一種用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括體外能量發(fā)射裝置和體內(nèi)能量接收裝置；所述體外能量發(fā)射裝置和體內(nèi)能量接收裝置之間通過電磁感應(yīng)方式耦合，所述體內(nèi)能量接收裝置連接負(fù)載以提供電能，所述體外能量發(fā)射裝置將直流供電電壓逆變?yōu)榻涣?，?qū)動LC諧振回路，產(chǎn)生交變磁場；所述體內(nèi)能量接收裝置通過接收線圈感應(yīng)生電，經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓輸出滿足要求的供電電壓，驅(qū)動負(fù)載，本實(shí)用新型克服由于能量線圈之間位置或距離的改變致體內(nèi)接收端電壓的波動，自動調(diào)節(jié)發(fā)射功率，維持體內(nèi)接收端電壓恒定，達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)射功率維持體內(nèi)電壓恒定的功能，保證體內(nèi)電子設(shè)備的正常穩(wěn)定，使整個經(jīng)皮供能系統(tǒng)更加安全方便。
【專利說明】一種用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種無線能量傳輸裝置，具體是一種應(yīng)用于植入式電子醫(yī)療器械 的輸出功率可自適應(yīng)調(diào)控的經(jīng)皮供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 植入式電子醫(yī)療設(shè)備，如人工肛門括約肌，胃腸道刺激器、心臟起搏器和神經(jīng)刺激 器等，在治療各種疾病過程中扮演著越來越重要的角色，并且得到了廣泛的臨床應(yīng)用。但 能量供給問題一直是上述設(shè)備的"瓶頸"，早期體外拖纜式供電方式因其術(shù)后的高感染率和 并發(fā)癥已被淘汰，對于大功耗移植設(shè)備傳統(tǒng)電池供電也因體積大壽命短而無法得到廣泛應(yīng) 用。隨著經(jīng)皮能量傳輸（transcutaneousenergytransfer，TET)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于 TET供能成為此類設(shè)備的最佳選擇，其安全性和便捷性不言而喻。
[0003] 經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的經(jīng)皮能量對體內(nèi)體外能量線圈的位置要 求非常嚴(yán)格，而使用者的正常運(yùn)動或者不同個體移植處脂肪肌肉生理結(jié)構(gòu)的差異性會使線 圈之間發(fā)生不可避免的相對位移（軸向、徑向和角度），從而直接導(dǎo)致線圈間耦合強(qiáng)度的 變化，系統(tǒng)傳輸能力急劇改變，體內(nèi)接收電壓或大或小，嚴(yán)重影響到體內(nèi)電子系統(tǒng)的正常工 作。所以傳統(tǒng)的TET供能通常會要求相對嚴(yán)格的線圈擺放范圍或采用磁貼間接引導(dǎo)體體內(nèi) 外線圈的對齊固定；也可通過設(shè)計陣列式發(fā)射線圈犧牲體積來增大有效接觸范圍。但對于 植入式經(jīng)皮供能上述方法可操作性不強(qiáng)，無疑限制了其應(yīng)用的靈活性和方便性。除此之外， 也可通過無線通信實(shí)時獲取體內(nèi)電壓的輸出值，在體外發(fā)射端采用某種調(diào)控機(jī)制補(bǔ)償位置 變化導(dǎo)致的耦合因數(shù)的變化，維持體內(nèi)接收電壓的相對穩(wěn)定，但額外的無線通信模塊和外 圍電路無疑增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，其調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度也不能保證。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自 適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)TET系統(tǒng)能量線圈需固定相對位置的不便性，使用更加 安全、穩(wěn)定。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，采用下列技術(shù)方案：
[0006] -種用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括體外能量發(fā)射裝置 和體內(nèi)能量接收裝置；所述體外能量發(fā)射裝置和體內(nèi)能量接收裝置之間通過電磁感應(yīng)方式 耦合，所述體內(nèi)能量接收裝置連接負(fù)載以提供電能，其中，所述體外能量發(fā)射裝置將直流供 電電壓逆變?yōu)榻涣?，?qū)動LC諧振回路，產(chǎn)生交變磁場；所述體內(nèi)能量接收裝置通過接收線 圈感應(yīng)生電，經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓輸出滿足要求的供電電壓，驅(qū)動負(fù)載。
[0007] 所述的用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中，所述體外能量 發(fā)射裝置包括功率調(diào)節(jié)器、發(fā)射器和能量發(fā)射線圈；功率調(diào)節(jié)器產(chǎn)生輸入信號，輸入信號用 于驅(qū)動發(fā)射器，將信號通過能量發(fā)射線圈傳輸至體內(nèi)能量接收裝置；
[0008] 所述體內(nèi)能量接收裝置包括能量接收線圈和接收器，所述接收器包含第二諧振匹 配電路和整流濾波穩(wěn)壓電路；第二諧振匹配電路與接收線圈共同組成諧振回路，以補(bǔ)償電 抗損耗；整流濾波穩(wěn)壓電路將接收的信號進(jìn)行整流、濾波和穩(wěn)壓處理形成穩(wěn)定的直流電壓， 提供給負(fù)載；
[0009] 所述的用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述發(fā)射器包括能量 逆變電路和諧振匹配電路，逆變電路將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娞峁┙o諧振匹配電路，所述 諧振匹配電路與所述能量發(fā)射線圈相配合用于無線發(fā)射電力。
[0010] 所述的用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中，功率調(diào)節(jié)器包 含信號處理電路、信號驅(qū)動電路和相位檢測電路，相位檢測電路輸出的信號經(jīng)由信號處理 電路處理輸入信號驅(qū)動電路。
[0011] 所述的用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中，能量發(fā)射線圈 包括襯底、磁性凸臺；所述磁性凸臺固定于所述襯底上，位于所述襯底中心線上，所述磁性 凸臺外周沿周向繞制有多層螺旋線圈形成線圈組，所述線圈組的直徑與所述襯底的直徑相 等。
[0012] 所述用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中，所述螺旋線圈包 括多股漆包銅線，多股所述漆包銅線絞合而成。
[0013] 根據(jù)本實(shí)用新型的第二個方面，基于上述實(shí)用新型內(nèi)容，提出的自適應(yīng)調(diào)控方法 包括：
[0014] 設(shè)定體外發(fā)射端初始發(fā)送頻率（&)作為第一條件。
[0015] 設(shè)定發(fā)射和接收線圈電感L和調(diào)諧電容值C構(gòu)成第二條件，其中線圈電感值為實(shí) 際應(yīng)用中所設(shè)計的線圈電感測量值，調(diào)諧電容大小選擇原則為C= (2f)2/L，為了防止LC 回路完全諧振時回路電流過大而損壞電路，且保證零電壓開關(guān)（ZVS)逆變，式中f應(yīng)略小于 f〇。
[0016] 設(shè)定體內(nèi)接收電壓期望調(diào)節(jié)值作為第三條件。
[0017] 在實(shí)施方式中，設(shè)定線圈間的實(shí)際距離范圍，在最弱耦合因子情況下（最大距 離），調(diào)節(jié)發(fā)射端供電電壓（vs)，使體內(nèi)接收電壓達(dá)到期望輸出值后固定發(fā)射端供電電壓， 得到期望電壓傳輸增益比G= %/\。
[0018] 在實(shí)施方式中，相位差反饋信號與線圈間耦合因子變化關(guān)系由系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型推導(dǎo) 而出。
[0019] 在實(shí)施方式中，電壓傳輸方程由無線能量傳輸電路T型簡化模型推導(dǎo)而出。
[0020] 在實(shí)施方式中，通過對電壓傳輸方程的求解，可獲得發(fā)射頻率關(guān)于耦合因子和電 壓傳輸增益的關(guān)系方程，即頻率控制方程。
[0021] 本實(shí)用新型的有益效果：
[0022] 本實(shí)用新型基于體外發(fā)射器中諧振回路的負(fù)載電壓電流信號相位差，無需建立無 線通信回路，以數(shù)學(xué)模型的形式間接反映出線圈位置相對變化導(dǎo)致的耦合因數(shù)的變化；并 通過所設(shè)計的發(fā)射頻率控制規(guī)則，調(diào)節(jié)發(fā)射頻率維持體內(nèi)輸出電壓的恒定，相位反饋頻率 控制的解決方案表現(xiàn)穩(wěn)健且高效，使整個系統(tǒng)更加兼容、穩(wěn)定、安全和人性化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 參照附圖，本文僅通過示例描述本實(shí)用新型?，F(xiàn)關(guān)于對詳細(xì)附圖的具體的引用，強(qiáng) 調(diào)：所示的細(xì)節(jié)是通過示例、僅出于對本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施方式的例證性的討論的目的而 被示出，并且這些細(xì)節(jié)的呈現(xiàn)為了提出被認(rèn)為是最有用并易于理解的、本實(shí)用新型原理和 概念方面的描述。基于這種理念，并未嘗試超出對本實(shí)用新型基本理解所需地更詳細(xì)的示 出本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，帶有圖的說明使本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚地了解本實(shí)用新型的一些 形式是如何在實(shí)際中被實(shí)施的。
[0024] 圖1為自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)的簡化框圖。
[0025] 圖2為自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)的簡化示意圖。
[0026] 圖3為示范性實(shí)施例中體內(nèi)負(fù)載應(yīng)用的簡化示意圖。
[0027] 圖4說明供本實(shí)用新型的示范性實(shí)施例中使用的能量線圈的結(jié)構(gòu)圖。
[0028] 圖5是根據(jù)本實(shí)用新型的示范性實(shí)施例的相位檢測電路的簡化框圖。
[0029] 圖6展示自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)電路簡化模型。
[0030] 圖7示出作為耦合因子的函數(shù)的相位差的仿真關(guān)系曲線。
[0031] 圖8是自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)傳輸鏈路T型電路模型。
[0032] 圖9為模擬結(jié)果，其中，根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施方式電壓傳輸增益作為耦合因子 的函數(shù)被畫出。
[0033] 圖10為作為耦合因子的頻率控制擬合曲線；
[0034]圖11是說明根據(jù)本實(shí)用新型的示范性實(shí)施例的方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0035] 除非另外定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域 技術(shù)人員通常的理解相同的含義。本文提供的材料、方法和示例僅是示例性的并不意味著 有所限制。
[0036] 本文所用的詞"示例的"意為"用作例子、實(shí)例或例證"。任何被描述為"示例的" 實(shí)施方式不必解釋為比其他實(shí)施方式優(yōu)選或有利和/或不必排除來自其他實(shí)施方式的特 征的并入。
[0037] 本文所用的詞"可選地"意為"在某些實(shí)施方式中被提供而在其他實(shí)施方式中不被 提供"。本實(shí)用新型的任何【具體實(shí)施方式】可包括多種"可選的"特征，除非這些特征相互沖 關(guān)。
[0038] 本實(shí)用新型的實(shí)施方式的方法和/或系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式可包括手工、自動或結(jié)合地 進(jìn)行或完成所選任務(wù)。在此具體包括設(shè)定輸入電壓、接收電壓、線圈電感值和諧振電容值的 任務(wù)。
[0039] 所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將進(jìn)一步了解，結(jié)合本文所揭示的示范性實(shí)施例而描述的各 種說明性邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可實(shí)施為電子硬件、計算機(jī)軟件或兩者的組合。為 清楚說明硬件與軟件的這種可互換性，上文已大致關(guān)于其功能性而描述了各種說明性組 件、塊、模塊、電路及步驟。將所述功能性實(shí)施為硬件還是軟件取決于特定應(yīng)用及強(qiáng)加于整 個系統(tǒng)的設(shè)計約束。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可針對每一特定應(yīng)用以不同方式實(shí)施所描述功能 性，但所述實(shí)施決策不應(yīng)被解釋為導(dǎo)致偏離本實(shí)用新型的示范性實(shí)施例的范圍。
[0040] 結(jié)合本文所述的示范性實(shí)施例而描述的各種說明性邏輯塊、模塊和電路可用經(jīng) 設(shè)計以執(zhí)行本文所述的功能的通用信號處理器、數(shù)字信號處理器（DSP)、專用集成電路 (ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)或其它可編程邏輯裝置、離散門或晶體管邏輯、離散硬 件組件或其任何組合來實(shí)施或執(zhí)行。通用處理器可為微處理器，但在替代方案中，處理器可 為任何常規(guī)的處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機(jī)。處理器還可實(shí)施為計算裝置的組合，例 如，DSP與微處理器的組合、多個微處理器、一個或一個以上微處理器與DSP核心的聯(lián)合，或 任何其它此配置。
[0041] 結(jié)合本文所揭示的示范性實(shí)施例而描述的方法或算法的步驟可直接體現(xiàn)于 硬件中、由處理器執(zhí)行的軟件模塊中，或兩者的組合中。軟件模塊可駐存在隨機(jī)存取 存儲器（RAM)、快閃存儲器、只讀存儲器（ROM)、電可編程ROM(EPROM)、電可擦除可編程 ROM(EEPR0M)、寄存器、硬盤、可裝卸盤、CD-ROM，或此項(xiàng)技術(shù)中已知的任何其它形式的存儲 媒體中。示范性存儲媒體耦合到處理器，使得處理器可從存儲媒體讀取信息，且將信息寫入 到存儲媒體。在替代方案中，存儲媒體可與處理器成一體式。處理器及存儲媒體可駐存在 ASIC中。ASIC可駐存在用戶終端中。在替代方案中，處理器和存儲媒體可作為離散組件駐 存在用戶終端中。
[0042] 術(shù)語"無線供能"在本文中用以表示與在不使用物理電導(dǎo)體的情況下從發(fā)射器發(fā) 射到接收器的電場、磁場、電磁場或其它相關(guān)聯(lián)的任何形式的能量。其后，在理解純磁場或 純電場不發(fā)射電力的情況下，所有這三種場均將被一般地稱為輻射場。這些場必須耦合到 "接收線圈"以實(shí)現(xiàn)電力傳送。
[0043] 如圖1所示，本實(shí)用新型將輸入電力100提供至體外能量發(fā)射裝置101，以產(chǎn)生用 于提供能量傳輸?shù)膱?04。體內(nèi)能量接收裝置105耦合到場104,且產(chǎn)生輸出電力110,用于 供耦合到輸出電力110的負(fù)載107儲存或消耗。體外能量發(fā)射裝置101與體內(nèi)能量接收裝 置105之間由于皮下組織、脂肪和肌肉而分開一距離108,在實(shí)際應(yīng)用過程中此距離108的 大小會隨著患者的肢體活動發(fā)生改變。
[0044] 體外能量發(fā)射裝置101進(jìn)一步包括：功率調(diào)節(jié)器102、發(fā)射器103和能量發(fā)射線圈 208,功率調(diào)節(jié)器102產(chǎn)生可用于驅(qū)動發(fā)射器103的輸入信號109,用于提供用于能量發(fā)射調(diào) 節(jié)的裝置，且體內(nèi)能量接收裝置105進(jìn)一步包含能量接收線圈209,用于提供用于能量接收 的裝置。發(fā)射和接收線圈根據(jù)待與之相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用和裝置來定大小。注意，根據(jù)本實(shí)用新型 的示范性實(shí)施例，單個裝置（例如，植入式醫(yī)療器械）可包含：接收器（例如，接收器106)， 其經(jīng)配置以從另一無線發(fā)射器無線接收電力；以及發(fā)射器（例如，發(fā)射器103)，其用于將電 力無線發(fā)射到裝置。
[0045] 在一個示范性實(shí)施例中，發(fā)射器103和接收器106根據(jù)相互諧振關(guān)系而配置，且當(dāng) 接收器106的諧振頻率與發(fā)射器103的諧振頻率非常接近時，發(fā)射器103與接收器106之 間的發(fā)射損失在接收器106位于場104的"近場"中時為最小。
[0046] 如圖2所示，發(fā)射器103包含逆變電路202和諧振匹配電路204。功率調(diào)節(jié)器102 包含信號處理電路200、信號驅(qū)動電路201和相位檢測電路203。逆變電路202將由信號驅(qū) 動電路201輸入的直流電壓信號轉(zhuǎn)變成正弦交流信號，以驅(qū)動發(fā)射線圈208產(chǎn)生交變電磁 場，用于提供接收線圈209的耦合發(fā)電。逆變電路202可采用全橋逆變、半橋逆變、E級拓?fù)?放大驅(qū)動電路或E級拓?fù)浞糯篁?qū)動電路實(shí)現(xiàn)，但不局限于此。發(fā)射器103通過提供導(dǎo)致產(chǎn)生 發(fā)射線圈208周圍的近場能量的振蕩信號來將AC電力提供給發(fā)射線圈208。注意，發(fā)射器 103可在任何合適頻率下操作。作為實(shí)例，發(fā)射器103可在256kHz的ISM頻帶下操作。諧 振匹配電路204采用電容補(bǔ)償發(fā)射線圈208損耗，共同構(gòu)成串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)諧振電路， 提高能量發(fā)射效率，調(diào)諧電容大小選擇原則為C= (2f)2/L，其中f為驅(qū)動信號210頻率， L為發(fā)射線圈208電感。發(fā)射器103可由離散裝置或電路組成，或者可由集成組合件組成。 從發(fā)射線圈208輸出的示范性AC電力可小于1W或大約為十幾瓦，這取決于應(yīng)用。信號處 理電路200主要實(shí)現(xiàn)兩大功能，一是對相位檢測電路203輸出信號采集分析，采集相位檢測 電路203輸出電壓信號，可使用電流傳感器采集負(fù)載電流信號，如環(huán)形電流互感器；根據(jù)自 適應(yīng)調(diào)節(jié)法則，實(shí)時調(diào)整驅(qū)動信號210頻率大??；二是產(chǎn)生符合要求的驅(qū)動信號210 (例如 單路或雙路帶死區(qū)的PWM信號）。對相位反饋電路的輸出值進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，以此值為依據(jù)，根 據(jù)頻率控制算法調(diào)整逆變電路PWM驅(qū)動信號頻率。驅(qū)動信號210也可由專用可調(diào)信號發(fā)生 器芯片產(chǎn)生，或直接使用內(nèi)置波形發(fā)生器的控制器實(shí)現(xiàn)。信號驅(qū)動電路201起到電氣隔離 作用，將數(shù)字電路（例如信號處理電路200)和模擬電路（例如逆變電路202)有效隔離，將 由信號處理電路200輸出的驅(qū)動信號210經(jīng)隔離放大后控制后續(xù)逆變電路各開關(guān)的工作狀 態(tài)。
[0047] 接收器106包含諧振匹配電路205和整流濾波穩(wěn)壓電路206。諧振匹配電路205 與接收線圈209共同組成諧振回路（例如串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)諧振電路），補(bǔ)償電抗損耗提 高接收效率，調(diào)諧電容選擇原則與發(fā)射諧振電容相同。整流濾波穩(wěn)壓電路206均為常規(guī)電 路。在本實(shí)施例中，接收端諧振模式與發(fā)射端諧振模式共同組成四種模式，即體外諧振體內(nèi) 諧振、體外諧振體內(nèi)失調(diào)、體外失調(diào)體內(nèi)諧振和體外失調(diào)體內(nèi)失調(diào)。在體外諧振體內(nèi)諧振的 情況下，傳輸效率最佳。處于交變電磁場作用下的接收線圈209產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，經(jīng)諧振匹 配電路205補(bǔ)償放大后，產(chǎn)生的感應(yīng)電流輸入整流、濾波和穩(wěn)壓模塊206進(jìn)行處理形成穩(wěn)定 的直流電壓，作為提供給植入體內(nèi)負(fù)載107的能量供給。整流、濾波和穩(wěn)壓模塊206包含AC 到DC轉(zhuǎn)換器，且還可包含DC到DC轉(zhuǎn)換器。AC到DC轉(zhuǎn)換器將接收線圈209處接收到的AC 能量信號整流為非交流電力，而DC到DC轉(zhuǎn)換器將經(jīng)整流的AC能量信號轉(zhuǎn)換為與負(fù)載107 兼容的能量電位（例如，電壓）。預(yù)期各種AC到DC轉(zhuǎn)換器，包含部分和完全整流器、調(diào)節(jié) 器、橋接器、倍頻器以及線性和切換轉(zhuǎn)換器。
[0048] 如圖3所示，負(fù)載107進(jìn)一步包含充電裝置300、能量存儲裝置301 (例如電池）和 電子應(yīng)用裝置302。充電裝置300可包含任何已知且合適的可充電裝置。根據(jù)一個實(shí)例， 電子應(yīng)用裝置302可包括嵌入式裝置，例如醫(yī)療裝置、傳感器或其組合。僅舉例來說，應(yīng)用 負(fù)載302可包括傳感器，其經(jīng)配置以用于嵌入（例如，植入、攝入、附著）在（僅例如）活體 (例如，人類）或其它結(jié)構(gòu)內(nèi)或上面。根據(jù)一個示范性實(shí)施例，電子應(yīng)用裝置302可經(jīng)配置 以發(fā)射指示能量存儲裝置301所儲存電力狀態(tài)的信標(biāo)信號。負(fù)載107可以不包含充電裝置 300和能量存儲裝置301，有整理濾波穩(wěn)壓電路206輸出的直流電壓可直接供給電子應(yīng)用裝 置302。當(dāng)包含充電裝置300時，根據(jù)一實(shí)施例，其可同時負(fù)載能量存儲裝置301和電子應(yīng) 用裝置302, 一方面起到電氣隔離作用；另一方面可保證在充電時，工作電流的有效分配， 滿足電子應(yīng)用裝置302正常工作的能量需求的前提下，保證對能量存儲裝置301的充電。
[0049] 如圖4所示，能量發(fā)射線圈208包括襯底400、磁性凸臺401 ;襯底400為鐵氧體材 料加工而成的磁環(huán)，所述磁性凸臺固定于所述襯底上，位于所述襯底中心線上，所述磁性凸 臺外周沿周向繞制有多層螺旋線圈形成線圈組（即繞制于鐵氧體磁環(huán)上的二維平面多層 螺旋線圈402)，所述線圈組的直徑與所述襯底的直徑相等。
[0050] 所述的發(fā)射線圈208由鐵氧體磁環(huán)400作為襯底、磁性凸臺401、繞制于鐵氧體磁 環(huán)上的二維平面多層螺旋線圈402組成。所述螺旋線圈包括多股漆包銅線，多股所述漆包 銅線絞合而成，每匝漆包銅線可由不同股數(shù)不同線徑的單根Litz線組成。單層線圈按照中 心磁性凸臺401的直徑大小依次往外圍繞制，繞至磁環(huán)外徑為止，多層線圈則為單層線圈 按照串聯(lián)方式疊層累加。接收線圈209結(jié)構(gòu)與發(fā)射線圈208類似。調(diào)諧接收線圈209以在 與發(fā)射線圈208相同的頻率或指定頻率范圍內(nèi)諧振。接收線圈209可與發(fā)射線圈208類 似地定尺寸，襯底300的外徑、內(nèi)徑和厚度；磁性凸臺401的直徑和厚度尺寸；以及線圈層 數(shù)并不唯一，可根據(jù)具體情況設(shè)置。本實(shí)施例中，線圈尺寸建議值：體外線圈外徑為60_， 厚5m，磁性凸臺直徑8mm厚3mm;體內(nèi)線圈外徑35mm，厚1mm，磁性凸臺直徑5mm，厚1mm;線 圈層數(shù)為3層。所述的襯底400和磁性凸臺401的材料建議選用鐵氧體材料，但不局限于 此，選材原則為高磁導(dǎo)率低電導(dǎo)率的線性磁性材料。線圈所用litz絞線由多股不同線徑單 根litz線編織而成，其線徑選用原則如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括體外能量發(fā)射裝置和 體內(nèi)能量接收裝置；所述體外能量發(fā)射裝置和體內(nèi)能量接收裝置之間通過電磁感應(yīng)方式耦 合，所述體內(nèi)能量接收裝置連接負(fù)載以提供電能，其特征在于，所述體外能量發(fā)射裝置將直 流供電電壓逆變?yōu)榻涣?，?qū)動LC諧振回路，產(chǎn)生交變磁場；所述體內(nèi)能量接收裝置通過接 收線圈感應(yīng)生電，經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓輸出滿足要求的供電電壓，驅(qū)動負(fù)載； 所述體外能量發(fā)射裝置包括功率調(diào)節(jié)器、發(fā)射器和能量發(fā)射線圈；功率調(diào)節(jié)器產(chǎn)生輸 入信號，輸入信號用于驅(qū)動發(fā)射器，將信號通過能量發(fā)射線圈傳輸至體內(nèi)能量接收裝置； 所述體內(nèi)能量接收裝置包括能量接收線圈和接收器，所述接收器包含第二諧振匹配電 路和整流、濾波、穩(wěn)壓電路；第二諧振匹配電路與接收線圈共同組成諧振回路，以補(bǔ)償電抗 損耗；整流濾波穩(wěn)壓電路將接收的信號進(jìn)行整流、濾波和穩(wěn)壓處理形成穩(wěn)定的直流電壓，提 供給負(fù)載。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征 在于，所述發(fā)射器包括能量逆變電路和諧振匹配電路，逆變電路將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?提供給諧振匹配電路，所述諧振匹配電路與所述能量發(fā)射線圈相配合用于無線發(fā)射電力。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其 特征在于，功率調(diào)節(jié)器包含信號處理電路、信號驅(qū)動電路和相位檢測電路，相位檢測電路輸 出的信號經(jīng)由信號處理電路處理輸入信號驅(qū)動電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征 在于，能量發(fā)射線圈包括襯底、磁性凸臺；所述磁性凸臺固定于所述襯底上，位于所述襯底 中心線上，所述磁性凸臺外周沿周向繞制有多層螺旋線圈形成線圈組，所述線圈組的直徑 與所述襯底的直徑相等。
5. 如權(quán)利要求4所述用于經(jīng)皮能量傳輸系統(tǒng)的自適應(yīng)無線供能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在 于，所述螺旋線圈包括多股漆包銅線，多股所述漆包銅線絞合而成。
【文檔編號】H02J17/00GK204156614SQ201420566327
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】克磊 申請人:海龍核材科技（江蘇）有限公司