[发明专利]二自由度无线能量传输装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种二自由度无线能量传输装置，属于人体植入设备的能量供给技术领域。

背景技术

近年来，人体植入设备成为新型研究方向。通过将传感器放置于人体内部可以直接检测某些生物信号和图像等。便于快速诊断和减少患者的痛苦。但由于人体的特殊性，体内装置微小化、高功能等的需求，通常的携带电池方式在安全性、能量大小和体积重量等方面难以满足要求。因此，采用无线能量传输方式实时供给传感器能量，成为一个有效的解决手段。

无线能量传输方式通过高频耦合磁场，通过线圈的耦合作用将能量无线地传输至人体内部的用电装置。该类系统在使用的时候，在被检测体的外部放置能量发送线圈产生高频磁场，在被检测体内放置接收线圈，通过线圈间的耦合磁场传输能量。现有能量传输装置中的能量接收线圈一般采用米绕结构，这种线圈结构，在导线间电容增加后，会导致等效电阻变大，品质因数降低。由于体内胶囊等植入设备的位置并不一定固定，因此在其位置改变之后，会造成能量发送线圈与能量接收线圈间的耦合系数减小，进而造成传输能量降低。

发明内容

本发明是为了解决现有无线能量传输装置当负载位置发生变化，会使线圈间的耦合系数减小，造成传输能量降低的问题，提供一种二自由度无线能量传输装置。

本发明所述二自由度无线能量传输装置，它包括能量发送装置和能量接收装置，所述能量发送装置包括交流输入电源、能量发送内线圈、能量发送外线圈、第一外谐振电容、第二外谐振电容和高频放大器，所述能量接收装置包括中空的圆筒形支撑件、第一接收线圈、第二接收线圈、第一接收电容第二接收电容、第一整流电路、第二整流电路、高频滤波电路和DC-DC变换器，

能量发送内线圈和能量发送外线圈同轴共平面放置形成能量发送线圈，该能量发送线圈紧贴被检测体一侧放置或者环绕在被检测体外侧，能量发送内线圈与第一外谐振电容组成激励谐振电路，高频放大器用于为该谐振电路提供高频激励信号，高频放大器由交流输入电源提供工作电源；能量发送外线圈与第二外谐振电容组成耦合谐振电路，该耦合谐振电路与激励谐振电路通过磁场相互耦合；

圆筒形支撑件上缠绕有第一接收线圈和第二接收线圈，第一接收线圈和第二接收线圈通过耦合磁场接收能量发送装置发射的能量，

第一接收线圈和第二接收线圈正交设置，所述两个线圈均沿圆筒形支撑件的轴向缠绕，并且通过圆筒形支撑件两端面的圆心；

第一接收线圈和第一接收电容形成谐振电路，第二接收线圈和第二接收电容形成谐振电路，两个谐振电路的输出端分别通过第一整流电路和第二整流电路整流后，同时经高频滤波电路滤波，最后经DC-DC变换器变换成负载所需的直流电平输出。

所述第一接收线圈和第一接收电容形成的谐振电路与第二接收线圈和第二接收电容形成的谐振电路的谐振频率相同。

本发明的优点是：本发明是一种无线能量传输装置，该能量传输装置的能量接收部分可放置于人体内部，用作体内监测装置的能量供应，例如用于胶囊内窥镜的能量供给，它能从被检测体的外部向被检测体内部实时提供能量。

本发明装置在体内胶囊式负载作两自由度运动的情况下，不会影响外部能量发送部分的能量传输。本发明装置设计紧凑、体积较小。能量发送部分采用两个能量发送谐振线圈，有利于阻抗匹配及提高传输功率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为能量发送线圈安装在被检体侧面的示意图；

图3为能量发送线圈环绕在被检体外侧的示意图；图2和图3中B表示被检体，C表示负载，外部电路表示连接的其它电路元件；

图4为第一接收线圈和第二接收线圈的第一种缠绕方式的缠绕示意图；

图5为第一接收线圈和第二接收线圈的第二种缠绕方式的缠绕示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述二自由度无线能量传输装置，它包括能量发送装置和能量接收装置，所述能量发送装置包括交流输入电源1-1、能量发送内线圈1-2、能量发送外线圈1-3、第一外谐振电容1-4、第二外谐振电容1-5和高频放大器1-6，所述能量接收装置包括中空的圆筒形支撑件2-1、第一接收线圈2-2、第二接收线圈2-3、第一接收电容2-4第二接收电容2-5、第一整流电路2-6、第二整流电路2-7、高频滤波电路2-8和DC-DC变换器2-9，