振动胶囊及振动胶囊系统的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种无需额外天线的振动胶囊及振动胶囊系统。


背景技术：

2.振动胶囊通过特定频率的振动对人体结肠壁进行按摩，对结肠壁产生有效刺激，促进肠道蠕动，从而达到缓解和治疗便秘的目的。一般而言，振动胶囊的工作状态，包括振动频率、振动幅度、运动轨迹等信息，可以通过外部终端(手机或专用配置器)实时控制及数据传输。为此，需要在振动胶囊内部安装天线，来加强无线信号强度，保障无线信号的有效传输。
3.一般的，振动胶囊内含电池、电机、天线，均需要焊接到直径不到10mm的pcb板上，即在pcb板上需要制作多个焊接点以保证振动胶囊的性能，这不仅占用了pcb板有限的面积，更大大增加了振动胶囊的生产工艺，拉低生产效率，增加生产成本。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种振动胶囊及振动胶囊系统，无需额外焊接天线，将振动电机的供电线缆作为辐射天线的主要辐射单位，在不降低振动胶囊无线性能的同时，减少了在电路板的焊接点，降低生产工艺复杂度和生产成本。
5.为实现上述发明目的，本发明提供一种振动胶囊，其包括外壳、以及固定于所述外壳内的振动电机、电路板和电源装置，所述电路板电性连接于所述电源装置，所述振动电机包括电机本体和电性连接所述电机本体的供电线缆，所述电机本体通过所述供电线缆电性连接于所述电路板；
6.其中，所述电机本体内设置有电性连接于所述供电线缆的内部线圈，所述供电线缆与所述内部线圈形成辐射天线。
7.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述振动电机包括两根供电线缆，两根所述供电线缆包括远离所述电机本体的第一焊接端和第二焊接端，所述第一焊接端和所述第二焊接端分别连接至所述电路板。
8.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述电路板包括无线通信模块和电机驱动模块；
9.所述无线通信模块，用于接收所述辐射天线的信号，并发出驱动控制信号；
10.所述电机驱动模块，连接于所述无线通信模块，且用于在接收到所述驱动控制信号时，驱动所述电机本体；
11.其中，所述第一焊接端电性连接所述电机驱动模块，所述第二焊接端耦接至所述电路板的地电平。
12.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一焊接端还电性连接所述无线通信模块，所述电路板还包括串接在所述无线通信模块和所述第一焊接端之间的匹配网络，所
述匹配网络用于调节所述辐射天线和所述无线通信模块之间的阻抗。
13.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述电路板还包括串接在所述匹配网络和所述第一焊接端之间的隔直电容。
14.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述电路板还包括同时与所述无线通信模块和所述电机驱动模块串接的开关机模块和电源模块。
15.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述供电线缆为铜丝，所述供电线缆的线径为0.2mm-0.4mm。
16.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述内部线圈构建形成等效电路模型，所述等效电路模型包括串接于所述电路板后级的第一电感和第一电阻，以及与所述第一电感和所述第一电阻并联的第一电容。
17.作为本发明一实施方式的进一步改进，所述电机本体通过固定架固定于所述外壳内，所述电机本体包括依次连接的电机机壳、电机转轴和偏心转子，所述内部线圈设置于所述电机机壳内，所述供电线缆通过所述内部线圈驱动所述电机本体工作，所述固定架将所述偏心转子的振动传递至所述外壳。
18.为实现上述发明目的，本发明提供一种振动胶囊系统，所述振动胶囊系统包括如上所述的振动胶囊，以及与所述振动胶囊通讯连接的外部终端设备和与所述外部终端设备通讯连接的控制设备；
19.所述外部终端设备，用于向所述振动胶囊和所述控制设备发送信号，并且接收所述振动胶囊发出的信号；
20.所述控制设备，用于控制所述振动胶囊的位姿。
21.本发明的有益效果在于：本发明在振动胶囊内无需额外焊接天线，将振动电机的供电线缆作为辐射天线的主要辐射单位，在不降低振动胶囊无线性能的同时，依然采用硬质电路板，如硬板pcb，减少了在电路板的焊接点，降低生产工艺复杂度和生产成本。
附图说明
22.图1为本发明一实施例中的振动胶囊的结构示意图；
23.图2为本发明一实施例中振动电机和电路板互联的结构示意图；
24.图3为本发明一实施例中振动胶囊的电路示意图。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施方式及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
26.下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.为方便说明，本文使用表示空间相对位置的术语来进行描述，例如“上”、“下”、“后”、“前”等，用来描述附图中所示的一个单元或者特征相对于另一个单元或特征的关系。
空间相对位置的术语可以包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的装置翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“上方”的单元将位于其他单元或特征“下方”或“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括下方和上方这两种空间方位。
28.本发明提供了一种振动胶囊，其包括外壳、以及固定于外壳内的振动电机、电路板和电源装置，电路板电性连接于电源装置，振动电机包括电机本体和电性连接电机本体的供电线缆，电机本体通过供电线缆电性连接于电路板；
29.其中，电机本体内设置有电性连接于供电线缆的内部线圈，供电线缆与内部线圈形成辐射天线
。
30.具体的，如图1和图2所示，本发明一实施例中振动胶囊包括外壳1、振动电机2、电路板3和电源装置4。
31.外壳1采用生物兼容性材料，包括前壳11和后壳12。外壳1由前壳11和后壳12拼接而成，用以保护内部结构，两者通过生物相容性胶粘剂或是激光焊接加工合为一体，其密封效果好，在水下可以承受不低于0.1mpa的压力。
32.振动电机2包括电机本体21和电性连接于电机本体21的供电线缆22，其中，电机本体21内设置有电性连接于供电线缆22的内部线圈，该供电线缆22与内部线圈形成振动胶囊的辐射天线。
33.内部线圈可以为铜线构成的线圈，也可以为铝线构成的线圈，或者是铝包铜线构成的线圈，本发明对此不作限制。
34.具体的，振动胶囊还包括位于外壳1内的固定架5，电机本体21通过固定架5固定于外壳1内。
35.电机本体21包括依次连接的电机机壳211、电机转轴212和偏心转子213，具体的，内部线圈设置于电机机壳211内，供电线缆22通过内部线圈驱动电机本体21工作，即供电线缆22给内部线圈供电以使得电机本体21振动，具体通过电机转轴212带动偏心转子213转动，再由固定架5将偏心转子213的振动传递至外壳1，使得振动胶囊产生振动，达到按摩人体结肠壁的目的。
36.更具体的，振动电机2包括连接于电机本体21上的两根供电线缆22，两根供电线缆22分别与电机本体21内部线圈电性连接，两根供电线缆22包括远离电机本体21的第一焊接端221和第二焊接端222，第一焊接端221和第二焊接端222分别连接至电路板3。只要两根供电线缆22的第一焊接端221和第二焊接端222存在一定的电压差，即驱动电机本体21转动，同时，两根供电线缆22也与电机本体21内的内部线圈电连接形成振动胶囊的辐射天线，实现振动胶囊和外部终端设备的通讯连接。其中，第一焊接端221和第二焊接端222分别为两根供电线缆22与电路板3之间的焊接点。
37.在一实施例中，供电线缆22为铜丝，该铜丝由绝缘外皮包裹，其线径为0.2mm-0.4mm。
38.在本发明其他实施例中，供电线缆22的制作材料可以为铝、银等导电金属材料，本发明对供电线缆22的具体线径值也不作限制，可根据实际需求进行调整设计。
39.本发明对供电线缆22的长度不作限制，供电线缆22与其电性连接的电机本体21内部线圈的总长度，即本实施例中的辐射天线长度，与振动胶囊工作频率的1/4波长有关，一
般控制辐射天线的总长度为30mm左右。
40.在一实施例中，电路板3为硬板pcb。
41.电路板3电性连接于电源装置4，即由电源装置4给电路板3供电，电路板3通过焊接的两根供电线缆22给电机本体21供电，达到振动胶囊振动的目的。
42.电源装置4可以为固定设置于外壳1内的一次性纽扣电池，也可以采用同等尺寸的锂离子电池。当然，本发明对电池装置4内设置电池的数量不作限制，其与振动胶囊的续航能力有关，设置的电池数量越多，振动胶囊的续航能力越强，设置的电池数量越少，振动胶囊的续航能力则越弱。
43.在本实施例中，电源装置4内设置有两块纽扣电池，能够保证振动胶囊维持在人体内的一次完整的流程即可。
44.当然，若电源装置4的电池电极裸露，如纽扣电池，则振动胶囊还包括绝缘垫片6，绝缘垫片6设置于两电池之间以及电池和电路板3之间，以防止电池之间短路以及电池和电路板3上的电子器件发生短路。若电源装置4的电池本身包覆有绝缘层，如锂离子电池，则无需再设置绝缘垫片6。
45.为更清楚了解本发明中振动胶囊的信号传输原理，如图3所示，为振动胶囊的电路示意框图，电机本体21和两根供电线缆22通过第一焊接端221和第二焊接端222焊接于电路板3上形成回路，电路板3接入电源装置4的正负极，由电源装置4对电路板3、电机本体21和供电线缆22供电。
46.电机本体21内的内部线圈构建形成等效电路模型21’，该等效电路模型21’包括串接于电路板3后级的第一电感l1和第一电阻r1，以及与第一电感l1和第一电阻r1并联的第一电容c2。具体的，在振动胶囊的电路连接关系中，两根供电线缆22作为导线与内部线圈的等效电路电连接形成辐射天线，用于接收外部终端设备发出的辐射信号或是对外部终端设备发出辐射信号。
47.电路板3包括无线通信模块31和电机驱动模块32，无线通信模块31用于接收辐射天线的信号，并发出驱动控制信号，电机驱动模块32连接于无线通信模块31，且用于在接收到驱动控制信号时，驱动电机本体21振动。其中，第一焊接端221电性连接电机驱动模块32，第二焊接端222耦接至电路板3的地电平。
48.无线通信模块31内设置有mcu(微处理器)，无线通信模块31接收辐射天线的信号，通过内置的mcu对该信号进行处理，控制电机驱动模块32产生不同频率、不同占空比的直流电压，从而驱动电机本体21以不同频率、不同振动幅度振动。
49.具体的，第一焊接端221还电性连接无线通信模块31，由于本实施例中两根供电线缆22和电机本体21内部线圈形成振动胶囊的辐射天线，即该辐射天线可用于接收外部终端设备发送的控制信号，再通过供电线缆22的第一焊接端221传输至无线通信模块31。
50.为更好的调节振动胶囊和外部终端设备之间的信号传输效果，电路板3还包括串接在无线通信模块31和第一焊接端221之间的匹配网络33。匹配网络33用于调节辐射天线(即供电线缆和电机本体21内部线圈)和无线通信模块31之间的阻抗，使得辐射天线和无线通信模块31之间达到较好的阻抗匹配。
51.当然，组成匹配网络33的具体电路形式及器件值可根据无线通信模块31所使用的无线芯片型号、辐射天线的通信频率、振动胶囊结构等因素变化而进行相应调整，具体根据
振动胶囊实测调试结果为准。
52.进一步的，电路板3还包括串接在匹配网络33和第一焊接端221之间的隔直电容34，以防止电机驱动模块32产生的驱动电压流入无线通信模块31，对无线通信模块31内的各器件造成破坏。
53.具体的，隔直电容34的电容值c1为1pf-15pf。隔直电容34具体的电容值c1可根据振动胶囊的无线工作频率和匹配网络33的调试结果来确定。
54.当然，电路板3还包括同时与无线通信模块31和电机驱动模块32串接的开关机模块35和电源模块36，该电源模块36用于电压转换，具体的，该电源模块36用于将电源装置4的电压转换为所需的电压。
55.需要说明的是，本实施例中振动胶囊的工作原理为：在电源装置4为电路板3提供电能且电路板3上的各个模块正常工作时，辐射天线接收外部终端设备发出的辐射信号，包括振动胶囊的振动频率和振动幅度，辐射天线将接收到的辐射信号传递给无线通信模块31，无线通信模块31内的mcu对该辐射信号进行处理，并控制电机驱动模块32产生不同频率、不同空占比的直流电压，从而由供电线缆22传递直流电压，驱动电机本体21以不同振动频率和不同振动幅度振动。当然，对于振动胶囊的振动频率、振动幅度和位姿状态，也可通过无线通信模块31处理后，再由辐射天线发送至外部终端设备。
56.当然，可通过建立人体模型环境，将本实施例中的振动胶囊放置于人体模型环境中进行三维电磁仿真，来评估振动胶囊在人体不同部位时其辐射天线的性能。在人体模型环境中，本实施例提供的振动胶囊完全能满足2.4ghz ism频段的工作需求。
57.本实施例中将振动电机的供电线缆作为辐射天线的主要辐射单位，无需额外焊接铜丝作为辐射天线，在不降低振动胶囊无线性能的同时，减少电路板上的一个焊接点，减少焊接工序，且依然采用硬质电路板，降低生产工艺复杂度，以及降低生产成本。
58.进一步的，本实施例中的振动胶囊在人体模型环境仿真得到的天线远场辐射增益，与现有技术中在振动胶囊内额外添加铜丝作为辐射天线或使用柔性板制作的天线获得的远场辐射增益基本一致，完全满足振动胶囊在人体环境中与外部终端设备之间稳定可靠的信号传输。
59.本发明还提供一种振动胶囊系统，振动胶囊系统包括如上所述的振动胶囊，以及与振动胶囊通讯连接的外部终端设备和与外部终端设备通讯连接的控制设备。
60.外部终端设备用于向振动胶囊和控制设备发送信号，并且接收振动胶囊发出的信号，控制设备用于在接收到外部终端设备发送的信号时，控制振动胶囊的位姿。
61.在一实施例中，外部终端设备为手机，控制设备为磁控设备。
62.当然，外部终端设备也可为电脑端或是专用配置器，能够用于实时控制和数据传输即可。
63.具体的，于外部终端设备设置需要控制振动胶囊的振动频率、振动幅度及振动胶囊的位姿，振动胶囊的辐射天线接收振动频率和振动幅度的指令信息，传递给电路板上的无线通信模块，再由无线通信模块控制电路板上的电机驱动模块产生相应的工作频率和直流电压，从而驱动振动电机以相应的振动频率和振动幅度进行振动；同时，控制设备接收外部终端发送的位姿指令，控制振动胶囊在人体内的位置和姿态。或是无线通信模块采集振动胶囊的振动频率、振动幅度和位姿等信息，通过辐射天线传递给外部终端设备。
64.应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
65.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种振动胶囊，其特征在于，包括外壳、以及固定于所述外壳内的振动电机、电路板和电源装置，所述电路板电性连接于所述电源装置，所述振动电机包括电机本体和电性连接所述电机本体的供电线缆，所述电机本体通过所述供电线缆电性连接于所述电路板；其中，所述电机本体内设置有电性连接于所述供电线缆的内部线圈，所述供电线缆与所述内部线圈形成辐射天线。2.根据权利要求1所述的振动胶囊，其特征在于，所述振动电机包括两根供电线缆，两根所述供电线缆包括远离所述电机本体的第一焊接端和第二焊接端，所述第一焊接端和所述第二焊接端分别连接至所述电路板。3.根据权利要求2所述的振动胶囊，其特征在于，所述电路板包括无线通信模块和电机驱动模块；所述无线通信模块，用于接收所述辐射天线的信号，并发出驱动控制信号；所述电机驱动模块，连接于所述无线通信模块，且用于在接收到所述驱动控制信号时，驱动所述电机本体；其中，所述第一焊接端电性连接所述电机驱动模块，所述第二焊接端耦接至所述电路板的地电平。4.根据权利要求3所述的振动胶囊，其特征在于，所述第一焊接端还电性连接所述无线通信模块，所述电路板还包括串接在所述无线通信模块和所述第一焊接端之间的匹配网络，所述匹配网络用于调节所述辐射天线和所述无线通信模块之间的阻抗。5.根据权利要求4所述的振动胶囊，其特征在于，所述电路板还包括串接在所述匹配网络和所述第一焊接端之间的隔直电容。6.根据权利要求3所述的振动胶囊，其特征在于，所述电路板还包括同时与所述无线通信模块和所述电机驱动模块串接的开关机模块和电源模块。7.根据权利要求1所述的振动胶囊，其特征在于，所述供电线缆为铜丝，所述供电线缆的线径为0.2mm-0.4mm。8.根据权利要求1所述的振动胶囊，其特征在于，所述内部线圈构建形成等效电路模型，所述等效电路模型包括串接于所述电路板后级的第一电感和第一电阻，以及与所述第一电感和所述第一电阻并联的第一电容。9.根据权利要求1所述的振动胶囊，其特征在于，所述电机本体通过固定架固定于所述外壳内，所述电机本体包括依次连接的电机机壳、电机转轴和偏心转子，所述内部线圈设置于所述电机机壳内，所述供电线缆通过所述内部线圈驱动所述电机本体工作，所述固定架将所述偏心转子的振动传递至所述外壳。10.一种振动胶囊系统，其特征在于，所述振动胶囊系统包括如权利要求1-9中任意一项所述的振动胶囊，以及与所述振动胶囊通讯连接的外部终端设备和与所述外部终端设备通讯连接的控制设备；所述外部终端设备，用于向所述振动胶囊和所述控制设备发送信号，并且接收所述振动胶囊发出的信号；所述控制设备，用于控制所述振动胶囊的位姿。

技术总结
本发明揭示了一种振动胶囊及振动胶囊天线，振动胶囊包括外壳、以及固定于外壳内的振动电机、电路板和电源装置，电路板电性连接于电源装置，振动电机包括电机本体和电性连接电机本体的供电线缆，电机本体通过供电线缆电性连接于电路板；其中，电机本体内设置有电性连接于供电线缆的内部线圈，供电线缆与内部线圈形成辐射天线。本发明在振动胶囊内无需额外焊接天线，将振动电机的供电线缆作为辐射天线的主要辐射单位，在不降低振动胶囊无线性能的同时，依然采用硬质电路板，如硬板PCB，减少了在电路板的焊接点，降低生产工艺复杂度和生产成本。本。本。


技术研发人员：何伟康 叶琨 周攀
受保护的技术使用者：安翰科技（武汉）股份有限公司
技术研发日：2023.04.11
技术公布日：2023/7/20