CN114784999A - 电能传输系统及其柔性电能中继器、中继谐振线圈、体外能控器和体内电能接收器 - Google Patents
电能传输系统及其柔性电能中继器、中继谐振线圈、体外能控器和体内电能接收器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114784999A CN114784999A CN202210198870.9A CN202210198870A CN114784999A CN 114784999 A CN114784999 A CN 114784999A CN 202210198870 A CN202210198870 A CN 202210198870A CN 114784999 A CN114784999 A CN 114784999A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- relay
- coil
- power
- repeater
- controller
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 title claims abstract description 51
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 12
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 8
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 6
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims description 4
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000575 Ir alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/50—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using additional energy repeaters between transmitting devices and receiving devices
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/3605—Implantable neurostimulators for stimulating central or peripheral nerve system
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
- A61N1/378—Electrical supply
- A61N1/3787—Electrical supply from an external energy source
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
- H02J2310/10—The network having a local or delimited stationary reach
- H02J2310/20—The network being internal to a load
- H02J2310/23—The load being a medical device, a medical implant, or a life supporting device
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Public Health (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Neurology (AREA)
- Neurosurgery (AREA)
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
- Electrotherapy Devices (AREA)
Abstract
本发明提出了一种电能传输系统及其柔性电能中继器、中继谐振线圈、体外能控器和体内电能接收器。其中柔性电能中继器用于与体外能控器、体内电能接收器一起组成采用线圈中继的电能传输系统，所述柔性电能中继器包括中继射频接收线圈及其补偿网络电路、中继整流电路、VCO电路、射频放大电路以及射频发射天线，所述中继整流电路将接从体外能控器收到的低频率电磁能量转换为直流电，所述VCO电路和射频放大电路用于将所述直流电放大并转换为射频信号，然后由射频发射天线发送给植入患者体内的体内电能接收器，所述柔性电能中继器整体上具有柔性结构，从而贴合到皮肤或衣物表面。本发明的采用线圈中继的电能传输系统还可包括中继谐振线圈。
Description
技术领域
本发明涉及经表皮非接触能量传输，尤其涉及采用线圈中继的电能传输系统。
背景技术
与植入式电池供电不同，经表皮非接触能量传输(Transcutaneous energytransmission system,TETS)是一种将置于体外的能量源，通过磁场和电磁感应的方式透过人体的皮肤传输至体内植入设备。即，体外能控器通过射频天线将能量无线传输给植入患者体内的治疗设备，例如，植入患者体内的植入式神经刺激器。因此，这种类型的体内植入设备不受自身携带电量的限制，不用频繁更换电池；也无需与体外能控器有线连接。因此，大大降低了患者的痛苦，也降低了手术感染的风险。
在上述现有的无线电能传输技术中，整个系统包括两个主体部分，即体外能量发射器(体外能控器)和体内植入式能量接收器组成。体外能控器将电能变换为不同频率的高频电磁波发送出去，然后体内接收器被设计为能够接收这种频率的电磁波能量并将其转化为可利用的电能形式(直流或低频)。
两个主体之间受传输距离限制，因此相对位置和相对方向受到较大限制，由此对于患者的行动限制较大。
并且为了让体内接收器可以兼容核磁共振检查，只能使用对磁场不敏感的惰磁设计(所述惰磁设计，可采用金、银铂铱合金等材料)，利用高频射频电磁波作为能量载体，通过电场耦合的方式进行电能传输。
上述结构存在如下问题：传输距离不够远(<6cm)，发送功率受体外能控器的电池容量限制。因此，限制了患者的行动范围。
CN105163800B公开了一种无线可植入电力接收器系统，其中公开了无线可植入电力接收器，其可与各种可植入体内的装置(当然也包括植入刺激器)配合使用并为其供电。该无线可植入电力接收器是植入患者体内的，其无法解决上述的体外能控器传输距离不够远的问题。
CN208229217U公开了一种可穿戴式无线中继器、程控装置及植入式医疗系统。其中的可穿戴式无线中继器需要连接电线进行充电，配置完备的控制芯片和通信模块。因此，虽然名为可穿戴式无线中继器，但在功能上和结构上是一种体外能控器。且由于需要连接电线进行充电，因此仍然限制了佩戴该可穿戴式无线中继器的患者的行动范围。
公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的植入式治疗系统中体外能控器与植入患者体内的植入设备之间的能量传输距离不够远的问题，以由此产生的佩戴患者植入设备的患者行动不便的问题。
为解决上述问题，本发明在体外能控器和患者植入设备之间插入一个无源的电能中继器。该中继器本身不存储电能，其能量来源于体外能控器，然后将获得到的电能转换为适合患者植入设备接收的高频电磁波形式进行发送，代替原本的体外能控器的发送能量的功能。
具体地说，本发明提供一种柔性电能中继器，其用于与体外能控器、体内电能接收器一起组成采用线圈中继的电能传输系统，
所述柔性电能中继器包括中继射频接收线圈及其补偿网络电路、中继整流电路、VCO电路(即，压控振荡器电路)、射频放大电路以及射频发射天线，
其中所述中继射频接收线圈用于从体外能控器接收电磁能量，所述补偿网络电路用于进行阻抗变换，所述中继射频接收线圈及其补偿网络电路与体外能控器具有相同的谐振频率，
所述中继整流电路用于将接收到的电磁能量转换为直流电，
所述VCO电路和射频放大电路用于将所述直流电放大并转换为射频信号，
所述射频发射天线用于将所述射频信号发送给植入患者体内的体内电能接收器，
所述柔性电能中继器整体上具有柔性结构，从而贴合到皮肤或衣物表面。
优选地，所述采用线圈中继的电能传输系统还包含有一个或多个中继谐振线圈，所述中继谐振线圈对所述体外能控器发射的电磁能量进行放大，所述中继射频接收线圈接收经放大的电磁能量，所述中继射频接收线圈及其补偿网络电路与体外能控器和中继谐振线圈具有相同的谐振频率。进一步优选地，所述中继谐振线圈与所述中继射频接收线圈结合在一起构成的平面结构；或者所述中继谐振线圈与所述体外能控器的能控器发射线圈结合在一起构成的平面结构。
本发明还提供一种中继谐振线圈，其用于与体外能控器、柔性电能中继器、体内接收器一起组成采用线圈中继的电能传输系统，用于对所述体外能控器发射的电磁能量进行放大并发射给柔性电能中继器，所述柔性电能中继器具有中继射频接收线圈和补偿网络电路，所述中继射频接收线圈及其补偿网络电路与体外能控器和中继谐振线圈具有相同的谐振频率，其中所述中继谐振线圈为由中继线圈和谐振电路串联构成的谐振电路。
优选地，所述中继谐振线圈与柔性电能中继器的中继射频接收线圈结合在一起构成的平面结构；或者所述中继谐振线圈与所述体外能控器的能控器发射线圈结合在一起构成的平面结构。
本发明还提供一种体外能控器，其用于与柔性电能中继器、体内电能接收器一起组成采用线圈中继的电能传输系统，所述体外能控器通过电磁耦合谐振方式向柔性电能中继器无线传输电能，所述体外能控器与所述柔性电能中继器具有相同的谐振频率，
所述体外能控器包括电源系统、主控芯片、高频逆变电路、补偿网络、能控器发射线圈、通信模块、存储模块和测量电路，
所述电源系统用于为体外能控器供电，
所述存储模块用于存储系统设置参数以及运行数据，
所述测量电路测量高频逆变电路的运行参数，
所述主控芯片控制体外能控器的运行，其中所述主控芯片控制所述高频逆变电路，并根据所述测量电路反馈的所述运行参数调节控制谐振频率和开关频次，
所述能控器发射线圈用于以谐振频率向柔性电能中继器无线传输电能。
在本发明的上述体外能控器中，优选地，所述存储模块还存储有控制函数，根据所述测量电路反馈的所述运行参数，所述主控芯片利用所述控制函数计算出调节控制谐振频率和开关频次所需的相关参数。或者优选地，所述存储模块还存储有参数映射表，根据所述测量电路反馈的所述运行参数，所述主控芯片通过查询所述参数映射表确定调节控制谐振频率和开关频次所需的相关参数。
在本发明的上述体外能控器中，优选地，所述体外能控器能够通过所述通信模块与其他设备进行通信，所述其他设备包括安装有上位机软件的电子设备。
本发明还提供一种体内电能接收器，其用于植入患者的体内，并与体外能控器和柔性电能中继器一起组成采用线圈中继的电能传输系统，并从柔性电能中继器无线接收电能，所述柔性电能中继器与所述体外能控器通信并从所述体外能控器接收电能，
所述体内电能接收器的结构包括体内射频接收天线、体内阻抗匹配电路、体内整流电路和体内储能电路，
所述体内射频接收天线用于接收从柔性电能中继器的射频发射天线发送的电磁能量，所述体内阻抗匹配电路用于实现阻抗变换以匹配所述射频发射天线的阻抗，所述体内整流电路用于将接收到的电磁能量整流成直流电能，所述体内储能电路用于存储所述直流电能。
在上述体内电能接收器中，所述体内储能电路可以为电容储能系统。
本发明还提供一种采用线圈中继的电能传输系统，包括体外能控器、一个或多个柔性电能中继器、一个或多个体内电能接收器，
其中所述体外能控器和柔性电能中继器具有相同的谐振频率，通过电磁耦合谐振的方式，电能从体外能控器无限传输给柔性电能中继器；所述柔性电能中继器将所接收的电磁能量转换为直流电，然后将所述直流电转换为射频信号并将所述射频信号传输给所述体内电能接收器。
在上述采用线圈中继的电能传输系统中，所述柔性电能中继器可以具有VCO电路和射频放大电路，用以将所述直流电转换为射频信号
在上述采用线圈中继的电能传输系统中，还可以包括一个或多个中继谐振线圈，其中所述体外能控器、所述中继谐振线圈和所述柔性电能中继器具有相同的谐振频率，通过磁耦合谐振的方式，电能从体外能控器，经中继谐振线圈的谐振放大后，传输给柔性电能中继器，所述柔性电能中继器。
通过上述结构，可以将原本的体外能控器和患者植入设备之间的耦合关系降低，且可增加体外能控器和佩戴柔性电能中继器的患者之间的电能传输距离。柔性电能中继器代替原本的体外能控器，完成电能转换和发送的功能。电能中继器本身没有电池，其通过接受体外能控器传输的电能，将其转换为患者植入设备所需的电能形式。
电能中继器采用柔性设计，能够更好的贴合人体皮肤。又由于电能中继器本身没有体外能控器所需的各种复杂部件及电池，因此可以设计得更加舒适而适合佩戴。
因此，体外能控器可以通过多种形式对中继器进行能量输送，如电磁耦合式线圈、电容耦合式、超声波传能、激光传能等。
本发明的方法和装置具有其他的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1显示了本发明的采用线圈中继的电能传输系统。
图2显示了本发明的柔性电能中继器的原理框图。
图3显示了本发明中的中继谐振线圈的中继线圈与外能控器的能控器发射线圈形成为组合件的原理图。
图4显示了本发明中的柔性电能中继器的中继射频接收线圈与中继谐振线圈的中继线圈形成为组合件的原理图。
图5显示了本发明的体内电能接收器的原理框图。
图6显示了本发明的体外能控器的原理框图。
图7显示了采用多个体外能控器通过多个中继谐振线圈在不同方位同时向一个柔性电能中继器进行电能传输的一种实施方案的原理图。
图8显示了采用多个体外能控器通过多个中继谐振线圈在不同方位同时向一个柔性电能中继器进行电能传输的另一种实施方案的原理图。
具体实施方式
现在将具体参考本发明的各个实施例，在附图中和以下的描述中示出了这些实施例的实例。虽然本发明与示例性实施例相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施例。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施例，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替换、修改、等效形式以及其它实施例。
以下，将参考所示的附图来详细描述本发明的示例性实施方式。该示例性实施方式是例子并且可以被本领域技术人员利用各种不同的形式来实施。因此，本发明并未限定于此文中所描述的示例性实施方式。
本发明的采用线圈中继的电能传输系统是一种经表皮非接触能量传输系统。
如图1所示，本发明的采用线圈中继的电能传输系统包括体外能控器01、一个或多个中继谐振线圈02、一个或多个柔性电能中继器03、一个或多个体内接收器04。
体外能控器01的线圈、中继谐振线圈02和柔性电能中继器03的线圈三者的谐振频率被设置为同一频率。电能通过磁耦合谐振的方式，从体外能控器01，经中继谐振线圈02的谐振放大后，传递给柔性电能中继器03的接收线圈。
柔性电能中继器
如图2所示，其显示了本发明的柔性电能中继器的原理框图。
本发明的柔性电能中继器03，其用于与体外能控器01、体内接收器04一起组成采用线圈中继的电能传输系统。
柔性电能中继器03包括中继射频接收线圈301及其补偿网络电路302、中继整流电路303、VCO电路304、射频放大电路305以及射频发射天线306。
中继射频接收线圈301用于从体外能控器01接收电磁能量。补偿网络电路302用于进行阻抗变换，从而改变柔性电能中继器03的阻抗特性，改善其对于无线电能的接收能力。其中中继射频接收线圈301及其补偿网络电路302与体外能控器01具有相同的谐振频率。中继整流电路303用于将接收到的频率相对较低的电磁能量转换为直流电。VCO电路304和射频放大电路305用于将直流电放大并转换为频率较高的射频信号。射频发射天线306用于将射频信号发送给植入患者体内的体内接收器04。
柔性电能中继器03整体上具有柔性结构，从而贴合到皮肤或衣物表面。
在上述采用线圈中继的电能传输系统中，还可以包括中继谐振线圈02。此时，中继谐振线圈02对所述体外能控器01发射的电磁能量进行放大。柔性电能中继器03的中继射频接收线圈301从中继谐振线圈02接收经放大的电磁能量。在此情况下，中继射频接收线圈301及其补偿网络电路302与体外能控器01和中继谐振线圈02具有相同的谐振频率。
如图4所示，在上述包括中继谐振线圈02的采用线圈中继的电能传输系统中，可以使中继谐振线圈02与中继射频接收线圈301结合在一起构成的平面结构。
如图3所示，在上述包括中继谐振线圈02的采用线圈中继的电能传输系统中，也可以使中继谐振线圈02与体外能控器01的能控器发射线圈105结合在一起构成的平面结构。
体内电能接收器
体内电能接收器04用于植入患者的体内，并与体外能控器01和柔性电能中继器03一起组成采用线圈中继的电能传输系统，并从柔性电能中继器03无线接收电能。柔性电能中继器03与体外能控器01通信并从体外能控器01接收电能。
体内电能接收器04包括体内射频接收天线401、体内阻抗匹配电路402、体内整流电路403和体内储能电路404。
体内射频接收天线401用于接收从柔性电能中继器03的射频发射天线306发送的电磁能量。体内阻抗匹配电路402用于实现阻抗变换以匹配所述射频发射天线306的阻抗。体内整流电路403用于将接收到的电磁能量整流成直流电能，供体内植入设备使用或者存储于体内储能电路404。体内储能电路404用于存储所述直流电能。
上述的体内储能电路404可以为电容储能系统。
体外能控器01
如以上所述，本发明的体外能控器01，其用于与柔性电能中继器03、体内电能接收器04一起组成采用线圈中继的电能传输系统，所述体外能控器01通过电磁耦合谐振方式向柔性电能中继器03无线传输电能，所述体外能控器01与所述柔性电能中继器03具有相同的谐振频率。
图6显示了本发明的体外能控器的原理框图。
如图6所示，体外能控器01的结构包括电源系统101、主控芯片102、高频逆变电路103、补偿网络104、能控器发射线圈105、通信模块106、存储模块107和测量电路108。
体外能控器01可以通过通信模块106与其它系统进行信息交互，也可以接收来自上位机软件的信息，上位机软件可以是安装在平板电脑、笔记本或者PC机上的软件，通过蓝牙模块与体外能控器01实现信息交互。
存储模块107，可以保存系统设置的相关参数，以及系统运行中记录的相关数据，这些数据在系统断电后也不会丢失，并且在系统重新上电后可以由主控芯片进行读取。
主控芯片102是体外能控器01的控制核心，除需要与上位机通信外，还需要控制高频逆变电路103。
本系统在体外能控器01和柔性电能中继器03之间，采用磁耦合谐振方式实现无线电能传输。这种方式在运行过程中需要根据外部条件，实施控制谐振频率，以实现无线电能传输功率最大、或者接收端接收电压最大的目标。不同控制目标优化函数不同，控制算法也不同。
测量电路108对高频逆变电路的运行参数进行测量，将测量结果反馈给主控芯片。主控芯片根据测量反馈实施调整开关频次。根据控制算法的复杂程度，控制方式可以分为函数计算法和查表法。函数计算法是根据反馈数据进行一些列的计算，从而获得最终控制参数的控制方法。查表法是实现将控制算法的所有可能输入进行计算，将结果存储为一个数据表格，在实际运行中通过查询该表格的方法获得控制参数。
体外能控器01可以根据体内植入式医疗器械的工作状态，决定其自身的控制目标和选择相应的控制算法，并将相关信息存储在存储模块107中，同时在条件具备的时候上传到上位机。
中继谐振线圈
本发明的中继谐振线圈02，其用于与体外能控器01、柔性电能中继器03、体内接收器04一起组成采用线圈中继的电能传输系统。
如图3、图4所示，本发明的中继谐振线圈(02)为由中继线圈(201)和谐振电路(202)串联构成的谐振电路。中继谐振线圈02可以是印制电路的形式，也可以是铜丝绕制的形式。
如图4所示，本发明的中继谐振线圈02可以与柔性电能中继器03的中继射频接收线圈301结合在一起构成的平面结构。
与图4中的方案不同，图3中显示了中继谐振线圈02与体外能控器01的能控器发射线圈105结合在一起构成的平面结构。
在具体的实施中，中继谐振线圈02不是必须的，如果传输距离较近，也可以只使用体外能控器01直接向柔性电能中继器03进行电能传输。
中继谐振线圈02的作用如下：
作用一：通过电磁谐振的方式，将电磁波的强度放大，从而提高传输距离和功率；
作用二：通过一个或多个中继谐振线圈02，调整电磁波的传输方向；
作用三：多个体外能控器01，通过多个中继谐振线圈02的调整，起到电磁聚焦的作用，使得多个体外能控器在不同方位同时向一个柔性电能中继器进行电能传输，从而使得柔性电能中继器03获取更多或更稳定的电能，如图7所示。
①在作用一和作用二中，中继谐振线圈02可以独立放置，如图1所示；
②也可以与体外能控器的线圈制成在一起，使其与体外能控器01的能控器发射线圈105位于同一平面内，并为同心圆放置，如图3所示；
③也可以与柔性电能中继器03的中继射频接收线圈301制成在一起，使其与中继射频接收线圈301位于同一平面内，并为同心圆放置，如图4所示；
以上三种方式可以独立运用，也可以选其二或三者共同使用。
此外，作用三中，对于中继谐振线圈02的使用也可以参考①②③中的实施示例，组合使用，如图8所示。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (18)
1.一种柔性电能中继器(03)，其用于与体外能控器(01)、体内电能接收器(04)一起组成采用线圈中继的电能传输系统，
所述柔性电能中继器(03)包括中继射频接收线圈(301)及其补偿网络电路(302)、中继整流电路(303)、VCO电路(304)、射频放大电路(305)以及射频发射天线(306)，
其中所述中继射频接收线圈(301)用于从体外能控器(01)接收电磁能量，所述补偿网络电路(302)用于进行阻抗变换，所述中继射频接收线圈(301)及其补偿网络电路(302)与体外能控器(01)被配置为具有相同的谐振频率，
所述中继整流电路(303)用于将接收到的电磁能量转换为直流电，
所述VCO电路(304)和射频放大电路(305)用于将所述直流电放大并转换为射频信号，
所述射频发射天线(306)用于将所述射频信号发送给植入患者体内的体内电能接收器(04)，
所述柔性电能中继器(03)整体上具有柔性结构，从而贴合到皮肤或衣物表面。
2.根据权利要求1所述的柔性电能中继器(03)，其中所述采用线圈中继的电能传输系统还包含有一个或多个中继谐振线圈(02)，所述中继谐振线圈(02)对所述体外能控器(01)发射的电磁能量进行放大，所述中继射频接收线圈(301)接收经放大的电磁能量，所述中继射频接收线圈(301)及其补偿网络电路(302)与体外能控器(01)和中继谐振线圈(02)被配置为具有相同的谐振频率。
3.根据权利要求2所述的柔性电能中继器(03)，其中，所述中继谐振线圈(02)与所述中继射频接收线圈(301)结合在一起构成的平面结构。
4.根据权利要求2所述的柔性电能中继器(03)，其中，所述中继谐振线圈(02)与所述体外能控器(01)的能控器发射线圈(105)结合在一起构成的平面结构。
5.一种中继谐振线圈(02)，其用于与体外能控器(01)、柔性电能中继器(03)、体内接收器(04)一起组成采用线圈中继的电能传输系统，用于对所述体外能控器(01)发射的电磁能量进行放大并发射给柔性电能中继器(03)，所述柔性电能中继器(03)具有中继射频接收线圈(301)和补偿网络电路(302)，所述中继射频接收线圈(301)及其补偿网络电路(302)与体外能控器(01)和中继谐振线圈(02)被配置为具有相同的谐振频率，
其中所述中继谐振线圈(02)为由中继线圈(201)和谐振电路(202)串联构成的谐振电路。
6.根据权利要求5所述的中继谐振线圈(02)，其中所述中继谐振线圈(02)与柔性电能中继器(03)的中继射频接收线圈(301)结合在一起构成的平面结构。
7.根据权利要求5所述的中继谐振线圈(02)，其中所述中继谐振线圈(02)与所述体外能控器(01)的能控器发射线圈(105)结合在一起构成的平面结构。
8.一种体外能控器(01)，其用于与柔性电能中继器(03)、体内电能接收器(04)一起组成采用线圈中继的电能传输系统，所述体外能控器(01)通过电磁耦合谐振方式向柔性电能中继器(03)无线传输电能，所述体外能控器(01)与所述柔性电能中继器(03)被配置为具有相同的谐振频率，
所述体外能控器(01)包括电源系统(101)、主控芯片(102)、高频逆变电路(103)、补偿网络(104)、能控器发射线圈(105)、通信模块(106)、存储模块(107)和测量电路(108)，
所述电源系统(101)用于为体外能控器(01)供电，
所述存储模块(107)用于存储系统设置参数以及运行数据，
所述测量电路(108)测量高频逆变电路(103)的运行参数，
所述主控芯片(102)控制体外能控器(01)的运行，其中所述主控芯片(102)控制所述高频逆变电路(103)，并根据所述测量电路(108)反馈的所述运行参数调节控制谐振频率和开关频次，
所述能控器发射线圈(105)用于以谐振频率向柔性电能中继器(03)无线传输电能。
9.根据权利要求8所述的体外能控器(01)，其中所述存储模块(107)还存储有控制函数，根据所述测量电路(108)反馈的所述运行参数，所述主控芯片(102)利用所述控制函数计算出调节控制谐振频率和开关频次所需的相关参数。
10.根据权利要求8所述的体外能控器(01)，其中所述存储模块(107)还存储有参数映射表，根据所述测量电路(108)反馈的所述运行参数，所述主控芯片(102)通过查询所述参数映射表确定调节控制谐振频率和开关频次所需的相关参数。
11.根据权利要求8所述的体外能控器(01)，其中所述体外能控器(01)能够通过所述通信模块(106)与其他设备进行通信，所述其他设备包括安装有上位机软件的电子设备。
12.根据权利要求8所述的体外能控器(01)，其中所述采用线圈中继的电能传输系统还包含有中继谐振线圈(02)，所述中继谐振线圈(02)对所述体外能控器(01)发射的电磁能量进行放大，所述柔性电能中继器(03)接收经放大后的电磁能量，其中所述体外能控器(01)与所述中继谐振线圈(02)和所述柔性电能中继器(03)具有相同的谐振频率。
13.一种体内电能接收器(04)，其用于植入患者的体内，并与体外能控器(01)和柔性电能中继器(03)一起组成采用线圈中继的电能传输系统，并从柔性电能中继器(03)无线接收电能，所述柔性电能中继器(03)与所述体外能控器(01)通信并从所述体外能控器(01)接收电能，
所述体内电能接收器(04)的结构包括体内射频接收天线(401)、体内阻抗匹配电路(402)、体内整流电路(403)和体内储能电路(404)，
所述体内射频接收天线(401)用于接收从柔性电能中继器(03)的射频发射天线(306)发送的电磁能量，所述体内阻抗匹配电路(402)用于实现阻抗变换以匹配所述射频发射天线(306)的阻抗，所述体内整流电路(403)用于将接收到的电磁能量整流成直流电能，所述体内储能电路(404)用于存储所述直流电能。
14.根据权利要求13所述的体内电能接收器(04)，其中所述体内储能电路(404)为电容储能系统。
15.根据权利要求13所述的体内电能接收器(04)，其中所述采用线圈中继的电能传输系统还包括一个或多个中继谐振线圈(02)，所述柔性电能中继器(03)与体外能控器(01)和中继谐振线圈(02)具有相同的谐振频率，所述中继谐振线圈(02)对所述体外能控器(01)发射的电磁能量进行谐振放大，所述柔性电能中继器(03)接收经放大的电磁能量。
16.一种采用线圈中继的电能传输系统，包括体外能控器(01)、一个或多个柔性电能中继器(03)、一个或多个体内电能接收器(04)，
其中所述体外能控器(01)和柔性电能中继器(03)被配置为具有相同的谐振频率，通过电磁耦合谐振的方式，电能从体外能控器(01)无限传输给柔性电能中继器(03)；所述柔性电能中继器(03)将所接收的电磁能量转换为直流电，然后将所述直流电转换为射频信号并将所述射频信号传输给所述体内电能接收器(04)。
17.根据权利要求16所述的采用线圈中继的电能传输系统，其中所述柔性电能中继器(03)具有VCO电路(304)和射频放大电路(305)，用以将所述直流电转换为射频信号。
18.根据权利要求16所述的采用线圈中继的电能传输系统，还包括一个或多个中继谐振线圈(02)，
其中所述体外能控器(01)、所述中继谐振线圈(02)和所述柔性电能中继器(03)具有相同的谐振频率，通过磁耦合谐振的方式，电能从体外能控器(01)，经中继谐振线圈(02)的谐振放大后，传输给柔性电能中继器(03)，所述柔性电能中继器(03)。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210198870.9A CN114784999A (zh) | 2022-03-02 | 2022-03-02 | 电能传输系统及其柔性电能中继器、中继谐振线圈、体外能控器和体内电能接收器 |
| EP22929591.0A EP4489263A1 (en) | 2022-03-02 | 2022-11-14 | Electric energy transmission system, and flexible electric energy repeater, relay resonance coil, in-vitro energy controller and in-vivo electric energy receiver thereof |
| US18/729,586 US20250118994A1 (en) | 2022-03-02 | 2022-11-14 | Electric energy transmission system, and flexible electric energy repeater, relay resonance coil, in-vitro energy controller and in-vivo electric energy receiver thereof |
| PCT/CN2022/131583 WO2023165163A1 (zh) | 2022-03-02 | 2022-11-14 | 电能传输系统及其柔性电能中继器、中继谐振线圈、体外能控器和体内电能接收器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210198870.9A CN114784999A (zh) | 2022-03-02 | 2022-03-02 | 电能传输系统及其柔性电能中继器、中继谐振线圈、体外能控器和体内电能接收器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114784999A true CN114784999A (zh) | 2022-07-22 |
Family
ID=82422920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210198870.9A Pending CN114784999A (zh) | 2022-03-02 | 2022-03-02 | 电能传输系统及其柔性电能中继器、中继谐振线圈、体外能控器和体内电能接收器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20250118994A1 (zh) |
| EP (1) | EP4489263A1 (zh) |
| CN (1) | CN114784999A (zh) |
| WO (1) | WO2023165163A1 (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023165163A1 (zh) * | 2022-03-02 | 2023-09-07 | 北京领创医谷科技发展有限责任公司 | 电能传输系统及其柔性电能中继器、中继谐振线圈、体外能控器和体内电能接收器 |
| CN116785591A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-09-22 | 北京领创医谷科技发展有限责任公司 | 术中初始绑定能控器和刺激器的方法、装置、电子设备 |
| CN118713315A (zh) * | 2023-03-27 | 2024-09-27 | 上海交通大学 | 符合人体热安全性的闭环经皮无线能量传输系统 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107046332B (zh) * | 2011-06-06 | 2019-12-06 | 韦特里西提公司 | 可植入设备的无线能量传输 |
| KR101241481B1 (ko) * | 2011-09-27 | 2013-03-11 | 엘지이노텍 주식회사 | 무선 전력 전송 기기 및 그 방법 |
| EP2968942B1 (en) | 2013-03-14 | 2021-02-17 | Stimwave Technologies Incorporated | Wireless implantable power receiver system |
| CN103219807B (zh) * | 2013-04-23 | 2015-07-15 | 重庆交通大学 | 一种自适应无线电能传输装置 |
| CN103501060A (zh) * | 2013-10-21 | 2014-01-08 | 哈尔滨工业大学 | 中继式桌面多负载无线供电系统 |
| JP6120116B2 (ja) * | 2015-10-02 | 2017-04-26 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 無線電力伝送システム |
| CN208229217U (zh) | 2017-12-01 | 2018-12-14 | 苏州景昱医疗器械有限公司 | 一种可穿戴式无线中继器、程控装置及植入式医疗系统 |
| CN108233550A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-06-29 | 上海电机学院 | 一种多级多面磁谐振式心脏起搏器无线充电系统 |
| CN114784999A (zh) * | 2022-03-02 | 2022-07-22 | 北京领创医谷科技发展有限责任公司 | 电能传输系统及其柔性电能中继器、中继谐振线圈、体外能控器和体内电能接收器 |
-
2022
- 2022-03-02 CN CN202210198870.9A patent/CN114784999A/zh active Pending
- 2022-11-14 EP EP22929591.0A patent/EP4489263A1/en active Pending
- 2022-11-14 US US18/729,586 patent/US20250118994A1/en active Pending
- 2022-11-14 WO PCT/CN2022/131583 patent/WO2023165163A1/zh not_active Ceased
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023165163A1 (zh) * | 2022-03-02 | 2023-09-07 | 北京领创医谷科技发展有限责任公司 | 电能传输系统及其柔性电能中继器、中继谐振线圈、体外能控器和体内电能接收器 |
| CN118713315A (zh) * | 2023-03-27 | 2024-09-27 | 上海交通大学 | 符合人体热安全性的闭环经皮无线能量传输系统 |
| CN118713315B (zh) * | 2023-03-27 | 2025-12-09 | 上海交通大学 | 符合人体热安全性的闭环经皮无线能量传输系统 |
| CN116785591A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-09-22 | 北京领创医谷科技发展有限责任公司 | 术中初始绑定能控器和刺激器的方法、装置、电子设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20250118994A1 (en) | 2025-04-10 |
| WO2023165163A1 (zh) | 2023-09-07 |
| EP4489263A1 (en) | 2025-01-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11564574B2 (en) | Resonant power transfer systems with communications | |
| US10873220B2 (en) | Resonant power transfer systems with communications | |
| CN205945131U (zh) | 近场谐振与感应耦合协同式生物遥测装置无线充电系统 | |
| WO2023165163A1 (zh) | 电能传输系统及其柔性电能中继器、中继谐振线圈、体外能控器和体内电能接收器 | |
| Basar et al. | An improved wearable resonant wireless power transfer system for biomedical capsule endoscope | |
| US20170271919A1 (en) | Wireless implant powering via subcutaneous power relay | |
| EP2688643B1 (en) | System and method for contactless power transfer in implantable devices | |
| EP2942876B1 (en) | Wireless power delivery and data link | |
| US20190123430A1 (en) | Antenna designs for communication between a wirelessly powered implant to an external device outside the body | |
| CN107376121B (zh) | 具有发射功率自适应调节功能的经皮无线充电系统和方法 | |
| CN113660010B (zh) | 近场无线装置 | |
| CN217522639U (zh) | 电能传输系统及其柔性电能中继器、中继谐振线圈、体外能控器和体内电能接收器 | |
| CN114759689B (zh) | 无线供电装置 | |
| CN113300478A (zh) | 一种用于植入式医疗设备的抗偏移无线输电系统 | |
| CN111064285B (zh) | 一种用于植入式设备的无线能量信号传输系统 | |
| CN211244839U (zh) | 一种充储控一体化的血泵无线充电装置 | |
| US20240416135A1 (en) | Integrated Header-Based Data and Charging Antenna for an Implantable Medical Device | |
| CN114171906A (zh) | 近场通信装置 | |
| Khanna | Wireless communications and powering of implants | |
| Abiri et al. | Wirelessly Powered Medical Implants via Radio Frequency | |
| WO2023189492A1 (ja) | 生体内埋め込み型医療機器 | |
| CN120657974B (zh) | 能量传输装置和基于柔性织物的辅助设备 | |
| CN119896454A (zh) | 一种用于植入式医疗监测设备的无线供能和数据通信系统 | |
| CN114448112A (zh) | 一种植入式医疗器械无线充电最优功率自寻找系统 | |
| CN115037059A (zh) | 用于全时段复合式全植入脑机接口系统的供能结构和方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |