的什麼位置。因此，根據接收機系統被放置在哪裡，軟鐵氧體可以是磁導或具有的磁導率接近於空氣的磁導率的高度飽和區域。作為磁導，其充分減少了磁場廣播，並且作為具有的磁導率接近於空氣的磁導率的高度飽和區域，其可以允許發射機生成的AC磁場的相當更大部分通過至接收機系統，在那裡，其感生電壓並因此傳輸功率。如上所述，在圖1一6、8和10中示出了結合了本發明的實施例的無線電源系統。系統10包括被配置成向遠程設備14無線地提供功率的無線電源12。本實施例的無線電源12具有充電錶面30，可以在其上面放置遠程設備14以從無線電源12接收功率。無線電源12被配置成生成可以在遠程設備14被放置在充電錶面30上時與遠程設備14耦合以在遠程設備14中無線地產生功率的磁場。更具體地，本實施例的無線電源12包括可操作成向初級線圈16施加振蕩信號的初級驅動器18。振蕩信號促使初級線圈16生成能夠在置於充電錶面30上的適當配置的遠程設備14中感生電流的磁場。可以將無線電源12配置成接收AC電源輸入並將其轉換成來自初級線圈16的適當信號。為此，無線電源12可以包括電源電路，諸如整流器(未示出)和DC-DC轉換器(未示出)。整流器和DC-DC轉換器提供用於由初級驅動器18施加於初級線圈16的振蕩信號的適當DC功率。電源電路可以替換地是能夠將輸入功率變換成被初級驅動器使用的形式的本質上任何電路。可以將無線電源12配置成向特定類型的遠程設備提供功率，或者其可以能夠向各種不同的遠程設備提供功率。此外，可以將無線電源12設計成每次僅向一個遠程設備提供功率，或者其可以具有向多個設備同時提供功率的能力。如在圖2中可能最好地示出的，所圖示的實施例的初級線圈16是導線線圈。在本特定實施例中，初級線圈16是利茲線(Litz wire)的雙層螺旋纏繞線圈。然而,無線電源12可以包括能夠生成適合於向遠程設備14無線地傳輸功率的磁場的本質上任何電感器。初級線圈16的配置從應用到應用可以不同。例如，根據需要，線圈的尺寸(例如內徑、外徑和厚度)、線圈的形狀、導線類型、匝的布置、匝數和相鄰匝之間的間距從應用到應用可以全部不同。雖然將無線電源12的上表面稱為「充電錶面」，但不應將該術語解釋成使無線電源系統10局限於其中使用無線功率來對遠程設備充電的應用。相反，由無線電源12傳輸的功率可以被用來直接對遠程設備供電和/或對位於遠程設備內的電荷儲存設備(例如電池、電容器、超電容器)充電。進一步，在某些應用中，從無線電源傳輸至遠程設備的磁場可以是通信信號而不是功率信號。無線電源12包括在初級線圈16與充電錶面30之間的位置上鄰近於初級線圈16布置的中間屏蔽20。在一般使用中，中間屏蔽20充當引導大部分磁場並使其返回至初級線圈16的流動路徑，從而很大程度上防止磁場到達遠程設備14中的次級線圈24。中間屏蔽20由可以選擇性地飽和的材料製造。當飽和時，中間屏蔽20充當用於飽和區域中的磁屏蔽的流動路徑的能力受到顯著限制。結果，磁場更容易能夠流過飽和區域中的磁屏蔽20和從飽和區域中的磁屏蔽20流動。當適當配置時，這允許磁場與次級線圈24充分地耦合以向遠程設備14有效地傳輸功率。如上文所討論的，中間屏蔽20可以由具有適當磁導率、飽和度和傳導率性質的本質上任何材料製造。例如，中間屏蔽20可以由某些軟磁材料製造，諸如柔性複合鐵氧體(例如Flexield IRJ09)或預置裂縫鐵氧體。本實施例的無線電源12包括鄰近於與中間屏蔽20相對的初級線圈16布置的補充屏蔽28。所圖示實施例的補充屏蔽28被如此配置，使得其將不變得被用來使中間屏蔽20飽和的磁場所飽和。結果，補充屏蔽28繼續充當有效屏蔽，即使當在中間屏蔽20中打開孔時。為了避免飽和，補充屏蔽28可以由與中間屏蔽20不同的材料(例如具有更高飽和點的材料)製造和/或其可以比中間屏蔽20更厚。例如，補充屏蔽28可以由壓鐵製造。在某些應用中，補充屏蔽28可以避免飽和，僅因為其距離磁場源更遠。本實施例的遠程設備14 一般地包括電子負載22、次級線圈24和永磁體26。遠程設備14可以一般是常規的電子設備，諸如手機、個人數字助理、媒體播放器、手持式無線電、照相機、閃光燈或本質上任何其他電池供電可攜式設備。與遠程設備14的主要操作相關聯(而不與無線功率傳輸相關聯)的部件一般稱為電子負載22。未詳細地描述電子負載
22。例如，在手機的情境中，未進行描述與手機本身相關聯的電子部件的努力。所圖示實施例的次級線圈24是導線線圈，但是遠程設備14可以包括能夠響應於由無線電源12生成的變化磁場而生成足夠電功率的本質上任何電感器。次級線圈24在配置方面從應用到應用可以不同。例如，根據需要，線圈的尺寸(例如內徑、外徑和厚度)、線圈的形狀、導線類型、匝的布置、匝數和相鄰匝之間的間距從應用到應用可以全部不同。雖然未示出，但遠程設備14可以包括用於將在次級線圈24中感生的功率轉換成用於電子負載22的適當形式的電路。例如，遠程設備14可以包括將在次級線圈24中感生的AC功率轉換成DC功率的整流器(未示出)。在其中期望轉換的那些實施例中，遠程設備14還可以包括DC-DC轉換器(未示出)。在所圖示實施例中，永磁體26被置於遠程設備14內並由遠程設備14承載。更具體地，所圖示磁體26與次級線圈24同心並被置於與次級線圈24大致相同的平面中。然而，磁體26的位置從應用到應用可以不同。在所圖示實施例中，遠程設備14包括單個結合NdFeB磁體(也稱為釹、NIB、稀土或新磁體)。然而,磁體從應用到應用可以不同。例如，所述磁體可以替換地是鐵氧體磁體、燒結NdFeB磁體、燒結SmCo磁體或Alnico磁體。磁體26被選擇為具有足夠的磁場強度以在遠程設備14被放置在充電錶面30上時使中間屏蔽20充分地飽和。還可以將磁體26配置成提供具有足夠的尺寸和形狀的孔(或飽和區域)，以允許磁場與次級線圈24充分耦合，而同時儘可能小地降低針對雜散磁場的潛在可能。中間屏蔽20和磁體26被如此配置，使得磁體26能夠使中間屏蔽20選擇性地飽和。更具體地，中間屏蔽20和磁體26的性質/特性被如此選擇，使得由磁體26產生的磁場足以在遠程設備14被放置在充電錶面30上時使中間屏蔽(或者中間屏蔽20的期望部分)基本上飽和。所圖示磁體26是圓盤形磁體，但是磁體的形狀可以根據期望的孔而變化。例如，磁體可以是矩形的，或者可以是環形磁體。遠程設備14可以包括補充屏蔽32。在所圖示實施例中，鄰近於與充電錶面30相對的次級線圈24布置遠程設備補充屏蔽32。所圖示實施例的遠程設備補充屏蔽32被如此配置，使得其不被用來使中間屏蔽20飽和的磁場所飽和。結果，遠程設備補充屏蔽32繼續充當有效屏蔽，即使當在中間屏蔽20中打開孔時。如初級補充屏蔽28的情況一樣，遠程設備補充屏蔽32可以由與中間屏蔽20不同的材料(例如具有更高飽和點的材料)製造和/或其可以比中間屏蔽20更厚。例如，遠程設備補充屏蔽32可以由壓鐵製造。在某些應用中，遠程設備補充屏蔽32可以避免飽和，僅因為其距離磁場源更遠。在使用中，無線電源補充屏蔽28和遠程設備補充屏蔽32進行協作以很大程度上包含由初級線圈16產生的磁場。圖3— 6是圖1一2中所示的實施例的進一步圖示。圖3示出了位於無線電源12的各部分上的遠程設備14的各部分。更具體地，圖3示出了置於中間屏蔽20、初級線圈16和初級補充屏蔽28上的次級線圈24和遠程設備補充屏蔽32。圖4本質上與圖3相同，除了通過遠程設備補充屏蔽32使得隱藏次級線圈24可見。圖5也本質上與圖3相同，除了通過中間屏蔽20、次級線圈24和遠程設備補充屏蔽32使得初級線圈16可見。應注意的是圖3—5未示出充電錶面30。在某些應用中，可以將單獨的充電錶面30置於中間屏蔽20上。在其他應用中，中間屏蔽可以是充電錶面，並且可以將遠程設備直接放置在中間屏蔽上。圖6是置於中間屏蔽20、初級線圈16和初級補充屏蔽28上的次級線圈24、磁體26和遠程設備補充屏蔽32的側面立視圖。在圖3— 6中未示出無線電源12和遠程設備14的其餘部分。如上所述，中間屏蔽20很大程度上控制由初級線圈16產生的磁場到次級線圈24的流動。圖9提供了飽和對磁屏蔽的影響的表示。在左側的圖示示出了通過屏蔽的磁場線的流動。在右側的圖示示出了屏蔽如何在其被磁體基本上飽和時失去其吸入和引導磁場的能力。此控制是通過當外部永磁場接近中間屏蔽時使中間屏蔽的局部化區域的磁域偏置來實現的。當沒有外部永磁體接近中間屏蔽時，其使磁場到環境中的逸出最小化。圖8是示出可以如何通過所圖示實施例的中間屏蔽20來指引磁場線的圖示。如可以看到的，由初級線圈16生成的磁場在略微閉合環路中流過補充屏蔽28和中間屏蔽20。然而，當外部磁體接近於中間屏蔽時，永磁體使材料偏置並產生其中磁導率接近於空氣的磁導率(1.0的值)的飽和區域。這允許來自初級線圈的磁場穿透中間屏蔽以與次級線圈嚙合。圖10是示出磁場線可以如何在中間屏蔽20的一部分被飽和時流動的圖示。如可以看到的，由初級線圈16生成的磁場大部分流過中間屏蔽20，直至其到達被磁體26飽和的區域。在該區域中，磁場更容易能夠流到次級線圈24並與之耦合。如果系統未包括中間屏蔽20，則更多雜散磁場將洩漏到環境。圖11是示出磁場線可以如何在不存在中間屏蔽20的情況下在系統10中流動的表示圖示。雜散磁場通常等同於增加的損耗。這在其中寄生金屬物體可能與洩漏場交叉的情況下可能具有最顯著的關注問題。可以將外部磁場配置成使各種尺寸的區域飽和，該各種尺寸的區域將永磁體的類型、尺寸和數量與中間屏蔽的類型和厚度進行平衡。中間屏蔽在使像壓制鐵之類的屏蔽材料需要容易地飽和與更難以飽和的更穩健之間的設計方面的平衡可以在允許形成孔的同時允許完整的系統進行有效地屏蔽。使用高度定向磁體或磁體陣列可以使得此機制非常具有區域特定性，並且因此使得其更容易在任何給定時間僅使磁導的一個或多個部分飽和。雖然所圖示實施例的磁體26是單個永磁體，但遠程設備14可以包括多個磁體。可以以不同的圖案來布置磁體以產生不同尺寸和形狀的孔。例如，圖16A—H示出了各種潛在替換磁體布置。這些圖示中的每一個示出了相對於次級線圈的磁體的可能配置。不同的磁體布置可以導致不同尺寸、形狀和特性的孔的形成。圖17A—F提供與理解磁體布置對孔特性的影響有關的信息。這些圖示示出了在實驗室中對單初級線圈和次級線圈對執行的測試的結果。圖14A和14B示出了用來執行這些測試的初級線圈16』和次級線圈24』。初級線圈16』是具有總共26匝(每層中13匝)的利茲線的雙層初級線圈。初級線圈16』約為50mm乘100mm。次級線圈24』是實心導線的單層、平面線圈。次級線圈24』具有15匝的導線且約為30mm乘40mm。次級線圈24』被安裝到補充屏蔽32』。為了執行測試,將一個或多個磁體放置在初級線圈16』上，並激勵初級線圈16』。然後將次級線圈24』在初級線圈16』和一個或多個磁體26』上掃過，並記錄在次級線圈24』中感生的電壓。使用從這些測試收集的數據來產生圖17A — F中所示的電壓響應圖。圖17A示出了單個結合NdFeB磁體的結果。圖17B示出了涉及兩個相鄰結合NdFeB磁體的測試的結果。圖17C示出了當利用鐵氧體磁體的所示圖案來執行測試時的結果。圖17D示出了本質上相同圖案，但是利用結合NdFeB磁體的結果。如可以看到的，結合NdFeB磁體產生顯著更大的孔。圖17E示出了其中磁體的極性如由磁體的顏色上變化所指示的那樣交替的六個磁體的布置。圖17F示出了其中磁體的極性不變化的六個磁體的類似布置。實驗室測試證明通過地使屏蔽選擇性飽和，可以顯著地改變功率傳輸的效率。圖18A示出了當不存在磁體時在被屏蔽系統中實現的功率傳輸的效率。利用由FlexieldIRJ09製造的中間屏蔽，無線功率傳輸以大致14.546%的效率發生。利用由預置裂縫鐵氧體製造的中間屏蔽，該效率大致上為14.585%。屏蔽材料的飽和顯著改善了結果。圖18B示出了當存在磁體時在系統中實現的功率傳輸的效率。利用由Flexield IRJ09製造的中間屏蔽，無線功率傳輸在存在磁體的情況下以大致82.141%的效率發生。利用由預置裂縫鐵氧體製造的中間屏蔽，在存在磁體的情況下該效率大致上為42.802%。在圖1一6、8、10和11中所圖示的實施例中，中間屏蔽20被由遠程設備14承載的永磁體26選擇性地飽和。該實施例允許飽和磁場源始終與遠程設備14保持在一起，使得自動地生成與次級線圈24對準的孔，無論其可能被放置在充電錶面30上的什麼地方。這種方法可能並不總是期望的。例如，在某些應用中，可能不期望在遠程設備中具有永磁體。作為替換，可以將飽和磁場源結合到無線電源中。在圖19一21中示出了本發明的替換實施例。本實施例的無線電源112包括初級線圈116、初級驅動器118、中間磁屏蔽120和多個電磁體126a — c (參見圖19)。本實施例的遠程設備114包括電子負載122和次級線圈124。遠程設備114不包括永磁體26。如圖20和21中所示,無線電源112和遠程設備114可以分別包括補充屏蔽128和132。現在參考圖20和21，可以將電磁體126a — c置於初級線圈116的中心中。例如，可以使電磁體126a — c跨初級線圈116的中心開口均勻地間隔。然而，電磁體可以位於其他位置上，諸如在線圈的外周界上面、下面或外面。在本實施例中，無線電源112包括可以被選擇性地激勵以產生磁場以使中間屏蔽120的全部或一部分基本上飽和的多個DC電磁體126a— C。雖然本實施例示出了三個電磁體，但電磁體的數目可以改變。例如，在某些應用中，可能期望僅包括單個電磁體。在其他應用中，可能期望包括三個以上電磁體，例如，具有更長的線圈，或者在其中每個單獨電磁體的強度都更低的情況下。無線電源可以通過使用對無線電源電路118的電壓、頻率、佔空因數、相位或諧振頻率的任何數目的變化來改變發射到遠程設備的功率。然而，無線電源還可以通過改變置於無線電源中的電磁體126 — c的磁場強度來改變屏蔽的飽和水平。本實施例中的中間屏蔽120的功能與在前面的實施例中描述的功能相同。然而，在本實施例中，通過在無線電源中選擇性地激勵一個或多個DC電磁體126a — c來實現在局部化區域中使中間屏蔽飽和的方法。如磁體26的情況一樣，在特定區域中被激勵的DC電磁體產生磁場，該磁場打開局部化的孔以用於無線功率到該區域中的次級設備的傳輸。用於確定要啟用哪個或哪些電磁體的方法可以根據應用而不同。在一個實施例中，該方法可以包括一次一個地順序地激勵電磁體並檢查遠程設備的存在。例如，利用三個電磁體，無線電源可以激活第一電磁體以打開第一孔，並且然後執行「ping」以檢查遠程設備的存在。Ping過程可以包括利用功率的短脈衝來激勵初級線圈以生成磁場並監測無線電源中的功率特性(諸如電流)以確定是否存在潛在設備的步驟。如果存在潛在遠程設備，則遠程設備將從磁場吸取功率，並且遠程設備的反射阻抗將引起無線電源中的電流上的增力口。作為替換方法，Ping過程可以包括尋找放置在充電錶面上或附近的電極中的電容上的變化的步驟。如果通過第一孔不存在潛在設備，則無線電源可以將第一電磁體去激活，將第二電磁體激活以打開第二孔，並且然後執行第二Ping以通過第二孔來檢查潛在設備。如果通過第二孔不存在潛在設備，則無線電源可以將第二電磁體去激活，將第三電磁體激活以打開第三孔，並且然後執行第三Ping以通過第三孔檢查潛在設備。循環通過電磁體(並因此通過不同孔)的過程可以周期性地持續直至找到遠程設備。一旦找到，可以激勵一個或多個適當的電磁體以在期望的位置上提供期望尺寸的孔。在某些應用中，可能期望只有當存在遠程設備時才激勵初級設備。在其中由遠程設備承載飽和磁體的應用中，無線電源可以偶爾針對潛在遠程設備的存在進行「Ping」，正如同不存在磁屏蔽一樣。用於檢測充電錶面上的遠程設備的存在的各種系統和方法是眾所周知的，並因此將不詳細地描述。然而，在一個實施例中，無線電源可以通過向初級設備周期性地施加功率並評定根據是否存在潛在設備而變化的功率特性來識別潛在遠程設備的存在。例如，無線電源可以通過向初級設備施加少量功率並監測初級設備中(或儲能電路中)的電流以確定是否存在潛在的遠程設備來對遠程設備進行Ping。如果是這樣，則無線電源可以開始功率的供應。作為向線圈供應功率的替換方式，Ping過程可以包括尋找放置在充電錶面上或附近的電極中的電容上的變化的步驟。在包括具有一個或多個電磁體的無線電源的實施例中，用於確定何時激勵初級設備的方法類似於用於確定要激勵哪個電磁體的上述方法。在具有單個電磁體的實施例中，無線電源可以暫時激活電磁體以在中間屏蔽中打開孔，並在孔打開的同時對遠程設備的存在進行ping。如果無線電源包括多個電磁體，則無線電源可以一次一個地單獨地循環通過電磁體。例如，在兩個電磁體的情況下，無線電源可以激活第一電磁體以打開第一孔，並且然後執行Ping以檢查遠程設備的存在。如果通過第一孔不存在潛在設備，則無線電源可以將第一電磁體去激活，將第二電磁體激活以打開第二孔，並且然後執行第二 Ping以通過第二孔來檢查潛在設備。循環通過電磁體(並因此通過不同孔)的過程可以持續直至找到遠程設備。一旦找到遠程設備，可以激勵初級設備。在具有多個電磁體的應用中，一旦找到遠程設備，一個或多個適當的電磁體也將被激勵。檢測遠程設備的過程可以替換地或另外包括無線電源與遠程設備之間的通信交換。例如，如果「ping」過程指示存在潛在遠程設備，則無線電源可以請求來自遠程設備的通信，以確認其為兼容設備(例如，能夠從無線電源接收功率的設備)。替換地，可以將遠程設備配置成發送未請求通信，當存在無線功率傳輸場時確認其為兼容設備。還可以將本發明結合到包括初級線圈陣列的無線電源中。在圖22和23中示出了具有初級線圈陣列的實施例。無線電源系統210可以包括具有多個初級線圈216、中間磁屏蔽220和補充屏蔽228的無線電源212。雖然初級線圈216被置於中間屏蔽220下面，但出於公開的目的，在圖22中使得隱藏線圈通過中間屏蔽220可見。無線電源212還可以包括能夠單獨地激勵單個初級線圈或組合地激勵兩個或更多線圈的驅動器電路(未示出)。通常，無線電源212將激勵處於最好位置的一個或多個初級線圈以向遠程設備214輸送功率。在本實施例中，無線電源212包括以重疊配置(參見圖23)布置的兩層初級線圈。然而，線圈陣列的配置從應用到應用可以不同。本實施例的遠程設備214可以包括次級線圈224、磁體226和補充屏蔽232。雖然磁線圈224和磁體226被置於補充屏蔽232下面,但在圖2中使得隱藏線圈和磁體通過補充屏蔽232可見。在使用中，磁體226在鄰近於遠程設備214的中間屏蔽220中產生孔，以允許磁場以改善的效率與遠程設備214耦合。替換地，可以用無線電源212中的多個電磁體來代替磁體226。例如，無線電源212可以包括可以被單獨地或成組地激勵以在中間屏蔽220中生成適當尺寸和位置的孔的電磁體陣列。前述實施例公開了其中將中間屏蔽置於無線電源中的無線電源系統。在某些應用中，可能期望將中間屏蔽結合到遠程設備中。例如，可能期望提供通常與某些外部磁場屏蔽的遠程設備。圖24示出了其中將中間屏蔽320結合到遠程設備314中的無線電源系統310的替換實施例。本實施例的無線電源312包括初級線圈316、初級驅動器318和永磁體326。本實施例的遠程設備314包括電子負載322、中間磁屏蔽320和次級線圈324。雖然未示出，但無線電源312和遠程設備314可以包括補充屏蔽。當將遠程設備314鄰近於無線電源312放置時，磁體326將使遠程設備314中的中間屏蔽320飽和，並且打開孔以允許磁場到達次級線圈324。雖然被示為永磁體，但磁體326可以替換地是一個或多個電磁體。例如，在大初級線圈316的情況下，可能期望具有可以選擇性地用來僅在與遠程設備314的位置相對應的局部化區域中通過屏蔽320打開孔的電磁體的布置。在某些應用中，可能期望將中間屏蔽結合到無線電源和遠程設備(未示出)兩者中。在此類應用中，可以將一個或多個電磁體定位於無線電源和/或遠程設備中以使中間屏蔽選擇性地飽和。替換地，可以使用在無線電源和遠程設備兩者外部的磁場源(例如永磁體或電磁體)來使中間屏蔽選擇性地飽和。還可以將本發明與結合了隔離諧振線圈的無線電源系統一起使用。例如，如圖25中所示，無線電源系統410可以包括具有初級線圈416、初級諧振線圈417和中間磁屏蔽420的無線電源412。本實施例的遠程設備414可以包括次級線圈424、次級諧振線圈425、磁體426和電子負載422。諧振線圈一般是眾所周知的，並且因此將不詳細地公開。只要說的是，在使用中，初級線圈416激勵初級諧振線圈417，其轉而生成意圖與次級諧振線圈425耦合併向其傳輸能量的電磁場。次級諧振線圈425轉而生成與次級線圈424耦合且在其中感生電流的電磁場。可以將中間屏蔽420置於初級諧振線圈417與次級諧振線圈425之間。在圖28中圖示出具有結合了隔離諧振線圈的無線電源系統的本發明的另一實施例。無線電源系統710可以包括具有初級線圈716、初級諧振線圈717和中間磁屏蔽720的無線電源712。不同於無線電源712，可以將中間磁屏蔽720附著於單獨實體730或與之集成。本實施例的遠程設備714可以包括次級線圈724、次級諧振線圈725、磁體726和電子負載722。諧振線圈一般是眾所周知的，並且因此將不詳細地公開。只要說的是，在使用中，初級線圈716激勵初級諧振線圈717，其轉而生成意圖與次級諧振線圈725耦合併向其傳輸能量的電磁場。次級諧振線圈725轉而生成與次級線圈724耦合且在其中感生電流的電磁場。圖25實施例與圖28實施例之間的一個差別是圖28實施例在線圈與屏蔽之間包括某個間距。將屏蔽定位於單獨實體上或內部，在其他實施例中，與無線電源分離也是可能是。例如，在圖1中，可以將中間磁屏蔽20從感應無線電源去除，並且替代地是單獨實體的一部分，如圖28中所示。其可能對將中間屏蔽遠離無線電源且特別是與初級線圈相距一定距離進行定位是有用的。使單獨實體承載中間屏蔽可以在不使屏蔽在外部暴露的情況下允許屏蔽更接近於遠程設備。此外，由於屏蔽被附著於單獨實體或集成在單獨實體內，則仍可以使其免受外力。在一個實施例中，單獨實體是諸如臺面、桌子或能夠使遠程設備鄰近於表面定位的本質上任何其他表面的表面。該表面一般可以由任何常規表面材料製成，諸如膠木、薄木片或另一層壓件。可以在製造期間將中間屏蔽與表面集成，或者其可以在表面安裝期間被安裝。表面730內的中間屏蔽的位置規定了初級線圈與中間屏蔽之間的距離。如圖28中所示，中間屏蔽可以位於表面頂部附近。這保持屏蔽接近於設備，但是消費者將不被暴露，並且保護了材料。此外，此配置允許中間屏蔽位於與初級線圈717相距一定距離處，這在某些情況下可能是期望的。在圖26中示出了本發明的另一替換實施例。在本實施例中，無線電源系統510包括具有橢圓形初級線圈516的無線電源512和置於橢圓形初級線圈612的整個長度上的中間屏蔽520。雖然圖26示出了特定尺寸的橢圓形線圈，但線圈的尺寸(包括其長度)從應用到應用可以不同。例如，橢圓形初級線圈可以具有沿著書桌或其他工作表面的全長延伸的足夠長度。在圖26的實施例中，遠程設備514包括次級線圈524，並且選擇性地使中間屏蔽520飽和的磁體526在鄰近於次級線圈524的位置上。中間屏蔽520很大程度上沿著屏蔽520的全長包含磁場，只排除了可以飽和以在屏蔽中形成孔的那些區域。在圖29A和29B中示出了中間屏蔽520和初級橢圓形線圈516的某些附加圖示。圖29A圖示出無線電源512的透視圖和頂視圖，其中，中間屏蔽被隱藏且橢圓形初級線圈516是可見的。可選補充屏蔽528在初級橢圓形線圈下面延伸。圖29B圖示出無線電源512的透視圖和頂視圖，其中，示出了中間屏蔽並以隱線示出了初級橢圓形線圈516。可選補充屏蔽528在初級橢圓形線圈下面延伸。雖然圖26使用遠程設備514中的磁體526來在中間屏蔽520中選擇性地打開孔，但該系統可以替換地使用無線電源中的電磁體來生成孔。圖27示出了具有包括橢圓形初級線圈616和多個電磁體626以使中間屏蔽620選擇性地飽和的無線電源612的替換無線電源系統610。在本實施例中，遠程設備614包括次級線圈624，但沒有磁體。可以與次級線圈624的位置對準地激勵電磁體626以使屏蔽620飽和並允許感應功率傳輸。可以單獨地或組合地激勵電磁體626。例如，可以激勵多個電磁體以向一個以上遠程設備提供功率或者產生比用單個電磁體也許可能的更大的孔。例如，在圖27中所示的配置中，可能期望激勵四個並列的電磁體626以打開孔以在所圖示的位置上向遠程設備614提供功率。在圖30A — B中所圖示的一個實施例中，電磁體沿著初級橢圓形線圈的中心定位。圖30A圖示出無線電源612的透視圖和頂視圖，其中，中間屏蔽被隱藏且DC電磁體626和橢圓形初級線圈616是可見的。可選補充屏蔽628在初級橢圓形線圈和電磁體下面延伸。圖30B圖示出無線電源612的透視圖和頂視圖，其中，示出了中間屏蔽並以隱線示出了 DC電磁體626和初級橢圓形線圈616。可選補充屏蔽628在初級橢圓形線圈下面延伸。在圖30A—B中所示的配置中，可能期望激勵電磁體626中的一個或多個以打開孔以向接近於電磁體定位的遠程設備提供功率。如上文所討論的，本發明提供了按要求通過磁屏蔽打開窗口的能力，其允許磁場(例如功率或通信)透過，同時能夠在需要時關閉此窗口。本發明可以被用於允許更可靠覆蓋的金屬包圍以及也被用於其中孔允許來自掃描和EMP的安全性的更具功能的包圍。本發明還提供了使其中允許無線功率(或其他磁場)輻射的區域最小化的能力。這可以允許完整屏蔽籠圍繞無線功率電子裝置，並且僅打開無線功率傳輸(或由磁場執行的其他功能，諸如通信)所需的籠子區域。例如，可以使用本發明的原理來通過在仍在對於功率傳輸而言期望的時間和位置允許孔的同時屏蔽系統來限制無線功率設備的輻射暴露。如可以看到的，本發明提供了一種用於選擇性地允許磁場穿過電磁場路徑的機制。從此角度出發，本發明提供了一種用於選擇性地開啟和關閉電磁場從一個區域到另一區域的流動的機制。因此，本發明提供了具有由磁體或其他磁場源偏置的磁功率開關的能力。另一潛在應用是在軍用車輛的車身中。本文所述的屏蔽材料和技術可以用來限制EMI/RFI並增強EMC。這些特徵不僅可以在可攜式電子裝置的情境中實現，而且可以在可能涉及磁場傳輸的本質上任何應用的情境中實現。通過飛機、無人駕駛飛機或潛水艇的機身中的金屬的功率傳輸是用於本發明的潛在應用的示例。例如，可以屏蔽電源和車輛車身，但是可以容易地在屏蔽中打開孔以在用於功率傳輸的兩個表面中形成孔或者執行由磁場執行的其他功能，諸如通信。在某些應用中，本發明的選擇性屏蔽原理可以允許使用針對某些類型的EMP進行保護但能夠在局部化區域中被選擇性地開口以允許出於各種目的(諸如功率傳輸和無線通信)的電磁場的受控流入的屏蔽。以上描述是本發明的當前實施例的描述。在不脫離如在所附權利要求中定義的本發明的精神和更廣泛方面的情況下，可以實現各種變更和改變，將根據包括等價物學說的專利法的原則來解釋本發明的精神和更廣泛方面。本公開是出於說明性目的提出的，並且不應被解釋為本發明的所有實施例的排他性描述，或使權利要求的範圍局限於結合這些實施例所說明和所描述的特定元件。例如且在沒有限制的情況下，可以用提供基本上類似功能或以其他方式提供充分操作的替換元件來代替所描述的發明的任何一個或多個單獨元件。這包括例如目前已知的替換元件，諸如本領域的技術人員當前可能已知的那些，以及可能在未來開發的替換元件，諸如本領域的技術人員在開發時可能承認為替換的那些。此外，公開實施例包括一致地描述且可能協作地提供許多益處的多個特徵。本發明不僅限於包括所有這些特徵或提供所有所陳述益處的那些實施例，除非在發布的權利要求中以其他方式明確地闡述之外。不應將以單數、例如使用冠詞「一(a)」、「一個(an)」、「該(the)」或「所述(said) 」對權利要求要素的任何引用理解為使該要素局限於單數。
權利要求
1.一種電磁屏蔽系統,包括: 電磁屏蔽，其具有基本上大於周圍空間的磁導率的磁導率，使得所述電磁場提供比周圍空間小的阻抗的電磁流動路徑；以及 磁場源，其接近於所述電磁屏蔽定位或可定位，所述磁場源生成磁場，所述磁場具有使所述屏蔽的至少一部分選擇性地基本上飽和的足夠強度，從而選擇性地減小所述電磁屏蔽的所述磁導率，使得所述電磁屏蔽不再提供比周圍空間小的阻抗的電磁流動路徑。
2.權利要求1的系統，其中，所述磁場源是電磁體，其可以被選擇性地致動以選擇性地生成具有使所述電磁屏蔽基本上飽和的足夠強度的DC磁場。
3.權利要求2的系統，其中，所述磁場源包括以鄰近於所述電磁屏蔽的圖案布置的多個電磁體，所述電磁體單獨地可操作成使所述電磁屏蔽的不同區域選擇性地飽和。
4.權利要求1的系 統，其中，所述磁場源是可以可去除地定位於所述電磁屏蔽附近的永磁體。
5.權利要求1的系統，其中，所述磁場源是由遠程設備承載的磁體，由此，鄰近於所述電磁屏蔽的遠程設備的放置導致所述磁體使所述電磁場基本上飽和。
6.權利要求1的系統，其中，所述磁場源能夠選擇性地改變所述磁場的強度。
7.權利要求1的系統，其中，所述電磁屏蔽被配置成基本上與無線電源的電磁傳輸表面共延伸。
8.權利要求7的系統，其中，所述磁場源被選擇為生成DC磁場，所述DC磁場具有僅使所述屏蔽的一部分選擇性地飽和的足夠強度，從而選擇性地產生通過所述屏蔽的孔。
9.權利要求7的系統，其中，所述磁場源包括以鄰近於所述屏蔽的圖案布置的多個單獨可操作電磁體，所述電磁體選擇性地單獨或組合可操作，以在所述屏蔽中產生一個或多個局部化孔。
10.權利要求1的系統，還包括與屏蔽分離的補充屏蔽。
11.權利要求1的系統，其中，所述補充屏蔽由能夠在存在於所述磁場中時保持基本上不飽和的材料製造。
12.權利要求1的系統，其中，所述電磁屏蔽由柔性複合鐵氧體製造。
13.—種電磁傳輸系統,包括: 電磁場發生器，其能夠生成電磁場； 電磁場接收機，其能夠接收所述電磁場； 置於所述場發生器與所述接收機之間的電磁屏蔽，所述電磁屏蔽選擇性地能夠基本上降低所述電磁場到達所述電磁場接收機的能力；以及 DC磁場源，其選擇性地可操作成使所述電磁屏蔽的至少一部分選擇性地飽和，使得所述電磁場的基本上更大部分能夠穿過所述電磁屏蔽而到達所述電磁場接收機。
14.權利要求13的系統，其中，所述磁場源包括接近於所述電磁屏蔽布置的電磁體，所述電磁體被選擇性地激活以選擇性地生成具有使所述電磁屏蔽的至少一部分基本上飽和的足夠強度的磁場。
15.權利要求14的系統，其中，所述電磁場接收機由遠程設備承載；以及 還包括用於確定所述遠程設備何時鄰近於所述電磁屏蔽定位的電路和用於根據所述確定來激活所述電磁體的電路。
16.權利要求13的系統，其中，所述磁場源與所述電磁屏蔽分離並且可以可去除地鄰近於所述電磁屏蔽放置。
17.權利要求16的系統，其中，所述磁場源包括永磁體。
18.權利要求13的系統，其中，所述電磁場接收機和所述磁場源由遠程設備承載，由此，所述遠程設備鄰近於所述電磁屏蔽的放置將所述磁場源定位成使所述電磁屏蔽的至少一部分飽和並將所述電磁場接收機定位成接收穿過所述電磁屏蔽的所述飽和部分的所述電磁場。
19.權利要求18的系統，其中，所述磁場源包括永磁體。
20.權利要求13的系統，其中，所述電磁場發生器生成電磁場以無線地傳輸功率。
21.權利要求20的系統,其中,將所述電磁場發生器鄰近於傳輸表面布置,將所述電磁場接收機可去除地放置在所述傳輸表面上，將所述電磁屏蔽置於在所述電磁場發生器與所述傳輸表面之間。
22.權利要求13的系統，其中，所述電磁場發生器生成電磁場以無線地傳輸功率和通信中的至少一個。
23.權利要求13的系統， 其中，所述DC磁場源能夠選擇性地改變由所述DC磁場源生成的磁場的強度。
24.權利要求23的系統，其中，所述電磁屏蔽由柔性複合鐵氧體製造。
25.權利要求13的系統，其中，所述電磁屏蔽由具有磁導率曲線的軟磁材料製造，所述磁導率曲線具有高磁導率的第一區域、低磁導率的第二區域和在所述第一區域與所述第二區域之間的過渡區域，所述DC磁場源具有被選擇為使所述屏蔽從所述第一區域過渡至所述第二區域的場強。
26.權利要求13的系統，其中，所述磁場源包括以鄰近於所述電磁屏蔽的圖案布置的多個電磁體，每個所述電磁體選擇性地可操作成選擇性地生成磁場，所述磁場具有使所述電磁屏蔽的相鄰部分基本上飽和的足夠強度，由此可以對所述電磁體進行單獨地致動以選擇性地產生通過所述屏蔽的區域化孔。
27.權利要求13的系統，其中，所述電磁場發生器包括多個初級設備；以及 其中，所述DC磁場源包括多個電磁體。
28.權利要求13的系統,其中,將所述電磁場發生器鄰近於傳輸表面布置,所述傳輸表面具有同時地接收多個所述電磁場接收機的足夠尺寸，將所述電磁屏蔽置於所述電磁場發生器與所述傳輸表面之間，所述電磁場發生器能夠向置於所述傳輸表面上的任何地方的電磁場接收機輸送所述電磁場。
29.一種無線電力系統,包括: 無線電源，其具有能夠產生電磁場的電磁場源； 遠程設備，其與無線電源分離，並且能夠鄰近於所述電磁場源被選擇性地放置； 置於所述電磁場源與所述遠程設備之間的電磁屏蔽，所述電磁屏蔽具有防止所述電磁場的顯著部分從所述電磁場源傳遞到所述遠程設備的足夠磁導率；以及 磁場源，其選擇性地可操作成使所述電磁屏蔽的至少一個區域基本上飽和，使得所述電磁場的基本上更大的部分能夠經由所述飽和區域從所述電磁場源傳遞至所述遠程設備。
30.權利要求29的系統，其中，所述電磁場源包括初級線圈和用於向所述初級線圈施加功率以生成電磁場的驅動器。
31.權利要求30的系統,還包括鄰近於所述初級線圈布置的功率傳輸表面。
32.權利要求29的系統，其中，所述電磁屏蔽被結合到所述初級線圈與所述功率傳輸表面之間的所述無線電源中。
33.權利要求32的系統，其中，所述磁場源由所述遠程設備承載，由此，所述遠程設備在所述功率傳輸表面上的放置將所述磁場源定位於使所述電磁屏蔽的至少一部分基本上飽和的位置上。
34.權利要求33的系統,其中,所述磁場源包括一個或多個電磁體。
35.權利要求33的系統,其中,所述磁場源包括一個或多個永磁體。
36.權利要求35的系統,其中，所述一個或多個永磁體被選擇為在電磁屏蔽中打開適當尺寸和形狀的孔以允許所述電磁場到達所述遠程設備。
37.權利要求32的系統 ，其中，所述磁場源包括以鄰近於所述電磁屏蔽的圖案布置的多個電磁體，每個所述電磁體選擇性地可操作成選擇性地生成磁場，所述磁場具有使所述電磁屏蔽的相鄰部分基本上飽和的足夠強度，由此可以單獨地對所述電磁體進行致動以選擇性地產生通過所述屏蔽的區域化孔。
38.權利要求29的系統，其中，所述電磁場發生器包括多個初級線圈；以及 其中，所述磁場源包括多個電磁體。
39.權利要求29的系統，其中，所述磁場源能夠選擇性地改變由所述磁場源生成的磁場的強度。
40.權利要求29的系統，其中，所述電磁屏蔽由具有磁導率曲線的軟磁材料製造，所述磁導率曲線具有高磁導率的第一區域、低磁導率的第二區域和在所述第一區域與所述第二區域之間的過渡區域，所述DC磁場源具有被選擇為使所述屏蔽從所述第一區域過渡至所述第二區域的場強。
41.一種系統,包括: 限定內部空間的車輛車身，所述車身包括被配置成將所述內部空間與在所述內部空間外面生成的外部電磁場屏蔽的電磁屏蔽； 置於所述內部空間內的電磁場接收機，所述接收機被配置成接收所述外部電磁場；以及 磁場源，其選擇性地可操作成選擇性地使所述電磁屏蔽的至少一部分飽和，使得所述外部電磁場的相當一部分能夠穿過所述車輛車身至所述內部空間中以便被所述電磁場接收機接收。
42.一種電磁場傳輸系統,包括: 電磁場源，所述場源能夠發送電磁場以傳輸無線功率和無線通信中的至少一個； 鄰近於所述電磁場源布置的傳輸表面，所述表面能夠可去除地接收一個或多個遠程設備，所述遠程設備中的每一個包括電磁場接收機； 置於所述電磁場源與所述功率傳輸表面之間的電磁屏蔽； 鄰近於所述電磁場源布置的補充屏蔽；以及 磁場源，其被配置成在不使所述補充屏蔽基本上飽和的情況下使所述電磁屏蔽的至少一部分選擇性地基本上飽和，由此，所述磁場源的致動允許基本上更多的所述電磁場穿過所述電磁屏蔽的所述飽和部分，同時，所述補充屏蔽繼續包含基本上未被所述磁場源改變的所述電磁屏蔽。
43.權利要求42的系統，其中，所述補充屏蔽和所述電磁屏蔽協作地基本上圍繞所述電磁場源，由此，當所述電磁屏蔽未飽和時，所述電磁場基本上被包含在所述補充屏蔽和所述電磁屏蔽內。
44.權利要求43的系統，其中，所述磁場源包括相對於所述電磁屏蔽布置的電磁體，所述電磁體被選擇性地激活以選擇性地生成具有使所述電磁屏蔽的至少一部分基本上飽和的足夠強度的磁場。
45.權利要求42的系統，其中，所述磁場源與所述電磁屏蔽分離並且可以可去除地鄰近於所述電磁屏蔽放置。
46.權利要求45的系統，其中，所述磁場源由遠程設備承載，由此，所述遠程設備鄰近於所述電磁屏蔽的放置將所述磁場源定位成使所述電磁屏蔽的至少一部分飽和並將所述電磁場接收機定位成接收穿過所述電磁屏蔽的所述飽和部分的所述電磁場。
47.權利要求46的系統，其中，所述磁場源包括永磁體。
48.權利要求46的系統，其中，所述磁場源包括電磁體。
49.權利要求43的系統，其中，所述電磁屏蔽由柔性複合鐵氧體製造。
50.權利要求43的系統，其中，所述電磁屏蔽由具有磁導率曲線的軟磁材料製造，所述磁導率曲線具有高磁導率的第一區域、低磁導率的第二區域和在所述第一區域與所述第二區域之間的過渡區域，所述磁場源具有被選擇為使所述電磁屏蔽從所述第一區域過渡至所述第二區域的場強。
51.權利要求43的系統，其`中，所述磁場源包括以鄰近於所述電磁屏蔽的圖案布置的多個電磁體，每個所述電磁體選擇性地可操作成選擇性地生成磁場，所述磁場具有使所述電磁屏蔽的相鄰部分基本上飽和的足夠強度，由此可以單獨地對所述電磁體進行致動以選擇性地產生通過所述屏蔽的區域化孔。
52.權利要求43的系統，其中，所述電磁場發生器包括多個初級設備；以及 其中，所述磁場源包括多個電磁體，所述電磁體中的每一個與所述初級設備中的一個唯一地相關聯，由此，啟用所述電磁體中的一個生成孔，所述孔通過鄰近於所述初級設備中的對應的一個的所述電磁屏蔽，從而選擇性地增加所述對應初級設備與遠程設備之間的耦合效率。
53.權利要求13的系統，其中，所述傳輸表面具有同時地接收多個所述遠程設備的足夠尺寸，所述電磁場發生器能夠向置於所述傳輸表面上的任何地方的電磁遠程設備輸送所述電磁場，所述磁場發生器能夠僅使所述電磁屏蔽的一部分飽和。
54.—種電磁接收系統,包括: 電磁接收機，其被配置成接收由外部電磁場源生成的電磁場； 基本上圍繞所述接收機的屏蔽，所述屏蔽具有基本上降低所述電磁接收機與外部電磁場源之間的耦合效率的足夠磁導率；以及 其中，所述屏蔽的至少第一部分由具有磁導率曲線的軟磁材料製造，所述磁導率曲線具有高磁導率的第一區域、低磁導率的第二區域和在所述第一區域與所述第二區域之間的過渡區域，所述材料通過適當強度的DC磁場容易地從所述第一區域過渡至所述第二區域。
55.權利要求54的系統，其中，所述屏蔽包括第二部分，所述第二部分由能夠在處於適當強度的DC磁場中以使所述第一部分基本上飽和時保持不飽和的材料製造。
56.權利要求55的系統,還包括電磁體,所述電磁體能夠選擇性地生成具有在基本上不使所述屏蔽的所述第二部分飽和的情況下使所述屏蔽的所述第一部分的至少一個區域基本上飽和的足夠強度的DC磁場。
57.權利要求55的系統,還包括多個可單獨操作的電磁體,所述電磁體中的每一個能夠選擇性地生成具有在基本上不使所述屏蔽的所述第二部分飽和的情況下使所述屏蔽的所述第一部分的相鄰區基本上域飽和的足夠強度的DC磁場。
58.權利要求55的系統，其中，所述電磁屏蔽的所述第一部分由柔性複合鐵氧體製造。
59.權利要求55的系統，其中，所述電磁接收機能夠從外部電磁場接收無線功率；以及 還包括能夠由所述無線功率供電的電負載。
60.權利要求55的系統，其中，所述電磁接收機能夠從外部電磁場接收無線通信；以及 還包括能夠利用所述無線通信的電負載。
61.權利要求55的系統，其中，所述電磁接收機能夠從外部電磁場接收無線功率和無線通信；以及 還包括能夠由所述無線功率供電且能夠利用所述無線通信的電負載。
62.—種用於電磁場路徑的開關,包括； 電磁場發生器，其能夠選擇性地生成電磁場； 電磁場接收機，其鄰近於所述電磁場發生器布置； 電磁屏蔽，其被置於所述發生器與所述接收機之間；以及 接近於所述電磁屏蔽布置的選擇性磁場源，所述磁場源能夠選擇性地生成具有使所述電磁屏蔽的至少一部分在飽和狀態與不飽和狀態之間過渡的足夠強度的磁場，所述飽和狀態的特徵在於與所述不飽和狀態相比，所述飽和狀態允許所述電磁場發生器與所述電磁場接收機之間的基本上更大的耦合。
63.權利要求62的開關，其中，所述磁場源是電磁體。
64.權利要求63的開關，其中，所述電磁場發生器包括初級設備和用於向所述初級設備供應功率的電路，使得所述初級設備生成時變電磁場。
65.權利要求64的開關，其中，所述電磁場接收機包括次級設備。
66.權利要求65的開關，其中，所述電磁屏蔽由具有磁導率曲線的材料製造，所述磁導率曲線具有高磁導率的第一區域、低磁導率的第二區域和所述第一區域與所述第二區域之間的過渡區域，所述選擇性磁場源選擇性地可操作成產生具有被選擇為使所述電磁屏蔽從所述第一區域過渡至所述第二區域的場強的磁場。
67.權利要求66的開關，其中，所述材料是軟磁材料。
68.權利要求65的開關，其中，所述電磁屏蔽材料由充當磁導以在處於所述不飽和狀態時使所述電磁場的相當一部分返回至所述電磁場發生器的材料製造。
69.一種選擇性屏蔽的方法，包括步驟: 提供電磁場發生器； 提供能夠在飽和狀態與不飽和狀態之間選擇性地過渡的電磁屏蔽； 提供DC磁場源，其能夠產生具有促使電磁屏蔽的一部分從不飽和狀態過渡至飽和狀態的足夠強度的DC磁場； 將屏蔽定位於電磁場發生器與電磁場接收機之間； 操作電磁場發生器以產生電磁場；以及 利用DC磁場發生器使得所述屏蔽的至少一部分選擇性地飽和，以選擇性地促使電磁屏蔽的至少一部分過渡至飽和狀態，由此，與處於不飽和狀態相比，處於飽和狀態的屏蔽允許電磁場的基本上更大部分到達電磁接收機。
70.權利要求69的方法，其中，所述選擇性地飽和步驟還被定義為將永磁體鄰近於所述屏蔽定位。
71.權利要求69的方法，其中，所述選擇性地飽和步驟還被定義為操作接近於所述屏蔽定位的電磁體以生成DC磁場。
72.權利要求69的方法，其中，所述定位步驟還被定義為將所述屏蔽定位於電磁場發生器與傳輸表面之間；以及 還包括將遠程設備放置在傳輸表面上的步驟，所述遠程設備包括電磁接收機。
73.權利要求69的方法，其中，所述DC磁場源是永磁體；以及 所述選擇性地飽和的步驟包括將永磁體鄰近於所述屏蔽放置。
74.權利要求73的方法，其中，所述永磁體由遠程設備承載；以及 所述選擇性地飽和的步驟包括將遠程設備鄰近於所述屏蔽放置。
75.權利要求69的方法，其中，所述電磁場發生器是多個初級設備；以及` 所述操作電磁場發生器的步驟包括操作所述多個初級設備中的至少一個。
76.權利要求75的方法，其中，所述選擇性地飽和步驟還被定義為使接近於所述至少一個操作初級設備的區域中的屏蔽飽和。
77.權利要求69的方法，其中，所述操作步驟包括操作電磁場發生器來產生電磁場以無線地傳輸功率。
78.權利要求69的方法，其中，所述操作步驟包括操作電磁場發生器來產生電磁場以無線地傳輸通信。
79.權利要求69的方法，其中，所述操作步驟包括操作電磁場發生器來產生電磁場以無線地傳輸功率和無線地傳輸通信。
80.權利要求69的方法，還包括由具有磁導率曲線的軟磁材料來製造所述屏蔽的步驟，所述磁導率曲線具有高磁導率的第一區域、低磁導率的第二區域和在所述第一區域與所述第二區域之間的過渡區域；以及 其中，所述DC磁場源具有被選擇為使電磁屏蔽從第一區域過渡至第二區域的場強。
81.權利要求80的方法，其中，所述軟磁材料是柔性複合鐵氧體。
82.權利要求69的方法，還包括選擇性地改變由DC磁場源生成的DC磁場的強度以選擇性地改變電磁屏蔽的飽和度的步驟。
83.—種無線功率傳輸系統,包括: 無線電源，其具有能夠生成電磁場的電磁場源，所述無線電源具有功率傳輸表面； 電磁屏蔽，其在所述電磁場源與所述功率傳輸表面之間鄰近於所述電磁場源布置，所述電磁屏蔽具有防止所述電磁場的顯著部分從所述電磁場源穿過至所述功率傳輸表面的足夠磁導率；以及多個遠程設備，其與無線電源分離，並且能夠被選擇性地放置在所述功率傳輸表面上，所述遠程設備中的每一個包括磁場源，其可操作成使所述電磁屏蔽的至少一個區域基本上飽和，使得所述電磁場的基本上更大部分能夠通過所述飽和區域從所述電磁場源至所述遠程設備穿過所述電磁屏蔽。
84.權利要求83的系統，其中，所述磁場源是可變強度磁場源。
85.權利要求83的系統，其中，所述磁場源是具有可調整強度的電磁體。
86.權利要求85的系統，其中，所述遠程設備中的每一個包括接收功率傳感器和用於根據所述接收功率傳感器的輸出來調整所述強度的磁場強度控制系統。
87.權利要求86的系統，其中，所述接收功率傳感器包括電流傳感器和電壓傳感器中的至少一個。
88.權利要求87的系統，其中，所述磁場強度控制系統包括被耦合到所述電磁體的受控電流源。
89.權利要求88的系 統，其中，所述磁場強度控制系統被操作耦合到所述受控電流源，以根據所述接收功率傳感器和期望的接收功率來控制所述受控電流源的輸出水平。
90.權利要求83的系統，其中，所述遠程設備中的每一個包括用於向所述無線電源傳送功率要求的通信電路；以及 其中，所述無線電源包括通信電路以從所述遠程設備和功率輸出控制器中的每一個接收所述功率要求，以根據來自所述遠程設備中的每一個的所述接收功率要求來控制所述無線電源的輸出功率。
91.權利要求83的系統，其中，所述無線電源包括通信電路以從所述遠程設備和功率輸出控制器接收通信，以根據從所述遠程設備接收到的所述通信來控制輸出功率。
92.權利要求91的系統，其中，所述磁場源是具有可調整強度的電磁體， 其中，所述遠程設備中的至少一個被配置成當所述電磁體處於全強度且所述遠程設備未正接收足夠的功率時向所述無線電源發送通信。
93.權利要求83的系統，其中，所述傳輸表面能夠同時地接收多個遠程設備，由此，所述無線電源能夠向所述遠程設備中的一個以上同時地無線傳輸功率；以及 其中，所述磁場源是具有可變強度的磁場源，所述遠程設備中的每一個包括接收功率傳感器和用於根據所述接收功率傳感器的輸出來調整所述強度的磁場強度控制系統，由此，所述遠程設備中的每一個能夠單獨地控制從所述無線電源接收到的功率的量。
全文摘要
一種具有電磁屏蔽材料和用於在屏蔽中選擇性地生成孔的機構的選擇性可控電磁屏蔽。用於在屏蔽中選擇性地生成孔的機構可以是生成具有使屏蔽材料的全部或一部分基本上飽和的足夠強度的磁場的磁場源。例如，可以使用永磁體或DC電磁體來使屏蔽選擇性地飽和。在其未飽和狀態下，磁屏蔽具有高磁導率，使得其將大部分電磁場吸引到自身中並充當用於磁場的通量路徑。實際上，該屏蔽指引大部分磁場的流過屏蔽，使得從屏蔽的一側傳遞至另一側的場的量顯著減少。一旦飽和，基本上降低了屏蔽的磁導率，使得磁場線不再以相同的程度被吸引到屏蔽中。結果，一旦飽和，則降低了飽和區域中的屏蔽的有效性，並且基本上更大量的電磁場可以流過被磁體飽和的區域中的屏蔽或在其周圍流動。
文檔編號H05K9/00GK103109591SQ201180046316
公開日2013年5月15日 申請日期2011年9月23日 優先權日2010年9月26日
發明者D.W.巴曼, W.T.小斯託納, J.K.施萬內克, K.J.特納, B.C.梅斯 申請人:捷通國際有限公司