Optimal Transmit Coil Design for Wirelessly Powered Biomedical Implants Considering Magnetic Field Safety Constraints
Optimal Transmit Coil Design for Wirelessly Powered Biomedical Implants Considering Magnetic Field Safety Constraints
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考虑磁场安全约束的无线供电生物医学植入物的最佳发射线圈设计
DOI：
10.1109/temc.2021.3104787
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发表时间：
2021
影响因子：
2.1
通讯作者：
Roundy, Shad
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Andersen, Erik;Casados, Curtis;Truong, Binh Duc;Roundy, Shad
本文介绍了一种用于生物医学植入物的无线功率传输系统（WPTS）的发射线圈的优化设计研究，其目标是在不违反磁场暴露限制的情况下最大化植入物位置处的磁通量密度（B场）。最大化B场与某些WPTS（诸如使用磁电接收器的那些WPTS）的更高的可传输电功率相关。虽然先前的工作已经优化了热效率或系统效率，但据我们所知，还没有人开发出优化发射器以最大化B场的过程，该过程受到磁场暴露的强加安全限制约束。除了这个安全约束，发射机的最佳设计被认为是当系统的几何形状或输入电流的约束。方程确定的最佳螺线管发射机的设计参数推导出受到发射机的尺寸或电流的约束。如果需要一定的磁场强度，则提出了发射器的尺寸和电流的解决方案，其允许所需的场而不违反安全约束。数学模型进行了实验验证，并描述了一个案例研究，说明了最佳的设计规则。
This article presents an investigation on the optimal design of a transmit coil for a wireless power transfer system (WPTS) for biomedical implants with the goal of maximizing the magnetic flux density (B-field) at the location of the implant while not violating magnetic field exposure limits. Maximizing the B-field correlates to higher transferable electric power for certain WPTSs, such as those that use magnetoelectric receivers. While previous works have optimized the thermal efficiency, or system efficiency, to our knowledge no one yet has developed the procedure to optimize the transmitter to maximize the B-field subject to an imposed safety limit constraint for magnetic field exposure. In addition to this safety constraint, the optimal design of the transmitter is considered when the system geometry or the input current is constrained. Equations for determining the design parameters of an optimal solenoid transmitter are derived subject to constraints on either transmitter size or electric current. If a certain magnetic field strength is required, solutions to the size and current of the transmitter are presented, which allow the desired fields without violating the safety constraint. The mathematical model is experimentally validated, and a case study is described that illustrates the optimal design rules.
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影响因子：
4.1
作者：
B. Truong;S. Roundy
通讯作者：
B. Truong;S. Roundy
轻质最小功率螺线管磁铁的优化设计和构造
DOI：
--
发表时间：
2001
期刊：
影响因子：
--
作者：
P. Morgan
通讯作者：
P. Morgan
人体组织中的电磁场建模
DOI：
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发表时间：
2010
期刊：
影响因子：
--
作者：
I. Marinova;V. Mateev
通讯作者：
V. Mateev
考虑安全约束的生物医学植入物无线供电的最佳线圈设计
DOI：
10.1109/wptc45513.2019.9055547
发表时间：
2020
期刊：
2019 IEEE Wireless Power Transfer Conference (WPTC
影响因子：
--
作者：
Andersen, Erik;Truong, Binh Duc;Roundy, Shad
通讯作者：
Roundy, Shad
影响因子：
3.4
作者：
Rupp, Tyrel;Binh Duc Truong;Roundy, Shad
通讯作者：
Roundy, Shad