基于磁谐振的无线能量传输系统研究

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摘要:微型植入式医疗仪器目前已经成为植入式医疗的主要手段,为很多患者带来了福音。多数微型植入式医疗器件采用电池供电,由于其存在寿命短、体积大、易泄漏、生物兼容性差等诸多缺陷,限制了此类器件的大面积推广与应用。磁谐振耦合的无线能量传输是一项可以有效提升无线能量传输性能的技术,具有能量传输效率较高、传输距离较远,并且在方向性和穿透性上具备较强鲁棒性等特点。基于此技术的四线圈无线能量传输系统由收发线圈和谐振子组成。该传输系统应用于植入式仪器充电具有无需导线连接、不受使用寿命的限制、生物兼容性好等优点。该论文首先推导得到了传输系统电感线圈的电感、电阻、电容、Q值和系统传输效率的计算公式,搭建了磁谐振能量传输系统的理论模型,并基于该理论模型设计了漆包线电感线圈磁谐振系统,并利用matlab等仿真工具优化设计了基于Litz线电感线圈的电感模型和传输系统参数,最后搭建了传输系统,对系统进行了测试,并对测试结果进行了分析。此外,本文建立了基于3D MEMS Litz结构电感线圈的传输系统的理论模型,其可弯曲性和高Q值特点让其在植入式医疗器械充电中具备巨大的发展潜力。本文搭建的四线圈漆包线谐振传输系统随着传输距离增加相比两线圈系统,传输效率更高并且衰减更缓慢,传输性能更好。改进的基于Litz线磁谐振电感线圈传输系统,电感尺寸更小,接收端线圈的直径仅为1.9cm,便于集成;并可获得更高Q值,系统得到更高的传输效率,当谐振线圈距离为1.5cm,工作频率为650kHz时,传输效率可达到85%;当发射线圈和接收线圈相距2cm时,接收电压可达到3.28V,相当于接收功率为33mW。
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