CN112968532B - 基于磁共振耦合的无线磁阻执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于磁共振耦合的无线磁阻执行器，包括发射端和驱动端；发射端包括高频电源以及同心设置的源线圈和发射线圈，源线圈与高频电源连接；驱动端包括同心设置的接收线圈、负载线圈和驱动线圈，接收线圈无线接收发射线圈的功率并无线传递至负载线圈，负载线圈与驱动线圈电连接；发射端和驱动端中的一个还设有磁性元件，磁性元件与驱动线圈配合。本发明在结合执行器和无线能量传递功能，利用无线能量传递功能在体内药物释放装置中建立局部强磁场，利用该局部强磁场进行药物释放。此外，体内药物释放装置可以包含，也可以不包含磁性物质。因此，其可以用于强磁环境中，例如，核磁共振机中。

Description

基于磁共振耦合的无线磁阻执行器

技术领域

本发明涉及无线执行器技术领域，具体涉及一种基于磁共振耦合的无线磁阻执行器。

背景技术

无线执行器可用于体内药物释放。采用无线执行器的主要原因是无须在体内安装电池，从而增加体内药物释放装置寿命及安全性。已提出的无线执行器包括无线驱动磁性粒子薄膜和外置永磁体驱动方法。磁性粒子无线驱动方法利用外置永磁体磁场，在磁性粒子薄膜上产生磁力，产生薄膜形变，压缩药物腔，通过控制薄膜形变量控制药物释放量。外置永磁体驱动方法利用外置永磁体磁场驱动体内药物释放装置中的小永磁体，释放药物。

此外，目前无线执行器采用的方法都是利用外置永磁体方法，其执行器输出力的大小取决于体内磁性物质的大小和磁性强度，无法驱动非磁性药物释放装置，导致体内具有该类型无线执行器的药物释放装置无法在具有强磁的环境中使用，如核磁共振机等。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于磁共振耦合的无线磁阻执行器，结合执行器和无线能量传递功能，利用无线能量传递功能在体内药物释放装置中建立局部强磁场，利用该局部强磁场进行药物释放。

为达成上述目的，本发明提供如下技术方案：基于磁共振耦合的无线磁阻执行器，包括发射端和驱动端；

所述发射端包括高频电源以及同心设置的源线圈和发射线圈，所述源线圈与高频电源连接，所述源线圈接收高频电源的功率并无线传递至发射线圈；

所述驱动端包括同心设置的接收线圈、负载线圈和驱动线圈，所述接收线圈无线接收所述发射线圈的功率并无线传递至负载线圈，所述负载线圈与所述驱动线圈电连接；

所述发射端和所述驱动端中的一个还设有磁性元件，所述磁性元件与所述驱动线圈配合，使得所述磁性元件与所述驱动线圈能够相对移动。

进一步地，所述发射线圈与所述接收线圈均为共振线圈。

进一步地，所述共振线圈包括相互串联的线圈和电容，所述线圈的线圈电感与电容满足：

式中：f--频率；L--感抗；C--容抗。

作为优选，所述负载线圈通过整流桥与所述驱动线圈连接。

作为优选，所述驱动线圈相对接收线圈和负载线圈固定；所述磁性元件设置于驱动端，且能够相对所述驱动线圈移动。

进一步地，所述磁性元件为移动铁芯。

进一步地，所述磁性元件为轴向充磁的永磁体。

进一步地，所述磁性元件为磁性纳米粒子。

作为优选，所述驱动线圈能够相对接收线圈和负载线圈移动，所述磁性元件固定设置于发射端。

作为优选，所述磁性元件为永磁体，所述发射线圈和源线圈缠绕在磁性元件上。

本发明与现有技术相对比，其有益效果在于：本发明在结合执行器和无线能量传递功能，利用无线能量传递功能在体内药物释放装置中建立局部强磁场，利用该局部强磁场进行药物释放。此外，本发明重要特点是，体内药物释放装置可以包含，也可以不包含磁性物质。因此，其可以用于强磁环境中，例如，核磁共振机中。

附图说明

图1是本发明中实施例1的结构示意图。

图2是本发明中实施例2的结构示意图。

图3是本发明中实施例3的结构示意图。

图4是本发明中实施例4的结构示意图。

图5是本发明中各线圈的电路示意图。

图中：1、源线圈；2、发射线圈；3、接收线圈；4、负载线圈； 5、驱动线圈；6、磁性元件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步具体的说明。

实施例1

本实施例的基于磁共振耦合的无线磁阻执行器，如图1、图5所示，包括发射端和驱动端。其中：

发射端包括高频电源以及同心缠绕在高频铁芯(如铁氧体高频铁芯)上的源线圈1和发射线圈2，源线圈1与高频电源连接，接收来自高频电源的功率，该功率被无线传递至发射线圈2。发射线圈2由线圈和电容串联组成，电容容值与线圈电感相互抵消，组成共振电路，从而使得发射线圈2能够建立具有一定强度的近磁场。具体的，发射线圈2的线圈电感与电容满足：

式中：f--频率；L--感抗；C--容抗。

驱动端包括接收线圈3、负载线圈4、驱动线圈5以及磁性元件 6，接收线圈3、负载线圈4、驱动线圈5同心缠绕在线圈载体上，本实施例中驱动线圈5相对接收线圈3和负载线圈4固定，磁性元件6 采用移动铁芯，移动铁芯可相对驱动线圈移动地设置于驱动线圈5的上方，具体的，移动铁芯为片状，如具有一定厚度的圆片，移动铁芯通过弹性机构，如弹簧或弹性片设置于驱动线圈5的上方，并与驱动线圈5和接收线圈3保持一定间隙。接收线圈3与发射线圈2相同，由线圈和电容共同组成共振线圈，接收线圈3与发射线圈2间隔一定距离d，发射线圈2发出的近磁场无线链接至接收线圈3，接收线圈 3将接收到的功率无线传递至负载线圈4，使负载线圈4实现驱动功能；具体的，负载线圈4通过整流桥与驱动线圈5连接，负载线圈4 电流经过整流后，驱动驱动线圈5，驱动线圈5将在移动铁芯上产生磁阻力，实现对移动铁芯的驱动；源线圈1高频驱动电压可通过低频信号进行调制，当低频信号频率与移动铁芯连接的弹性机构共振频率相等时，移动铁芯可以输出最大位移。

实施例2

本实施例的基于磁共振耦合的无线磁阻执行器，如图2、图5所示，包括发射端和驱动端。其中：

发射端包括高频电源以及同心缠绕在高频铁芯上的源线圈1和发射线圈2，源线圈1与高频电源连接，接收来自高频电源的功率，该功率被无线传递至发射线圈2。发射线圈2由线圈和电容串联组成，电容容值与线圈电感相互抵消，组成共振电路，从而使得发射线圈2 能够建立具有一定强度的近磁场。具体的，发射线圈2的线圈电感与电容满足：

式中：f--频率；L--感抗；C--容抗。

驱动端包括接收线圈3、负载线圈4、驱动线圈5以及磁性元件 6，接收线圈3、负载线圈4、驱动线圈5同心缠绕在线圈载体上，本实施例中驱动线圈5相对接收线圈3和负载线圈4固定，磁性元件6 采用轴向充磁的永磁体，永磁体可相对驱动线圈移动地设置于驱动线圈5的上方；具体的，永磁体通过弹性机构，如弹簧或弹性片设置于驱动线圈5的上方，并与驱动线圈5和接收线圈3保持一定间隙。。接收线圈3与发射线圈2相同，由线圈和电容共同组成共振线圈，接收线圈3与发射线圈2间隔一定距离d，发射线圈2发出的近磁场无线链接至接收线圈3，接收线圈3将接收到的功率无线传递至负载线圈4，使负载线圈4实现驱动功能；具体的，负载线圈4通过整流桥与驱动线圈5连接，负载线圈4将高频电流整流成直流电流，直流电流流经驱动线圈5后，产生磁极，驱动轴向充磁的永磁体，实现对永磁体的无线驱动；源线圈1高频驱动电压可通过低频信号进行调制，当低频信号频率与永磁体连接的弹性机构共振频率相等时，永磁体可以输出最大位移。

实施例3

本实施例的基于磁共振耦合的无线磁阻执行器，如图3、图5所示，包括发射端和驱动端。其中：

发射端包括高频电源以及同心缠绕在磁性元件6上的源线圈1和发射线圈2，磁性元件6为永磁体，源线圈1与高频电源连接，接收来自高频电源的功率，该功率被无线传递至发射线圈2。发射线圈2 由线圈和电容串联组成，电容容值与线圈电感相互抵消，组成共振电路，从而使得发射线圈2能够建立具有一定强度的近磁场。具体的，发射线圈2的线圈电感与电容满足：

式中：f--频率；L--感抗；C--容抗。

驱动端包括接收线圈3、负载线圈4以及驱动线圈5，接收线圈 3、负载线圈4同心缠绕在线圈载体上，本实施例中线圈载体采用非金属材料，例如尼龙或塑料。本实施例中驱动线圈5能够相对接收线圈3和负载线圈4移动，作为动作线圈，具体的，驱动线圈5可以通过弹性机构，如弹簧或弹性片设置于负载线圈4的下方，并与负载线圈4和接收线圈3保持一定距离。接收线圈3与发射线圈2相同，由线圈和电容共同组成共振线圈，接收线圈3与发射线圈2间隔一定距离d，发射线圈2发出的近磁场无线链接至接收线圈3，接收线圈3 将接收到的功率无线传递至负载线圈4，使负载线圈4实现驱动功能；具体的，负载线圈4通过整流桥与驱动线圈5连接，负载线圈4将高频电流整流成直流电流，直流电流流经驱动线圈5后，产生磁极，在发射端的永磁体的相对作用下，实现驱动线圈5的动作；源线圈1高频驱动电压可通过低频信号进行调制，当低频信号频率与驱动线圈连接的弹性机构共振频率相等时，达到机械共振，驱动线圈振幅达到最大。

实施例4

本实施例的基于磁共振耦合的无线磁阻执行器，如图4、图5所示，包括发射端和驱动端。其中：

发射端包括高频电源以及同心缠绕在高频铁芯上的源线圈1和发射线圈2，源线圈1与高频电源连接，接收来自高频电源的功率，该功率被无线传递至发射线圈2。发射线圈2由线圈和电容串联组成，电容容值与线圈电感相互抵消，组成共振电路，从而使得发射线圈2 能够建立具有一定强度的近磁场。具体的，发射线圈2的线圈电感与电容满足：

式中：f--频率；L--感抗；C--容抗。

驱动端包括接收线圈3、负载线圈4、驱动线圈5以及磁性元件 6，接收线圈3、负载线圈4、驱动线圈5同心缠绕在线圈载体上，本实施例中线圈载体采用非金属材料，例如尼龙或塑料。本实施例中驱动线圈5相对接收线圈3和负载线圈4固定，磁性元件6采用磁性纳米粒子。接收线圈3与发射线圈2相同，由线圈和电容共同组成共振线圈，接收线圈3与发射线圈2间隔一定距离d，发射线圈2发出的近磁场无线链接至接收线圈3，接收线圈3将接收到的功率无线传递至负载线圈4，使负载线圈4实现驱动功能；具体的，负载线圈4通过整流桥与驱动线圈5连接，负载线圈4电流经过整流后，驱动驱动线圈5，驱动线圈5将在移动铁芯上产生磁阻力，实现对磁性纳米粒子的驱动。本实施例利用接收线圈3、负载线圈4、驱动线圈5建立的局部磁场，加热或驱动磁性纳米粒子，用于药物释放。磁性纳米粒子和铜线圈均可工作在核磁强磁场环境中，因此实现核磁兼容。

在实施例1与实施例2中，在驱动端都包含有磁性元件，使得无线执行器无法使用在核磁强磁环境中；实施例3中，磁性元件即永磁体置于发射端，其产生的磁场可无线驱动驱动线圈动作，该实施例中驱动端不包含磁性元件，能够应用于核磁强磁环境中；实施例4中，磁性纳米粒子可工作在核磁强磁场环境中。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于磁共振耦合的无线执行器，其特征在于，包括发射端和驱动端；

所述发射端包括高频电源以及同心设置的源线圈和发射线圈，所述源线圈与高频电源连接，所述源线圈接收高频电源的功率并无线传递至发射线圈；

所述驱动端包括同心设置的接收线圈、负载线圈和驱动线圈，所述接收线圈无线接收所述发射线圈的功率并无线传递至负载线圈，所述负载线圈与所述驱动线圈电连接；

所述发射端和所述驱动端中的一个还设有磁性元件，所述磁性元件与所述驱动线圈配合，使得所述磁性元件与所述驱动线圈能够相对移动；

所述驱动线圈能够相对接收线圈和负载线圈移动，所述磁性元件固定设置于发射端。

2.根据权利要求1所述的基于磁共振耦合的无线执行器，其特征在于，所述发射线圈与所述接收线圈均为共振线圈。

3.根据权利要求2所述的基于磁共振耦合的无线执行器，其特征在于，所述共振线圈包括相互串联的线圈和电容，所述线圈的线圈电感与电容满足：

式中：f--频率；L--感抗；C--容抗。

4.根据权利要求1所述的基于磁共振耦合的无线执行器，其特征在于，所述负载线圈通过整流桥与所述驱动线圈连接。

5.根据权利要求1所述的基于磁共振耦合的无线执行器，其特征在于，所述磁性元件为永磁体，所述发射线圈和源线圈缠绕在磁性元件上。

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