2023年2月电工技术学报Vol.38No.4第38卷第4期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYFeb.2023DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.220457基于混合磁负超材料的心脏起搏器无线供能系统陈伟华侯海涛闫孝姮陈宏强叶智权（辽宁工程技术大学电气与控制工程学院葫芦岛125000）摘要针对心脏起搏器无线供能系统传输效率低、抗偏移能力差的问题，该文提出一种基于混合磁负超材料的心脏起搏器无线供能系统。首先，根据磁负超材料的谐振原理、品质因数理论，设计了两种谐振频率的磁负超材料（MNG）基元；其次，通过分析无线供能系统漏磁情况以及基元负磁导率和磁损耗之间的关系，构成具有两种负磁导率的混合MNG阵列；最后，使用有限元分析软件计算人体各组织电场强度峰值与比吸收率峰值，验证了系统的安全性。实验结果表明，两线圈间距16～28mm情况下，加入混合MNG阵列的无线供能系统输出功率从0.19～0.81W增加到1.02～1.67W，传输效率从8.53%～43.15%提升到40.78%～57.32%；接收线圈发生水平偏移情况下可以维持最低0.86W的输出功率和32.81%的传输效率，30min充电测试下系统最大温升为3.49℃，符合人体安全标准。关键词：磁负超材料无线供能系统心脏起搏器安全评估中图分类号：TH77;TM7240引言心脏起搏器作为一种常见的植入式电子医疗设备，当内置电源耗尽时，需要进行二次手术更换，给患者带来一定的安全隐患[1-2]及经济负担。磁耦合谐振式无线电能传输技术（Magnetically-CoupledResonantWirelessPowerTransfer,MCR-WPT）的出现，为解决心脏起搏器持续供电问题提供了新方案，近年来受到广泛关注[3-5]。为了提升MCR-WPT系统传输效率和抗偏移能力，国内外学者开展了大量研究，包括改变线圈结构[6-7]、增加补偿拓扑[8-9]、调节系统谐振频率[10]和加入电磁超材料[11-12]等方式。超材料作为一种新兴的电磁介质，在光学、电磁学等学科受到广泛关注，包括变换光学[13]、隐形斗篷[14]、磁共振成像[15]等具体应用。电磁超材料周期性结构产生的LC谐振可以汇聚发射线圈与接收线圈之间的磁场，增强线圈间的耦合效果，有利于提高MCR-WPT系统的传输距离和效率。相较于目前MCR-WPT系统传统的抗偏移方法，如闭环控制技术[16]、改善补偿网络[17]及优化磁耦合机构[18]等，超材料在提升MCR-WPT系统抗偏移能力上具有独特的优势，利用超材料的磁场折射能力[19]，无需增加繁琐的控制手段和复杂的磁耦合机构即可提升MCR-WPT系统的抗偏移能力，极大地降低了系统复杂度以及制作成...
