CN103236345B - 具有方向适应性的无线供能接收线圈 - Google Patents

Abstract

一种电磁波供电或配电系统技术领域的，用于胃肠道机器人的具有方向适应性的无线供能接收线圈，包括：第一线圈组、第二线圈组、偏置磁芯部和转动自定向机构，其中：第一线圈组和第二线圈组正交绕制于偏置磁芯部，两组线圈分别与外围电路相连，偏置磁芯部设置于转动自定向机构上，转动自定向机构使得第一线圈组和第二线圈组的偏转角度变化，从而使得两组线圈接受任意方向磁场。本发明通过一个转动自定向机构使得线圈能够保持接收姿态，提高了空间姿态稳定度，并且机构简单、易于制作、成本低、性能可靠、有较高的能量接收效率。

Description

具有方向适应性的无线供能接收线圈

技术领域

本发明涉及的是一种电磁波供电或配电系统技术领域的装置，具体是一种用于胃肠道机器人的具有方向适应性的无线供能接收线圈。

背景技术

作为主要的消化道疾病，消化性溃疡的发病率为10%～20%，是上消化道出血最常见的原因。尽管现代医学技术已提升，但消化性溃疡的死亡率仍很高，为5%～10%。对于无溃疡病史、临床表现不典型而诊断困难的病患，在出血24～48小时内进行急诊内镜检查，能够提高确诊率。内镜检查能够观察到小肠内的出血部位，通过出血状态判断是否进行内镜下止血治疗。老年患者发生溃疡穿孔的死亡率高达30%～50%。

纤维或电子内镜对于上消化道和大肠病变基本可以做出诊断，但小肠病变是内镜检查的“终极障碍”。尽管推进式小肠镜的应用，可窥视空肠有无病变，但操作非常困难，更远部位的小肠病变无法诊断，而且病人极端不舒服，引起诸多并发症：咽部擦伤、食管贲门粘膜撕裂伤、下颌关节脱臼、颌下腺肿胀、麻醉药过敏、颜面部皮下出血、急性胃扩张、胃肠道穿孔和出血、吸入性肺炎甚至猝死等。因此，这项技术很难被接受。探条式小肠镜可以检查空肠和回肠上部，但操作时间长、观察存在盲区。肠带诱导式小肠镜可以观察全部小肠，但术前准备复杂、耗时长、病人痛苦大。小肠低张双重造影插管时患者痛苦、检查时间较长、要接触较多的X射线。

微型胃肠道疾病诊疗机器人是理想的胃肠道无创检查和治疗方案。该类机器人能够在人体消化道中主动运动，一般集成了运动机构，图像传感器和控制电路，可由外科医生进行实时操作，对可疑病灶点进行反复观察。人体胃肠道质地柔软，内腔狭小，而且在曲折盘旋在人体腹腔中，拖缆供能实质上无法到达胃肠道深处，不能实现全胃肠道无创/微创检测和诊断的目标。同时，由于钮扣电池电量有限，难以长时间维持微型胃肠道机器人的运作，能量问题已经成为微诊疗装置发展中的瓶颈问题。无线供能是现阶段能量供给的研究热点，采用无线能量传输的方式给微型胃肠道疾病诊疗机器人的供电提供了解决方案，可以使微型胃肠道机器人对人体消化道进行全面的检查。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102710031，公开日2012-10-03，记载了一种二自由度无线能量传输装置，包括能量外部发送部分和能量内部接收部分，能量发送 部分包括双谐振线圈，能量接收部分主要为分布绕制在圆筒形支撑件上的线圈，该线圈均匀分布在圆筒形支撑件外表面上，并按照圆周分散布置，且分为两个部分，每部分各占圆周方向的二分之一，第一接收线圈和第二接收线圈具有二自由度的无指向性。但该技术只能满足在作两个自由度运动情况下保持能量接收效率，而微型胃肠道机器人在肠道内的运动具有三个自由度，本发明能够在作三个自由度运动的情况下保持能量接收效率，也即是满足了空间内任意姿态情况下的无线能量传输效率。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种具有方向适应性的无线供能接收线圈，使得线圈接受任意方向磁场，并实现线圈的空间姿态稳定。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：第一线圈组、第二线圈组、偏置磁芯部和转动自定向机构，其中：第一线圈组和第二线圈组正交绕制于偏置磁芯部，两组线圈分别与外围电路相连，偏置磁芯部设置于转动自定向机构上，转动自定向机构使得第一线圈组和第二线圈组的偏转角度变化，从而使得两组线圈接受任意方向磁场。

所述的偏置磁芯部包括：线圈骨架和磁芯件，其中：磁芯件固定于线圈骨架的内部一侧，第一线圈组于线圈骨架的上下两侧绕制，第二线圈组于线圈骨架的左右两侧绕制。

偏置磁芯部提供重力作用，当无线供能接收线圈绕金属转轴产生自转时，由于重力作用，两组线圈可以保持固定的姿态，使得能够充分接收竖直方向的磁场。

在水平静态，第一线圈组的法线方向水平，第二线圈组的法线方向竖直。

所述的转动自定向机构包括：金属转轴、两个金属套筒、一对轴承、两个第一绝缘件和两个第二绝缘件，其中：偏置磁芯部设置于金属转轴上，该金属转轴的两端对称，分别设置一个第一绝缘件，第一绝缘件的外部设置金属套筒、轴承以及隔离金属套筒和轴承的第二绝缘件。

所述的第一线圈组的输出导线分别与金属转轴的两端相连，第二线圈组的输出导线分别与两个金属套筒相连，金属转轴和金属套筒上均设有将两组线圈接入外围电路的电刷。

所述的金属转轴与水平方向的角度为0°～90°，使得第一线圈组和第二线圈组的偏转角度变化。

所述的金属转轴设置于偏置磁芯部的中部位置。

所述的第一绝缘件为套接于金属转轴两端的塑料套筒。

所述的第二绝缘件为塑料垫片。

技术效果

本发明通过一个转动自定向机构使得线圈能够保持接收姿态，提高了空间姿态稳定度， 能量接收效率最大值最小值之比为1.414，并且机构简单、易于制作、成本低、性能可靠。

附图说明

图1为本发明第一线圈组和第二线圈组的结构示意图；

图2为转动自定向机构结构示意图；

图3为本发明的三面视图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例包括：第一线圈组1、第二线圈组2、偏置磁芯部和转动自定向机构，其中：第一线圈组1和第二线圈组2正交绕制于偏置磁芯部，两组线圈分别与外围电路相连，偏置磁芯部设置于转动自定向机构上，转动自定向机构使得第一线圈组1和第二线圈组2的偏转角度变化，从而使得两组线圈接受任意方向磁场。

如图1、图3所示，所述的偏置磁芯部包括：线圈骨架3和磁芯件4，其中：磁芯件4固定于线圈骨架3的内部一侧，第一线圈组1于线圈骨架3的上下两侧绕制，第二线圈组2于线圈骨架3的左右两侧绕制。

偏置磁芯部提供重力作用，当无线供能接收线圈绕金属转轴产生自转时，由于重力作用，两组线圈可以保持固定的姿态，使得能够充分接收竖直方向的磁场。

本实施例中，磁芯件4固定在线圈骨架3内部，与线圈骨架3的下侧紧贴，上侧留出空隙，在水平静态，第一线圈组1贴着线圈骨架3上下两侧凹槽绕制，第一线圈组1法线方向水平，第二线圈组2贴着线圈骨架3左右两侧凹槽绕制，第二线圈组2法线方向竖直，第二线圈组2绕在第一线圈组1外侧。

如图2所示，所述的转动自定向机构包括：金属转轴5、两个金属套筒6、一对轴承7、两个第一绝缘件8和两个第二绝缘件9，其中：偏置磁芯部设置于金属转轴5上，该金属转轴5的两端对称，分别设置一个第一绝缘件8，第一绝缘件8的外部设置金属套筒6、轴承7以及隔离金属套筒6和轴承7的第二绝缘件9。

轴承7对整个装置起到固定作用。

所述的第一线圈组1的输出导线分别与金属转轴5的两端相连，第二线圈组2的输出导线分别与两个金属套筒6相连，金属转轴5和金属套筒6上均设有将两组线圈接入外围电路的电刷（未示出）。

所述的金属转轴5与水平方向的角度为0°～90°，使得第一线圈组1和第二线圈组2 的偏转角度变化。

所述的金属转轴5设置于偏置磁芯部的中部位置。

本实施例中，所述的第一绝缘件8为套接于金属转轴5两端的塑料套筒；所述的第二绝缘件9为塑料垫片。 

金属转轴5竖直方向的偏转，即金属转轴5与水平面之间有一定的偏转角度存在时，第一线圈组1与第二线圈组2可以同时对竖直方向的磁场保持一定比例的接收，随着偏转角度的任意变化，第一线圈组1与第二线圈组2的能量接收效率之和为两组线圈中任意一组线圈充分接收情况下的能量接收效率的1～1.414倍，而对于普通三维正交线圈，该比例通常为2～3倍。当偏转角度达到90°极值时，第一线圈组1的接收效率可以达到最大值。

Claims (4)

1.一种具有方向适应性的无线供能接收线圈，其特征在于，包括：第一线圈组、第二线圈组、偏置磁芯部和转动自定向机构，其中：第一线圈组和第二线圈组正交绕制于偏置磁芯部，两组线圈分别与外围电路相连，偏置磁芯部设置于转动自定向机构上，转动自定向机构使得第一线圈组和第二线圈组的偏转角度变化，从而使得两组线圈接受任意方向磁场；

所述的转动自定向机构包括：金属转轴、两个金属套筒、一对轴承、两个第一绝缘件和两个第二绝缘件，其中：偏置磁芯部设置于金属转轴上，该金属转轴的两端对称，分别设置一个第一绝缘件，第一绝缘件的外部设置金属套筒、轴承以及隔离金属套筒和轴承的第二绝缘件。

2.根据权利要求1所述的接收线圈，其特征是，所述的偏置磁芯部包括：线圈骨架和磁芯件，其中：磁芯件固定于线圈骨架的内部一侧，第一线圈组于线圈骨架的上下两侧绕制，第二线圈组于线圈骨架的左右两侧绕制。

3.根据权利要求1所述的接收线圈，其特征是，所述的第一线圈组的输出导线分别与金属转轴的两端相连，第二线圈组的输出导线分别与两个金属套筒相连，金属转轴和金属套筒上均设有将两组线圈接入外围电路的电刷。

4.根据权利要求1所述的接收线圈，其特征是，所述的金属转轴与水平方向的角度为0°～90°，使得第一线圈组和第二线圈组的偏转角度变化。