本發(fā)明涉及一種體內(nèi)植入式醫(yī)療設(shè)備無線充電方法,屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
植入式醫(yī)療器械種類多樣、應(yīng)用范圍廣泛,目前市場(chǎng)上已有的植入式醫(yī)療產(chǎn)品多采用高能量密度的鋰原電池進(jìn)行供電,壽命大多較短。近年來,隨著醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展,植入式醫(yī)療產(chǎn)品的功能變的更加復(fù)雜,耗電量也隨著增加,常規(guī)的鋰原電池的壽命已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在的應(yīng)用需求,因此,開發(fā)壽命更長(zhǎng)的可充電的植入式醫(yī)療器械產(chǎn)品已經(jīng)成為未來發(fā)展的主流趨勢(shì)。
由于植入式醫(yī)療產(chǎn)品需要長(zhǎng)期植入患者體內(nèi),需要使用生物相容性較好的金屬鈦殼密封,并且和體外的充電裝置間有皮膚等組織隔離,因此需要通過無線方式對(duì)體內(nèi)植入式醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行能量傳輸。
目前主流的近距離無線充電技術(shù)一般采用電磁感應(yīng)原理,這種充電方法需要發(fā)送和接收線圈之間存在很好的磁耦合才能有效的提高充電效率。然而當(dāng)醫(yī)療設(shè)備植入體內(nèi)后,患者很難對(duì)植入體內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備準(zhǔn)確定位,存在由于體內(nèi)外裝置對(duì)不準(zhǔn)確或者長(zhǎng)時(shí)間對(duì)位引起體內(nèi)植入式醫(yī)療器械發(fā)熱增加的問題。
針對(duì)對(duì)位問題,目前已有的比較常規(guī)的對(duì)位方案有:
在充電間隙,周期性的進(jìn)行體內(nèi)外設(shè)備的信息交互,通過分析體內(nèi)外設(shè)備的能量傳輸效率來判斷對(duì)位是否準(zhǔn)確,這種方案可以找到最佳的充電位置,但是對(duì)位調(diào)節(jié)速度受體內(nèi)、外裝置無線通信周期限制,存在調(diào)節(jié)響應(yīng)速度慢的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:為解決現(xiàn)有技術(shù)的定位時(shí)相應(yīng)速度慢的問題的技術(shù)問題,從而提供一種定位時(shí)響應(yīng)速度快的體內(nèi)植入式醫(yī)療設(shè)備無線充電方法。
本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明提供一種體內(nèi)植入式醫(yī)療設(shè)備無線充電系統(tǒng),包括充電端和接收端;
充電端,包括,控制裝置、信號(hào)產(chǎn)生裝置、頻率偏移裝置、信號(hào)放大裝置、狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置、天線組件以及反饋裝置和/或通訊裝置;
信號(hào)產(chǎn)生裝置,用于發(fā)出一組極性相反、固定相位差的方波信號(hào);
頻率偏移裝置,用于對(duì)將信號(hào)產(chǎn)生裝置發(fā)出的方波信號(hào)進(jìn)行頻率偏移,偏移后的頻率為f0或者(101%-130%)f0,其中
信號(hào)放大裝置,用于將偏移后的方波信號(hào)進(jìn)行放大;
天線組件,包括充電線圈、匹配電容和鐵芯,用于接收信號(hào)產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的或者放大后的方波信號(hào),并發(fā)出電磁波,充電線圈與匹配電容形成lc震蕩;
狀態(tài)檢測(cè)裝置,用于檢測(cè)信號(hào)放大裝置的發(fā)送電流或功率;
控制裝置,接收狀態(tài)檢測(cè)裝置檢測(cè)到的信號(hào)放大裝置的功率值或者根據(jù)接收到發(fā)送電流值計(jì)算出功率值,并根據(jù)該功率值與距離—功率值曲線換算得到充電線圈與接收線圈之間的距離;
反饋裝置,用于向使用者反應(yīng)充電線圈與接收線圈之間的距離值;
通訊裝置,用于將充電線圈與接收線圈之間的距離值發(fā)送到智能設(shè)備上,通過智能設(shè)備向使用者反應(yīng)充電線圈與接收線圈之間的距離值;
接收端,植入人體內(nèi),包括接收線圈和與接收線圈連接的充電電池,接收線圈能夠接收到天線組件的電磁波并產(chǎn)生電流為充電電池充電。
優(yōu)選地,本發(fā)明的體內(nèi)植入式醫(yī)療設(shè)備無線充電系統(tǒng),頻率偏移裝置,對(duì)將信號(hào)產(chǎn)生裝置發(fā)出的方波信號(hào)進(jìn)行頻率偏移,偏移后的頻率為f0。
優(yōu)選地,本發(fā)明的體內(nèi)植入式醫(yī)療設(shè)備無線充電系統(tǒng),狀態(tài)檢測(cè)裝置為電量檢測(cè)芯片,用于檢測(cè)信號(hào)放大裝置的電流值。
優(yōu)選地,本發(fā)明的體內(nèi)植入式醫(yī)療設(shè)備無線充電系統(tǒng),所述反饋裝置為顯示屏,顯示屏顯示控制裝置11換算得到的距離或者以圖形方式表示出距離的大小。
優(yōu)選地,本發(fā)明的體內(nèi)植入式醫(yī)療設(shè)備無線充電系統(tǒng),所述鐵芯包括中間的中間凸出部和位于邊緣的邊緣凸出部,中間凸出部與邊緣凸出部之間為容納充電線圈容納槽。
優(yōu)選地,本發(fā)明的體內(nèi)植入式醫(yī)療設(shè)備無線充電系統(tǒng),所述鐵芯為鐵氧體鐵芯。
優(yōu)選地,本發(fā)明的體內(nèi)植入式醫(yī)療設(shè)備無線充電系統(tǒng),所述中間凸出部與邊緣凸出部在厚度方向上平齊。
優(yōu)選地,本發(fā)明的體內(nèi)植入式醫(yī)療設(shè)備無線充電系統(tǒng),所述方波信號(hào)由至少兩對(duì)極性相反單一諧波組成,每對(duì)單一諧波之間具有固定相位差。
本發(fā)明的有益效果是:
1.本發(fā)明的體內(nèi)植入式醫(yī)療設(shè)備無線充電系統(tǒng),通過發(fā)射不同于基準(zhǔn)頻率值f0的方波信號(hào),可以測(cè)得斜率不為0的距離—功率值曲線,從而使可以通過信號(hào)放大裝置的功率值換算得到距離從而進(jìn)行定位得以實(shí)現(xiàn)。而且,在定位過程中僅需測(cè)量充電端的功率,不需要與體內(nèi)植入設(shè)備進(jìn)行通訊,因此響應(yīng)速度快。
2.頻率上浮時(shí)定位過程中耗電少,在可以省電。因此,最優(yōu)選擇為上偏5%-10%((105%-110%)f0)。在此范圍內(nèi)不僅可以在定位過程中節(jié)約用電,還能得到更加靈敏的定位結(jié)果。
附圖說明
下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明,附圖中:
圖1是體內(nèi)植入式醫(yī)療設(shè)備無線充電系統(tǒng);
圖2是充電線圈與匹配電容的一種設(shè)置方式;
圖3是充電線圈與匹配電容另一種設(shè)置方式;
圖4是信號(hào)放大裝置的一種設(shè)置方式;
圖5是信號(hào)放大裝置的另一種設(shè)置方式;
圖6a是電芯的第一種具體結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式;
圖6b是圖6a沿a-a方向的剖視圖;
圖7a是電芯的第二種具體結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式;
圖7b是圖7a沿a-a方向的剖視圖;
圖8a是電芯的第三種具體結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式;
圖8b是圖8a沿a-a方向的剖視圖;
圖9是方波信號(hào)的波形圖。
附圖標(biāo)記為:
11-控制裝置;12-信號(hào)產(chǎn)生裝置;13-頻率偏移裝置;14-信號(hào)放大裝置;15-天線組件;16-狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置;17-第一通信模塊;21-接收線圈;22-充電電池;23-第二通信模塊;31-充電線圈;32-電芯;321-中間凸出部;322-邊緣凸出部。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種體內(nèi)植入式醫(yī)療設(shè)備無線充電系統(tǒng),包括充電端和接收端;
充電端,包括,控制裝置11、信號(hào)產(chǎn)生裝置12、頻率偏移裝置13、信號(hào)放大裝置14、狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置16、天線組件15以及反饋裝置和/或通訊裝置(反饋裝置與通訊裝置二選一或者都設(shè)置),
信號(hào)產(chǎn)生裝置12,用于發(fā)出一組極性相反、固定相位差的方波信號(hào),由至少兩對(duì)極性相反單一方波組成,每對(duì)單一方波之間具有固定相位差,如圖9所示為兩對(duì)共4個(gè)單一方波;
頻率偏移裝置13,用于對(duì)將信號(hào)產(chǎn)生裝置12發(fā)出的方波信號(hào)進(jìn)行頻率偏移,優(yōu)選為向上偏移,偏移后的頻率為(70%-99%)f0或者(101%-130%)f0,其中
信號(hào)放大裝置14,用于接收信號(hào)產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的或者經(jīng)信號(hào)放大裝置放大后的方波信號(hào);
天線組件15,包括充電線圈31、匹配電容和磁芯,用于接收信號(hào)產(chǎn)生裝置12產(chǎn)生的或者放大后的方波信號(hào),并發(fā)出電磁波,充電線圈31與匹配電容形成lc震蕩,充電線圈31與匹配電容可串聯(lián)(圖2)或者并聯(lián)(圖3)設(shè)置,磁芯優(yōu)選為鐵氧體磁芯,磁芯結(jié)構(gòu)為具有中間的中間凸出部321和位于邊緣的邊緣凸出部322,中間凸出部321與邊緣凸出部322之間為容納充電線圈31容納槽,如圖6a和6b(中間凸出部321與邊緣凸出部322在厚度方向上平齊)、圖7a和7b(中間凸出部321高于邊緣凸出部322)、圖8a和8b(無邊緣凸出部322),分別為三種具體的實(shí)施方式,磁芯的正面投影可以為圓形或是多邊形,中間凸出部321優(yōu)選與充電線圈31平齊;
狀態(tài)檢測(cè)裝置16,用于檢測(cè)信號(hào)放大裝置14的發(fā)送電流或功率,可采用電量采集芯片信號(hào)放大裝置14的發(fā)送電流以得到功率值;
控制裝置11,接收狀態(tài)檢測(cè)裝置檢測(cè)到的信號(hào)放大裝置14的功率值或者根據(jù)接收到發(fā)送電流值計(jì)算出功率值,并根據(jù)該功率值與距離—功率值曲線換算得到充電線圈31與接收線圈21之間的距離;
反饋裝置,用于向使用者反應(yīng)充電線圈31與接收線圈21之間的距離值,反饋裝置可以是顯示屏,顯示控制裝置11換算得到的距離或者以圖形方式表示出距離的大小,可以是發(fā)聲器,發(fā)出“嘀嘀嘀”,距離越近時(shí)發(fā)聲頻率越快(越急促),距離越遠(yuǎn)時(shí)發(fā)聲頻率越小,還可以是指示燈,通過指示燈點(diǎn)亮的數(shù)量或者閃爍頻率來表示距離大小,也可以是震動(dòng)電機(jī),通過震動(dòng)強(qiáng)度來表示距離;
通訊裝置,用于將充電線圈31與接收線圈21之間的距離值發(fā)送到智能設(shè)備上,通過智能設(shè)備向使用者反應(yīng)充電線圈31與接收線圈21之間的距離值,智能設(shè)備,如手機(jī)、平板電腦等,通過智能設(shè)備上的顯示屏或者其它反饋方式反應(yīng)出距離;
接收端,包括植入人體內(nèi)的接收線圈21和與接收線圈21連接的充電電池,接收線圈21能夠接收到天線組件15的電磁波并產(chǎn)生電流為充電電池充電。
本實(shí)施例采用的原理是:通過頻率偏移裝置13對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行偏移,當(dāng)能量接收線圈21距離天線組件15較遠(yuǎn)時(shí),天線組件15和能量接收線圈21的耦合度很低,通過天線組件15內(nèi)部的磁芯對(duì)磁力線的引導(dǎo),充電端處于低負(fù)載(頻率上浮時(shí))或者高負(fù)載(頻率下浮時(shí))的穩(wěn)定狀態(tài),低負(fù)載時(shí)耗電量小,高負(fù)載時(shí)耗電量大;當(dāng)天線組件15逐漸靠近能量接收線圈21時(shí),天線組件15和能量接收線圈21的耦合度逐漸增強(qiáng),負(fù)載變大或者變小,驅(qū)動(dòng)裝置的耗電量會(huì)隨著磁耦合程度的增強(qiáng)而增加或者減小,直到線圈組件和能量接收線圈21完全對(duì)準(zhǔn)時(shí),耦合程度最好,負(fù)載最大或者最小,信號(hào)放大裝置14的功率也最大或者最小,信號(hào)放大裝置14的功率與線圈之間的耦合程度成線性關(guān)系,這就形成了距離—功率值曲線,控制裝置11可以直觀的通過功率來判斷天線組件15和能量接收線圈21之間的對(duì)位關(guān)系,天線組件15和能量接收線圈21耦合程度達(dá)到最好,此位置時(shí)的充電效率最高,即可確定最佳的充電位置。
值得說明的是,對(duì)準(zhǔn)操作完成后,頻率偏移裝置13不再工作,信號(hào)產(chǎn)生裝置12產(chǎn)生的波形直接進(jìn)入信號(hào)放大裝置14,進(jìn)行充電操作。
充電端與接收端上分別設(shè)置有能相互通信的第一通信模塊17和第二通信模塊23,若長(zhǎng)時(shí)間距離值未變化或變化量很小時(shí),充電端與接收端進(jìn)行一次通信,若充電端未收到接收端的通信信號(hào),則說明接收端發(fā)生故障或者未開機(jī)或者距離過遠(yuǎn),充電端發(fā)出警報(bào)提醒使用者。
實(shí)施例2
本實(shí)施例提供一種無線充電方法,包括以下步驟:
s1:發(fā)出一組極性相反、固定相位差的方波信號(hào),方波信號(hào)的頻率為70%f0,其中
s2:通過信號(hào)放大裝置14將方波信號(hào)放大后,通過充電線圈31形成電磁波,并將充電線圈31靠近接收線圈21;
s3:測(cè)量信號(hào)放大裝置14的功率值,調(diào)節(jié)充電線圈31位置,找到功率值最大時(shí)充電線圈31位置,即完成充電線圈31與接收線圈21的對(duì)準(zhǔn);
s4:保持充電線圈31位置,調(diào)節(jié)方波信號(hào)頻率至充電頻率并經(jīng)信號(hào)放大裝置14放大和充電線圈31轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ê髮?duì)充電電池進(jìn)行充電。
在s3步驟中,測(cè)量信號(hào)放大裝置14的功率值,還包括通過功率值計(jì)算得到充電線圈31與接收線圈21距離,并向使用者反饋該距離信息的過程。
實(shí)施例3
本實(shí)施例提供一種無線充電方法,包括以下步驟:
s1:發(fā)出一組極性相反、固定相位差的方波信號(hào),方波信號(hào)的頻率為90%f0,其中
s2:通過信號(hào)放大裝置14將方波信號(hào)放大后,通過充電線圈31形成電磁波,并將充電線圈31靠近接收線圈21;
s3:測(cè)量信號(hào)放大裝置14的功率值,調(diào)節(jié)充電線圈31位置,找到功率值最大時(shí)充電線圈31位置,即完成充電線圈31與接收線圈21的對(duì)準(zhǔn);
s4:保持充電線圈31位置,調(diào)節(jié)方波信號(hào)頻率至充電頻率并經(jīng)信號(hào)放大裝置14放大和充電線圈31轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ê髮?duì)充電電池進(jìn)行充電。
在s3步驟中,測(cè)量信號(hào)放大裝置14的功率值,還包括通過功率值計(jì)算得到充電線圈31與接收線圈21距離,并向使用者反饋該距離信息的過程。
實(shí)施例4
本實(shí)施例提供一種無線充電方法,包括以下步驟:
s1:發(fā)出一組極性相反、固定相位差的方波信號(hào),方波信號(hào)的頻率為99%f0,其中
s2:通過信號(hào)放大裝置14將方波信號(hào)放大后,通過充電線圈31形成電磁波,并將充電線圈31靠近接收線圈21;
s3:測(cè)量信號(hào)放大裝置14的功率值,調(diào)節(jié)充電線圈31位置,找到功率值最大時(shí)充電線圈31位置,即完成充電線圈31與接收線圈21的對(duì)準(zhǔn);
s4:保持充電線圈31位置,調(diào)節(jié)方波信號(hào)頻率至充電頻率并經(jīng)信號(hào)放大裝置14放大和充電線圈31轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ê髮?duì)充電電池進(jìn)行充電。
在s3步驟中,測(cè)量信號(hào)放大裝置14的功率值,還包括通過功率值計(jì)算得到充電線圈31與接收線圈21距離,并向使用者反饋該距離信息的過程。
實(shí)施例5
本實(shí)施例提供一種無線充電方法,包括以下步驟:
s1:發(fā)出一組極性相反、固定相位差的方波信號(hào),方波信號(hào)的頻率為101%f0,其中
s2:通過信號(hào)放大裝置14將方波信號(hào)放大后,通過充電線圈31形成電磁波,并將充電線圈31靠近接收線圈21;
s3:測(cè)量信號(hào)放大裝置14的功率值,調(diào)節(jié)充電線圈31位置,找到功率值最小時(shí)充電線圈31位置,即完成充電線圈31與接收線圈21的對(duì)準(zhǔn);
s4:保持充電線圈31位置,調(diào)節(jié)方波信號(hào)頻率至充電頻率并經(jīng)信號(hào)放大裝置14放大和充電線圈31轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ê髮?duì)充電電池進(jìn)行充電。
在s3步驟中,測(cè)量信號(hào)放大裝置14的功率值,還包括通過功率值計(jì)算得到充電線圈31與接收線圈21距離,并向使用者反饋該距離信息的過程。
實(shí)施例6
本實(shí)施例提供一種無線充電方法,包括以下步驟:
s1:發(fā)出一組極性相反、固定相位差的方波信號(hào),方波信號(hào)的頻率為105%f0,其中
s2:通過信號(hào)放大裝置14將方波信號(hào)放大后,通過充電線圈31形成電磁波,并將充電線圈31靠近接收線圈21;
s3:測(cè)量信號(hào)放大裝置14的功率值,調(diào)節(jié)充電線圈31位置,找到功率值最小時(shí)充電線圈31位置,即完成充電線圈31與接收線圈21的對(duì)準(zhǔn);
s4:保持充電線圈31位置,調(diào)節(jié)方波信號(hào)頻率至充電頻率并經(jīng)信號(hào)放大裝置14放大和充電線圈31轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ê髮?duì)充電電池進(jìn)行充電。
在s3步驟中,測(cè)量信號(hào)放大裝置14的功率值,還包括通過功率值計(jì)算得到充電線圈31與接收線圈21距離,并向使用者反饋該距離信息的過程。
實(shí)施例7
本實(shí)施例提供一種無線充電方法,包括以下步驟:
s1:發(fā)出一組極性相反、固定相位差的方波信號(hào),方波信號(hào)的頻率為130%f0,其中
s2:通過信號(hào)放大裝置14將方波信號(hào)放大后,通過充電線圈31形成電磁波,并將充電線圈31靠近接收線圈21;
s3:測(cè)量信號(hào)放大裝置14的功率值,調(diào)節(jié)充電線圈31位置,找到功率值最小時(shí)充電線圈31位置,即完成充電線圈31與接收線圈21的對(duì)準(zhǔn);
s4:保持充電線圈31位置,調(diào)節(jié)方波信號(hào)頻率至充電頻率并經(jīng)信號(hào)放大裝置14放大和充電線圈31轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ê髮?duì)充電電池進(jìn)行充電。
在s3步驟中,測(cè)量得到信號(hào)放大裝置14的功率值后,還包括通過功率值計(jì)算得到充電線圈31與接收線圈21距離,并向使用者反饋該距離信息的過程。
實(shí)施例2-7中設(shè)置電量檢測(cè)芯片檢測(cè)信號(hào)放大裝置14的電流值以獲得充電端的功率值,使得對(duì)功率值得測(cè)量更為精確。
效果實(shí)施例
本實(shí)驗(yàn)是對(duì)比不同頻率下的靜態(tài)發(fā)射電流和耦合最好時(shí)的發(fā)射電流,其中天線組件15中充電線圈31的電感l(wèi)為2.5mh,匹配電容的電容c為0.1uf,諧振頻率為10khz,實(shí)驗(yàn)時(shí)天線組件15和接收線圈21保持水平放置,且天線組件15和接收線圈21保持垂直高度為1cm距離。
靜態(tài)發(fā)射電流為距離足夠大的時(shí)候(四周無接收端),發(fā)射出去的電流值,耦合最好時(shí)的發(fā)射電流即為接收線圈21與充電線圈31對(duì)準(zhǔn)時(shí)的發(fā)射電流。在上述過程中,電壓保持不變,只需將電流與電壓進(jìn)行乘積就可得到功率。
表不同頻率下靜態(tài)發(fā)射電流和耦合最好時(shí)的發(fā)射電流的結(jié)果
通過上表說明:
1.上浮和下浮都會(huì)產(chǎn)生絕對(duì)差值,距離—功率值曲線的斜率不為0,可以通過信號(hào)放大裝置14的功率值換算得到距離從而進(jìn)行定位,而基準(zhǔn)頻率下距離—功率值曲線的斜率為0,不能進(jìn)行定位。而且,在定位過程中僅需測(cè)量充電端的功率,不需要與體內(nèi)植入設(shè)備進(jìn)行通訊,因此響應(yīng)速度快。
2.絕對(duì)差值越大,說明曲線斜率越大,定位時(shí)誤差越小。
3.頻率上浮時(shí)定位過程中耗電少,還可以省電。因此,最優(yōu)選擇為上偏5%-10%((105%-110%)f0)。
以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示,通過上述的說明內(nèi)容,相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi),進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容,必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。