应用于胶囊内窥镜的无线能量传输装置及系统的制作方法

本发明涉及医疗器械领域和无线能量传输领域，具体是指一种应用于胶囊内窥镜的无线能量传输装置及系统。

背景技术：

1、内窥镜是检测肠胃道疾病的临床诊断中必不可少的医疗设备。传统的肠胃道内窥镜由于自身结构的弊端，会给被检测者带来生理及心理上的不适，同时对医务工作者的操作水准有着很高要求。为了给患者提供舒适诊疗手段以及降低医生对传统肠胃道内窥镜的操作难度，第一个胶囊内窥镜于2000年诞生。自胶囊内窥镜问世以来，国内外研究人员也对胶囊内窥镜的功能及供能方式进行相关研究。其中，在胶囊内窥镜供能方式方面，无线能量传输技术可以为胶囊提供持续有效的电能克服传统胶囊内窥镜受电池电量制约的弊端，因而成为当前研究热点。

2、近十几年来，国内外研究人员的研究重点均是无线能量传输系统。2007年，lenaerts等人提出了一种简单的无线能量传输系统。该系统中发射线圈采用螺线管形式，接收线圈为三维形式，几乎占据胶囊内窥镜空间的一半，同时为了保证病人处于安全的电磁环境中，研究者在发射线圈上使用了电屏蔽层，使得接收线圈所能收到的最小功率仅为150mw。2010年，carta等人提出的无线能量传输系统利用一对亥姆霍兹线圈作为发射线圈(多匝圆形线圈绕成)，并研究了加入铁氧体磁芯后的三维接收线圈，该无线能量传输系统可以保证接收线圈接收到330mw的功率。同年上海交通大学的辛文辉、颜国正等人同样采用亥姆霍兹线圈作为发射线圈进行实验。2016年和2017年，basar等人对传统亥姆霍兹线圈进行改进，先后尝试了在传统亥姆霍兹线圈的两个线圈中间增加两个线圈作为改进型的亥姆霍兹发射线圈，尽量在发射线圈内部区域形成一个更加均匀的磁场。2018年本实验组孙桂林博士提出一种基于磁场聚焦技术的无线能量传输系统及方法。该系统及方法通过采用分布式发射线圈及其控制系统取代传统的集中式单线圈发射结构，通过控制系统确定发射线圈阵列中各个线圈单元的输入功率和相位，以此实现发射线圈阵列产生的磁场在能量接收端处聚焦，且满足磁场方向与接收端法向平行，进而保证接收线圈获得稳定、高效的接收功率。

3、上述现有的无线能量传输系统中的发射线圈多采用一维形式，如亥姆霍兹线圈和螺线管线圈。这种发射线圈在接收区域中只能产生具有一个分量(如hz)的磁场。因此为了保证在该磁场中更好的接收到能量，这种无线能量传输系统中的接收线圈都为三维形式，以确保其在任意位置和姿态下都可以接收到能量。但该三维接收线圈存在着明显的弊端，即线圈尺寸大，在xyz方向上分别存在一组线圈。这种尺寸的接收线圈占据胶囊内部非常大的空间，与胶囊内窥镜小型化的发展趋势相违背，也不利于胶囊内窥镜功能的扩展。因此，一维发射线圈与三维接收线圈的组合形式并不能很好的为胶囊内窥镜的无线供能。同时，通过控制发射线圈阵列中各个线圈单元的输入功率和相位的发射线圈，需要对各个线圈单元加入移相器和功分器，结构复杂，成本高，无法缝制在衣物内，形成可穿戴设备。

4、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种应用于胶囊内窥镜的无线能量传输装置及系统，使发射线圈能够在三维方向上产生稳定磁场，降低接收线圈的结构复杂度且缩小接收线圈的尺寸，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种应用于胶囊内窥镜的无线能量传输装置，包括：

4、一体化三维发射线圈和一维接收线圈；其中，

5、所述一体化三维发射线圈与一维接收线圈分开设置，该一体化三维发射线圈与一维接收线圈工作在相同的频点；

6、所述一体化三维发射线圈是由漆包线绕制的能在三维坐标系的x轴、y轴、z轴三个方向产生均匀稳定磁场的单端口馈电三维结构线圈，该一体化三维发射线圈的形状为能与人体躯干贴合匹配的形状；

7、所述一维接收线圈是由漆包线绕制而成的单层结构线圈；

8、所述一体化三维发射线圈与一维接收线圈的漆包线线径不同。

9、一种应用于胶囊内窥镜的无线能量传输系统，包括：电源、发射匹配电路、接收匹配电路、负载，其特征在于，还包括：本发明所述的无线能量传输装置；其中，

10、所述电源与所述发射匹配电路电性连接；

11、所述无线能量传输装置的一体化三维发射线圈与发射匹配电路电性连接；

12、所述无线能量传输装置的一维接收线圈经接收匹配电路与负载电性连接；

13、所述一体化三维发射线圈与一维接收线圈能进行谐振耦合。

14、与现有技术相比，本发明所提供的应用于胶囊内窥镜的无线能量传输装置及系统，其有益效果包括：

15、由于采用的是单端口馈电的一体化三维发射线圈和一维接收线圈配合，通过一体化三维发射线圈的三维结构构建出一个均匀的三维区域的磁场，以实现一维接收线圈在区域内的各种位置，以各种姿态都能耦合到能量，从而克服了三维接收线圈轴线必须与一维发射线圈产生的磁场方向必须平行的弊端，进而保证接接收端线圈可以获得稳定、高效的传输功率，同时由于接收线圈为一维结构，体积相比传统的胶囊内窥镜无线能量传输系统体积较大的三维接收线圈减小很多，在胶囊内窥镜中占用空间较小，为胶囊内窥镜的持续供能提供了切实有效的可行性。

技术特征：

1.一种应用于胶囊内窥镜的无线能量传输装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的应用于胶囊内窥镜的无线能量传输装置，其特征在于，所述一体化三维发射线圈包括：

3.根据权利要求2所述的应用于胶囊内窥镜的无线能量传输装置，其特征在于，所述上侧线圈与下侧线圈形状相同，均为两端半圆形的矩形结构线圈；

4.根据权利要求3所述的应用于胶囊内窥镜的无线能量传输装置，其特征在于，所述上侧线圈与下侧线圈绕制的匝数均为1匝；

5.根据权利要求1-4任一项所述的应用于胶囊内窥镜的无线能量传输装置，其特征在于，所述一维接收线圈包括：

6.根据权利要求1-4任一项所述的应用于胶囊内窥镜的无线能量传输装置，其特征在于，所述一体化三维发射线圈与一维接收线圈工作频点为13.56mhz。

7.一种应用于胶囊内窥镜的无线能量传输系统，包括：电源、发射匹配电路、接收匹配电路和负载，其特征在于，还包括：权利要求1-6任一项所述的无线能量传输装置；其中，

8.根据权利要求7所述的应用于胶囊内窥镜的无线能量传输系统，其特征在于，所述发射匹配电路采用由电感电容串并联方式形成阻抗匹配的电路；

技术总结
本发明公开一种应用于胶囊内窥镜的无线能量传输装置及系统，属于医疗器械领域和无线能量传输，该装置包括：一体化三维发射线圈和一维接收线圈；其中，所述一体化三维发射线圈与一维接收线圈分开设置，该一体化三维发射线圈与一维接收线圈工作在相同的频点；所述一体化三维发射线圈是由漆包线绕制的能在三维坐标系的X轴、Y轴、Z轴三个方向产生均匀稳定磁场的单端口馈电三维结构线圈，该一体化三维发射线圈的形状为能与人体躯干贴合匹配的形状；所述一维接收线圈是由漆包线绕制而成的单层结构线圈；所述一体化三维发射线圈与一维接收线圈的漆包线线径不同。该装置接收线圈为一维结构，体积小巧，能保证稳定、高效的传输功率。

技术研发人员：章舒,朱梁孟程
受保护的技术使用者：安徽省中微科技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13