[實用新型]應(yīng)用于人工下肢外骨骼的磁耦合諧振無線充電裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220214723.8
• 申請日: 2012-05-14
• 公開（公告）號: CN202679044U
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭一恒;白展;晏陽;于岳川;馮欣
• 申請（專利權(quán)）人: 郭一恒;白展;晏陽;于岳川;馮欣;陳厚桂
• 主分類號: H02J7/02
• 分類號: H02J7/02;H02J17/00;A61F2/70
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型專利涉及一種對人工下肢外骨骼中的電池實現(xiàn)磁耦合諧振無線充電的技術(shù)。?

背景技術(shù)

人工外骨骼是一種可穿戴的、具有人工智能的仿生設(shè)備，由一系列傳感器、傳動裝置以及控制器構(gòu)成。最初主要為軍事用途而研發(fā)，但現(xiàn)階段在醫(yī)學(xué)及康復(fù)領(lǐng)域，人工外骨骼作用日益凸顯。?

人工下肢外骨骼是人工外骨骼的一種，其技術(shù)最為成熟，相應(yīng)的設(shè)備已經(jīng)得到廣泛的推廣應(yīng)用。對于不幸發(fā)生意外的腿部截肢病人來說，人工下肢外骨骼可以作為智能義肢，幫助截肢病人像正常人一樣行走，具有高度的仿生特性；對于腿部癱瘓病人來說，可以使用人工下肢外骨骼進行康復(fù)訓(xùn)練，加快病人的復(fù)原；對于小兒麻痹癥患者來說，穿戴人工下肢外骨骼可以矯正步態(tài)，有助于治療；同時，人工下肢外骨骼可以作為老年人的助力裝置，為老年人的日常生活帶來巨大方便。

但是作為時時刻刻穿戴在患者身上的日常移動設(shè)備，對于人工下肢外骨骼來說，能量的供應(yīng)顯得尤為重要。能否安全、方便、快捷地獲取電能直接決定著人工下肢外骨骼能否進一步推廣應(yīng)用，關(guān)系到患者的安全和使用體驗。現(xiàn)階段人工下肢外骨骼采用大容量鋰電池有線充電，這種充電方式充電時，裝置依靠充電連接線直接和高壓市電相連，而人工下肢外骨骼直接穿戴在身體上，若有不測很容易發(fā)生觸電事故，為使用者的安全帶來隱患，同時充電時裝置處于接線狀態(tài)，此時使用者活動受限，給使用者帶來了極大的不方便。采用有線充電方式還會破壞人工下肢外骨骼的仿生特性，不利于使用者隱私的保護。人工下肢外骨骼裝置對能量的消耗較大，若采用增加電池容量的方法增加裝置的續(xù)航能力，由于鋰電池自重較大，又會給使用者人體帶來不少的負擔。

磁耦合諧振無線輸電技術(shù)利用電路中電感電容諧振原理無線傳輸電能，在發(fā)射線圈與接收線圈同時處于諧振的狀態(tài)下實現(xiàn)無線輸電，與傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)無線輸電方式相比，輸電距離更遠，效率更高。若將磁耦合諧振技術(shù)應(yīng)用于人工下肢外骨骼，使裝置在中長距離內(nèi)（2m）實現(xiàn)無線充電，將彌補人工下肢外骨骼有線充電的種種不足，可保證使用者的安全，可同時滿足仿生需求和保護患者隱私的需求，且操作方便，使患者在充電時可自由行走，不受束縛。因此，對人工下肢外骨骼無線充電是一種發(fā)展趨勢，有巨大應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

為了避免患者在使用人工下肢外骨骼的過程中發(fā)生觸電事故，使患者在充電時可以自由行走，同時達到充電方便、保護患者隱私和滿足仿生要求，本實用新型提供一種對人工下肢外骨骼無線充電的裝置。通過磁耦合諧振技術(shù)將能量從發(fā)射裝置發(fā)送到接收裝置，對人工下肢外骨骼進行無線充電。?

本實用新型專利解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：在無線充電的過程中利用磁耦合諧振原理，以使無線輸電的距離和效率大大提高；在患者房間設(shè)置的無線充電發(fā)射部分，它由正弦信號發(fā)生器、功率放大器和發(fā)射裝置組成；在人工下肢外骨骼內(nèi)置接收部分，由接收裝置、整流濾波模塊、直流充電模塊組成。

本實用新型的有益效果是，患者在對人工下肢外骨骼的電池進行充電時，安全性大大提高，同時使用者可以在室內(nèi)自由行走，不受到充電接線的束縛，同時可以保護其隱私，達到仿生要求。

附圖說明

圖1是應(yīng)用人工下肢外骨骼無線充電裝置的工作示意圖。?

圖2是組成無線輸電系統(tǒng)的各個模塊。

圖3是由DDS芯片及外圍電路組成的信號發(fā)生電路。

圖4是由集成寬帶高性能運放芯片和外圍電路構(gòu)成的功放電路。

圖5是設(shè)計的以555定時器為核心的直流充電電路。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型做進一步說明，但不是用來限制本實用新型的保護范圍。?

參照圖1，應(yīng)用于人工下肢外骨骼的磁耦合諧振無線充電裝置使用時，能量發(fā)射端1從普通市電獲取電能并將獲取的電能轉(zhuǎn)化，發(fā)射高頻電磁能。內(nèi)置于人工下肢外骨骼3中的能量接收端2與外部能量發(fā)射端1發(fā)生磁耦合諧振，高效長距離的接收電磁能，對人工下肢外骨骼3中的鋰電池進行充電。最終可以實現(xiàn)對穿戴于人身的人工下肢外骨骼進行中距離（2m）移動無線充電。大大提高了人工下肢外骨骼的安全性和使用便捷性。

參照圖1和圖2，能量發(fā)射端主要由正弦信號發(fā)生器4，功率放大器5和發(fā)射裝置6組成；能量接收端主要由接收裝置7，整流濾波模塊8和直流充電模塊9組成。

參照圖2，在使用者的房間設(shè)置一種數(shù)控正弦信號發(fā)生器4，該信號發(fā)生器