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Proposta de enlace indutivo para alimentação de dispositivos implantáveis

The use of implantable medical devices wirelessly powered has gained prominence with the application of inductive couplings for this purpose. This technique allows for great efficiencies in the relation between transmitted power and delivered to the implant. The devices can be for the most varied pu...

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Autor principal:	Braga, Eduardo Felipe Ardigo
Formato:	Dissertação
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2020
Assuntos:	Materiais biomédicos Implantes dentários endoósseos Bobinas Métodos de simulação Circuitos elétricos Acoplamentos Biomedical materials Endosseous dental implants Electric coils Simulation methods Electric circuits Couplings CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::ENGENHARIA MEDICA Engenharia Elétrica
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23637
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id	riut-1-23637
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spelling	riut-1-236372020-12-30T06:10:49Z Proposta de enlace indutivo para alimentação de dispositivos implantáveis Proposal of inductive link for powering implantable devices Braga, Eduardo Felipe Ardigo Pichorim, Sergio Francisco https://orcid.org/0000-0003-4380-7499 http://lattes.cnpq.br/5874071100916364 Miranda, Caio Marcelo de http://lattes.cnpq.br/6795166480414041 Mariano, Andre Augusto https://orcid.org/0000-0002-6522-6049 http://lattes.cnpq.br/2247619809331876 Miranda, Caio Marcelo de http://lattes.cnpq.br/6795166480414041 Maia, Joaquim Miguel https://orcid.org/0000-0001-6309-8664 http://lattes.cnpq.br/6369674496221915 Materiais biomédicos Implantes dentários endoósseos Bobinas Métodos de simulação Circuitos elétricos Acoplamentos Biomedical materials Endosseous dental implants Electric coils Simulation methods Electric circuits Couplings CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::ENGENHARIA MEDICA Engenharia Elétrica The use of implantable medical devices wirelessly powered has gained prominence with the application of inductive couplings for this purpose. This technique allows for great efficiencies in the relation between transmitted power and delivered to the implant. The devices can be for the most varied purposes, and in the present work, it was defined the development of an inductive coupling to power biomedical devices in general. Therefore, to achieve the objective, it is necessary to present some concepts and carry out experiments in order to compare the results. The first comparison is for the set with 2, 3, or 4 coils, it is important to analyze which one best fits the desired application. The experiments were also carried out with different loads, 10, 22, 47, and 100 Ω, to observe the behavior of the system due to the variation of the load to be fed. With the aid of the analysis of theoretical concepts, it was possible to elaborate a comparison between theoretical data, calculated through the equations found and simulations performed, and practical data, obtained through the experiments carried out. Commercial coils were then used in order to carry out the experiments. Some of the coils used in the experiments had a ferrite attached to them, other coils had the ferrite removed. Thus, it was important to carry out an experimental study about the interference of ferrite in the coupling between the coils and, consequently, in the efficiency of the sets. This issue of ferrite interference is something that has not been found in the literature, só it presents a new and essential research field for future applications like the one presented in this work. Thus, the interference of ferrite in the inductance and in the magnetic coupling coefficient between them was observed. The results of the experiments and comparisons made allow the definition of the best parameters for the construction of the desired set, in order to meet the biomedical devices powered via wireless energy transfer by inductive coupling. The analyzed distances varied from 0 to 10 mm and it was possible to observe that in the shortest distances in this range, the 2-coil system has better efficiencies over the others. However, in the relationship between distance and efficiency, the 3-coil system was the one with the best results, since, with the help of the repeater coil, the system is able to offer greater efficiencies over greater distances, between 8 and 10 mm. The 4-coil system had lower efficiencies, which is due to losses in the intermediate circuits since this system has many couplings between non-adjacent coils, which may hinder its efficiency. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) A utilização de dispositivos médicos implantáveis alimentados de maneira sem fio tem ganhado destaque com a aplicação de acoplamentos indutivos para este fim. Essa técnica permite grandes eficiências na relação entre potência transmitida e fornecida ao implante. Os dispositivos podem ser para os mais variados fins, e no presente trabalho foi definido o desenvolvimento de um acoplamento indutivo para alimentar dispositivos biomédicos no geral. Portanto, para o alcance do objetivo é necessária a apresentação de alguns conceitos e realização de experimentos, a fim de se comparar os resultados. A primeira comparação fica por conta do conjunto com 2, 3 ou 4 bobinas, sendo importante analisar qual melhor se encaixa na aplicação desejada. Os experimentos também foram realizados com diferentes cargas, de 10, 22, 47 e 100 Ω, no intuito de observar o comportamento do sistema devido à variação da carga a ser alimentada. Com auxílio da análise de conceitos teóricos, foi possível elaborar uma comparação entre dados teóricos, calculados através das equações encontradas e de simulações efetuadas, e dados práticos, obtidos através dos experimentos realizados. Foram então utilizadas bobinas comerciais no intuito de realizar os experimentos. Algumas das bobinas utilizadas nos experimentos possuíam um ferrite acoplado a elas, outras bobinas tiveram o ferrite removido. Desta forma, foi importante realizar um estudo experimental acerca da interferência do ferrite no acoplamento entre as bobinas e, consequentemente, na eficiência dos conjuntos. Esta questão da interferência do ferrite é algo que não foi encontrado na literatura, portanto apresenta um campo de pesquisa novo e essencial para futuras aplicações como a apresentada neste trabalho. Com isso, foi observada a interferência do ferrite na indutância e no coeficiente de acoplamento magnético entre elas. Os resultados dos experimentos e comparações realizados possibilitam a definição dos melhores parâmetros para construção do conjunto desejado, de forma a atender os dispositivos biomédicos alimentados via transferência de energia sem fio por acoplamento indutivo. As distâncias analisadas variaram de 0 a 10 mm e foi possível observar que nas menores distâncias dessa faixa o sistema de 2 bobinas possui melhores eficiências sobre os outros. Entretanto, na relação entre distância e eficiência o sistema de 3 bobinas foi o que teve melhores resultados, visto que, com o auxílio da bobina repetidora, o sistema consegue oferecer maiores eficiências em distâncias maiores, entre 8 e 10 mm. Já o sistema de 4 bobinas teve menores eficiências, o que se deve a perdas nos circuitos intermediários, visto que este sistema possui muitos acoplamentos entre bobinas não adjacentes, o que pode vir a atrapalhar sua eficiência. 2020-12-29T21:57:34Z 2020-12-29T21:57:34Z 2020-12-16 masterThesis BRAGA, Eduardo Felipe Ardigo. Proposta de enlace indutivo para alimentação de dispositivos implantáveis. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/23637 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial UTFPR
institution	Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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description	The use of implantable medical devices wirelessly powered has gained prominence with the application of inductive couplings for this purpose. This technique allows for great efficiencies in the relation between transmitted power and delivered to the implant. The devices can be for the most varied purposes, and in the present work, it was defined the development of an inductive coupling to power biomedical devices in general. Therefore, to achieve the objective, it is necessary to present some concepts and carry out experiments in order to compare the results. The first comparison is for the set with 2, 3, or 4 coils, it is important to analyze which one best fits the desired application. The experiments were also carried out with different loads, 10, 22, 47, and 100 Ω, to observe the behavior of the system due to the variation of the load to be fed. With the aid of the analysis of theoretical concepts, it was possible to elaborate a comparison between theoretical data, calculated through the equations found and simulations performed, and practical data, obtained through the experiments carried out. Commercial coils were then used in order to carry out the experiments. Some of the coils used in the experiments had a ferrite attached to them, other coils had the ferrite removed. Thus, it was important to carry out an experimental study about the interference of ferrite in the coupling between the coils and, consequently, in the efficiency of the sets. This issue of ferrite interference is something that has not been found in the literature, só it presents a new and essential research field for future applications like the one presented in this work. Thus, the interference of ferrite in the inductance and in the magnetic coupling coefficient between them was observed. The results of the experiments and comparisons made allow the definition of the best parameters for the construction of the desired set, in order to meet the biomedical devices powered via wireless energy transfer by inductive coupling. The analyzed distances varied from 0 to 10 mm and it was possible to observe that in the shortest distances in this range, the 2-coil system has better efficiencies over the others. However, in the relationship between distance and efficiency, the 3-coil system was the one with the best results, since, with the help of the repeater coil, the system is able to offer greater efficiencies over greater distances, between 8 and 10 mm. The 4-coil system had lower efficiencies, which is due to losses in the intermediate circuits since this system has many couplings between non-adjacent coils, which may hinder its efficiency.
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Proposta de enlace indutivo para alimentação de dispositivos implantáveis

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