[发明专利]用于胃肠道微型机器人的螺旋式方形发射线圈

说明书

一种用于胃肠道微型机器人的螺旋式方形发射线圈，包括：对称并串联设置于接收线圈两侧的双层螺旋式方形线圈，通过垫片固定于线圈外侧的平板磁芯，及外部驱动系统，其中：外部驱动系统与双层螺旋式方形线圈相连以产生交变磁场，接收线圈在交变磁场中通过产生感应电动势为胃肠道机器人提供驱动能量。本发明用于肠道机器人WPT系统的发射线圈结构，由方形螺旋式绕制的平板线圈对组合而成，外侧设置有平板磁芯，通过合理设置线圈的参数，如：线径、匝数、磁芯厚度等，调整发射线圈产生的磁场，从而提升磁场的均匀性，提高系统传输效率。缩减了线圈的轴向长度，有效减少了发射线圈的体积，线圈结构更为简单轻薄。

技术领域

本发明涉及的是一种无线能量传输领域的技术，具体是一种用于胃肠道微型机器人的螺旋式方形发射线圈。

背景技术

胃肠道微型机器人受尺寸限制和安全性等因素的影响，如何采用有效的供能方式是其重要的研究方向。基于电磁感应的无线能量传输技术能为胃肠道机器人提供有效的解决方式，而发射线圈是无线能量传输(wireless power transmission，WPT)系统的设计重点，目前较为典型的发射线圈结构主要有螺线管、螺线管对、分割螺线管、亥姆霍兹线圈等。这些传统发射线圈普遍采用中空圆柱体轴向绕线的方式，使用时存在空间占用大、传输效率低、磁场均匀性差、绕制复杂等问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于胃肠道微型机器人的螺旋式方形发射线圈，采用方形螺旋式绕制的平板线圈对，并在线圈外侧设有磁芯，不仅减小了发射线圈的体积，在保证传输功率满足要求的同时，也有效提升了磁场均匀性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种用于胃肠道微型机器人的螺旋式方形发射线圈，包括：对称并串联设置于接收线圈两侧的双层螺旋式方形线圈，固定于线圈外侧的平板磁芯，及外部驱动系统，其中：外部驱动系统与双层螺旋式方形线圈相连以产生交变磁场，接收线圈在交变磁场中通过产生感应电动势为胃肠道机器人提供驱动能量。

所述的双层螺旋式方形线圈包括：固定设置于线圈基板上的利兹线圈，其中：利兹线圈采用双层螺旋式方形绕制方法，外层采用逆时针绕制，内层采用顺时针绕制，且内外两层间隔距离及线圈匝数根据磁场大小确定。

所述的线圈基板为亚克力板，其厚度为8mm，且表面设有线圈槽。

所述的利兹线圈为多股绞合的由绝缘层包裹的利兹线。

所述的平板磁芯由高磁导率的锰锌铁氧体制成，其尺寸与线圈基板相同。

所述的外部驱动系统包括：外部电源、驱动电路板、真空电容器和电感，其中：外部电源与驱动电路板相连并为其供电，驱动电路板连接真空电容器、电感和利兹线圈形成回路，驱动电路板通过内部电阻生成方波激励信号。

技术效果

本发明整体解决了现有技术存在的空间占用大、传输效率低、磁场均匀性差、绕制复杂等问题。与现有技术相比，本发明通过内外层反向线圈的方式，可以在对称的发射线圈之间产生均匀的磁场，由此保证胃肠道机器人的位置稳定性，即在接收线圈位置随机变化的情况下仍然能够稳定的接收到所需能量。而在线圈外侧6cm处设置平板磁芯，能保证磁场均匀性的同时提高传输效率。

附图说明

图1为本实施例的结构示意图；

图中：a为无线供电发射端和胃肠道机器人的示意图；b为外部驱动系统的示意图；

图2为发射线圈对的结构示意图；

图3为单个螺旋式方形发射线圈的结构示意图；

图中：无线供能发射端1、胃肠道机器人2、外部驱动系统3、外部电源4、驱动电路板5、真空电容器6、电感7、平板磁芯8、线圈基板9、垫片10、利兹线圈11、第一层逆时针绕制线圈12、第二层顺时针绕制线圈13。