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應(yīng)用于植入式心臟起搏器的功率可調(diào)式無線充電裝置制造方法

文檔序號(hào):7378232閱讀:129來源:國(guó)知局
應(yīng)用于植入式心臟起搏器的功率可調(diào)式無線充電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于植入式心臟起搏器的功率可調(diào)式無線充電裝置,包括發(fā)射端和接收端,發(fā)射端包括功率調(diào)節(jié)單元、發(fā)射線圈、變壓器、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和第一變頻電路,功率調(diào)節(jié)單元用來調(diào)節(jié)發(fā)射線圈電磁能的發(fā)射功率;接收端包括接收線圈、第二變頻電路、整流濾波電路和電源監(jiān)控電路,電源監(jiān)控電路通過無線射頻通訊模塊與程控儀交互信息。通過功率調(diào)節(jié)單元實(shí)現(xiàn)了發(fā)射線圈發(fā)射功率的可調(diào)節(jié)。本發(fā)明通過功率調(diào)節(jié)單元實(shí)現(xiàn)了發(fā)射線圈發(fā)射功率的可調(diào)節(jié),通過電源監(jiān)控電路實(shí)時(shí)監(jiān)控心臟起搏器的電池電量消耗和充電情況,適用于于心臟起搏器的無線充電。
【專利說明】應(yīng)用于植入式心臟起搏器的功率可調(diào)式無線充電裝置
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種電能傳輸裝置,具體涉及一種應(yīng)用于植入式心臟起搏器的功率可調(diào)式無線充電裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì),目前全球每年有1750萬人死于心臟病,預(yù)料2015年將有2000萬人死于此病。心率過緩、心律失常、心衰都能導(dǎo)致死亡。正確有效治療診斷是生存的重要因素,而心臟起搏器已成為治療心血管病的重要技術(shù),應(yīng)用于對(duì)竇性停止、竇房阻滯、心房/心室出現(xiàn)異位節(jié)律及心動(dòng)過速等疾病。
[0004]自1932年第一臺(tái)心臟起搏器問世以來,人類不斷在心臟起搏理論與實(shí)踐基礎(chǔ)上開拓創(chuàng)新,歷經(jīng)幾代人的努力,心臟起搏器已經(jīng)成為了一項(xiàng)成熟可靠的醫(yī)療技術(shù)。目前,人工心臟起搏器可以分為體外臨時(shí)型和植入型兩種,前者主要用于提供急救性臨時(shí)起搏,而后者主要是供長(zhǎng)期植入性起搏治療。近40多年來無論是起搏器工程技術(shù)還是臨床應(yīng)用都得到快速發(fā)展。1997年對(duì)全世界起搏器的使用進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),以每百萬人植入起搏器數(shù)計(jì)算,其中美國(guó)571,法國(guó)552,德國(guó)440,加拿大368,澳大利亞345,以色列293,日本153,香港100,新加坡61。中華醫(yī)學(xué)會(huì)心電生理和起搏分會(huì)2002年進(jìn)行的全國(guó)起搏器使用調(diào)查得出的數(shù)據(jù)表明:我國(guó)大陸至少有279家醫(yī)院開展了起搏器植入術(shù);2001年植入起搏器總數(shù)10857臺(tái);每百萬人8臺(tái),其中雙心腔起搏器占36.3%,心室單心腔起搏器占56.2%,其它包括 AAI (R)和 VVI (R)占 7.5%。
[0005]目前,心臟起搏器主要采用內(nèi)置電池作為動(dòng)力源,這種電池通常有5~10年的工作壽命,一旦能量接近耗盡,就需要采用手術(shù)方式更換電池,然而患者對(duì)起搏器何時(shí)電量耗盡并沒有把握。甚至需要在使用年限的前1-2年內(nèi)定期赴醫(yī)院接受檢查。這無疑會(huì)造成一些年老病人的不便。
[0006]如果將無線充電技術(shù)運(yùn)用于心臟起搏器,則無需手術(shù)取出電池,即可為體內(nèi)心臟起搏器進(jìn)行充電,避免手術(shù)失敗、胸腔感染等風(fēng)險(xiǎn),可大大提升心臟患者術(shù)后生活質(zhì)量,且還能極大節(jié)約患者的醫(yī)療費(fèi)用和痛苦。此外,無線充電更安全,因?yàn)闆]有外漏的連接器,可徹底避免漏電、跑電等安全隱患。無線充電技術(shù)最先在凈水器中運(yùn)用,至今已有8年應(yīng)用時(shí)間,其安全性已得到了 36個(gè)國(guó)家驗(yàn)證,不會(huì)對(duì)人體和環(huán)境帶來危害。據(jù)介紹,無線充電大致是通過電磁場(chǎng)輸送能量的,而人類以及人類身邊的絕大多數(shù)物件都是非磁性的,因此也不存在福射的隱患。
[0007]目前無線充電技術(shù)主要·包括電磁感應(yīng)和磁共振兩種方式,并結(jié)合相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)。磁共振方式已被廣泛用于信號(hào)傳輸,但是在電能傳輸中的應(yīng)用鮮有報(bào)道。磁共振充電在MHz級(jí)頻率的應(yīng)用能加劇電磁兼容性(EMC)問題,對(duì)用于該充電器的電力電子轉(zhuǎn)換器具有挑戰(zhàn)性,增加電子電路損耗,從而降低系統(tǒng)效率。電磁感應(yīng)方式是在發(fā)送端和接收端采用線圈來發(fā)送和接收交流信號(hào)進(jìn)行充電,使用者只需將待充電設(shè)備放在一個(gè)“平板”上即可實(shí)現(xiàn)充電,但對(duì)線圈位置有著嚴(yán)格要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種可應(yīng)用于植入式心臟起搏器的功率可調(diào)式無線充電裝置。
[0009]為達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
應(yīng)用于植入式心臟起搏器的功率可調(diào)式無線充電裝置,包括發(fā)射端和接收端,其中:發(fā)射端包括功率調(diào)節(jié)單元、發(fā)射線圈、變壓器、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和第一變頻電路,變壓器輸出端分別連接控制電路、第一變頻電路和驅(qū)動(dòng)電路的輸入端,控制電路和驅(qū)動(dòng)電路的輸出端均連接第一變頻電路的輸入端,第一變頻電路的輸出端連接發(fā)射線圈;功率調(diào)節(jié)單元由不少于2片的金屬片圍成,每片金屬片的各端頭均與相鄰金屬片的相鄰端頭緊密重疊,且金屬片端頭重疊部分面積大小可調(diào)整,發(fā)射線圈置于功率調(diào)節(jié)單元內(nèi);
接收端包括接收線圈、第二變頻電路、整流濾波電路和電源監(jiān)控電路,接收線圈、第二變頻電路、整流濾波電路依次相連,整流濾波電路輸出端連接電池系統(tǒng),電源監(jiān)控電路也與電池系統(tǒng)相連,電源監(jiān)控電路通過無線通訊模塊與程控儀交互信息。
[0010]上述發(fā)射線圈為三維圓臺(tái)狀螺旋形的發(fā)射線圈,且所述的功率調(diào)節(jié)單元為碗狀結(jié)構(gòu),發(fā)射線圈置于功率調(diào)節(jié)單元底面。
[0011]作為優(yōu)選,功率調(diào)節(jié)單元由不少于3片的金屬片圍成。
[0012]作為優(yōu)選,上述金屬片內(nèi)表面涂覆有順磁性材料涂層。
[0013]作為優(yōu)選,上述發(fā)射線圈內(nèi)插入有磁芯,所述的磁芯為圓臺(tái)狀,且其表面設(shè)有與發(fā)射線圈吻合的螺線形槽。
[0014]作為優(yōu)選,上述接收端還包括反饋電路和控制器,其中,反饋電路輸入端連接整流濾波電路輸出端,其輸出端連接第二變頻電路;控制器包括第二變頻電路控制器、整流濾波電路控制器和反饋電路控制器,分別與第二變頻電路、整流濾波電路和反饋電路相連。
[0015]上述接收端的一種【具體實(shí)施方式】為:接收端和電池系統(tǒng)集成于一接收端貼片元器件內(nèi),其中,接收線圈設(shè)置為平面圓形螺線線圈。
[0016]
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
1、通過功率調(diào)節(jié)單元實(shí)現(xiàn)了發(fā)射線圈發(fā)射功率的可調(diào)節(jié)。
[0017]2、通過電源監(jiān)控電路實(shí)時(shí)監(jiān)控心臟起搏器的電池電量,當(dāng)電池電量快耗盡時(shí),采用本發(fā)明對(duì)心臟起搏器電池進(jìn)行充電;在充電過程中,當(dāng)監(jiān)控到電池電量已充滿,則停止充電。
[0018]3、可用于心臟起搏器,無需進(jìn)行外科手術(shù),即可對(duì)植入人體內(nèi)的心臟起搏器進(jìn)行充電,避免了手術(shù)失敗以及手術(shù)導(dǎo)致的胸腔感染等風(fēng)險(xiǎn),減少植入了心臟起搏器患者的痛苦,極大提高了患者的生活質(zhì)量,同時(shí),還可以為患者節(jié)約醫(yī)療費(fèi)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明發(fā)射線圈單元的具體結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例的等效電路框圖,其中,圖(a)是發(fā)射端的等效電路框圖,圖(b)是接收端的等效電路框圖;
圖3是本發(fā)明接收端與心臟起搏器的具體連接示意圖,其中,圖(a)為俯視圖,圖(b)為側(cè)視圖。
[0020]圖中,110-發(fā)射線圈;120_金屬片;130_金屬片端頭;140-金屬片內(nèi)表面;310_接收線圈;320_接收端貼片元器件;330_心臟起搏器。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】詳細(xì)描述本發(fā)明技術(shù)方案,附圖中的【具體實(shí)施方式】?jī)H代表本發(fā)明的一種具體結(jié)構(gòu),本發(fā)明并不局限于該具體結(jié)構(gòu)。
[0022]本發(fā)明無線充電裝置是基于電磁感應(yīng)方式的充電裝置,包括發(fā)射端和接收端,發(fā)射端包括發(fā)射線圈單元,其具體結(jié)構(gòu)見圖1,發(fā)射線圈單元包括三維圓臺(tái)狀螺旋形的發(fā)射線圈(110)和碗形的功率調(diào)節(jié)單元,發(fā)射線圈(110)位于功率調(diào)節(jié)單元內(nèi)且置于功率調(diào)節(jié)單元內(nèi)底面,功率調(diào)節(jié)單元用來調(diào)節(jié)發(fā)射線圈電磁能的發(fā)射功率,可以解決由于電磁能功率過于發(fā)散而導(dǎo)致的無線傳輸能量效率過低甚至失敗的問題。
[0023]功率調(diào)節(jié)單元由不少于2片的金屬片圍成,金屬片數(shù)量根據(jù)實(shí)際情況可選擇不同的片數(shù),金屬片優(yōu)選為硅鋼片。本具體實(shí)施中,功率調(diào)節(jié)單元由3片金屬片(120)圍成,每片金屬片的各端(130)均與相鄰金屬片的相鄰端緊密重疊,金屬片端頭(130)重疊部分面積大小可調(diào)整,從而可實(shí)現(xiàn)發(fā)射線圈發(fā)射功率的調(diào)節(jié)。當(dāng)金屬片端頭重疊部分面積較大時(shí),發(fā)射線圈電磁能則比較集中,可提高發(fā)射功率;反之,當(dāng)金屬片端頭重疊部分面積較小時(shí),發(fā)射線圈電磁能則較分散,可降低發(fā)射功率。
[0024]作為優(yōu)選,可在金屬片內(nèi)表面(140)涂覆順磁性材料涂層或/和在發(fā)射線圈(110)內(nèi)增加磁芯,磁芯可以為軟磁體芯,以達(dá)到增強(qiáng)磁場(chǎng)的目的,使發(fā)射線圈和接收線圈通過電磁感應(yīng)傳遞能量,可實(shí)現(xiàn)能量的高效傳輸。當(dāng)在發(fā)射線圈(110)內(nèi)增加磁芯,此時(shí),發(fā)射端線圈所產(chǎn)生的磁通為發(fā)射線圈和磁芯共同作用產(chǎn)生的。為保證產(chǎn)生磁場(chǎng)的均勻性,應(yīng)保證磁芯形狀與發(fā)射線圈相同,例如,可采用圓臺(tái)狀且表面設(shè)有與發(fā)射線圈吻合的螺線形槽的磁芯。
[0025]圖2 (a)為本發(fā)明發(fā)射端的等效電路圖,變壓器輸入端連接電源,其輸出端分別連接控制電路、第一變頻電路和驅(qū)動(dòng)電路的輸入端,控制電路和驅(qū)動(dòng)電路的輸出端均連接第一變頻電路的輸入端,第一變頻電路的輸出端連接發(fā)射線圈。變壓器用來控制輸入發(fā)射線圈的電壓大小,本具體實(shí)施中,輸入發(fā)射線圈的電壓約12?15V。控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和第一變頻電路基于電力電子器件實(shí)現(xiàn),控制電路和驅(qū)動(dòng)電路需要適合的工作電壓,但控制電路和驅(qū)動(dòng)電路適合的工作電壓并不一定相同??刂齐娐泛万?qū)動(dòng)電路主要用來控制電力電子器件的開關(guān)頻率,產(chǎn)生所需頻率的電壓和電流,并通過第一變頻電路輸出至發(fā)射線圈,發(fā)射線圈從而產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。第一變頻電路用來調(diào)節(jié)電磁場(chǎng)頻率,控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和第一變頻電路可采用基于MOSFET的轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。
[0026]基于電磁感應(yīng)的能量傳輸原理,其本質(zhì)上就是電能和磁能隨著電場(chǎng)與磁場(chǎng)的周期性變化,以電磁波的形式向空間傳播。要產(chǎn)生電磁波,首先要有電磁振蕩,而電磁波頻率越高其向空間輻射能量就越大。通常情況下要求電磁振蕩頻率至少要高于100kHz,才會(huì)有保證傳輸效率的足夠電磁輻射,因此在發(fā)射端采用變頻電路來調(diào)整電磁發(fā)射頻率。
[0027]接收端通過發(fā)射線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)感應(yīng)到電流,從而接收發(fā)射線圈傳遞的能量,并將能量傳輸至負(fù)載或電池系統(tǒng)。圖2 (b)為本發(fā)明接收端的等效電路圖,接收端包括接收線圈,接收線圈、第二變頻電路、整流濾波電路依次相連,整流濾波電路輸出端連接電池系統(tǒng),電源監(jiān)控電路也與電池系統(tǒng)連接用來監(jiān)測(cè)電池系統(tǒng),電源監(jiān)控電路通過無線通訊模塊與程控儀交互信息。
[0028]第二變頻電路和整流濾波電路對(duì)接收線路輸出的電流進(jìn)行變頻、整流濾波處理,以獲得目標(biāo)負(fù)載或電池系統(tǒng)所需的電壓和電流。電源監(jiān)控電路用來監(jiān)測(cè)電池系統(tǒng)電量和充電過程,并通過其內(nèi)置無線射頻通訊模塊向體外程控儀傳遞電池系統(tǒng)電量和充電情況信息;操作者根據(jù)電源監(jiān)控電路獲取的電池電量情況,采用本發(fā)明充電裝置對(duì)心臟起搏器進(jìn)行充電或停止充電。
[0029]另外,為了提高發(fā)射端和接收端之間的功率傳輸效率,還可在接收端中引入反饋電路和控制器,反饋電路輸入端連接整流濾波電路輸出端,其輸出端連接第二變頻電路輸出端,反饋電路通過負(fù)反饋對(duì)電壓和電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,保證電壓和電流在允許范圍內(nèi)波動(dòng)??刂破靼ǖ诙冾l電路控制器、整流濾波電路控制器和反饋電路控制器,分別與第二變頻電路、整流濾波電路和反饋電路相連,用來調(diào)整與其相連的電路的參數(shù)。在心臟起搏器植入人體前,通過控制器調(diào)整獲得與其相連的各電路的合適參數(shù),在心臟起搏器植入人體后,則不再需要控制器。
[0030]圖3是接收端與心臟起搏器的具體連接示意圖,圖(a)為俯視圖,圖(b)為側(cè)視圖。本具體實(shí)施中,將接收端和心臟起搏器電池集成于一接收端貼片元器件(220)內(nèi),接收線圈(210)為平面圓形螺線線圈。電能通過電磁感應(yīng)方式從發(fā)射線圈傳輸?shù)浇邮站€圈,接收線圈通過交變磁場(chǎng)獲得電能,接收到的電能通過電能變換環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換到適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏鹘o電池充電。
[0031]需要進(jìn)行充電時(shí),可通過醫(yī)療CT技術(shù)對(duì)接收端貼片元器件(220)進(jìn)行定位,以保證發(fā)射線圈(110)正對(duì)這接收線圈(210)。
[0032]
本發(fā)明已經(jīng)進(jìn)行詳細(xì)的說明,并給出實(shí)施例的設(shè)計(jì)裝置結(jié)構(gòu)。應(yīng)理解為以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已,并不用于限制本發(fā)明。本說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的含義,而不是限制性的意義。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.應(yīng)用于植入式心臟起搏器的功率可調(diào)式無線充電裝置,其特征在于: 包括發(fā)射端和接收端,其中: 發(fā)射端包括功率調(diào)節(jié)單元、發(fā)射線圈、變壓器、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和第一變頻電路,變壓器輸出端分別連接控制電路、第一變頻電路和驅(qū)動(dòng)電路的輸入端,控制電路和驅(qū)動(dòng)電路的輸出端均連接第一變頻電路的輸入端,第一變頻電路的輸出端連接發(fā)射線圈;功率調(diào)節(jié)單元由不少于2片的金屬片圍成,每片金屬片的各端頭均與相鄰金屬片的相鄰端頭緊密重疊,且金屬片端頭重疊部分面積大小可調(diào)整,發(fā)射線圈置于功率調(diào)節(jié)單元內(nèi); 接收端包括接收線圈、第二變頻電路、整流濾波電路和電源監(jiān)控電路,接收線圈、第二變頻電路、整流濾波電路依次相連,整流濾波電路輸出端連接電池系統(tǒng),電源監(jiān)控電路也與電池系統(tǒng)相連,電源監(jiān)控電路通過無線通訊模塊與程控儀交互信息。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于植入式心臟起搏器的功率可調(diào)式無線充電裝置,其特征在于: 所述的發(fā)射線圈為三維圓臺(tái)狀螺旋形的發(fā)射線圈,且所述的功率調(diào)節(jié)單元為碗狀結(jié)構(gòu),發(fā)射線圈置于功率調(diào)節(jié)單元底面。
3.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于植入式心臟起搏器的功率可調(diào)式無線充電裝置,其特征在于: 所述的功率調(diào)節(jié)單元由不少于3片的金屬片圍成。
4.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于植入式心臟起搏器的功率可調(diào)式無線充電裝置,其特征在于: 所述的金屬片內(nèi)表面涂覆有順磁性材料涂層。
5.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于植入式心臟起搏器的功率可調(diào)式無線充電裝置,其特征在于: 所述的發(fā)射線圈內(nèi)插入有磁芯。
6.如權(quán)利要求5所述的應(yīng)用于植入式心臟起搏器的功率可調(diào)式無線充電裝置,其特征在于: 所述的磁芯為圓臺(tái)狀,且其表面設(shè)有與發(fā)射線圈吻合的螺線形槽。
7.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于植入式心臟起搏器的功率可調(diào)式無線充電裝置,其特征在于: 所述的接收端還包括反饋電路和控制器,其中,反饋電路輸入端連接整流濾波電路輸出端,其輸出端連接第二變頻電路輸出端;控制器包括第二變頻電路控制器、整流濾波電路控制器和反饋電路控制器,分別與第二變頻電路、整流濾波電路和反饋電路相連。
8.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于植入式心臟起搏器的功率可調(diào)式無線充電裝置,其特征在于: 所述的接收端和電池系統(tǒng)集成于一接收端貼片元器件內(nèi),其中,接收線圈設(shè)置為平面圓形螺線線圈。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK103683438SQ201410004449
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】羅俊豪, 王軍華, 劉開培, 常輝, 陳效俊 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)
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