CN108140477B

CN108140477B - 用于电力无线传输的可堆叠连接器和装置

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Publication number: CN108140477B
Application number: CN201680057477.0A
Authority: CN
Inventors: J·A·H·M·卡尔曼; P·H·武尔莱
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2016-08-29
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2036-08-29
Also published as: JP6714076B2; WO2017036995A1; US20180241436A1; CN108140477A; EP3345200A1; US10623061B2; JP2018534895A; MX2018002453A

Abstract

本发明涉及一种可堆叠连接器，该连接器用于在系统的包括此类连接器的分离的装置之间进行电力无线传输，该系统尤其是患者监护系统，所述分离的装置包括此类连接器。连接器包括壳体(301，407)和布置在壳体(301，407)内的磁耦合单元(302)，磁耦合单元用于通过使用电感耦合将电力传输到系统的具有配对连接器的另一装置和/或从另一装置接收电力。

Description

用于电力无线传输的可堆叠连接器和装置

技术领域

本发明涉及一种可堆叠连接器，该连接器用于在系统的包括此类连接器的分离的装置之间进行电力无线传输，该系统尤其是患者监护系统，所述分离的装置包括此类连接器。另外，本发明涉及一种用于电力无线传输的装置，该装置用于在所述装置与另一装置之间进行电力无线传输。

背景技术

为装置无线充电或供电一般而言是一种方便用户的已确立的技术。无线供电还可用于恶劣环境中，其中当使用电触点时腐蚀或湿气可能危害功能或安全性。存在用于无线供电的多个标准，例如Qi、PMA、Rezense和WiPower，并且市场在迅速增长。这些技术大多用于为电池供电的装置(例如，移动电话、平板电脑等)充电。给多个装置充电也是可行的。(例如)在Qi标准中，可使用具有多个较小线圈的电力板，然而需要将装置精确地定位成彼此相邻(在水平面中)。

高端患者监护正在从其在危重护理场所(ICU、OR)中的传统应用向较低敏度(lower acuity)场合(例如，普通病房、住院到居家(hospital-to-home)、连通的初级护理等)扩展。现有高端产品的成功归因于测量结果的品质、其模块化、总体系统连通性、用户界面及其跨总产品线的一致性(向后兼容性)。同时，价格细分市场正在迅速扩展，以解决低成本是首要关注点的新兴国家和较低敏度场合。在这些市场中，可能会折中模块化、连通性以及(有时)测量结果的品质。

在生活方式和运动领域，也越来越多地用到生理测量结果(例如心率、呼吸速率、SpO2)。

在所述的新应用空间中，可穿戴(无绳)传感器、小型化和低电耗是必要的。所有这些环节的基本要求是相同的，即与不可折中的患者电气安全相比优异的测量结果品质。不可折中的患者电气安全在IEC 60601标准中严格规范，并且在最坏的情境下(直接连接到心脏)规定10μA的最大泄漏电流、4kV的对地隔离以及在每一个测量器之间的1.5kV的隔离。另外，患者监护器必须能够耐受心脏除颤器带来的高差分电压以及来自手术刀的大RF电压。

常规的隔离和保护概念是基于感应式电力耦合器(变压器)和用于数据传输的光学数据耦合器，接着是维持PCB与连接器引脚之间足够的蠕变和间隙。

US 6,819,013 B2公开了一种用于患者连接装置的电隔离的组合式电力和信号耦合器。对接站和能够与该对接站对接的便携式装置各自包括电力耦合器和电隔离的数据转换器。相应的电力耦合器包括导磁元件以及具有开口的印刷电路板，该导磁元件包括中心磁极和外围磁极，中心磁极穿过该开口突出。印刷电路板包括围绕中心磁极开口的绕组，该绕组包括处于对接站中的初级绕组和处于便携式装置中的次级绕组。当便携式装置与对接站对接时，便携式装置中的导磁元件与对接站中的导磁元件被布置成形成磁路，且便携式装置中的数据转换器与对接站中的数据转换器被布置成交换数据。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于(至少)电力(以及优选地，数据)无线传输的可堆叠连接器和装置，其允许容易地上下堆叠两个或更多个(相同或不同)装置以允许在其之间进行电力(以及优选地，数据)无线传输。

在本发明的第一方面中，提供一种用于电力无线传输的可堆叠连接器，包括：

-壳体，以及

-磁耦合单元，该磁耦合单元被布置在壳体内，用于通过使用电感耦合将电力传输到系统的具有配对连接器的另一装置和/或从该另一装置接收电力，该磁耦合单元包括：

-通量集中器，该通量集中器的至少一部分具有U字形横截面，该U字形横截面在U字的支腿之间形成凹部，

-第一线圈，该第一线圈被布置在通量集中器的凹部内，以及

-第二线圈，该第二线圈被布置在其中布置有第一线圈的凹部的外侧，

其中，该壳体被布置成允许连接器上下堆叠，使得该连接器的第一线圈和堆叠在该连接器上的(另一模块的)另一连接器的第二线圈被相应的连接器的通量集中器的材料包围并一起形成用于在两者之间进行感应式电力传输的变压器，和/或该连接器的第二线圈和堆叠在该连接器上的(另一模块的)另一连接器的第一线圈被相应的连接器的通量集中器的材料包围并一起形成用于在两者之间进行感应电力传输的变压器。

在本发明的另一方面中，提供一种用于电力无线传输的装置，该装置用于在该装置与另一装置之间进行电力无线传输，所述装置包括：

-用于供应和/或消耗电力的电力单元，

-如本文中所公开的连接器，该连接器用于将由电力单元供应的电力传输到另一装置和/或用于接收由另一装置供应的电力。

在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应理解的是，所要求保护的装置具有与所要求保护的连接器以及在从属权利要求中限定的类似和/或相同的优选实施例。

本发明基于提供一种用于无线供电的装置(有时也称为模块)使得多个装置可上下堆叠的模块化方案的理念。通量集中器(例如，如变压器中所使用的芯)、线圈以及尤其是连接器的壳体被配置成使得连接器中的两个或更多个(设置于两个分离的(相同或不同)模块中)可易于堆叠在一起，以实现用于在堆叠在一起的连接器之间执行高效率无绳电力传输(以及任选地，还有无线数据传输)的所期望的无线耦合。

当堆叠时，第一线圈和第二线圈(即第一模块的第一连接器的第一线圈和另一模块的另一连接器的第二线圈)被相应的连接器的通量集中器的磁性材料包围，即不同连接器的两个通量集中器的这些部分形成闭合磁回路(例如，与分裂式变压器相当)。这使两个线圈紧密地磁耦合。根据一实施例，在壳体中可形成一凸部，该凸部装配到堆叠的连接器的凹部中，这使连接器易于堆叠。

通常存在可用于连接器的通量集中器和线圈的两种布置结构。在一种布置结构中，线圈被布置成沿竖直方向上下布置，而在另一种布置结构中，线圈被布置成在横向方向上一个相对于另一个。由基于所提出的可堆叠连接器的这两种布置结构的共同方案实现的主要优点是灵活性(flexibility)，并且没有电触点，因此提供足够的可靠性并且能够容易清洁，以及在具有此类连接器的装置之间实现电隔离。

更详细地说，本发明克服了以下问题或缺点。在维持高效的磁耦合的同时，各种无线供电装置(例如，测量模块、电池模块、中央处理单元、线缆单元等)的竖直堆叠是可行的，这在现有技术的无线供电技术中是不可能的。测量器、RF信道和磁性供电回路之间的串扰被最小化。这可通过低杂散磁场、低RF辐射以及处于连接模式中的EMI和EMC的兼容性来实现。任选的RF天线优选地大到足以保证短程模式的有效范围。为了磁性供电，足够大的线圈面积被用于实现有效的电力传输。线缆的刚性取向通常是不便的，因此所提出的连接器优选地被配置成旋转对称，尤其是在用于体戴式装置(例如，测量模块，被布置在患者身体处的(例如)传感器连接到测量模块)的情况下。

壳体可被配置为圆形对称、盘子大小的塑料密封箱。据此，圆形对称的几何形状包括多边形(三角形、正方形等)以及最终圆形的盘子。通量集中器可以是由高透性材料制成的倒置U字形的通量集中器。优选地，通量集中器具有对RF的低透性，或壁可包覆有导电材料以屏蔽和导引RF场。可提供电力控制装置以与线圈交换能量。可提供用于实现无绳数据传输的RF天线和无线电装置。

本发明实现了以下优点：

-有效的磁耦合以及任选地，在多个装置之间的有效电力传输；

-低杂散通量以及在电力和测量器以及RF之间的低串扰；

-归因于壳体的设计(例如，包括凸部和释放(relief)构造)，易于机械固定和拉拽释放；

-优选的旋转对称连接技术，确保易于处置线缆；

-菊花链和星形构造，这避免线缆混乱。

多种变体都是可行的。在一个变体中，用于磁性电力传输和RF传输的装置被布置在分离的位置处，例如，用于RF传输的装置可布置在中心，而用于电力传输的装置可布置在外径处，或可基于类似智能卡的形状因数提供两个圆形连接件。板接触面积可以是例如(例如，患者监护器的)中央处理单元的主板的总板面积的分数。测量单元或电池可位于未被占据的PCB板空间中。

如已提及的，根据优选的实施例，所述磁耦合单元被对称地布置，尤其是旋转对称地布置。这使得堆叠更加容易且避免了对精确旋转定位以使两个装置耦合的需要。优选地，整个壳体或围绕耦合单元的至少一部分也被旋转对称地布置。

根据另一实施例，所述通量集中器具有U字形横截面，该U字形横截面在U字的支腿之间形成一个凹部，第一线圈被布置在该凹部中。优选地，所述第二线圈被布置成与所述第一线圈相反，例如，被布置在形成于壳体的第一表面上的壳体突出部(也称为凸部)中，所述壳体突出部具有允许其插入到壳体沟槽中的宽度，该壳体沟槽优选地是其中布置有第一线圈的凹部，该壳体沟槽形成于壳体的与第一表面相反的第二表面中。这样能够实现容易、机械上稳定且空间节省的堆叠。

另外，在一实施例中，所述通量集中器具有H形横截面，该H字形横截面在H字的支腿的第一端之间形成第一凹部，第一线圈被布置在第一凹部中，且在H子的支腿的其它端之间形成第二凹部，第二线圈被布置在第二凹部中。这使得，如在另一实施例中所提供的，所述壳体被布置成呈板的形式，该板具有第一主表面以及与第一主表面相反且平行布置的第二主表面，且第一线圈被布置成邻近第一主表面，第二线圈被布置成邻近第二主表面。因此，壳体可被配置成具有平坦表面。

H字形通量集中器的两个支腿可被布置成彼此相邻或整体地形成。另外，H字的支腿之间的横向接合部可分成两个接合元件，屏蔽件垂直于H字的支腿布置在两个接合元件之间。因此，两个线圈和穿过处于耦合状态的H字形通量集中器的不同部分的通量被安全地彼此解耦(decouple)。

在优选实施例中，耦合单元包括两个通量集中器，各自具有至少部分为U字形的横截面，该U字形的横截面在U字的支腿之间形成凹部，其中第一线圈被布置在第一通量集中器的凹部内，第二线圈被布置在第二通量集中器的凹部内。通量集中器优选地被布置成相对于彼此横向移位，使得通量集中器和第二通量集中器被布置在相对的区域中且邻近壳体的同一表面。

在另一实施例中，可堆叠连接器进一步包括数据传输单元，该数据传输单元被布置成用于尤其通过使用RF传输、光学传输、电容性耦合或近场通信，将数据传输到系统的具有配对连接器的另一装置和/或从该另一装置接收数据。所述数据传输单元可包括RF天线以及用于驱动RF天线和/或获得由RF天线接收的RF信号的RF电路。

在一实施例中，所述RF天线被成形为呈带、环、平面倒置的F字或平面折叠的偶极子的形式，尤其是呈彼此连接的两个开环的形式的平面折叠的偶极子的形式。

可为每个通量集中器设置一个RF天线，其中所述RF天线被布置成围绕相应的通量集中器的外部前表面或在相应的通量集中器的内部前表面的内侧。

附图说明

参照下文描述的实施例，本发明的这些和其它方面将变得明显并得以阐明。在以下附图中：

图1示出包括多个装置的已知系统的示意图；

图2示出根据本发明的包括多个装置的系统的第一实施例的示意图，

图3示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器的第一实施例，

图4示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器的第二实施例，

图5示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器的第三实施例，

图6示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器的第四实施例，

图7示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器的第五实施例，

图8示出根据本发明的系统的第二实施例的示意图，

图9示出根据本发明的系统的第三实施例的示意图，

图10A和10B分别示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器的第六实施例的横截面图和俯视图，

图10C示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的处于耦合到配对连接器的连接状态的连接器的第六实施例，

图11示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器的第七实施例，

图12A和12B分别示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器的第八实施例的横截面图和俯视图，

图13A和13B分别示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器的第九实施例的横截面图和俯视图，

图14A和14B分别示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器的第十实施例的横截面图和俯视图，

图15示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器的第十一实施例，

图16示意性地示出在模式之间自动切换的连接器的布局，

图17A、17B、17C和17D分别示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的可堆叠连接器的第一实施例的横截面图、俯视图以及第一透视图和第二透视图，

图18A、18B和18C分别示意性地示出根据第一实施例的两个连接器形成的堆叠的横截面图、第一透视图和第二透视图，

图19示意性地示出根据第一实施例的三个连接器形成的堆叠，

图20A、20B和20C示意性地示出呈菊花链形式的数个装置的布置结构，每一装置包括根据本发明的连接器中的一个或多个，

图21A和21B分别示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的可堆叠连接器的第二实施例的横截面图和俯视图，

图22A和22B分别示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的可堆叠连接器的第三实施例的横截面图和俯视图，

图23A、23B和23C分别示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的可堆叠连接器的第四实施例的横截面图、俯视图和简化的横截面图，

图24示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的可堆叠连接器的第五实施例，

图25A和25B分别示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的可堆叠连接器的第六实施例的横截面图和俯视图，

图26A和26B分别示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的具有横向几何形状的连接器的实施例的横截面图和俯视图，

图27A和27B分别示意性地示出使用如图26A和26B中示出的连接器的菊花链的横截面图和俯视图，

图28A和28B分别示意性地示出使用如图26A和26B中示出的连接器的体戴式传感器布置结构的横截面图和俯视图，

图29示意性地示出使用如图26A和26B中示出的连接器的不同模块和单元与患者监护器的耦合，

图30示出根据本发明的系统的包括电池模块的第四实施例的示意图，

图31示出根据本发明的线缆单元的总体布局，

图32图示出线缆单元在高敏度场合中的使用，

图33图示出线缆单元在较低敏度场合中的使用，

图34示出根据本发明的系统的包括存储模块的第五实施例的示意图，

图35示出根据本发明的电池模块的实施例的示意图，

图36示出根据本发明的线缆单元的实施例的示意图，以及

图37示出根据本发明的采用配对(paring)方案的装置的另一实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出包括多个装置2、3、4、5的已知系统1的示意图，这些装置被配置成在其之间传输电力和数据。常规上，根据哪些测量模块3、4(表示一种类型的装置)经由昂贵的镀金主板连接器(即，经由电连接件)8连接到中央处理单元2(表示另一种类型的装置)(例如，患者监护器的主板上的中央处理器)，使用模块化方案。另外，主板上的隔离的测量模块5(表示另一种类型的装置)可以以相同的方式连接到主处理单元2。

一些测量器可直接实施在主板自身上。通过使用用于数据传输的光耦器6和用于电力传输的变压器7，使测量器(例如)彼此隔离。所有金属部分共享同一(受保护的)接地连接；测量器本身与接地隔离。每一测量模块3、4、5通常可总体上经由线缆连接到一个或多个放置于患者身上的传感器(未示出)(例如脉搏血氧传感器、加速度计、ECG电极)。

在此类系统中，电隔离涉及到测量器成本的一大部分(至少30％)。另外，主板连接器是昂贵的且机械上复杂，并且清洁困难。在价格细分和较低敏度场合中强烈要求降低成本。在高端市场中强烈要求模块化，且在较低敏度和价格细分市场中多少也会要求模块化。可穿戴(无绳)传感器和低功率对于较低敏度的护理场合是重要的。另外，使测量概念在公司的产品范围内一致会降低成本并且针对所有细分市场维持相同的品质。

因此，强烈需要一种低成本、低功率、灵活的模块化体系结构，其普遍适用于所有患者监护场合，或更一般地，适用于包括其中需要在一些或所有上述约束条件下传输电力和/或数据的多个(不同和/或相同的)装置的所有系统。

图2示出根据本发明的包括多个装置20、30、40、50的系统10的第一实施例的示意图。根据该实施例，装置30、40、50(例如，表示测量模块30、40、50)各自以无线方式连接到中央处理单元20(例如，患者监护器)。例如，在患者监护系统中，测量模块通过单独的磁性耦合电力传送和近场非接触式数据传送连接到中央处理单元20(由此，还可存在仅提供用于磁性耦合电力传送或近场非接触式数据传送的手段的装置)。这种灵活的体系结构符合以下生理测量应用：位于主板上(即，中央处理单元10中)的测量模块；模块化的‘插件式’测量模块；位于连接到中央处理单元10的移动式测量服务器中的测量模块；以及无绳测量模块。一般而言，此类测量模块彼此电绝缘。测量模块还可组合在一个单体机械外壳中，且它们可经由其自身的线圈完全电绝缘。

磁功率耦合件可(例如)集成于(主板)PCB的迹线中或被实施为用于连接两个装置的连接器的两个不同部件中的每一个中的磁线圈。

两个装置之间的非接触式数据传送优选地经由近场通信手段实现，例如，蓝牙4.0(低能耗)、Wi-Fi、ZigBee，电容性(例如，经由磁耦合件的寄生电容)或光学的，其中无线电传送是首选项。优选地，使用(例如，标准化)无线电协议以符合提及的所有四个应用，例如BLE，其已经集成于多个商用现货(COTS)的部件中。基本上，如果辐射场被限定于一定容积内(例如，监测器的壳体内侧)，则可使用任何非管制的无线电协议。

一般地，应能够以无绳方式传输数据和电力的每一装置包括壳体；磁耦合单元，该磁耦合单元被布置在壳体内用于通过使用电感耦合将电力传输到系统的具有配对连接器的另一装置和/或从该另一装置接收电力；以及数据传输单元，该数据传输单元被布置成用于尤其是通过使用RF传输、光学传输、电容耦合或近场通信将数据传输到系统的具有配对连接器的另一装置和/或从该另一装置接收数据。

测量模块30、40各自包括壳体31、41、磁耦合单元32、42以及数据传输单元33、43。另外，它们中的每一个包括患者侧连接单元(PSC)34、44以用于将相应的测量模块30、40(通常以电的方式)连接到传感器或电极(未示出)，以便从传感器或电极接收数据信号和/或将控制信号传输到传感器或电极。任选地，可提供用于模拟处理和/或数字处理的另外的装置，且测量模块可含有小型能量缓冲器(例如，电池或超级电容器)以桥接有线-无线场景之间以及在电池更换期间的转换时间。

隔离的测量模块50(即，集成于患者监护装置的主板上的测量模块)包括壳体51、磁耦合单元52和数据传输单元53。另外，它还包括患者侧连接单元(PSC)54。

中央处理单元20包括壳体21、数个磁耦合单元22、22a、22c以及数个数据传输单元23、23a、23b，该数个数据传输单元还可组合成单个数据传输单元，其中磁耦合单元和数据耦合单元形成用于将一个(外部)装置连接到中央处理单元20的连接模块。另外，它包括供电端子24，该供电端子包括用于将中央处理单元20耦合到外部电源60的隔离屏障。此外，中央处理单元20通常包括电力和电压产生、控制、输入/输出、来自测量器的数据的显示和中央处理以及警报产生所需的所有硬件。

通过框61、62、63指示出在系统10的两个装置之间传输数据和电力的能力。应注意，系统10还可包括不被配置成用于传输及接收数据和电力，但被配置成仅传输数据和/或电力或被配置成仅接收数据和/或电力的多个装置。

在图3的俯视图中示意性地示出了连接器100、110的第一实施例，连接器100、110用于在包括这种连接器的分离的装置之间进行数据和/或电力的无线传输。这些连接器100(例如，中央处理单元的)和110(例如，测量模块的)代表一种低成本的解决方案并且可实施于板上。PCB 102、112的迹线可被用作在水平和/或竖直方向上分离的变压器绕组(即线圈)101(例如，表示初级线圈)、111(例如，表示次级线圈)。可通过添加通量集中器103(例如，具有两个支腿(每个支腿承载线圈101、111中的一个)和连接两个支腿以形成环(其不必必须为圆形，而是还可具有其它形状，例如，矩形、椭圆形等)的两个轭的铁磁芯)，来增强磁耦合。RF天线104、114也被集成在PCB 102、112上。连接器100、110之间的间隙105提供了隔离屏障。主板处理器106可被设置在中央处理单元中，且测量单元116可被设置在测量模块上。

图4示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的在中央处理单元的主板上提供隔离的测量的连接器120、130的第二实施例的横截面图。线圈101、111位于相应的PCB102、112的不同表面上并且经由通量集中器103实现磁耦合。

显然，这种方案的多个变体是可行的。图5示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器140、150的第三实施例的横截面图。在此实施例中，提供第三中间层107，其在竖直方向上在线圈101与线圈111之间的高度水平上被布置在PCB 102内。第三中间层107连接到接地以减少线圈101、111之间的杂散电容耦合。出于EMC原因，可添加另外的层(例如，另一接地层108)，如在图6中示出的，图6绘示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器160、170的第四实施例。

图7示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器180、190的第五实施例的横截面图。在此实施例中，测量PCB 112位于主板PCB 102的顶部上，在两者之间具有绝缘箔109，并且经由通量集中器103实现磁耦合。

在上述实施例中的一个的另一变体中，次级线圈可集成于裸片上或ASIC的封装中，该封装包括测量器的电子电路

优选地，中央处理单元上的主微处理器控制或驱动变压器的初级线圈。次级线圈的AC电压被整流和稳压以给测量模块供电。这种方案可使用无线充电的Qi标准(或其它标准)，且通常可使部件的布置和构造满足这些标准中的一个或多个的要求(例如，线圈应接近于表面)。

为了数据通信，中央处理单元可包括近场无线电堆叠，经由(例如)低能耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)、ZigBee或以任何其它适合的方式与隔离的测量器通信。如果辐射被限于受限的壳体，则允许每个非标准的协议。

可经由分离的天线、经由电容性耦合垫或甚至经由变压器线圈的寄生电容实现RF传输。所述的寄生电容应保持非常小，以便符合IEC 60601-2-49标准的隔离要求，但该约束条件可(例如)通过在2.4GHz或更高的UHF无线电频带中的传输实现。

图8示出根据本发明的包括多个装置20、30、40的系统11的第二实施例的示意图。在此实施例中，一个或多个测量模块30、40(例如)被装配于测量器架20’中并且通过磁连接器25、35(用于模块30)和26、46(用于模块40)耦合到中央处理单元20，所述磁连接器包括中央处理单元20的初级线圈101，该初级线圈非常接近模块30、40的次级线圈111和RF天线114。为了数据传输，RF天线104可被设置在中央处理单元20中，且对应的RF天线114可被设置在测量模块30、50中(例如，在近场模式中用于桥接小段距离的天线，比如BT，ZigBee等)

由于缺少引脚，所以易于清洁。因此，这些连接器25、35、26、46替换常规使用的且如在图1中示出的昂贵笨重的可清洁电连接器。另外，可设置用于连接到相应传感器(例如，温度传感器或SpO2传感器)的PSC单元34、44。

该系统可进一步包括联接到中央处理单元20的用户接口70，例如包括一个或多个显示器、按钮、开关等。另外，可设置用于连接到主电源60的主电力变压器71。

测量器可位于可拆卸的小箱子(未示出)内部，也称为测量服务器，接近于患者，经由包括如本文中公开的连接器的线缆或经由无线链路连接到患者监护器，使其可按照混合模式(即，以有线或无线方式)操作。在这种测量服务器内，每个测量器的电池将在正常使用期间充电。每当患者需要移动时，与患者监护器的链接可能会消失一段时间；然而，单独的测量器将继续进行测量、记录和处理所有生命体征。因此，不会丢失关于患者健康状况的重要数据。再者，在患者监护器附近，数据可与中央服务器再次同步。

通过将附加的可再充电电池37、47放置到测量模块30、40中，如在图9中所示，图9示出根据本发明的系统12的另一实施例，所述测量模块的自主操作是可行的。当重新装配到测量器架中时，电池经由磁耦合充电。电池管理是在测量模块处且可(任选地，但非优选地)根据用于无线充电的Qi标准进行。

数据传送优选地遵循现有的连接性标准。举例来说，当使用蓝牙LE 4.0(Bluetooth LE 4.0)无线电时，患者监护器直接适用于康体佳健康联盟(Continua HealthAlliance)，其是医疗保健和科技公司携手合作改进个人保健品质的非营利的开放性工业组织。康体佳健康联盟致力于建立互操作的个人系统，使健康解决方案与一种认识连接，这种认识是：将这些解决方案扩展到家庭中培养独立性、为个人授权并且为真正意义上的个性化健康和保健管理提供机会。这些目标得到本发明的支持。

图10到15示出根据本发明的连接器的另外的实施例。

图10示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的处于未连接状态的连接器200的第六实施例的横截面图(图10A)和俯视图(图10B)。连接器200包括PCB 202，其包括四分之一波长的平面倒置的F字形天线(PIFA)204，作为集成于迹线290中的数据传输单元的一部分。RF天线204由RF信号线205和接地平面206形成。磁场由围绕C字形(也称为U字形)通量集中器203卷绕的线圈201a、201b产生，该通量集中器由对于所关注的频率来说具有高导磁性的材料制成。可添加附加的导电片材(作为盖)，以通过涡流使电子器件中的剩余杂散场短路。芯203的附加包覆层可有助于屏蔽RF信号，该RF信号是短程无线电场209。当不附接其它连接器(即，处于未连接状态)时，RF天线204以远场模式操作，其中其方向性指向如图10A中所示的外部世界。

电力单元207耦合到线圈201，以用于将电力供应到线圈201和/或从线圈201接收电力。RF单元208被耦合到RF天线204，以用于将数据供应到RF天线204和/或从RF天线204接收数据。

在连接状态中，如在示出连接器200耦合到配对连接器210的图10C中所示，C字形通量集中器203、213和天线204、214的极几乎完全对准，使得RF和磁场最佳地耦合并且与外部世界屏蔽开。

连接引发两种效应：

i)首先，磁耦合显著增加，例如从k＝0.5到k>0.95，这可被直接(例如，经由感生电压)或间接(例如，使用接近性检测)检测到。经由轮询机制，通过磁性供电电子器件(例如Qi、PowerMat或定制(custom))经由改变的线圈阻抗、谐振频率或感生电压确识这种效应。在未连接状态中，停用磁性供电，因而在无线电信道中或测量器中不会感生干扰。在连接状态中，通量被很好地限定在通量集中器203、213中，这还防止干扰。可通过轮询相反的效应(通过简单地切断线圈并且观察引起的效应)来检测断开连接。

ii)其次，归因于两个天线204、214之间的极短距离，所接收的RF信号的振幅和SNR显著增加。无线电发射器现在可通过在维持一致的数据通信的同时降低其输出功率而安全地切换到近场模式。结果是，显著地减少在附近区域内辐射的RF功率，这有助于空出无线电频谱。此外，归因于有效的RF耦合，无线电的功率消耗降低。

应注意，与远场EM波相比，近场模式中的RF耦合更大程度上归因于电容耦合，在近场模式中，距离是波长的分数。两种效应在定时的基础上经由轮询机制进行验证，或通过附加的接近性检测(光学、磁)或通过简单的机械开关或簧片开关来触发。

为了避免杂散通量，在不存在配对的芯的情况下，线圈优选地被不完全地(连续地)供电。然而，轮询机制可在每秒的短时间(例如10ms)内产生电力，以测量磁耦合。

经由磁耦合(例如，在Qi标准中实施)或光学耦合的RF通信和/或数据传送被用于在决定开始正常电力传送之前，更新和协商ID、所需的电力、信号品质、充电状态等。

下文将更详细地描述实际连接/断开连接过程如何触发患者网络中的关联以及如何实现安全性。

通过PCB层材料和C字形芯保证电隔离。替代性地，可在PCB 202、212的顶部和C字形芯203、213的极的末端上添加额外的隔离层。PCB的未被占据区域可被用于测量器电子器件和PSC。铁氧体芯可以是良好的导体，但也存在可用的高电阻(复合物)铁氧体。

替代性的天线构造是可行的，例如在图11中示出的环形天线224，图11绘示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器220的第七实施例的俯视图。

在图10和11中示出的实施例，连接器200、210、220的机械对准限于其中天线和C字形芯对准的两个旋转取向。这在体戴式测量器和菊花链构造中使用线缆时是严重的缺陷。通过如图12中示出的旋转对称连接器230来解决此问题，图12示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器230的第八实施例的横截面图(图12A)和俯视图(图12B)。

E字形芯231(即，具有形成E字的横截面的芯)的内支腿232承载线圈绕组201以用于磁供电。RF天线204被布置在内支腿232与外支腿233(其实际上是图12B中示出的单个环)之间的PCB 201中。支腿232、233通过轭236连接。芯231的内壁或外壁还可用导电材料包覆以进一步减少干扰。当此类连接器中的两个连接时，两个半部形成罐形芯，其中磁场和无线电信号因此非常好地耦合且被屏蔽。另外，可设置测量单元234和PCS单元235。

替代性地，RF天线204位于磁芯231外侧，即围绕外支腿233，这可有助于使RF信号和磁信号之间的串扰和干扰更少。这在图13中图示出，图13示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器240的第九实施例的横截面图(图13A)和俯视图(图13B)。

图14示出用于在根据本发明的系统中使用的包括旋转对称的C字形芯251的连接器250的第十实施例的横截面图(图14A)和俯视图(图14B)，该C字形芯形成具有由通过轭254连接的两个支腿252、253形成的C字形横截面的环。箭头255指示由线圈201产生的磁通量。RF天线204被布置在C字形芯251的内支腿252之间。

图15示出用于在根据本发明的系统中使用的连接器260的第十一实施例的横截面图，其类似于图14中示出的第十实施例，但不同之处在于RF天线204被布置成围绕C字形芯251的外支腿252。

图10到15中示出的连接器具有如下优点：它们是旋转对称的并且在连接状态中，在连接器及其配对连接器之间存在极小的间隙。

图16示意性地绘示出数据和/或电力在分离的装置之间无线传输的连接器270(例如，图10到15中示出的连接器)的布局，所述分离的装置包括此类连接器。连接器270包括被布置成用于优选地通过使用RF传输将数据传输到系统的具有配对连接器的另一装置和/或从该另一装置接收数据的数据传输单元271(例如，包括RF天线204)。该连接器进一步包括用于通过使用电感耦合将电力传输到系统的具有配对连接器的另一装置和/或从该另一装置接收电力的磁耦合单元272(例如，包括线圈201和芯203)。设置检测单元273(例如，包括电力单元207)以用于检测磁耦合单元272和配对连接器的磁耦合单元之间的磁耦合强度。在检测到的磁耦合高于第一阈值和/或其增加量高于第二阈值的情况下，控制单元274将数据传输单元201切换到低功率模式中和/或启用磁耦合单元272。另外，在检测到的磁耦合低于第三阈值和/或其减小量高于第四阈值的情况下，控制单元274将数据传输单元271切换到高功率模式中和/或停用磁耦合单元272。这些阈值可以是预定的，例如，根据模拟或根据测量结果导出。该实施例实现了连接器的正确模式的自动设置，具体而言，这使电力消耗、串扰和RF带宽的使用量最小化。

应注意的是，图16中公开的检测单元273和控制单元274通常可用于本文中公开的所有其它连接器中。

图17到28示出根据本发明的可堆叠连接器的多个实施例，以用于解释这种可堆叠连接器的细节。

图17示意性地示出用于在根据本发明的系统中使用的单个可堆叠连接器300的第一实施例，其中图17A示出横截面图，图17B示出俯视图，图17C示出第一透视图且图17D示出第二透视图。图18示意性地示出图17中示出的类别的上下堆叠的两个可堆叠连接器300、300a，其中图18A示出横截面图，图18B示出第一透视图且图18C示出第二透视图。连接器300包括壳体301和被布置在壳体301内用于通过使用电感耦合将电力传输到系统的具有配对连接器的另一装置和/或从该另一装置接收电力的磁耦合单元302。所述磁耦合单元302包括通量集中器303(优选地是旋转对称的，例如，环形，并且由高透性材料制成)，其至少部分具有U字形(或C字形)横截面，该U字形横截面在U字的支腿之间形成凹部304。第一线圈305被布置在通量集中器303的凹部304内。第二线圈306被布置成与第一线圈305相反并且在其中布置有第一线圈305的凹部304的外侧。通量集中器303可以是不同的可能形式(例如，环形形式、圆形对称形式、正方形、三角形、矩形等)中的一种。

另外，被布置在通量集中器内部的环形RF天线307(作为数据传输单元的一部分)、RF单元308(包括无线电电子器件)、电力单元309(例如，磁功率电子器件)和测量单元310可设置在PCB 312中或上。在第二连接器300a中，设有电池311而非测量单元310。另外，PSC单元313可设置在连接器中，如图18C中所示，以用于与传感器联接。壳体的外表面优选地被隔离材料(例如，塑料材料)完全覆盖以用于电隔离、防水密封和机械稳定性。

壳体301被布置成允许两个或更多个此类连接器300、300a上下堆叠，例如，图18中所示，使得连接器300的第二线圈306和堆叠在连接器300上的第二连接器300a的第一线圈305a(或反之亦然，取决于连接器300、300a上下堆叠的顺序)一起形成用于在两者之间进行感应电力传输的第一变压器。

形成于连接器的顶部表面上的圆形凸部314、314a装配入下一个连接器的底部的圆形凹部304、304a中。连接器300的上部线圈306与连接器300a的下部线圈305a因此一起被通量集中器303、303a的高透磁性材料包围。因此，所述线圈现在被紧密地耦合，这能够实现有效的电力传送。箭头315示出当所述线圈如所示被激励时的磁通量线。以此方式，使杂散通量最小化，这避免了对测量器和无线电信号的串扰或来自测量器和无线电信号的串扰。在需要的情况下，可添加导电片材料，以使任何残余的通量分量短路。

连接器300、300a的所有部件(包括测量单元、电池、线缆连接器(PSC单元))优选地装配在表示壳体的圆形密封箱301、301a中。归因于旋转对称设计，无需为了堆叠而使两个连接器在径向方向上特定地定位，而是以此方式，连接器可容易地上下堆叠。除了圆形形状之外，其它形状也是可行的，例如减小的旋转角、正方形形状、在四个方向上延伸的形状等。

优选地，倒置的U字形芯的极的末端不被(厚)塑料覆盖，这是因为这将不利地影响效率并且引入杂散通量。可通过将塑料厚度减小到(例如)十分之几mm来保证隔离。替代性地，可保证电隔离，这是因为(复合物)铁氧体材料可具有高本征电阻率，且可在线圈与磁芯内进行隔离。

如上文关于图10到16所解释的，磁功率的传送优选地不在检测到线圈与RF之间的大耦合之前开始。在图18中示出的实例，仅使用上部线圈305a和上部线圈306，根本不激励其它线圈。

出于有效电力传送和高无线电SNR的原因，耦合面积应足够大。因而，优选地，线圈305、306、305a、305b和RF天线307、307a位于相应的连接器300、300a的外部区域上。

用于将一个或多个传感器连接到包括测量单元310的连接器300的PSC单元313优选地位于连接器300的侧部上，以便具有完全自由的堆叠。但是在限于使包括测量单元310的连接器300总是位于堆叠的顶部的情况下，PSC单元313还可位于(例如)连接器300的上部部分上。

图19示出三个上下堆叠的连接器300、300a、300b，其中连接器300、300b是相同的且被配置成如图17中所示，且各自包括测量单元310、310a，而连接器300a被配置成如图18中所示且包括电池311。测量单元310、310b因此由连接器300a的同一电池311馈电(据此，电池311还可位于不同位置处，例如，在底部或顶部位置处)。在此情况下，连接器300a的线圈305a、306a两者被用于将能量供应到测量单元310、310b。此方案的多个变体是可行的，例如，经由一个线圈从一个连接器接收电力，并且同时经由另一线圈将电力供应到另一连接器。

本发明适用于包括在用于(例如)图2中示出的系统中(例如，在患者监护系统中)的任何类别的装置中的堆叠连接器的任何虚拟组合。因而，一个或多个测量模块、电池单元、线缆单元和处理单元可容易地耦合以用于电力和/或数据的无绳传送。这甚至能够使装置彼此链接。菊花链(例如)在体戴式感测中是有价值的，以便通过经由一个单体连接件或线缆(包括根据本发明连接器)将多个装置(例如，测量模块)连接到患者监护器、供电装置或集线器，避免线缆混乱。这种概念在图20中图示出，图20示出呈菊花链形式的数个装置的布置结构，每一装置包括根据本发明的连接器中的一个或多个。

图20A示出串联耦合并且耦合到中央处理单元20(例如，如在图2中示出的类别的)的三个测量模块30、40、80(例如，如在图2中示出的类别的)的串联耦合。图20B示出如图17中示出的类别的三个连接器381、352、361的堆叠320的横截面图，其中连接器381是测量模块80的一部分，连接器351是第一线缆单元350的一部分，且连接器361是第二线缆单元360的一部分。第一线缆单元350在其每一端处包括连接器351、352并且使测量模块80与具有相同类别的连接器341的测量模块40连接。第二线缆单元360在其每一端处包括连接器361、362并且使测量模块80与具有相同类别的连接器321的中央处理单元20连接。第三线缆单元370在其每一端处包括连接器371、372并且使测量模块40与具有相同类别的连接器331的测量模块30连接。

因而，在此实例中，测量模块80连接到两个线缆单元350、360。线缆单元360因此可针对三个测量模块30、40、80形成的复合体将电力和数据传输到中央处理单元20或传输来自中央处理单元20的电力和数据。可在堆叠的连接器之间中继、传送和/或交换数据和电力。可通过使用附加的整流器和发射电子器件(例如，DC/AC转换)，或简单地通过在线圈之间共享AC电流(这在硬件方面是最有效的选项)，来执行电力传送。

应注意的是，图20A中示出的连接器(例如，连接器321和362或连接器341、351和372)的其它堆叠的布置方式与图20B中示出的堆叠320的布置方式类似或相同。

根据相同的原理，代替图20A中示出的串联构造，如图20C中所示，星形构造也是可行的。

应注意的是，经由同一线缆的电力和数据组合传输是优选的，但替代性地，短程无线电线缆与本地电池的任何组合也是可行的。

图21到23示出与图17中示出的连接器几何形状相比具有替代性的连接器几何形状的可堆叠连接器的另外的实施例。图21A示出圆形连接器390的横截面图，其中通量产生器303外侧的区域被测量电子器件310和/或电池占据。图21B示出所述连接器390的俯视图。图22A示出矩形连接器391的横截面图，且图22B示出其俯视图。图23在横截面图(图23A)、俯视图(图23B)和简化的横截面图(图23C)中示出智能卡大小的连接器392，其可夹在患者监护器的槽27的壁之间。经由耦合单元321、393，中央处理单元20和连接器392被耦合。

在一实施例中，根据本发明的连接器的上部表面和/或下部表面完全平坦。这使(例如)清洁更加容易。在图24和25中示出连接器400、410的对应的实施例。存在可能具有其它对准结构或特征的另外的实施例，以确保当堆叠在一起时在不同连接器的通量集中器之间的精确定位和紧密对准(优选地<1mm)。例如，在通量集中器(具有高μ；包括壳体的塑料绝缘)之间的间隙(具有低μ)在具体应用中应<0.5mm+/-0.1mm。与极的几何形状相比，横向位移应当小(例如<0.5mm)。

图24示出使用具有呈H字形形式的横截面的通量集中器401、401a的连接器400(包括测量模块310)、400a(包括电池311)的横截面图，所述连接器包括具有平坦主表面408、409、408a、409a的壳体407、407。每一通量集中器401、401a包括其中布置有第一(下部)线圈305、305a的第一(下部)凹部402、402a，以及其中布置有第二(上部)线圈306、306a的第二(上部)凹部403、403a。如箭头404所指示，连接器400a的下部线圈305a和连接器300的上部线圈306与通量集中器401a的下部部分和通量集中器401的上部部分一起形成变压器。

图25A示出具有平坦表面的连接器410(包括测量单元310)的横截面图。在图25B中示出连接器的俯视图。连接器410包括两个通量集中器411、421，各自具有U字形横截面且各自形成凹部412和422，其中每一凹部被形成在各自的U字的两个相邻支腿414、415和424、425之间，即在相应的外环414、424和相应的内环415、425之间(在此实施例中，该内环为中心指状件)。第一线圈417被布置在第一通量集中器411的凹部412内，且第二线圈427被布置在第二通量集中器421的凹部422内。

两个通量集中器411、421还可被看做常见的H字形通量集中器，其中H字形通量集中器421的两个支腿414、415、424、425被布置成彼此相邻或整体地形成，且其中H字的支腿之间的横向接合部被分成两个接合元件419、429，屏蔽件418垂直于H字的支腿414、415、424、425布置在两个接合元件之间。

堆叠的慨念还可转换成横向的几何形状。这有益于减小建造高度。在图26A中示出具有横向几何形状的连接器430的实施例的横截面图，且在图26B中示出连接器430的俯视图。连接器430在其左侧和右侧分别包括布置在相应的通量集中器432、442(与图25A中示出的通量集中器411、421一样各自具有U字形横截面)的凹部437、447中的线圈431、441。围绕通量集中器432、442，布置有环形RF天线433、443。另外，设有两个电力单元434、444、两个RF单元435、445、两个PSC单元436、446和测量单元310。因此，通量集中器432、442被布置成相对于彼此横向移位，使得第一通量集中器432和第二通量集中器442被布置在相对的区域中并且邻近壳体的同一表面。壳体439优选地是平坦的或具有平坦表面。

图27示出通过使用包括图26中示出的连接器430c、430d的线缆单元450形成在测量模块30、40(各自包括图26中示出的连接器430a、430b)之间的菊花链440。图27A示出菊花链的横截面图，图27B示出俯视图。此类线缆单元450可包括此类连接器中的两个或更多个，优选地一端一个，但任选地可在端部之间包括附加的连接器。

图28以横截面图(图28A)和俯视图(图28B)示出体戴式传感器的布置结构460。体戴式传感器的布置结构460包括可堆叠支撑层461，该可堆叠支撑层承载与图27中示出的线缆单元450类似或相同的线缆单元451，包括与连接器430c、430d相同或仅具有单个耦合单元的连接器452、453，如图28A中所示。在所述线缆单元上，可布置一个或多个测量模块30和/或电池模块90(包括电池)，其各自包括连接器430a、430b。

测量模块30、40、80、电池模块90和线缆单元450还可使用与图29中示意性地示出的相同的横向几何形状慨念连接到(例如)患者监护器或中央处理单元20。另外，使用本发明提出的连接器，竖直堆叠和横向连接的任何组合通常是可行的。例如，测量模块可具有竖直堆叠和横向堆叠方式。

在下文中，将更详细地描述包括根据本发明的连接器的电池模块。

如上文所描述，插件式测量模块经由所提出的连接器使用磁性供电和RF数据通信耦合到中央处理单元。另外，经由其RF信道，电池(或任何其它能量存储元件)可形成网络(例如，患者网络)的一部分，并且可以相同方式耦合到其它装置，例如，测量模块和中央处理单元。这在图30中示出，图30示出根据本发明的包括测量模块30、中央处理单元20和电池模块90的系统13的另一实施例的示意图。

在无线测量场景中，双向电池模块90可卡扣到测量模块30上以经由所提出的连接器磁性地供应能量。任选地，测量模块30本身可包括用于暂时桥接有线与无线场景之间的转换时间的小型缓冲电池37(或任何其它能量存储元件)。

电池模块90优选地包括电池91(也称为电池单元)和用于在电池模块与其它装置之间的磁功率传输的耦合单元92，例如，当电池模块90耦合到中央处理单元20时加载电池，并且当电池模块耦合到测量模块30时加载测量模块30的电池37。任选地，在电池模块90中也可设置用于数据传输的装置。

在图35中示出用于在电池模块与该电池模块耦合到的系统(具体而言，患者监护系统)的另一装置之间进行数据和电力无线交换的电池模块90’的更详细的示意图。所述电池模块90’包括密封壳体93、用于存储电能的电池单元91、用于存储数据的数据存储单元94以及连接器95。该连接器包括用于将数据传输到系统的具有配对连接器的另一装置和/或从该另一装置接收数据的数据传输单元96，以及用于通过使用电感耦合将电力传输到系统的具有配对连接器的另一装置和/或从该另一装置接收电力的磁耦合单元92。

任选地，设有第二连接器97，用于同时将数据传输到系统的两个其它装置和/或从系统的两个其它装置接收数据，和/或用于同时将电力传输到系统的两个其它装置和/或从系统的两个其它装置接收电力。

连接器及其元件可如上文相对于其它装置和其它实施例所解释的进行配置。这尤其适用于磁耦合单元92和数据传输单元96，它们可被配置成如本文中所公开的，例如，如在图10到15或17到28中的任何一个中所示。

电池91可(例如)是可再充电电池、一次性电池或超级电容器并且可装配于光滑的密封塑料箱中，被很好地保护起来以免受到机械损坏和流体。它可(例如)经由易于使用的卡扣或滑入机构物理地附接(即，放置成紧密接触)到具有所提出的连接器的另一装置(例如，测量模块、线缆单元或患者监护器)。永磁体或对准结构可被用于对准和固定其位置，以用于最佳的电力和无线电传送。当电池91放空时，电池模块90可附接(任选地，经由线缆)到系统中的具有兼容连接器并且能够充电的任何装置，例如，患者监护器、集线器或专用电池充电器。优选地，在整个体系结构中使用相同的电感/数据连接器拓扑结构，以使所有元件彼此耦合。这使得可在任何地方为电池充电，从而对电池管理提供了巨大的改进。

可再充电电池的寿命几乎总是由制造商和测试者限定为完全充电-放电循环的数目。除了循环之外，锂离子电池的劣化速率强烈依赖于温度；当在较高温度下存储或使用时，例如，当应用于人体时，它们非常快速地劣化。

因而，通过使用总体上由图35中的传感器单元98表示的电压和/或电流传感器，电池的健康和充电状态可根据温度传感器、绝对时间以及充电和放电曲线不断地确定。基于此信息和历史数据，可执行自我诊断，其在患者网络中通信以指示对再充电的需求、对更换的需求或指示任何故障状况。历史数据可存储在本地(例如，在电池模块中)以及在网络中共享。出于此目的，多个场景是可行的。

电池模块90’可进一步包括用于对接收的数据进行数据处理、时间保持、自诊断和安全性的处理单元99。所述处理单元可进一步被配置成当应用于测量模块30时计算预期的操作时间。

另外，如在图16中示出的，电池模块90’可包括检测单元273和控制单元274，该检测单元用于检测在磁耦合单元与另一装置的磁耦合单元之间的磁耦合强度，该控制单元用于在检测到的磁耦合高于第一阈值和/或其增加量高于第二阈值的情况下，将数据传输单元切换到低功率模式中和/或启用磁耦合单元，并且在检测到的磁耦合低于第三阈值和/或其减小量高于第四阈值的情况下，将数据传输单元切换到高功率模式和/或停用磁耦合单元。

无线电力传送中的主标准是Qi标准和电力事业技术(Power MattersTechnology)(PowerMat)标准。它们的主要应用在于无线充电领域。Qi还包括用于装置的基本定位和识别机制、低功率备用模式和电力控制。

使用簧片触点和永磁体(例如，作为卡爪固定机构的一部分提供)的附加通-断开关可用作安全和电池泄漏防护的额外一层，但还可存在用于堆叠检测的其它装置，例如，光学、电容性或超声装置。

锂离子和锂聚合物电池是受欢迎的候选者，这是因为它们具有较高的每质量单位能量密度和其在消费者领域的大规模使用。它们在原地具有用以观察其充电状况并且提供保护以防过热的电子装置。此外，Qi标准还在原地具有用以识别有效负载的一些基本装置。根据本发明可使用这些装置。这些基本保护和监控装置可根据本发明通过将磁耦合和RF耦合组合为通信装置、本地智能安全监控以及通过连接到患者网络，而集成于整个体系结构中。举例来说，缺少有效的识别符和/或存在局部故障条件可能是放弃或不起始磁功率传送的原因。

充电状态可被用于确定电池可用于特定测量多长时间。这可在(例如)患者监护器的显示器上示出。任选地，当附接到测量模块时，电池自身上的视觉或听觉指示器可指示在应进行更换或充电之前在何时(例如)可用的测量时间小于1小时。

如上文所描述，将电池集成于医疗设备中在安全性、使用情况和工作流方面具有严重的后果。约束条件包括绝对安全、可能的形状、较小重量和尺寸、护士易于更换性/调换性、易于清洁性、大容量以及在佩戴期间的可充电性。电池模块可以是封闭箱，其完全无线连接以用于充电以及用于供应能量。所提出的体系结构提供易于清洁的机械连接。此外，当测量装置保持在原地时它们可在数秒内被更换。

在下文中，将更详细地描述包括根据本发明的用于连接网络/系统的其它装置的连接器的线缆单元。

图31中示出线缆单元500的总体布局。线缆单元500包括线缆510和在线缆510的每一端处的连接器520、530。每一连接器520、530包括磁耦合单元521、531和数据传输单元522、532。线缆510包括连接磁耦合单元521、531的第一导线对511(例如，绞合导线)和连接数据传输单元522、532的第二导线对512(例如，绞合导线)。

图32图示出线缆单元500在高敏度场合的使用，在此实例中是用于连接测量模块30和中央处理单元20。此类线缆单元500可用于OR(手术室)或ICU(重病监护室)场景中以保证用于测量的数据完整性和电力一致性。如在导管技术中所使用的，两个导线对511、512优选地是较细且柔性的。可添加额外的导电屏蔽或铁氧体共模线圈以用于额外的稳健性和性能。这种方案由于其低RF衰减和屏蔽特性而保证了用于无线电信号的足够高的信噪比。由于在用于非接触式供电的频率(100到200kHz)与用于无线电的频率(2.4GHz)之间的大比值，内部串扰是可管理的。

多个选项可用于实施这种线缆单元500的主功能以形成用于无线电信号和电力信号的受保护管道。

一个选项是包括两个导线对(如在图31、32中所示)的全无源线缆单元。基本上，RF数据和电力可跨过线缆单元在两个方向上传送。可使用用于电力的绞合导线和用于RF数据的同轴或平衡传输线。另外，无源部件可添加到连接器以通过(例如)滤波和阻抗匹配进一步改进RF传输，通过(例如)通量集中器改进(电力)传送或用于无源识别(光学标签)。

任选地，电力和无线电信号可被组合于一个单导线对(或同轴线缆)中。将全无源线缆的仅一个连接器附接到(例如)测量模块将既不会增加磁耦合也不会增加RF耦合。保持两个连接直到发起配对为止。

另一选项是有源线缆。提供有源部件(在一个或两个连接器中)以将磁功率信号转换成干净/稳定的DC或正弦AC，之后将其跨过线缆进行发送。这限制从电力信号到无线电信道中的串扰和扰动。所述部件的最合理的位置位于连接器中，但它们还可分布于整个线缆单元(的一部分)上，(例如)集成于线缆套管中的柔性箔上

数据无线电信号可被放大、重新调制(发射应答器)、缓冲或(有源地)阻抗转换，以匹配RF线缆的特性。替代性地，转换为另一频带或基带，例如，通过转换为串行总线格式(例如USB、RS232或TCP/IP)，可甚至更加增强信号的完整性。磁功率的一部分被用于为所述有源部件供电。

每一连接器可被布置成且本身充当节点并且是患者网络的一部分，包括唯一识别符、无线电和网络堆叠以用于配对和以及磁供电。可添加附加的无线电以中继无线电信号(例如，在菊花链中)或实施用于患者网络管理的分离的信道。有源线缆可在仅一个方向上输送数据或电力；因而，为在两个方向上进行输送，可能需要每个线缆有更多导线对或更多的线缆。

根据另一选项，可提供RF信号到光域的转换，这提供了最终水平的数据完整性并且潜在地还允许较细的线缆。

显然，线缆单元可仅包括电力或数据信道。

识别标签(RFID)或无线电单元可添加到线缆单元或连接器以用于识别和数据管理。

优选地，从用户视角，线缆单元应能够在两个方向上输送RF数据和电力。这(例如)在应用有源部件的情况下可能需要使用更多导线对。

图33示出线缆单元500在较低敏度场合中的使用，在此实例中是用于仅当需要改进RF性能(例如，在拥挤区域中)或出于供电或充电原因(即，针对移动用途，节省电池容量)时，连接测量模块30(或电池模块90)和中央处理单元20。测量模块可连接成链，以避免线缆混乱。

在图36中示意性地示出用于连接系统(具体来说，患者监护系统)中的装置以实现在其之间的数据和/或电力的无线交换的线缆单元500’的更详细的示意图。如上文所解释，线缆单元500’包括线缆510和布置在所述线缆的每一端处的连接器520、530。所述连接器中的每一个包括用于将数据传输到具有配对连接器的装置和/或从该装置接收数据的数据传输单元522、532，以及用于通过使用电感耦合将电力传输到系统的具有配对连接器的另一装置和/或从该另一装置接收电力的磁耦合单元521、531。

线缆单元500’进一步包括布置在线缆510的每一端处的(密封)壳体523、533，在壳体中布置有被布置在线缆的相应端的一个或多个连接器520、530。密封壳体优选地被配置成如在本文中公开的在其它装置的情形中的那样，以允许线缆单元500’堆叠到具有配对连接器的其它装置。

连接器及其元件可被配置成如上文相对于其它装置和其它实施例所解释的那样。这尤其适用于磁耦合单元521、531以及数据传输单元522、532，它们可被配置成如本文中所公开的，例如，如在图10到15或17到28中的任何一个中所示。

线缆单元500’可进一步包括用于对接收的数据进行数据处理、转换和/或存储的电子电路501。

另外，线缆单元500’(具体来说，每一连接器520、530)可如图16中所示地包括检测单元524、534以及控制单元525、535，该检测单元用于检测(相应连接器的)磁耦合单元和另一装置的磁耦合单元之间的磁耦合强度的，该控制单元用于在检测到的磁耦合高于第一阈值和/或其增加量高于第二阈值的情况下，将(相应连接器的)数据传输单元切换到低功率模式中和/或启用(相应连接器的)磁耦合单元，并且在检测到的磁耦合低于第三阈值和/或其减小量高于第四阈值的情况下，将(相应连接器的)数据传输单元切换到高功率模式和/或停用(相应连接器的)磁耦合单元。

作为替代性选项，线缆单元500’(尤其是每一连接器520、530)可包括接近性检测器526、536以及控制单元527、537，该接近性检测器用于检测另一装置的线缆单元的接近性(即，用于检测在其之间是否仅存在小空气间隙)，该控制单元用于在检测到装置接近于线缆单元的情况下，将(相应连接器的)相应的数据传输单元522、532切换到低功率模式中和/或启用(相应连接器的)磁耦合单元，并且在检测到没有装置接近于线缆单元的情况下，将(相应连接器的)数据传输单元切换到高功率模式中和/或停用(相应连接器的)磁耦合单元。此类接近性检测器和控制单元还可用于连接器的其它实施例和本文中公开的其它装置中。

可使用各种接近性检测方法，例如，接收到的信号强度指示(RSSI)方法，比如，标准蓝牙、低能耗蓝牙(BTLE)和Wi-Fi。接近性检测的其它示例方法包括差分方法，比如，超宽带(UWB)、使用(例如)红外线(IR)波长的光学方法、超声以及NFC。接近性检测方法(例如，IRDA、UWB和NFC)通常使用标准数据传输机制和专有数据传输机制。在示例中，接近性检测可在两个装置(例如)处于彼此的0.5mm+/-0.1mm的范围内时发生，而其它距离也可使用。

一般而言，可使用用于检测装置到另一装置的接近性的直接或间接手段。在可被检测为“接近”的两个装置之间的实际距离取决于(例如)磁设计；一个准则可以是磁耦合是否大于90％或优选地大于95％，或最终大于99％。在示例性设计中，使用约0.5mm+100μm(归因于2*0.25mm的塑料壳体)的磁距离，该距离可被理解为“紧密接近”。然而，根据具体设计和/或应用，可代之以使用其它距离。

最后，在每一壳体523、533a内，第二连接器540、550可被布置成用于同时将数据传输到两个装置和/或从两个装置接收数据，和/或用于同时将电力传输到两个装置和/或从两个装置接收电力。所述第二连接器540、550通常以与第一连接器520、530相同的方式被配置。

所提出的线缆单元可用于使测量模块和监护装置相互连接。如图20A和20C中示出的菊花链以及星形构造是可行的。线缆单元可横向地或竖直地、上下地或以其间具有第三部件的方式耦合。替代性地，分布式线缆单元可具有多个分支以使组件在物理上连接。

在下文中，将解释如本发明提出的装置的配对。

配对的第一选项是(例如)在将测量模块附接到人体期间手动执行配对。通过使装置在物理上彼此紧密接近，交换识别符，这实际上意味着所述装置被添加到装置的网络中，例如，添加到患者网络中。这在第一次附接测量模块和用于移动的患者期间是容易实现的。

连接次序通常是不重要的；网络的每个成员可(例如)在特定标准(如低能耗蓝牙(Bluetooth-LE))中经由主控装置沟通和更新网络状态。有关装置的视觉或听觉信息可指示其连接状态。例如，它可指示哪些装置被配对到患者网络中，且可指示与医院网络或(例如)移动的患者的患者监护器的RF连接性丢失。在此类情况下，患者网络需要(自动地或手动地)重新连接到另一无线电链接。

当满足两个条件时，关联机制启动：

1.增加水平的磁耦合，这可从次级线圈中的感生电压以及初级线圈中的电流或组件的谐振频率检测到。当满足此条件时，RF无线电开始彼此通信(可经由主控装置)。

2.当接收到的RF信号的强度也高于预定水平时，开始关联。替代性地，可将偏离的发射器天线阻抗(电压驻波比VSWR、反射波)包括在内作为额外检查，从而指示发射的信号的RF吸收情况。

重复这一机制切换(toggle)患者网络的成员身份，即主控装置知道具体患者的网络中的所有装置；它在加入和离开之间切换。可通过视觉、触觉或听觉致动器(例如，LED、显示器、蜂音器、蜂鸣器、振动器等)示出网络的成员身份。另外，机械开关或键盘代码可被用于迫使离开网络。

患者可具有包括患者-网络功能的膏贴(plaster)(作为额外标识)，并且具有定位装置，以使得测量器(或传感器)附接于正确患者的正确位置上。

配对的第二选项是通过使用图31中示出的线缆单元500使无法移动的(例如，OR或ICU)患者连接到患者网络。通过在短时间内在测量模块和监护装置之间连接线缆单元，磁耦合和RF振幅将增加到高于某一水平，这会触发配对机制。

配对的第三选项使用非接触式存储模块，其可被用作中间存储器以在患者网络中的部件之间传送识别符。这在图34中示出，图34示出根据本发明的包括存储模块95的系统14的第五实施例的示意图。通过使非接触式存储模块95紧密接近具有配对连接器的另一部件20或30，识别符被互换并且被用于更新患者网络。附加的机械按钮或接近性检测器可被用于触发交换。优选地，仅一个识别符可存储和传送，以避免歧义。

非接触式存储模块95可像测量模块一样具有笔、智能卡或小箱子的形状因数。与包括根据本发明的连接器的其它装置一样，除了存储元件98之外，它还包括磁耦合单元96和数据传输单元97(例如，无线电硬件)以耦合到具有配对连接器的其它装置。

配对的第四选项是使用附加的触发装置。可添加按钮或接近性检测器(例如，使用光学、磁、超声技术)以作为起始配对过程的条件。附加的触发装置作为稳健性的额外层一是有益的，以省略检测耦合水平的部件(例如，没有RF或磁耦合测量器)。另外，在笔状装置的情况下，RF天线和线圈可位于末端中；最大的耦合可低于用于触发关联过程的预定阈值。

在图37中示出装置600的更详细的示意图，该装置用于在该装置与系统(具体来说，患者监护系统)的另一装置之间进行数据和/或电力无线传输。所述装置600被配置成应用上述用于配对的方案并且包括用于存储该装置的唯一识别符的识别单元601和连接器602。所述连接器602包括：数据传输单元603，该数据传输单元被布置成用于将数据传输到系统的具有配对连接器的另一装置和/或从该述另一装置接收数据；磁耦合单元604，该磁耦合单元用于通过使用电感耦合将电力传输到系统的具有配对连接器的另一装置和/或从该另一装置接收电力；以及检测单元605，该检测单元用于检测该磁耦合单元与另一装置的配对连接器的磁耦合单元之间的磁耦合强度以及用于检测由该数据传输单元从其它装置的数据传输单元接收的数据的强度。

装置600进一步包括控制单元606，该控制单元用于在a)接收到的数据的所检测的强度高于数据强度阈值和/或其增加量高于数据强度增加量阈值，以及b)所检测的磁耦合高于磁耦合阈值和/或其增加量高于磁耦合增加量阈值的情况下，控制数据传输单元603将装置的唯一识别符传输到其它装置和/或接收其它装置的唯一识别符。

装置600可进一步包括用于存储由数据传输单元接收的其它装置的唯一识别符的存储单元607。

控制单元606可被配置成在a)接收到的数据的所检测的强度高于数据强度阈值和/或其增加量高于数据强度增加量阈值，以及b)所检测到的磁耦合高于磁耦合阈值和/或其增加量高于磁耦合增加量阈值的情况下，控制数据传输单元附加地传输存储于存储单元中的其它装置的唯一识别符和/或接收其它装置的唯一识别符。

检测单元605可被配置成检测阻抗、谐振频率和/或感生电压以用于检测磁耦合的强度，和/或检测数据传输单元的天线的信号强度和/或天线阻抗以用于检测接收到的数据的强度。磁耦合的强度通常称为磁耦合因数k(0<＝k<＝1)。

如果部件已经连接，则这从电力和强RF信号的可获得性可清楚地得知。可通过使用轮询机制检测新部件的附接，以检查磁耦合(以及任选地，用于数据传输的RF信号)的增加量。可由相反过程来执行部件断开连接的检测：通过使用(例如)阻抗、谐振频率和/或感生电压(以及任选地，RF信号的)来测量磁耦合强度的减小量的轮询机制。任选地，可另外测量RF信号的强度。

一般地，唯一识别符的第一次传输被解释为使装置与系统耦合的请求，且唯一识别符的第二次传输被解释为使装置与系统解耦的请求。

该装置可进一步包括指示器608，具体来说，视觉、触觉或听觉指示器，用于指示该装置与系统的耦合的耦合状态。

另外，该装置可包括用户接口609，用于使用户能够发起唯一识别符或耦合请求信息或解耦请求消息的传输。

另外，该装置可包括接近性检测器610，该接近性检测器用于检测该装置到其它装置的接近性，其中所述控制单元在附加地检测到该装置到其它装置的接近性的情况下，控制数据传输单元将该装置的唯一识别符传输到其它装置和/或接收其它装置的唯一识别符。接近性检测器可被配置成如上文关于其它实施例所解释的那样。

连接器602及其元件可被配置成如上文关于其它装置和其它实施例所解释的那样。这尤其适用于磁耦合单元604和数据传输单元603，它们可被配置成如本文中公开的那样，例如，如在图10到15或17到28中的任何一个中所示。

最后，装置600可进一步包括用于产生和/或接收数据的数据单元611，以及/或用于供应和/或消耗电力的电力单元612。

本发明的一个主要优点是提供了一种大体上可服务于所有患者监护应用的通用方案，这是努力实现成本降低的关键因素。另外的优点是模块化以及对用于无线测量的现有连接性标准的直接遵从。

本发明的应用不限于患者监护，而是可扩展到使连接到(例如)汽车或畜牧业(连接到多头奶牛的中央挤奶机器)中的共同实体的相互隔离的模块(传感器、致动器)。另外，本发明不限于明确公开的天线或线圈的类型、形状和数目，它们应被理解为仅是示例。所公开的实施例中使用的部件还可被配置为遵从Qi标准或其它无线电力标准，并且在从技术视角是可能的情况下，遵从Qi标准的标准部件也可被用于根据本发明的单个部件。另外，装置可包括用于竖直和水平堆叠的装置并且包括用于在相应方向上耦合的对应耦合装置，即装置可(例如)包括如图25A和26A中示出的连接器的组合。

尽管已经在附图和前述描述中详细图示并描述了本发明，这样的图示和描述被认为是图示性或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、说明书和所附的权利要求，本领域技术人员在实践所主张的本发明时，能够理解并实现对所公开实施例的其他变型。另外，元件和配置中的一些或更多个还用在其它组成和其它装置中。

在权利要求书中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。单个元件或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。事实上，在互不相同的从属权利要求中记载某些措施并不表示这些措施的组合不能被用于获益。

在权利要求中的任何附图标记不应被解释为对范围的限制。

Claims

1.一种可堆叠连接器，所述连接器用于在系统的包括此类连接器的分离的装置之间进行电力无线传输，所述分离的装置包括此类连接器，所述连接器包括：

-壳体(301，407)，以及

-磁耦合单元(302)，所述磁耦合单元被布置在所述壳体(301，407)内，用于通过使用电感耦合将电力传输到所述系统的具有配对连接器的另一装置和/或从所述另一装置接收电力，所述磁耦合单元包括：

-通量集中器(303，401，411，432，442)，所述通量集中器的至少一部分具有U字形横截面，所述U字形横截面在U字的支腿之间形成凹部(304，402，412，422，437，447)，

-第一线圈(305，417，431)，所述第一线圈被布置在所述通量集中器的所述凹部内，以及

-第二线圈(306，427，441)，所述第二线圈被布置在其中布置有所述第一线圈(305，417，431)的所述凹部的外侧，

其中，所述壳体(301，407)被布置成允许连接器上下堆叠，使得所述连接器(300，400，410，430)的所述第一线圈(305，417，431)和堆叠在所述连接器上的另一连接器的第二线圈被相应的连接器的所述通量集中器的材料包围并一起形成用于在两者之间进行感应电力传输的变压器，和/或所述连接器(300，400，410，430)的所述第二线圈(306，427，441)和堆叠在所述连接器(300，400，410，430)上的另一连接器(300a)的第一线圈(305a)被相应的连接器的所述通量集中器的材料包围并一起形成用于在两者之间进行感应电力传输的变压器。

2.根据权利要求1所述的可堆叠连接器，

其中，所述磁耦合单元(302)被对称地布置。

3.根据权利要求2所述的可堆叠连接器，

其中，所述磁耦合单元(302)被旋转对称地布置。

4.根据权利要求1所述的可堆叠连接器，

其中，所述通量集中器(303)具有U字形横截面，所述U字形横截面在所述U字的支腿之间形成一个凹部，所述第一线圈(305)被布置在所述凹部中，且所述第二线圈(306)与所述第一线圈(305)被布置成沿竖直方向上下布置。

5.根据权利要求4所述的可堆叠连接器，

其中，所述第二线圈(306)被布置在形成于所述壳体(301)的第一表面上的壳体突出部(314)中，所述壳体突出部(314)具有允许其插入到形成于所述壳体的与所述第一表面相反的第二表面中的壳体沟槽(304a)的宽度。

6.根据权利要求5所述的可堆叠连接器，

其中，所述壳体沟槽是所述凹部。

7.根据权利要求1所述的可堆叠连接器，

其中，所述通量集中器(401)具有H字形横截面，所述H字形横截面在所述H字的支腿的第一端之间形成第一凹部(402)，所述第一线圈(305)被布置在所述第一凹部中，且在所述H字的所述支腿的其它端之间形成第二凹部(403)，所述第二线圈(306)被布置在所述第二凹部中。

8.根据权利要求7所述的可堆叠连接器，

其中，所述壳体(407)被布置成呈板的形式，所述板具有第一主表面(409)以及与所述第一主表面相反且平行地布置的第二主表面(408)，且所述第一线圈(305)被布置成邻近所述第一主表面(409)，所述第二线圈(306)被布置成邻近所述第二主表面(408)。

9.根据权利要求7所述的可堆叠连接器，

其中，所述H字形通量集中器(421)的两个支腿(414，415，424，425)被布置成彼此相邻或整体地形成。

10.根据权利要求7所述的可堆叠连接器，

其中，所述H字的所述支腿(414，415，424，425)之间的横向接合部被分成两个接合元件(419，429)，屏蔽件(418)垂直于所述H字的所述支腿布置在所述两个接合元件之间。

11.根据权利要求1所述的可堆叠连接器，

其中，所述耦合单元包括两个通量集中器(432，442)，所述通量集中器各自具有至少部分U字形的横截面，所述至少部分U字形的横截面在所述U字的所述支腿之间形成凹部(437，447)，其中所述第一线圈(431)被布置在第一通量集中器(432)的凹部(437)内，且所述第二线圈(441)被布置在第二通量集中器(442)的凹部(447)内。

12.根据权利要求11所述的可堆叠连接器，

其中，所述第一通量集中器(432)和所述第二通量集中器(442)被布置在相对的区域中且邻近所述壳体(439)的同一表面。

13.根据权利要求1所述的可堆叠连接器，

其中，所述连接器进一步包括数据传输单元(307，308)，所述数据传输单元被布置成用于通过使用RF传输、光学传输、电容耦合或近场通信，将数据传输到所述系统的具有配对连接器的另一装置和/或从所述另一装置接收数据。

14.根据权利要求13所述的可堆叠连接器，

其中，所述连接器进一步包括承载件(312)，所述数据传输单元包括RF天线(307)以及用于驱动所述RF天线和/或获得由所述RF天线接收的RF信号的RF电路(308)。

15.根据权利要求14所述的可堆叠连接器，

其中，所述RF天线(307)被成形为呈平面倒置的F字、平面折叠的偶极子、带或环的形式。

16.根据权利要求15所述的可堆叠连接器，

其中，所述平面折叠的偶极子是呈彼此连接的两个开环形式的平面折叠的偶极子。

17.根据权利要求14所述的可堆叠连接器，

其中，每个通量集中器设置一个RF天线(307)，所述RF天线被布置成围绕相应的所述通量集中器的外部前表面或在相应的所述通量集中器的内部前表面的内侧。

18.根据权利要求1所述的可堆叠连接器，

其中，所述系统是患者监护系统。

19.一种用于电力无线传输的装置，所述装置用于在所述装置与另一装置之间进行电力无线传输，所述装置包括：

-用于供应和/或消耗电力的电力单元(37，91，309)，

-根据权利要求1所述的连接器(300，400，430)，所述连接器用于将由所述电力单元供应的电力传输到另一装置和/或用于接收由另一装置供应的电力。