[發明專利]蜂窩形無線供能裝置

有效

• 申請號: 201911187378.6
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110912281B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 顏國正;陳范吉;姜萍萍;王志武;孟一村;汪煒
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種用于微型機器人的蜂窩形無線供能裝置，包括：對應設置的上層發射端和下層發射端，以及外部機械驅動系統和外部電路驅動系統，其中：外部機械驅動系統與上層發射端和下層發射端相連以調整發射端的位姿，外部電路驅動系統與發射端配合產生交變磁場以為胃腸道機器人的接收線圈提供驅動能量。本發明采用多蜂窩陣列型無線供能發射端模式，每對對立的蜂窩形發射單元都能夠獨立驅動，根據所需供能面積，選擇需要組合的蜂窩對數形成陣列。對比現有的單驅動線圈模式，多核心驅動模式的組合方式更加靈活、驅動電壓需求更低且有效供能面積占比更高，能夠更穩定的為胃腸道機器人無線供能。

技術領域

本發明涉及的是一種磁諧振耦合無線能量傳輸領域的技術，具體是一種用于微型機器人的蜂窩形無線供能裝置。

背景技術

胃腸道微型機器人為了滿足人體由口吞服方式進行胃腸道無創診查的目標，其內部機械結構及電路結構均高度集成化、微型化，而現在的小型紐扣電池單位體積下的能量有限，不足以讓機器人完成一次完整的胃腸道診查。現有技術中的無線供能方式大都采用自身供電、單核心供電輸出磁場，其有效供能面積集中于軸線處，靠近邊緣處供能磁場明顯降低，即總的有效供能面積區域占總面積的比例較小且無法根據實際需求改變自身形狀或者面積：當需要大面積的供能區域，需要增大線圈面積，導致線圈的驅動電壓過高。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種蜂窩形無線供能裝置，通過構造對應兩層的多蜂窩陣列型發射端的模式，增加了有效供能區域相對于供能線圈平面總面積的占比，便于體姿調整；降低了整體供能線圈所需的驅動電壓，提升了能量傳輸效率。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括：對應設置形成穩定的交變磁場的上層發射端和下層發射端，以及外部機械驅動系統和外部電路驅動系統，其中：外部機械驅動系統與上層發射端和下層發射端相連以調整發射端的位姿，外部電路驅動系統與發射端配合產生交變磁場以為胃腸道機器人的接收線圈提供驅動能量。

所述的發射端由蜂窩形發射單元組成，其發射單元個數由供能面積決定。

所述的蜂窩形發射單元包括：底座、磁芯和繞設的發射線圈，其中：磁芯設置于底座中心，發射線圈通過圓管繞設于磁芯外側。

所述的發射線圈由相同直徑的多股利茲線和橡膠線繞制，且每一正對的發射單元的利茲線為串聯，對與對之間的發射單元的利茲線為并聯。

所述的外部機械驅動系統包括：連接在基座上的上層發射端機械驅動單元和下層發射端機械驅動單元，該驅動單元調整發射端的位姿并保證上層發射端和下層發射端正對。

所述的外部電路驅動系統包括：電源、驅動電路板、真空可調電容器和可調電感，其中：電源與驅動電路板相連，發射線圈與可調電感、可調真空電容器串聯后連入驅動電路板，驅動電路板通過內部電阻以生成電壓和頻率變化的方波激勵信號。

技術效果

與現有技術相比，本發明由多組發射線圈陣列組成多核心輸出磁場，其有效供能區域面積占比大大提升；采用蜂窩形無線供能發射端大幅度提高空間利用率且每對蜂窩形發射單元之間是并聯關系，整體需要的驅動電壓很低。配合外部機械驅動系統，可以實時地根據機器人的姿態改變自身的供能方向。

本發明在具體應用時可以根據機器人的實時位置選擇多蜂窩形發射端的部分蜂窩對供能，而不需要同時給所有的蜂窩對供電，即機器人運動到哪里，就選通所處位置的蜂窩形發射單元供電，其余不供電，減少了外部電源的壓力與整體能耗。

附圖說明

圖1為本發明的示意圖；

圖2為蜂窩形發射單元的結構示意圖；

圖3為多蜂窩陣列型發射端的結構示意圖；

圖4為外部機械驅動系統的示意圖；