一种针对脑内传感器的全向无线供电系统及其供电方法技术方案

本发明专利技术公开了一种针对脑内传感器的全向无线供电系统及其供电方法。常规的无线充电器为脑内微型传感器充电时容易出现死区。本发明专利技术一种全向无线供电系统，包括三个无线传输单元。无线传输单元包括发送线圈层。发送线圈层由n1个第一相位线圈、n2个第二相位线圈和n3个第三相位线圈。第一相位线圈包括第一前置半圈和第一后置半圈。n1个第一前置半圈、n1个第一后置半圈依次串联。第二相位线圈包括第二前置半圈和第二后置半圈。n2个第二前置半圈、n2个第二后置半圈依次串联。三个无线传输单元的发送线圈层依次叠置且相互错开。本发明专利技术上方的磁场的均匀性较高，从而使得各向的接收线圈均能够得到均匀充电。

An Omnidirectional Wireless Power Supply System for Brain Sensors and Its Power Supply Method

The invention discloses an omnidirectional wireless power supply system for a brain sensor and a power supply method thereof. Conventional wireless chargers are prone to dead zones when charging micro-sensors in the brain. The invention provides an omnidirectional wireless power supply system, which comprises three wireless transmission units. The wireless transmission unit includes a transmission coil layer. The transmitting coil layer consists of N1 first phase coils, N2 second phase coils and N3 third phase coils. The first phase coil includes the first front half-loop and the first rear half-loop. N1 first front half-circle and N1 first rear half-circle are connected in series in turn. The second phase coil includes a second front half-loop and a second rear half-loop. N2 second front half-circles and N2 second rear half-circles are connected in series in turn. The transmission coil layers of the three wireless transmission units are stacked and staggered. The magnetic field above the invention has high uniformity, so that the receiving coils in all directions can be charged uniformly.

【技术实现步骤摘要】
一种针对脑内传感器的全向无线供电系统及其供电方法
本专利技术属于无线传感器供电
，具体涉及一种针对脑内传感器的全向无线供电系统及其供电方法。
技术介绍
无线供电技术可以不接触地从能量源传输电能到负载端，比有线供电技术更便捷。在传统的磁感应耦合无线供电技术中，能量通过发送线圈和接收线圈之间的互感耦合进行无线传输。由于发送线圈和接收线圈之间的互感与两个线圈之间的相对角度有关，当两个线圈互相垂直时，互感很微弱，在某些应用场合会导致无法有效传输电能，存在“死区”。比如，在给传感器无线供电时，由于布置传感器时传感器及其带有的接收线圈并不一定有确定的朝向，充电器对其充电时，并不能做到很好的线圈对准，这种情况下，无线供电便会有“死区”的存在。比如，在将接收线圈植入大脑给植入在大脑皮层上的微型电子设备无线供电时，微型线圈的朝向随着大脑皮层的起伏处于不同的方向，在体外的发送线圈不知道接收线圈的方向的情况下，无线供电也极有可能存在“死区”。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种针对脑内传感器的全向无线供电系统及其供电方法。本专利技术一种全向无线供电系统，包括三个无线传输单元。无线传输单元包括发送线圈层。发送线圈层由n1个第一相位线圈、n2个第二相位线圈和n3个第三相位线圈。第一相位线圈、第二相位线圈和第三相位线圈均呈正六边形状。所述的第一相位线圈包括第一前置半圈和第一后置半圈。n1个第一前置半圈、n1个第一后置半圈依次串联。位于端部的第一前置半圈、第一后置半圈的悬空端作为发送线圈层的两个第一相位输入端。所述的第二相位线圈包括第二前置半圈和第二后置半圈。n2个第二前置半圈、n2个第二后置半圈依次串联。位于端部的第二前置半圈、第二后置半圈的悬空端作为发送线圈层的两个第二相位输入端。所述的第三相位线圈包括第三前置半圈和第三后置半圈。n3个第三前置半圈、n3个第三后置半圈依次串联。位于端部的第三前置半圈、第三后置半圈的悬空端作为发送线圈层的两个第三相位输入端。三个无线传输单元的发送线圈层依次叠置，且互不电连接。三个无线传输单元线圈相互错开。进一步地，本专利技术一种全向无线供电系统还包括FPGA。每个无线传输单元均包括三个供电电路。所述的供电电路包括非门、第一与非门、第二与非门、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第一高频扼流圈L1、第二高频扼流圈L2、二极管D1、稳压管D2、滤波电感L3和滤波电容C1。非门的输入端与第二与非门的第一输入端连接，输出端与第一与非门的第一输入端连接。第一与非门、第二与非门的输出端与第一MOS管M1、第二MOS管M2的栅极分别连接。第一MOS管M1、第二MOS管M2的源极均接地。第一MOS管M1的漏极接滤波电感L3、滤波电容C1及第一高频扼流圈L1的一端。第二MOS管M2的漏极接滤波电感L3、滤波电容C1的另一端及第二高频扼流圈L2的一端。第一高频扼流圈L1与第二高频扼流圈L2的另一端相连。第三MOS管M3的栅极接第一与非门、第二与非门的第二输入端，源极接二极管D1的阳极、稳压管D2的阴极及第一高频扼流圈L1、第二高频扼流圈L2的相连端，漏极接接二极管D1的阴极及外部电压VDD。稳压管D2的阳极接地。三个供电电路中第一MOS管M1的漏极与对应发送线圈层的其中一个第一相位输入端、其中一个第二相位输入端、其中一个第三相位输入端。三个供电电路中第二MOS管M1的漏极与对应发送线圈层的另一个第一相位输入端、另一个第二相位输入端、另一个第三相位输入端分别连接。三个供电电路的非门的输入端与FPGA的第一方波输出端、第二方波输出端、第三方波输出端分别连接。第一个无线传输单元内的三个供电电路内第三MOS管M3的栅极均接FPGA的第四方波输出端。第二个无线传输单元内的三个供电电路内第三MOS管M3的栅极均接FPGA的第五方波输出端。第三个无线传输单元内的三个供电电路内第三MOS管M3的栅极均接FPGA的第六方波输出端。进一步地，所述FPGA的型号为EP4CE6F17C8。进一步地，n1个第一相位线圈、n2个第二相位线圈和n3个第三相位线圈在同一平面内呈蜂巢状排布，且任意两个第一相位线圈互不相邻，任意两个第二相位线圈互不相邻，任意两个第三相位线圈互不相邻。进一步地，三个无线传输单元线圈按照边长为a的正三角形错开。任意两个无线传输单元线圈均沿着自身的其中一条边错开。a为第一相位线圈、第二相位线圈及第三相位线圈的边长。进一步地，所述第一相位线圈、第二相位线圈及第三相位线圈的边长均为35mm。进一步地，n1＝13，n2＝12，n3＝12。该针对脑内传感器的全向无线供电系统的供电方法具体如下：步骤一、FPGA的第一方波输出端、第二方波输出端、第三方波输出端分别输出三个相位信号。三个相位信号两两之间的相位差均为120°。FPGA的第四方波输出端、第五方波输出端、第六方波输出端分别输出三个层选择信号。三个层选择信号的占空比均为1/3。三个层选择信号的高电平依次错开设置。各对应的相位线圈输入跟随对应的相位信号变化的振荡电流。同一发送线圈层内第一相位线圈、第二相位线圈、第三相位线圈的电流相位相互错开120°。三个发送线圈层依次错开通入振荡电流。步骤二、将三个无线传输单元的发送线圈层靠近使用者的头部；三个无线传输单元的发送线圈层上交替输入的振荡电流为使用者脑内各个位姿的微型传感器感应充电。进一步地，步骤一中，三个相位信号的频率均为12.5MHz。进一步地，三个层选择信号的频率均为3.3kHz。本专利技术具有的有益效果是：1、本专利技术采用“三层三相发送线圈”结构，由于在每一层布置线圈阵列时，六边形线圈的依次排列扩展，任意相邻线圈的激励电流相差120°，不仅在结构上形成了均匀性，也在激励电流上形成了均匀性，使得线圈上方的磁场的均匀性得到提高。2、本专利技术通过将三层线圈交错排列，并且让它们分时工作的方法，使得发送线圈产生的磁场在各个方向的强度进一步得到平均，从而在目标区域实现各向均匀磁场的目的。3、本专利技术通过产生各向均匀的磁场，可以解决无线供电系统中因单个发送线圈和单个接收线圈之间的角度未知或者难以控制，导致发送和接收线圈垂直时，接收线圈无法接收到能量的问题。附图说明图1为本专利技术中三个发送线圈层的组合示意图；图2为本专利技术中单个发送线圈层的示意图；图3为本专利技术中相邻的第一相位线圈、第二相位线圈、第三相位线圈的组合示意图；图4为本专利技术中供电电路的电路原理图；图5为本专利技术的磁场强度最小值、均值与正六边形边长的关系仿真图；图6a为本专利技术针对与自身成0°角的接收线圈的无线传输情况仿真图；图6b为本专利技术针对与自身成45°角的接收线圈的无线传输情况仿真图；图6c为本专利技术针对与自身成60°角的接收线圈的无线传输情况仿真图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1、2和3所示，一种全向无线供电系统，包括FPGA(FieldProgrammableGateArray，即现场可编程门阵列)和三个无线传输单元。无线传输单元包括发送线圈层和三个供电电路。图1中，粗实线、细实线、点连线分别指代三个发送线圈层。发送线圈层由n1个第一相位线圈1、n2个第二相位线圈2和n3个第三相位线圈3，n1＝13，n2＝12，n3＝12。第一相位线圈1、第二相位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对脑内传感器的全向无线供电系统，其特征在于：包括三个无线传输单元；无线传输单元包括发送线圈层；发送线圈层由n1个第一相位线圈、n2个第二相位线圈和n3个第三相位线圈；第一相位线圈、第二相位线圈和第三相位线圈均呈正六边形状；所述的第一相位线圈包括第一前置半圈和第一后置半圈；n1个第一前置半圈、n1个第一后置半圈依次串联；位于端部的第一前置半圈、第一后置半圈的悬空端作为发送线圈层的两个第一相位输入端；所述的第二相位线圈包括第二前置半圈和第二后置半圈；n2个第二前置半圈、n2个第二后置半圈依次串联；位于端部的第二前置半圈、第二后置半圈的悬空端作为发送线圈层的两个第二相位输入端；所述的第三相位线圈包括第三前置半圈和第三后置半圈；n3个第三前置半圈、n3个第三后置半圈依次串联；位于端部的第三前置半圈、第三后置半圈的悬空端作为发送线圈层的两个第三相位输入端；三个无线传输单元的发送线圈层依次叠置，且互不电连接；三个无线传输单元线圈相互错开。

【技术特征摘要】
1.一种针对脑内传感器的全向无线供电系统，其特征在于：包括三个无线传输单元；无线传输单元包括发送线圈层；发送线圈层由n1个第一相位线圈、n2个第二相位线圈和n3个第三相位线圈；第一相位线圈、第二相位线圈和第三相位线圈均呈正六边形状；所述的第一相位线圈包括第一前置半圈和第一后置半圈；n1个第一前置半圈、n1个第一后置半圈依次串联；位于端部的第一前置半圈、第一后置半圈的悬空端作为发送线圈层的两个第一相位输入端；所述的第二相位线圈包括第二前置半圈和第二后置半圈；n2个第二前置半圈、n2个第二后置半圈依次串联；位于端部的第二前置半圈、第二后置半圈的悬空端作为发送线圈层的两个第二相位输入端；所述的第三相位线圈包括第三前置半圈和第三后置半圈；n3个第三前置半圈、n3个第三后置半圈依次串联；位于端部的第三前置半圈、第三后置半圈的悬空端作为发送线圈层的两个第三相位输入端；三个无线传输单元的发送线圈层依次叠置，且互不电连接；三个无线传输单元线圈相互错开。2.根据权利要求1所述的一种针对脑内传感器的全向无线供电系统，其特征在于：还包括FPGA；每个无线传输单元均包括三个供电电路；所述的供电电路包括非门、第一与非门、第二与非门、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第一高频扼流圈L1、第二高频扼流圈L2、二极管D1、稳压管D2、滤波电感L3和滤波电容C1；非门的输入端与第二与非门的第一输入端连接，输出端与第一与非门的第一输入端连接；第一与非门、第二与非门的输出端与第一MOS管M1、第二MOS管M2的栅极分别连接；第一MOS管M1、第二MOS管M2的源极均接地；第一MOS管M1的漏极接滤波电感L3、滤波电容C1及第一高频扼流圈L1的一端；第二MOS管M2的漏极接滤波电感L3、滤波电容C1的另一端及第二高频扼流圈L2的一端；第一高频扼流圈L1与第二高频扼流圈L2的另一端相连；第三MOS管M3的栅极接第一与非门、第二与非门的第二输入端，源极接二极管D1的阳极、稳压管D2的阴极及第一高频扼流圈L1、第二高频扼流圈L2的相连端，漏极接接二极管D1的阴极及外部电压VDD；稳压管D2的阳极接地；三个供电电路中第一MOS管M1的漏极与对应发送线圈层的其中一个第一相位输入端、其中一个第二相位输入端、其中一个第三相位输入端；三个供电电路中第二MOS管M1的漏极与对应发送线圈层的另一个第一相位输入端、另一个第二相位输入端、另一个第三相位输入端分别连接；三个供电电路的非门的输入端与FPGA的...

【专利技术属性】
技术研发人员：程瑜华，刘椿武，钱高荣，王高峰，李文钧，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学温州研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33