CN205864080U - 一种用于植入式设备的无线电能传输系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于植入式设备的无线电能传输系统，包括体外能量发射模块和安装于植入式设备上的体内能量收集模块，所述体外能量发射模块包括依次连接的信号发生器、驱动电路、D类功率放大器及发射线圈，所述体内能量收集模块包括依次连接的接收线圈、整流滤波电路、稳压电路及负载回路；所述发射线圈和接收线圈之间设有中继线圈，三者共同构成耦合结构；所述发射线圈、接收线圈及中继线圈均为利兹线材质，发射线圈和接收线圈同轴相对，所述中继线圈的端面位于发射线圈和接收线圈的下边缘且与发射线圈和接收线圈的端面相互垂直呈U形；本实用新型可满足植入式设备不间断的供电需求，并在中远距离上具有更好的电能传输效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及充电应用领域，特别是一种用于植入式设备的无线电能传输系统。
背景技术
随电子技术、制造技术和生物医疗技术的不断进步，促使人类将医学研究与临床实践推到一个新的高度。植入式医疗设备是电子制造技术与医学的相结合，通过外科手术等方式植入体内后，可以用于长期监测体内生理参数的变化，实现在生命体自然生理状态下的实时、精确测量和控制，协助诊断、治疗某些疾病，甚至代替某些功能衰弱或丧失的器官，其在生物研究、医学诊断等方面的作用日益凸显。随着人们生活水平的提高，其应用也日益普及，如心脏起搏器、人工耳蜗、人工视网膜等。
对于植入式设备，能量的稳定、高效及安全供给是甚为关键的问题。传统的办法是在植入式设备中集成一次性高能量密度电池，如胶囊内窥镜常采用大电容的锂电池、镍镉电池来供电。尽管现代科技的发展使得电池的容量不断扩大，但对于大功率的植入设备，如人工心脏等，传统的植入电池方式已无法提供长期的电能。有限的电池寿命意味着电池的周期性更替，这昂贵的手术费无疑加重了患者的经济负担，而植入电池的体积也阻碍了植入式医疗设备的微型化步伐。
实用新型内容
为此，本实用新型的目的在于提供一种用于植入式设备的无线电能传输系统，满足植入式设备不间断的供电需求。
为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：
一种用于植入式设备的无线电能传输系统，包括体外能量发射模块和安装于植入式设备上的体内能量收集模块，所述体外能量发射模块包括依次连接的信号发生器、驱动电路、D类功率放大器及发射线圈，所述体内能量收集模块包括依次连接的接收线圈、整流滤波电路、稳压电路及负载回路；所述发射线圈和接收线圈之间设有中继线圈，三者共同构成耦合结构；所述发射线圈、接收线圈及中继线圈均为利兹线材质，发射线圈和接收线圈同轴相对，所述中继线圈的端面位于发射线圈和接收线圈的下边缘且与发射线圈和接收线圈的端面相互垂直呈U形。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型设计三线圈耦合结构，通过体外能量发射模块向植入式设备上的体内能量收集模块发射能量，解决了需要更换电池的问题，降低了设备植入体内的难度；同时当前无线能量传输的基础是近场互感耦合理论，但传统的互感耦合结构存在传输效率随距离增大迅速下降的缺点，所接收恢复的电源能量随距离变化存在明显波动，容易导致生物体体组织损伤；本实用新型采用利兹线制的发生线圈、接收线圈、中继线圈，三线圈排列组合呈U形，形成高Q值的强磁耦合区，减弱了负载对耦合线圈品质因数的影响，保证了在中远距离上的电能传输效率。
附图说明
下面结合附图就本实用新型的具体实施方式作进一步说明，其中：
图1为本实用新型的结构原理框图。
具体实施方式
参照附图1所示的一种用于植入式设备的无线电能传输系统，包括体外能量发射模块和安装于植入式设备上的体内能量收集模块。
所述体外能量发射模块包括依次连接的信号发生器、驱动电路、D类功率放大器及发射线圈，所述体内能量收集模块包括依次连接的接收线圈、整流滤波电路、稳压电路及负载回路。
信号发生器产生信号后，信号不能直接驱动D类功率放大器，要经过驱动电路进行放大才能驱动，D类功率放大器的工作条件则只与开关管的参数相关，并不随负载变化而变化，只要选择好合适的开关管，便可以保证较高的效率；经放大的信号经发射线圈产生磁场，接收线圈感应输出的交流电经整流滤波电路、稳压电路整理后输出直流电供负载使用。
所述发射线圈和接收线圈之间设有中继线圈，三者共同构成耦合结构；所述发射线圈、接收线圈及中继线圈均为利兹线材质，发射线圈和接收线圈同轴相对，所述中继线圈的端面位于发射线圈和接收线圈的下边缘且与发射线圈和接收线圈的端面相互垂直呈U形。
具体应用时，如心脏起搏器，将接收模块安装在心脏起搏器上随之植入人体，确定发射线圈的方向，需充电时将接收模块的接收线圈调整与发射线圈同轴相对，并在二者之间的下方放置中继线圈，三线圈之间构成U形强磁耦合区，即可快速高效的为心脏起搏器补充电能。
以上所述，仅为本实用新型较佳具体实施方式，但本实用新型保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此本实用新型保护范围以权利要求书的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种用于植入式设备的无线电能传输系统，其特征在于，包括体外能量发射模块和安装于植入式设备上的体内能量收集模块，所述体外能量发射模块包括依次连接的信号发生器、驱动电路、D类功率放大器及发射线圈，所述体内能量收集模块包括依次连接的接收线圈、整流滤波电路、稳压电路及负载回路；所述发射线圈和接收线圈之间设有中继线圈，三者共同构成耦合结构；所述发射线圈、接收线圈及中继线圈均为利兹线材质，发射线圈和接收线圈同轴相对，所述中继线圈的端面位于发射线圈和接收线圈的下边缘且与发射线圈和接收线圈的端面相互垂直呈U形。
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| CN110289698A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-09-27 | 同济大学 | 基于三个共振线圈的无线电能传输系统及其传输方法 |
| CN110289698B (zh) * | 2019-07-05 | 2023-09-22 | 同济大学 | 基于三个共振线圈的无线电能传输系统及其传输方法 |
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