[发明专利]基于电流变液超材料的体内植入器件无线电能传输系统

权利要求书

1.一种基于电流变液超材料的体内植入器件无线电能传输系统，其特征在于：所述的无线电能传输系统包括发射模块（1）、接收模块（2）、电流变液超材料模块（3）和直流电源（4）；电流变液超材料模块（3）位于发射模块（1）和接收模块（2）之间；电流变液超材料模块（3）将发射模块（1）产生的磁场放大聚焦之后耦合到接收模块（2）；直流电源（4）和电流变液超材料模块（3）连接；发射模块（1）产生高频交变磁场，发射模块（1）与电流变液超材料模块（3）发生磁场耦合作用，激发电流变液超材料单元（5）产生磁谐振响应，在系统工作频率附近，电流变液超材料等效磁导率为负值，可以放大和聚焦磁场，电流变液超材料模块（3）将发射模块（1）产生的磁场放大聚焦之后耦合到接收模块（2），接收模块（2）与体内植入器件电池相连，为体内植入器件供电，当无线电能传输系统参数变化时，调节外加直流电源（4）电压，电流变液的外加电场强度变化，电流变液的介电常数随之改变，使得电流变液超材料单元（5）的共振频率发生偏移，等效磁导的频率响应特性改变，在调整后的系统工作频率下，电流变液超材料模块（3）可以适应系统的参数变化，依然保持对磁场的放大和聚焦作用，提高系统的传输效率；所述的电流变液超材料单元（5）包括上平面螺旋线圈（5-2）、下平面螺旋线圈（5-3）；所述上平面螺旋线圈（5-2）和下平面螺旋线圈（5-3）除了作为电流变液超材料单元（5）的高频谐振线圈外，同时还作为直流电极；上平面螺旋线圈（5-2）为正电极，下平面螺旋线圈（5-3）为负电极；正电极出线端子与直流电源（4）的正极连接，负电极出线端子与直流电源（4）的负极连接。

2.如权利要求1所述的无线电能传输系统，其特征在于：所述的发射模块（1）包括高频电源（1-1）、发射谐振匹配电路（1-2）和发射谐振线圈（1-3），用于高频电磁能量的发射；发射谐振线圈（1-3）的共振频率等于系统工作频率；高频电源（1-1）输出MHz高频信号；高频电源（1-1）的输出端与发射谐振匹配电路（1-2）的输入端连接；发射匹配电路（1-2）用于调节发射谐振线圈（1-3）的谐振频率；发射匹配电路（1-2）的输出端和发射谐振线圈（1-3）的输入端相连；发射谐振线圈（1-3）的正弦交变电流在周围空间激发电磁场。

3.如权利要求1所述的无线电能传输系统，其特征在于：所述的接收模块（2）用于高频电磁能量的接收，包括接收谐振线圈（2-1）、接收谐振匹配电路（2-2）、整流滤波电路（2-3）和电池能量管理电路（2-4）；接收谐振线圈（2-1）的共振频率等于系统工作频率；接收谐振线圈（2-1）接收空间电磁场；接收谐振线圈（2-1）的输出端和接收谐振匹配电路（2-2）的输入端相连接；接收谐振匹配电路（2-2）用于调节接收谐振线圈（2-1）的谐振频率；接收谐振匹配电路（2-2）的输出端和整流滤波电路（2-3）的输入端相连接；整流滤波电路（2-3）用于将高频交变能量转化成直流；整流滤波电路（2-3）的输出端和电池管理电路（2-4）的输入端相连接；电池管理电路（2-4）用于直流电能调理和电池充电管理。

4.如权利要求1所述的无线电能传输系统，其特征在于：所述的电流变液超材料模块（3），用于汇聚发射模块（1）产生的高频磁场，并将高频磁场耦合到接收模块（2）；在系统工作频率处，电流变液超材料模块（3）的等效磁导率为负；电流变液超材料模块（3）由n*n个电流变液超材料单元（5）组成n行n列的平面阵列，n为大于等于1的整数。

5.如权利要求4所述的无线电能传输系统，其特征在于：所述的电流变液超材料单元（5）包括绝缘介质壳（5-1）、上平面螺旋线圈（5-2）、下平面螺旋线圈（5-3）和电流变液（5-4）；所述的绝缘介质壳（5-1）为内部具有空腔的封闭长方体结构，空腔内填注满电流变液（5-4）；所述的上平面螺旋线圈（5-2）固定于绝缘介质壳（5-1）的上表面内侧，下平面螺旋线圈（5-3）固定于绝缘介质壳（5-1）的下表面内侧；上平面螺旋线圈（5-2）和下平面螺旋线圈（5-3）平行，对称布置，上平面螺旋线圈（5-2）和下平面螺旋线圈（5-3）与电流变液（5-4）直接接触；上平面螺旋线圈（5-2）和下平面螺旋线圈（5-3）之间的距离为电流变液（5-4）的高度。