CN109088453A - 一种针对便携医疗设备的无线充电装置 - Google Patents

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李致健
栾天
李晓敏
万嘉昕
邱崧
张英杰
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Abstract

本发明公开了一种针对便携医疗设备的无线充电装置，无线充电发射装置中的控制电路将装置供电电源的电能通过线圈转化为磁能进行无线传输，发射线圈采用多层线圈结构来提高能量传输效率，保护电路对整个能量传输的过程通过反馈进行监督和管理；无线充电接收装置中的接收电路将发射装置传输的磁能转化为电能并将电压调整至合适大小，其输出端与医疗设备充电接口对接，对医疗设备充电，控制电路对能量传输过程进行监督和异常提示。本发明针对性地解决了医疗机构中便携医疗设备的使用量大、使用频次高的特点与传统有线充电方案中同时可充电设备有限的矛盾，为医疗机构提供了高效率、更安全、更符合实际需求的便携医疗设备充电方案。

Description

一种针对便携医疗设备的无线充电装置
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种针对便携医疗设备的无线充电装置。
背景技术
在高新技术的支持以及推动下，医疗电子设备得以摆脱传统设备的繁重，逐渐朝着智能化、便携化方向发展。有文献指出，如今便携式医疗设备在医院五官科和小儿科的使用率在10年内的上升到了90％，高频次的使用对设备的续航时间提出了更高的要求。然而受制于传统有线充电技术的局限性，便携医疗设备在病人较多的时期常会出现由于充电线不足导致的充电不便的情况。与此同时，密集排布的大量充电线也会引入不必要的安全隐患。设备应用广与续航能力有限的矛盾成为了便携式医疗设备发展的一大障碍。
用电设备的续航时间主要取决于电池的性能和设备本身耗电模式的优化，就目前的研究成果来看，在耗电模式的优化这一侧没能取得突破性的进展。而单纯以增大电池体积来增加设备使用时间，设备的体积会不可避免的增大，势必会带来设备便携性下降的负面结果，也不是一个合适的解决方案。
发明内容
为了解决便携式医疗设备续航能力有限以及传统的有线充电方案同时服务设备数量有限对于医院环境下便携式医疗设备频繁使用产生的不利影响，本发明实例提出了一种针对便携医疗设备的无线充电装置。
本发明提出了一种针对便携医疗设备的无线充电装置，包括无线充电发射装置和无线充电接收装置；其中，
所述无线充电发射装置采用分层平台式结构，顶层为保护板，发射模块位于中间层，底层为所述保护板和所述发射模块的承载层，起物理支撑作用；所述发射模块包括发射控制电路、发射线圈和保护电路；所述控制电路将外部电源的电能转化为磁能，驱动所述发射线圈进行无线传输；所述保护电路通过反馈对能量传输的过程进行监督和管理；
所述无线充电接收装置与便携式医疗设备绑定使用，将设置有所述无线充电接收装置的便携医疗设备置于所述保护板上，当所述无线充电发射装置正常工作、将电能转化为磁能并通过所述发射线圈无线向外传输时，所述无线充电接收装置接收这部分磁能并将其重新转化为电能，经过调理后为便携式医疗设备进行充电；
所述无线充电接收装置包括接收线圈和接收控制电路；所述接收线圈对所述发射线圈释放出的磁能进行接收，将磁能转化为电能；所述接收控制电路对这部分电能进行调理，使所述无线充电接收装置的输出电压与便携式医疗设备的充电接口要求相匹配。
本发明中，所述发射线圈为多层结构。
本发明中，所述发射线圈具有三层线圈。
本发明中，所述发射线圈最底层线圈的磁场最强点与其上一层线圈的磁场或与其上多层线圈叠加后形成的磁场最弱点相重叠。
本发明提出一种针对便携医疗设备的、基于电磁感应原理、符合无线充电QI标准的无线充电装置，所述装置包括：1、无线充电发射装置，其中包括发射控制电路、保护电路和发射线圈，发射控制电路将装置供电电源的电能通过线圈转化为磁能进行无线传输，发射线圈采用多层线圈结构来提高能量传输效率，保护电路对整个能量传输的过程通过反馈进行监督和管理2、无线充电接收装置，其中包括接收控制电路和接收电路，接收接收电路将发射装置传输的磁能转化为电能并将电压调整至合适大小，其输出端与医疗设备充电接口对接，对医疗设备充电，控制电路对能量传输过程进行监督和异常提示。该装置的充电过程不依赖充电线、同时可充电设备数量不受插头数量限制，针对性地解决了医疗机构中便携医疗设备的使用量大、使用频次高的特点与传统有线充电方案中同时可充电设备有限的矛盾，为医疗机构提供了高效率、更安全、更符合实际需求的便携医疗设备充电方案。
附图说明
图1是本发明装置的整体框图。
图2是本发明发射模块框图。
图3是本发明无线能量收发原理图。
图4是本发明接收装置框图。
图5是本发明一层线圈的磁场强度分布示意图。
图6是本发明两层线圈叠加方式和叠加后的磁场强度分布示意图。
图7是本发明三层线圈叠加方式和叠加后的磁场强度分布示意图。
具体实施方式
结合以下具体实施例和附图，对发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
如图1所示，本发明针对便携医疗设备的无线充电装置主要分为以下两个部分：
第一，无线充电发射装置
无线充电发射装置整体采用分层平台式结构。顶层为装置保护板，采用厚度为1cm的亚克力材料制成，在不影响能量的无线传输效果的前提下，为被充电的便携医疗设备提供物理支撑，也对下方的发射模块起到了保护作用。发射模块位于发射装置的中间层，采用无线充电QI标准，基于电磁感应原理实现对接收装置的无线能量传输。底层为所述保护板和所述发射模块的承载层
如图2所示，发射模块主要分为发射控制电路、发射线圈和保护电路三个部分。外部电源为整个发射模块供电；发射控制电路将外部电源的电能转化为磁能，驱动发射线圈进行无线传输；保护电路通过反馈对能量传输的过程进行监督和管理。
实现的方法是：参考基于近场线圈感应现象的无线充电标准QI标准，发射模块将外部电源的电能通过LC谐振转化为磁能。基于LC谐振的发射线圈实现原理如图3左所示。
第二，无线充电接收装置
无线充电接收装置与便携式医疗设备绑定使用。将安装了无线充电接收装置的便携医疗设备置于无线充电发射装置的保护板上，当发射装置正常工作、将电能转化为磁能并通过线圈无线向外传输时，无线充电接收装置接收这部分磁能并将其重新转化为电能，经过调理后为便携式医疗设备进行充电。
如图4所示，无线充电接收装置主要分为接收线圈和接收控制电路两个部分。接收线圈对发射线圈释放出的磁能进行接收，将磁能转化为电能；接收控制电路对这部分电能进行调理，使无线充电接收装置的输出电压与便携式医疗设备的充电接口要求相匹配，
实现的方法是：参考基于近场线圈感应现象的无线充电标准QI标准，设计与发射线圈LC谐振频率相匹配的接收线圈。基于LC谐振的接收线圈实现原理如图3右所示。
本发明在无线充电发射装置的发射模块中采用了多层线圈平台技术来实现更高效率的无线能量传输。
如图5所示，单层线圈中的空隙是磁场最弱的部分(图中灰色部分)。所以本发明在布置第二层线圈时，将第二层磁场最强点和第一层磁场最弱点相重叠，如图6所示。从图6中看，由于圆的几何特点使得单层的最强点恰好都与另一层的最弱点相重叠，使整个平台上的磁场分布更加均匀。但是，在第二层的层叠后，依旧能发现有未能覆盖的磁场最弱点(图6中小部分灰色部分)。故应铺设第三层线圈。如图7所示，经过三层重叠之后，基本已经将单层线圈的最弱点进行弥补，通过三层线圈的磁场加强，使得整个平台的磁场分布更为均匀。这样就从理论上达到了平台通过多线圈对于多设备有更好支持的目的，提高了平台的整体充电效率。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (4)

1.一种针对便携医疗设备的无线充电装置，其特征在于，包括无线充电发射装置和无线充电接收装置；其中，
所述无线充电发射装置采用分层平台式结构，顶层为保护板，发射模块位于中间层，底层为所述保护板和所述发射模块的承载层，起物理支撑作用；所述发射模块包括发射控制电路、发射线圈和保护电路；所述控制电路将外部电源的电能转化为磁能，驱动所述发射线圈进行无线传输；所述保护电路通过反馈对能量传输的过程进行监督和管理；
所述无线充电接收装置与便携式医疗设备绑定使用，将设置有所述无线充电接收装置的便携医疗设备置于所述保护板上，当所述无线充电发射装置正常工作、将电能转化为磁能并通过所述发射线圈无线向外传输时，所述无线充电接收装置接收这部分磁能并将其重新转化为电能，经过调理后为便携式医疗设备进行充电；
所述无线充电接收装置包括接收线圈和接收控制电路；所述接收线圈对所述发射线圈释放出的磁能进行接收，将磁能转化为电能；所述接收控制电路对这部分电能进行调理，使所述无线充电接收装置的输出电压与便携式医疗设备的充电接口要求相匹配。
2.如权利要求1所述的针对便携医疗设备的无线充电装置，其特征在于，所述发射线圈为多层结构。
3.如权利要求2所述的针对便携医疗设备的无线充电装置，其特征在于，所述发射线圈具有三层线圈。
4.如权利要求2所述的针对便携医疗设备的无线充电装置，其特征在于，所述发射线圈最底层线圈的磁场最强点与其上一层线圈的磁场或与其上多层线圈叠加后形成的磁场最弱点相重叠。
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