多维无线能量传输系统的设计与优化

为实现胃肠道胶囊机器人多维无线能量传输,减小接收线圈的绕制维度、体积与产热,设计了一种双维正交矩形螺线管对发射线圈结构。可通过控制不同组发射线圈的电流来改变合成磁场方向,同时该结构发射线圈内部可嵌入磁芯,其线圈间距也可根据检测者体型灵活调整,减小功率损耗。建立了所构建无线能量传输系统的理论模型,通过有限元仿真验证磁芯对系统性能的提高,最后通过搭建实验平台进行测试,优化了单维接收线圈的参数,同时实验验证了该系统在不同发射线圈间距下的可行性。实验结果表明,在线径为0.05 mm的条件下,所构建系统接收线圈的最佳绕制股数为12,优化后的匝数为120。当发射电压为15 V,发射线圈间距为300 mm的条件下得到的中心最小接收功率为1 578mW,能量传输效率为3.85%。该系统在300～500 mm发射线圈间距下均可满足胶囊机器人的功率需求。     

用于胃肠道机器人的 C 型组合式无线能量 发射线圈的设计与实验

现有适用于胃肠道机器人的无线能量传输系统的能量传输效率低、接收功率低且接收能量的位置均匀性差,无法满足 功能复杂的新型胃肠道机器人的能量需求。 本文提出了一种新型 C 型组合式发射线圈结构,通过有限元仿真分析供能单元组 的磁感应强度大小和位置均匀性,确定供能单元组中线圈对间距的实验优化范围。 最后搭建实验平台,优化供能单元组中线圈 对间距,通过系统的能量传输效率、接收功率以及接收功率的位置均匀度对设计进行评估与验证。 实验结果表明:当线圈对间 距为 150 mm 时,中心位置的接收功率为 1 165. 34 mW,系统的能量传输效率为 6. 08% 。 系统的平均功率约为 1 100 mW,平均 能量传输效率达 6% 以上,接收功率的平均位置均匀度达 94% 。 新型 C 型结构磁芯以及采用同一时刻只有一个供能单元组工 作的组合式线圈结构,极大地改善了系统的接收功率与能量传输效率,并有较高的接收能量的位置均匀性。