Estudo de um sistema de transmissão de energia sem fios para cápsula endoscópica

Abstract

A transferência de energia sem fios (WPT, wireless power transfer) tem sido utilizada para alimentação de dispositivos e sistemas, em que o uso de cabos é inadequado, custoso ou até mesmo proibitivo. As suas aplicações abrangem desde dispositivos biomédicos implantáveis, passando pelo setor de eletrônicos de consumo, até recarga de baterias em veículos elétricos. A potência transferida à carga por meio do WPT depende dos parâmetros do circuito equivalente do link indutivo. Mesmo com esses parâmetros fixos, a potência entregue à carga é influenciada por desalinhamentos entre as bobinas transmissora e receptora, bem como condições de carga variável. Esse trabalho apresenta a análise matemática, modelagem e proposta de um método de projeto de um sistema de transmissão de energia sem-fios aplicado ao problema de uma cápsula endoscópica. Esse problema é bastante particular por apresentar um receptor com três bobinas em quadratura. Além disso a bobina transmissora apresenta um diâmetro de aproximadamente 30 vezes o diâmetro das bobinas receptoras. O sistema é projetado para otimizar a potência transmitida para uma cápsula engolível com posição e orientação arbitrárias ao longo de uma distância equivalente ao trato digestivo. Os resultados mostraram que é possível garantir uma potência mínima na carga de 100 mW em todo o trajeto da cápsula, suficiente para coletar e transmitir imagens do interior do trato digestivo até um receptor externo.

Wireless power transfer (WPT) has been used to power devices and systems, in which the use of cables is distorted, costly or even prohibitive. Its applications range from implantable biomedical devices, through the consumer electronics sector, to battery recharging in electric vehicles. The power transferred to the load through the WPT depends on the parameters of the equivalent circuit of the inductive link. Even with these fixed parameters, the power delivered to the load is influenced by misalignments between the transmitting and receiving coils, as well as the variable load conditions. This work presents a mathematical analysis, modeling and proposal of a design method for a wireless energy transmission system converted to the problem of an endoscopic capsule. This problem is very particular because it has a receiver with three quadrature coils. In addition, a transmitting coil presents diameter of approximate 30 times the diameter of the receiving coils. The system is designed to optimize the power transmitted to a swallowable capsule with arbitrary position and orientation over a distance equivalent to the digestive tract. The possible results are that it is possible to guarantee a minimum load power of 100 mW throughout the capsule path, sufficient to collect and transmit images from the inside of the digestive tract to an external receptor.