[發明專利]一種能量發射端及無線能量傳輸方法

有效

• 申請號: 201410150931.X
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103944281A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 謝翔;黃亞東;李國林;谷熒柯;李歡歡;王志華
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李迪

技術領域

本發明涉及無線能量傳輸技術領域，特別涉及一種能量發射端及無線能量傳輸方法。

背景技術

膠囊內窺鏡的出現使醫學內窺鏡技術進入新時代，它不僅解決了傳統內窺鏡無法檢查小腸部位的缺陷，而且讓患者的痛苦大大降低。但是，目前現有的可移動的植入式醫療設備僅配備了1個或2個攝像頭，且只能依靠腸道的蠕動來被動運動，然后拍攝腸道圖像。隨著臨床需求的不斷增加，可移動的植入式醫療設備需要集成更多的功能，例如：通過螺旋槳來實現主動運動的無線內窺鏡膠囊、通過針管來施放藥物的膠囊、通過機械裝置實現活體檢測的可移動的植入式醫療設備。更多的功能導致更大的功耗或者更大的空間，這樣可移動的植入式醫療設備內部的紐扣電池就不能滿足其需求了，與此同時，通過無線能量傳輸為可移動的植入式醫療設備（為便于簡化說法，以下均稱其為“能量接收端”）供能是一個較有前途的方向。

通過在能量發射端與能量接收端分別設置一組線圈，發射端的線圈連接功率放大器，并產生交變電磁場，接收端的線圈在交變電磁場中感應出電動勢，從而將能量傳輸給后端電路。目前接收端大多采用三維正交的接收線圈，發射端的主要有兩種線圈結構，單一螺旋線圈和亥姆霍茲線圈。上述兩種發射線圈與接收線圈間的耦合系數較低，導致無線能量傳輸效率較低。一方面需要一根電纜與設備進行連接供電，限制了病人的自由；另一方面由低傳輸效率帶來的更大發射功率使得病人暴露在更強的電磁輻射中，導致無線能量傳輸的安全性下降。

發明內容

（一）要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何提高無線能量傳輸效率，使得無需采用電纜供電，并降低無線能量傳輸的電磁輻射。

（二）技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供了一種能量發射端，所述能量發射端包括：多組分段能量發射線圈、能量供應單元、多路選擇單元、位置信息獲取單元和控制單元，所述位置信息獲取單元、控制單元、多路選擇單元和多組分段能量發射線圈依次連接，所述能量供應單元與所述多路選擇單元、控制單元和位置信息獲取單元分別連接，

所述位置信息獲取單元，用于獲取能量接收端的位置信息；

所述控制單元，用于接收并根據所述位置信息控制所述多路選擇單元；

所述多路選擇單元，用于在所述控制單元的控制下，選擇所述多組分段能量發射線圈中的至少一組線圈與所述能量供應單元連通；

所述多組分段能量發射線圈，用于在與所述能量供應單元連通時，發射無線能量，以保證無線傳輸效率。

其中，所述位置信息獲取單元包括：定位子單元和/或無線數據接收子單元，

所述定位子單元，用于獲取能量接收端的位置坐標；

所述無線數據接收子單元，用于獲取能量接收端的無線能量強度數據。

其中，所述能量供應單元包括：電源、振蕩器、功率放大器、阻抗匹配網絡和諧振電容，所述電源、振蕩器、功率放大器、阻抗匹配網絡依次連接，所述電源與所述控制單元、位置信息獲取單元和功率放大器分別連接，所述諧振電容設于所述阻抗匹配網絡與所述多路選擇單元之間、或設于每組分段能量發射線圈與多路選擇單元之間。

其中，當所述諧振電容設于所述阻抗匹配網絡與所述多路選擇單元之間時，所述諧振電容的數量為一個；或，所述諧振電容的數量與所述多組分段能量發射線圈的線圈數量相同、且一一對應。

其中，當P_opt為整數時，則每組分段能量發射線圈的高度H均相同；

當P_opt不為整數時，則總高度為H_T的能量發射線圈分為P_opt1組高度為的分段能量發射線圈；或，所述總高度為H_T的能量發射線圈分為P_opt2組高度為H的分段能量發射線圈及一組高度為H₂的分段能量發射線圈;

其中，H_T為能量發射線圈的總高度，H=0.445R，P_opt1＝int<P_opt>，int<x>為取距離x最近的整數運算符，H₂＝H_T-H·P_opt2，R為能量發射線圈半徑，為向下取整運算符。

本發明還公開了一種無線能量傳輸方法，所述方法包括以下步驟：

A1：每隔預設時間t，位置信息獲取單元獲取能量接收端的位置坐標；