本文選題：無線供電　切入點：E類逆變器　出處：《東北大學》2014年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：電能供應問題是目前膠囊機器人技術(shù)所面臨的最主要問題。常見的無線膠囊機器人通常依靠人體腸道蠕動或者通過紐扣電池等方式進行供電。但是要獲得精確的測量、拍攝高質(zhì)量圖片、對病變部位進行采樣以及局部手術(shù)治療等,這種電能獲得途徑是遠不能勝任的,必須使用一種能夠提供足夠、穩(wěn)定電能的供給方式——體外無線供電。目前對于面向膠囊機器人的無線供電系統(tǒng)研究還處于起步階段,有很多問題值得深入探究。比如發(fā)射端功率的不足、效率不高、接收功率低、提高使用頻率時性能會大幅度下降、諧振穩(wěn)定性問題、線圈之間位置穩(wěn)定性問題、姿態(tài)穩(wěn)定性問題等眾多問題。針對這些問題,本文開展了以下研究。研究提高發(fā)射端功率、效率、工作頻率的方法。膠囊機器人無線供電系統(tǒng)由于其應用的特殊性,耦合線圈采用大線圈對小線圈結(jié)構(gòu),為弱耦合供電形式。選用E類逆變器作為系統(tǒng)發(fā)射端逆變器,從新的角度對E類逆變器進行建模和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計。分析了發(fā)射端電路特性、實際電路中參數(shù)對電路性能的影響、重要電子器件的性能,設(shè)計并實現(xiàn)了高頻、高功率、高效率無線供電系統(tǒng)發(fā)射端電路,且回路發(fā)射端電流與輸入電源電壓成線性關(guān)系、系統(tǒng)重復性好。研究發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)模型,進行了磁場仿真分析,并分析了線圈參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響,設(shè)計了無線供電系統(tǒng)耦合線圈。實際測試結(jié)果表明,所設(shè)計的耦合線圈改善了高頻效應,提高了位置穩(wěn)定度、姿態(tài)穩(wěn)定度。為解決系統(tǒng)諧振頻率偏移問題,設(shè)計了穩(wěn)定性好、對發(fā)射端回路影響小的感應式電流傳感器、分壓與直流偏置電路、電壓比較器、鎖相環(huán)電路及電源,最終設(shè)計并實現(xiàn)了頻率跟蹤器,解決了諧振點偏移等問題,提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。改進了整流電路結(jié)構(gòu),降低了紋波、提高了整流性能。在不同電壓以及不同負載的情況下,對無線供電系統(tǒng)整體進行接收功率和穩(wěn)定性的測試,測試結(jié)果表明,所設(shè)計的無線供電系統(tǒng)具有較高的接收功率和輸出穩(wěn)定性。
[Abstract]:The power supply problem is the most important problem facing the current capsule robot technology. The common wireless capsule robot usually rely on human intestinal peristalsis or button battery to power the power supply. But to obtain accurate measurement, Taking high-quality pictures, sampling lesions, and local surgery, etc., is a far cry from being able to get this kind of electrical energy, and you have to use one that can provide enough. At present, the research on wireless power supply system for capsule robot is still in its infancy, and there are many problems worth further exploring. For example, the power of the transmitter is not enough and the efficiency is not high. When the receiving power is low, the performance will be greatly reduced when the frequency is increased, the resonance stability problem, the position stability problem between coils, the attitude stability problem and so on. In this paper, the following research is carried out. The methods of improving the power, efficiency and working frequency of the transmitter are studied. Because of the particularity of the application of the wireless power supply system of the capsule robot, the coupling coils adopt the structure of large coils to small coils. The class E inverter is selected as the transmitter inverter of the system. From a new point of view, the modeling and parameter optimization design of the class E inverter are carried out. The characteristics of the transmitter circuit and the effect of the parameters in the actual circuit on the circuit performance are analyzed. The high frequency, high power and high efficiency transmitter circuit of wireless power supply system is designed and realized, and the current at the transmitter end of the circuit is linearly related to the input power supply voltage, and the system has good repeatability. The structure model of the transmitting coil is studied. The magnetic field simulation analysis is carried out, and the influence of coil parameters on the system is analyzed, and the coupling coil of wireless power supply system is designed. The actual test results show that the designed coupling coil improves the high frequency effect and improves the stability of position. Attitude stability. In order to solve the problem of system resonance frequency offset, the inductive current sensor, voltage comparator, phase-locked loop circuit and power supply are designed, which have small influence on the transmitter loop, voltage offset circuit, voltage comparator, phase locked loop circuit and power supply. Finally, the frequency tracker is designed and implemented, which solves the problem of resonance point offset, improves the stability of the system, improves the rectifier circuit structure, reduces the ripple, and improves the rectifying performance. The receiving power and stability of the whole wireless power supply system are tested. The test results show that the designed wireless power supply system has higher receiving power and output stability.
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM724;TP242

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本文編號：1630443