無線充電技術及其特殊應用前景

　　5.2 醫(yī)用植入設備

　　醫(yī)療植入式裝置在疾病治療中發(fā)揮著越來越重要的作用。膠囊內(nèi)窺鏡、植入式醫(yī)用膠囊可以窺探人體消化道或腸道的潰瘍、異常的增長以及出血等健康狀況，幫助醫(yī)生對病人進行診斷;心臟起搏器可在必要時候用電信號激活心臟復蘇與維持正常。但醫(yī)用植入設備的供電電池容量往往是一定的，一般可供使用幾年，如電池耗完，則需要手術更換植入設備。目前，心臟起搏器植入人體之后，8-10年左右就需要更換電池。也就是說，雖然安裝了心臟起搏器，但每隔8-10年還需要再動一次手術來更換起搏器的電池。如果病人體內(nèi)的醫(yī)用植入設備可以進行充電，會方便很多，不用再通過手術來更換電池，一次手術即可解決問題，不會有手術失敗、胸腔感染等風險。

　　Thoratec 和Witricity公司在2011年已合作研制成功植入式心臟起搏器，采用諧振式無線充電方式，無線充電距離超過10英寸^[8]，如圖4所示。另外，美國Purdue大學的Albert Kim、Teimour Maleki和Ziaie等人提出了用音樂為植入式裝置供電的概念^[9]，他們研制了一個固有頻率為 435 Hz的PZT懸臂梁，放置于長度為40mm，直徑為8mm的玻璃膠囊里，通過外部頻率為200-500Hz的音樂，如RAP、布魯斯、爵士和搖滾樂等，來激勵懸臂梁產(chǎn)生振動，并轉換成電能，從而為植入式裝置供電。

　　5.3 無線傳感網(wǎng)

　　無線充電可以實現(xiàn)為低功耗無線傳感器網(wǎng)絡充電，如可為安置在動物身上的無線定位、監(jiān)測裝置補充電能。ADInstruments 公司的無線動物監(jiān)測系統(tǒng)^[10]，如圖5，可以無線監(jiān)測和采集動物的壓力值(如動脈、動脈、膀胱和子宮等)、生物電動勢(ECG心電)和體溫等。采用小型傳感器可以采集高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，并可以擴大移動范圍，系統(tǒng)應用靈活，可長期監(jiān)控、記錄動物的狀況。電池可在線充電，不需要停止工作，也不用花費昂貴的代價去更換電池。

　　5.4 防水密封電子產(chǎn)品

　　便攜式的移動產(chǎn)品, 都要不定期地進行充電, 因此不得不留下各種插口和連接電纜，這就很難實現(xiàn)具有防水性能的密封工藝。采用無線充電后，由于設備外殼上沒有金屬接點或者開口，可以增強電子產(chǎn)品的防水性，易于實現(xiàn)產(chǎn)品的防水和密封。如最早出現(xiàn)的采用無線充電的電動牙刷，解決了潮濕環(huán)境下的用電安全問題?，F(xiàn)在很多特殊的產(chǎn)品，在特殊的運用場合和環(huán)境下，如水下工作的自動檢測系統(tǒng)，需要密封和防水，不希望產(chǎn)品外殼上留下任何插孔(充電口，開關機鍵，顯示燈等)，在這種情形下，如能采用無線充電就能解決其密封和防水問題。筆者就基于Qi無線充電標準，采用電磁感應式無線充電技術，設計了一款防水密封型便攜式GPS終端設備;所研制的無線充電接收模塊，尺寸為50x32x1.0mm3，能有效地為設備的鋰離子電池進行無線充電，結合軟件控制，并實現(xiàn)了設備的無線充電自動開機。

　　6 小結

　　無線充電技術發(fā)展了近200年歷史，出現(xiàn)了多種技術原理方案，電磁感應式、磁共振式、無線電波式和電場耦合式，并有很多廣泛的應用。目前無線充電技術面臨著很多挑戰(zhàn)和機遇，在某些特殊領域，如醫(yī)用植入設備、無線傳感網(wǎng)和防水密封電子設備等，將會有更廣闊的應用前景。

　　參考文獻:

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　　[3] Andre Kurs, Aristeidis Karalis, Robert Moffatt, etal. Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances[J]. Science, 2007,317:8386.
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　　[6]王秩雄,胡勁蕾,梁俊, 無線輸電技術的應用前景[J]， 空軍工程大學學報:自然科學版, 2003, 4 (1) : 82285
　　[7]Murata Manufacturing Co.,Ltd., Murata Capacitive Coupling Wireless Power Transfer System[W], www.murata.com
　　[8]David Schatz, Jamie Hartford, Wireless Power For Medical Devices[J], Electronic Components.
　　[9]Albert Kim, Teimour Maleki ,Ziaie,. A Novel Electromechanical Interrogation Scheme for Implantable Passive Transponders[C],IEEE MEMS conference, Jan. 29 to Feb. 2 in Paris.
　　[10] ADInstruments Pty Ltd., Wireless Animal Monitoring System[W], www.adinstruments.com