一种磁耦合谐振装置

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一种磁耦合谐振装置

时间:2019-11-26本站浏览次数:381

       

一种磁耦合谐振装置

一种磁耦合谐振装置,属于无线能量传输装置,解决现有磁耦合谐振装置存在的生物体自由活动过程中的体外稳定供能问题。本发明包括驱动线圈阵列、发射线圈阵列、接收线圈和负载线圈,驱动线圈阵列和发射线圈阵列位于生物体外,接收线圈和负载线圈植入生物体内,驱动线圈阵列和发射线圈阵列叠放,驱动线圈阵列用于驱动发射线圈阵列;接收线圈由螺线管线圈及两个圆形平面螺旋线圈彼此串接构成,构成封闭圆柱体;所述负载线圈为射频同轴电缆构成的单匝圆环,置于所述接收线圈内。本发明基于非辐射磁耦合谐振,为不含电池的体内装置提供长期、稳定、高效的电能,使得生物体自由活动过程中无需穿戴体外发射线圈便能够获得持续稳定的电能供应。

本发明属于无线能量传输装置,具体涉及一种磁耦合谐振装置,用于生物体运动过程中植入式医疗器件的无线经皮能量传递。

具体实施方式

背景技术

以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图3为基本驱动单元示意图;

表1不同铜片排列模式的平面螺旋线圈仿真

非福射性磁稱合谐振(Witricity)作为新型无线供电技术,关键在于非福射性磁耦合的使用,两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合,而与周围非谐振物体只有较弱的交互。Witricity系统包括驱动环、初级发射谐振天线、次级接收谐振天线和负载环,其中驱动环和初级谐振天线之间采用松磁耦合方式连接组成能量发射系统;次级接收谐振天线和负载环之间采用松磁稱合方式连接组成能量接收系统。MIT助理教授MarinSoljacic是该系统的发明者,其MIT研究小组演示了无线供电,他们从2米的距离成功地点亮了60W灯泡,即使两个谐振线圈间有障碍物存在,也能让灯泡继续发光。传统的磁耦合被用于短距离范围,传输距离只能通过增强磁场强度来增加;WiTricity使用匹配的谐振天线,可实现中距离(mid-range)的能量传输,而不需要增强磁场强度。 美国专利US2011/0101788A1所描述的Witricity装置通过在身体不同位置穿戴多个发射线圈为体内植入式器件经皮供能,也可用于体域传感器网络的无线能量供给,给出了能量收、发线圈的多种不同线圈结构设计,采用不同模式的导体薄膜形成分布电容,增加线圈LC谐振的电容值,在降低谐振频率的同时达到改善线圈Q值的目的。但该Witricity装置若用于植入式医疗器件体外供能,则使用者需随身携带射频能量供给装置和穿戴体外能量发射线圈,限制其自由活动,用于实验动物尤其不便,无法为置入实验动物体内的植入式器件自由供能。

发射线圈阵列采用分布驱动方式,每个发射线圈5由一个驱动环单独驱动,可提高磁场分布的强度和均匀程度,使得生物体自由活动中体内外能量传递的谐振线圈之间耦合稳定,从而体内植入器件得到恒定的能量供给。

,其中C为发射线圈的分布电容,本实施例采用发射线圈添加

表1不同铜片排列模式的平面螺旋线圈仿真

一种磁耦合谐振装置

效电阻,因此Q值较高的发射线圈谐振频率也较高。另一方面,发射线圈谐振频率决定了射频信号产生和功率放大电路的工作频率范围,工作频率越高对电路元件的性能要求也高,电磁兼容和屏蔽的要求更高,从而增加整个系统硬件的成本,影响系统的性能价格比。本实施例能很好地解决发射线圈较高Q值和较低谐振频率Qci之间的矛盾,由于发射线圈的

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