DE10123151B4

DE10123151B4 - Device for subcutaneous transmission of energy or data

Info

Publication number: DE10123151B4
Application number: DE10123151A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Heinze; Tobias Merkel
Original assignee: Berlin Heart GmbH
Current assignee: Berlin Heart GmbH
Priority date: 2001-05-03
Filing date: 2001-05-03
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2021-05-04
Also published as: DE10123151A1; CN1462455A; WO2002091399A1

Abstract

Vorrichtung zur subkutanen Übertragung von Energie und/oder Daten durch induktive Kopplung, bestehend aus einem Primärspulensystem und einem Sekundärspulensystem, die mit Kernmaterialien kombiniert sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigphase, die aus in einem Lösungsmittel dispergierten Magnetteilchen besteht, als Kernmaterial mit den Spulensystemen kombiniert ist.contraption for subcutaneous transmission of energy and / or data by inductive coupling, consisting of a primary coil system and a secondary coil system, which are combined with core materials, characterized that a liquid phase, made in a solvent dispersed magnetic particles, as a core material with the coil systems combined.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur subkutanen Übertragung von Energie und/oder Daten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a device for subcutaneous transmission of energy and / or data according to the generic term of claim 1

Vorrichtungen zur drahtlosen Energie- und Datenübertragung sind bekannt. Hierbei werden Spulensysteme induktiv gekoppelt, die bei entsprechender Auslegung relativ große Energiemengen übertragen können. Im Hinblick auf die optimale Ausbildung eines Magnetfeldes ist es zweckmäßig, wenn die Kernmaterialien der Spulensysteme aus einem nichtelektrischen Werkstoff gefertigt sind bzw. wenn ein ferritischer Werkstoff eingesetzt wird.devices for wireless power and data transmission are known. in this connection Coil systems are inductively coupled, the corresponding at Interpretation relatively large Transfer of energy can. With regard to the optimal formation of a magnetic field, it is expedient if the Core materials of the coil systems of a non-electrical material are manufactured or when a ferritic material is used.

Die US 6 032 076 zeigt eine Anordnung mit einer Primär- und einer Sekundärspule mit einem magnetischen festen Kern, bei welchem die erste Spule innerhalb einer Intestinalschleife um den Kern herum angeordnet ist und die Sekundärspule außerhalb der Intestinalschleife um den Kern angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, Energie von der Primär zur Sekundärspule zu übertragen bzw. umgekehrt.The US Pat. No. 6,032,076 shows an arrangement with a primary and a secondary coil with a magnetic solid core, wherein the first coil is disposed within an intestinal loop around the core and the secondary coil is disposed outside the intestinal loop around the core. This makes it possible to transfer energy from the primary to the secondary coil or vice versa.

Der Einsatz so genannter Weicheisenmaterialien ist dabei von besonderem Vorteil aufgrund einer geringen Hysterese. Für eine Anwendung in der Medizintechnik muss die Konstruktion solcher Koppelsysteme besondere Anforderungen erfüllen.Of the Use of so-called soft iron materials is of particular importance Advantage due to low hysteresis. For an application in medical technology The design of such coupling systems has special requirements fulfill.

Hauptunterschied zu den an sich bekannten technischen Systemen ist neben der verhältnismäßig geringen zu übertragenden Leistung die Limitierung der Feldstärke im Übertra gungsbereich, das heißt im Bereich des Körpergewebes. Hier sind nur einige Millitesla (mT) zulässig. Ebenso ist eine Abstrahlung auf umliegende Gewebebereiche nicht zulässig. Des Weiteren begrenzt die maximal zulässige Erwärmung des Systems ebenfalls die Systemauslegung. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, großflächige dünne Spulensysteme zu schaffen, die möglichst leicht gebaut sind.Main difference to the known technical systems is next to the relatively small to be transferred Performance is the limitation of the field strength in the transmission range, ie in the range of the body tissue. Only a few millitesla (mT) are allowed here. Likewise is a radiation not allowed on surrounding tissue areas. Furthermore limited the maximum allowable Warming of the Systems also the system design. Hence the need to large-area thin coil systems to create the best possible are easily built.

Eine weitere Forderung ergibt sich aus den Einsatzbedingungen direkt an der Haut und das Erfordernis, die Spulensysteme flexibel auszulegen. Da die üblicherweise eingesetzten gesinterten Ferrite sehr hart und spröde sind, ist diese Forderung nicht mit Ferriten realisierbar, die zudem in kleinen Serien sehr unwirtschaftlich herzustellen sind.A Another requirement arises directly from the conditions of use on the skin and the need to design the coil systems flexible. As the usual used sintered ferrites are very hard and brittle, this requirement is not feasible with ferrites, which also in small series are very uneconomical to produce.

Die US 5 948 006 offenbart eine Vorrichtung zur transkutanen Übertragung von Energie und/oder Daten. Dabei werden zwei flexible, pflasterartige Vorrichtungen jeweils an der Außenseite bzw. der Innenseite der Haut befestigt. Die pflasterartige Vorrichtung, welche außen angebracht ist, wird mit externer Energie versorgt und überträgt diese über induktive Kopplungen an die pflasterartige Vorrichtung, welche sich an der Innenseite der Haut befindet. Dadurch ist es möglich, ohne größere medizinische Eingriffe, eine stete Energieversorgung für ein internes medizinisches Gerät herzustellen.The US 5,948,006 discloses a device for transcutaneous transmission of energy and / or data. In this case, two flexible, plaster-like devices are each attached to the outside or the inside of the skin. The plaster-like device, which is externally mounted, is supplied with external energy and transmits it via inductive couplings to the plaster-like device, which is located on the inside of the skin. This makes it possible, without major medical intervention, to produce a steady supply of energy for an internal medical device.

In der WO 00/01442 ist eine Vorrichtung zur transkutanen Energieübertragung beschrieben, die ebenfalls ferritische Sintermaterialien als Kernmaterialien verwendet. Die hier beschriebenen Materialien sind nur bedingt für diese geforderte Zwecke einsetzbar.In WO 00/01442 is a device for transcutaneous energy transmission also described the ferritic sintered materials as core materials used. The materials described here are only conditionally for this used for required purposes.

Eine Weiterentwicklung gegenüber festen magnetischen Kernmaterialien ist die Entwicklung magnetischer Flüssigkeiten, wie beispielsweise in der US 1 494 070 beschrieben. Weiterhin ist aus der US 2 939 673 bekannt, dass mit Hilfe von magnetischen Flüssigkeiten flexible elektromechanische Elemente hergestellt werden können.A further development over solid magnetic core materials is the development of magnetic fluids, such as in the US 1 494 070 described. Furthermore, from the US 2,939,673 It is known that flexible electromechanical elements can be produced by means of magnetic fluids.

Die Zusammensetzung und Beschaffenheit magnetischer Flüssigkeiten hat sich zu einem eigenen Forschungszweig entwickelt und wird insbesondere im Hinblick auf medizinische Applikationen intensiv betrieben. So ist beispielsweise in der DE 196 54 864 A1 eine Magnetflüssigkeit beschrieben, bei welcher von magnetischen Teilchen im Nanometerbereich von beschichteten Teilchen die Rede ist, welche sich gut für medizinische Zwecke eignen. Auch wird mit Hilfe dieser Teilchen ein bestimmtes Volumenverhältnis zwischen Flüssigkeit und Magnetteilchen geschaffen, so dass sich die Viskosität der magnetischen Flüssigkeit variieren lässt.The composition and nature of magnetic fluids has evolved into a field of research in its own right and is being intensively pursued, especially with regard to medical applications. For example, in the DE 196 54 864 A1 describes a magnetic fluid in which magnetic particles in the nanometer range of coated particles is mentioned, which are well suited for medical purposes. Also, with the help of these particles, a certain volume ratio between liquid and magnetic particles is created, so that the viscosity of the magnetic fluid can be varied.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kernmaterialien in induktiv arbeitenden Koppelsystemen zur subkutanen Energie- und Datenübertragung einzusetzen, die eine hohe Flexibilität der Spulensysteme bei einer Erhöhung des Wirkungsgrades aufweisen.Of the Invention is based on the object, core materials in inductive use working coupling systems for subcutaneous energy and data transmission, the high flexibility the coil systems at an increase have the efficiency.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1.The solution The object is achieved with the characterizing part of the claim 1.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen offenbart.advantageous Further developments are disclosed in the subclaims.

Die erfindungsgemäß eingesetzten Flüssigphasen aus magnetischen Flüssigkeiten weisen insbesondere bei der Anwendung geringer Arbeitsfeldstärke nahezu ideale Eigenschaften auf. Sie besitzen eine sehr hohe Permeabilität (μr = 500 – 800) bei einer elektrischen Leitfähigkeit von 0 und sie sind als Flüssigkeit nahezu in jeder beliebigen Viskosität verfügbar.The used according to the invention liquid phase from magnetic fluids especially near the application of low working field strength ideal properties. They have a very high permeability (μr = 500 - 800) at an electrical conductivity from 0 and they are as liquid available in almost any viscosity.

Die Kapselung der Magnetofluide kann vorteilhafterweise mit für Flüssigkeiten dieser Art dichten flexiblen Membranen erfolgen. Dadurch wird eine hohe Flexibilität und Anpassungsfähigkeit der Vorrichtung erreicht.The encapsulation of the magnetofluids can advantageously be carried out with flexible membranes that are dense for liquids of this type. This gives a high flexibility and adaptability of the Vor direction.

Magnetische Flüssigkeiten sind stabile Dispersionen mit superparamagnetischen Eigenschaften. Die in dieser Dispersion als disperse Phase enthaltenen Feststoffteilchen sedimentieren weder im Erdschwere- noch im Magnetfeld.magnetic liquids are stable dispersions with superparamagnetic properties. The solid particles contained in this dispersion as a disperse phase neither sediment in the earth's gravity nor in the magnetic field.

Die erfindungsgemäß eingesetzten magnetischen Flüssigkeiten bestehen im Wesentlichen aus drei Komponenten. Die disperse magnetische Komponente, die Magnetteilchen, sind Feststoffteilchen aus ferro- oder ferrimagnetischen Materialien, die eine Größe von ca. 3 – 100 nm aufweisen. Die als Nanometerteilchen vorliegende disperse Phase wird durch grenzflächenaktive Stoffe stabilisiert. In den hier als Lösungsmittel bezeichneten Dispersionsmittel sind die Nanometerteilchen homogen und stabil verteilt. Die eingesetzten, der Stabilisierung dienenden grenzflächenaktiven Stoffe weisen amphiphile, hydrophile als auch lipophile Eigenschaften auf, so dass das Lösungsmittel sowohl polare als auch unpolare Eigenschaften aufweisen kann.The used according to the invention magnetic fluids consist essentially of three components. The disperse magnetic Component, the magnetic particles, are solid particles of ferromagnetic or ferrimagnetic materials having a size of about 3 - 100 nm exhibit. The disperse phase present as nanometer particles is characterized by surface-active Stabilized substances. In the here referred to as solvent dispersants the nanometer particles are homogeneously and stably distributed. The used, Stabilizing surfactants have amphiphilic, hydrophilic as well as lipophilic properties, so that the solvent can have both polar and nonpolar properties.

Als Magnetteilchen werden häufig Maghemit, Magnetit oder Mischoxide wie Kobaltferrit oder Mangan-Zink ferrit eingesetzt. zur Viskositätsregulierung können die Flüssigphasen zusätzlich viskositätsverändernde Stoffe wie z.B. Polymere enthalten.When Magnetic particles become common Maghemite, magnetite or mixed oxides such as cobalt ferrite or manganese zinc ferrite used. for viscosity regulation can the liquid phases additionally rheology modifiers Fabrics such as e.g. Contain polymers.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.The The invention is explained in more detail below with reference to a drawing.

Es zeigenIt demonstrate

1 einen prinzipiellen Aufbau eines offenen Koppelsystems in schematischer Darstellung und 1 a basic structure of an open coupling system in a schematic representation and

2 einen prinzipiellen Aufbau eines geschlossenen Koppelsystems in schematischer Darstellung. 2 a basic structure of a closed coupling system in a schematic representation.

Die in 2 dargestellte Ausführungsform ist ein geschlossenes, mit einem Topfkern vergleichbares System. Hiermit ist eine Erfüllung aller vorteilhaften Bedingungen möglich, das heißt, die erfindungsgemäße Vorrichtung ist als flexibles, großflächiges und dünnes System mit einem hohen Wirkungsgrad und geringem Streufeld realisierbar.In the 2 illustrated embodiment is a closed, comparable to a pot core system. Hereby, a fulfillment of all advantageous conditions is possible, that is, the device according to the invention can be realized as a flexible, large-area and thin system with a high efficiency and low stray field.

Die erfindungsgemäße Ausbildung als flexibles, sehr flaches Kissen ist nur unter der Nutzung der erfindungsgemäß eingesetzten Flüssigphase aus Magnetteilchen erreichbar.The inventive training as a flexible, very flat cushion is only under the use of the invention used liquid phase accessible from magnetic particles.

Claims

Device for the subcutaneous transmission of energy and / or data by inductive coupling, consisting of a primary coil system and a secondary coil system combined with core materials, characterized in that a liquid phase consisting of magnetic particles dispersed in a solvent combined as core material with the coil systems is.

Device according to claim 1, characterized in that that the liquid phase a magnetic fluid is.

Device according to Claim 1 or 2, characterized that the magnetic particles have a size of 5-100 nm exhibit.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized that the solvents organic and / or inorganic solvents.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized the magnetic particles have stabilization layers on their surface exhibit.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized the stabilization layers contain surface-active substances.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized that the magnetic particles maghemite, magnetite or mixed oxides such as cobalt ferrite or Manganese zinc ferrite and metallic iron and cobalt.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized that the solvents viscosity regulators additions contain.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized that the viscosity-regulating additions Polymers are.

Device according to one of claims 1 to 9, characterized that the liquid phase up contains up to 35% by volume of magnetic particles.

Device according to one of claims 1 to 10, characterized that the liquid phase with the coil systems is encapsulated.

Device according to one of claims 1 to 11, characterized that the encapsulant is a dense flexible membrane.