[實用新型]小型磁耦合諧振無線能量傳輸系統

有效

• 申請號: 201220500103.0
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN203056699U
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 徐桂芝;趙軍;李烜
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00;H01F38/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種小型磁耦合諧振無線能量傳輸系統。?

背景技術

隨著科學技術的發展，各種功能的植入電子醫療產品不斷進入人們的生活中，它們在疾病的診斷、治療、肢體矯正、康復等方面發揮著巨大的作用，為患者帶去生活上的方便甚至延續著患者的生命。?

電源技術是植入電子器件的諸多技術中最關鍵的技術之一。盡管植入電子器件存在著多種可能的供電方式，目前各類生物體內裝置普遍采用電池供電的電源模式，雖然電池容量在不斷增大，但由于其沒有實時能量補給功能始終存在電量耗盡的窘境。電能無線傳輸一直是人類的夢想，多年來國內外一些科學家執著地開展著這項研究，但進展甚微。2007年MIT的科學家在電能無線傳輸原理上有了突破性進展，他們利用電磁耦合諧振原理實現了中距離的電能無線傳輸，在2m多距離內將一個60W的燈泡點亮，且傳輸效率達到40％左右，這種方法被稱作Witricity技術。該技術與其他技術相比具有以下優點：(1)可以定向的傳輸能量，只有當諧振線圈存在時才能接收能量。由于生物組織的固有諧振頻率一般非常低，對能量的傳輸幾乎沒有影響，所以該技術對于人體來說是安全的。(2)可以進行中距離的無線能量傳輸，傳統的方法一旦傳輸距離有所增大傳輸效率便會急劇下降。?

(3)具有很強的適應性，在能量傳輸的過程中不受中間障礙的影響，即在視線達不到的地方依然能夠有效地傳輸能量。?

由以上可知Witricity技術在給植入性電子醫學器件進行無線能量傳輸方面具有很大的優越性。近年來，隨著微電子技術的飛速發展，植入式醫療器械正朝著小型化和集成化方向發展。傳統的植入式醫療器械經皮能量傳輸的磁耦合電感線圈多采用機器或人工纏繞，重復性差，電感量控制困難，而且帶磁芯的線圈體積較大，不利于系統的微型化。?

現階段Witricity無線傳能技術還處于起步階段，相關理論和實驗研究還比較欠缺，尤其是針對體內植入器件的Witricity無線傳能，幾乎沒有相關文獻。?

發明內容

本實用新型要解決的技術問題在于，基于磁耦合諧振無線傳能原理設計了小型磁耦合諧振系統，即提供一種小型磁耦合諧振無線能量傳輸系統，尤其是小尺寸諧振器以及磁耦合諧振無線能量傳輸系統，小尺寸諧振器尺寸僅為1.35cm³。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：采用印制板直接制作一種設適用于植入器件的小尺寸平面螺旋諧振線圈，該線圈正反兩面覆銅，使得諧振器在體積減小的情況下諧振頻率不會變的很高，能夠很好的與系統諧振頻率匹配，此外應用時域有限差分方法，對該植入線圈對人體頭部電磁輻射的影響進行分析，驗證該方法應用于體內植入器件的安全性。?

磁耦合諧振無線能量傳輸系統由四個主要部分組成：高頻正弦信號發生和功率放大電路、激勵線圈和小尺寸諧振初級線圈(線圈1)、小尺寸諧振次級線圈(線圈2)和能量汲取線圈以及整流濾波充電電路。如果將諧振初次級線圈直接與電路連接，則Witricity系統的諧振頻率會受到很大干擾，因此加入激勵線圈和能量汲取線圈，其中激勵線圈與功率放大電路相連接，能量汲取線圈與負載相連。激勵線圈和能量汲取線圈由線徑1mm的銅線纏繞成3匝直徑為5cm的螺旋線圈，與諧振初次級線圈通過感應耦合傳能。整個系統的核心還是兩個諧振線圈，小尺寸諧振初級線圈和小尺寸諧振次級線圈組成了一個完整的諧振器，從而實現兩個線圈之間的能量傳輸。當兩個線圈產生強烈的磁耦合諧振時，才能在較遠的距離下有效地傳遞能量，在系統仿真時將激勵線圈和能量汲取線圈忽略。系統采用方形平面螺旋諧振線圈，諧振線圈由三層組成，正面導體層由方形螺旋銅片組成，介質層為聚乙烯板，反面導體層由長方形銅片組成。正面導體層形成的電感與正反面導體層重疊部分形成的電容通過復雜的串并聯電路構成系統所需要的諧振器，進行能量傳遞。?

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中：?

圖1是本實用新型的磁耦合諧振無線能量傳輸系統結構圖；?

圖2是本實用新型的諧振器參數；?

圖3(a)是本實用新型的輸出功率與效率隨距離變化圖；?

圖3(b)是本實用新型的輸出功率與效率隨水平位移變化圖；?

圖3(c)是本實用新型的輸出功率與效率隨旋轉角度變化圖；?

圖4是本實用新型時間步長和空間步長的穩定性的穩定條件；?

圖5是本實用新型的頭模型中YZ平面SAR值分布情況?

圖6是本實用新型的兩種情況下SAR值在X方向分布。?

具體實施方式