新人造肛门括约肌系统充电模块热分析与控制

仿耻骨式人造肛门括约肌系统(PAAS)采用经皮能量传输(TET)为集成在充电模块内部的锂电池进行充电,使系统可长期稳定地在活体内工作.很多体内实验表明,无线充电过程中产生的大量热量对PAAS植入后充电模块附近活体组织的生物安全性不利,故需对无线充电过程进行合理规划.本文通过分析充电模块内部各组件的热传导关系,建立充电模块内部热阻模型,并利用体外实验对该模型进行验证及修正,经修正后的模型可以可靠地描述充电过程中活体组织温度变化情况.基于修正后的模型,本文制定了体内实验过程中单次最大连续无线充电时间,从而提高体内实验中PAAS的生物安全性,进而延长PAAS植入时间.     

人造肛门括约肌经皮无线供能系统安全性及相容性分析

通过仿真与实验相结合,对人造肛门括约肌经皮无线供能系统的生物安全性问题及植入后的生物相容性问题进行研究.生物安全性研究基于生物电磁辐射量仿真及供能时的温升情况.生物相容性研究基于活体实验中供能系统周围组织切片染色实验结果.生物安全性研究结果表明,经皮无线供能系统在谐振频率为110 kHz,发射端输出功率为10 W的实验环境下,生物电磁安全性优异,局部比吸收率远低于国际人体电磁安全标准;且经过30 min的快速充电,系统温升仅为2.81℃,低于温升阈值4.8℃,具有较好的温控安全性.无线供能系统的切片染色实验结果表明,采用聚醚醚酮外壳能够显著减少免疫排斥,提升系统的生物相容性.     

肠道机器人无线能量发射系统优化设计

为了提高肠道机器人无线能量发射系统性能,对能量发射系统进行了理论建模及优化设计.基于UCC3895芯片移相控制的全桥串联谐振电路设计了适用于大尺寸发射线圈、大驱动电流条件的无线能量发射电路,以达到工作稳定及频率和功率可调节的目的;建立了发射线圈交流电阻、自感及寄生电容参数的数值计算模型;使用单股利兹线绕制直径为69cm的单层发射线圈,并根据线圈解析模型,通过线圈匝数的可行域分析确定了发射线圈结构参数.结果表明,在工作频率为218kHz时,所设计的能量发射系统的传输功率最大可达650mW,传输效率为3.60%,能够满足肠道机器人的功率需求,从而提高了系统的适用性.     

电动汽车无线充电系统SS型补偿拓扑研究

随着电动汽车的普及,电动汽车的无线充电技术受到了广泛的关注.磁耦合谐振式无线传输系统的传输功率大,传输距离适中,因此磁耦合谐振式无线充电技术普遍应用于电动汽车无线充电.磁耦合谐振式无线充电系统可视为松耦合变压器,系统的原、副边线圈之间存在较大的漏感,需要添加相应的补偿拓扑来提升系统的功率和传输效率.对SS型补偿拓扑进行分析,并通过Matlab软件对其进行仿真,分析在不同的负载、电感和频率下系统的输出功率、传输效率的改变.结果显示SS型补偿拓扑的磁耦合谐振式无线传输系统可以承受较大范围的频率波动,输出功率和传输效率也较高,表明该拓扑结构适用于电动汽车无线充电系统中.     

基于电场感应的水下无线电力传输

为了验证水下电能传输的可行性和研究影响传输效率的因素,采用电场耦合原理进行了简单的无线充电电路设计,对电场耦合式无线电能传输的系统结构和基本工作原理进行介绍,分析了其相比于磁场耦合方式的特点,以及由此带来的相应优势,通过多物理场仿真模拟极板间电场分布,设计了一种LC双边的CPT系统,采用单片机组成脉宽调制控制电路并用功率放大电路模块组成发射端和接收端。结果表明了运用电场耦合原理进行无线充电的可行性,在研究中发现极板间的传输距离是影响水下无线充电效率的一个因素,而且两个电极之间的杂散电容也会影响极板间的功率,所以由于极板间隙的存在极板间的功率损耗较大。所提出的LC双边CPT系统,不仅实现了水下无线电能传输,还保证了在一定距离和频率下传输效率的稳定。     

基于风光互补发电无线电能传输系统的研究与设计*

风光互补发电系统作为一种绿色能源可独立对外部供电,无线电能传输(Wireless Power Transfer)技术又提供了一种方便快捷的能量传输方式,本文结合两者的优点,将风光互补发电系统的输出作为WPT谐振电路的输入端,利用无线电能传输技术对负载供电,利用了绿色能源的同时又能节约电力运输成本。分析了磁耦合感应与磁耦合谐振之间的联系以及平面线圈频率分裂的相关因素,针对目前小型平面谐振无线充电设备随发射端和接收端距离的变化而产生传输波动的问题,在发射端采用XKT-408集成电路进行自动频率锁定,在发生频率分裂时调整线圈偏移角度可削弱两线圈的互感系数来抑制频率分裂现象,提高了接收线圈峰值电压。最后搭建了小光互补无线能量传输系统,在径向距离50mm处可成功对负载充电,该模型为基于风光互补发电无线充电系统的应用提供了参考。     

风光互补发电无线电能传输系统的研究与设计

风光互补发电系统作为一种绿色能源可独立对外部供电,无线电能传输(wireless power transfer)技术又提供了一种方便快捷的能量传输方式。结合两者的优点,将风光互补发电系统的输出作为WPT谐振电路的输入端,利用无线电能传输技术对负载供电,利用了绿色能源的同时又能节约电力运输成本。分析了磁耦合感应与磁耦合谐振之间的联系以及平面线圈频率分裂的相关因素,针对目前小型平面谐振无线充电设备随发射端和接收端距离的变化而产生传输波动的问题,在发射端采用XKT-408集成电路进行自动频率锁定,在发生频率分裂时调整线圈偏移角度可削弱两线圈的互感系数来抑制频率分裂现象,提高了接收线圈峰值电压。最后搭建了风光互补发电无线能量传输系统,在径向距离50 mm处可成功对负载充电,该模型为风光互补发电无线充电系统的应用提供了参考。     

动态无线充电系统功率波动抑制技术研究

设计了一种新型的双通道动态无线充电系统耦合机构,以解决动态无线充电系统在分段式发射导轨切换处的功率跌落问题。通过LCC-LCC型补偿拓扑,设计了两路能量传输通道,利用LCC-LCC补偿拓扑的恒流特性,推导了系统输出以及损耗与两通道耦合参数之间的关系,实现了较为稳定的功率传输,提升了系统的抗偏移特性以及抗跌落能力。最后对所提方法进行了仿真和实验,验证了双通道动态无线电能传输方案的可行性。     

多节串并联锂电池智能无线充放电系统

介绍一种对多节以不同串并联方式连接的电池进行智能无线充放电的系统.本多节串并联连接电池智能无线充放电系统,包括一锂离子电池智能充放电管理系统及一电磁感应式无线电能传输系统.智能充放电管理系统采用分级定电流的充电方式对电池进行充电.具有输入低电压锁存,温度监测,电池端过压保护和充电状态指示等功能.还具有过放保护及电池充电完成后的恢复电路.系统的无线充电效率接近70%,对不同串并联方式连接的所有锂电池电压均可充至4.1 V以上,接近单节锂电池的满充电压4.2 V.不同锂电池最大电压差仅为0.03 V,达到了智能均匀充电的效果.放电测试表明电路均在10.3 V左右关断,起到了保护锂电池组,延长锂电池组使用寿命的效果.     

磁谐振无线电能传输功率关系及频率失谐分析

为了进一步了解磁谐振无线电能系统参数和传输特性之间的关系以及线圈固有谐振频率失谐和传输特性之间的关系,首先通过能量守恒定律对系统的功率关系进行了分析,接着通过定义线圈的广义失谐因子对磁谐振无线电能传输系统的失谐机理进行了分析,最后通过50 k Hz的无线传输系统对理论分析的正确性进行验证。研究结果表明,在传输距离为20 cm的情况下,当系统失谐时,其传输效率为74.79%,传输功率为271.27 W;当系统谐振时,其传输效率为80.08%,传输功率为285.66 W。磁谐振无线电能传输系统满足复功率守恒,且在线圈的固有谐振频率发生偏移时,其传输效率和传输功率均会降低。     

心脏泵透皮能源传输系统的试验

人工心脏大多通过穿过皮肤的导线进行供电,人为制造了一个可能的感染源,且给病人的日常生活造成很多不便,为了解决这一问题,设计了一套透皮能量传输系统,利用电磁感应原理通过非接触耦合进行能量传递,实现人工心脏植入人体后的无线能量传输.试验研究了该系统变压器次级线圈匝数、开关频率及变压器气隙的大小对系统性能的影响.结果表明:变压器初级线圈30匝、次级线圈60匝时,传输效率最高,性能最好;开关频率为40 kHz时,系统传输效率最高;透皮能量传输系统的传输效率随变压器气隙的增大而减小,当气隙在0～3 mm范围内时效率在60％～80％之间;气隙超过3 mm时效率明显降低.     

无线充电系统线圈参数优化与偏移特性研究

电动汽车无线充电系统可以实现电能从电网到动力电池的无线传输,无需人工操作,安全可靠,易于实现充电智能化。无线充电过程中,耦合线圈结构参数对于线圈互感值有很大影响,从而影响系统的充电功率和能量传输效率。文章旨在设计并优化无线充电系统线圈结构,以获得合适的充电功率,同时提高充电效率。首先,提出一种基于神经网络和遗传算法相结合的耦合线圈结构参数优化方法,得到最优的线圈和铁氧体参数组合;然后,基于电磁场理论,利用有限元软件分析收发端线圈之间的水平和垂直偏移对线圈自感、互感的影响,研究无线充电系统耦合线圈的偏移特性;最后,搭建了无线充电系统Simulink仿真模型及实验样机进行仿真和实验验证。结果表明,该无线充电系统DC/DC效率高达94.29%,并具有较好的抗偏移特性。     

中国科学技术大学在无线充电芯片设计研究中取得进展

正近日,中国科学技术大学国家示范性微电子学院教授程林联合香港科技大学教授暨永雄课题组在无线充电芯片设计领域取得新进展。研究者提出了一种用于谐振无线功率传输的新型无线充电芯片架构(图1)。所提出的架构通过在单个功率级中实现整流、稳压和恒流-恒压充电而实现了高效率和低成本,为今后无线充电芯     

基于磁共振的无线能量传输充电技术的探索

磁共振无线能量传输充电技术是一种不借助线路,依托磁场共振为设备原理的高效充电的技术。磁共振方式由高频电源,发射谐振器,接收谐振器和负载组成,当两个装置调整到相同频率,或者说在一个固有的频率上共振,它们就可以交换彼此的能量。但是由于应用环境的复杂多变,通过对耦合模型的分析,在保证发射端参数不变的前提下有半径对于接受端的影响是最大的,它能够最直接的影响传输效率。     

基于脉宽调变控制的可调电感补偿的谐振式无线充电技术

磁耦合谐振式无线充电技术是电动汽车充电领域新的发展方向,与强耦合感应式无线充电技术相比,磁耦合谐振式无线充电方式传输距离更远、无辐射污染、穿透性强。然而,在定距离串并磁耦合谐振式无线充电装置中,当发射线圈与接收线圈的距离由于某种原因发生变化时,原方和副方的谐振频率不一致,需要实时调整补偿电容,才能保证工作在当前距离下的最大效率。在分析前述问题的基础上,提出了一种基于脉宽调变(pluse-width modulation,PWM)控制可调电感补偿方案;并通过实验验证了该方法能在一定距离范围内,有效地提高系统在变距离中的传输效率。     

胶囊内窥镜无线供能模块的研制

为了解决无线胶囊内窥镜电池供电不足的问题,研制了一种供能模块,在体外通过电磁感应方式为体内的胶囊内窥镜进行无线供能.针对胶囊内窥镜在人体内姿态的不确定以及微型化的特点和要求,设计、制作了合适的能量发射和接收装置,并通过实验对能量传输效果进行了验证.结果表明:当发射功率为18 W、在胶囊内窥镜姿态任意变化的情况下,无线供能模块能提供至少150mW的能量,且接收装置的空间尺寸仅φ10 mm×11 mm.在此基础上,研制出的胶囊内窥镜样机在离体实验中得到了清晰的猪小肠图像.     

基于电磁感应的消化道内微系统的无线供能

针对人体消化道内微小系统,提出了利用电磁耦合进行无线能量传输的方法.体外发射线圈围绕在腰间,产生交变磁场,体内微小接收线圈产生感应电压,两线圈耦合从而实现能量传输.基于线圈耦合电路模型,推导了弱耦合条件下能量传输效率公式和效率最大化条件.对比分析了两种电路结构,给出了提高能量传输效率的根本途径.实验验证了方案的可行性和能量传输效率公式的正确性.结果表明,200 mW功率能够可靠传输,效率达1.31%.     

基于磁耦合谐振的线圈优化设计

磁耦合谐振无线能量传输技术近几年已经引起了广泛的关注和研究,但因为收发线圈体积较大,对于小功率设备的实际应用存在一定的困难.针对该问题,首先建立无线能量传输模型,从理论角度分析线圈Q值在能量传输中的作用;其次,通过三维电磁仿真软件HFSS对手持设备尺寸大小的平面螺旋电感进行优化设计;最后搭建一个小型无线能量传输系统,实现距离为0.1m、传输效率为60%、接收功率为5 W的能量传输,为小体积线圈在小功率设备中的应用提供参考.     

电磁谐振无线能量传输系统参数研究

谐振线圈参数直接影响电磁谐振无线能量传输系统的效率,研究线圈参数与传输效率之间的关系,对无线传能系统的研究和设计有着非常重要的意义.推导了电磁谐振无线传能系统的数学模型,并利用Matlab对系统的频率、线圈半径、线圈匝数、线圈长度、线圈间距离等参数进行了仿真研究.研究结果指出了系统各参数变化时对系统效率影响,频率、线圈半径和线圈匝数等参数增大有利于提高传输效率,但增大到一定程度后对效率的影响不再明显;线圈长度和线圈间距离增加会降低系统效率,但可以通过提高系统频率来进行补偿.     

基于PWM控制的可调电感补偿的谐振式无线充电技术

磁耦合谐振式无线充电技术是电动汽车充电领域新的发展方向,与强耦合感应式无线充电技术相比,磁耦合谐振式无线充电方式传输距离更远,无辐射污染,穿透性强。然而,在定距离串并磁耦合谐振式无线充电装置中,当发射线圈与接收线圈的距离由于某种原因发生变化时,原方和副方的谐振频率不一致,需要实时调整补偿电容,才能保证工作在当前距离下的最大效率。在分析前述问题的基础上,提出了一种基于PWM控制可调电感补偿方案,并通过实验验证了该方法能在一定距离范围内有效提高系统在变距离中的传输效率。