专利名称：一种体内微机电系统无线能量传输装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种无线能量传输装置，具体涉及适合于人体微机电系统无线能传输
装置。
背景技术：
用于人体的体内微机电系统是一类特殊的微机电系统，其概念于上世纪末提出，并很 快推出了首先用于体内消化道图像取样的胶囊内窥镜。在随后几年，多个国家陆续开始了 该领域的竞争，包括以色列、日本、韩国、美国以及中国等。从目前来看，体内微机电系 统的主要研究可以归纳成以下几个方向
(1) 微机电系统的图像采样、处理技术。这是其应用于医疗实践的基础性研究工作之 一，尽管第一代胶囊内窥镜就实现了其在肠道中取样功能，但是其采样图片仍然具有图像 扭曲、景深单一或过浅等缺点，这方面的问题主要通过新的图像处理算法来提高，或者通 过胶囊前部聚光凸镜来处理。
(2) 微机电系统扩展功能的增加。这个研究方向可能是微创诊疗的最重要的功能扩展， 诸如定位给药，定位取样的概念和专利很早就提出了。真正意义上的"无创诊疗"首先就是 对病灶部位的无创取样以及真正意义上的精确定点给药。
(3) 微机电系统在人体内主动运动控制和定位。目前实用的胶囊微机电系统都是被动 驱动的，不能控制其在人体中的位姿以及运动状态。如果体内微机电系统能够在人体内自 由游动，实现对于病灶部位的"特殊照顾"，把宝贵的诊疗时间和能量放在重点病灶部位，
将大大提高诊疗的准确性，甚至可以大大縮短诊疗时间。而2004年的欧洲技术报告 (EURON-Technology Roadmaps)更是尖锐地指出，对于微型胶囊内窥镜以及外科手术机 器人，运动与姿态控制功能的实现需要首要解决的问题。报告认为"如果医生不能控制胶囊 诊疗仪停留在体内，回退以及转动摄像头，诊断将是无效的(Medical diagnosis is not effective if the medical doctors have no possibilities to stop the capsule, to go back, to turn the camera.)，，。
(4) 诊疗微机电系统的能量供应。在医疗体内微机电系统如胃肠道胶囊内窥镜系统， 有缆能量传输方法无法对其进行能源供给，显然不适合体内微机电系统，因此只有采用微 型电池作为体内微机电系统的能源，供给电能，但微型电池寿命有限，供电时间短， 一般
为6-8个小时，限制了可以摄取的图像质量和数量,难以完全满足要求，同时，采用含有危 险化学物质的微型电池作为能源供给方式也逐渐不能达到人类的安全要求。
3体内微机电系统采样图像质量提高、功能的扩展、主动运动控制和增加有效工作时间， 这些都需要消耗更多的能量，同时传统的供能系统微型电池供能时间有限和安全性问题， 这些迫切需要一种新的电能提供方法无线能量传输技术，有着广阔的应用前景。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有体内微机电系统能量供应的缺点及不足，提供一种结 构简单、合理，易于操作，适合体内微机电无线能量传输装置。
一种体内微机电无线能量传输装置，包括位于体外的能量发射装置和位于体内的胶囊 微机电装置，其特征在于体外的能量发射装置包括大功率信号发生器、初级绕组及补偿 电容，大功率信号发生器的输出端与补偿电容和初级绕组串联；体内胶囊微机电装置包括 次级绕组、补偿电容和整流电路、滤波电路与稳压电路；次级绕组与补偿电容串联后的支 路两端与整流电路输入端连接、整流电路输出端与滤波电路连接，滤波电路输出端与稳压 电路连接，稳压电路的输出端再与负载连接。
上述体内微机电无线能量传输装置中，初级绕组与次级绕组之间有气隙，能量经人体 皮肤进行传输。所述初级绕组位于人体体外，且绕在腹部。所述次级绕组由两个正交的线 圈组成，且每个线圈均与一个补偿电容和整流电路的输入端串接，整流电路的输出端再与 所述的滤波电路和稳压电路连接。
上述体内微机电无线能量传输装置中，次级绕组位于体内，由于初级绕组和次级绕组 之间的电磁感应，在次级线圈产生感生电动势，经过整流、滤波和稳压处理，为体内的负 载提供能量。
根据负载体内微机电系统的要求，输入高频电源采用恒压源，初级绕组采用串联电 容补偿，次级绕组采用串联电容补偿，供电电源为山东新风光科技发展有限公司生产的 WL3866B大功率信号源。体内微机电无线能量传输装置主要由两部分组成。体外部分 WL3866提供高频正弦交流电，供给初级发射线圈，产生高频电磁波，经人体皮肤，体内 微机电系统的次级线圈接受电磁波能量，然后经过整流、滤波、稳压等环节之后给体内微 机电系统供能。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点克服有缆能量传输方法存在的缺点，利 用了无线能量传输技术，具有更广的应用前景；现有采用微型电池作为体内微机电系统的能源，供给电能，但微型电池寿命有限，供电时间短， 一般为6-8个小时，限制了可以摄
取的图像质量和数量,难以完全满足要求，而本实用新型可以实现能量的连续供给，克服 了微型电池存在的上述不足，同时，采用含有危险化学物质的微型电池作为能源供给方式
也逐渐不能达到人类的安全要求，而本本实用新型可以达到安全供给能源的目的；本实用
新型结构简单、合理，易于操作，广泛适用于体内微机电无线能量传输。
图1是具体实施方式
中体内胶囊微机电无线能量传输试验系统框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
1初次级绕组设计与制作
初级绕组在体外，绕在腹部，所以一般采用空芯线圈，初级绕组铁芯采用塑料制成， 该圆柱体内径为240mm,厚度为3mm，窗口宽72mm，采用0.10x100里兹线，绕在塑料 圆柱体上。
体内微机电系统的次级绕组在体内，最常用的是采用一个接受线圈，由于初级绕组和 次级绕组的角度不是固定的，可能变化的，设为"，那么根据法拉第电磁感应定律，其感应 电压为-
可知次级绕组方位变化时，即a变化时，感应电压是变动的，随着夹角增大，感应电压 变小的，当a接近90度时，感应电压几乎为零。为了得到稳定的电压，使系统正常工作， 次级绕组可以采用多个线圈，这里次级绕组采用两个正交的线圈。
功率一般要求在50-150mW之间，选择工作频率为400kHz，铁芯材料铁氧体TDK PC50 最高工作频率为lMHz,满足要求，铁芯状为圆柱体状，规格为09x6mm。
次级电流有效值一般很小，50mA左右，采用0.10mmx3的漆包线，分别绕在铁芯上， 次级绕组两个线圈是正交的。
2体内胶囊微机电系统制作
体内胶囊微机电系统由次级绕组、补偿电容、整流电路和滤波稳压电路，发光二极管 组成，其中补偿电容、整流电路和滤波稳压等电路制作一个PCB板，直径14mm，将该 系统封在一个胶囊基体内。
如附图1所示，本实用新型装置可以分为体外的能量发射系统和体内胶囊微机电系统。体外的能量发射系统包括有大功率信号源、初级绕组和补偿电容；体内胶囊微机电 系统包括有次级绕组、整流，滤波和稳压电路集成的电路板和发光二极管。由图l可以 看出系统各部分的连接关系
其工作原理将大功率信号源接入220V， 50Hz的工频交流电，开启大功率信号源， 输出高频的正弦波电压，其调节的频率为400KHz，输出的高频正弦交流电通过初级绕组； 由于初级绕组和次级绕组的电磁感应，次级绕组产生感生电动势，经过整流滤波稳压之后， 体内的能量接收系统可以得到稳压的直流电，并供给发光二极管。
在此系统中，利用功耗仪可以准确地测得体外能量发射系统的功率、电压和电流。考 虑到体外的能量发射系统和体内的能量接收系统的相对位置在不断地变化，二者之间的气 隙不断地变化，故在次级绕组中采用了互相正交的两组线圈构成，当二者的相对位置变化 时，体内的能量接收系统也能接收到能量，为二极管供电。
权利要求1、一种体内微机电系统无线能量传输装置，包括位于体外的能量发射装置和位于体内的胶囊微机电装置，其特征在于体外的能量发射装置包括大功率信号发生器、初级绕组及补偿电容，大功率信号发生器的输出端与补偿电容和初级绕组串联；体内胶囊微机电装置包括次级绕组、补偿电容和整流电路、滤波电路与稳压电路，次级绕组与补偿电容串联后的支路两端与整流电路输入端连接、整流电路输出端与滤波电路连接，滤波电路输出端与稳压电路连接，稳压电路的输出端再与负载连接。
2、 根据权利要求i所述的体内微机电系统无线能量传输装置，其特征在于初级绕组 与次级绕组之间有气隙，能量经人体皮肤进行传输。
3、 根据权利要求2所述的体内微机电系统无线能量传输装置，其特征在于所述初级 绕组位于人体体外，且绕在腹部。
4、 根据权利要求〗 3任一项所述的体内微机电系统无线能量传输装置，其特征在于-所述次级绕组由两个正交的线圈组成，且每个线圈均与一个补偿电容和整流电路的输入端 串接，整流电路的输出端再与所述的滤波电路和稳压电路连接。
专利摘要本实用新型公开了一种体内微机电系统无线能量传输装置，包括位于体外的能量发射装置和位于体内的胶囊微机电装置，体外的能量发射装置包括大功率信号发生器、初级绕组及补偿电容，大功率信号发生器的输出端与补偿电容和初级绕组串联；体内胶囊微机电装置包括次级绕组、补偿电容和整流电路、滤波电路与稳压电路；次级绕组与补偿电容串联后的支路两端依次与整流电路、滤波电路和稳压电路连接，稳压电路的输出端再与负载连接。本实用新型结构简单，易于操作，广泛适用于体内微机电无线能量传输。
文档编号H01F27/28GK201323473SQ20082020338
公开日2009年10月7日 申请日期2008年11月14日 优先权日2008年11月14日
发明者刘修泉, 江伟雄, 平 黄 申请人:华南理工大学