CN108686275B - 一种无线供电的环形辅助供血装置 - Google Patents

一种无线供电的环形辅助供血装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无线供电的环形辅助供血装置，属于无线电能传输领域。所述外置电池与逆变器相连，在所述外置电池与逆变器相连的电路上设有母线电容；所述主控器与逆变器相连；所述逆变器与发射线圈相连，逆变器与发射线圈之间串联有谐振补偿电容，中继线圈嵌套在发射线圈外部，中继线圈上还设置有谐振补偿电容；所述发射线圈与接收线圈通过磁耦合的方式达到谐振，所述接收线圈与高压整流滤波电路相连，所述高压整流滤波电路与电活性聚合物薄膜相连，在所述高压整流滤波电路与电活性聚合物薄膜相连的电路上设有维持电容，所述电活性聚合物薄膜为环形。本发明辅助并替代心脏泵血功能，供给人体器官血液。

Description

一种无线供电的环形辅助供血装置
技术领域
本发明涉及一种无线供电的环形辅助供血装置，属于无线电能传输领域。
背景技术
在针对心脏衰竭的病症治疗过程中，传统方法采用人体辅助供血泵，即在心脏主血管安装电机装置，辅助并替代心脏泵血功能，供给人体器官血液。
但由于电机泵的体积较大，不利于外科医生安装，同时重量较重，对病人也是一种负担，最主要问题是需要通过皮下手术，外接电源线，将电机泵所需电源外置，如此长期的创口裸露，会造成细菌或病毒感染，从而严重威胁病人的生命健康。
发明内容
本发明为了解决传统人体辅助供血装置体积较大、电源外置易导致细菌感染从而威胁病人健康的问题。提出的一种无线供电的环形辅助供血装置，所采取的技术方案如下：
一种无线供电的环形辅助供血装置，包括外置电池，母线电容，主控器，逆变器，中继线圈，发射线圈，接收线圈，高压整流滤波电路、电活性聚合物薄膜、两个谐振补偿电容和维持电容；
所述外置电池与逆变器相连，在所述外置电池与逆变器相连的电路上设有母线电容；所述主控器与逆变器相连；
所述逆变器与发射线圈相连，逆变器与发射线圈之间串联有谐振补偿电容，中继线圈嵌套在发射线圈外部，中继线圈上还设置有谐振补偿电容；所述发射线圈与接收线圈通过磁耦合的方式达到谐振，所述接收线圈与高压整流滤波电路相连，所述高压整流滤波电路与电活性聚合物薄膜相连，在所述高压整流滤波电路与电活性聚合物薄膜相连的电路上设有维持电容，所述电活性聚合物薄膜为环形。
进一步，所述电活性聚合物薄膜分三层，上下两层为铁电聚合物，中间层为PVC聚合物。
进一步，所述电活性聚合物薄膜的供电电压为500V-5kV脉冲直流，其功率为5W-10W。
进一步，所述中继线圈的尺寸为8cm-12cm。
进一步，所述发射线圈的尺寸为10cm-14cm。
进一步，所述外置电池为锂电池和镍氢电池等。
本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明涉及一种无线供电的环形辅助供血装置，EAP活性薄膜负载采用的是高压供电系统，利用高压作用在活性薄膜表面，高压击穿薄膜产生形变，从而挤压血管，产生供血要求，采用三线圈结构最大的优势在于，采用多级升压调节方式，即结构为多级磁耦合弹跳升压结构。该电活性聚合物薄膜最主要优势在于完全不需要任何液体，属于干驱动系统，且结构简单、控制方便，体积小，重量轻，系统效率高等特点。
附图说明
图1是本发明所述一种无线供电的环形辅助供血装置的电活性聚合物薄膜的结构示意图；
图2是本发明所述一种无线供电的环形辅助供血装置内置于人体的示意图；
图3是本发明所述一种无线供电的环形辅助供血装置的工作模式和非工作模式对比图；
图4是本发明所述一种无线供电的环形辅助供血装置的电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。
具体实施方式：结合图1至图4来说明本实施方式：本实施方式提所述的
一种无线供电的环形辅助供血装置，包括外置电池1，母线电容2，主控器3，逆变器4，中继线圈5，发射线圈6，接收线圈7，高压整流滤波电路8、电活性聚合物薄膜9、两个谐振补偿电容10和维持电容11；
所述外置电池1与逆变器4相连，在所述外置电池1与逆变器4相连的电路上设有母线电容2；所述主控器3与逆变器4相连；
所述逆变器4与发射线圈6相连，逆变器4与发射线圈6之间串联有谐振补偿电容10，中继线圈5嵌套在发射线圈6外部，中继线圈5上还设置有谐振补偿电容10；所述发射线圈6与接收线圈7通过磁耦合的方式达到谐振，所述接收线圈7与高压整流滤波电路8相连，所述高压整流滤波电路8与电活性聚合物薄膜9相连，在所述高压整流滤波电路8与电活性聚合物薄膜9 相连的电路上设有维持电容11，所述电活性聚合物薄膜9为环形。
所述电活性聚合物薄膜9分三层，上下两层为铁电聚合物，中间层为PVC 聚合物。所述电活性聚合物薄膜9的供电电压为500V-5kV脉冲直流，其功率为5W-10W。所述中继线圈5的尺寸为8cm-12cm。所述发射线圈6的尺寸为 10cm-14cm。所述外置电池1为锂电池和镍氢电池等。
电活性聚合物薄膜9(EAP)为一种新型特殊材料，共分3层，上下两层为铁电聚合物，铁电性的晶体极性聚合物，该类聚合物具有电子偶极距，当施加适当的电场后，这个偶极矩会反向；中间为PVC聚合物，通过提供上下层直流电压，由于电子偶极矩变化，导致接入正极电源的薄膜侧发生收缩，而负极维持原形变，从而薄膜整体形态发生变化，通过阶跃脉冲直流电信号，可实现薄膜规律形变，从而协同挤压血管壁，为心脏提供血液。成年人的心跳次数，每分钟在60-100次以内是属于正常的，通常在70-90的范围之内的为多数，如果按每分钟80次心跳计算，其频率约为1.3Hz，即直流通电需要维持0.76s，利用电活性聚合物薄膜9产生的形变从而挤压血管，达到供血的效果。形变时电活性聚合物薄膜9的维持电容11值会发生变化，其维持电容11可按以下公式等效计算：
Figure BDA0001679063030000041
其中S为电活性聚合物薄膜9电极表面积，ε0为真空介电常数，εr为相对介电常数，d为电活性聚合物薄膜9的厚度。
通过设计环形的电活性聚合物薄膜9辅助供血结构，紧密安装于血管壁外周，环形的电活性聚合物薄膜9与血管接触部分越靠近中心受力越大，采用铝制金属箔片代替传统导线，外加绝缘薄膜，起到安全保护作用。施加电压后，环形的电活性聚合物薄膜9发生形变，向内收缩，使得血管壁四周均受同等大小外力挤压，从而控制血流量，电子型的电活性聚合物薄膜9其供电电压一般为500V-5kV，根据不同的供血要求，可设计不同电压等级的辅助装置。
环形的电活性聚合物薄膜9供电电源需要内置于人体的内部，其主要供电要求为高压直流电源，其供电电压为500V-5kV脉冲直流，其功率为 5W-10W。由于电活性聚合物薄膜9特殊的供电要求，本发明采用3线圈式，无线供电模型，即多级跳跃式无线升压模型，其主要包括发射线圈6，中继线圈5，接收线圈7，其中能量接收侧采用感应式能量传输方式，即没有谐振补偿电容，而发射线圈6和中继线圈5采用谐振式能量传输方式，配有谐振补偿电容10。其中发射线圈6尺寸为8cm-12cm，而中继线圈5与发射线圈6在同一平面内，中继线圈5嵌套在能量发射线圈6外部，起到增强谐振磁场的作用，其中中继线圈5的尺寸为10-14cm。源级输入电源为电池，根据电池种类选择范围的不同，本发明涉及电池包括锂电池，镍氢电池等，其中电压为24V-36V，利用外置可更换电源，这样可以很好的解决能量续航问题。将直流电源转化为高频交流电源，通过LC串联电压型谐振电路，控制系统工作频率，将电能转化为高频电磁能，激励中继线圈5，使中继线圈5发生谐振，其中中继线圈5主要能量为无功能量，增强传输磁场，其电流值为谐振电流的3-15倍，从而提高系统磁场强度，增大系统传输距离及效率。而接收线圈7为多匝电感线圈，其感值为1mH-100mH之间，通过感应耦合，将磁能转化为电能，在固定的接收截面积情况下，系统的磁通是一定的，但系统磁链与匝数有关，及输出的感应电动势为匝数n的倍数。通过中继线圈 5增大磁场强度，利用接收线圈7感应耦合结构，将磁能转化为电能，其中接收侧属于多匝大电感小尺寸线圈，即与传统的变压器相同。
Figure BDA0001679063030000051
其中U1为中继线圈电压，而U2为接收线圈7电压，n1为中继线圈5匝数，而n2为接收线圈7匝数。其中负载侧还需要加一级维持电容11，保证系统升压过程为稳定的梯形波。
本发明所述的一种无线供电的环形辅助供血装置不局限于 上述各个实施方式所描述的具体结构，还可以是上述各个实施方式所描述的特征的合理组合。

Claims (5)

1.一种无线供电的环形辅助供血装置，其特征在于，包括外置电池(1)、 母线电容(2)、主控器(3)、 逆变器(4)、 中继线圈(5)、 发射线圈(6)、 接收线圈(7)、 高压整流滤波电路(8)、电活性聚合物薄膜(9)、两个谐振补偿电容(10)和维持电容(11)；
所述外置电池(1)与逆变器(4)相连，在所述外置电池(1)与逆变器(4)相连的电路上设有母线电容(2)；所述主控器(3)与逆变器(4)相连；
所述逆变器(4)与发射线圈(6)相连，逆变器(4)与发射线圈(6)之间串联有谐振补偿电容(10)，中继线圈(5)嵌套在发射线圈(6)外部，中继线圈(5)上还设置有谐振补偿电容(10)；所述发射线圈(6)与接收线圈(7)通过磁耦合的方式达到谐振，所述接收线圈(7)与高压整流滤波电路(8)相连，所述高压整流滤波电路(8)与电活性聚合物薄膜(9)相连，在所述高压整流滤波电路(8)与电活性聚合物薄膜(9)相连的电路上设有维持电容(11)，所述电活性聚合物薄膜(9)为环形，所述电活性聚合物薄膜(9)分三层，上下两层为铁电聚合物，中间层为PVC聚合物。
2.根据权利要求1所述的一种无线供电的环形辅助供血装置，其特征在于，所述电活性聚合物薄膜(9)的供电电压为500V-5kV脉冲直流，其功率为5W-10W。
3.根据权利要求1所述的一种无线供电的环形辅助供血装置，其特征在于，所述中继线圈(5)的尺寸为8cm-12cm。
4.根据权利要求1所述的一种无线供电的环形辅助供血装置，其特征在于，所述发射线圈(6)的尺寸为10cm-14cm。
5.根 据权利要求1所述的一种无线供电的环形辅助供血装置，其特征在于，所述外置电池(1)为锂电池或镍氢电池。
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