[實用新型]一種用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420566327.0
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN204156614U
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設計）人: 克磊
• 申請（專利權）人: 海龍核材科技（江蘇）有限公司
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 上海海頌知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 季萍

技術領域

本實用新型涉及一種無線能量傳輸裝置，具體是一種應用于植入式電子醫(yī)療器械的輸出功率可自適應調(diào)控的經(jīng)皮供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

背景技術

植入式電子醫(yī)療設備，如人工肛門括約肌，胃腸道刺激器、心臟起搏器和神經(jīng)刺激器等，在治療各種疾病過程中扮演著越來越重要的角色，并且得到了廣泛的臨床應用。但能量供給問題一直是上述設備的“瓶頸”，早期體外拖纜式供電方式因其術后的高感染率和并發(fā)癥已被淘汰，對于大功耗移植設備傳統(tǒng)電池供電也因體積大壽命短而無法得到廣泛應用。隨著經(jīng)皮能量傳輸(transcutaneous?energy?transfer,TET)技術的不斷發(fā)展，基于TET供能成為此類設備的最佳選擇，其安全性和便捷性不言而喻。

經(jīng)過對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的經(jīng)皮能量對體內(nèi)體外能量線圈的位置要求非常嚴格，而使用者的正常運動或者不同個體移植處脂肪肌肉生理結(jié)構的差異性會使線圈之間發(fā)生不可避免的相對位移(軸向、徑向和角度)，從而直接導致線圈間耦合強度的變化，系統(tǒng)傳輸能力急劇改變，體內(nèi)接收電壓或大或小，嚴重影響到體內(nèi)電子系統(tǒng)的正常工作。所以傳統(tǒng)的TET供能通常會要求相對嚴格的線圈擺放范圍或采用磁貼間接引導體體內(nèi)外線圈的對齊固定；也可通過設計陣列式發(fā)射線圈犧牲體積來增大有效接觸范圍。但對于植入式經(jīng)皮供能上述方法可操作性不強，無疑限制了其應用的靈活性和方便性。除此之外，也可通過無線通信實時獲取體內(nèi)電壓的輸出值，在體外發(fā)射端采用某種調(diào)控機制補償位置變化導致的耦合因數(shù)的變化，維持體內(nèi)接收電壓的相對穩(wěn)定，但額外的無線通信模塊和外圍電路無疑增加了系統(tǒng)的復雜性和成本，其調(diào)節(jié)的響應速度也不能保證。

實用新型內(nèi)容

本實用新型針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提出一種用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)TET系統(tǒng)能量線圈需固定相對位置的不便性，使用更加安全、穩(wěn)定。

為了解決上述技術問題，采用下列技術方案：

一種用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括體外能量發(fā)射裝置和體內(nèi)能量接收裝置；所述體外能量發(fā)射裝置和體內(nèi)能量接收裝置之間通過電磁感應方式耦合，所述體內(nèi)能量接收裝置連接負載以提供電能，其中，所述體外能量發(fā)射裝置將直流供電電壓逆變?yōu)榻涣鳎?qū)動LC諧振回路，產(chǎn)生交變磁場；所述體內(nèi)能量接收裝置通過接收線圈感應生電，經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓輸出滿足要求的供電電壓，驅(qū)動負載。

所述的用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中，所述體外能量發(fā)射裝置包括功率調(diào)節(jié)器、發(fā)射器和能量發(fā)射線圈；功率調(diào)節(jié)器產(chǎn)生輸入信號，輸入信號用于驅(qū)動發(fā)射器，將信號通過能量發(fā)射線圈傳輸至體內(nèi)能量接收裝置；

所述體內(nèi)能量接收裝置包括能量接收線圈和接收器，所述接收器包含第二諧振匹配電路和整流濾波穩(wěn)壓電路；第二諧振匹配電路與接收線圈共同組成諧振回路，以補償電抗損耗；整流濾波穩(wěn)壓電路將接收的信號進行整流、濾波和穩(wěn)壓處理形成穩(wěn)定的直流電壓，提供給負載；

所述的用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述發(fā)射器包括能量逆變電路和諧振匹配電路，逆變電路將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娞峁┙o諧振匹配電路，所述諧振匹配電路與所述能量發(fā)射線圈相配合用于無線發(fā)射電力。

所述的用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中，功率調(diào)節(jié)器包含信號處理電路、信號驅(qū)動電路和相位檢測電路，相位檢測電路輸出的信號經(jīng)由信號處理電路處理輸入信號驅(qū)動電路。

所述的用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中，能量發(fā)射線圈包括襯底、磁性凸臺；所述磁性凸臺固定于所述襯底上，位于所述襯底中心線上，所述磁性凸臺外周沿周向繞制有多層螺旋線圈形成線圈組，所述線圈組的直徑與所述襯底的直徑相等。

所述用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中，所述螺旋線圈包括多股漆包銅線，多股所述漆包銅線絞合而成。

根據(jù)本實用新型的第二個方面，基于上述實用新型內(nèi)容，提出的自適應調(diào)控方法包括：

設定體外發(fā)射端初始發(fā)送頻率(f₀)作為第一條件。

設定發(fā)射和接收線圈電感L和調(diào)諧電容值C構成第二條件，其中線圈電感值為實際應用中所設計的線圈電感測量值，調(diào)諧電容大小選擇原則為C＝(2πf)²/L，為了防止LC回路完全諧振時回路電流過大而損壞電路，且保證零電壓開關(ZVS)逆變，式中f應略小于f₀。

設定體內(nèi)接收電壓期望調(diào)節(jié)值(V₀)作為第三條件。