DE102015112098A1

DE102015112098A1 - Spulenparameter und Steuerung

Info

Publication number: DE102015112098A1
Application number: DE102015112098.4A
Authority: DE
Inventors: Vlad BLUVSHTEIN; Lori LUCKE
Original assignee: Minnetronix Inc
Current assignee: Minnetronix Inc
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2016-01-28
Also published as: US20160022889A1; US10898628B2; US10149933B2; US20190111198A1

Abstract

Vorliegende Ausführungsformen sind auf das Messen und Berechnen von Parametern zur Steuerung und Überwachung einer Leistungsübertragung in einem implantierten, medizinischen Gerät gerichtet. Das medizinische Gerät kann in einer Versuchsperson implantiert werden und umfasst typischerweise ein künstliches Herz oder ventrikuläres Herzunterstützungssystem. Das System misst Parameter und nutzt die Parameter, um einen Kopplungsfaktor für Spulen zu berechnen, die Strom zwischen einer externen Primärwicklung und einer implantierten Sekundärwicklung übertragen. Das System nutzt den berechneten Kopplungsfaktor, um Wärmefluss abzuschätzen, der in dem System erzeugt wird. Basierend auf der erfassten Höhe des Wärmeflusses kann das System Alarmsignale ausgeben, um die Versuchsperson zu warnen oder Vorgänge zu steuern, um die Auswirkungen des Wärmeflusses abzuschwächen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung erhebt Anspruch nach 35 USC § 119(e) auf den Nutzen der am 25. Juli 2014 eingereichten, vorläufigen US-Patentanmeldung, Nr. 62/029 333, und der am 14. April 2015 eingereichten, vorläufigen US-Patentanmeldung, Nr. 62/147 402. Der komplette Inhalt jeder dieser früher eingereichten, vorläufigen Anmeldungen ist durch Verweis, als ob hier vollständig offen gelegt, enthalten.
TECHNISCHES GEBIET
Die hier beschriebene Technologie betrifft Systeme und Verfahren zur Messung und Berechnung von Parametern, um eine Leistungsübertragung in einem implantierten medizinischen Gerät zu steuern und zu überwachen.
HINTERGRUND
Gegenwärtig besteht die Notwendigkeit, implantierten medizinischen Geräten wie künstlichen Herzen und ventrikulären Herzunterstützungssystemen elektrische Leistung zuzuführen. Es ist möglich, Leistung nicht invasiv mittels elektromagnetischer Energie zuzuführen, die durch die Haut übertragen wird. Jedoch können Probleme bezogen auf die implantierte Sekundärwicklung auftreten, die Leistung von der externen Primärwicklung aufnimmt. Speziell kann die Sekundärwicklung die Person infolge unbeabsichtigter, nicht optimaler Kopplung einschließlich möglicherweise Überkopplung oder Unterkopplung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung aufheizen und verletzen. Weil die Sekundärwicklung implantiert und somit relativ unzugänglich ist, kann ein Problem auftreten und eine Verletzung verursachen, bevor der Benutzer oder das System das Problem erkennen. Systeme im Stand der Technik bringen es nicht fertig, Mechanismen zur Verfügung zu stellen, um sich diesen und anderen Problemen zuzuwenden, die eine Übertragung von elektromagnetischer Energie an implantierte, medizinische Geräte betreffen. Hier wendet man sich diesen und anderen Mängeln des Stands der Technik zu.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegenden Ausführungsformen sind auf das Messen und Berechnen von Parametern gerichtet, um eine Leistungsübertragung in einem implantierten, medizinischen Gerät zu steuern und zu überwachen. Das medizinische Gerät kann in einem Patienten implantiert sein und ein künstliches Herz oder ventrikuläres Herzunterstützungssystem einschließen. Das System misst die Parameter und nutzt sie, um einen Kopplungsfaktor für Spulen zu berechnen, die Leistung zwischen einer externen Primärwicklung und einer implantierten Sekundärwicklung übertragen. Das System nutzt den berechneten Kopplungsfaktor zum Abschätzen des Wärmeflusses, der in dem System erzeugt wird. Basierend auf dem detektierten, ausgeglichenen Wärmefluss kann das System Alarmsignale ausgeben, die den Patienten warnen oder Aktionen steuern, um die Wirkungen des Wärmeflusses abzuschwächen.
In einem Ausführungsbeispiel ist die vorliegende Offenlegung auf ein Verfahren zum Überwachen von Leistungsübertragung zwischen Primärseite und Sekundärseite eines transkutanen Energieübertragungssystems gerichtet, welches Messen mindestens eines Zustandsparameters des Systems, Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Zustandsparameter und Durchführen einer auf den Berechnungen basierenden Steuerungsoperation umfasst.
In einigen Ausführungen enthält der mindestens eine Zustandsparameter des Systems einen Regelzeitsteuerungsparameter.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Regelzeitsteuerungsparameters das Messen eines Primärstromsignals, das die zeitliche Steuerung der Spannungsregelung auf der Sekundärseite anzeigt.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Regelzeitsteuerungsparameters das Messen eines Primärspulen-Spannungssignals, das die zeitliche Steuerung der Spannungsregelung auf der Sekundärseite anzeigt.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Regelzeitsteuerungsparameters das Messen eines Primärkondensator-Spannungssignals, das die zeitliche Steuerung der Spannungsregelung auf der Sekundärseite anzeigt.
In einigen Ausführungen umfasst der zumindest eine Systemzustandsparameter ein Primärstromsignal.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Primärstromsignals das Messen eines Stroms auf der Primärseite durch die Funktion einer in Reihe mit einer Primärspule angeordneten Strommesssonde.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Primärstromsignals das Messen einer Spannung über einer Primärspule.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Primärstromsignals das Messen einer Spannung über einem Primärspulenkondensator.
In einigen Ausführungen umfasst das Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Zustandsparameter des Systems die Berechnung eines Kopplungsfaktors.
In einigen Ausführungen umfasst das Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Systemzustandsparameter eine erste Berechnung des Primärspulen-Wärmeflusses und eine zweite Berechnung der Primärspulentemperatur.
In einigen Ausführungen umfasst das Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Systemzustandsparameter eine erste Berechnung eines Kopplungsfaktors, eine zweite Berechnung des Sekundärspulenstroms, eine dritte Berechnung des Sekundärspulenwärmeflusses und eine vierte Berechnung der Sekundärspulentemperatur.
In einigen Ausführungen umfasst die Steuerungsoperation das Steuern der Eingangsspannung basierend auf dem Kopplungsfaktor.
In einigen Ausführungen umfasst die Steuerungsoperation eine Steuerung des Sekundärspulenstroms, um den sekundären Wärmefluss basierend auf der Berechnung des Sekundärspulenwärmeflusses zu steuern.
In einigen Ausführungen umfasst die Steuerungsoperation eine Steuerung des Sekundärspulenstroms, um die Sekundärtemperatur basierend auf einer Berechnung der Sekundärspulentemperatur zu steuern
In einigen Ausführungen umfasst die Steuerungsoperation eine Steuerung des Primärspulenstroms, um einen primären Wärmefluss basierend auf einer Berechnung des Primärspulenwärmeflusses zu steuern.
In einigen Ausführungen umfasst die Steuerungsoperation eine Steuerung des Primärspulenstroms, um eine Primärtemperatur basierend auf einer Berechnung der Primärspulentemperatur zu steuern.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die vorliegende Offenlegung auf ein Verfahren zur Überwachung von Leistungsübertragung zwischen einer Primärseite und einer Sekundärseite eines transkutanen Energieübertragungssystems gerichtet, welches das Messen mindestens eines Systemzustandsparameters, das Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Zustandsparameter und Erzeugen eines Ausgangs basierend auf den Berechnungen umfasst.
In einigen Ausführungen schließt der mindestens eine Systemzustandsparameter einen Regelungszeitparameter ein.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Regelzeitsteuerungsparameters das Messen eines Primärstromsignals, das die zeitliche Steuerung der Spannungsregelung auf der Sekundärseite anzeigt.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Regelzeitsteuerungsparameters das Messen eines Primärspulenspannungssignals, das die zeitliche Steuerung der Spannungsregelung auf der Sekundärseite anzeigt.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Regelzeitsteuerungsparameters das Messen eines Primärkondensatorspannungssignals, das die zeitliche Steuerung der Spannungsregelung auf der Sekundärseite anzeigt.
In einigen Ausführungen umfasst der zumindest eine Systemzustandsparameter ein Primärstromsignal.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Primärstromsignals das Messen eines Stroms durch die Funktion einer in Reihe mit einer Primärspule angeordneten Strommesssonde.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des zumindest einen Systemzustandsparameters das Bestimmen der Primärspannung.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Primärstromsignals das Messen einer Spannung über einer Primärspule.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Primärstromsignals das Messen einer Spannung über einem Primärkondensator.
In einigen Ausführungen umfasst Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Systemzustandsparameter die Berechnung eines Kopplungsfaktors.
In einigen Ausführungen umfasst Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Systemzustandsparameter eine Berechnung des Primärspulenwärmeflusses.
In einigen Ausführungen umfasst Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Systemzustandsparameter eine erste Berechnung eines Kopplungsfaktors, eine zweite Berechnung des Sekundärspulenstroms und eine dritte Berechnung des Sekundärspulenwärmeflusses.
In einigen Ausführungen umfasst Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Systemzustandsparameter eine erste Berechnung eines Kopplungsfaktors, eine zweite Berechnung des Sekundärspulenstroms und eine dritte Berechnung des Sekundärspulenwärmeflusses.
In einigen Ausführungen umfasst Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Systemzustandsparameter die erste Berechnung eines Kopplungsfaktors, eine zweite Berechnung des Sekundärspulenstroms, eine dritte Berechnung des Sekundärspulenwärmeflusses und eine vierte Berechnung der Sekundärspulentemperatur.
In einigen Ausführungen umfasst der Ausgang eine Unterstützung zur Anordnung und Ausrichtung der externen Spule basierend auf dem berechneten Kopplungsfaktor.
In einigen Ausführungen umfasst der Ausgang das Entkoppeln von Anzeigen auf der Basis des berechneten Kopplungsfaktors.
In einigen Ausführungen umfasst der Ausgang Wärmeflussanzeigen auf der Basis des berechneten primären Wärmeflusses.
In einigen Ausführungen umfasst die Ausgabe Temperaturanzeigen auf der Basis der berechneten Primärtemperatur.
In einigen Ausführungen umfasst die Ausgabe Wärmeflussanzeigen auf der Basis des berechneten sekundären Wärmeflusses.
In einigen Ausführungen umfasst die Ausgabe Temperaturanzeigen auf der Basis der berechneten Sekundärtemperatur.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die vorliegende Offenlegung auf ein tragbares, externes Gerät für ein mechanisches Kreislaufunterstützungssystem (MSC) gerichtet, das ein Gehäuse, eine mit dem Gehäuse entfernbar verbundene Batterie und ein in dem Gehäuse angeordneten Leistungsmodul umfasst, das durch die Batterie gespeist wird und so gestaltet ist, dass elektrische Leistung über eine Hautbegrenzung drahtlos an eine implantierbare Pumpe zu übertragen.
In einigen Ausführungen ist das Modul so gestaltet, dass mindestens ein Systemzustandsparameter gemessen wird, Berechnungen mittels der gemessenen Zustandsparameter durchgeführt werden und eine Steuerungsoperation auf der Basis der Berechnungen durchgeführt wird.
In einigen Ausführungen umfasst der zumindest eine Systemzustandsparameter einen Regelungszeitparameter.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Regelzeitsteuerungsparameters das Messen eines primären Stromsignals, das die zeitliche Steuerung der Spannungsregelung auf der Sekundärseite anzeigt.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Regelzeitsteuerungsparameters das Messen eines Primärspulenspannungssignals, das die zeitliche Steuerung der Spannungsregelung anzeigt.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Regelzeitsteuerungsparameters das Messen eines primären Kondensatorspannungssignals, das die zeitliche Steuerung der Spannungsregelung auf der Sekundärseite anzeigt.
In einigen Ausführungen umfasst der zumindest eine Systemzustandsparameter ein Primärstromsignal.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Primärstromsignals das Messen eines Stroms auf der Primärseite durch die Funktion einer in Reihe mit einer Primärspule angeordneten Strommesssonde.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Primärstromsignals das Messen einer Spannung über einer Primärspule.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Primärstromsignals das Messen einer Spannung über einem Primärkondensator.
In einigen Ausführungen umfasst Durchführen von Berechnungen mittels der gemessenen Systemzustandsparameter die Berechnung eines Kopplungsfaktors.
In einigen Ausführungen umfasst Durchführen von Berechnungen mittels der gemessenen Systemzustandsparameter eine erste Berechnung des primären Wärmeflusses und eine zweite Berechnung der Primärspulentemperatur.
In einigen Ausführungen umfasst Durchführen von Berechnungen mittels der gemessenen Systemzustandsparameter eine erste Berechnung des Kopplungsfaktors, eine zweite Berechnung des Sekundärspulenstroms, eine dritte Berechnung des Sekundärspulenwärmeflusses und eine vierte Berechnung der Sekundärspulentemperatur.
In einigen Ausführungen umfasst die Steuerungsoperation das Steuern einer Eingangsspannung auf der Basis des Kopplungsfaktors.
In einigen Ausführungen umfasst die Steuerungsoperation eine Steuerung des Sekundärspulenstroms, um den sekundären Wärmefluss auf der Basis einer Berechnung des Sekundärspulenwärmeflusses zu steuern.
In einigen Ausführungen umfasst die Steuerungsoperation eine Steuerung des Sekundärspulenstroms, um eine Sekundärtemperatur auf der Basis einer Berechnung der Sekundärspulentemperatur zu steuern.
In einigen Ausführungen umfasst die Steuerungsoperation eine Steuerung des Primärspulenstroms, um den primären Wärmefluss auf der Basis einer Berechnung des Primärspulenwärmeflusses zu steuern.
In einigen Ausführungen umfasst die Steuerungsoperation eine Steuerung des Primärspulenstroms, um eine Primärtemperatur auf der Basis einer Berechnung der Primärspulentemperatur zu steuern.
In einigen Ausführungen ist das Leistungsmodul so gestaltet, um mindestens einen Systemzustandsparameter zu messen, Berechnungen mittels der gemessenen Zustandsparameter durchzuführen und eine Ausgabe basierend auf den Berechnungen zu erzeugen.
In einigen Ausführungen umfasst der zumindest eine Systemzustandsparameter einen Regelungszeitparameter.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Regelzeitsteuerungsparameters das Messen des Primärstromsignals, das die zeitliche Steuerung der Spannungsregelung auf der Sekundärseite anzeigt.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Regelzeitsteuerungsparameters das Messen eines Primärspulenspannungssignal, das die zeitliche Steuerung der Spannungsregelung auf der Sekundärseite anzeigt.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Regelzeitsteuerungsparameters das Messen eines Primärkondensatorspannungssignals, das die zeitliche Steuerung der Spannungsregelung auf der Sekundärseite anzeigt.
In einigen Ausführungen enthält der mindestens eine Systemzustandsparameter ein Primärstromsignal.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Primärstromsignals das Messen eines Stroms auf der Primärseite durch die Funktion einer in Reihe mit einer Primärspule angeordneten Strommesssonde.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des mindestens einen Systemzustandsparameters das Bestimmen der Primärspannung.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Primärstromsignals das Messen einer Spannung über einer Primärspule.
In einigen Ausführungen umfasst Messen des Primärstromsignals das Messen einer Spannung über einem Primärkondensator.
In einigen Ausführungen umfasst das Durchführen von Berechnungen mittels der gemessenen Systemzustandsparameter die Berechnung eines Kopplungsfaktors.
In einigen Ausführungen umfasst das Durchführen von Berechnungen mittels der gemessenen Systemzustandsparameter eine Berechnung des Primärspulenwärmeflusses.
In einigen Ausführungen umfasst das Durchführen von Berechnungen mittels der gemessenen Systemzustandsparameter eine Berechnung der Primärspulentemperatur.
In einigen Ausführungen umfasst das Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Systemzustandsparameter eine erste Berechnung eines Kopplungsfaktors, eine zweite Berechnung des Sekundärspulenstroms und eine dritte Berechnung des Sekundärspulenwärmeflusses.
In einigen Ausführungen umfasst das Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Systemzustandsparameter eine erste Berechnung eines Kopplungsfaktors, eine zweite Berechnung des Sekundärspulenstroms, eine dritte Berechnung des Sekundärspulenwärmeflusses und eine vierte Berechnung der Sekundärspulentemperatur.
In einigen Ausführungen umfasst der Ausgang eine Unterstützung zur Anordnung und Ausrichtung der externen Spule basierend auf dem berechneten Kopplungsfaktor.
In einigen Ausführungen umfasst der Ausgang das Entkoppeln von Anzeigen basierend auf dem berechneten Kopplungsfaktor.
In einigen Ausführungen umfasst der Ausgang Wärmeflussanzeigen basierend auf dem berechneten primären Wärmefluss.
In einigen Ausführungen umfasst der Ausgang Temperaturanzeigen basierend auf der berechneten Primärtemperatur.
In einigen Ausführungen umfasst der Ausgang Wärmeflussanzeigen basierend auf dem berechneten primären Wärmefluss.
In einigen Ausführungen umfasst der Ausgang Temperaturanzeigen basierend auf der berechneten Sekundärtemperatur.
In einigen Ausführungen bildet die Batterie bei Verbindung mit dem Gehäuse einen integralen Teil des Gehäuses, und wobei die Batterie eine energiedichte Batterie einschließt.
In einigen Ausführungen umfasst die Batterie eine wieder aufladbare Batterie, die ausgeführt ist, um ohne Wiederaufladung einen Zeitraum lang in einem Bereich von etwa 4 Stunden bis etwa 12 Stunden zu arbeiten.
In einigen Ausführungen ist die wieder aufladbare Batterie ausgeführt, um ohne Wiederaufladung einen Zeitraum lang zu arbeiten, der etwa 8 Stunden beträgt.
In einigen Ausführungen umfasst das Gehäuse eine Breite im Bereich von etwa 60 Millimetern bis etwa 90 Millimetern, eine Länge im Bereich von etwa 100 Millimetern bis etwa 140 Millimetern und eine Tiefe im Bereich von etwa 20 Millimetern bis etwa 40 Millimetern.
In einigen Ausführungen umfasst das Gehäuse ein Volumen im Bereich von 120 Kubikzentimetern bis ungefähr 504 Kubikzentimetern.
In einigen Ausführungen umfasst das tragbare, externe Gerät ein Gewicht im Bereich von etwa 0,25 Kilogramm bis etwa 1,0 Kilogramm.
In einigen Ausführungen umfasst das tragbare, externe Gerät des Weiteren einen Drücker, der gestaltet ist, um die Batterie zur Entnahme aus dem Gehäuse freizugeben, wobei der Drücker so gestaltet ist, dass er betätigt wird, um die Batterie zur Entnahme aus dem Gehäuse durch mindestens zwei unabhängige Bewegungen freizugeben.
In einigen Ausführungen umfasst der Drücker zwei Druckknöpfe, von denen jeder in eine verriegelte Stellung vorgespannt ist, die eine Entnahme der Batterie aus dem Gehäuse blockiert, und von denen beide so gestaltet sind, um gleichzeitig in eine nicht verriegelte Stellung gedrückt zu werden, um die Batterie zur Entnahme aus dem Gehäuse freizugeben.
In einigen Ausführungen sind die zwei Druckknöpfe an gegenüber liegenden Seiten des Gehäuses angeordnet, so dass die zwei Knöpfe so gestaltet sind, um in etwa entgegen gesetzten Richtungen zueinander gedrückt zu werden.
In einigen Ausführungen umfasst der Drücker einen Kanal und einen Stab, der in eine verriegelte Stellung zu einem ersten Ende des Kanals hin vorgespannt sind, die eine Entnahme der Batterie aus dem Gehäuse blockiert, und wobei der Stab so gestaltet ist, um in mindestens zwei Richtungen zu einem zweiten Ende des Kanals hin in eine nicht verriegelte Stellung gedrückt zu werden, um die Batterie zur Entnahme aus dem Gehäuse zu lösen.
In einigen Ausführungen sind Batterie und Leistungsmodul jeweils so gestaltet, um die implantierbare Pumpe zu betreiben.
In einigen Ausführungen schließt die energiefeste Batterie eine wieder aufladbare Lithiumionen-(Li-Ionen)-, Nickelmetallhydrid-(NiMH)- oder Nickelcadmium-(NiCd) Batterie ein.
In einigen Ausführungen weist die energiefeste Batterie eine Energiedichte im Bereich von etwa 455 Wattstunden pro Liter bis etwa 600 Wattstunden pro Liter auf.
In einigen Ausführungen weist die energiefeste Batterie eine Energiedichte im Bereich von etwa 700 Watt pro Liter bis etwa 6 Kilowatt pro Liter auf.
In einigen Ausführungen umfasst das tragbare, externe Gerät ferner mindestens einen piezoelektrischen Lautsprecher, der durch das Leistungsmodul gesteuert wird, um eine oder mehrere hörbare Töne auszusenden.
In einigen Ausführungen umfasst das tragbare, externe Gerät außerdem ein erstes Telemetriemodul, das gestaltet ist, um Informationen zwischen dem tragbaren, externen Gerät und einem oder mehreren anderen Geräten entsprechend einem ersten drahtlosen Kommunikationsverfahren zu kommunizieren.
In einigen Ausführungen umfasst das tragbare, externe Gerät ferner ein zweites Telemetriemodul, das gestaltet ist, um Informationen zwischen dem tragbaren, externen Gerät und einem oder mehreren Geräten entsprechend einem zweiten drahtlosen Kommunikationsverfahren zu kommunizieren.
In einigen Ausführungen ist das erste drahtlose Kommunikationsverfahren anders als das zweite drahtlose Kommunikationsverfahren.
In einigen Ausführungen umfasst das tragbare, externe Gerät des Weiteren eine Benutzerschnittstelle, die einen kapazitiven Sensor einschließt, der gestaltet ist, um eine Benutzereingabe zu empfangen.
In einigen Ausführungen umfasst das tragbare, externe Gerät außerdem eine Vertiefung, in welcher der kapazitive Sensor angeordnet ist.
In einigen Ausführungen liegt die durch das Leistungsmodul verbrauchte Leistung in einem Bereich von etwa 0,25 bis etwa 1,25 Watt.
Diese Zusammenfassung ist vorgesehen, um eine Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form einzuführen, die nachstehend in der Ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Die Zusammenfassung soll weder Eckdaten oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands ausweisen, noch soll sie genutzt werden, um den Umfang des beanspruchten Gegenstands einzuschränken. Eine umfassendere Darstellung von Merkmalen, Einzelheiten, Gebrauch und Vorteilen der vorliegenden Erfindung, wie in den Ansprüchen definiert, ist in der folgenden schriftlichen Darstellung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen und in den begleitenden Zeichnungen dargestellt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine konzeptionelle, grafische Darstellung, die ein beispielhaftes linksventrikuläres Herzunterstützungssystem (LVAD) mit einem tragbaren, externen Steuer- und Stromquellenmodul darstellt.
2A bis 2E ist eine Anzahl von Drauf- und Seitenansichten, die ein Beispiel des Steuer- und Stromquellenmoduls von 1 veranschaulichen.
3 ist eine Darstellung des beispielhaften Steuer- und Stromquellenmoduls in zerlegter Anordnung von 2A bis 2E.
4A und 4B sind perspektivische Darstellungen des Batteriefreigabedrückers des beispielhaften Steuer- und Stromquellenmoduls von 2A bis 3.
4C bis 4H veranschaulichen eine Anzahl von alternativen Batteriefreigabedrückermechanismen, die in Verbindung mit Steuer- und Stromquellenmoduln gemäß dieser Offenlegung eingesetzt werden können.
5 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das ein beispielhaftes Steuer- und Stromquellenmodul nach dieser Offenlegung darstellt.
6 ist ein Zustandsdiagramm, das einen Prozess darstellt, durch welchen der Zustand von Stromquellen des Steuer- und Stromquellenmoduls von 5 zu einem Benutzer kommuniziert werden kann.
7A bis 10B stellen eine Anzahl von Funktionen dar, die Elementen einer beispielhaften Benutzerschnittstelle des Steuer- und Stromquellenmoduls von 5 zugeordnet sind.
11A bis 113 (”11”) sind Schaltkreisdiagramme, die einen Schaltkreis eines Beispiels der Energieverbindung des Steuer- und Stromquellenmoduls von 5 darstellen.
12A bis 12F („12”) sind Schaltkreisdiagramme, die eine Schaltung eines Beispiels der Ladevorrichtung des Steuer- und Stromquellenmoduls von 5 darstellen.
13A und 13B veranschaulichen einen anderen Mechanismus eines Batteriefreigabedrückers, der in Verbindung mit Steuer- und Stromquellenmoduln gemäß dieser Offenlegung eingesetzt werden kann.
14A bis 14D veranschaulichen zwei andere Mechanismen eines Batteriefreigabedrückers, der in Verbindung mit Steuer- und Stromquellenmoduln gemäß dieser Offenlegung eingesetzt werden kann.
15 ist ein Blockdiagramm eines drahtlosen Energieübertragungssystems gemäß den hier erörterten Ausführungsformen.
16 ist ein Schaltschema für bestimmte Komponenten des in 15 gezeigten Systems.
17A und 17B sind schematische Darstellungen der in 1 gezeigten inneren und äußeren Spulen.
18 ist ein Schaltschema, das eine Implementierung des in 15 dargestellten Wechselrichters zeigt.
19 ist eine Darstellung von wellenförmigen Bildspuren für Signale, die im System von 15 vorhanden sind, wenn zwischen der äußeren Baugruppe und der inneren Baugruppe Leistung übertragen wird.
20 ist eine Sammlung von Kopplungsfaktor-Datengruppen für das System, das in 15 gezeigt ist.
21 ist eine grafische Darstellung von in einer empirischen Studie erfassten Sicherheitsniveaudaten.
22 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Berechnen eines Kopplungsfaktors entsprechend hier erörterter Ausführungsformen darstellt.
23 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Abschätzen eines Sekundärspulenwärmeflusses entsprechend hier erörterter Ausführungsformen veranschaulicht.
24 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Abschätzen einer Sekundärspulentemperatur entsprechend hier erörterter Ausführungsformen veranschaulicht.
25 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Abschätzen eines Primärspulenwärmeflusses entsprechend hier erörterter Ausführungsformen veranschaulicht.
26 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Abschätzen einer Primärspulenheiztemperatur entsprechend hier erörterter Ausführungsformen veranschaulicht.
27 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Durchführen von mindestens einer Steueroperation entsprechend hier erörterter Ausführungsformen veranschaulicht.
28 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Durchführen von Steueroperationen entsprechend hier erörterter Ausführungsformen veranschaulicht.
29 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Bereitstellen von mindestens einem Alarmsignal entsprechend hier erörterter Ausführungsformen veranschaulicht.
30 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Bereitstellen von Alarmsignalen entsprechend hier erörterter Ausführungsformen veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Vorliegende Ausführungsformen sind auf einen externen Regler gerichtet, der gestaltet sein kann, um Parameter zum Abtasten und Einwirken auf einen Zustand, einschließlich eines Fehlerzustands, während einer Leistungsübertragung in einem implantierten, medizinischen Gerät zu berechnen. Das medizinische Gerät kann in einer Person implantiert werden und kann ein Gerät wie ein künstliches Herz oder ventrikuläres Herzunterstützungssystem einschließen. Das System misst mindestens einen Parameter und nutzt den mindestens einen Parameter zum Berechnen eines Kopplungsfaktors für Spulen, die Leistung zwischen einer externen Primärwicklung und einer implantierten Sekundärwicklung übertragen. Das System verwendet den berechneten Kopplungsfaktor zum Abschätzen eines Wärmeflusses in den Primär- und Sekundärspulen, der in dem System erzeugt wird. Basierend auf der detektierten Höhe des Wärmeflusses kann das System Alarmsignale ausgeben, um die Person zu warnen oder Aktionen zum Abschwächen der Auswirkungen des Wärmeflusses zu steuern.
1 ist eine konzeptionelle, grafische Darstellung, die ein beispielhaftes linksventrikuläres Herzunterstützungssystem (LVAD) 10 mit einem tragbaren Steuer- und Stromquellenmodul 12 veranschaulicht, das gestaltet ist, um elektrische Leistung für einen implantierten Pumpenregler 21 und eine implantierte Pumpe 14 durch ein drahtloses Leistungsübertragungssystem 11 bereitzustellen. Das Steuer- und Stromquellenmodul 12 umfasst ein Gehäuse 22, eine optionale interne Batterie (siehe 3 und 5) und eine auswechselbare Batterie 24, die in 1 gezeigt sind. Das Steuer- und Stromquellenmodul 12 enthält außerdem einen Stecker 26 und eine Benutzerschnittstelle 50. Die Benutzerschnittstelle 50 umfasst einen Bildschirm 52 und Eingabeknöpfe 54 sowie eine Anzahl anderer Elemente, die nachstehend mit Bezug auf 2B beschrieben werden.
Das drahtlose Leistungsübertragungssystem 11 umfasst ein externes Resonanznetzwerk 15, das an der Außenseite des Patienten 22 angeordnet ist, und ein internes Resonanznetzwerk 17, das in dem Patienten 22 implantiert ist. Das externe Resonanznetzwerk 15 ist durch ein externes Kabel 19 mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 verbunden. Das interne Resonanznetzwerk 17 ist durch ein internes Kabel 18 mit dem internen Reglermodul 21 verbunden. Das interne Reglermodul 21 ist im Allgemeinen so ausgeführt, dass eine Leistungsübertragung verwaltet wird, die über dem externen Resonanznetzwerk 15 und dem internen Resonanznetzwerk 17 auftritt, und eine Leistungs- und Pumpensteuerung für die implantierte Pumpe 14 vorgesehen ist. In einigen Ausführungen enthält das implantierte Pumpenreglermodul 21 eine Batterie, welche die implantierte Pumpe mit Energie versorgt, wenn keine Energie über das externe Resonanznetzwerk 15 und das interne Resonanznetzwerk 17 verfügbar ist. In dieser Ausführung kann die mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 verbundene interne Batterie weggelassen werden, wobei eine Batterieladeunterstützung in dem implantierten Pumpenregler enthalten ist. Die Arbeitsweise hinsichtlich der TETS Komponente 11 wird nachstehend in Verbindung mit 15 bis 30 ausführlicher beschrieben.
Wie es in den folgenden Beispielen ausführlicher beschrieben wird, ist das Steuer- und Stromquellenmodul 12 ein tragbares, externes Gerät für ein mechanisches Kreislaufunterstützungssystem, das einen Regler zum Übertragen von Energie an den implantierten Pumpenregler 21 und die implantierte Pumpe 12 enthält, welche durch eine mit dem Regler integrale Stromquelle betrieben wird. Die Stromquelle des beispielhaften Steuer- und Stromquellenmoduls 12 umfasst eine austauschbare Batterie 24, die mit dem Gehäuse 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls entfernbar verbunden ist, und eine im Innern des Gehäuses angeordnete interne Ersatzbatterie (siehe 3 und 5). Das Steuer- und Stromquellenmodul 12 ist so bemessen, um vielfältige tragbare Ausführungen für den Patienten 20 unterzubringen, was z. B. an einem Gürtel getragen zu werden, der in 1 um die Hüfte des Patienten 20 herum gelegt wird, einschließt.
Das externe Resonanznetzwerk 15 und das interne Resonanznetzwerk 17 verbinden das Steuer- und Stromquellenmodul 12 und den implantierten Pumpenregler 21, um Leistung und andere Signale zwischen dem externen Modul und dem implantierten Pumpenregler zu übertragen. Im Beispiel von 1 ist das Kabel 19 über den Stecker 26 mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 verbunden. Das Kabel 19 kann in vielfältigen Längen hergestellt und eingesetzt werden, um die Flexibilität, das Steuer- und Stromquellenmodul 12 am Körper des Patienten 20 zu tragen, zu verbessern. In einem Beispiel kann das Kabel 19 selbst verlängerbar sein, so dass es eine Anzahl unterschiedlicher Längen annehmen kann. Zum Beispiel kann das Kabel 19 aufgewickelt sein, so dass Dehnen und Abwickeln der aufgewickelten Kabelverlängerung bewirken wird, dass es eine Anzahl unterschiedlicher Längen annehmen wird. In einem anderen Beispiel kann das Steuer- und Stromquellenmodul 12 einen Mechanismus enthalten, von dem das Kabel 19 abgewickelt werden kann und auf den die Verlängerung wieder aufgewickelt werden kann, um zu bewirken, dass es eine Anzahl unterschiedlicher Längen annimmt.
Das Steuer- und Stromquellenmodul 12 umfasst ferner Steuerelektronik (in 1 nicht gezeigt), die gestaltet ist, um die Funktion verschiedener Komponenten des LVAD 10 einschließlich des implantierten Pumpenreglers 21, der austauschbaren Batterie 24, der internen Batterie (siehe 3 und 5) und der Benutzerschnittstelle 50 zu steuern. Wie oben angemerkt ist, umfasst die Benutzerschnittstelle 50 einen Bildschirm 52 und Eingabeknöpfe 54. Der Bildschirm 52 kann eine Anzahl unterschiedlicher Typen von Displays, einschließlich z. B. Flüssigkristallanzeige (LCD), Punktmatrixanzeige, Leuchtdiodenanzeige (LED), organische Leuchtdiodenanzeige (OLED), Berührungsbildschirm oder ein beliebiges anderes Gerät, umfassen, das imstande ist, einem Benutzer Informationen zu liefern und/oder von ihm zu empfangen. Der Bildschirm 52 kann gestaltet sein, um Text und grafische Informationen in einer oder mehreren Farben darzustellen. Zum Beispiel kann der Bildschirm 52 gestaltet sein, um den Ladezustand der austauschbaren Batterie 24 und der internen Batterie des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 anzuzeigen sowie einem Benutzer Alarmsignale einschließlich Anweisungen zum Ergreifen von Maßnahme als Reaktion auf das Alarmsignal darzustellen. In einer Ausführung, bei der die mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 verbundene Batterie weggelassen ist, kann der Bildschirm 52 gestaltet sein, um den Ladezustand der in dem implantierten Pumpenregler 21 enthaltenen implantierten Batterie anzuzeigen. In einem Beispiel des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 sind die Eingabeknöpfe 54 kontaktlose kapazitive Sensoren, die ausgeführt sind, um eine Eingabe von einem Benutzer anzuzeigen, ohne dass der Benutzer die Knöpfe oder einen beliebigen anderen Teil des Steuer- und Stromquellenmoduls wirklich berührt.
Die Pumpe 14 des LVAD 10 kann im Innern des Patienten 20 chirurgisch implantiert werden, einschließlich z. B. im Bauchraum des Patienten, wie es im Beispiel von 1 veranschaulicht ist. In anderen Beispielen kann die Pumpe 14 an anderen Stellen im Innern des Patienten 20 implantiert werden. Die Pumpe 14 wird durch Eingangs- und Ausgangskanülen 32, 34 an das Herz 30 des Patienten 20 angeschlossen. Im Beispiel LVAD 10 von 1 überträgt die Eingangskanüle 32 Blut aus der linken Herzkammer 36 (LV) des Herzens 30 zur Pumpe 14. Die Ausgangskanüle 34 überträgt Blut von der Pumpe 14 zur Aorta 38 des Patienten 20. Die Pumpe 14 umfasst ein formfestes Gehäuse, das aus oder mit einem bioverträglichen Werkstoff oder Überzug gebildet ist, welcher der Korrosion und Versprödung aus Körperflüssigkeiten heraus standhält. Beispiele geeigneter bioverträglicher Werkstoffe schließen Titan und biologisch reaktionsträge Polymere ein. Die Pumpe 14 kann eine Vielzahl von Typen positiver Verdrängungsmechanismen umfassen, die imstande sind, Blut in die Pumpe anzusaugen und es aus der Pumpe auszustoßen. Zum Beispiel kann die Pumpe 14 ein Zentrifugal-Verdichterrad, einen Peristaltikkolben, einen elektromagnetischen Kolben, eine Axialturbinenpumpe, eine Magnetlager-Kreiselpumpe, eine pneumatische Verdrängerpumpe oder anderen Verdrängungsmechanismus enthalten, die zur Verwendung mit implantierbaren Vorrichtungen, wie das RVAD 10, geeignet sind.
Der Implantationspumpenregler 21 ist im Allgemeinen so ausgeführt, um der implantierten Pumpe 14 und/oder anderen Bauelementen des LVAD 10 Leistungs- und Steuerungseingaben zu liefern. In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Implantationspumpenregler 21 einen Hauptstromkreis und einen Gleichrichter, durch den der Regler eine Leistungsübertragung bewerkstelligt, die über das externe Netzwerk 15 und das interne Netzwerk 17 stattfindet. Ein anderes Ausführungsbeispiel enthält Leistungsübertragungskomponenten, durch die der Regler 21 Leistung für die implantierte Pumpe 14 bereitstellt. Die verschiedenen Komponenten des Implantationspumpenreglers 21 einschließlich Leistungsschaltkreis, Gleichrichter und Leistungsübertragungskomponenten werden in Verbindung mit 15 und 16 ausführlicher beschrieben.
Im Beispiel von 1 ist ein Kammerunterstützungssystem 10 dargestellt, das die linke Herzkammer 36 (LV) vom Herz 30 eines Patienten 20 unterstützt. In anderen Beispielen können die offenbarten Verfahren jedoch in anderen Typen mechanischer Kreislaufunterstützungssysteme (MCS) eingesetzt werden, die konfigurierbar sind, um z. B. die rechte Herzkammer 40 bei einem rechtsventrikulären Herzunterstützungssystem (RVAD) sowie beide Herzkammern 36, 40 bei einem biventrikulären Herzunterstützungssystem (BiVAD) zu unterstützen. Deshalb kann allgemein ausgedrückt die Blutquelle zum Beispiel für ventrikuläre Herzunterstützungssysteme normalerweise als die unterstützte Herzkammer beschrieben werden, während das Arteriengefäß als der Bestimmungsort des druckbehafteten Bluts, welches durch das Steuerungs- und Stromquellenmodul zugeführt wird, bezeichnet werden kann.
Mit Bezug wieder auf 1 kann jede der Eingangs- und Ausgangskanülen 32, 34 aus flexiblem Schlauchmaterial gebildet sein, das sich jeweils zu der linken Herzkammer 36 und der Aorta 38 erstreckt. Die Eingangs- und Ausgangskanülen 32, 34 können jeweils am Gewebe der linken Herzkammer 36 und Aorta 38 befestigt werden, z. B. durch Fäden, um Blutfluss einzuführen und aufrecht zu erhalten, und kann eine geeignete Struktur für solche Befestigungsverfahren, einschließlich z. B. Nahtringe 42, 44, umfassen. In jeder der oben erwähnten Ausführungen von LVAD, RVAD oder BiVAD) wird die Eingangskanüle 32 mit der unterstützten Herzkammer (oder Herzkammern) anastomosiert, während die Ausgangskanüle 34 mit dem entsprechenden unterstützten Arteriengefäß anastomisiert wird, was für linke Herzkammerunterstützung typischerweise die Aorta 38 ist und für rechte Herzkammerunterstützung typischerweise die Lungenarterie 46 ist.
2A–E ist eine Anzahl von Drauf- und Seitenansichten, die eine beispielhafte Ausführung des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 von 1 darstellen. 2A ist die Vorderansicht eines beispielhaften Steuer- und Stromquellenmoduls 12. 2B und 2C sind linke bzw. rechte Seitenansichten des Steuer- und Stromquellenmoduls 12. 2D und 2E sind jeweils Draufsichten und Ansichten des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 von unten. Das Steuer- und Stromquellenmodul 12 umfasst ein Gehäuse 22, eine Benutzerschnittstelle 50, einen Kabelanschluss 60, einen Anschluss für externe Stromquelle 62, Batteriefreigabeknöpfe 64 und 66 und einen Fachzugang für die austauschbare Batterie 68. Die Benutzerschnittstelle 50 enthält in 2B dargestellten Bildschirm 52, Eingabeknöpfe 54 sowie Stummschaltknopf 70 und Zustandsanzeigen 72 und 74.
Das Steuer- und Stromquellenmodul 12 enthält eine Steuereinheit zur Steuerung der implantierten Pumpe 12, die durch eine mit der Steuereinheit integralen Stromquelle betrieben wird und von einer Größe ist, um eine Vielzahl von für den Patienten 20 tragbaren Ausführungen unterzubringen, was einschließt, z. B. an einem um die Hüfte des Patienten geschlungenen Gürtel getragen zu werden, wie es in 1 veranschaulicht ist. In einem Beispiel ist das Steuer- und Stromquellenmodul 12, und insbesondere das Gehäuse 22, für spezielle Größen- und Gewichtsziele angefertigt, um das Modul bei einer Größe zu halten, die Flexibilität und Bequemlichkeit für den Patienten 20 erleichtert. Zum Beispiel kann das Gehäuse 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 mit einer Länge L in einem Bereich von etwa 100 Millimetern bis etwa 140 Millimetern, einer Breite W in einem Bereich von etwa 60 Millimetern bis etwa 90 Millimetern und einer Tiefe D in einem Bereich von etwa 20 Millimetern bis etwa 40 Millimetern gefertigt werden. Das Steuer- und Stromquellenmodul 12 kann außerdem von einer Größe sein, die einem Gesamtvolumen des Gerätes zugrunde gelegt ist. Zum Beispiel kann das Gehäuse 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 so gefertigt werden, dass es ein Volumen in einem Bereich von etwa 120 Kubikzentimetern bis etwa 504 Kubikzentimetern umfasst. In einem Beispiel kann das Steuer- und Stromquellenmodul 12 zusätzlich zu oder anstelle von speziellen Größenzielen auch ein Gewichtsziel einschließen. Zum Beispiel kann das Steuer- und Stromquellenmodul 12 einschließlich austauschbarer Batterie 24 und interner Batterie (in 2A bis 2E nicht gezeigt) so gefertigt sein, dass es ein Gewicht im Bereich von etwa 0,4 Kilogramm bis etwa 0,8 Kilogramm umfasst.
Größe und Gewicht des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 können zumindest teilweise von den Bauelementen abhängig sein, aus denen das Gerät besteht, einschließlich z. B. Gehäuse 22, Bildschirm 52, austauschbarer Batterie 24 und interner Batterie sowie der im Gehäuse des Gerätes angeordneten Steuerelektronik. In einem Beispiel kann die Elektronik des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 z. B. einen oder mehrere Prozessoren, Speicher, Telemetrie, Ladeschaltkreis, Lautsprecher, Energiesparschaltung und Stromübertragungsschaltung enthalten. In jedem Fall können Größe und Gewicht der internen Bauelemente des Steuer- und Stromquellenmoduls, einschließlich z. B. Bildschirm 52, Zustandsanzeigen 72 und 74 und interner Elektronik des Geräts, proportional der zum Betreiben der Bauelemente benötigten Energie sein. Somit kann die Reduzierung der Energieanforderungen der Elektronik des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 nicht nur dazu dienen, die Lebensdauer der Batterie zu verlängern sondern kann auch Größe und Gewicht des Gerätes verringern.
In einem anderen Beispiel kann das Steuer- und Stromquellenmodul 12 so ausgeführt sein, dass die von der Elektronik des Steuer- und Stromquellenmoduls verbrauchte Leistung einem Zielwert entspricht. Zum Beispiel kann die Elektronik des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 so ausgeführt sein, dass Leistung in einem Bereich von etwa 0,25 bis 1,25 Watt verbraucht wird.
Das beispielhafte Steuer- und Stromquellenmodul 12 von 2A bis 2E umfasst eine Benutzerschnittstelle 50 einschließlich Bildschirm 52, Eingabeknöpfe 54, Stummschaltknopf 70 und Zustandsanzeigen 72 und 74. Der Bildschirm 52 kann eine Anzahl unterschiedlicher Bildschirme umfassen und so ausgeführt sein, dass Text und grafische Informationen in einer oder mehreren Farben dargestellt werden. In einem Beispiel sind die Eingabeknöpfe 54 kontaktlose, kapazitive Sensoren, die ausgeführt sind, um eine Eingabe von einem Benutzer anzuzeigen, ohne dass der Benutzer die Knöpfe oder einen beliebigen anderen Teil des Steuer- und Stromquellenmoduls wirklich berührt. Obwohl die Eingabeknöpfe in einem Beispiel kontaktlose Sensoren enthalten, können die Knöpfe in Vertiefungen 76 im Gehäuse 22 angeordnet sein, für den Benutzer ein tastbares Feedback bewirken, der nach den Knöpfen sucht oder diese benutzt, um auf dem Bildschirm 52 Informationen anzuzeigen und anderweitig mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 in Wechselwirkung zu treten. In einem Beispiel können die Eingabeknöpfe 54 Softtasten sein, die gestaltet sind, um unterschiedliche Funktionen an dem Steuer- und Stromquellenmodul 12, z. B. auf der Basis von auf dem Bildschirm 52 angezeigten, aktuellen Funktionen und Kontexten, auszuführen. In solchen Beispielen können die den aktuellen Funktionen zugeordnete Knöpfe 54, die als Softtasten funktionieren, als Bezeichnungen auf dem Bildschirm 52 direkt oberhalb jedes der Knöpfe dargestellt werden. In einem Beispiel entsprechen die Eingabeknöpfe 54 zwei Hauptfunktionen zur Wechselwirkung mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12. Zum Beispiel kann einer der Eingabeknöpfe 54 als „Zielknopf funktionieren, der bei Aktivierung durch einen Benutzer zu einem auf dem Bildschirm 52 der Benutzerschnittstelle 50 dargestellten Standardbildschirm navigiert. Außerdem kann in einem solchen Beispiel der andere der Eingabeknöpfe 54 als ein „nächster” Knopf funktionieren, der bei Aktivierung durch den Benutzer zum nächsten Bildschirm in einer Reihe von möglichen Bildschirmen, die auf dem Bildschirm 52 der Benutzerschnittstelle 50 dargestellt werden können, umschaltet.
Wie in 2E dargestellt ist, umfasst die Benutzerschnittstelle 50 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 außerdem einen Stummschaltknopf 70 und Zustandsanzeigen 72 und 74. In einem Beispiel kann der Stummschaltknopf 70 gestaltet sein, um, wenn gedrückt, hörbare Alarmsignale, die durch Lautsprecher des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 ausgegeben werden, stumm zu schalten. Der Stummschaltknopf 70 kann in einem Beispiel Alarmsignale nur vorübergehend stumm schalten, um zu ermöglichen, dass ein Patient 20 einen öffentlichen Ort mit einem anderen Menschen verlässt, der durch das von den Lautsprechern des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 ausgegebene Alarmsignale gestört wird. In einem Beispiel können die Zustandsanzeigen 72 und 74 beleuchtet sein, zum Beispiel mit durch LED erleuchteten Fenstern, die den Funktionszustand des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 und/oder der implantierten Pumpe 14 anzeigen. Zum Beispiel kann die Zustandsanzeige 72 erleuchtet sein, um anzuzeigen, dass Steuer- und Stromquellenmodul 12 und/oder implantierte Pumpe 14 fehlerfrei und normal arbeiten. Andererseits kann die Zustandsanzeige 74 erleuchtet sein, um einen oder mehrere Alarmzustände anzuzeigen, die Fehler oder andere umsetzbare Zustände des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 und/oder der implantierten Pumpe 14 angeben. Zum Beispiel kann die Zustandsanzeige 74 beleuchtet sein, um den Zustand der austauschbaren Batterie 24 und/oder der internen Batterie des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 als auf oder unter einem Schwellenwert des Ladepegels befindlich anzuzeigen. In einigen Beispielen kann die Zustandsanzeige 74 in vielfältiger Weise erleuchtet sein, um unterschiedliche Zustände des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 und/oder der implantierten Pumpe 14 anzuzeigen, einschließlich dessen, dass sie in unterschiedlichen Farben beleuchtet ist, um Alarmzustände der austauschbaren Batterie 24 und/oder der internen Batterie und/oder der implantierten Batterie mit unterschiedlichen Genauigkeitsniveaus anzuzeigen.
Das beispielhafte Steuer- und Stromquellenmodul von 2A bis 2E umfasst außerdem einen Kabelanschluss 60, einen externen Stromquellenanschluss 62 und die Batteriefreigabeknöpfe 64 und 66. Der Kabelanschluss 60 kann gestaltet sein, um ein Kabel 19 über den Stecker 26, wie in 1 dargestellt, aufzunehmen. Der externe Stromquellenanschluss 62 kann gestaltet sein, um einen oder mehrere Typen externer Stromquellenadapter, z. B. einen AC/DC- oder DC/DC-Adapter, aufzunehmen, die ausgeführt sind, um die austauschbare Batterie 24 und/oder die interne Batterie des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 zu laden.
Wie es mit Bezug auf 3 und 4 ausführlicher beschrieben wird, umfasst das Steuer- und Stromquellenmodul 12 einen Drücker, der ausgeführt ist, um die austauschbare Batterie 24 aus dem Gehäuse 22 zu lösen. Der Batteriefreigabedrücker des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 kann in einem Beispiel so ausgeführt sein, um zur Freigabe der austauschbaren Batterie 24 aus dem Gehäuse 22 mit mindestens zwei unabhängigen Bewegungen betätigt zu werden. In 2A bis 2E umfasst der Batteriefreigabedrücker des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 die Batteriefreigabeknöpfe 64 und 66. In einem Beispiel sind die Batteriefreigabeknöpfe 64 und 66 in eine verriegelte Stellung vorgespannt, die eine Entfernung der austauschbaren Batterie 24 aus dem Gehäuse 22 verhindert, und so gestaltet, um gleichzeitig in eine nicht verriegelte Stellung gedrückt zu werden, um die erste Stromquelle zur Entnahme aus dem Gehäuse zu lösen. In dem beispielhaften Steuer- und Stromquellenmodul 12 von 2A bis 2E ist der Batteriefreigabeknopf 64 auf der rechten Seite (aus der Perspektive der Ansichten von 2A bis 2E) des Gehäuses 22 angeordnet, und der Batteriefreigabeknopf 66 ist an der gegenüberliegenden linken Seite des Gehäuses 22 angeordnet, so dass die zwei Knöpfe so gestaltet sind, um sie in etwa entgegen gesetzten Richtungen zueinander zu drücken.
3 ist eine auseinander gezogene Darstellung des beispielhaften Steuer- und Stromquellenmoduls 12 von 2A bis 2E. Das beispielhafte Steuer- und Stromquellenmodul 12 umfasst Gehäuse 22, austauschbare Batterie 24, interne Batterie 80, Benutzerschnittstelle 50, Kabelanschluss 60, externen Stromquellenanschluss 62, Batteriefreigabedrücker 82, Platinen 84, 86 und 88 sowie Lautsprecher 90. Das Gehäuse 22 umfasst eine Anzahl von Teilen, die die vordere Abschirmung 22a, seitliche und hintere Abschirmung 22b, Abdeckkappe 22c, Hauptplatinenunterlage 22d, Zustandsanzeigenunterlage 22e und Zustandsanzeigeneinfassung 22f umfassen. Wie es in 3 dargestellt ist, bildet die austauschbare Batterie 14 einen Teil der Rückseite des Steuer- und Stromquellenmoduls 12. Das Gehäuse 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 mit einer oder mehreren von vorderer Abschirmung 22a, seitlicher und hinterer Abschirmung 22b, Abdeckkappe 22c, Hauptplatinenunterlage 22d, Zustandsanzeigenunterlage 22e und Zustandsanzeigeneinfassung 22f kann aus vielfältigen Werkstoffen gefertigt sein, z. B. Kunststoff, einschließlich Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyvinylsiloxan (PVS), Silikon, Metalle einschließlich rostfreier Stahl, Aluminium, Titan, Kupfer und Verbundstoffe einschließlich Kohlefaser, Glaswaren und Keramik. In einigen Beispielen können unterschiedliche Teile des Gehäuses 22 einschließlich vorderer Abschirmung 22a, seitlicher und hinterer Abschirmung 22b, Abdeckkappe 22c, Hauptplatinenunterlage 22d, Zustandsanzeigenunterlage 22e und Zustandsanzeigeneinfassung 22f aus den gleichen Werkstoffen gefertigt sein. In einem anderen Beispiel können unterschiedliche Teile des Gehäuses 22 einschließlich eines oder mehrerer von vorderer Abschirmung 22a, seitlicher und hinterer Abschirmung 22b, Abdeckkappe 22c, Hauptplatinenunterlage 22d, Zustandsanzeigenunterlage 22e und Zustandsanzeigeneinfassung 22f aus verschiedenen Werkstoffen gefertigt sein.
In einem Beispiel kann die vordere Abschirmung 22a des Gehäuses 22 eine metallische Einfassung enthalten, die den Bildschirm 52 der Benutzerschnittstelle 50 teilweise oder vollständig umgibt. Die metallische Einfassung kann aus einer Vielzahl von wärmeleitfähigen Werkstoffen, einschließlich z. B. Aluminium, Kupfer und Legierungen davon, hergestellt sein. Die metallische Einfassung der vorderen Abschirmung 22a des Gehäuses 22 kann so gestaltet sein, dass thermische Leitfähigkeit von Wärme bewirkt wird, die durch eine oder mehrere Platinen 84, 86 und 88 sowie die interne Batterie 80 und/oder austauschbare Batterie 24 erzeugt wird. In einem Beispiel ist eine metallische Einfassung der vorderen Abschirmung 22a ausgeführt, um Wärme zu senken, die durch die mit der Benutzerschnittstelle 50 zugeordneten Platine 86 erzeugt wird. Der metallische Teil der vorderen Abschirmung 22a kann mit der Platine 86 thermisch gekoppelt sein, um die Wärmeleitung zwischen den Bauelementen zu erhöhen, indem z. B. eine thermisch leitfähige Unterlage, Vergießmaterial oder zwischen der Abschirmung und der Platine eingelegtes, thermisches Schmierfett verwendet wird. In ähnlicher Weise zur vorderen Abschirmung 22a kann die metallische Einfassung 22f in einem Beispiel gestaltet sein, um thermische Leitfähigkeit von durch die Platine 88 erzeugter Wärme zu bewirken. In einem solchen Beispiel kann die Anzeigeeinfassung 22f aus einer Vielzahl von thermisch leitfähigen Werkstoffen, einschließlich z. B. Aluminium, Kupfer und Legierungen davon, hergestellt sein und kann mit der Platine 88 thermisch gekoppelt werden, um Wärmeleitung zwischen den zwei Bauelementen zu erhöhen, indem z. B. eine thermisch leitfähige Unterlage, Vergießmaterial oder zwischen der Abschirmung und der Platine eingelegtes, thermisches Schmierfett verwendet wird.
Die Benutzerschnittstelle 50 des Steuer- und Stromquellenmoduls umfasst den Bildschirm 52, Eingabeknöpfe 54, den Stummschaltknopf 70 und Zustandsanzeigen 72 und 74. Der Batteriefreigabedrücker 82 umfasst das Unterteil 92, jeweils rechte und linke Druckknöpfe 64 und 66 sowie jeweils rechte und linke Rückplatten 94 und 96. Das Steuer- und Stromquellenmodul 12 enthält eine Anzahl von Platinen, einschließlich Hauptplatine 84, Anzeigeplatine 86 und Zustandsanzeigeplatine 88, von denen eine oder mehrere miteinander verbunden sein können. In einem Beispiel umfasst die Hauptplatine 84 die wichtigsten elektronischen Steuerelemente für das Steuer- und Stromquellenmodul 12, einschließlich z. B. Prozessor(en), Speicher, Telemetrie, Ladungs- und Stromsparschaltungselektronik. Die Anzeigeplatine 86 enthält Eingabeknöpfe 54 und kann andere Elektronik umfassen, die der Funktion des Bildschirms 52 zugeordnet ist. Zusätzlich kann die Zustandsanzeigeplatine 88 eine Anzahl von elektronischen Bauelementen enthalten, die dem Stummschaltknopf 70 und Zustandsanzeigen 72 und 74 zugeordnet sind.
In 3 ist die rückwärtige Verstärkung der Hauptplatine 22d so gestaltet, um mit der vorderen Abschirmung 22a verbunden zu werden und die Hauptplatine 84 zu sichern sowie das Befestigen von Kabelanschluss 60 und externem Stromquellenanschluss 62 zusammen mit der Abdeckkappe 22c zu unterstützen. Die Hauptplatine 84 ist zwischen der Abdeckkappe 22c und der rückwärtigen Verstärkung der Hauptplatine 22c eingelegt. Der Kabelanschluss 60 und der externe Stromquellenanschluss 62 werden durch Öffnungen in der Abdeckkappe 22c und der rückwärtigen Verstärkung der Hauptplatine 22d aufgenommen. Die rückwärtige Verstärkung der Zustandsanzeigeplatine 22e ist so gestaltet, um mit der vorderen Abschirmung 22a verbunden zu werden und die Zustandsanzeigeplatine 88 am Gehäuse 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 zu befestigen. Die Zustandsanzeigeplatine 88 kann mit der rückwärtigen Verstärkung 22e verbunden werden. Stummschaltknopf 70 und Zustandsanzeigen 72 und 74 bestehen jeweils aus einer Schnittstellenkomponente, die ausgeführt ist, um durch die Einfassung 22f aufgenommen zu werden, und einem elektronischen Bauelement auf der Zustandsanzeigeplatine 88. Im Beispiel von 3 umfasst der Stummschaltknopf 70 einen in einer Öffnung der Einfassung 22f aufgenommenen Druckknopf und einen Kontaktsensor oder kontaktlosen Sensor auf der Anzeigeplatine 88. Im Beispiel von 3 enthalten die Zustandsanzeigen 72 und 74 jeweils eine Linse, die gestaltet ist, um in einer entsprechenden Öffnung in der Einfassung 22f aufgenommen zu werden, sowie einen Lichtemitter, zum Beispiel eine Leuchtdiode (LED) auf der Zustandsanzeigeplatine 88. Die Zustandsanzeigeplatine 88 und der Druckknopf des Stummschaltknopfes sowie die Linsen der Anzeigen 72 und 74 sind zwischen der rückwärtigen Verstärkung der Hauptplatine 22e und der Einfassung 22f eingelegt.
Die Seiten der Abschirmung 22b sind so gestaltet, dass sie mit den Seiten der vorderen Abschirmung 22a des Gehäuses 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 passen und über diesen liegen. Die Seiten und die hintere Abschirmung 22b enthalten Öffnungen 98 und 100. Die Öffnung 98 ist so gestaltet, dass die Einfassung 22f aufgenommen wird. Die Öffnungen 100 sind so gestaltet, um die Knöpfe 64 und 66 des Batteriefreigabedrückers 82 aufzunehmen und mit entsprechenden Öffnungen 102 in der vorderen Abschirmung 22a zu fluchten, von denen nur eine in der Darstellung von 3 ersichtlich ist. Die austauschbare Batterie 24 ist an das Gehäuse 22 angeschlossen und so gestaltet, um durch den Batteriefreigabedrücker 82 freigegeben zu werden. Insbesondere sind die Streifen 104 auf der austauschbaren Batterie 24 so gestaltet, um auf Schienen 106 an der Innenseite der vorderen Abschirmung 22a aufgenommen zu werden, so dass die Batterie in eine verriegelte Verbindung mit dem Gehäuse 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 über den Batteriefreigabedrücker 82 hinein und heraus gleiten kann. Bildschirm 52, Anzeigeplatine 86 einschließlich Eingabeknöpfe 54, Lautsprecher 90, interne Batterie 80 und Batteriefreigabedrücker 82 sind so gestaltet, um innerhalb des Gehäuses 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls über der austauschbaren Batterie 24 angeordnet zu werden. Die Unterlage 92 des Batteriefreigabedrückers 82 ist so gestaltet, um an der vorderen Abschirmung 22a befestigt zu werden und rechte und linke Druckknöpfe 64 und 66 sowie Rückplatten 94 und 96 verschiebbar aufzunehmen. Der Bildschirm 52 fluchtet im Allgemeinen mit einem Fenster in der vorderen Abschirmung 22a, und die Eingabeknöpfe 54 auf der Anzeigeplatine 86 fluchten im Allgemeinen mit Vertiefungen 76 in der vorderen Abschirmung des Gehäuses 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12.
In einigen Beispielen kann das Steuer- und Stromquellenmodul 12 vielfältige Verfahren zum Wasserdichtmachen und Mechanismen zum Schutz verschiedener Bauelemente des Gerätes vor dem Eintritt oder Austritt eines oder mehrerer Materialien in das Gehäuse 22 oder aus diesem nutzen. In einem Beispiel kann die austauschbare Batterie 24 mit einer oder mehreren der Platinen 84, 86 und 88 elektrisch gekoppelt sein, zum Beispiel mit einer mehrpoligen Verbindung, die eine Dichtung verwendet, um die lösbare Verbindung zwischen Batterie 24 und den inneren Bauelementen des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 wegen Eintritts von Materialien in das Gehäuse 22 abzudichten. Solch eine Dichtung kann aus vielfältigen Werkstoffen, einschließlich z. B. eines kompressiblen Polymers oder eines Elastomers, zum Beispiel Gummi, hergestellt sein. In einem Beispiel können ein oder mehrere Teile des Gehäuses 22, zum Beispiel eines von vorderer Abschirmung 22a, seitlicher und hinterer Abschirmung 22b, Abdeckkappe 22c oder mehrere hermetisch abgedichtet sein. Zum Beispiel können vordere Abschirmung 22a, seitliche und hintere Abschirmung 22b und Abdeckkappe 22c durch Dichtung(en), Schalttechnologie-Schweißen oder Klebstoffe verbunden sein, um das gekapselte Gehäuse 22 zu bilden.
In einem Beispiel sind die Lautsprecher 90 piezoelektrische Lautsprecher, die gestaltet sind, um z. B. mit einem Klebstoff an einer Innenfläche der vorderen Abschirmung 22a des Gehäuses 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 befestigt zu werden. Die piezoelektrischen Lautsprecher können ein piezoelektrisches Kristall enthalten, das mit einer mechanischen Membran verbunden ist. Ton wird erzeugt, indem ein elektrisches Signal am Kristall angelegt und weggenommen wird, das durch das Anspannen und Lösen der mechanischen Membran im Verhältnis zu der Spannung reagiert, die über den Kristallflächen angelegt ist. Die Wirkung von Anspannen und Lösen der mechanischen Membran bei relativ hohen Frequenzen erzeugt Schwingungen in der Membran, die einen hörbaren Ton ausgibt, z. B. Töne in einem Frequenzbereich von etwa 150 Hz bis etwa 4 kHz.
In einigen Beispielen kann ein Teil des Gehäuses 22 so gestaltet sein, dass es in Verbindung mit Lautsprechern 90 wirksam wird, um die Amplitude der von Lautsprechern ausgesendeten Töne zu erhöhen. Zum Beispiel kann die Geometrie eines Teils der vorderen Abschirmung 22a des Gehäuses 22, an dem die Lautsprecher 90 angeschlossen sind, so geformt und bemessen sein, dass die Abschirmung veranlasst wird, als Reaktion auf Schwingungen der Lautsprecher mitzuschwingen. Zum Beispiel kann der Teil der vorderen Abschirmung 22a des Gehäuses 22, an dem die Lautsprecher 90 angeschlossen sind, so geformt und bemessen sein, dass die Eigenfrequenz der Kombination von Gehäuse und Lautsprecher auf eine Zielfrequenz innerhalb des Betriebsbereichs der Lautsprecher moduliert wird. Die Steuerung der Lautsprecher 90, bei einer speziellen Frequenz zu arbeiten, kann dann bewirken, dass die Lautsprecher und ein Teil der vorderen Abschirmung 22a mitschwingen, wodurch die Amplitude der von den Lautsprechern ausgesendeten Töne wirksam erhöht wird. In einem Beispiel enthalten die Lautsprecher 90 piezoelektrische Lautsprecher, die im Allgemeinen oberhalb von 1000 Hz besser funktionieren. An sich kann die Eigenfrequenz der Kombination des Teils der vorderen Abschirmung 22a, an der die Lautsprecher 90 befestigt sind, und der Lautsprecher auf mehr als 1000 Hz moduliert werden.
Die Abstimmung des Gehäuses eines Steuer- und Stromquellenmoduls auf spezielle Resonanzfrequenzen kann durch eine Anzahl analytischer, numerischer und experimenteller Methoden durchgeführt werden. In einem Beispiel kann die Resonanzfrequenz des Gehäuses eines Steuer- und Stromquellenmoduls analytisch abgestimmt werden, indem die Theorie dünner, elastischer Platten genutzt wird, um einen Ausgangspunkt für Geometrie und Materialeigenschaften des Gehäuses zu bestimmen. In einem anderen Beispiel kann die Gehäuseresonanzfrequenz des Steuer- und Stromquellenmoduls numerisch abgestimmt werden, indem eine Modellierung mit Finite-Elemente-Berechnung (FEA) genutzt wird, um die Schwingungseigenschaften von verschiedenen modellierten Geometrien zu simulieren. Außerdem kann eine Anzahl von Prozessen und Verfahren, wie etwa Chladnische-Klangfiguren, genutzt werden, um die Eigenfrequenz des Gehäuses mit den Lautsprechern experimentell zu verfeinern.
Obwohl das Beispiel von 3 zwei Lautsprecher 90 enthält, können in anderen Beispielen mehrere oder weniger Lautsprecher enthalten sein, die ausgeführt sind, um hörbare Töne, z. B. Alarmsignale an einen Benutzer des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 auszugeben. In einem Beispiel umfasst ein Steuer- und Stromquellenmodul gemäß dieser Offenlegung einen Lautsprecher. In einem anderen Beispiel umfasst ein Steuer- und Stromquellenmodul gemäß dieser Offenlegung vier Lautsprecher.
4A und 4B sind perspektivische Ansichten von austauschbarer Batterie 24 und Batteriefreigabedrücker 82 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12. Die austauschbare Batterie 24 enthält Sperren 106, die gestaltet sind, um in Verschlüsse 108 an dem Batteriefreigabedrücker 82 einzurücken, um die Batterie im Gehäuse 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 zu arretieren. Der Batteriefreigabedrücker 82 enthält das Unterteil 92, rechte und linke Druckknöpfe 64 bzw. 66., rechte bzw. linke Rückplatten 94 bzw. 96, Sperren 108 und Federn 110.
In 4A und 4B stehen von den Druckknöpfen 64 bzw. 66 die Ansätze 112 und 114 hervor, die durch Schlitze 116 bzw. 118 in dem Unterteil 92 aufgenommen sind. Rückplatten 94 und 96 sind ebenfalls durch Schlitze 116 und 118 aufgenommen und an den Ansätzen 112 und 114 befestigt, um die Druckknöpfe 64 bzw. 66 verschiebbar mit dem Unterteil 92 des Batteriefreigabedrückers 82 zu verbinden. Zwischen einer Vorderseite der Schlitze 116 und 118 des Unterteils 92 sind Federn 110 eingelegt und mit den Ansätzen 112 und 114 sowie den Rückplatten 94 und 96 verbunden. Die Federn 110 können so arbeiten, dass die Druckknöpfe 64 und 66 in eine verriegelte Stellung vorgespannt werden, die eine Entnahme der Batterie 24 aus dem Gehäuse 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 behindert. Im Beispiel von 4A und 4B sind die Federn 110 so gestaltet, um die Druckknöpfe 64 und 66 seitlich nach außen vorzuspannen, in allgemein entgegen gesetzten Richtungen von den äußeren Flächen der austauschbaren Batterie 24 weg, so dass die Verschlüsse 108 in Sperren 106 an der austauschbaren Batterie 24 eingreifen, um zu verhindern, dass die Batterie aus dem Gehäuse 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 entnommen wird. Zum Lösen der Batterie 24 vom Gehäuse 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 werden beide Druckknöpfe 64 und 66 seitlich nach innen gedrückt, allgemein in entgegen gesetzten Richtungen zum inneren Bereich der austauschbaren Batterie 24 hin, so dass die Verschlüsse sich aus dem Eingriff mit den Sperren 106 an der austauschbaren Batterie 24 bewegen. In einem Beispiel kann das Steuer- und Stromquellenmodul 12 mit einem zweiten mechanischen Verriegelungsmechanismus für die Batterie 24 gestaltet sein. Zum Beispiel kann die Batterie 24 im Gehäuse 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 mit Presssitz aufgenommen sein, so dass ein Benutzer eine Schwellenkraft, z. B. die Kraft von 1 Pfund, aufbringen muss, um die Batterie aus dem Gehäuse zu entnehmen.
Obwohl das mit Bezug auf 2A bis 4 beschriebene und dargestellte, beispielhafte Steuer- und Stromquellenmodul 12 einen Batteriefreigabedrücker 82 umfasst, der Druckknöpfe 64 und 66 einschließt, kann in einem anderen Beispiel gemäß dieser Offenlegung der Drücker durch einen anderen Mechanismus angesteuert werden, der zwei unabhängige Bewegungen zum Lösen einer austauschbaren Batterie aus einem Steuer- und Stromquellenmodul erfordert. In einem Beispiel gemäß dieser Offenlegung kann ein Batteriefreigabedrücker, der durch mindestens zwei unabhängige Bewegungen betätigt wird und gestaltet ist, um eine austauschbare Stromquelle aus dem Gehäuse eines Steuer- und Stromquellemoduls zu lösen, einen Kanal und einen Stab umfassen, der in eine verriegelte Stellung zu einem ersten Ende des Kanals hin vorgespannt wird, die das Entfernen der Stromquelle aus dem Gehäuse verhindert. In einem solchen Beispiel kann der Stab so gestaltet sein, um in mindestens zwei Richtungen zu einem zweiten Ende des Kanals in eine nicht verriegelte Stellung zum Lösen der austauschbaren Stromquelle aus dem Gehäuse des Steuer- und Stromquellenmoduls gedrückt zu werden. 4C–4H veranschaulichen eine Anzahl von speziellen alternativen Verriegelungsmechanismen, die in Verbindung mit Steuer- und Stromquellenmodulen gemäß dieser Offenlegung verwendet werden können. In jedem der Beispiele von 4C–4H umfasst das Steuer- und Stromquellenmodul eine austauschbare Batterie, die aus dem Gehäuse gelöst und mit diesem durch die jeweiligen beispielhaften Verriegelungsmechanismen verriegelt werden kann. Außerdem ist die Richtung, in welche die austauschbare Batterie aus dem Steuer- und Stromquellenmodul in den dargestellten Beispielen gelöst werden kann, durch den Pfeil R in jeder der Figuren angegeben.
4C ist die perspektivische Ansicht eines Steuer- und Stromquellenmoduls 12 einschließlich des Batteriefreigabedrückers 122. Der Batteriefreigabedrücker 122 enthält ein Verschlusselement 122a, zwei Ansätze 122b (von denen in 4C nur einer sichtbar ist), Stift 122c und Nocken 122d. In 4C sind Verschlusselement 122a und Ansätze 122b drehbar mit dem Steuer- und Stromquellenmodul am Stift 122c verbunden. Der Nocken 122d ist ein Vorsprung, der sich von dem Verschlusselement 122b erstreckt. Der Drücker 122 kann betätigt werden, indem das Verschlusselement 122a von dem Steuer- und Stromquellenmodul weg gedreht wird, was die Drehung der Ansätze 122b um den Stift 122c bewirkt. Die Ansätze 122b drehen den Nocken 122d, der in einem Kanal in der austauschbaren Batterie aufgenommen werden kann. Das Drehen des Nockens 122d drückt gegen die austauschbare Batterie, so dass diese nach unten und aus dem Eingriff mit dem Steuer- und Stromquellenmodul gedrückt wird. Wenn die Batterie oder eine neue Batterie oder austauschbare Ersatzbatterie in das Steuer- und Stromquellenmodul von 4C erneut eingesetzt wird, kann ein Kanal in der Batterie mit dem Nocken 122d in Eingriff kommen und das Verschlusselement 122a drehen, was wiederum die Ansätze 122b dreht; kann bewirken, dass der Nocken die Batterie in das Gehäuse zieht und die Batterie an der Verwendungsstelle verriegelt. In einem Beispiel des Drückers 122 kann das Verschlusselement 122a lösbar an dem Gehäuse des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 befestigt werden, um eine unbeabsichtigte Betätigung des Drückers zu verhindern. Zum Beispiel kann das Verschlusselement 122a durch einen kleinen Dauermagneten am Gehäuse gehalten werden.
4D ist die perspektivische Darstellung eines Steuer- und Stromquellenmoduls einschließlich eines Batteriefreigabedrückers 124. Der Batteriefreigabedrücker 124 umfasst das Verschlusselement 124a, zwei Ansätze 124b (von denen in 4C nur einer sichtbar ist), Stift 124c und Stab 124d. Die Ansätze 124b enthalten jeweils zwei Absätze 122e, 122f, die gestaltet sind, um in den Stab zu greifen, wenn die austauschbare Batterie freigegeben ist und in dem Steuer- und Stromquellenmodul von 4D verriegelt ist. In 4D sind Verschlusselement 124a und Ansätze 124b am Stift 124c drehbar mit der austauschbaren Batterie des Steuer- und Stromquellenmoduls verbunden. Der Stab 124d steht aus dem Gehäuse des Steuer- und Stromquellenmoduls hervor. Der Drücker 124 kann betätigt werden, indem das Verschlusselement 124a von dem Steuer- und Stromquellenmodul weg gedreht wird, was bewirkt, dass die Ansätze 124b sich um den Stift 124c drehen. Die Ansätze 124b drehen sich, bis ein Freigabeabsatz 124f mit dem Stab 124b in Eingriff kommt. Wenn Verschlusselement 124a und Ansätze 124c weiter rotieren, drückt der Absatz 124f gegen den Stab 124b, was bewirkt, dass Drücker und austauschbare Batterie aus dem Gehäuse des Steuer- und Stromquellenmoduls freigegeben werden. Wenn die Batterie oder eine neue Batterie oder austauschbare Ersatzbatterie erneut in das Steuer- und Stromquellenmodul von 4D eingesetzt werden, können Batterie und Drücker 124 in das Gehäuse gedrückt werden, bis der Absatz 124f mit dem Stab 124d in Eingriff kommt, wonach das Verschlusselement 124a und Ansätze 124b gedreht werden können, bis der Verriegelungsabsatz 124e mit dem Stab 124d in Eingriff kommt. Wenn Verschlusselement 124a und Ansätze 124c sich weiter drehen, drückt der Absatz 124e gegen den Stab 124b, was bewirkt, dass Drücker und austauschbare Batterie in das Gehäuse des Steuer- und Stromquellenmoduls gezogen und damit verriegelt werden. In einem Beispiel des Drückers 124 kann das Verschlusselement 124a lösbar an dem Gehäuse des Steuer- und Stromquellenmoduls befestigt werden, um eine unbeabsichtigte Betätigung des Drückers zu verhindern. Zum Beispiel kann das Verschlusselement 124a durch einen kleinen Dauermagneten an dem Gehäuse festgehalten werden.
4E ist die perspektivische Ansicht eines Steuer- und Stromquellenmoduls einschließlich eines Batteriefreigabedrückers 126. Das Steuer- und Stromquellenmodul von 4E umfasst eine Muschelform mit zwei Hälften, die drehbar miteinander verbunden sind. Der Batteriefreigabedrücker 126 enthält zwei Knöpfe 126a und zwei Klemmen 126b. In 4E sind Knöpfe 126a und Klemmen 126b mit dem Gehäuse des Steuer- und Stromquellenmoduls verbunden. Die Knöpfe 126a sind so gestaltet, um zu bewirken, dass sich die Klemmen 126b in Eingriff mit Arretierungen in der anderen Hälfte des Muschelgehäuses des Steuer und Stromquellenmoduls von 4E und daraus bewegen. Der Drücker 126 kann betätigt werden, indem beide Druckknöpfe 126a gleichzeitig gedrückt werden, um zu bewirken, dass sich beide Klemmen 126b gleichzeitig aus dem Eingriff mit jeweiligen Sperren in der anderen Hälfte des Muschelgehäuses bewegen. In einem Beispiel kann die Innenfläche der Hälfte des Gehäuses gegenüber den Klemmen 126b Schlitze enthalten, die zur Aufnahme der Klemmen ausgestaltet sind.
4F ist eine perspektivische Ansicht eines Steuer- und Stromquellenmoduls einschließlich eines Batteriefreigabedrückers 128. Der Batteriefreigabedrücker 128 enthält zwei Druckknöpfe 128a und zwei Klemmen 128b. In 4F sind Druckknöpfe 128a und Klemmen 128b mit dem Gehäuse des Steuer- und Stromquellenmoduls verbunden. Die Druckknöpfe 128a sind so gestaltet, um zu bewirken, dass sich die Klemmen 128b in einen Eingriff mit den Sperren im Aufsatz 128c des Gehäuses des Steuer- und Stromquellenmoduls von 4E und aus diesem heraus bewegen. Der Drücker 128 kann betätigt werden, indem beide Druckknöpfe 128a gleichzeitig gedrückt werden, um zu bewirken, dass sich beide Klemmen 128b aus dem Eingriff mit jeweiligen Sperren im Aufsatz 128c bewegen. In einem Beispiel kann die Innenfläche des Aufsatzes 128c des Gehäuses Schlitze enthalten, die zum Aufnehmen der Klemmen ausgestaltet sind.
4G und 4H sind perspektivische Darstellungen eines Steuer- und Stromquellenmoduls mit einem Batteriefreigabedrücker 129. Der Batteriefreigabedrücker 129 enthält den Knopf 129a, Drehzapfen 129b und den Kanal 129c. In 4G und 4H ist der Knopf 129a am Drehzapfen 129b mit dem Gehäuse des Steuer- und Stromquellenmoduls drehbar verbunden. Die austauschbare Batterie des Steuer- und Stromquellenmoduls von 4G und 4H enthält einen Stab, der von einem Ende der Batterie vorsteht und gestaltet ist, um im Kanal 129c aufgenommen zu werden. Der Drücker 129 kann betätigt werden, um die Batterie durch Drehen des Knopfes 129a um den Drehzapfen 129b freizugeben. In einem Beispiel wird der Knopf 129a um etwa 180° um den Drehzapfen 129b gedreht. Der Kanal 129c ist so gestaltet, um auf den von der Batterie vorstehenden Stab zu drücken, wenn der Knopf 129a gedreht wird, so dass die Batterie stufenweise nach oben von dem Gehäuse weg freigegeben wird. Nachdem der Knopf 129a vollständig, z. B. 180° gedreht ist, kann der Stab in der Batterie von dem Kanal 129c gelöst werden, um die Batterie aus dem Gehäuse des Steuer- und Stromquellenmoduls freizugeben.
5 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das Bauelemente eines beispielhaften Steuer- und Stromquellenmoduls 12 darstellt, welches die austauschbare Batterie 24, die interne Batterie 90, mit dem Kabel 19 über den Stecker 26 verbundenen Kabelanschluss 60, externen Stromquellenanschluss 62, Lautsprecher 90 und vielfältige Elektronik umfasst. Die Elektronik des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 enthält einen ersten Prozessor 130, einen zweiten Prozessor 132, den Speicher 134, ein erstes Telemetriemodul 136, ein zweites Telemetriemodul 138, ein Leistungssteuerungsmodul 140, Ladegerät 142 und Ladegerätschalter 144, Stromverbindung 146 und Stromübertragungswechselrichter oder Leistungsbrücke 148. Das Steuer- und Stromquellenmodul 12 umfasst Lautsprecher 90, die durch den Treiber 150 gesteuert werden, um hörbare Töne wie etwa Alarmsignale an den Patienten 20 oder Pfleger, wie beispielsweise einen Kliniker, auszusenden. Wie im Beispiel von 5 veranschaulicht, kann das Steuer- und Stromquellenmodul 12 außerdem einen oder mehrere Sensoren 152, einschließlich z. B. Bewegungs- oder Lichtsensoren, enthalten. In einem Beispiel umfassen die Sensoren 152 einen Hintergrundlichtsensor, der so gestaltet ist, um Kontrast und/oder Helligkeit des Bildschirms 52 der Benutzerschnittstelle 50 auf der Basis der aktuellen Bedingungen des Umgebungslichts einzustellen.
Das Steuer- und Stromquellenmodul 12 ist so ausgeführt, um den Bauelementen eines VAD, z. B. der implantierten Pumpe 14, ununterbrochen Strom zur Verfügung zu stellen, indem eine austauschbare Batterie 24 als primäre Stromquelle und interne Batterie 80 als Reserve zum Überbrückungsbetrieb der Bauelemente des Steuer- und Stromquellenmoduls beim Wiederaufladen der austauschbaren Batterie 24 eingesetzt werden. Die interne Batterie 80 kann mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 in dem Sinn nicht entfernbar verbunden sein, dass sie nicht so ausgeführt ist, um durch die Benutzer bei normalem Betrieb des Gerätes entfernt und ersetzt zu werden. In einigen Beispielen kann die interne Batterie 80 natürlich aus dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 entnommen werden, z. B. durch Auseinandernehmen des Gerätes und Trennen der internen Batterie vom internen Schaltkreis des Gerätes. In einem Beispiel können eine oder beide der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12, z. B. wieder aufladbare Batteriezellen aus Lithiumionen (Li-ion), Lithiumpolymer (Lipoly), Nickelmetallhydrid (NiMH) oder Nickelcadmium (NiCd) umfassen. In einem Beispiel enthält die austauschbare Batterie 24 wieder aufladbare Batteriezellen aus Lithiumionen (Li-ion), Nickelmetalhydrid (NiMH) oder Nickelcadmium (NiCd), während die interne Batterie 80 Batteriezellen aus Lithiumpolymer (Lipoly) enthält.
Das Steuer- und Stromquellenmodul 12 nutzt zwei Stromquellen für Redundanz und Dauerbetrieb. Die primäre Stromquelle ist eine austauschbare Batterie 24, die entnommen werden kann, um sie wieder aufzuladen, indem z. B. eine getrennte Ladestation verwendet wird. Die interne Batterie 80 ist im Allgemeinen nicht entfernbar und kann, in einigen Beispielen, entweder durch die austauschbare Batterie 24 oder eine externe Stromquelle geladen werden. Obwohl das Steuer- und Stromquellenmodul 12 so beschrieben ist, dass es eine austauschbare Batterie 24 als primäre Stromquelle enthält, umfasst das Modul außerdem einen Adapter, einen externen Stromquellenanschluss 62 für eine Gleichstrom- oder Wechselstromquelle. Eine mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 über den Anschluss 62 verbundene, externe Stromquelle kann nicht nur zum Laden der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80, sondern auch als dritte Stromquelle für das Gerät funktionieren. In einem Beispiel kann eine solche externe Stromquelle durch das Steuer- und Stromquellenmodul 12 sowohl über die austauschbare Batterie 24 als auch die interne Batterie 80 eingesetzt werden, um Bauelemente des Gerätes, wie etwa z. B. die implantierte Pumpe 14, zu betreiben.
Das Steuer- und Stromquellenmodul 12 kann nur die Primärstromquelle enthalten, die austauschbare Batterie 24, die entnommen werden kann, um die Batterie wieder aufzuladen, indem z. B. eine getrennte Ladestation genutzt wird. Eine Implantationsbatterie im Implantationsregler 21 kann für Redundanz und Dauerbetrieb eingesetzt werden. In einigen Beispielen kann die Implantationsbatterie entweder durch die austauschbare Batterie 24 oder eine externe Stromquelle durch Stromübertragung zum Batterieladegerät in dem implantierbaren Regler geladen werden. Obwohl das Steuer- und Stromquellenmodul 12 so beschrieben ist, dass es die austauschbare Batterie 24 als Primärstromquelle enthält, umfasst das Modul außerdem einen Adapter, den externen Stromquellenanschluss 62 für eine Gleichstrom- oder Wechselstromquelle. Eine über den Anschluss 62 mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 verbundene, externe Stromquelle kann funktionieren, um nicht nur die austauschbare Batterie 24 und die Implantationsbatterie zu laden, sondern auch als dritte Stromquelle für das Gerät. In einem Beispiel kann eine solche externe Stromquelle durch das Steuer- und Stromquellenmodul 12 sowohl über die austauschbare Batterie 24 als auch die Implantationsbatterie genutzt werden, um die Bauelemente des Gerätes, den Implantationsregler 21 sowie z. B. die implantierte Pumpe 14 zu betreiben.
In Beispielen gemäß dieser Offenlegung kann die austauschbare Batterie 24 zusätzlich zur Verbindung einer externen Stromquelle mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 als dritte Stromquelle durch eine externe Stromquelle, einschließlich z. B. einer Wechsel- oder Gleichstromquelle (AC bzw. DC), ersetzt werden. In einem solchen Beispiel kann die austauschbare Batterie 24 einen Adapter enthalten, an den die externe Stromquelle angeschlossen werden kann. Als andere Möglichkeit zu der im Beispiel von 5 veranschaulichten Ausführung kann in dem Fall, dass der Patient 20 eine längere Laufzeit zwischen Aufladungen wünscht, als die austauschbare Batterie 24 vorsieht, das Steuer- und Stromquellenmodul 12 so gestaltet sein, dass es eine an das Gerät angeschlossene, vergrößerte, austauschbare Batterie aufweist. In einem Beispiel kann die vergrößerte, austauschbare Batterie die zweifache Kapazität der austauschbaren Batterie 24 enthalten, kann aber auch bedeutend größer als die Batterie 24 sein. In jedem Fall kann eine solche vergrößerte, austauschbare Batterie z. B. über Anschluss 62 oder durch einen Anschluss an der austauschbaren Batterie 24 mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 verbunden sein.
Mit Bezug wieder auf das Beispiel von 5 können austauschbare Batterie 24 und interne Reservebatterie 80 so ausgeführt sein, dass sie gleiche oder unterschiedliche Betriebslebenszeiten besitzen. Außerdem können austauschbare Batterie 24 und interne Reservebatterie 80 für die gleiche oder eine unterschiedliche Anzahl von Ladungszyklen bemessen sein, bevor ein Austausch erforderlich ist. In einem Beispiel ist die austauschbare Batterie so gestaltet, dass sie ohne Wiederaufladung einen Zeitraum lang in einem Bereich von etwa 4 Stunden bis etwa 8 Stunden arbeitet. In einem anderen Beispiel ist die austauschbare Batterie 24 so gestaltet, dass sie ohne Wiederaufladung einen Zeitraum lang arbeitet, der etwa 6 Stunden entspricht. In einem Beispiel ist die interne Batterie 80 gestaltet, um ohne Wiederaufladung einen Zeitraum lang von etwa 30 Minuten bis etwa 2 Stunden zu arbeiten. In einem Beispiel ist die interne Batterie 80 so gestaltet, um ohne Wiederaufladung einen Zeitraum lang zu arbeiten, der etwa 1 Stunde entspricht. Der Einsatz einer kleineren, internen Batterie 80 in dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 kann die Reduzierung von Größe, Komplexität und Kosten des Gerätes bewirken, indem die Notwendigkeit zweier externer Batterien voller Größe und eines mechanischen Batterieverriegelungsmechanismus beseitigt wird.
In einem Beispiel ist die austauschbare Batterie 24 eine 4S2P-Batterie mit vier in Reihe und zwei parallel geschalteten Batteriezellen. Die austauschbare Batterie 24 kann eine 14,4 Volt-Batterie mit 3 Amperestunden (Ah) umfassen, die ausgeführt ist, um in einem Bereich von etwa 500 bis etwa 1000 Wiederaufladungszyklen zu arbeiten, bevor ein Austausch erforderlich ist. Die betriebliche Lebensdauer der austauschbaren Batterie 24 über den etwa 500 bis 1000 Wiederaufladungszyklen kann in einem Beispiel ungefähr einem Jahr entsprechen. In einem Beispiel ist die interne Batterie 80 eine 4S1P-Batterie mit vier in Reihe geschalteten Batteriezellen und einer parallel geschalteten Batteriezelle. Die interne Batterie 80 kann eine 14,4 V-Batterie mit 100 Milliamperestunden (mAh) umfassen, die ausgelegt ist, um ungefähr 500 Wiederaufladungszyklen lang zu arbeiten, bis ein Austausch erforderlich ist. Wie oben angegeben ist, kann in Beispielen gemäß dieser Offenlegung die interne Batterie 80 mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 in dem Sinne nicht austauschbar verbunden sein, dass sie nicht ausgelegt ist, um durch die Benutzer bei Normalbetrieb des Gerätes entfernt und ersetzt zu werden. Jedoch kann die interne Batterie 80 aus dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 entfernt werden, indem z. B. das Gerät auseinander genommen und die interne Batterie vom internen Schaltkreis des Gerätes getrennt wird, um z. B. die Batterie zu ersetzen, nachdem sie nicht mehr fähig ist, Ladung zu halten.
Das Steuer- und Stromquellenmodul 12 umfasst ein Leistungssteuerungsmodul 140, das als Vielzahl von Hardware- und/oder Softwarekomponenten dargestellt werden kann. In einem Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 einer oder mehrere Algorithmen sein, die im Speicher 134 gespeichert sind und durch einen oder beide des ersten Prozessors 130 und zweiten Prozessors 132 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 ausgeführt wird. In jedem Fall kann das Leistungssteuerungsmodul 140 so gestaltet sein, um das Laden der Stromquellen des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 handzuhaben, die Strom von den Stromquellen an die Bauelemente in unterschiedlichen Betriebsarten des Gerätes liefern, und den Zustand der Stromquellen an die Benutzer, z. B. über ein oder mehrere Elemente der Benutzerschnittstelle 50, kommuniziert.
In einem Beispiel des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 von 5, bewerkstelligt das Leistungssteuerungsmodul 140 das Laden der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80. Zum Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die Funktion des Ladegeräts 142 und des Ladegeräteschalters 144 steuern, um eine oder beide der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 selektiv zu laden. Wie oben angemerkt ist, enthält das Steuer- und Stromquellenmodul 12 einen externen Stromquellenanschluss 62 zur Verbindung einer dritten externen Stromquelle mit dem Gerät. In Beispielen, bei denen eine dritte Stromquelle eingesetzt wird, um einige oder alle der Bauelemente des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 zu betreiben, kann das Gerät außerdem flexible Ladeverfahren einsetzen, die den Benutzern die Fähigkeit verleihen, die austauschbare Batterie 24 und/oder interne Batterie 80 aufzuladen, während sie mit dem Gerät verbunden sind. Die dritte Stromquelle kann entweder eine zusätzliche, externe Batterie oder eine weitere, externe Stromquelle, z. B. eine externe Gleichstrom- oder Wechselstromquelle sein.
In einem Beispiel kann der Ladegerätschalter 144 eine Reihe Feldeffekttransistoren (FETs) enthalten, oder andere Schalter können einen oder mehrere Algorithmen zulassen, die z. B. im Speicher 134 gespeichert sind und durch das Leistungssteuerungsmodul 140 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 ausgeführt werden, um zu steuern, welche von der austauschbaren Batterie 24 oder der internen Batterie 80 zu einem gegebenen Zeitpunkt und Betriebszustand des Moduls 12 geladen werden soll. Zusätzlich kann in einem Beispiel das Leistungssteuerungsmodul 140 das Ladegerät 142 und/oder den Ladegeräteschalter 144 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 steuern, um entweder die austauschbare Batterie 24 oder vorzugsweise die dritte externe Stromquelle auszuwählen, die über den zum Laden der anderen Stromquellen des Gerätes zu verwendenden Anschluss 62 verbunden ist. Die dem Ladegerät 142 und dem Ladegeräteschalter 144 zugeordneten Bauelemente des Steuer- und Stromquellenmanagementmoduls 12 werden nachstehend mit Bezug auf die beispielhaften Schaltkreise von 12 ausführlich beschrieben. In einem Beispiel können gleiche oder unterschiedliche Algorithmen, die durch das Leistungssteuerungsmodul 140 ausgeführt werden, um zu steuern, welche Stromquelle des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 geladen wird, auch das Batterieladungsprofil basierend auf dem Zustand der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 und, bei Verbindung über den Anschluss 62, der dritten externen Stromquelle steuern.
Bei Einsatz zur Verwendung mit einem VAD oder anderen MCS, wird Strom durch das Steuer- und Stromquellenmodul 12 dem implantierten Pumpenregler in erster Linie von der austauschbaren Batterie 24 zugeführt. Wenn die Batterie 24 aufgebraucht ist und eine Entfernung und Wiederaufladung erforderlich macht, oder wenn die austauschbare Batterie versagt, kann das Leistungssteuerungsmodul 140 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 automatisch auf die interne Batterie 80 oder auf eine über den Anschluss 62 mit dem Gerät verbundene, externe Stromquelle umschalten. Das Leistungssteuerungsmodul 140 führt diesen Mehrfachbetrieb von mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 über die Stromverbindung 146 im Beispiel von 5 verbundenen Stromquellen durch.
In einem Beispiel kann die Stromverbindung 146 eine Anzahl von idealen Dioden umfassen, die mit der austauschbaren Batterie 24, internen Batterie 80 und, bei Verbindung mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 über den Anschluss 62, einer dritten externen Stromquelle verbunden sind. Die idealen Dioden dieses Beispiels einer Stromverbindung 146 so können gestaltet sein, dass die Stromquelle automatisch ausgewählt wird, die an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 mit der höchsten Spannung angeschlossen ist. In einigen Beispielen des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 können jedoch austauschbare Batterie 24 und interne Batterie 80 so gestaltet sein, dass sie bei ungefähr der gleichen Spannung arbeiten. In einem solchen Beispiel kann eine kleine Entladungsmenge der austauschbaren Batterie 24 bewirken, dass die Betriebsspannung der austauschbaren Batterie unter die der internen Batterie 80 fällt, was ohne Eingriff bewirken würde, dass die idealen Dioden der Stromverbindung 146 die interne Batterie nur nach einer kleinen Verwendungsgröße der austauschbaren Batterie auswählt. An sich kann in einem Beispiel zusätzlich zu den idealen Dioden die Stromverbindung 146 einen durch das Leistungssteuerungsmodul 140 gesteuerten Schalter enthalten, der so funktionieren kann, dass die Dioden unter bestimmten Bedingungen unwirksam gemacht werden, um die austauschbare Batterie 24 zum Betreiben von Komponenten des Steuer- und Stromquellenmoduls und der implantierten Pumpe 14 über die interne Batterie 80 auszuwählen.
Das Leistungssteuerungsmodul 140 kann den Schalter der Stromverbindung 146 steuern, um die austauschbare Batterie 24 zur Zuführung von Strom auszuwählen, bis die austauschbare Batterie auf einen Schwellenwert der Ladung aufgebraucht ist, wobei an diesem Punkt das Leistungssteuerungsmodul 140 z. B. den Schalter deaktivieren kann, damit die idealen Dioden 146 die interne Batterie 80 auswählen können. In einem Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 zusammen mit der Stromverbindung 146 so ausgeführt sein, dass eine externe Stromquelle ausgewählt wird, um Komponenten des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 und die implantierte Pumpe 14 über die austauschbare Batterie 24 und interne Batterie 80 immer dann zu betreiben, wenn eine solche Stromquelle über den Anschluss 62 mit dem Gerät verbunden ist. In einem Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 zusammen mit der Stromverbindung 146 so gestaltet sein, dass die externe Stromquelle ohne Rücksicht auf das Ladungsniveau hinsichtlich der austauschbaren Batterie 24 der internen Batterie 80 ausgewählt wird. Zusätzliche Einzelheiten der Stromverbindung 146 sind nachstehend mit Bezug auf die beispielhaften Schaltkreise von 11 ausführlich beschrieben.
Ungeachtet der besonderen Ausführung der Stromverbindung 146 kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 angeschlossenen Stromquellen überwachen und eine der Stromquellen in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Gerätes selektiv aktivieren. Zum Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 überwachen, welche der austauschbaren Batterie 24, der internen Batterie 80 und einer externen Stromquelle mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 verbunden sind, um festzulegen, welche der angeschlossenen Stromquellen verwendet werden sollte, um sowohl Komponenten des Moduls 12 als auch die implantierte Pumpe 14 zu betreiben. Zusätzlich kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die austauschbare Batterie 24 und die interne Batterie 80 überwachen, um selektiv eine der Batterien basierend auf dem in den Batterien übrig bleibenden Ladeniveau zu aktivieren. Zum Beispiel kann, während die austauschbare Batterie 24 genutzt wird, die interne Reservebatterie 80 durch das Leistungssteuerungsmodul 140 periodisch getestet werden, um ein verbliebenes Ladungsniveau in der internen Batterie zu bestimmen. In dem Fall, dass die austauschbare Batterie 24 unter einen Schwellenwert des Ladungsniveaus abfällt, kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die interne Batterie 80 aktivieren, vorausgesetzt, dass die interne Batterie in einigen Beispielen mindestens eine Schwellenwertgröße übrig gebliebener Ladung aufweist.
Das Leistungssteuerungsmodul 140 allein oder zusammen mit der Stromverbindung 146 kann so gestaltet sein, dass eine der Stromquellen des Moduls 12, auf der Basis von Gründen außer der durch die Stromquelle zugeführten Spannung und des an der Stromquelle übrig bleibenden Ladungsniveaus, selektiv aktiviert wird. Zum Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 so gestaltet sein, um eine der austauschbaren Batterie 24 oder internen Batterie 80 basierend auf der Stromquelle und Amplitude einer speziellen Leistungsanforderung selektiv zu aktivieren. Wie oben angemerkt, kann die austauschbare Batterie 24 und interne Batterie 80 wieder aufladbare Batterien mit vielfältiger Chemie einschließlich zum Beispiel Lithiumionen (Li-ion), Lithiumpolymer (Lipoly), Nickelmetallhydrid (NiMH) oder Nickelcadmium (NiCd) umfassen. Zusätzlich zu der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80, einschließlich spezieller Chemie, kann jede der Batterien des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 mit speziellen Leistungscharakteristiken ausgeführt sein, basierend darauf, welches Leistungssteuerungsmodul 140, in einigen Beispielen, selektiv eine der Batterien aktivieren kann.
In einem Beispiel nach dieser Offenlegung enthält das Steuer- und Stromquellenmodul 12 oder ein anderes solches Gerät gemäß dieser Offenlegung eine energiedichte Stromquelle und eine leistungsdichte Stromquelle. Zum Beispiel kann die austauschbare Batterie 24 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 eine energiedichte Stromquelle und die interne Batterie 80 eine leistungsdichte Stromquelle sein. In einem anderen Beispiel kann die austauschbare Batterie 24 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 eine leistungsdichte Stromquelle und die interne Batterie 80 eine energiedichte Stromquelle sein. Eine energiedichte Stromquelle kann eine Stromquelle sein, die ausgeführt ist, um die Gesamtmenge von Energie je Einheitsvolumen, welche die Quelle liefern kann, zu maximieren. Im Fall einer wieder aufladbaren Batterie kann eine energiedichte Stromquelle eine Batterie sein, die ausgelegt ist, um die Gesamtmenge von Energie je Einheitsvolumen, welche die Quelle zwischen aufeinander folgenden Ladungen liefern kann, zu maximieren. Eine leistungsdichte Stromquelle kann andererseits eine Stromquelle sein, die ausgelegt ist, um die Leistung je Einheitsvolumen, welche die Quelle zu einem beliebigen Zeitpunkt liefern kann, zum Beispiel um Ladungen großer Leistung unterzubringen, zu maximieren.
In einem Beispiel kann die austauschbare Batterie 24 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 eine energiedichte Stromquelle sein mit einer Energiedichte in einem Bereich von etwa 455 bis etwa 600 Wattstunden pro Liter (W-hr/l). In einem Beispiel kann die interne Batterie 80 eine leistungsdichte Stromquelle sein mit einer Leistungsdichte in einem Bereich von etwa 700 Watt/Liter (W/l) bis etwa 6 Kilowatt pro Liter (kW/l). In einem Beispiel, bei dem die austauschbare Batterie 24 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 eine energiedichte Stromquelle und die interne Batterie 80 eine leistungsdichte Stromquelle ist, kann das Leistungssteuerungsmodul 140 ausgeführt sein, um eine der austauschbaren Batterie 24 oder der internen Batterie 80 basierend auf der Amplitude einer speziellen Leistungsanforderung selektiv zu aktivieren. Zum Beispiel kann die implantierte Pumpe 14 betriebliche Übergangszustände aufweisen, die vorübergehend große Spitzen bei der durch die Pumpe entnommenen Leistung verursachen werden. In einem Beispiel kann das Starten der implantierten Pumpe 14 eine bedeutend größere Leistungsmenge entnehmen als beim Lauf der Pumpe in einem gleich bleibenden Zustand, wobei z. B. die Inbetriebnahme etwa 50 Watt entnehmen kann, während der gleich bleibende Zustand etwa 5 Watt entnimmt. In einem weiteren Beispiel können die physiologischen Übergangszustände des Patienten 20 hohe Entnahmen der Pumpe 14 verursachen. In Beispielen mit großen Leistungsspitzen bei Leistungsanforderungen, z. B. der implantierten Pumpe 14, kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die interne Batterie 80 z. B. durch Steuerung der Stromverbindung 146 ohne Rücksicht auf das Leistungsniveau der austauschbaren Batterie 24 selektiv aktivieren, weil die leistungsdichte interne Batterie besser zur Handhabung der Leistungsspitze angepasst werden kann als die energiedichte, austauschbare Batterie.
Zusätzlich zur Handhabung der Stromquellenaufladung und selektiven Aktivierung von Stromquellen zur Stromzuführung kann, wie es in den vorhergehenden Beispielen beschrieben ist, das Leistungssteuerungsmodul 140 außerdem so gestaltet sein, um die Kommunizierung des Stromquellenzustands an die Benutzer, z. B. über ein oder mehrere Elemente der Benutzerschnittstelle 50, zu bewerkstelligen. Ein beispielhaftes Verfahren, durch welches das Leistungssteuerungsmodul 140 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 die Kommunizierung des Stromquellenzustands des Geräts an die Benutzer bewerkstelligen kann, wird im Zustandsdiagramm von 6 veranschaulicht. Funktionen und Aussehen einer beispielhaften Konfiguration der Elemente der Benutzerschnittstelle 50 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 sind dargestellt in 7A–9C, von denen einige mit Bezug auf das Zustandsdiagramm von 6 beschrieben sind, durch welches das Leistungssteuerungsmodul 140 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 die Kommunizierung des Zustands der Stromquellen des Geräts an die Benutzer in einem Beispiel gemäß dieser Offenlegung bewerkstelligt.
6 veranschaulicht Zustände 170–194 der mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 verbundenen Stromquellen, z. B. der austauschbaren Batterie 24, der internen Batterie 80 und in einigen Beispielen einer über den Anschluss 62 verbundenen, externen Stromquelle. Das Zustandsdiagramm von 6 ist so organisiert, dass eine Bewegung zwischen den Zuständen von der linken Seite zur rechten Seite des Diagramms Zustände anzeigt, bei denen die austauschbare Batterie 24 vom Steuer- und Stromquellenmodul 12 getrennt und erneut verbunden ist. Außerdem ist das Zustandsdiagramm von 6 so organisiert, dass eine Bewegung zwischen den Zuständen von oben nach unten des Diagramms Zustände anzeigt, bei denen eine oder beide der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 fortschreitend auf unterschiedliche Schwellenwerte der Ladung aufgebraucht sind.
Das Zustandsdiagramm von 6 nutzt eine Anzahl von Abkürzungen. In 6 bezieht sich ”Batt” im Allgemeinen auf Batterie. Jeder der Zustände 170–194 enthält eine Zustandsbeschreibung, z. B. ”Normal” für Zustand 170, Zustands- und Benutzerschnittstellenanzeigen, die jeweils auf die austauschbare Batterie 24 und die interne Batterie 80 bezogen sind, z. B. ”E: OK, GRN, BLK” für die austauschbare Batterie 24 und ”I: OK, GRN, BLK” für die interne Batterie 80 sowie Alarmsignale, die an die Benutzer über die Benutzerschnittstelle 50 kommuniziert werden. Mit Bezug auf Zustands- und Benutzerschnittstellenanzeigen, die jeweils auf die austauschbare Batterie 24 und die interne Batterie 80 bezogen sind, haben die in 6 verwendeten Abkürzungen die folgenden Bedeutungen. Der erste Buchstabe, z. B. E oder I, bezieht sich jeweils auf die austauschbare Batterie 24 oder interne Batterie 80, auf die sich die Zustands- und Benutzerschnittstellenanzeigen beziehen. Sowohl der erste Buchstabe E als auch die Abkürzung Ext in der Zustandsbeschreibung bezieht sich auf eine externe Batterie, welche im Beispiel von 6 einer austauschbaren Batterie wie etwa der austauschbaren Batterie 24 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 entspricht. Sowohl für die austauschbare Batterie 24 als auch für die interne Batterie 80 sind Zustands- und Benutzerschnittstellenanzeigen Ladung und Betriebszustand der Batterie, die Farbe der Alarmanzeige auf der Benutzerschnittstelle 50 und die Farbe der grafischen Darstellung der Batterie auf der Benutzerschnittstelle 50. Zum Beispiel bedeutet im Zustand 170 ”E: OK, GRN, BLK”, dass sich die austauschbare Batterie 24 über einem niedrigen Schwellenwert der Ladepegel befindet und genau (OK) funktioniert, die Farbe der Alarmanzeige auf der Benutzerschnittstelle 50 Grün (GRN) ist und die Farbe der grafischen Darstellung der Batterie auf der Benutzerschnittstelle 50 Schwarz (BLK) ist.
Im Zustandsdiagramm von 6 steht die Alarm- und Batteriedarstellungsfarbe ”YLW” für Gelb und ”RED” zeigt die Farbe Rot an. In dem Fall, wo die austauschbare Batterie 24 vom Steuer- und Stromquellenmodul 12 getrennt ist, wird der Zustand der Batterie in 6 als ”DC” angegeben, was für getrennt steht. Außerdem schließt sowohl die austauschbare Batterie 24 als auch die interne Batterie 80 drei Schwellenwerte der Ladepegel ein, die durch ”OK, LOW, und EMPTY” angegeben sind. Der Batteriezustand OK zeigt an, sofern es die Ladepegel betrifft, dass sich die Batterie, auf die der Zustand bezogen ist, oberhalb eines niedrigen Schwellenwerts der Ladepegel befindet, während LOW anzeigt, dass sich die Batterie auf einem niedrigen Schwellenwert befindet, welcher ein Bereich von Ladepegeln sein kann; und EMPTY anzeigt, dass die Batterie sich auf einem Schwellenwert leerer Ladepegel befindet, was ebenfalls ein Bereich von Ladepegeln sein kann und der größer als eine Ladung von Null sein kann. Die Schwellenwert-Ladepegel für austauschbare Batterie 24 und interne Batterie 80 zeigen an, dass sich die Batterie auf einem Schwellenwert leerer Ladepegel befindet, was ebenfalls in einem Bereich von Ladepegeln liegen kann und der größer als eine Ladung von Null sein kann. Die Schwellenwert-Ladepegel für die in Beispielen gemäß dieser Offenlegung eingesetzten austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 können sowohl in der Anzahl als auch in der Größenordnung gleich oder unterschiedlich sein.
Beginnend in der oberen rechten Ecke des Zustandsdiagramms von 6 gibt der Zustand 170 einen normalen Betriebszustand für das Steuer- und Stromquellenmodul 12 an. Im Zustand 170 befinden sich austauschbare Batterie und interne Batterie 80 beide über einem Schwellenwert niedriger Ladepegel, und somit ist der Zustand im Zustand 170 als OK angegeben. Die Anzeige im Zustand 170, dass die austauschbare Batterie 24 und interne Batterie 80 beide OK sind, weil sich die Batterien über einem Schwellenwert niedriger Ladepegel befinden, bedeutet nicht zwangsläufig, dass die Batterien voll geladen sind und kann ohne Rücksicht darauf vorkommen, ob das Steuer- und Stromquellenmodul 12 mit einer externen Stromquelle zum Aufladen einer oder beider der Batterien angeschlossen ist. Zum Beispiel kann Zustand 170 auftreten, wenn die austauschbare Batterie 24 teilweise entladen ist, jedoch die Ladepegel der Batterie noch über einer geringen Höhe des Schwellenwerts liegen, die eine Alarmierung des Benutzers und erneutes Laden erforderlich machen kann. Ebenso kann der Zustand 170 auftreten, wenn die interne Batterie 80 teilweise entladen ist, jedoch die Ladepegel der Batterie noch über einer niedrigen Schwellenwerthöhe liegen, die eine Alarmierung des Benutzers und erneutes Laden erforderlich machen kann. Der Zustand 170 kann auch auftreten, wenn sowohl die austauschbare Batterie 24 als auch die interne Batterie 80 teilweise entladen sind, jedoch die Ladepegel beider Batterien noch über einem Schwellenwert niedriger Ladepegel liegen und eine Alarmierung des Benutzers und erneutes Laden erforderlich machen. In einem weiteren Beispiel kann der Zustand 170 auftreten, wenn sowohl die austauschbare Batterie 24 als auch die interne Batterie 80 voll geladen sind und wenn eine externe Stromquelle an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 angeschlossen ist, solange sich beide Batterien ebenfalls über einem Schwellenwert niedriger Ladepegel befinden.
7A und 7B stellen Beispiele der Art dar, wie das Leistungssteuerungsmodul 140 die Benutzerschnittstelle 50 steuern kann, wenn das Steuer- und Stromquellenmodul 12 sich in dem durch Zustand 170 in 6 angegebenen, normalen Betriebszustand befindet. Wie oben beschrieben, umfasst die Benutzerschnittstelle 50 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 einen Bildschirm 52, Eingabeknöpfe 54 sowie einen Stummschaltknopf 70 und Zustandsanzeigen 72 und 74. In den Beispielen von 7A und 7B enthält der Bildschirm 52 das Austauschbare-Batterie-Bildsymbol 200, das Interne-Batterie-Bildsymbol 202 und die Zustandsanzeige 204. Ebenfalls in den Beispielen von 7A und 7B sowie 8–10B sind Eingabeknöpfe 54 mit zwei unterschiedlichen Bildsymbolen, einem rechteckigen Bildsymbol und einem anderen dreieckigen Bildsymbol kodiert. In diesen Beispielen der Benutzerschnittstelle 50 entsprechen Eingabeknöpfe 54 zwei Hauptfunktionen, die mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 in Interaktion treten. Der mit rechteckigem Bildsymbol kodierte Eingabeknopf 54 kann als ein ”Home”-Knopf funktionieren, der bei Aktivierung durch einen Benutzer zu einem auf dem Bildschirm 52 der Benutzerschnittstelle 50 dargestellten Standardbildschirm navigiert. Der mit dreieckigem Bildsymbol kodierte Eingabeknopf 54 kann als ein „nächster” Knopf funktionieren, der bei Aktivierung durch einen Benutzer zum nächsten Bildschirm in einer Reihe möglicher Bildschirme, die auf dem Bildschirm 52 der Benutzerschnittstelle 50 dargestellt werden können, umschaltet.
7A veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die austauschbare Batterie 24 und die interne Batterie 80 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 voll geladen sind, wie es durch die Füllgröße im Austauschbare-Batterie-Bildsymbol 200 und Interne-Batterie-Bildsymbol 202, die jeweils der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 zugeordnet sind, angegeben ist. In 7A werden weder die austauschbare Batterie 24 noch die interne Batterie 80, z. B. entweder durch eine externe Stromquelle, die über den Anschluss 62 mit dem Steuer- und Stromquellenmodul verbunden ist oder im Fall einer internen Batterie 80 durch die austauschbare Batterie 24, aktuell aufgeladen.
Wenn die Zustände von austauschbarer Batterie 24 und interner Batterie 80 sowie verschiedener anderer Komponenten des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 in 7A einen normalen Betriebszustand anzeigen, der dem Zustand 170 von 6 entspricht, stellt die Zustandsanzeige 204 auf dem Bildschirm 52 ein Herz-Bildsymbol dar. Außerdem wird die Zustandsanzeige 72 durch das Steuer- und Stromquellenmodul 12 aktiviert, um die herzförmige Anzeige zu erleuchten. Weil die Zustände von austauschbarer Batterie 24 und interner Batterie 80 sowie verschiedener anderer Komponenten des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 einen normalen Betriebszustand anzeigen, der keine Alarmsignale erforderlich macht, stellt der Bildschirm 52 schließlich keine Alarm-Bildsymbole dar, und die Alarmzuständen zugeordnete Zustandsanzeige 74 ist nicht erleuchtet.
7B veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die austauschbare Batterie 24 und interne Batterie 80 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 weniger als voll geladen sind, sich jedoch oberhalb eines niedrigen Ladeschwellenpegels befinden, wie es durch die Füllungsgröße in der jeweils der austauschbaren Batterie und der internen Batterie zugeordneten Grafik 200 und 202 angegeben ist. Außerdem werden in 7B sowohl austauschbare Batterie 24 als auch interne Batterie 80 aktuell aufgeladen, wie es durch das Lade-Bildsymbol 206 angegeben ist, das dem Austauschbare-Batterie-Bildsymbol 200 und dem Interne-Batterie-Bildsymbol 202 überlagert ist. Wie es oben beschrieben ist, kann die austauschbare Batterie 24 geladen werden, während sie an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 angeschlossen ist, durch eine über den Anschluss 62 mit dem Modul 12 verbundene, externe Stromquelle. Außerdem kann die interne Batterie 80 durch die externe Stromquelle oder austauschbare Batterie 24 geladen werden. Wenn die Zustände von austauschbarer Batterie 24 und interner Batterie 80 sowie verschiedener anderer Komponenten des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 in 7B einen normalen Betriebszustand anzeigen, der dem Zustand 170 von 6 entspricht, wie bei dem Zustand des in 7A dargestellten Gerätes, stellt die Zustandsanzeige 204 auf dem Bildschirm 52 ein Herz-Bildsymbol dar, ist die Zustandsanzeige 72 erleuchtet und die zugeordnete Zustandsanzeige nicht erleuchtet.
In beiden 7A und 7B kann das Leistungssteuerungsmodul 140 das Austauschbare-Batterie-Bildsymbol 200 und das Interne-Batterie-Bildsymbol 202 in Schwarz darstellen, während der Ladepegel von austauschbarer Batterie 24 und interner Batterie 80 durch die Füllung im Batteriebildsymbol 200 und Interne-Batterie-Bildsymbol 202 angezeigt wird, so wie die Zustandsanzeige 204 auf dem Bildschirm 52 und Zustandsanzeige 72 in Grün dargestellt werden kann, wie es durch den Zustand 170 in 6 angegeben ist
Mit Bezug wieder auf 6 zeigt das Bewegen von Zustand 170 nach rechts in Zustand 172 an, dass die austauschbare Batterie 24 vom Steuer- und Stromquellenmodul 12 getrennt ist, während sich die interne Batterie 80 oberhalb eines niedrigen Ladepegels befindet. Zustand 172 zeigt die Trennung der austauschbaren Batterie 24 als Gleichstrom an. In dem beispielhaften Zustandsdiagramm von 6 wird immer dann, wenn die austauschbare Batterie 24 vom Steuer- und Stromquellenmodul 12 getrennt ist, die Alarmfarbe nicht durch eine Farbe sondern durch ein Symbol angezeigt, das in den Zuständen von 6 als ”SYM” abgekürzt ist. Ein Beispiel dieses Trennungssymbols ist im Beispiel der Benutzerschnittstelle 50 in 8 dargestellt. Die austauschbare Batterie 24 kann von dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 aus verschiedenen Gründen getrennt werden. In einem Beispiel kann ein Benutzer, z. B. der Patient 20, mehr als eine austauschbare Batterie besitzen, die an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 angeschlossen sein kann, so dass es möglich ist, immer oder nahezu immer eine voll geladene, austauschbare Batterie zu haben, die gegen eine entladene Batterie ausgetauscht werden kann. In einem anderen Beispiel kann die austauschbare Batterie 24 defekt sein und einen vollständigen Ersatz erforderlich machen. In einem anderen Beispiel kann die austauschbare Batterie 24 ihre maximale Anzahl von Ladezyklen erreichen, so dass sie nicht mehr in der Lage ist, eine Ladung zu halten und somit einen vollständigen Ersatz notwendig macht.
8 veranschaulicht ein Beispiel der Art und Weise, wie das Leistungssteuerungsmodul 140 die Benutzerschnittstelle 50 steuern kann, wenn sich das Steuer- und Stromquellenmodul 12 in dem durch den Zustand 172 in 6 angegebenen Zustand der getrennten, austauschbaren Batterie befindet. Im Beispiel von 8 umfasst der Bildschirm 52 das Austauschbare-Batterie-Bildsymbol 200, das Interne-Batterie-Bildsymbol 202, die Zustandsanzeige 204 und das Trennsymbol 206. 8 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem die austauschbare Batterie 24 vom Steuer- und Stromquellenmodul getrennt ist, wie es durch das Trennsymbol 206 angezeigt wird, das dem Austauschbare-Batterie-Bildsymbol 200 überlagert ist. Die interne Batterie 80 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12, wie im Zustand 172 in 6 angezeigt, befindet sich über einem niedrigen Schwellenladepegel, und ist, insbesondere in 8, voll geladen, wie es durch die Füllungsgröße im Interne-Batterie-Bildsymbol 202 angezeigt wird. In 8 werden weder die austauschbare Batterie 24 noch die interne Batterie 80 aktuell geladen, z. B. entweder durch eine externe Stromquelle, die mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 via Anschluss 62 verbunden ist, oder, im Fall der internen Batterie 80, durch die austauschbare Batterie 24.
Wenn die Zustände der internen Batterie 80 sowie verschiedener anderer Komponenten des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 in 8 keine Alarmzustände anzeigen, kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die Zustandsanzeige 204 auf dem Bildschirm 52 als ein Herz-Bildsymbol anzeigen. Außerdem wird die Zustandsanzeige 72 durch das Leistungssteuerungsmodul 140 aktiviert, um die herzförmige Anzeige zu erleuchten. Weil der Zustand des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 keine Notwendigkeit für irgendwelche Alarme ist, zeigt der Bildschirm 52 schließlich keine Alarmbildsymbole an, und die Alarmzuständen zugeordnete Zustandsanzeige 74 ist nicht erleuchtet.
In 8 kann das Leistungssteuerungsmodul 140 das Batteriebildsymbol 200, das Interne-Batterie-Bildsymbol 202 und das Trennsymbol 206 in Schwarz darstellen, während der durch die Füllung im Interne-Batterie-Bildsymbol 202 angezeigte Ladepegel der internen Batterie 80 sowie die Zustandsanzeige 204 auf dem Bildschirm 52 und Zustandsanzeige 72 in Grün dargestellt werden können, wie es durch den Zustand 172 in 6 angegeben ist.
Mit Bezug wieder auf 6 zeigt das Bewegen von Zustand 172 nach rechts in den Zustand 174, dass eine Trennungspause erreicht worden ist, die bewirkt, dass das Leistungssteuerungsmodul 140 ein Alarmsignal auslöst, das einen Benutzer des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 anweist, die austauschbare Batterie 24 oder eine andere solche Stromquelle erneut an das Gerät anzuschließen. Die Trennungspause im Beispiel von 6 ist angezeigt als fünf Minuten, so dass, wenn die austauschbare Batterie 24 von dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 mehr als fünf Minuten getrennt bleibt, ein Alarmsignal zum Wiederanschluss der Batterie ausgelöst wird. Jedoch kann in anderen Beispielen gemäß dieser Offenlegung, die Trennungspause mehr oder weniger Zeit als im Beispiel von 6 sein. Zum Beispiel kann die Trennungspause zehn Minuten entsprechen, so dass das Leistungssteuerungsmodul 140 ein Wiederanschluss-Alarmsignal der Batterie auslösen wird, nachdem die austauschbare Batterie 24 vom Steuer- und Stromquellenmodul 12 mehr als zehn Minuten getrennt gelassen wurde. In einem Beispiel von Zustand 174 kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die Benutzerschnittstelle 50 steuern, um Anweisungen an einen Benutzer des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 auf dem Bildschirm 52 darzustellen, eine neue oder wieder aufgeladene, austauschbare Batterie einzusetzen, nachdem die Trennungspause erreicht wurde. In einem anderen Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 auch den Lautsprechertreiber 150 und die Lautsprecher 90 steuern, um zu bewirken, dass die Lautsprecher einen hörbaren Ton ausgeben.
Im Beispiel von 6 werden beim Abwärtsbewegen vom Normalzustand 170 zum Zustand 188 die Ladepegel der austauschbaren Batterie 24 und der internen Batterie 80 fortschreitend niedriger. Ferner nehmen beim Abwärtsbewegen vom Normalzustand 170 in den Zustand 188 die durch das Leistungssteuerungsmodul 140 ausgegebenen Alarmsignale und solchen Alarmsignalen zugeordnete Anweisungen an Schärfe zu, z. B. durch Änderung der grafischen Symbole, Farbe und/oder der Amplitude von hörbaren Tönen, die durch den Lautsprecher 90 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 ausgegeben werden. Im Zustand 176 hat die austauschbare Batterie 24 einen niedrigen Schwellenladepegel erreicht, während die interne Batterie 80 über einem niedrigen Schwellenladepegel bleibt. Im Zustand 178 hat die austauschbare Batterie 24 einen leeren Schwellenladepegel erreicht, während die interne Batterie 80 über einem niedrigen Schwellenwertladepegel bleibt. Im Zustand 178 löst das Leistungssteuerungsmodul 140 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 einen niedrigen Batteriealarm aus, weil die austauschbare Batterie 24 einen leeren Schwellenwertpegel erreicht hat. In einem Beispiel von Zustand 18, kann die Benutzerschnittstelle 50 die Zustandsanzeige 74 erleuchten und eine Zustandsanzeige 204 auf dem Bildschirm 52 als Alarm-Bildsymbol darstellen. Außerdem kann die Benutzerschnittstelle 50 dem Benutzer des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 eine Anzeige auf dem Bildschirm 52 des niedrigen Batterieladepegels, z. B. durch Färbung eines Teils oder des ganzen Austauschbare-Batterie-Bildsymbols auf dem Bildschirm 52 in Gelb, darstellen. Im Zustand 180 hat die austauschbare Batterie 24 einen leeren Schwellenladepegel erreicht, und die interne Batterie 80 hat einen niedrigen Schwellenladepegel erreicht. Schließlich haben im Zustand 188 austauschbare Batterie 24 und interne Batterie 80 beide einen leeren Schwellenladepegel erreicht.
Ergänzend zu den Ladepegeln der austauschbaren Batterie 24 und der internen Batterie 80, die sich bei Abwärtsbewegung vom Zustand 170 zum Zustand 188 im Beispiel von 6 fortschreitend verringern, nehmen die durch das Leistungssteuerungsmodul 140 ausgegebenen Alarmsignale und die mit solchen Alarmsignalen verbundenen Anweisungen an Schärfe zu, z. B. durch Änderung der grafischen Symbole und Farben, die Elementen der Benutzerschnittstelle 50 zugeordnet sind, und/oder Änderung der Amplitude hörbarer Töne, die durch Lautsprecher 90 des Steuer- und Stromquellenmodul 12 ausgegeben werden. Während das dem Zustand 178 austauschbare Batterie „leer” und interne Batterie „OK” zugeordnete Alarmsignal eine Benutzerschnittstelle 50 umfassen kann, die dem Benutzer des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 eine Anzeige Batterieladepegel „niedrig” auf dem Bildschirm 52 darstellt, z. B. durch Färbung eines Teils oder des ganzen Austauschbare-Batterie-Bildsymbols auf dem Bildschirm 52 in Gelb, kann zum Beispiel das dem Zustand 180 leere, austauschbare Batterie und niedrige interne Batterie zugeordnete Alarmsignal die Darstellung der Benutzeranweisungen auf dem Bildschirm 52 enthalten, eine neue Batterie einzusetzen. In einem solchen Beispiel kann die Priorität des Alarmsignals, das den Anwender anweist, eine neue Batterie einzusetzen, wie es z. B. durch die Amplitude eines von den Lautsprechern 90 ausgegebenen Tons angezeigt wird, mittelmäßig sein.
Im Zustand 188 von leerer austauschbarer Batterie und leerer interner Batterie kann im Gegensatz zu beiden Zuständen 178 und 180 das Leistungssteuerungsmodul 140 die Schärfe der dem Benutzer des Steuer- und Stromquellenmoduls dargestellten Alarmsignale weiter erhöhen. Wie in 6 angegeben ist, kann das Leistungssteuerungsmodul 140 zum Beispiel durch die Benutzerschnittstelle 50 auf dem Bildschirm 52 dargestellte Alarmsignale und Batteriebildsymbole rot färben und kann außerdem Anweisungen an den Benutzer ausgeben, eine neue Batterie einzusetzen und/oder das Steuer- und Stromquellenmodul 12 mit einer externen Stromquelle, z. B. über den Anschluss 62, zu verbinden. In einem solchen Beispiel kann die Priorität des Alarmsignals, das den Benutzer anweist, eine neue Batterie einzusetzen und/oder das Steuer- und Stromquellenmodul 12 an eine externe Stromquelle anzuschließen, wie angegeben, z. B. durch die Amplitude eines von den Lautsprechern 90 ausgegebenen Tons, hoch sein.
Mit Bezug wieder auf den Zustand 180 im Beispiel von 6 gibt das Bewegen nach rechts von Zustand 180 Situationen an, in denen die interne Batterie 80 eine Ladung auf einem niedrigen Schwellenladepegel aufrechterhält, sich jedoch der Zustand der austauschbaren Batterie 24 verändert, was das Trennen und erneute Anschließen oder Ersetzen der austauschbaren Batterie einschließt. Im Zustand 182 ist die austauschbare Batterie 24 vom Steuer- und Stromquellenmodul 12 getrennt, und die interne Batterie 80 befindet sich auf einem niedrigen Schwellenladepegel. Im Zustand 182 kann das Leistungssteuerungsmodul 140 an den Benutzer des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 ein Alarmsignal ausgeben, das z. B. das Steuern der Benutzerschnittstelle 50 einschließt, um ein Symbol darzustellen, das einem Austauschbare-Batterie-Bildsymbol zugeordnet ist, welches anzeigt, dass die Batterie 24 getrennt worden ist, und um einen Teil oder das ganze Interne-Batterie-Bildsymbol auf dem Bildschirm 52 gelb zu färben. Das Leistungssteuerungsmodul 140 kann auch Anweisungen auf dem Bildschirm 52 darstellen, eine neue Batterie einzusetzen sowie die Priorität des Alarmsignals, das den Benutzer anweist, eine neue Batterie einzusetzen, als mittelmäßig anzuzeigen, z. B. durch Steuern der Lautsprecher 90, um einen hörbaren Ton bei einer speziellen Amplitude auszugeben.
Im Zustand 184 ist eine austauschbare Batterie mit niedrigem Schwellenladepegel mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 verbunden, und die interne Batterie 80 befindet sich auf einem niedrigen Schwellenladepegel. In einem Beispiel von Zustand 184 wurde die austauschbare Batterie 24 auf dem niedrigen Schwellenladepegel wieder aufgeladen und erneut an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 angeschlossen. In einem anderen Beispiel wurde die austauschbare Batterie 24 jedoch durch eine andere austauschbare Batterie ersetzt, die sich auf dem niedrigen Schwellenladepegel befindet und die an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 angeschlossen ist. Im Zustand 184 kann das Leistungssteuerungsmodul 140 ein Alarmsignal an einen Benutzer des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 ausgeben, was z. B. das Steuern der Benutzerschnittstelle 50 einschließt, einen Teil oder das ganze Austauschbare-Batterie-Bildsymbol und ein Interne-Batterie-Bildsymbol auf dem Bildschirm 52 gelb zu färben, Anweisungen auf dem Bildschirm 52 darzustellen, eine neue Batterie einzusetzen, sowie die Priorität des Alarmsignals, das den Benutzer anweist, eine neue Batterie einzusetzen, als mittelmäßig darzustellen, z. B. durch Steuern der Lautsprecher 90, um einen hörbaren Ton bei einer speziellen Amplitude auszugeben.
In Zustand 186 ist eine austauschbare Batterie oberhalb eines niedrigen Schwellenladepegels an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 angeschlossen, und die interne Batterie 80 befindet sich auf einem niedrigen Schwellenladepegel. In einem Beispiel des Zustands 186 wurde die austauschbare Batterie 24 über dem niedrigen Schwellenladepegel wieder aufgeladen und erneut an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 angeschlossen. In einem anderen Beispiel wurde die austauschbare Batterie 24 jedoch durch eine andere austauschbare Batterie, die über dem niedrigen Schwellenladepegel geladen und an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 angeschlossen ist, ersetzt. Beim Zustand 186 kann das Leistungssteuerungsmodul 140 ein Alarmsignal an einen Benutzer des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 ausgeben, was z. B. das Steuern der Benutzerschnittstelle 50 einschließt, um einen Teil oder das ganze austauschbare Batteriebildsymbol grün zu färben, um anzuzeigen, dass sich die austauschbare Batterie über dem niedrigen Schwellenladepegel befindet, und Steuern der Benutzerschnittstelle 50, um einen Teil oder das ganze Interne-Batterie-Bildsymbol auf dem Bildschirm 52 gelb zu färben, um anzuzeigen, dass sich die interne Batterie 80 noch auf dem niedrigen Schwellenladepegel befindet.
Mit Bezug wieder auf den Zustand 188 im Beispiel von 6, zeigt das Bewegen nach rechts vom Zustand 188 Situationen, in denen die interne Batterie 80 eine Ladung bei einem leeren Schwellenladepegel aufrechterhält, der Zustand der austauschbaren Batterie 24 sich jedoch ändert, was das Trennen und erneute Anschließen oder Ersetzen der austauschbaren Batterie einschließt. Im Zustand 190 ist die austauschbare Batterie 24 vom Steuer- und Stromquellenmodul 12 getrennt, und die interne Batterie 80 befindet sich auf einem leeren Schwellenladepegel. Im Zustand 190 kann das Leistungssteuerungsmodul 140 ein Alarmsignal an einen Benutzer des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 ausgeben, was z. B. Steuern der Benutzerschnittstelle 50 einschließt, um ein Symbol darzustellen, das dem Austauschbare-Batterie-Bildsymbol zugeordnet ist und anzeigt, dass die Batterie 24 getrennt wurde, und um einen Teil oder das ganze Batteriebildsymbol auf dem Bildschirm 52 rot zu färben. Das Leistungssteuerungsmodul 140 kann außerdem Anweisungen auf dem Bildschirm 52 darstellen, eine neue Batterie einzusetzen und/oder das Steuer- und Stromquellenmodul 12 an eine externe Stromquelle anzuschließen, sowie die Priorität des Alarmsignals, das den Benutzer anweist, eine neue Batterie einzusetzen, als hoch anzuzeigen, z. B. durch das Steuern der Lautsprecher 90, um einen hörbaren Ton bei einer speziellen Amplitude, z. B. einer höheren Amplitude als ein Ton, der für ein Alarmsignal mittelmäßiger Priorität ausgegeben wird, auszugeben.
Im Zustand 192 ist eine austauschbare Batterie bei niedrigem Schwellenladepegel an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 angeschlossen, und die interne Batterie 80 befindet sich auf einem leeren Schwellenladepegel. In einem Beispiel des Zustandes 192 wurde die austauschbare Batterie 24 auf dem niedrigen Schwellenladepegel wieder aufgeladen und erneut an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 angeschlossen. In einem anderen Beispiel wurde die austauschbare Batterie 24 jedoch durch eine andere austauschbare Batterie ersetzt, die sich auf niedrigem Schwellenladepegel befindet und an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 angeschlossen ist. Im Zustand 192 kann das Leistungssteuerungsmodul 140 ein Alarmsignal an einen Benutzer des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 ausgeben, was z. B. Steuern der Benutzerschnittstelle 50 umfasst, um einen Teil oder das ganze Austauschbare-Batterie-Bildsymbol gelb und ein Interne-Batterie-Bildsymbol auf dem Bildschirm 52 rot zu färben, sowie Anweisungen auf dem Bildschirm 52 darzustellen, das Steuer- und Stromquellenmodul 12 an eine externe Stromquelle anzuschließen. Im Zustand 194 ist die austauschbare Batterie oberhalb eines niedrigen Schwellenladepegels an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 angeschlossen, und die interne Batterie 80 befindet sich auf einem leeren Schwellenladepegel. In einem Beispiel des Zustands 194 wurde die austauschbare Batterie 24 über dem niedrigen Schwellenladepegel wieder aufgeladen und erneut an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 angeschlossen. In einem anderen Beispiel wurde die austauschbare Batterie 24 jedoch durch eine andere austauschbare Batterie ersetzt, die über dem niedrigen Schwellenladepegel geladen und an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 angeschlossen ist. Im Zustand 194 kann das Leistungssteuerungsmodul 140 ein Alarmsignal an den Benutzer des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 ausgeben, was z. B. das Steuern der Benutzerschnittstelle 50 einschließt, um einen Teil oder das ganze Interne-Batterie-Bildsymbol auf dem Bildschirm 52 rot zu färben, um anzuzeigen, dass sich die interne Batterie 80 noch auf dem niedrigen Schwellenladepegel befindet. Weil die interne Batterie 80 sich noch auf dem leeren Schwellenladepegel befindet, kann das Leistungssteuerungsmodul 140 auch Anweisungen auf dem Bildschirm 52 darstellen, um das Steuer- und Stromquellenmodul 12 an eine externe Stromquelle anzuschließen, um die interne Batterie über dem leeren Schwellenwert zu laden, ohne die austauschbare Batterie aufzubrauchen.
Das vorhergehende Beispiel des Zustandsdiagramms von 6 wird beschrieben, indem mit dem Zustand 170 in der oberen rechten Ecke des Diagramms begonnen wird und man sich in einer Anzahl von Richtungen dieses Zustands bewegt. Die Wahl des Zustands 170 als Ausgangspunkt sowie die Bewegungen von dort zu anderen, nachstehend beschriebenen Zuständen ist jedoch willkürlich und zeigt keine notwendige Reihenfolge für die Zustände des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 an. Die Pfeile im Zustandsdiagramm von 6 veranschaulichen, dass die Bewegung zwischen den verschiedenen Zuständen des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 bedingt durch eine Anzahl von unterschiedlichen Faktoren auftreten kann, die z. B. Entfernen oder Einsetzen einer austauschbaren Batterie, Aufbrauchen oder Erhöhen des Ladepegels von einer oder beiden der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 auf eine Anzahl unterschiedlicher Schwellenwerte und das Laden von einer oder beiden der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 einschließt.
9A–10B stellen eine Anzahl von zusätzlichen, beispielhaften Funktionen und Erscheinungen einer beispielhaften Ausführung der Elemente der Benutzerschnittstelle 50 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 dar. 9A–C veranschaulichen eine Anzahl von Beispielen von Benutzerschnittstellen 50, durch die das Leistungssteuerungsmodul 140 drei Zustände des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 mit der austauschbaren Batterie 24 und der internen Batterie 80 bei veränderlichen Ladepegeln anzeigt. In den Beispielen von 9A–C wird weder die austauschbare Batterie 24 noch die interne Batterie 80 aktuell aufgeladen, z. B. entweder durch eine externe Stromquelle, die mit dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 über den Anschluss 62 verbunden ist, oder im Fall der internen Batterie 80 durch die austauschbare Batterie 24.
9A veranschaulicht Beispiele der Art und Weise, wie das Leistungssteuerungsmodul 140 die Benutzerschnittstelle 50 steuern kann, wenn sich die austauschbare Batterie 24 auf einem niedrigen Schwellenladepegel und die interne Batterie 80 sich über einem Schwellenladepegel befinden. In einem Beispiel des durch die Benutzerschnittstelle 50 in 9A dargestellten Zustands kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die Zustandsanzeige 204 auf dem Bildschirm 52 als ein Alarmbildsymbol darstellen. Im Beispiel von 9A zeigt die Zustandsanzeige 204 den Alarmzustand niedrigsten Pegels an, indem das Alarmbildsymbol abgehoben wird und keine Hervorhebungssymbole dargestellt werden. Die Zustandsanzeige 72 wird außerdem durch das Leistungssteuerungsmodul 140 deaktiviert, so dass die herzförmige Anzeige nicht erleuchtet ist und die Zustandsanzeige 74 erleuchtet ist, um den Alarmzustand anzuzeigen. Im Beispiel von 9A zeigt die Zustandsanzeige 204 den Alarmzustand niedrigsten Pegels an, indem der dreieckige Teil der Anzeige erleuchtet wird, ohne die Hervorhebungssymbole zu erleuchten, die als zwei gekrümmte Linien in 9A angezeigt sind. In einem Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 das Austauschbare-Batterie-Bildsymbol 200 und Interne-Batterie-Bildsymbol 202 in Schwarz darstellen, während der Ladepegel der austauschbaren Batterie 24 durch die Füllung im Batteriebildsymbol 200 angezeigt wird und die Zustandsanzeige 204 auf dem Bildschirm 52 und der Zustandsanzeige 74 in Gelb dargestellt werden kann. Das Leistungssteuerungsmodul kann den Ladepegel der internen Batterie 80 darstellen, angegeben durch die Füllung im Batteriebildsymbol 202 als Grün, um anzuzeigen dass, im Gegensatz zur austauschbaren Batterie 24, die interne Batterie sich oberhalb eines niedrigen Schwellenladepegels befindet.
9B veranschaulicht Beispiele der Art und Weise, wie das Leistungssteuerungsmodul 140 die Benutzerschnittstelle 50 steuern kann, wenn beide, austauschbare Batterie 24 und interne Batterie 80, sich auf dem niedrigen Schwellenladepegel befinden. In einem Beispiel des durch die Benutzerschnittstelle 50 in 9B dargestellten Zustands kann das Leistungssteuerungsmodul 140 eine Zustandsanzeige 204 auf dem Bildschirm 52 als ein Alarmbildsymbol darstellen. Im Beispiel von 9B gibt die Zustandsanzeige 204 einen Alarmzustand mittleren Pegels durch Füllung des Alarmbildsymbols an und stellt ein durch eine verdickte gekrümmte Linie dargestelltes Hervorhebungssymbol dar. Die Zustandsanzeige 72 wird außerdem durch das Leistungssteuerungsmodul 140 deaktiviert, so dass die herzförmige Anzeige nicht erleuchtet ist und die Zustandsanzeige 74 erleuchtet ist, um den Alarmzustand anzugeben. Im Beispiel von 9B zeigt die Zustandsanzeige 204 den Alarmzustand mittleren Pegels an, indem der dreieckige Teil der Anzeige erleuchtet wird und eines der zwei Hervorhebungssymbole als zwei gekrümmte Linien in 9B angezeigt wird. In einem Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 das Austauschbare-Batterie-Bildsymbol 200 und Interne-Batterie-Bildsymbol 202 in Schwarz darstellen, während der Ladepegel der austauschbaren Batterie 24 und der internen Batterie 80 angezeigt wird durch die Füllung in den Batteriebildsymbolen 200 und 202, sowie die Zustandsanzeige 204 auf dem Bildschirm 52 und der Zustandsanzeige 74 in Gelb dargestellt werden kann.
9C veranschaulicht Beispiele der Art und Weise, wie das Leistungssteuerungsmodul 140 die Benutzerschnittstelle 50 steuern kann, wenn beide, austauschbare Batterie 24 und interne Batterie 80, auf einem leeren Schwellenladepegel sind. In einem Beispiel des durch die Benutzerschnittstelle 50 in 9C dargestellten Zustand kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die Zustandsanzeige 204 auf dem Bildschirm 52 als ein Alarm-Bildsymbol darstellen. Im Beispiel von 9C gibt die Zustandsanzeige 204 einen Alarmzustand hohen Pegels an durch Füllung des Alarm-Bildsymbols und Zeigen zweier Hervorhebungssymbole, die durch zwei verdickte, gekrümmte Linien dargestellt sind. Die Zustandsanzeige 72 wird außerdem durch das Leistungssteuerungsmodul 140 deaktiviert, so dass die herzförmige Anzeige nicht erleuchtet und die Zustandsanzeige 74 erleuchtet ist, um den Alarmzustand anzuzeigen. Im Beispiel von 9C gibt die Zustandsanzeige 204 den Alarmzustand hohen Pegels an, indem der dreieckige Teil der Anzeige erleuchtet ist und beide Hervorhebungssymbole erleuchtet sind, die als zwei gekrümmte Linien in 9C angegeben sind. In einem Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 das Austauschbare-Batterie-Bildsymbol 200 und Interne Batterie-Bildsymbol 202 in Schwarz darstellen, während der Ladepegel der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 durch die Füllung in den Batterie-Bildsymbolen 200 und 202 angezeigt wird, sowie die Zustandsanzeige 204 auf Bildschirm 52 und Zustandsanzeige 74 in Rot dargestellt werden können.
10A und 10B stellen Bildschirme dar, die durch den Bildschirm 52 der Benutzerschnittstelle 50 gezeigt werden können, ergänzend zu den Bildschirmen, die den Batterieladezustand und Alarmzustände angeben. 10A veranschaulicht ein Beispiel, in dem das Leistungssteuerungsmodul 140 verschiedene Parameter darstellt, die auf die implantierte Pumpe 14 bezogen sind. Wie es nachstehend beschrieben wird, kann das Leistungssteuerungsmodul 140 zusammen mit der in 5 dargestellten Strombrücke 148 ausgeführt werden, um die Betriebsparameter der motorbetriebenen, implantierten Pumpe 14 zu erfassen. In 10A stellt das Leistungssteuerungsmodul 140 die aktuelle Leistung in Watt (W) dar, die durch die motorbetriebene Pumpe entnommen wird, den aktuellen Durchsatz der Pumpe in Litern pro Minute (l/min) und die aktuelle Winkelgeschwindigkeit des Pumpenmotors in Umdrehungen pro Minute (U/min). 10B veranschaulicht ein Beispiel, in dem das Leistungssteuerungsmodul 140 die Beschreibung eines Alarmsignals darstellt, die das Modul an einen Benutzer des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 ausgibt, sowie Anweisungen für Abhilfemaßnahmen, die durch den Benutzer durchgeführt werden können, um das Steuer- und Stromquellenmodul aus dem Alarmzustand zu nehmen.
Mit Bezug auf 7A, 7B und 9A–10B bietet das Leistungssteuerungsmodul 140 Benutzern des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 nicht nur Schätzungen der Größe der in der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 übrig bleibenden Ladung, sondern stellt auch einen Schätzwert der Zeitgröße bereit, mit der die Batterien weiter arbeiten werden, bevor Ersatz oder Wiederaufladen erforderlich ist. Zum Beispiel berechnet in 7A und 7B das Leistungssteuerungsmodul 140 die den Batterieladungen verbleibende Zeit als zwei Stunden und 45 Minuten, was durch die Benutzerschnittstelle 50 auf dem Bildschirm 52 direkt unter dem Austauschbare-Batterie-Bildsymbol 200 dargestellt ist. In 9A und 9B berechnet das Leistungssteuerungsmodul 140 die den Batterieladungen verbleibende Zeit als 45 Minuten, was durch die Benutzerschnittstelle 50 auf dem Bildschirm 52 direkt unter dem Austauschbare-Batterie-Bildsymbol 200 dargestellt ist. In einem Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die der Ladung der austauschbaren Batterie 24 verbleibende Zeit berechnen, und die Benutzerschnittstelle 50 kann sie darstellen. In einem anderen Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die der Ladung der internen Batterie 80 verbleibende Zeit berechnen, und die Benutzerschnittstelle 50 kann sie darstellen. In einem anderen Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die den Ladungen sowohl der austauschbaren Batterie 24 als auch der internen Batterie 80 verbleibende Gesamtzeit berechnen, und die Benutzerschnittstelle 50 kann sie darstellen. In einem anderen Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die den Ladungen jeweils der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 verbleibende Zeit berechnen, wobei die Benutzerschnittstelle dies auf dem Bildschirm 52 getrennt darstellen kann.
Das Leistungssteuerungsmodul 140 kann eine Anzahl unterschiedlicher Typen von Schätzungen und/oder Annahmen nutzen, um die den Batterieladungen verbleibende Zeit für das Steuer- und Stromquellenmodul 12 zu berechnen. In einem Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 eine voreingestellte Nennleistungsentnahme von den Komponenten des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 und der implantierten Pumpe 14 annehmen und die den Batterieladungen verbleibende Zeit basierend auf der voreingestellten Leistungsanforderung und der in der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 verbleibenden Ladungsgröße berechnen. In einem anderen Beispiel kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die durch die Komponenten des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 und die implantierte Pumpe 14 entnommene Leistung verfolgen und speichern und die Leistungsanforderungen über die Zeit mitteln. Anschließend kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die den Batterieladungen verbleibende Zeit basierend auf der durchschnittlichen, überlieferten Leistungsanforderung und der der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 verbliebenen Ladungsgröße berechnen.
Mit Bezug wieder auf 5 umfasst die Steuerung des Steuer- und Stromquellenmoduls 12, ergänzend zu der oben beschriebenen redundanten Stromquellenarchitektur, Doppelprozessoren 130, 132 und zwei Telemetriemodule 136, 138, wobei beide Elemente des Gerätes von 5 für redundanten und/oder komplementären Betrieb konfiguriert sein können. Das Steuer- und Stromquellenmodul 12 kann erste und zweite Prozessoren 130, 132 einsetzen, um Fehlerschutz und redundanten Betrieb in dem Fall bereitzustellen, dass ein Prozessor fehlerhaft arbeitet. Außerdem können die ersten und zweiten Prozessoren 130, 132 so konfiguriert sein, dass verschiedene Komponenten des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 versorgt werden und die durch das Gerät vollbrachte Leistungssteuerung weiter verbessert wird. In diesem Sinn kann die Verwendung der ersten und zweiten Prozessoren 130, 132 durch das Leistungssteuerungsmodul 140 gesteuert werden, denen, wie oben angemerkt, in einigen Beispielen als einem oder beiden von Prozessoren 130, 132 und Speicher 134 konkrete Form gegeben werden kann.
In einem Beispiel, das Fehlerschutz- und Redundanzverfahren einsetzt, sind die ersten und zweiten Prozessoren 130, 132 so konfiguriert, um sich periodisch zu testen, damit Funktionsstörungen und/oder Ausfälle erkannt werden. In dem Fall, dass einer der ersten und zweiten Prozessoren 130, 132 fehlerhaft arbeitet oder ausfällt, kann der andere der Prozessoren den fehlerhaft arbeitenden Prozessor abschalten und die Verwaltung/Steuerung einer beliebigen der Komponenten des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 und/oder der implantierten Pumpe 14 übernehmen, die zuvor durch den fehlerhaft arbeitenden Prozessor abgearbeitet wurden. Außerdem kann der eine der ersten und zweiten Prozessoren 130, 132, der noch ordnungsgemäß arbeitet, ein Alarmsignal auslösen, um einen Benutzer des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 vor dem Prozessorfehler/Ausfall zu warnen. Zum Beispiel kann der eine der ersten und zweiten Prozessoren 130, 132, der noch ordnungsgemäß arbeitet, den Bildschirm 52 der Benutzerschnittstelle 50 so steuern, dass dem Benutzer des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 eine Nachricht überbracht wird, die der Prozessor, z. B. vom Speicher 134, abrufen kann.
Ergänzend zu den Fehlerschutz- und Redundanzverfahren können die ersten und zweiten Prozessoren 130, 132 so konfiguriert werden, dass verschiedene Komponenten des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 verwaltet und gesteuert werden, wobei einer der beiden so konfiguriert werden kann, um die implantierte Pumpe 14 zu bedienen und zu steuern. Im Beispiel von 5 ist der erste Prozessor 130 mit dem Speicher 134, dem ersten Telemetriemodul 136, dem Leistungssteuerungsmodul 140 und dem Lautsprechertreiber 150 kommunikativ verbunden. Das Leistungssteuerungsmodul 140, das mit dem ersten Prozessor 130 verbunden und diesem zugeordnet ist, ist kommunikativ verbunden mit dem Ladegerät 142, der Stromverbindung 146 und dem Leistungswechselrichter 148. Im Beispiel von 5 ist daher der erste Prozessor 130 durch Voreinstellung konfiguriert, um die implantierte Pumpe 14 über Leistungssteuerungsmodul 140 und Leistungswechselrichter 148 zu steuern und zu bedienen. Der zweite Prozessor 132 ist andererseits mit dem Speicher 134, zweiten Telemetriemodul 138, Sensoren 152, und Benutzerschnittstelle 50 verbunden. Somit ist die Steuerung und Verwaltung des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 zwischen dem ersten Prozessor 130 und zweiten Prozessor 132 geteilt. Das bedeutet nicht, dass die zwischen den Komponenten des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 in 5 dargestellten Verbindungslinien die einzigen Verbindungen in dem Gerät darstellen. Zum Beispiel kann in dem Fall, dass der erste Prozessor 130 fehlerhaft arbeitet oder ausfällt, der zweite Prozessor 132 Steuerung und Verwaltung der implantierten Pumpe 14 über das Leistungssteuerungsmodul 140 und die Strombrücke 148 übernehmen.
Um redundanten Betrieb des implantierten Pumpenreglers 21 zu bewirken, sind beide, erste und zweite Prozessoren 130, 132 konfiguriert, um die Leistungsübertragung in dem Fall zu steuern und zu bewerkstelligen, dass der andere Prozessor fehlerhaft arbeitet oder ausfällt. Jedoch können die ersten und zweiten Prozessoren 130, 132, in einigen Beispielen, nicht exakt die gleichen sein. Zum Beispiel kann einer der ersten und zweiten Prozessoren 130, 132 geringere Leistungsanforderungen als der andere Prozessor haben, um die Strombelastungen in der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 weiter zu verringern. In jedem Fall ermöglicht das Teilen von Steuerung und Verwaltung des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 zwischen dem ersten Prozessor 130 und zweiten Prozessor 132, einige der Komponenten des Gerätes abzuschalten, wenn sie nicht in Gebrauch sind, was wiederum die Leistungsanforderung der Elektronik des Gerätes signifikant verringern kann. Obwohl das Steuer- und Stromquellenmodul 12 ausgeführt sein kann, um die Raumausnutzung zu maximieren und die Größe des Gerätes zu minimieren und obwohl zwei Prozessoren mehr Raum einnehmen und mehr wiegen als einer, kann der Einsatz der ersten und zweiten Prozessoren 130, 132 folglich die Leistungsanforderungen wirksam genug reduzieren, so dass Größe und Kapazität der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 ebenfalls reduziert sind.
In einem Beispiel ist der erste Prozessor 130 so konfiguriert, um Leistung zu übertragen und zu dem Pumpenregler 21 über Strombrücke 148, erstes Telemetriemodul 136, Leistungssteuerungsmodul 140 zu übertragen und auch den Lautsprechertreiber 150 zu steuern. Der zweite Prozessor 132 ist konfiguriert, um Benutzerschnittstelle 50, zweites Telemetriemodul 138 und Sensoren 152 zu steuern. Jedoch muss nur eine begrenzte Anzahl dieser Komponenten des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 die ganze oder sogar meiste Zeit laufen, die in erster Linie jene sind, die die Funktion der Leistungsübertragung und Kommunikationen zum Pumpenregler 21 beeinflussen oder sich darauf beziehen. An sich können der erste Prozessor 130 und zweite Prozessor 132 so konfiguriert sein, um eine oder mehrere der Komponenten abzuschalten, die sie in dem Fall steuern, dass sie nicht in Gebrauch sind. Zum Beispiel kann der zweite Prozessor 132 so konfiguriert sein, um Benutzerschnittstelle 50 und zweites Telemetriemodul 138 abzuschalten, wenn diese Komponenten des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 nicht verwendet werden. Außerdem steuert in diesem Beispiel der zweite Prozessor 132 keine Komponenten, die den implantierten Pumpenregler 21 oder irgendeine andere Komponente betreffen, welche ununterbrochen arbeiten muss. An sich kann der zweite Prozessor 132 abgeschaltet sein. In solchen Beispielen, bei denen der zweite Prozessor 132 abgeschaltet ist, kann in dem Fall, dass eine durch den Prozessor gesteuerte Komponente arbeiten muss, z. B. ruft ein Benutzer ein Element der Benutzerschnittstelle 50 auf, der erste Prozessor 130 so konfiguriert sein, um diese Aktivität zu detektieren und den zweiten Prozessor 132 zu reaktivieren. Außerdem kann der erste Prozessor 130 konfiguriert sein, um den zweiten Prozessor 132 periodisch zu reaktivieren, damit Fehlerschutz und Redundanz weiter zur Verfügung gestellt werden, der wiederum dann den ersten Prozessor auf etwaige Funktionsstörungen oder Ausfälle prüfen kann. In einem anderen Beispiel kann der zweite Prozessor 132 konfiguriert sein, um sich periodisch selbst zu reaktivieren, damit der erste Prozessor 130 auf Fehler oder Ausfälle getestet wird.
In Übereinstimmung mit der vorhergehenden beispielhaften Steuerteilung zwischen den ersten und zweiten Prozessoren 130, 132 kann der erste Prozessor 130 die auf die Funktion des Pumpenreglers 21 und der Pumpe 14 sowie z. B. des Lautsprechers 90 bezogenen Daten im Speicher 134 speichern und davon abrufen. Insbesondere kann der erste Prozessor 130 z. B. Informationen abrufen, die im Speicher 134 gespeichert sind und auf Parameter zum Steuern der Pumpe 14 bezogen sind, um Blut durch das Herz 30 des Patienten 20 zu pumpen. In einigen Beispielen kann die Pumpe 14 einen Elektromotor enthalten, der den Betrieb der Pumpe steuert, um Blut vom linken Ventrikel 36 zu saugen und es der Aorta 38 zuzuführen. Zum Beispiel kann die Pumpe 14 eine beliebige Anzahl Typen von Gleichstrom- oder Dreiphasenwechselstrommotoren enthalten, die gesteuert werden durch den implantierten Pumpenregler 21 unter Verwendung der vom ersten Prozessor 130 empfangenen Parameter, z. B. einschließlich Motordrehzahl (U/min) und Leistungsbereich (normale, hohe, maximale Leistung in Watt), die vom Speicher 134 abgerufen werden.
Der erste Prozessor 130 kann außerdem eine Rückmeldung vom Pumpenregler 21 oder anderen Geräten, z. B. einschließlich austauschbarer Batterie 24 und interner Batterie 80, aufnehmen und Daten speichern, die auf den Betrieb des Gerätes im Speicher 134 bezogen sind. In einem anderen Beispiel überwacht der erste Prozessor 130, z. B. als Teil des Leistungssteuerungsmoduls 140, den Ladungspegel jeweils in der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 und steuert den Zustand der Benutzerschnittstelle 50, um dem Patienten 20 anzuzeigen, wie viel Ladung in jeder Batterie übrig bleibt, z. B. grafisch auf dem Bildschirm 52.
In einem anderen Beispiel kann eine oder mehrere der vorhergehenden Funktionen, die auf den Betrieb der implantierten Pumpe 14 bezogen sind, durch den zweiten Prozessor 132 ausgeführt werden. Zum Beispiel kann in dem Fall, dass der erste Prozessor 130 fehlerhaft arbeitet oder ausfällt, der zweite Prozessor 132 so konfiguriert sein, um eine Leistungsübertragung zum implantierten Pumpenregler 21 zu übernehmen.
Der Speicher 134 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 ist ein computerlesbares Speichermedium, das verwendet werden kann, um Daten einschließlich Anweisungen zur Ausführung durch die ersten und zweiten Prozessoren 130, 132 oder den Prozessor eines anderen Geräts zu speichern, wie etwa, jedoch nicht darauf beschränkt, Daten, die auf den Betrieb der Pumpe 14 bezogen sind, um das Herz 30 des Patienten 20 zu unterstützen. In einem anderen Beispiel kann der Speicher 134 Daten speichern, die auf Funktionen der Leistungssteuerung bezogen sind, die durch das Leistungssteuerungsmodul 140 ausgeführt werden. In einem anderen Beispiel kann der Speicher 134 Daten speichern, die auf Funktionen der Leistungsübertragung bezogen sind, die durch den Leistungswechselrichter 148 ausgeführt werden. Zum Beispiel kann der Speicher 134 Schwellenladepegelwerte, die unterschiedlichen Schwellenladepegeln für eine oder beide der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 zugeordnet sind, speichern. In einem Beispiel speichert der Speicher 134 die Schwellenladepegel niedrig und leer, die in dem Leistungssteuerungs-Zustandsdiagramm von 6 verwendet werden. Der Speicher 134 kann getrennte Speicher zum Speichern von Anweisungen, Patienteninformationen, Pumpen oder Pumpenmotorparametern (z. B. Motordrehzahl und Leistungsbereich), Patienten- und Pumpenfunktionsentwicklungen und anderen Informationskategorien wie etwa beliebige andere Daten, die von den getrennten physikalischen Speichermodulen Nutzen ziehen, enthalten. In einigen Beispielen speichert der Speicher 134 Daten die, wenn sie durch den ersten oder zweiten Prozessor 130, 132 abgearbeitet werden, bewirken, dass das Steuer- und Stromquellenmodul 12 und die Pumpe 14 die Funktionen durchführen, die ihnen in dieser Offenlegung zugemessen sind.
Komponenten, die als Prozessoren innerhalb des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 beschrieben sind, z. B. erste und zweite Prozessoren 130, 132 oder jedes andere Gerät, das in dieser Offenlegung beschrieben ist, können jeweils einen oder mehrere Prozessoren wie einen oder mehrere Mikroprozessoren, Prozessoren für digitale Signalverarbeitung (DSPs), anwendungsspezifische, integrierte Schaltkreise (ASICs), vom Anwender programmierbare Verknüpfungsfelder (FPGAs), einen programmierbaren logischen Schaltungsaufbau oder dergleichen, entweder allein oder in jeder geeigneten Kombination, enthalten. Außerdem können der in dieser Offenlegung beschriebene Speicher 62 und andere computerlesbare Speichermedien eine Vielzahl von Typen energieabhängiger und nicht energieabhängiger Speicher umfassen, z. B. einschließlich Operationsspeicher (RAM), statischer Operationsspeicher (SRAM), Nur-Lese-Speicher (ROM), programmierbarer Nur-Lese-Speicher (PROM), löschbarer und wieder programmierbarer Festwertspeicher (EPROM), elektronisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM), Flash-Memory, eine Festplatte, magnetische Medien, optische Medien oder andere computerlesbare Medien.
Zusätzlich zu den ersten und zweiten Prozessoren 130, 132 sowie dem Speicher 134 umfasst das Steuer- und Stromquellenmodul 12 erste und zweite Telemetriemodule 136, 138. Im Allgemeinen fördert das erste Telemetriemodul 136 die drahtlose Nachrichtenübertragung von und zu dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 und dem implantierten Pumpenregler 21. Im Allgemeinen fördern die zweiten Telemetriemodule 138 die drahtlose Nachrichtenübertragung von und zu dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 und anderen Geräten, z. B. einschließlich eines getrennten Anzeigegerätes, um dem Patienten 20 oder einem anderen Benutzer wie einem Kliniker, oder einem Gerät, das im Patienten implantiert ist, z. B. ein implantierter, physiologischer Sensor, eine Benutzerschnittstelle darzustellen. Die ersten und zweiten Telemetriemodule 136, 138 im Steuer- und Stromquellenmodul 12 sowie Telemetriemodule in anderen Geräten, die in dieser Offenlegung beschrieben sind, können zur Nutzung einer Vielzahl von Verfahren drahtloser Nachrichtenübertragung, z. B. einschließlich Hochfrequenz-Nachrichtenübertragungsverfahren konfiguriert sein, um Informationen drahtlos an andere Geräte zu senden bzw. davon zu empfangen. Erste und zweite Telemetriemodule 136, 138 können z. B. Hochfrequenz-Nachrichtenübertragungen nach einem der Standards 802.11, Medizinischer Implantationskommunikationsservice (MICS), Spezifikationsserien von Bluetooth oder Bluetooth Low Energy, Nachrichtenübertragung im Infrarot-(IR) gemäß der IRDA Spezifikationsserie oder einem anderen Standard oder gesetzlich geschützten Telemetrieprotokoll nutzen. Die ersten und zweiten Telemetriemodule 136, 138 können Informationen an das Steuer- und Stromquellenmodul 12 auf kontinuierlicher Basis, in periodischen Zeiträumen oder auf Anforderung von einem Benutzer, z. B. Patienten 20, über ein Benutzerschnittstellengerät senden und von diesem empfangen. In einem Beispiel kommunizieren die zweiten Telemetriemodule 138 mit einem getrennten Benutzerschnittstellengerät, das einen Bildschirm, z. B. ein Flüssigkristall-Anzeigegerät (LCD) einschließt, um dem Patienten 20 oder einem anderen Benutzer den Funktionszustand des Steuer- und Stromquellenmoduls 12, des implantierten Pumpenreglers 21 und der Pumpe 14 sowie den spezifischen Zustand der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80 anzuzeigen.
In einem Beispiel des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 kann Strom ungeregelt von der austauschbaren Batterie 24 oder internen Batterie 80, z. B. über einen Schalter, dem Treiber 150 und den Lautsprechern 90 zugeführt werden. Im Gegensatz zur Funktion einer Komponente, wie etwa der Lautsprecher 90, kann das Leistungssteuerungsmodul 140 jedoch die Leistung, die von der austauschbaren Batterie 24 oder internen Batterie 80 durch Stecker 26 und Kabel 18 dem primären Resonanznetzwerk 15 zugeführt wird, unter Verwendung des Leistungswechselrichters 148 handhaben. In einem Beispiel kann der erste Prozessor 130 die Strombrücke 148 steuern, welche einen Schaltungsaufbau umfassen kann, um dem internen Pumpenregler 21 genau und sicher Leistung zuzuführen.
11 ist ein Schaltschema, das den Schaltungsaufbau der Stromverbindung 146 (5) ausführlicher darstellt. Wie in 11 ersichtlich ist, umfasst die Stromverbindung 146 einen Leistungsmehrfachkoppler-Schaltungsaufbau, der allgemein bei 500 dargestellt ist, und einen Ladegerätschalter-Schaltungsaufbau, der allgemein bei 502 dargestellt ist. Wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird, erlaubt der Leistungsmehrfachkoppler-Schaltungsaufbau 500, Strom von mehreren Stromquellen, d. h. einem Stromadapter, der austauschbaren Batterie 24 und internen Batterie 80, zu kombinieren und Strom nur von einer einzelnen Stromquelle dem Leistungswechselrichter 148 zuzuführen.
Gemäß dieser Offenlegung ist der Leistungsmehrfachkoppler-Schaltungsaufbau 500 so ausgelegt, dass die höchste Spannung zwischen den Stromquellen, d. h. einem Stromadapter, der austauschbaren Batterie und der internen Batterie, ausgewählt werden kann, um so den Pumpenmotor zu versorgen. Wie es in 11 ersichtlich ist, ist die Adapter-Spannungsschiene 504 mit der Schottky-Diode 506, die Spannungsschiene 508 der austauschbaren Batterie mit dem FET 510 und die Spannungsschiene 512 der internen Batterie mit dem FET 514 verbunden. Die Kathode der Diode 506 und der Abzug des FET 510 sind an einem ersten Anschluss des Ladegerät-Abtastwiderstandes 516 angeschlossen, und der Abzug des FET 514 ist mit einem zweiten Anschluss des Abtastwiderstandes 516 verbunden. Jeder der FETs 510, 514 wird durch einen FET Regler, nämlich jeweils die FET Regler 518, 520 gesteuert, um den Betrieb der FETs 510, 514 bei höchstem Wirkungsgrad zu halten. Ein beispielhafter FET Regler, der zum Steuern der FETs 518, 520 genutzt werden kann, ist ein von National Semiconductor erhältlicher LM5050-2.
Jeder der FETs 518, 520 verhält sich wie ideale Dioden, wodurch wirksam drei ”ODER”-Verknüpfungsdioden erzeugt werden. Ganz gleich, welche der drei Spannungsschienen, d. h. der Adapter-Spannungsschiene 504, der Spannungsschiene 508 der austauschbaren Batterie und der Spannungsschiene 512 der internen Batterie, die höchste ist, wird an dem gemeinsamen Knoten zwischen den drei, d. h. dem Abtastwiderstand 516, erscheinen. Zum Beispiel kann die Austauschbare-Batterie-Spannungsschiene 508 und die Interne-Batterie-Spannungsschiene 512 jeweils eine maximale Spannung von 16,8 Volt (V) aufweisen, und die Adapter-Spannungsschiene 504 kann eine maximale Spannung von 18 V aufweisen. Immer wenn ein Adapter mit einem Steuer- und Stromquellenmodul, z. B. dem Steuer- und Stromquellenmodul 12, verbunden ist, wird die Adapterspannung immer als die Spannung zur Versorgung des Pumpenmotors über die Motorstromschiene 522 (eine ungeregelte Hochspannungsschiene zu der Pumpe) ausgewählt. Das heißt, die Adapter-Spannungsschiene 504 wird durch die Schottky-Diode 506 um etwa 0,2–0,3 V auf eine Spannung von etwa 17,7–17,8 V reduziert, und die Austauschbare-Batterie-Spannungsschiene 508 und Interne-Batterie-Spannungsschiene 512 wird infolge des idealen Diodenabfalls (0,6 V–0,7 V) der FETs 510, 514 auf eine Spannung von etwa 16,1–16,2 V reduziert. Es soll angemerkt werden, dass die Adapterspannung (entweder Wechsel- oder Gleichspannung) so ausgelegt ist, dass sie entweder höher als die Spannung der austauschbaren Batterie oder die Spannung der internen Batterie ist, so dass der Leistungsmehrfachkoppler-Schaltungsaufbau 500 den Adapter automatisch als Stromversorgung für die Motorschiene 522 zuordnet.
Noch mit Bezug auf den Leistungsmehrfachkoppler-Schaltungsaufbau 500 ist die Interne-Batterie-Spannungsschiene 512 außerdem mit dem FET 524 verbunden. Der FET 524 wirkt wie ein Schalter und ist in dem Leistungsmehrfachkoppler-Schaltungsaufbau 500 enthalten, um zu ermöglichen, die interne Batterie anzuschließen und zu trennen. Außerdem, wenn nicht für den FET 524, würde sich die interne Batterie und austauschbare Batterie bei der gleichen Spannungshöhe entleeren.
Auf der linken Seite des FET 524 in 11 ist der logische Schaltungsaufbau zur Steuerung des Betriebs des FET 524 enthalten. Im Allgemeinen wird die bei 526 dargestellte Austauschbare-Batterie-Spannungsschiene dem Komparator 528 zugeführt, der eine interne Bezugsspannung 1,25 V einschließt. Der Ausgang des Komparators 528 wird dem 3-Eingangs-ODER-UND-Gatter 530 zusammen mit den zwei Interne-Batterie-Signalen 532, 534 zugeführt. Insbesondere wird der Ausgang des Komparators 528 zusammen mit dem Interne-Batterie-Signal 532 von einem Pumpenprozessor, z. B. dem ersten Prozessor 130 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 von 5, dem ODER-Anteil des ODER-UND-Gatters 530 zugeführt; und das Interne-Batterie-Signal 534 von einem UI Prozessor, z. B. dem zweiten Prozessor 132 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 von 5, wird zusammen mit dem Ausgang des ODER-Anteils dem UND-Anteil des ODER-UND-Gatters 530 zugeführt. Auf diese Weise kann der Betrieb des FET 524 und folglich, ob die interne Batterie an das Steuer- und Stromquellenmodul angeschlossen ist, gesteuert werden (über Inverter-Gatter 536 und FET 538). Zum Beispiel müssen, als ein Sicherheitsmerkmal, wenn keine Spannung der austauschbaren Batterie vorhanden ist, dann sowohl Pumpenprozessor als auch UI Prozessor übereinstimmen und Steuersignale erzeugen, damit das System den FET 524 abschaltet (und somit die interne Batterie vom Schaltkreis und dem Steuer- und Stromquellenmodul trennt).
Als ein weiteres Sicherheitsmerkmal wird ein plötzlicher Abfall der Spannung der austauschbaren Batterie den FET 524 einschalten, wodurch die interne Batterie an das Steuer- und Stromquellenmodul angeschlossen wird. Insbesondere vergleicht Komparator 528 die Spannung der austauschbaren Batterie mit seinem internen Bezugswert und stellt einen Ausgang, z. B. einen logischen Zustand L für den ODER-Anteil des ODER-UND Gatters 530 bereit. Der Ausgang des ODER-Anteils wird zusammen mit dem Interne-Batterie-Signal 534, z. B. einem logischen Zustand L, dem UND-Anteil des ODER-UND-Gatters 530 eingegeben, der anschließend den FET 524 über das Inverter-Gatter 536 und FET 538 einschaltet, wodurch die interne Batterie an das Steuer- und Stromquellenmodul angeschlossen wird.
In anderen Beispielen kann FET 524 auf der Basis von Belastungsanforderungen automatisch gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Pumpenmotor beim Einschalten mehr Strom entnehmen als während eines stabilen Zustands. Mittels oben beschriebener Verfahren kann der Leistungsmehrfachkoppler-Schaltungsaufbau 500 automatisch von der austauschbaren Batterie auf die interne Batterie mit höherer Leistungsdichte umschalten, bis der Pumpenmotor einen stabilen Zustand erreicht. Bei Betrieb, wenn die austauschbare Batterie der Belastung nicht standhalten kann, bricht zeitweilig die Austauschbare-Batterie-Spannungsschiene 526 zusammen, was dazu führt, dass sich der Komparator 528 einschaltet, wodurch der FET 524 eingeschaltet und die Interne-Batterie-Spannungsschiene 508 an die Motorstromschiene 522 angeschlossen wird.
In einigen Beispielen kann der Pumpenprozessor den FET 524 beim Einschalten der Pumpe steuern, indem spezielle Steuersignale ausgegeben werden. Es kann wünschenswert sein, dass der erste Prozessor den FET 524 beim Einschalten steuert, weil, wenn zugelassen wird, dass die Spannung der austauschbaren Batterie zeitweilig zusammenbricht, unnötige Wärme erzeugt werden kann. Zusätzlich zum Einschalten können physiologische Zustände bewirken, dass der Pumpenmotor schwerer arbeiten muss und folglich die Belastung erhöhen. Zum Beispiel können bestimmte medizinische Behandlungen zu einer Verdickung des Bluts führen, und bestimmte Aktivitäten, wie das Heben schwerer Gegenstände, können Gefäßverengung verursachen. In jedem Fall kann die Pumpe schwerer arbeiten müssen und infolgedessen mehr Strom von der Stromquelle entnehmen. Mittels oben beschriebener Verfahren kann eine alternative Stromquelle verwendet werden, um erhöhten Bedarf von der Pumpe aufzunehmen.
Es soll angemerkt werden, dass zur Stromeinsparung der zweite Prozessor so konfiguriert sein kann, dass er abschaltet, wenn keine Dienstleistungen bereitzustellen sind. Der zweite Prozessor kann periodisch wiederanschalten, z. B. einmal jede Sekunde, um zu bestätigen, dass der erste Prozessor genau arbeitet, wodurch eine Funktion der Überprüfung auf Übereinstimmung bereitgestellt wird. In einigen Beispielen kann der erste Prozessor ein Signal an den zweiten Prozessor senden, z. B. über einen seriellen, peripheren Schnittstellenbus (SPI), und empfängt eine voraussagbare Antwort. 12 ist ein Stromlaufplan, der den Schaltungsaufbau des Ladegeräts 142 (5) ausführlicher darstellt. In 12 bewirkt der Ladegerät-Schaltungsaufbau 600 über das Batterieladegerät 602 eine dynamische Leistungssteuerung, die weniger Strom an die Batterie liefert, wenn das System mehr Strom erfordert, so dass es dem System nicht an Strom mangelt. Unter Verwendung der Verfahren dieser Offenlegung kann der Ladegerät-Schaltungsaufbau 600 die Leistungsgrenze des Systems basierend auf derjenigen Batterie, von der das System Strom entnimmt, ändern.
Wie es oben erwähnt und in 11 ersichtlich ist, sind beide externe Stromquellen, d. h. der Adapter und die austauschbare Batterie mit dem Abtastwiderstand 516 verbunden. Das Batterieladegerät 602 misst, wie viel Strom in das System kommt, und das Batterieladegerät 602 weiß, wie viel Strom es für die austauschbare Batterie beim Laden bereitstellt. Mittels dynamischer Leistungssteuerung kann der Ladegerät-Schaltungsaufbau 600 die Stromsystemgrenze basierend auf der Batterie, von der das System Strom entnimmt, verändern, um während des Ladens der Batterie weniger Strom zur Verfügung zu stellen, so dass dem System kein Strom entzogen wird. Die Stromsystemgrenze bedeutet, wie viel Strom das System benötigt und gemäß dieser Offenlegung einstellbar ist. Der Ladegerät-Schaltungsaufbau 600 umfasst insbesondere FET 604 und ein Widerstandsteilernetzwerk, das allgemein bei 606 dargestellt ist. Auf der Basis, ob das System mehr oder weniger Strom braucht, steuert der Pumpenprozessor den FET 604, um ihn ein- oder auszuschalten, wodurch ein Weg des Widerstandteilernetzwerks 606 eingeschaltet oder ausgeschaltet wird. In einigen beispielhaften Ausführungen kann die Stromsystemgrenze über einen Digital-Analog-Wandler-Ausgang (DAC) gesteuert werden.
Außerdem ist gemäß dieser Offenlegung der Abtastwiderstand 516 (11) an die externen Stromquellen, nämlich den Adapter und die austauschbare Batterie, und nicht die interne Batterie angeschlossen. Der Abtastwiderstand 516 muss mit der internen Batterie verbunden sein, weil das System durch Entwurf nicht von der internen Batterie auflädt.
Des Weiteren umfasst der Ladegerät-Schaltungsaufbau 600 zur Sicherheit eine rückstellbare Sicherung 606. Es soll angemerkt werden, dass in einigen beispielhaften Ausführungen die rückstellbare Sicherung 606 auf der Ladegerätplatine enthalten sein kann.
Mit Bezug wieder auf 11 stellt der Ladegerätschalter-Schaltungsaufbau 502 ein störungssicheres Mittel zur Verfügung, um zu kontrollieren, ob die interne Batterie oder die austauschbare Batterie Strom von dem Ladegerät aufnimmt, wodurch das System einen einzelnen Ladegeräteschaltkreis nutzen kann. Der Ladegeräteschalter-Schaltungsaufbau 502 umfasst eine Kombination von FETs und logischem Schaltungsaufbau, die es zulässt, dass der Pumpenprozessor auswählt, welche Batterie lädt. Der logische Schaltungsaufbau schließt die Möglichkeit eines Kurzschlusses zwischen der internen Batterie und der austauschbaren Batterie aus.
Im Ladegeräteschalter-Schaltungsaufbau 502 liefert der Pumpenprozessor zwei Steuersignale, nämlich das Interne-Batterie-Schalter-Signal 608 und das Austauschbare-Batterie-Schalter-Signal 610 an das exklusive ODER-Gatter 612. Der Ausgang des exklusiven ODER-Gatters 612 wird dem Eingang von jedem der UND-Gatter eines positiven Dual-2-Eingangs-UND-Gatters, das bei 614 allgemein dargestellt ist, zugeführt. Die anderen zwei Eingänge des UND-Gatters des Dual 2-Eingangs-UND-Gatters 614 werden durch das Interne-Batterie-Schalter-Signal 608 und das Austauschbare-Batterie-Schalter-Signal 610 zugeführt. Insbesondere wird das Interne-Batterie-Schalter-Signal 608 einem Eingang des UND-Gatters 616 zugeführt, und das Austauschbare-Batterie-Schalter-Signal 610 wird einem Eingang des UND-Gatters 618 zugeführt. Der Ausgang des UND-Gatters 616 schaltet den FET 620 ein, was bewirkt, dass die interne Batterie das Laden durch die FETs 624 und 626 beginnt. Der Ausgang des UND-Gatters 618 schaltet den FET 622 ein, was bewirkt, dass die austauschbare Batterie das Laden durch die FETs 628 und 630 beginnt.
In einer beispielhaften Ausführung beginnt die austauschbare Batterie das Laden, wenn das Interne-Batterie-Schalter-Signal 608 ein logischer Pegel L und das Austauschbare-Batterie-Schalter-Signal 610 ein logischer Pegel H ist; und die interne Batterie beginnt das Laden, wenn das Interne-Batterie-Schalter-Signal 608 ein logischer Pegel H und das Austauschbare-Batterie-Schalter-Signal 610 ein logischer Pegel L ist. Wenn das Interne-Batterie-Schalter-Signal 608 und das Austauschbare-Batterie-Schalter-Signal 610 sich auf dem gleichen logischen Pegel befinden (L-Pegel oder H-Pegel), dann lädt die Batterie auch nicht.
13A und 13B sind Drauf- bzw. Seitenansichten von austauschbarer Batterie 24 und Batteriefreigabedrücker 700 zur Verwendung mit einem Steuer- und Stromquellenmodul gemäß dieser Offenlegung, z. B. Steuer- und Stromquellenmodul 12 of 2A–4B. Obwohl nur ein Batteriefreigabedrücker 700 in 13A dargestellt ist, kann ein zweiter, ähnlich ausgeführter Batteriefreigabedrücker auf der gegenüber liegenden Seite des Steuer- und Stromquellenmoduls angebracht sein, so dass beide Drücker eingerückt werden können, um die austauschbare Batterie 24 freizugeben. Im Beispiel von 13A und 13B umfasst der Batteriefreigabedrücker 700 den Druckknopf 702, die Sperre 704, den Stift 706 und die Federrückführung 708. Die austauschbare Batterie 24 enthält einen Anschlag 710, der zum Einrücken in die Sperre 704 auf dem Batteriefreigabedrücker 700 gestaltet ist, um die Batterie im Gehäuse 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls 12 zu befestigen.
In 13A und 13B sind Druckknopf 702 und Sperre 704 des Batteriefreigabedrückers 700 miteinander verbunden und drehen sich um Stift 706. Die Federrückführung 708 ist so eingerichtet, dass sie an den Druckknopf 702 anstößt und einrückt, um den Batteriefreigabedrücker 700 vorzuspannen, so dass sich die Sperre 704 um den Stift 706 dreht, damit der Anschlag 710 auf der austauschbaren Batterie 24 einrückt. Zum Lösen der austauschbaren Batterie 24 kann ein Benutzer auf den Druckknopf 702 drücken, was das Drehen des Druckknopfes 702 und der Sperre 704 um den Stift 706 bewirkt, so dass sich die Sperre 704 aus dem Eingriff mit dem Anschlag 710 auf der austauschbaren Batterie 24 bewegt. Die austauschbare Batterie 24 kann durch den Benutzer manuell entfernt werden, nachdem der Batteriefreigabedrücker 700 entriegelt ist; oder das Steuer- und Stromquellenmodul 12 kann einen automatischen Auswerfmechanismus enthalten, der die Batterie zumindest teilweise aus dem Gehäuse 22 auswirft, wenn sich der Drücker mit der Batterie nicht mehr in Eingriff befindet.
14A und 14B sind jeweils unterbrochene Drauf- und Seitenansichten der austauschbaren Batterie 24 und eines anderen Typs von Batteriefreigabedrücker 800 zur Verwendung mit einem Steuer- und Stromquellenmodul gemäß dieser Offenlegung, z. B. dem Steuer- und Stromquellenmodul 12 von 2A–4B. Die 14C und 14D sind Schnittdarstellungen, die längs der Schnittlinie A-A von 14A geschnitten sind und zwei unterschiedliche Beispiele des Batteriefreigabedrückers 800 veranschaulichen. Obwohl nur ein Batteriefreigabedrücker 800 in den 14A–14D dargestellt ist, kann ein zweiter, ähnlich ausgeführter Batteriefreigabedrücker auf der gegenüber liegenden Seite des Steuer- und Stromquellenmoduls angebracht sein, so dass beide Drücker eingerückt werden können, um die austauschbare Batterie 24 freizugeben. In 14A und 14B bildet der Batteriefreigabedrücker 800 eine Einheit mit der austauschbaren Batterie 24 und mit Druckknöpfen ausgeführt, die sich um die X-Achse (horizontal in der Ansicht von 14A) oder die Y-Achse (vertikal in der Ansicht von 14A und 14B) drehen können. Die in 14C und 14D dargestellten Beispiele enthalten beide Druckknöpfe, die gestaltet sind, um sich um die Y-Achse zu drehen. Jedoch kann in anderen Beispielen ein Batteriefreigabedrücker entsprechend den Beispielen von 14C und 14D gestaltet sein, wobei sich die Druckknöpfe um die X-Achse drehen.
Im Beispiel von 14C umfasst der mit der austauschbaren Batterie 24 eine Einheit bildende Batteriefreigabedrücker 800A einen Druckknopf 802, eine Sperre 804 und einen federnden Streifen 806. Das Gehäuse 22 enthält einen Anschlag 808, der zum Einrücken der Sperre 804 auf dem Batteriefreigabedrücker 800A gestaltet ist, um die Batterie im Gehäuse 22 des Steuer- und Stromquellenmoduls zu verriegeln. Druckknopf 802 und Sperre 804 des Batteriefreigabedrückers 800A sind so ausgeführt, um am federnden Streifen 806 zu drehen. Der federnde Streifen 806 kann in einem Beispiel aus einem elastischen Werkstoff gebildet sein, der den Batteriefreigabedrücker 800A vorspannt, so dass sich die Sperre 804 um den federnden Streifen 806 dreht, um in den Anschlag 808 auf dem Gehäuse 22 einzurücken. Um die austauschbare Batterie 24 freizugeben, kann ein Benutzer auf den Druckknopf 80 drücken, das Biegen des federnden Streifens 806 bewirkt, was es gestattet, dass sich Druckknopf 802 und Sperre 804 um den federnden Streifen 806 drehen, so dass sich die Sperre 804 aus dem Eingriff mit dem Anschlag 808 auf dem Gehäuse 22 bewegt. Die austauschbare Batterie 24 kann durch den Benutzer manuell entfernt werden, nachdem der Batteriefreigabedrücker 800A gelöst ist, oder das Steuer- und Stromquellenmodul kann einen automatischen Auswerfmechanismus enthalten, der die Batterie zumindest teilweise aus dem Gehäuse 22 auswirft, wenn sich der Drücker mit der Batterie nicht mehr in Eingriff befindet.
Im Beispiel von 14D enthält der mit der austauschbaren Batterie 24 eine Einheit bildende Batteriefreigabedrücker 8008 einen Druckknopf 802, eine Sperre 804, einen Stift 810 und eine Federrückführung 812. In diesem Beispiel sind Druckknopf 802 und Sperre 804 des Batteriefreigabedrückers 800A so gestaltet, dass sie sich um den Stift 810 drehen. Die Federrückführung 812 ist so eingerichtet, dass sie an den Druckknopf 802 anstößt und einrückt, um den Batteriefreigabedrücker 800A vorzuspannen, so dass sich die Sperre 804 um den Stift 810 dreht, um in den Anschlag 808 auf dem Gehäuse 22 einzurücken. Zur Freigabe der austauschbaren Batterie 24 kann ein Benutzer auf den Druckknopf 80 drücken, was die Federrückführung 812 zusammendrückt und bewirkt, dass sich Druckknopf 802 und Sperre 804 um den Stift 810 drehen, so dass sich die Sperre 804 aus dem Eingriff mit dem Anschlag 808 auf dem Gehäuse 22 bewegt. Die austauschbare Batterie 24 kann durch den Benutzer, nachdem der Batteriefreigabedrücker 800B gelöst ist, manuell entfernt werden, oder das Steuer- und Stromquellenmodul kann einen automatischen Auswerfmechanismus enthalten, der die Batterie zumindest teilweise aus dem Gehäuse 22 auswirft, wenn sich der Drücker mit der Batterie nicht mehr in Eingriff befindet.
DRAHTLOSES LEISTUNGSÜBERTRAGUNGSSYSTEM
15 ist ein Blockdiagramm des in 1 gezeigten drahtlosen Leistungsübertragungssystems 11. Das System 11 kann als transkutanes Energieübertragungssystem (TETS) bezeichnet sein, wenn es auf implantierbare Anwendungen angewandt wird. Das System 11 umfasst eine externe Baugruppe 1504, die an einem externen Ort außerhalb einer Versuchsperson vorgesehen ist, und eine interne Baugruppe 1508, die in die Versuchsperson implantiert wird. Die interne Baugruppe enthält ein implantierbares, medizinisches Gerät. Das implantierbare, medizinische Gerät kann jedes medizinische Gerät sein, das in einer Versuchsperson implantierfähig ist, wie etwa eine Herzpumpe, ein künstliches Herz, ein Gerät zur Unterstützung der rechten Kammer, ein Gerät zur Unterstützung der linken Kammer, BIVAD, minimal invasives Kreislaufunterstützungssystem, einen Herzschrittmacher und so weiter. Während das implantierte Gerät ein beliebiges implantierbares, medizinisches Gerät sein kann, beschreibt diese Offenlegung das transkutane Energieübertragungssystem 11 im Zusammenhang mit einer Herzpumpe 14 beispielhaft und ohne Einschränkung.
Wie in 15 gezeigt ist, kann die externe Baugruppe 1504 das externe Resonanznetzwerk 15 umfassen. Ebenso kann die interne Baugruppe 1508 das interne Resonanznetzwerk 17 umfassen. Die externe Baugruppe 1504 und die interne Baugruppe 1508 sind ebenfalls in 16 gezeigt, welche ein Schaltschema ist, das bestimmte Komponenten des transkutanen Energieübertragungssystems 11 enthält. Wie es in 16 gezeigt ist, kann das externe Resonanznetzwerk 15 einen externen Koppler in Form einer Induktionsspule 1648 und eines in Reihe geschalteten Kondensators 1652 enthalten. Ebenso kann das interne Resonanznetzwerk 17 einen internen Koppler in Form einer Induktionsspule 1656 und eines in Reihe geschalteten Kondensators 1660 enthalten. Es soll klar erkannt werden, dass die in 16 gezeigte Reihen-Reihen-Topologie beispielhaft und ohne Einschränkung dargestellt ist. Es können alternative Ausführungsformen genutzt werden, die andere Schaltungstopologien, wie etwa Reihe-Parallel, Parallel-Reihe, Parallel-Parallel und so weiter, verwenden.
17A und 17B sind schematische Darstellungen der internen Spule 1656 und der externen Spule 1648. In 17A ist die interne Spule 1656 unter der Haut 1664 einer Versuchsperson angeordnet und die externe Spule 1648 im Allgemeinen der internen Spule 1656 benachbart angeordnet. In 17B ist die interne Spule 1656 unter der Haut 1664 einer Versuchsperson und die externe Spule 1648 in einigem Abstand von der internen Spule 1656 angeordnet. Wie es in 17A und 17B gezeigt ist, kann die interne Spule 1656 eine Vielzahl von leitenden Wicklungen 1704 aufweisen, die in einem kreisförmigen, isolierenden Element 1708 angeordnet sind. Ebenso kann die externe Spule 1648 eine Vielzahl von leitenden Wicklungen 1712 aufweisen, die in einem isolierenden Ring 1716 angeordnet sind. Die Induktivität jeder der Spulen 1656, 1648 kann durch Anzahl, Durchmesser und Abstand der Wicklungen 1704, 1712 bestimmt werden. Die induktive oder elektromagnetische Kopplung zwischen den Spulen 1648, 1656 ist eine Funktion ihrer physikalischen, räumlichen Nähe, von Arbeitsfrequenzen, Spulengrößen und Induktivitäten. Während die in 17A und 17B gezeigten Spulen eine im Allgemeinen kreisförmige Gestalt aufweisen, können andere Formen und Strukturen verwendet werden, um die interne Spule 1656 und die externe Spule 1648 in Abhängigkeit von der Ausführung zu realisieren. Zum Beispiel können die Spulen 1648, 1656 als ein Dreieck, Quadrat, Rechteck, Fünfeck, Achteck und so weiter, geformt sein. Im Allgemeinen können die Spulen 1648, 1656 als Vielecke mit einer beliebigen Anzahl von Seiten geformt sein, die eine gleiche oder ungleiche Länge besitzen können. Die Spulen können in bestimmten Abschnitten gerade und/oder bogenförmig sein. Die Spulen 1648, 1656 können in einer ebenen Anordnung angebracht sein. Alternativ können die Spulen 1648, 1656 so angeordnet sein, dass Teile der Spulen in unterschiedlichen Ebenen liegen.
Spulen 1648, 1656 bilden zusammen einen wenig dicht gepackten Transformator, wobei die externe Spule 1648 als eine Primärwicklung und die interne Spule 1656 als eine Sekundärwicklung wirksam ist. Spulen 1648, 1656 und die Kondensatoren 1652, 1660, mit denen sie verbunden sein können, können einen Resonanzkreis bilden. Spulen 1648, 1656 können auf die gleichen oder unterschiedlichen Resonanzfrequenzen abgestimmt sein. Zum Beispiel können die Spulen 1648, 1656 in Reihe auf eine Leistungsübertragungsfrequenz von etwa 200 kHz abgestimmt sein. Die externe Spule 1648 kann einen elektrischen Strom in der internen Spule 1656 induzieren, wobei sich der Strom im Allgemeinen entsprechend der folgenden Gleichung verhält:
In Gleichung (1) ist I₁ der in dem externen Resonanznetzwerk 15 induzierte Strom. I₂ ist der in dem internen Spulennetzwerk 17 induzierte Strom. V₁ ist die Spannung über dem externen Resonanznetzwerk 15. V₂ ist die Spannung über dem internen Resonanznetzwerk 17. ω ist die Frequenz der Spannung über den Spulen 1648, 1656, wobei die Spulennetzwerke auf die gleiche Frequenz ω abgestimmt sind. L₁ ist die Induktivität der externen Spule 1648. L₂ ist die Induktivität der internen Spule 1656. k ist der Kopplungsfaktor.
Die externe Baugruppe 1504 befindet sich auf der Außenseite der Haut 1664 der Versuchsperson und enthält das externe Spulennetzwerk 15. Die externe Baugruppe 1504 umfasst außerdem das Steuer- und Stromquellenmodul 12, welches im Allgemeinen in 1 dargestellt ist. Wie es in 5 gezeigt ist, umfasst das Steuer- und Stromquellenmodul 12 verschiedene Komponenten einschließlich der Batterie 24, des ersten Prozessors 130 und des Leistungswechselrichters 148. Diese Komponenten spielen jeweils eine Rolle in dem drahtlosen Leistungsübertragungssystem 11 und sind an sich wieder in 15, 16 und 18 dargestellt. Andere Komponenten des Steuer- und Stromquellenmodulteils 12 der externen Baugruppe 1504 sind der Deutlichkeit halber in 15, 16 und 18 weggelassen.
Mit Bezug sowohl auf 15 und 16 enthält die externe Baugruppe 1504 die Stromversorgung 24, die im Allgemeinen Leistung in Form einer Gleichstromspannung zur Verfügung stellt. In einigen Ausführungsformen ist die Stromversorgung 24 eine tragbare Batterie oder Batteriepack, die eine Gleichspannung von zwischen 10 und 18 Volt zur Verfügung stellt. Die externe Baugruppe 1504 umfasst ferner den Leistungswechselrichter 148, der an die Stromverbindung 146 durch ein Paar Leitungen 1604, 1608 angeschlossen ist. Die Stromverbindung 146 führt den Gleichstrom von einer Vielzahl möglicher Stromquellen einschließlich der Batterien 24 oder 80 oder einer externen Gleichstromversorgung dem Leistungswechselrichter 148 zu, der die Gleichspannung in eine Hochfrequenzspannung umwandelt. Die Hochfrequenzspannung wird dem externen Resonanznetzwerk 15 über ein Paar Leiter 1612, 1616 zugeführt. Ein Stromsensor 1620 kann verwendet werden, um den im Leiter 1616 fließenden Strom abzutasten. Der Stromsensor 1620 kann konfiguriert sein, um entweder irgendeine von Größe und Phase oder beide des elektrischen Stroms oder beide in dem Leiter 1616 abzutasten. Der erste Prozessor 130 kann mit dem Stromsensor 1620 über einen Leiter 1624 verbunden sein und kann verwendet werden, um den Betrieb der Strombrücke 148 basierend auf einer oder mehreren Charakteristiken des durch den Sensor 1620 abgetasteten Stroms zu steuern. Der erste Prozessor 130 kann außerdem konfiguriert sein, um die Spannung V_in zu steuern, die durch die Stromverbindung 146 bereitgestellt wird. Das externe Spulennetzwerk 15, welches benachbart der Haut 1664 der Versuchsperson angeordnet ist, überträgt elektrische Leistung durch die Haut 1664 der Versuchsperson zum internen Spulennetzwerk 17, das unter der Haut 1664 der Versuchsperson angeordnet ist.
Die interne Baugruppe 1508 ist unter der Haut 1664 der Versuchsperson angeordnet und enthält das interne Spulennetzwerk 17. Die interne Baugruppe 1508 enthält außerdem das interne Reglermodul 21, welches allgemein in 1 dargestellt ist. Wie erwähnt, ist das interne Reglermodul 21 im Allgemeinen konfiguriert, um eine Leistungsübertragung zu bewerkstelligen, die über dem externen Resonanznetzwerk 15 und dem internen Resonanznetzwerk 17 auftritt, und um die implantierte Pumpe 14 mit Strom zu versorgen. Das interne Reglermodul 21 umfasst verschiedene Komponenten wie etwa einen Leistungskreis und einen Gleichrichter, die in 15 und 16 ausführlicher dargestellt sind. So ist, wie in 15 gezeigt wird, das interne Spulennetzwerk 17 mit einem Leistungskreis 1532 über ein Paar von Leitern 1628, 1632 verbunden. Der Leistungskreis 1532 enthält einen Gleichrichter 1652, der eine Zweiwegschaltung des in der internen Spule 1656 induzierten, sinusförmigen Wechselstroms durch die externe Spule 1648 durchführt.
In einer Ausführungsform enthält der Gleichrichter 1652 vier Schaltelemente, die in Form von Dioden oder Schottky-Dioden vorgesehen sein können. Während einer ersten Hälfte des Wechselstromzyklus stellt ein erstes Paar der Dioden einen Leitungsweg von Masse nach oben, durch die interne Spule 1656 und zum Leiter 1628 heraus bereit. Während einer zweiten Hälfte des Wechselstromzyklus stellt ein zweites Paar der Dioden einen Leitungsweg von Masse nach oben, durch die interne Spule 1656 und zum Leiter 1628 heraus bereit. Auf diese Weise wandelt der Gleichrichter 1652 die durch das interne Spulennetzwerk 17 bereitgestellte Wechselstromleistung in Gleichstromleistung um, die durch verschiedene Komponenten der internen Baugruppe 1508 verwendet werden kann.
Der Leistungskreis 1532 enthält außerdem einen Regler 1556, der die durch den Gleichrichter 1652 zugeführte Leistung regelt. Der Regler 1556 führt elektrische Leistung einem Regler 1536 und anderen Elementen über ein Paar von Leitern 1640, 1644 zu. Der Regler 1536 kann die Arbeitsweise der Herzpumpe 14 steuern. Die Stromleiter 1640, 1644 führen außerdem elektrische Leistung einem Motorwechselrichter zu, welcher Strom der Herzpumpe 14 durch den Regler 1536 zuführt. Regler 1556 kann ein Nebenschlussregler sein, der einen Stromversorgungskondensator wiederholt lädt und entlädt. In anderen Ausführungen können andere Reglertypen wie etwa ein Serienregler verwendet werden. In einer Ausführungsform ist der Stromversorgungskondensator eine Komponente des Ladekreises 1544. Die Spannung über dem Leistungskondensator wird über die Leitungen 1640, 1644 an den Regler 1536 ausgegeben und kann umgepolt werden, um das implantierte, medizinische Gerät wie die Herzpumpe 14 mit Strom zu versorgen.
Bei Betrieb treibt der Motorregler 1536 die Herzpumpe 14 an, damit Blut durch die künstliche Herzbaueinheit gepumpt wird, indem elektrischer Strom vom dem Ladekreis 1544 zugeordneten Stromversorgungskondensator 1544 entnommen wird. Wenn Strom von dem Kondensator entnommen wird, verringert sich die Spannung über dem Kondensator. Um die Spannung am Kondensator aufzuladen, arbeitet der Leistungskreis 1532 periodisch in einem Stromversorgungsmodus, indem durch den Gleichrichter 1652 erzeugter Strom dem Kondensator über die Leitungen 1640, 1644 zugeführt wird. Wenn er nicht in dem Stromversorgungsmodus arbeitet, arbeitet der Leistungskreis 1532 in einem Leerlaufmodus, in welchem dem Kondensator kein Strom zugeführt wird.
Im Fall des Nebenschlussreglers 1556 kann das Kurzschließen der resonanten Sekundärwicklung 17 durch einen oder mehrere Kurzschlussschalter 1672 durchgeführt werden, die so funktionieren, dass der Leistungskreis 1532 zwischen Stromversorgungsmodus und Leerlaufmodus verschoben wird. Im Stromversorgungsmodus öffnen die Kurzschlussschalter 1672, damit der Strom von dem internen Resonanznetzwerk 17 durch den Gleichrichter 1652 und heraus zu den Leitern 1640/1644 fließen kann. Im Leerlaufmodus schließen die Kurzschlussschalter 1672, um das interne Resonanznetzwerk 17 kurzzuschließen, so dass Strom nur innerhalb des Resonanznetzwerks 228 statt heraus in die Leiter 1640/1644 fließt.
Die Größe der dem Reglerkreis 1556 zugeordneten Ausgangsspannung über dem Stromversorgungskondensator kann steuern, ob die Kurzschlussschalter 1672 geöffnet oder geschlossen werden und somit, ob der Leistungskreis 1532 im Stromversorgungsmodus oder im Leerlaufmodus arbeitet. Zum Beispiel öffnen die Kurzschlussschalter 1672, falls die Ausgangsspannung unter einen bestimmten Wert fällt, und der Leistungskreis 1532 arbeitet im Stromversorgungsmodus. Wenn sich die Ausgangsspannung auf einen bestimmten Wert erhöht, schließen die Kurzschlussschalter 1672, und der Stromversorgungskreis 1532 arbeitet im Leerlaufmodus. Durch selektive Stromversorgung des Stromversorgungskondensators nur während bestimmter Zeiten (d. h. im Stromversorgungsmodus), wird die Spannung über dem Kondensator innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs, wie zum Beispiel zwischen etwa 13 und etwa 14 Volt, geregelt oder aufrechterhalten.
In einer Ausführungsform sind die Kurzschlussschalter 1672 als ein Paar von Schalttransistoren wie etwa Feldeffekttransistoren ausgeführt, obwohl jeder geeignete Aufbau verwendet werden kann. Zum Beispiel können die Kurzschlussschalter 1672 mittels bipolarer Flächentransistoren und so weiter ausgeführt sein. Die Schalttransistoren können ausgelegt sein, um die dem Gleichrichter 1652 zugeordneten Dioden im leitenden Zustand kurz zu schließen und dies im nicht leitenden Zustand nicht zu tun. Ein Schaltsteuerkreis kann den leitenden Zustand der Schalttransistoren basierend auf der dem Reglerkreis 1556 zugeordneten Ausgangsspannung über dem Stromversorgungskondensator steuern. Wenn die Ausgangsspannung über einem bestimmten Wert liegt, schaltet die Steuerschaltung die Schalttransistoren, um die mit dem Gleichrichter 1652 verbundenen Dioden kurz zu schließen. Hierbei fließt Strom durch das interne Resonanznetzwerk 17 und durch die leitenden Transistoren. Wenn die Ausgangsspannung unter einem bestimmten Wert liegt, schaltet der Steuerkreis die Schalttransistoren aus, so dass die mit dem Gleichrichter 1652 verbundenen Dioden nicht kurzgeschlossen sind. Hierbei kann der Strom von dem internen Resonanznetzwerk 17, durch den Gleichrichter 1652 und heraus zu dem Leiter 1640/1644 fließen.
Die externe Baugruppe 1504 kann ansprechbar sein auf die interne Baugruppe, die sich zwischen Stromversorgungsmodus und Leerlaufmodus bewegt. Wie oben erwähnt, umfasst die externe Baugruppe einen ersten Prozessor 130, der zur Steuerung der Funktion des Leistungswechselrichters 148 basierend auf einer oder mehreren Eigenschaften des durch den Sensor 1620 abgetasteten Stroms verwendet werden kann. In dieser Hinsicht kann die Leistung des ersten Prozessors 130 die Frequenz ändern, bei welcher der Leistungswechselrichter 148 arbeitet, um mit elektrischer Leistung während des Leerlaufmodus sparsam umzugehen. Während des Leerlaufmodus, wenn kein elektrischer Strom den mit dem Ladeschaltkreis 1544 verbundenen Kondensatoren zugeführt wird, wird die zur internen Spule 1656 durch die externe Spule 1648 übertragene Leistung verringert, um sparsam mit Leistung umzugehen. Dies wird realisiert, indem die Frequenz geändert wird, bei der der Leistungswechselrichter 148 arbeitet.
Wie oben angemerkt, können interne und externe Spulen 1648, 1656 auf eine Leistungsübertragungsfrequenz, wie etwa 200 kHz, abgestimmt werden. Deshalb wird der Leistungswechselrichter 148, wenn Übertragung von Leistung an die interne Spule 1656 erwünscht ist, mit der Leistungsübertragungsfrequenz übertragen, auf die sie abgestimmt ist. Jedoch, wenn es nicht notwendig ist, eine signifikante Leistungsgröße zu übertragen, wie beim oben genannten Leerlaufmodus, wird die Frequenz des Leistungswechselrichters 148 geändert. Die Frequenz, mit welcher der Leistungswechselrichter 148 während des Stromversorgungsmodus arbeitet, kann auf eine ungerade harmonische Unterschwingung dieser Frequenz während des Leerlaufmodus geändert werden. Zum Beispiel kann die Leerlaufmodusfrequenz 1/3, 1/5, 1/7, 1/9 der Stromversorgungsmodusfrequenz sein. Die Größe der an die interne Spule 1656 übertragene Leistung ändert sich mit der Leerlaufmodusfrequenz, wobei weniger Leistung bei der siebenten Unterschwingung (d. h. 1/7 der Frequenz des Stromversorgungsmodus oder 28.6 kHz, falls die Leistungsübertragungsfrequenz 200 kHz beträgt) als bei der dritten Unterschwingung (d. h. 1/3 der Stromversorgungsmodusfrequenz) übertragen wird. Da ungerade Unterschwingungen einer Grundfrequenz, entsprechend der Fourier Analyse, noch einige Komponenten der Grundfrequenz enthalten, wird die Verwendung einer ungeraden Unterschwingung der Stromversorgungsmodusfrequenz beim Leerlaufmodus noch zu einiger Leistung führen, die an die interne Spule 1656 übertragen wird, was im Allgemeinen wünschenswert ist.
18 ist ein Schaltschema, das eine Ausführung des Leistungswechselrichters 148 darstellt. Wie es in 18 gezeigt ist, kann der Leistungswechselrichter 148 vier Transistoren 1804, 1808, 1812, 1816 enthalten, die Metall-Oxid-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) sein können, die in einer H-Brückenkonfiguration geschaltet sein können. Die vier Transistoren 1804, 1808, 1812, 1816 können das externe Spulennetzwerk 15 durch den Leiter 1612 ansteuern. Jeder der Transistoren 1804, 1808, 1812, 1816 kann durch ein entsprechendes, im Leiter 1668 vorgesehenes Hochfrequenz-Ansteuerungssignal gesteuert werden, wobei zwei der Ansteuerungssignale um 180° phasenverschoben sind, oder bezüglich der anderen zwei über einen Inverter 1820 komplementiert werden. Die Ansteuerungssignale können Rechteckwellen mit Einschaltzyklus von 50% sein, die bei einer Frequenz zum Beispiel von etwa 200 kHz bewirkt werden. Obwohl oben ein spezieller Typ von Wechselrichter beschrieben wurde, kann jeder beliebige Typ von elektronischem Schaltnetzwerk genutzt werden, der eine Hochfrequenzspannung erzeugt. Zum Beispiel kann als Alternative zu der H-Brückenkonfiguration der Leistungswechselrichter 148 Transistoren aufweisen, die in einer Spannungsquellen-Halbbrückenkonfiguration oder in einer Stromquellenkonfiguration oder einer Spannungsquellenkonfiguration mit Verstärker der DE-Klasse angeordnet sind.
Der Leistungswechselrichter 148 kann mit dem ersten Prozessor 130 verbunden sein, um die Arbeitsweise des Leistungswechselrichters 148 basierend auf einer oder mehreren Eigenschaften des durch den Sensor 1620 abgetasteten Stroms zu steuern. Mit Bezug auf 16 kann der Leistungswechselrichter 148 mit dem ersten Prozessor 130 durch den Leiter 1668 verbunden sein. Der erste Prozessor 130 kann wiederum mit dem Stromsensor 1620 über den Leiter 1624 verbunden sein. Mit Bezug auf 18 kann der erste Prozessor 130 bestimmte Vorverarbeitungsschaltkreise 1824 enthalten, die nach dem Stromsignal arbeiten, und einen Prozessor 1826, der einen durch den Vorverarbeitungsschaltkreis 1824 basierend auf dem Stromsignal erzeugten Eingang aufnimmt. Die Vorverarbeitungsschaltkreise 1824 können Schaltkreise enthalten, die solche Funktionen wie Strom-Spannung-Umwandlung, Entkopplungserfassung, Interferenzerfassung und Erfassung von Kurzschließen/nicht Kurzschließen und so weiter ausführen.
In einer Ausführungsform kann der Vorverarbeitungsschaltkreis 1824 konfiguriert sein, um eine Spannung zu erzeugen, welche die Größe des durch die externe Spule 1648 fließenden Stroms angibt, wobei der durch die externe Spule 1648 fließende Strom proportional der Spannung über der internen Spule 1656 ist. Während des Leerlaufmodus sind die Kurzschlussschalter 1672 geschlossen, was bewirkt, dass die Spannung über dem internen Spulennetzwerk 17 bedeutend abnimmt. Dieser Spannungsabfall bewirkt, dass der Strom in der externen Spule 1648 entsprechend Gleichung (1) bedeutend verringert ist. Folglich nimmt die durch den Vorverarbeitungsschaltkreis 1824 erzeugte Spannung bedeutend ab, wenn sich der Leistungskreis 1532 im Leerlaufmodus befindet.
Der Ausgang des ersten Prozessors 130 kann so konfiguriert werden, um den Leistungswechselrichter 148 bei unterschiedlichen Frequenzen abhängig von der vom Vorverarbeitungsschaltkreis 1824 aufgenommenen Spannung anzusteuern. In einer Ausführungsform kann der Ausgang des Leistungssteuerungsmoduls 140 durch den Prozessor 1826 bereitgestellt werden, der einen auf den Eingang vom Vorverarbeitungsschaltkreis 1824 ansprechenden Ausgang bewirkt. Wenn der Vorverarbeitungsschaltkreis 1824 eine Spannung erzeugt, die nicht vermindert ist und anzeigt, dass sich der Leistungskreis 1532 im Stromversorgungsmodus befindet, kann der Ausgang des ersten Prozessors 130 den Leistungswechselrichter 148 bei einer ersten Frequenz, wie etwa 200 kHz, ansteuern. Wenn der Vorverarbeitungsschaltkreis 1824 eine Spannung erzeugt, die vermindert ist und anzeigt, dass sich der Leistungskreis 1532 im Leerlaufmodus befindet, kann der Ausgang des ersten Prozessors 130 die Strombrücke 148 mit einer zweiten Frequenz ansteuern, die eine ungerade harmonische Unterschwingung der beim Stromversorgungsmodus erzeugten Frequenz ist.
SYSTEMÜBERWACHUNG
Die hier erörterten Ausführungsformen sind auf das Messen und Berechnen von verschiedenen Parametern gerichtet, die mit der Leistungsübertragung im TETS-System 11 verbunden sind. Das System 11 kann konfiguriert werden, um verschiedene Parametern auf der Basis von Strom- und/oder Spannungsmessungen abzuleiten, die auf der Primärseite vorgenommen werden. Entsprechend der verschiedenen Ausführungsformen können die auf der Primärseite vorgenommenen Strom- und/oder Spannungsmessungen genutzt werden, um den Kopplungsfaktor zwischen Primärwicklung und Sekundärwicklung, Wärmefluss oder Temperatur auf der Sekundärseite und Wärmefluss oder Temperatur auf der Primärseite zu berechnen oder abzuschätzen. Primärseitige Strom- und/oder Spannungsmessungen können außerdem genutzt werden, um zu bestimmen, ob eine externe Interferenz zwischen der Primärseite und der Sekundärseite vorhanden ist. Wie es nachstehend ausführlicher beschrieben ist, kann das System 11 diese Berechnungen, Schätzungen und Bewertungen nutzen, um Steuervorgänge zu unterstützen und/oder dem Benutzer Warnsignale zur Verfügung zu stellen.
Kopplungsberechnungen
Wendet man sich zuerst der Berechnung der Kopplungsgröße zwischen Primär- und Sekundärwicklung zu, wird Bezug auf 16 genommen. Entsprechend verschiedener Ausführungsformen kann das System 11 konfiguriert sein, um die Größe der Kopplung zu berechnen, die zwischen der externen Spule 1648 und der internen Spule 1656 vorhanden ist. In Gleichung (1) ist die Kopplungsgröße zwischen den Spulen 1648, 1656 durch den Kopplungsfaktor k dargestellt, der im Bereich von 0,0 bis 1,0 liegt. Größere Werte für den Kopplungsfaktor k zeigen höhere Kopplungsgrößen zwischen den Spulen 1648, 1656 an.
Der Kopplungsfaktor k ist typischerweise eine Funktion der Trenngröße zwischen den Spulen 1648, 1656. Dieser Aspekt des Kopplungsfaktors k kann mit Bezug auf 17A und 17B dargestellt werden. In 17A ist die externe Spule 1648 an der Haut der Versuchsperson 1664 in unmittelbarer Nähe zur implantierten, internen Spule 1656 angeordnet. In 17B ist die externe Spule 1648 um einen bestimmten Abstand von der Haut der Versuchsperson 1660 und somit von der implantierten, internen Spule 1656 entfernt. Dieser Unterschied bei der Größe der Trennung zwischen den Spulen 1648, 1656 in 17A und den Spulen 1648, 1656 in 17B wird typischerweise zu diesen zwei Spulenanordnungen mit einer anderen Kopplungsgröße und somit anderen Werten für den Faktor k führen.
Über einen bestimmten Bereich von Abständen der Spulentrennung entsprechen kleinere Abstände zwischen den Spulen 1648, 1656 höheren Kopplungsgrößen und folglich k-Werten, die näher an 1,0 liegen. Ebenso entsprechen in diesem gleichen Bereich von Abständen der Spulentrennung größere Abstände zwischen den Spulen 1648, 1656 kleineren Kopplungsgrößen und folglich k-Werten, die näher an 0 liegen. Vorausgesetzt, dass die in 17A und 17B dargestellten Spulenanordnungen in diesen Bereich von Trennungsabständen fallen, besitzt die Spulenanordnung von 17A eine höhere Kopplungsgröße und folglich einen höheren k-Wert im Vergleich zur Spulenanordnung von 17B.
Das System 11 kann die Kopplungsgröße, die zwischen der externen Spule 1648 und der internen Spule 1656 besteht, auf der Basis von Regelzeitsteuerungsparametern, die der Arbeitsweise des Leistungskreises 1532 zugeordnet sind, berechnen. Die in Kopplungsberechnungen verwendeten Regelzeitsteuerungsparameter enthalten den Leistungsmodus- Einschaltzyklus DC_ein und die Dauer der Leerlaufmodusperiode T_aus. DC_ein ist die Dauer des Leistungsmodus T_ein gegenüber der Dauer der Regelperiode T_reg, wobei die Regelperiode T_reg der Leistungsmodusperiode T_ein und der Leerlaufmodusperiode T_aus entspricht. Wie es in Verbindung mit 19 ausführlich beschrieben ist, kann einer oder mehrere dieser Regelzeitsteuerparameter durch Messungen überwachbar gemacht werden, die auf der Primär-seite des Systems 11 vorgenommen werden. Für einen Schaltkreis mit einer in 15 dargestellten Serien-Serien-Topologie nutzen die hier erörterten Ausführungsformen die folgende Gleichung, wenn die Kopplungsgröße zwischen der externen Spule 1648 und der internen Spule 1656 abgeschätzt wird: k = α·Toff·DC_on + β·DCon – γ (2)
Für jeden einzigen Entwurf von Spulen gibt es eine Gruppe von Werten für α, β und γ, die die Gleichung (2) erfüllen, wobei κ der Kopplungsfaktor zwischen der externen Spule 1648 und der internen Spule 1656 ist. Bei Betrieb kann das System 11 die Gleichung (2) verwenden, um die Kopplungsgröße, die es zwischen der externen Spule 1648 und der internen Spule 1656 gibt, zu jedem gegebenen Zeitpunkt abzuschätzen. Hierbei kann das System 11 mit Werten für α, β und γ programmiert werden, die dem speziellen, zu verwendenden Spulenentwurf entsprechen. Die Regelzeitsteuerungsparameter DC_ein und T_aus können von einer Strom- oder Spannungsmessung abgeleitet werden, die auf der Primärseite vorgenommen wird, wenn Leistung zwischen der externen Baugruppe 1504 und internen Baugruppe 1508 übertragen wird. In einigen Ausführungen leitet das System 11 die Regelzeitsteuerungsparameter von einem Stromsignal ab, so wie es vom Stromsensor 1620 erzeugt wird, der den in der externen Spule 1648 vorhandenen Strom misst. Das System 11 kann außerdem die Regelzeitsteuerungsparameter von Spannungssignalen ableiten, die durch an verschiedenen Stellen auf der Primärseite angeordnete Spannungssensoren erzeugt werden. Zum Beispiel kann das System 11 die Regelzeitsteuerungsparameter von Spannungssignalen ableiten, die durch entweder über der Spule 1648 oder dem Kondensator 1652 des externen Netzwerks 15 angeordneten Spannungssensoren erzeugt werden.
Mit Bezug auf 19 werden Gesichtspunkte des Systems 11 ausführlicher beschrieben, die sich auf das Ableiten von Regelzeitsteuerungsparametern von Messungen auf der Primärseite beziehen. 19 ist eine Darstellung verschiedener, wellenförmiger Bildspuren, die Signale darstellen, die in dem System 11 vorhanden sind, wenn zwischen der externen Baugruppe 1504 und der internen Baugruppe 1508 Leistung übertragen wird. 19 veranschaulicht die Größe der dem Reglerschaltkreis 1544 zugeordneten Spannung über dem Stromversorgungskondensator, wenn sich dieses Signal über die Zeit verändert. Diese Spannung wird als V_AUS gekennzeichnet und mit der Bezugszahl 1904 bezeichnet. Wie in 19 ersichtlich ist, nimmt V_AUS stufenweise ab, wenn von dem mit dem Reglerkreis 1544 verbundenen Kondensator Strom entnommen wird, und nimmt stufenweise zu, wenn dem Kondensator vom Gleichrichter 1652 Strom zugeführt wird. Die stufenweise Abnahme von V_AUS entspricht dem im Leerlaufmodus befindlichen Leistungskreis 1532. Ebenso entspricht die stufenweise Zunahme von V_AUS dem im Stromversorgungsmodus befindlichen Leistungskreis 1532.
19 veranschaulicht außerdem ein Stromsignal, das in der externen Spule 1648 vorhandenen Strom darstellt, wenn zwischen der externen Baugruppe 1504 und der internen Baugruppe 1508 Leistung übertragen wird. Dieses Stromsignal wird als I₁ gekennzeichnet und mit der Bezugszahl 1908 bezeichnet. Das Stromsignal I₁ kann durch den Stromsensor 1620 erzeugt werden und ist das Beispiel eines primärseitigen Signals, welches das System 11 nutzen kann, um Regelzeitsteuerungsparameter abzuleiten. 19 veranschaulicht außerdem ein Stromsignal, das in der internen Spule 1656 vorhandenen Strom darstellt, wenn zwischen der externen Baugruppe 1504 und der interne Baugruppe 1508 Leistung übertragen wird. Dieses Stromsignal ist als I₂ gekennzeichnet und wird mit der Bezugszahl 1912 bezeichnet. Wie in 19 ersichtlich ist, sind die Amplituden sowohl von I₁ als auch von I₂ kleiner, wenn sich der Leistungskreis 1532 im Leerlaufmodus befindet, im Vergleich damit, wenn sich der Leistungskreis 1532 im Stromversorgungsmodus befindet. I₁ ist kleiner, weil V₂ auf etwa Null abfällt, als Reaktion auf die Kurzschlussschalter 1672, die schließen, damit das interne Resonanznetzwerk 17 kurzgeschlossen wird. I₂ ist kleiner, weil V₁ auf einen Bruchteil seines Leistungsmoduswertes als Reaktion auf die Strombrücke 148 abfällt, die bei einer Frequenz mit harmonischer Unterschwingung arbeitet.
T_aus ist als Dauer der kurzen Periode definiert und entspricht somit der zeitlichen Länge, die die Kurzschlussschalter 1672 geschlossen sind, um das interne Spulennetzwerk 17 kurz zu schließen. Auf andere Weise erklärt, entspricht T_aus der Zeitlänge, die sich der Leistungskreis 1532 im Leerlaufmodus befindet. T_aus kann von Messungen des Stroms abgeleitet werden, der in der externen Spule 1648 vorhanden ist, wenn zwischen der externen Baugruppe 1504 und der internen Baugruppe 1508 Leistung übertragen wird. Speziell kann, wie in 19 ersichtlich ist, T_aus gemessen werden, indem die Zeit berechnet wird, die dazwischen verstreicht, wenn I₁ zu einer niedrigen Amplitude übergeht, und wenn I₁ zurück zu der hohen Amplitude übergeht. Alternativ dazu kann T_aus berechnet werden durch Subtraktion der Leistungsmodusperiode T_ein von der Regelungsperiode T_reg. In 19 ist ein beispielhafter Zeitrahmen für eine Messung von T_off gegeben und wird im Allgemeinen mit der Bezugszahl 1916 ausgewiesen.
T_ein ist definiert als die Dauer der nicht kurz geschlossenen Periode und entspricht somit der zeitlichen Länge, die die Kurzschlussschalter 1672 geöffnet sind, damit Strom von dem internen Resonanznetzwerk 17 durch den Gleichrichter 1652 und heraus zu dem Leiter 1640/1644 fließen kann. In anderer Weise erklärt, entspricht T_ein der zeitlichen Länge, die sich der Leistungskreis 1532 im Stromversorgungsmodus befindet. T_ein kann abgeleitet werden von Messungen des Stroms, der in der externen Spule 1648 vorhanden ist, wenn zwischen der externen Baugruppe 1504 und internen Baugruppe 1508 Leistung übertragen wird. Speziell kann, wie in 19 ersichtlich ist, T_ein gemessen werden, indem die Zeit berechnet wird, die dazwischen verstreicht, wenn I₁ in eine hohe Amplitude übergeht, und wenn I₁ zurück in die niedrige Amplitude übergeht. Alternativ dazu kann T_ein berechnet werden durch Subtraktion der Leerlaufmodusperiode T_aus von der Regelungsperiode T_reg. Ein beispielhafter Zeitrahmen für eine Messung von T_ein ist in 19 gegeben und wird im Allgemeinen mit der Bezugszahl 1920 ausgewiesen.
T_reg ist definiert als die Dauer der Regelungsperiode und entspricht somit der zeitlichen Länge, die die Kurzschlussschalter 1672 geöffnet sind, und der zeitlichen Länge, die die Kurzschlussschalter 1672 geschlossen sind. Auf andere Weise erklärt, entspricht T_reg der zeitlichen Länge, die sich der Leistungskreis 1532 im Leerlaufmodus befindet, und der zeitlichen Länge, die sich der Leistungskreis im Stromversorgungsmodus befindet. T_reg kann von Messungen des Stroms abgeleitet werden, der in der externen Spule 1648 vorhanden ist, wenn zwischen der externen Baugruppe 1504 und internen Baugruppe 1508 Leistung übertragen wird. Wie in 19 ersichtlich ist, kann T_reg gemessen werden, indem die Zeit berechnet wird, die dazwischen verstreicht, wenn I₁ das erste Mal in eine hohe Amplitude übergeht, und wenn I₁ ein zweites anschließendes Mal zurück in eine hohe Amplitude übergeht. Alternativ dazu kann T_reg berechnet werden durch Addition der Leistungsmodusperiode T_on zusammen mit der Leerlaufmodusperiode T_aus. Ein beispielhafter Zeitrahmen für eine Messung von T_reg ist in 19 gegeben und wird im Allgemeinen mit der Bezugszahl 1924 ausgewiesen.
DC_ein ist der Leistungsmodus-Einschaltzyklus. DC_ein ist definiert als die Dauer des Leistungsmodus T_ein gegenüber der Dauer der Regelungsperiode T_reg. Typischerweise werden Strom- oder Spannungsmessungen nicht vorgenommen, die DC_ein direkt ergeben. Vielmehr wird DC_ein von anderen Parametern abgeleitet, die selbst von Strommessungen abgeleitet sind. Speziell kann DC_ein abgeleitet werden, indem die Leistungsmodusperiode T_ein durch die Regelungsperiode T_reg dividiert wird.
Weil eine Größe von Werten für α, β und γ vorhanden ist, welche die Gleichung (2) für jeden einzelnen Entwurf von Spulen erfüllen, kann Gleichung (2) verwendet werden, um den Kopplungsfaktor k abzuschätzen, wenn zwischen der externen Baugruppe 1504 und der internen Baugruppe 1508 Leistung übertragen wird. Speziell kann das System 11 in einer besonderen Ausführung mit den Werten für α, β und γ, die dem in dieser besonderen Ausführung verwendeten Spulenentwurf entsprechen, programmiert werden. Wenn das System zwischen der externen Baugruppe 1504 und der internen Baugruppe 1508 Leistung überträgt, können der Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein und die Leerlaufmodusperiode T_aus aus primärseitigen Messungen abgeleitet werden. Wie in 19 dargestellt ist, kann DC_ein und T_aus vom Stromsignal I₁ abgeleitet werden, das in dem Stromsensor 1620 erzeugt wird und das in der externen Spule 1648 vorhandenen Strom darstellt. In anderen Beispielen kann das System 11 die Regelzeitsteuerungsparameter von Spannungssignalen ableiten, die durch an verschiedenen Stellen auf der Primärseite angeordnete Spannungssensoren erzeugt werden, beispielsweise entweder über die Spule 1648 oder den Kondensator 1652 des externen Netzwerks 15. Sobald DC_ein und T_aus abgeleitet sind, kann Gleichung (2) genutzt werden, um einen Wert für den Kopplungsfaktor k zu berechnen.
Die Vorgehensweise zum Berechnen des Kopplungsfaktors k, die in Gleichung (2) dargestellt ist, wurde an gesammelten Daten von funktionsfähigen TETS-Systemen 1500 nachgewiesen. Gleichung (2) wurde auf gesammelte Kurzschluss- und Einschaltzyklusdaten angewandt. Zahlreiche dieser Datenproben sind in 20 grafisch dargestellt. Es soll deutlich werden, dass Gleichung (2) Anwendung bei der in 15 dargestellten Serien-Serien-Topologie findet. Gemäß alternativen Ausführungsformen können andere Gleichungen, die der Gleichung (2) sehr ähnlich sind, für alternative Topologien wie etwa Serien-Parallel, Parallel-Serien, Parallel-Parallel und so weiter, abgeleitet werden.
Das System 11 kann Berechnungen des Kopplungsfaktors nutzen, um Steueroperationen zu unterstützen und/oder dem Benutzer Warnsignale zur Verfügung zu stellen. Zum Beispiel können Kopplungsberechnungen verwendet werden beim Kennzeichnen einer Spulenanordnung, indem Steueroperationen ausgeführt werden, die übermäßigen Wärmefluss oder Temperatur abschwächen und/oder Warnsignale bereitstellen, die übermäßigen Wärmefluss oder Temperatur betreffen. Diese Steueroperationen und Benutzerwarnsignale werden in Verbindung mit 22 bis 30 ausführlicher beschrieben.
Wärmefluss- und Temperaturberechnungen
Das System 11 kann ferner konfiguriert werden, um Höhen von Wärmeflussgröße und/oder Temperatur zu schätzen, wenn Leistung von der externen Baugruppe 1504 zur internen Baugruppe 1508 übertragen wird. Größere Höhen von Wärmefluss oder Temperatur im System 11 können zur Gewebeschädigung führen oder die Versuchsperson, mit der das System 11 genutzt wird, verletzen. Übermäßiger Wärmefluss oder Temperatur können entweder auf der Primärseite oder der Sekundärseite auftreten. Um die Sicherheit der Versuchsperson zu gewährleisten, kann das System 11 somit Wärmefluss- und/oder Temperaturhöhen entweder auf einer oder beiden von Primärseite und Sekundärseite überwachen.
Das System 11 kann Wärmefluss und/oder Temperatur überwachen, indem die Größe des Stroms kontrolliert wird, der in verschiedenen Teilen des Systems 11 fließt. Höhere Strompegel erzeugen Verluste von I²R, die Wärme erzeugen. In einer Hinsicht kann übermäßiger Wärmefluss erzeugt werden, wenn eine Kopplung zwischen der Primärseite und der Sekundärseite nicht optimal ist. Hierbei kann eine nicht optimale Kopplung zu hohen Strömen führen, die übermäßige Wärme erzeugen infolge von parasitären Widerständen, die in den induktiven Bauelementen 1648, 1656 oder anderen Komponenten der internen oder externen Netzwerke 15, 17 vorhanden sein können. Wenn in dem System 11 höhere Strompegel vorhanden sind, tendiert der Wärmefluss zur Zunahme, und die Temperatur neigt dazu, vorhersagbar Weise anzusteigen. Höhere Strompegel können in einer oder beiden von Primärseite oder Sekundärseite vorhanden sein. Folglich kann das System 11 Wärmefluss und/oder Temperatur überwachen, indem Ströme kontrolliert werden, die entweder auf der Primärseite und/oder der Sekundärseite vorhanden sind. In einer Ausführungsform werden Strompegel im System durch verschiedene, auf der Primärseite des Systems 11 vorgenommene Messungen kontrolliert.
Für Strompegel auf der Primärseite kann das System 11 direkte Messungen durch Messgeräte oder Sonden vornehmen, die an Komponenten im externen Resonanznetzwerk 15 befestigt sind. In einem Beispiel kann das System 11 den Primärstrom mit Stromsensor 1620 messen, der den in der externen Spule 1648 vorhandenen Strom misst. Das System 11 kann außerdem den Primärstrom auf der Basis von Spannungssignalen berechnen, die durch an verschiedenen Stellen auf der Primärseite angeordnete Spannungssensoren erzeugt werden, wie etwa entweder über die Spule 1648 oder den Kondensator 1652 des externen Netzwerks 15. Zum Beispiel kann das System 11 den Primärstrom unter Verwendung eines bekannten Induktivitätswertes für die Spule 1648 und eines gemessenen Wertes für die Spannung über der Spule 1648 berechnen. Alternativ dazu kann das System 11 den Primärstrom berechnen, indem ein bekannter Kapazitätswert für den Kondensator 1652 und ein gemessener Wert für die Spannung über dem Kondensator 1652 genutzt werden.
Für Strompegel auf der Sekundärseite kann das System 11 bestimmte Regelzeitsteuerungsparameter auf der Primärseite messen und sekundärseitige Strompegel auf der Basis dieser primärseitigen Messungen abschätzen. Spezieller kann das System 11 zuerst die Kopplungsgröße zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung basierend auf den Messungen des Regelzeitsteuerungsparameters abschätzen. Das System 11 kann dann die geschätzten Kopplungsmessungen nutzen, die auf der Primärseite vorgenommen wurden, um den Strompegel auf der Sekundärseite abzuschätzen. Somit kann in einer Beziehung das System 11 die Kopplungsgröße, die zwischen der externen Spule 1648 und der internen Spule 1656 vorhanden ist, als Teil einer Abschätzung von Wärmefluss- oder Temperaturpegeln in der internen Baugruppe 1508 berechnen. Kleinere Kopplungsgrößen erzeugen Wärme, weil schlechte Kopplung zu höheren Strömen führt, die in den Spulen 1648, 1656 erzeugt werden. Für einen Schaltkreis mit der in 15 gezeigten Serien-Serien-Topologie kann die umgekehrte Beziehung zwischen Kopplung und Strom auf der Sekundärseite beurteilt werden, indem Gleichung (1) hinsichtlich I₂ umgeschrieben wird:
Der Kopplungsfaktor k erscheint im Nenner von Gleichung (3). Somit entsprechen Abnahmen des Wertes des Kopplungsfaktors k Zunahmen beim Wert des Stroms auf der Sekundärseite.
Wie aus Gleichung (3) ersichtlich wird, ist der Kopplungsfaktor k ein Parameter, der benötigt wird, um den Strom I₂ zu berechnen, der auf der Sekundärseite vorhanden ist. Ein anderer für diese Berechnung benötigter Parameter ist V₁, die Spannung über dem externen Resonanznetzwerk 15. V₁ ist proportional zur Gleichspannung V_in der Stromversorgung. Typischerweise ändert sich die Stromversorgungsspannung V_in nicht. Mit der Ausnahme, dass V₁ mit der Frequenz untersetzt ist, wenn sich das System zu einer anderen harmonischen Unterschwingung verschiebt, ist V₁ folglich statisch. Somit kann V₁ von Systemeinstellungen abgeleitet werden und wird typischerweise ohne irgendwelche Messungen bekannt. Für einen Vollbrückenwechselrichter ist die Beziehung zwischen V_in und V₁ durch die folgende Gleichung bestimmt: V₁ = 4·V_in/π. (4)
Sobald Werte für k und V₁ bestimmt sind, kann Gleichung (3) verwendet werden, um den Strom I₂ zu berechnen, der auf der Sekundärseite vorhanden ist. Wie es oben beschrieben ist, kann der Strom I₁, der auf der Primärseite vorhanden ist, durch direkte Messungen bestimmt werden, indem mit der Primärwicklung verbundene Messgeräte oder Sonden verwendet werden. Sobald Werte für I₁ und I₂ festgelegt sind, kann der Wärmefluss auf der Primärseite und/oder der Sekundärseite bestimmt werden. Wärmefluss auf der Primärseite basiert auf dem Strom I₁ in der Primärspule, dem bekannten parasitären Widerstand der Primärspule und der Oberfläche der Primärspule. Wärmefluss auf der Sekundärseite basiert auf dem Strom I₂ in der sekundärseitigen Spule, dem bekannten parasitären Widerstand der sekundärseitigen Spule und der Oberfläche der sekundärseitigen Spule. Der Wärmefluss entweder auf der Primärseite oder der Sekundärseite kann mit der folgenden Gleichung bestimmt werden: Wärmefluss = (I_rms ²·R)/Spulenoberfläche. (5)
Die Temperatur der Spulen 1648, 1656 kann auf der Basis der Wärmeflussgröße abgeschätzt werden, die als entweder in der Primärwicklung oder in der Sekundärwicklung vorhanden bestimmt wird. Allgemein ist die gegenseitige Abhängigkeit zwischen Temperatur und Wärmefluss von der Umgebung abhängig, in der entweder die Primärwicklung oder die Sekundärwicklung arbeitet. So kann das System 11 mit einer Gleichung, Verweistabelle oder anderen Datenstruktur, die Größen des Wärmeflusses mit Temperaturänderungen in der Primärwicklung und/oder der Sekundärwicklung korreliert, programmiert werden. Das System 11 kann mit anderen Gleichungen, Verweistabellen oder anderen Datenstrukturen für die Primärwicklung und die Sekundärwicklung programmiert werden, weil diese Systemkomponenten jeweils in anderen Umgebungen lokalisiert sind.
Die Primärwicklung befindet sich außerhalb der Versuchsperson, und so kann die Temperatur der Primärwicklung auf der Basis von Berechnungen des Wärmeflusses und des vorhersagbaren Verhaltens der Primärwicklung, wenn sie im Freien arbeitet, geschätzt werden. In einer Hinsicht können Temperaturänderungen auf der Basis von Abschätzungen der Höhe des Wärmeflusses, die über einen bestimmten Zeitraum vorgenommen werden, abgeschätzt werden. Temperaturerhöhungen können mit unterstützten, erhöhten Wärmeflusspegeln korreliert werden. Ebenso können Temperatursenkungen mit niedrigeren Wärmeflusspegeln korreliert werden, die über die Zeit aufrechterhalten werden. Das System 11 kann mit einer Gleichung, Verweistabelle oder anderen Datenstruktur programmiert werden, die diese Korrelationen quantifiziert und auf die zugegriffen werden kann, wenn Bestimmungen der Temperatur in der Primärwicklung vorgenommen werden.
Abhängig von der Örtlichkeit der Spule 1648 im Körper kann es eine spezifische Beziehung zwischen Spulentemperatur und Wärmefluss, der von der Spule 1648 ausgeht, geben. Für verschiedene Strompegel können Tieruntersuchungen genutzt werden, um Größen von sekundärseitigem Wärmeflusses und Sicherheitsniveau abzuschätzen. Ergebnisse von einer solchen Tieruntersuchung sind in 21 gezeigt. Vorhergehende Untersuchungen durch die Pennsylvania State University haben herausgefunden, dass ein Niveau von 15 mW/cm² sicher ist. Das System 11 kann auf der Basis der in 21 gezeigten Bewertung des Wärmeflusses oder mit anderen geeigneten Wärmeflussbewertungen programmiert werden. Wie es für die Primärwicklung der Fall war, können Temperaturerhöhungen in der Sekundärwicklung mit unterstützten, erhöhten Wärmeflusspegeln korreliert werden; und Temperatursenkungen können mit kleineren Wärmeflusspegeln korreliert werden, die über die Zeit aufrecht erhalten werden. Das System 11 kann mit einer Gleichung, Verweistabelle oder anderen Datenstruktur korreliert werden, die diese Korrelationen und Wärmebewertungen quantifiziert, und auf die zugegriffen werden kann, wenn Bestimmungen der Temperatur in der Sekundärwicklung vorgenommen werden. Die Wärmeflussbewertung von 21 ist beispielhaft und ohne Einschränkung dargestellt. Es soll deutlich werden, dass die in 21 gezeigte Bewertung des Wärmeflusses auf der Basis künftiger Tieruntersuchungen eingestellt werden kann, und dass die durch das System 11 genutzten Korrelationen von Wärmefluss zu Temperatur Tieruntersuchungen zugrunde gelegt sein können, die auf laufender Basis aktualisiert werden können.
Interferenzberechnungen
Das System 11 kann außerdem Messungen auf der Primärseite vornehmen, um festzustellen, ob zwischen den Spulen 1648, 1656 Interferenz vorhanden ist. Interferenz kann auftreten infolge eines vorhandenen Metall- oder metallischen Gegenstands in der Nähe einer oder beider Spulen 1648, 1656. Das Vorhandensein eines Metall- oder metallischen Gegenstands kann die Spulen 1648, 1656 durch Änderung von Größe und Eigenschaft der gegenseitigen Induktivität, die zwischen den Spulen 1648, 1656 vorhanden ist, verstellen. Das Verstellen kann auf der Primärseite als Phasenverschiebung zwischen der Spannung V₁ über dem externen Resonanznetzwerk 15 und dem Strom I₁ durch das externe Resonanznetzwerk 15 in Erscheinung treten. So kann das System 11 bestimmen, ob irgendeine Interferenz zwischen den Spulen 1648, 1656 vorhanden ist, indem dieser Phasenunterschied gemessen wird. Speziell misst das System die Spannung V₁ über dem externen Resonanznetzwerk 15 und den Strom I₁ durch das externe Resonanznetzwerk 15 über einen vorgegebenen Zeitraum durch oben beschriebene Verfahren. Diese Messungen werden anschließend verglichen, um festzustellen, ob es irgendeine Phasenverschiebung gibt. Falls das System 11 eine Phasenverschiebung bestimmt, kann es feststellen, dass die Spulen 1648, 1656 infolge eines störenden Metall- oder metallischen Gegenstands verstimmt wurden.
Das System 11 kann zusätzlich eine oder mehrere korrigierende Maßnahmen als Reaktion auf die Feststellung vornehmen, dass die Spulen 1648, 1656 verstellt wurden. In einigen Fällen kann das System 11 ein Warnsignal bereitstellen, das dem Benutzer anzeigt, dass ein störender Metall- oder metallischer Gegenstand vorhanden ist. Das System 11 kann anschließend Abschätzungen unterdrücken, die vom Strom I₂ in der Sekundärwicklung gemacht wurden, bis der Benutzer den Metall- oder metallischen Gegenstand entfernt. Das System 11 kann Abschätzungen unterdrücken, die von dem Strom I₂ gemacht wurden, weil Gleichung (2) der Annahme zugrunde gelegt ist, dass die Spannung V₁ und der Strom I₁ phasengleich sind. Speziell basiert Gleichung (2) auf der Annahme, dass der Resonanzkreis bei Resonanz arbeitet, und dass es eine spezifische Beziehung zwischen den Parametern des Resonanzkreises, nämlich L1, C1, k, M, L2, C2, gibt. Diese Beziehung bricht ab, wenn Metall eingeführt wird. So kann, wenn die Spannung V₁ und der Strom I₁ phasenverschoben sind, Gleichung (2) aufhören, das Verhalten des Systems 11 genau zu charakterisieren. In anderen Fällen kann das System 11 den Phasenunterschied zwischen der Spannung V₁ und dem Strom I₁ eher kompensieren, als auf den Benutzer zu warten, den störenden Metall- oder metallischen Gegenstand zu entfernen. Speziell kann das System 11 die Art und Weise, wie die Strombrücke 148 arbeitet, ändern. In einer Ausführungsform kann das Leistungssteuerungsmodul 140 die Steuerfrequenz der Strombrücke 148 verändern, um eine Resonanzverschiebung zu kompensieren, die infolge der Tatsache auftritt, dass Metallgegenstände die Gegen- und Ableitungsinduktivität der Spule verändern und infolgedessen den Resonanzpunkt des Systems ändern.
REGLEROPERATIONEN
Gemäß den vorliegenden Ausführungsformen kann der erste Prozessor 130 so arbeiten, dass er verschiedene Parameter misst und berechnet, die mit einer Leistungsübertragung im TETS-System 11 verbunden sind. Der erste Prozessor 130 kann dann diese Parameter nutzen, um Steueroperationen auszulösen und/oder Warnsignale bereitzustellen. Zum Beispiel kann der erste Prozessor 130 Steueroperationen auslösen und/oder Warnsignale bereitstellen, die auf eine mögliche Entkopplung zwischen den Spulen 1648, 1656, abgeschätzten erhöhten Wärmeflusspegeln in der Primär- oder Sekundärwicklung und/oder abgeschätzten, erhöhten Temperaturpegeln in der Primär- oder Sekundärwicklung reagieren.
Wendet man sich zuerst den Operationen des ersten Prozessors 130 zu, die funktionieren, um einen Kopplungsfaktor k zu berechnen, wird auf 22 Bezug genommen. 22 ist ein Ablaufdiagramm 2200, das ein Verfahren zum Berechnen eines Kopplungsfaktors k gemäß den hier erörterten Ausführungsformen veranschaulicht. Das durch das Ablaufdiagramm 2200 dargestellte Verfahren umfasst Operationen, die durch den in 15 gezeigten, ersten Prozessor 130 ausgeführt werden. Der erste Prozessor 130 befindet sich außerhalb der Versuchsperson und kann konfiguriert sein, um Eingangssignale von verschiedenen Punkten auf der Primärseite des Systems 11 zu empfangen. Wie es im Ablaufdiagramm 2200 erläutert ist, kann das Leistungssteuerungsmodul 140 den Kopplungsfaktor k zwischen der externen Spule 1648 und der internen Spule 1656 berechnen, indem verschiedene Berechnungen basierend auf den primärseitigen Eingangssignalen durchgeführt werden.
Am Anfang bestimmt in der Rechenoperation 2200 das System 11 die Dauer der Regelungsperiode T_reg. Die Regelungsperiode T_reg entspricht der Dauer der Stromversorgungsperiode T_ein, plus Dauer der Leerlaufperiode T_asu. Eine beispielhafte Regelungsperiode T_reg 1924 ist in Verbindung mit in 19 gezeigten, beispielhaften, wellenförmigen Bildspuren veranschaulicht. Das System 11 kann die Dauer der Regelungsperiode T_reg basierend auf Messungen des Stroms im externen Resonanznetzwerk 15 bestimmen, die vorgenommen werden, wenn Leistung von der externen Baugruppe 1504 zur internen Baugruppe 1508 übertragen wird. Speziell kann der Stromsensor 1620 ein Ausgangssignal erzeugen, das der Größe des durch die externe Spule 1648 fließenden Stroms entspricht, wobei das Signal als Eingang zu dem ersten Prozessor 130 weitergeleitet wird. Der erste Prozessor 130 kann dann das Stromsignal überwachen, um zu bestimmen, wann der Leistungskreis 1532 zwischen dem Leistungsmodus und dem Leerlaufmodus übergeht, indem bestimmt wird, wann das Stromsignal zwischen einer niedrigen Amplitude und einer hohen Amplitude übergeht. Der erste Prozessor 130 kann eine Regelungsperiode T_reg als zwischen der Zeit auftretend registrieren, wenn das Stromsignal ein erstes Mal in eine hohe Amplitude übergeht, und der Zeit, wenn das Stromsignal ein zweites, anschließendes Mal zurück in eine hohe Amplitude übergeht.
In der Rechenoperation 2208 bestimmt das System 11 die Dauer des Leistungsmodus. Eine beispielhafte Leistungsmodusperiode T_on 1920 ist in Verbindung mit in 19 gezeigten, beispielhaften, wellenförmigen Bildspuren dargestellt. Das System 11 kann die Dauer der Leistungsmodusperiode T_on bestimmen auf der Basis von Messungen des Stroms in dem externen Resonanznetzwerk 15, die vorgenommen werden, wenn Leistung von der externen Baugruppe 1504 zur internen Baugruppe 1508 übertragen wird. Speziell kann der Stromsensor 1620 ein Ausgangssignal erzeugen, das der Größe des durch die externe Spule 1648 fließenden Stroms entspricht, wobei das Signal zum Leistungssteuerungsmodul 140 als Eingang weitergeleitet wird. Der erste Prozessor 130 kann dann das Stromsignal überwachen, um zu bestimmen, wann der Leistungskreis 1532 zwischen Leistungsmodus und Leerlaufmodus übergeht, indem bestimmt wird, wann das Stromsignal zwischen einer niedrigen Amplitude und hohen Amplitude übergeht. Der erste Prozessor 130 kann eine Leistungsmodusperiode T_on als zwischen der Zeit auftretend, wenn das Stromsignal in eine hohe Amplitude übergeht, und der Zeit, wenn das Stromsignal in eine niedrige Amplitude übergeht, registrieren.
In der Rechenoperation 2212 berechnet das System 11 den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein. DC_ein ist definiert als Dauer des Leistungsmodus T_ein gegenüber der Dauer der Regelungsperiode T_reg. Der erste Prozessor 130 kann den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein bestimmen, indem die in der Rechenoperation 2208 erhaltene Leistungsmodusperiode T_ein durch die in der Rechenoperation 2204 erhaltene Regelungsperiode T_reg dividiert wird.
In der Rechenoperation 2216 bestimmt das System 11 die Dauer des Leerlaufmodus. Eine beispielhafte Leerlaufmodusperiode T_aus 1916 ist dargestellt in Verbindung mit den beispielhaften, wellenförmigen Bildspuren, die in 19 gezeigt sind. Das System 11 kann die Dauer der Leerlaufmodusperiode T_aus basierend auf Messungen des Stroms in dem externen Resonanznetzwerk 15 bestimmen, die vorgenommen werden, wenn Leistung von der externen Baugruppe 1504 zur internen Baugruppe 1508 übertragen wird. Speziell kann der Stromsensor 1620 ein Ausgangssignal erzeugen, das der Größe des durch die externe Spule 1648 fließenden Stroms entspricht, wobei das Signal als Eingang zu dem ersten Prozessor 130 weitergeleitet wird. Der erste Prozessor 130 kann anschließend das Stromsignal überwachen, um zu bestimmen, wann der Leistungskreis 1532 zwischen dem Leistungsmodus und dem Leerlaufmodus übergeht, indem bestimmt wird, wann das Stromsignal zwischen einer niedrigen Amplitude und einer hohen Amplitude übergeht. Der erste Prozessor 130 kann eine Leerlaufmodusperiode T_aus als zwischen der Zeit auftretend registrieren, wenn das Stromsignal in eine niedrige Amplitude übergeht, und der Zeit, wenn das Stromsignal in eine hohe Amplitude übergeht.
In der Rechenoperation 2220 berechnet das System 11 den Kopplungsfaktor k zwischen der externen Spule 1648 und der internen Spule 1656. Das System 11 kann den Kopplungsfaktor k mittels Gleichung (2) bestimmen. Hierbei kann der erste Prozessor 130 mit Werten für α, β und γ programmiert werden, die dem speziellen, zu verwendenden Spulenentwurf entsprechen. Beim Berechnen des Kopplungsfaktor k kann der erste Prozessor 130 diese vorprogrammierten Werte sowie den Wert für den in der Rechenoperation 2212 erhaltenen Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein und den in der Rechenoperation 2216 erhaltenen Wert für die Leerlaufmodusperiode T_aus nutzen. Speziell kann der erste Prozessor 130 diese programmierten und gemessenen Werte in die Gleichung (2) eingeben, und indem so verfahren wird, eine Abschätzung für den Kopplungsfaktor k zwischen der externen Spule 1648 und der internen Spule 1656 erhalten.
23 ist ein Ablaufdiagramm 2300, das ein Verfahren zur Abschätzung des Wärmeflusses einer Sekundärspule entsprechend den hier erörterten Ausführungsformen veranschaulicht. Das durch das Ablaufdiagramm 2300 dargestellte Verfahren umfasst Rechenoperationen, die durch das in 15 gezeigte Leistungssteuerungsmodul 140 ausgeführt werden. Der erste Prozessor 130 ist außerhalb der Versuchsperson und kann so konfiguriert sein, um Eingangssignale von verschiedenen Punkten auf der Primärseite des Systems 11 zu empfangen. Wie es im Ablaufdiagramm 2300 erläutert ist, kann der erste Prozessor 130 den Wärmefluss der Sekundärspule berechnen, indem verschiedene Berechnungen basierend auf den primärseitigen Eingangssignalen durchgeführt werden.
Zu Anfang bestimmt in der Rechenoperation 2304 das System 11 die Spannung V₁ über dem externen Resonanznetzwerk 15. Wie erwähnt, ist V₁ der Stromversorgungs-Gleichspannung V_ein proportional und ändert sich somit nicht typischerweise, ausgenommen zum Skalieren mit der Frequenz, wenn sich das System zu einer anderen harmonischen Unterschwingung verschiebt. So kann V₁ von Systemeinstellungen abgeleitet werden und ist typischerweise ohne irgendwelche Messungen bekannt. In Ausführungen, die einen Vollbrücken-Wechselrichter verwenden, kann der erste Prozessor 130 V₁ mittels V_in und Gleichung (4) berechnen.
In der Rechenoperation 2308 berechnet das System 11 den Kopplungsfaktor k zwischen der externen Spule 1648 und der internen Spule 1656. Wie in Verbindung mit 22 erläutert, kann das System 11 die Gleichung (2) nutzen, um den Kopplungsfaktor k basierend auf programmierten Werten für α, β und γ sowie gemessenen Werten für den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein und die Leerlaufmodusperiode T_aus zu berechnen.
In der Rechenoperation 2312 schätzt das System 11 den Strom I₂, der in der internen Spule 1656 vorhanden ist, mittels der Spannung V₁ über dem externen Resonanznetzwerk 15 und dem Kopplungsfaktor k zwischen der externen Spule 1648 und der internen Spule 1656. Das System 11 kann den Strom I₂ bestimmen, der in der internen Spule 1656 vorhanden ist, indem der in der Rechenoperation 2304 erhaltene Wert für die Spannung V₁ und der in der Rechenoperation 2308 erhaltene Wert für den Kopplungsfaktor k verwendet wird. Speziell kann der erste Prozessor 130 diese gemessenen Werte in die Gleichung (3) eingeben, und indem so verfahren wird, eine Abschätzung für den Strom I₂ erhalten.
In der Rechenoperation 2316 schätzt das System 11 den Wärmefluss in der Sekundärspule durch den Strom I₂ ab. Wie erwähnt, basiert der Wärmefluss in der Sekundärwicklung auf dem Strom I₂ in der Sekundärspule, dem bekannten parasitären Widerstand der Sekundärspule und der Oberfläche der Sekundärspule. Somit kann der Wärmefluss in der Sekundärwicklung berechnet werden oder anderweitig abgeschätzt werden, indem der in der internen Spule 1656 vorhandene Strom I₂ genutzt wird, wie es in der Rechenoperation 2312 bestimmt ist. Hierbei kann der Leistungssteuerungsmodul 140 den Wärmefluss in der Sekundärwicklung mittels Gleichung (5) berechnen.
24 ist ein Ablaufdiagramm 2400, das ein Verfahren zum Abschätzen einer Sekundärspulentemperatur gemäß hier erörterter Ausführungsformen veranschaulicht. Das durch das Ablaufdiagramm 2400 dargestellte Verfahren umfasst Operationen, die durch den in 15 gezeigten ersten Prozessor 130 ausgeführt werden. Der erste Prozessor 130 befindet sich außerhalb der Versuchsperson und kann konfiguriert sein, um Eingangssignale von verschiedenen Punkten auf der Primärseite des Systems 11 zu empfangen. Wie in dem Ablaufdiagramm 2400 erläutert ist, kann der erste Prozessor 130 die Temperatur der Sekundärspulenwärme berechnen, indem verschiedene Berechnungen basierend auf den primärseitigen Eingangssignalen durchgeführt werden.
Am Anfang bestimmt in der Rechenoperation 2404 das System 11 die Spannung V₁ über dem externen Resonanznetzwerk 15. Wie erwähnt, ist V₁ der Stromversorgungs-Gleichspannung V_in proprtional und ändert sich somit typischerweise nicht, ausgenommen zum Skalieren mit der Frequenz, wenn sich das System zu einer anderen harmonischen Unterschwingung verschiebt. Folglich kann V₁ von Systemeinstellungen abgeleitet werden und ist typischerweise ohne irgendwelche Messungen bekannt. In Ausführungen, die einen Vollbrücken-Wechselrichter nutzen, kann das Leistungssteuerungsmodul 140 V₁ mittels V_in und Gleichung (4) berechnen.
In der Rechenoperation 2408 berechnet das System 11 den Kopplungsfaktor k zwischen der externen Spule 1648 und der internen Spule 1656. Wie in Verbindung mit 22 erläutert wird, kann das System 11 die Gleichung (2) nutzen, um den Kopplungsfaktor k basierend auf programmierten Werten für α, β und γ sowie gemessenen Werten für den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein und den Leerlaufmodusperiode T_aus zu berechnen.
In der Rechenoperation 2412 schätzt das System 11 den in der internen Spule 1656 vorhandenen Strom I₂ mittels der Spannung V₁ über dem externen Resonanznetzwerk 15 und dem Kopplungsfaktor k zwischen der externen Spule 1648 und der internen Spule 1656 ab. Das System 11 kann den Strom I₂ bestimmen, der in der internen Spule 1656 vorhanden ist, mittels des Wertes für die Spannung V1, der in der Rechenoperation 2404 erhalten wird, und des Wertes für den Kopplungsfaktor k, der in der Rechenoperation 2408 erhalten wird. Speziell kann der erste Prozessor 130 diese gemessenen Werte in Gleichung (3) eingeben und, indem so verfahren wird, eine Abschätzung für den Strom I₂ erhalten.
In der Rechenoperation 2416 schätzt das System 11 den Wärmefluss der Sekundärspule durch den Strom I₂. Wie erwähnt ist, basiert der Wärmefluss in der Sekundärwicklung auf dem Strom I₂ in der Sekundärspule, dem bekannten parasitären Widerstand der Sekundärspule und der Oberfläche der Sekundärspule. Somit kann der Wärmefluss in der Sekundärwicklung berechnet werden oder anderweitig abgeschätzt werden, indem der in der Spule 1656 vorhandene Strom I₂, wie in der Rechenoperation 2412 bestimmt, genutzt wird. Hierbei kann der erste Prozessor 130 den Wärmefluss in der Sekundärwicklung mittels Gleichung (5) berechnen.
In der Rechenoperation 2420 schätzt das System 11 die Sekundärspulentemperatur unter Verwendung des sekundärseitigen Wärmeflusses ab. In einer Ausführung kann das System 11 Temperaturänderungen basierend auf Abschätzungen von Wärmeflusspegeln schätzen, die über einen bestimmten Zeitraum vorgenommen wurden. So kann der erste Prozessor 130 eine Anzahl von Wärmeflussberechnungen messen und berechnen, wie es in der Rechenoperation 2416 erläutert ist, und Temperaturschätzungen auf der Basis dieser Wärmeflussberechnungen vornehmen. Das Leistungssteuerungsmodul 140 kann Temperaturerhöhungen mit unterstützten, erhöhten Wärmeflusspegeln korrelieren. Ebenso kann der erste Prozessor 130 Temperatursenkungen mit niedrigeren Wärmeflusspegeln, die über die Zeit aufrechterhalten werden, korrelieren. Korrelationen von Wärmefluss zu Temperatur können Tieruntersuchungen zugrunde gelegt sein, die auf laufender Basis aktualisiert werden können.
25 ist ein Ablaufdiagramm 2500, das ein Verfahren zum Abschätzen eines Primärspulenwärmeflusses gemäß hier erörterter Ausführungsformen veranschaulicht. Das durch das Ablaufdiagramm 2500 dargestellte Verfahren umfasst Operationen, die durch das in 15 gezeigte Leistungssteuerungsmodul 140 ausgeführt werden. Der erste Prozessor 130 liegt außerhalb der Versuchsperson und kann konfiguriert sein, um Eingangssignale von verschiedenen Punkten auf der Primärseite des Systems 2900 zu empfangen. Wie in dem Ablaufdiagramm 2500 erläutert ist, kann der erste Prozessor 130 den Wärmefluss der Primärspule abschätzen, indem verschiedene Berechnungen basierend auf primärseitigen Eingangssignalen durchgeführt werden.
Am Anfang berechnet in der Rechenoperation 2504 das System 11 den Strom I₁, der in der externen Spule 1648 vorhanden ist. Ein beispielhafter, primärseitiger Strom I₁ 1904 ist in Verbindung mit in 19 gezeigten, beispielhaften, wellenförmigen Bildspuren dargestellt. Das System 11 kann den Strom I₁ basierend auf Messungen bestimmen, die in dem externen Resonanznetzwerk 15 vorgenommen werden, wenn von der externen Baugruppe 1504 zu der internen Baugruppe 1508 Leistung übertragen wird. Speziell kann der Stromsensor 1620 ein Ausgangssignal erzeugen, das der Größe des durch die externe Spule 1648 fließenden Stroms entspricht, wobei das Signal als Eingang zu dem ersten Prozessor 130 weitergeleitet wird. Der erste Prozessor 130 kann anschließend dieses Signal abtasten, wenn es notwendig ist, um die Größe des in der externen Spule 1648 vorhandenen Stroms zu bestimmen.
In Rechenoperation 2512 schätzt das System 11 den Wärmefluss der Primärspule durch den Strom I₁ ab. Wie erwähnt ist, basiert Wärmefluss in der Primärwicklung auf dem Strom I₁ in der Primärspule, dem bekannten parasitären Widerstand der Primärspule und der Oberfläche der Primärspule. Somit kann der Wärmefluss in der Primärwicklung berechnet werden oder anderweitig abgeschätzt werden mittel des Stroms I₁, der in der externen Spule 1648 vorhanden ist, wie es in Rechenoperation 2504 bestimmt ist. Hierbei kann der erste Prozessor 130 den Wärmefluss in der Primärwicklung durch Gleichung (5) berechnen.
26 ist ein Ablaufdiagramm 2600, das ein Verfahren zum Abschätzen einer Primärspulentemperatur gemäß hier erörterter Ausführungsformen veranschaulicht. Das durch das Ablaufdiagramm 2600 dargestellte Verfahren umfasst Operationen, die durch das in 15 gezeigte Leistungssteuerungsmodul 140 ausgeführt werden. Der erste Prozessor 130 befindet sich außerhalb der Versuchsperson und kann so konfiguriert sein, um Eingangssignale von verschiedenen Punkten auf der Primärseite des Systems 11 zu empfangen. Wie in dem Ablaufdiagramm 2600 erläutert, kann der erste Prozessor 130 die Primärspulentemperatur abschätzen, indem verschiedene Berechnungen basierend auf primärseitigen Eingangssignalen durchgeführt werden.
Am Anfang berechnet in der Rechenoperation 2604 das System 11 den Strom I₁, der in der externen Spule 1648 vorhanden ist. Ein beispielhafter, primärseitiger Strom I₁ 1904 ist in Verbindung mit in 19 gezeigten, beispielhaften, wellenförmigen Bildspuren veranschaulicht. Das System 11 kann den Strom I₁ basierend auf Messungen bestimmen, die in dem externen Resonanznetzwerk 15 vorgenommen werden, wenn von der externen Baugruppe 1504 zu der internen Baugruppe 1508 Leistung übertragen wird. Speziell kann der Stromsensor 1620 ein Ausgangssignal erzeugen, das der Größe des durch die externe Spule 1648 fließenden Stroms entspricht, wobei das Signal als Eingang zu dem Leistungssteuerungsmodul 140 weitergeleitet wird. Der erste Prozessor 130 kann dann dieses Signal je nach Bedarf abtasten, um die Größe des Stroms, der in der externen Spule 1648 vorhanden ist, zu bestimmen.
In der Rechenoperation 2612 schätzt das System 11 den Wärmefluss der Primärspule durch den Strom I₁ ab. Wie erwähnt ist, basiert der Wärmefluss in der Primärwicklung auf dem Strom I₁ in der Primärspule, dem bekannten parasitären Widerstand der Primärspule und der Oberfläche der Primärspule. Somit kann der Wärmefluss in der Primärwicklung berechnet oder anderweitig abgeschätzt werden, indem der Strom I₁ genutzt wird, der in der externen Spule 1648, wie in der Rechenoperation 2604 bestimmt, vorhanden ist. Hierbei kann der erste Prozessor 130 den Wärmefluss in der Primärwicklung mittels Gleichung (5) berechnen.
In der Rechenoperation 2616 schätzt das System 11 die Primärspulentemperatur unter Verwendung des primärseitigen Wärmeflusses ab. In einer Ausführung kann das System 11 Temperaturänderungen basierend auf Abschätzungen der Wärmeflusspegel abschätzen, die über einen bestimmten Zeitraum vorgenommen werden. So kann das Leistungssteuerungsmodul 140 eine Anzahl von Wärmeflussberechnungen, wie in der Rechenoperation 2612 erläutert, messen und aufzeichnen und Temperaturschätzungen vornehmen, die diesen Wärmeflussberechnungen zugrunde gelegt sind. Der erste Prozessor 130 kann Temperaturerhöhungen mit unterstützten erhöhten Wärmeflusspegeln korrelieren. Ebenso kann der erste Prozessor 130 Temperatursenkungen mit niedrigeren Wärmeflusspegeln korrelieren, die über die Zeit beibehalten werden.
27 ist ein Ablaufdiagramm 2700, das ein Verfahren zum Durchführen von zumindest einer Steueroperation gemäß hier erörterter Ausführungsformen veranschaulicht. Das durch das Ablaufdiagramm 2700 dargestellte Verfahren umfasst Operationen, die durch das in 15 gezeigte Leistungssteuerungsmodul 140 durchgeführt werden. Der erste Prozessor 130 0 befindet sich außerhalb der Versuchsperson und kann so konfiguriert werden, um Eingangssignale von verschiedenen Punkten auf der Primärseite des Systems 11 zu empfangen. Auf der Basis dieser Eingangssignale kann der erste Prozessor 130 Steueroperationen auf der Primärseite auslösen, die die Arbeitsweise des Systems 11 auf einer oder beiden von Primärseite oder Sekundärseite beeinflussen.
Am Anfang misst in der Rechenoperation 2704 das System 11 mindestens einen Systemparameter. Hierbei kann der erste Prozessor 130 das durch den Stromsensor 1620 bereitgestellte Stromsignal abtasten, um Regelzeitsteuerungsparameter der Spannung wie die Regelungsperiode T_reg, die Leistungsmodusdauer T_ein, die Leerlaufmodusdauer T_aus, den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein, und so weiter zu messen. Der erste Prozessor 130 kann außerdem andere Schaltkreisparameter auf der Primärseite messen oder anderweitig bestimmen wie etwa den Primärstrom, die primärseitige Spannung, die Phase zwischen primärseitigem Strom und primärseitiger Spannung, die Eingangsspannung, und so weiter.
In Rechenoperation 2708 führt das System 11 mindestens eine Berechnung durch, indem der zumindest eine, in der Rechenoperation 2704 gemessene Zustandsparameter verwendet wird. Wie in Verbindung mit 22 bis 26 erläutert, kann der erste Prozessor 130 den Kopplungsfaktor, den sekundärseitigen Wärmefluss, die Sekundärspulentemperatur, den primärseitigen Wärmefluss, die Primärspulentemperatur, und so weiter, berechnen.
In Rechenoperation 2712 führt das System 11 mindestens eine Steueroperation auf der Basis der mindestens einen in der Rechenoperation 2708 durchgeführten Berechnung aus. In einer Ausführungsform kann das System 11 eine Steueroperation ausführen, um Leistung, die basierend auf dem Kopplungsfaktor k übertragen wird, einzustellen oder anderweitig zu steuern. So misst in Rechenoperation 2804 das Leistungssteuerungsmodul 140 die Leerlaufmodusdauer T_aus und den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein. In der Rechenoperation 2708 berechnet der erste Prozessor 130 den Kopplungsfaktor k, wie in Verbindung mit 22 erläutert. Schließlich stellt in der Rechenoperation 2712 das Leistungssteuerungsmodul 140 die Leistung ein, die von der Primärseite zur Sekundärseite auf der Basis des in der Rechenoperation 2708 berechneten Kopplungsfaktors k übertragen wird.
In einigen Fällen kann der erste Prozessor 130 die Leistung einstellen, die übertragen wird durch Ausgabe eines Steuersignals, das den Betrieb der Stromquelle bei einer niedrigeren Spannung V_in bewirkt. Eine Verringerung der von der Stromquelle ausgegebenen Spannung V_in senkt die Spannung V₁ über dem internen Resonanznetzwerk. Eine Verringerung der Spannung V₁ bewirkt, dass der im internen Resonanznetzwerk 17 zirkulierende Strom I₂ nach Gleichung (1) sich verringert. In anderen Fällen kann der erste Prozessor 130 die Spannung V₁ verringern und folglich den Strom I₂, der in dem internen Resonanznetzwerk 17 zirkuliert, indem Phasenverschiebungssteuerung des Wechselrichters oder Frequenzen mit harmonischer Unterschwingung verwendet werden. Durch Senken der Spannung V₁ oder anderweitiges Einstellen, um Verringerung des Stroms I₂ zu bewirken, der im internen Resonanznetzwerk 17 zirkuliert, senkt das System 11 die I²R-Verluste, die infolge der potentiellen Entkopplung, die in der Rechenoperation 2708 detektiert wird, auftreten können.
Der erste Prozessor 130 kann außerdem die Leistung einstellen, die durch das Schalten in eine andere harmonische Unterschwingung übertragen wird. Hierbei kann der erste Prozessor 130 diejenige Frequenz ändern, bei der die Strombrücke 148 arbeitet, um Leistung mittels harmonischer Unterschwingung zu übertragen. Während dieser Frequenzverschiebung bleibt der primärseitige Strom I₁ gleich, jedoch verlängert sich die Nicht-Kurzschluss-Periode T_ein. Dies führt zu größeren I²R-Verlusten in der Primärwicklung. Das Ergebnis dieser Operation ist Wärmeübertragung von der Sekundärseite zur Primärseite als Reaktion auf die potentielle Entkopplung, die in der Rechenoperation 2708 detektiert wird. Der Gesamtwirkungsgrad bleibt der gleiche.
In einer anderen Ausführungsform kann das System 11 eine Steueroperation ausführen, um den Sekundärspulenstrom I₂ einzustellen oder anderweitig zu regeln, damit der sekundärseitige Wärmefluss basierend auf den Berechnungen des Sekundärspulen-Wärmeflusses gesteuert wird. So misst in der Rechenoperation 2804 der erste Prozessor 130 die Leerlaufmodusdauer T_aus und den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein. Der erste Prozessor 130 kann außerdem die primärseitige Spannung V₁ aus Systemeinstellungen bestimmen, durch welche die primärseitige Spannung V₁ bekannt werden oder anderweitig abgeleitet werden kann. In der Rechenoperation 2708 berechnet der Regler den Wärmefluss der Sekundärspule, wie es in Verbindung mit 23 erläutert ist. Schließlich stellt in der Rechenoperation 2712 das Leistungssteuerungsmodul 140 den Sekundärspulenstrom I₂ basierend auf dem in der Rechenoperation 2708 berechneten Sekundärspulen-Wärmefluss ein.
Das System 11 kann auch eine Steueroperation zum Einstellen oder anderweitigen Regeln des Sekundärspulenstrom I₂ ausführen, um die Sekundärtemperatur auf der Basis der Berechnung der Sekundärspulentemperatur zu steuern. So misst in Rechenoperation 2804 das Leistungssteuerungsmodul 140 Leerlaufmodusdauer T_aus, Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein und die Primärspannung V₁. In der Rechenoperation 2708 berechnet der Regler die Sekundärtemperatur, wie es in Verbindung mit 24 erläutert ist. Schließlich stellt in der Rechenoperation 2712 das Leistungssteuerungsmodul 140 den Sekundärspulenstrom I₂ basierend auf der in der Rechenoperation 2708 berechneten sekundärseitigen Temperatur ein.
Das System 11 kann ferner eine Steueroperation zum Einstellen oder anderweitigen Regeln des Primärspulenstroms I₁ ausführen, um den primärseitigen Wärmefluss basierend auf der Berechnung des Primärspulen-Wärmeflusses zu steuern. So misst in der Rechenoperation 2804 der erste Prozessor 130 den Primärspulenstrom I₁. In der Rechenoperation 2708 berechnet der Regler den primärseitigen Wärmefluss, wie in es Verbindung mit 25 erläutert ist. Schließlich stellt in der Rechenoperation 2712 das Leistungssteuerungsmodul 140 den Primärspulenstrom I₁ basierend auf dem in der Rechenoperation 2708 berechneten primärseitigen Wärmefluss ein.
Das System 11 kann auch eine Steueroperation zum Einstellen oder anderweitigen Regeln des Primärspulenstroms I₁ ausführen, um die Primärtemperatur basierend auf einer Berechnung der Primärspulentemperatur zu regeln. So misst in der Rechenoperation 2804 der erste Prozessor 130 den Primärspulenstrom I₁. In der Rechenoperation 2708 berechnet der Regler die Primärspulentemperatur, wie es in Verbindung mit 26 erläutert ist. Schließlich stellt in der Rechenoperation 2712 der erste Prozessor 130 den Primärspulenstrom I₁ basierend auf der in Rechenoperation 2708 berechneten Primärspulentemperatur ein.
In Verbindung mit den oben erörterten, verschiedenen Steueroperationen kann eine Übertemperatur auf der Primärseite verringert werden. Per Gleichung (1) wird, falls die Sekundärspannung V₂ verringert ist, der Primärstrom I₁ ebenso abfallen. Die Sekundärspannung V₂ kann reduziert werden, indem die Eingangsleistung über die von der Sekundärseite benötigte Leistung hinaus verringert wird. Reduzierung des Primärstroms I₁ verringert I²R-Verluste in der Primärwicklung, beeinflusst jedoch nicht die Dauer einer Nicht-Kurzschluss-Periode T_ein der Sekundärspule 1656. So bleiben Sekundärwicklungsverluste die gleichen, und der Wirkungsgrad verbessert sich.
28 ist ein Ablaufdiagramm 2800, das ein Verfahren zur Durchführung von mindestens zwei Steueroperationen gemäß hier erörterter Ausführungsformen veranschaulicht. Das durch das Ablaufdiagramm 2800 dargestellte Verfahren umfasst Rechenoperationen, die durch das in 15 gezeigte Leistungssteuerungsmodul 140 ausgeführt werden. Der erste Prozessor 130 befindet sich außerhalb der Versuchsperson und kann so konfiguriert sein, um Eingangssignale von verschiedenen Punkten auf der Primärseite des Systems 11 zu empfangen. Auf der Basis dieser Eingangssignale kann der erste Prozessor 130 Rechenoperationen auf der Primärseite ausführen, die die Arbeitsweise des Systems 11 entweder auf der einen oder beiden von Primärseite und Sekundärseite beeinflussen.
Schließlich misst in der Rechenoperation 2804 das System 11 mindestens einen Systemparameter. Hierbei kann der erste Prozessor 130 das durch den Stromsensor 1620 bereitgestellte Stromsignal abtasten, um Regelzeitsteuerungsparameter der Spannung, wie etwa die Regelungsperiode T_reg, die Leistungsmodusdauer T_ein, die Leerlaufmodusdauer T_aus, den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein, und so weiter, zu messen. Der erste Prozessor 130 kann auch andere Schaltkreisparameter auf der Primärseite, wie etwa den Primärstrom, die Primärspannung, die Phase zwischen Primärstrom und Primärspannung, die Eingangsspannung und so weiter, messen oder anderweitig bestimmen.
In der Rechenoperation 2808 führt das System 11 mindestens eine Berechnung durch, indem der mindestens eine, in der Rechenoperation 2804 gemessene Zustands-Parameter, verwendet wird. Wie es in Verbindung mit 22 bis 26 erläutert ist, kann der erste Prozessor 130 den Kopplungsfaktor, den sekundärseitigen Wärmefluss, die Sekundärspulentemperatur, den primärseitigen Wärmefluss, die Primärspulentemperatur und so weiter, berechnen.
In der Rechenoperation 2812 bestimmt der erste Prozessor 130, ob sich das System 11 einem Fehlerzustand nähert. Der Fehlerzustand kann eine Entkopplung der Spulen, übermäßiger Wärmefluss, Übertemperatur, ungenügende verfügbare Leistung und so weiter sein. Wenn der erste Prozessor 130 bestimmt, dass sich das System 11 nicht einem Fehlerzustand nähert, kann die Rechenoperation 2804 anschließend an die Rechenoperation 2812 wieder ausgeführt werden. Wenn er bestimmt, dass sich das System 11 einem Fehlerzustand nähert, kann die Rechenoperation 2816 anschließend an die Rechenoperation 2812 durchgeführt werden.
In Rechenoperation 2816 führt der erste Prozessor 130 eine erste Steueroperation durch basierend auf der mindestens einen in der Rechenoperation 2808 durchgeführten Berechnung. Hierbei kann der erste Prozessor 130 eine Steueroperation ausführen, um die von der Primärseite zur Sekundärseite übertragene Leistung, den Sekundärspulenstrom und/oder den Primärspulenstrom, wie es oben in Verbindung mit 27 beschrieben ist, einzustellen.
In der Rechenoperation 2820 misst der erste Prozessor 130 mindestens einen Zustandsparameter. Hierbei kann der erste Prozessor 130 das durch den Stromsensor 1620 bereitgestellte Stromsignal abtasten, um Regelzeitsteuerungsparameter der Spannung, wie etwa die Regelungsperiode T_reg, die Leistungsmodusdauer T_ein, die Leerlaufmodusdauer T_aus, den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein, und so weiter zu messen. Das Leistungssteuerungsmodul 140 kann außerdem andere Schaltkreisparameter auf der Primärseite, wie etwa den Primärstrom, die Primärspannung, die Phase zwischen Primärstrom und Primärspannung, die Eingangsspannung, und so weiter messen oder anderweitig bestimmen.
In der Rechenoperation 2824 führt das System 11 mindestens eine Berechnung aus, indem der mindestens eine, in Rechenoperation 2820 gemessene, Zustandsparameter verwendet wird. Wie in Verbindung mit 22 bis 26 erläutert ist, kann der erste Prozessor 130 Kopplungsfaktor, sekundärseitigen Wärmefluss, Sekundärspulentemperatur, primärseitigen Wärmefluss, Primärspulentemperatur und so weiter berechnen.
In der Rechenoperation 2828 bestimmt das Leistungssteuerungsmodul 140, ob sich das System in einem Fehlerzustand befindet. Der Fehlerzustand kann eine Entkopplung der Spulen, übermäßiger Wärmefluss, Übertemperatur, ungenügende verfügbare Leistung und so weiter sein. Wenn der erste Prozessor 130 bestimmt, dass sich das System 11 in einem Fehlerzustand befindet, kann die Rechenoperation 2804 anschließend an die Rechenoperation 2828 ausgeführt werden. Wenn das Leistungssteuerungsmodul 140 bestimmt, dass sich das System 11 nicht in einem Fehlerzustand befindet, kann die Rechenoperation 2832 anschließend an die Rechenoperation 2828 ausgeführt werden.
In der Rechenoperation 2832 bestimmt der erste Prozessor 130, ob sich das System immer noch einem Fehlerzustand nähert. Der Fehlerzustand kann eine Entkopplung der Spulen, übermäßiger Wärmefluss, Übertemperatur, ungenügende verfügbare Leistung, und so weiter sein. Wenn das Leistungssteuerungsmodul 140 bestimmt, dass sich das System 11 noch nicht einem Fehlerzustand nähert, kann die Rechenoperation 2804 wieder anschließend an die Rechenoperation 2832 ausgeführt werden. Wenn das Leistungssteuerungsmodul 140 bestimmt, dass sich das System 11 doch einem Fehlerzustand nähert, kann die Rechenoperation 2816 wiederum anschließend an die Rechenoperation 2832 ausgeführt werden.
In Rechenoperation 2836 führt der erste Prozessor 130 eine zweite Steueroperation basierend auf der mindestens einen Berechnung durch. Hierbei kann der erste Prozessor 130 eine Steueroperation ausführen, um die von der Primärseite zur Sekundärseite übertragene Leistung, den Sekundärspulenstrom und/oder den Primärspulenstrom, wie es oben in Verbindung mit 27 beschrieben ist, einzustellen. Die Rechenoperation 2820 kann wieder anschließend an die Rechenoperation 2836 ausgeführt werden.
29 ist ein Ablaufdiagramm 2900, das ein Verfahren zur Bereitstellung von mindestens einem Warnsignal gemäß hier erörterter Ausführungsformen darstellt. Das durch das Ablaufdiagramm 2900 dargestellte Verfahren umfasst Rechenoperationen, die von dem in 15 gezeigten, ersten Prozessor 130 ausgeführt werden. Der erste Prozessor 130 befindet sich außerhalb der Versuchsperson und kann so konfiguriert sein, um Eingangssignale von verschiedenen Punkten auf der Primärseite des Systems 11 zu empfangen. Auf der Basis dieser Eingangssignale kann der erste Prozessor 130 ein Warnsignal auf der Primärseite bereitstellen, das von einem Benutzer wahrnehmbar ist, der dann Maßnahmen ergreifen kann, um den Betrieb des Systems 11 entweder auf einer oder beiden von Primärseite oder Sekundärseite zu beeinflussen.
Am Anfang misst in der Rechenoperation 2904 das System 11 mindestens einen Systemparameter. Hierbei kann der erste Prozessor 130 das durch den Stromsensor 1620 bereitgestellte Stromsignal abtasten, um Regelzeitsteuerungsparameter der Spannung, wie etwa die Regelungsperiode T_reg, die Leistungsmodusdauer T_ein, die Leerlaufmodusdauer T_aus, den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein, und so weiter zu messen. Der erste Prozessor 130 kann außerdem andere Schaltkreisparameter auf der Primärseite wie den Primärstrom, die Primärspannung, die Phase zwischen Primärstrom und Primärspannung, die Eingangsspannung, und so weiter messen oder anderweitig bestimmen.
In der Rechenoperation 2908 führt das System 11 mindestens eine Berechnung durch, indem der mindestens eine, in der Rechenoperation 2904 gemessene, Zustandsparameter verwendet wird. Wie in Verbindung mit 22 bis 26 erläutert ist, kann der erste Prozessor 130 den Kopplungsfaktor, den sekundärseitigen Wärmefluss, die Sekundärspulentemperatur, den primärseitigen Wärmefluss, die Primärspulentemperatur, und so weiter berechnen.
In Rechenoperation 2912 erzeugt das System 11 mindestens ein Ausgangssignal basierend auf der mindestens einen Berechnung, die in Rechenoperation 2908 durchgeführt wird. In einer Ausführungsform stellt das System 11 ein Ausgangssignal bereit, das eine Unterstützung zur Anordnung und Ausrichtung der externen Spule 1648 basierend auf dem berechneten Kopplungsfaktor zur Verfügung stellt. So misst in der Rechenoperation 2904 das Leistungssteuerungsmodul 140 die Leerlaufmodusdauer T_aus und den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein. In der Rechenoperation 2908 berechnet der erste Prozessor 130 den Kopplungsfaktor, wie es in Verbindung mit 22 erläutert ist. Schließlich stellt in der Rechenoperation 2912 der erste Prozessor 130 eine Unterstützung zur Anordnung und Ausrichtung der externen Spule 1648 basierend auf dem Kopplungsfaktor bereit, der in der Rechenoperation 2908 berechnet ist.
Das System 11 kann auch ein Ausgangssignal bereitstellen, das Entkopplungs-Meldungen basierend auf dem berechneten Kopplungsfaktor enthält. So misst in der Rechenoperation 2904 der erste Prozessor 130 die Leerlaufmodusdauer T_ein und den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein. In der Rechenoperation 2908 berechnet der erste Prozessor 130 den Kopplungsfaktor, wie in Verbindung mit 22 erläutert ist. Schließlich stellt in der Rechenoperation 2912 der erste Prozessor 130 eine Entkopplungsmeldung basierend auf dem in der Rechenoperation 2908 berechneten Kopplungsfaktor bereit.
Das System 11 kann außerdem ein Ausgangssignal bereitstellen, das Wärmefluss-Meldungen basierend auf dem berechneten, primärseitigen Wärmefluss enthält. So misst in der Rechenoperation 2904 der erste Prozessor 130 den Primärstrom I₁. In Rechenoperation 2908 berechnet der erste Prozessor 130 den primärseitigen Wärmefluss, wie es in Verbindung mit 25 erläutert ist. Schließlich stellt in der Rechenoperation 2912 der erste Prozessor 130 eine Wärmefluss-Meldung basierend auf dem in der Rechenoperation 2908 berechneten, primärseitigen Wärmefluss bereit.
Das System 11 kann auch ein Ausgangssignal bereitstellen, das Temperaturmeldungen basierend auf der berechneten Primärtemperatur enthält. So misst in der Rechenoperation 2904 der erste Prozessor 130 den Primärstrom I₁. In der Rechenoperation 2908 berechnet der erste Prozessor 130 die Primärtemperatur, wie es in Verbindung mit 26 erläutert ist. Schließlich stellt in der Rechenoperation 2912 das Leistungssteuerungsmodul 140 eine Temperaturmeldung basierend auf dem in der Rechenoperation 2908 berechneten primärseitigen Wärmefluss bereit.
Das System 11 kann außerdem ein Ausgangssignal bereitstellen, das Wärmefluss-Meldungen basierend auf dem berechneten, sekundärseitigen Wärmefluss enthält. So misst in der Rechenoperation 2904 der erste Prozessor 130 oder bestimmt anderweitig die Leerlaufmodusdauer T_aus den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein, und die Primärspannung V₁. In der Rechenoperation 2908 berechnet das Leistungssteuerungsmodul 140 den sekundärseitigen Wärmefluss, wie es in Verbindung mit 23 erläutert ist. Schließlich stellt in der Rechenoperation 2912 der erste Prozessor 130 eine Wärmefluss-Meldung basierend auf dem in der Rechenoperation 2908 berechneten, sekundärseitigen Wärmefluss bereit.
Das System 11 kann außerdem ein Ausgangssignal bereitstellen, das Temperatur-Meldungen basierend auf der berechneten Sekundärtemperatur enthält. So misst in der Rechenoperation 2904 der erste Prozessor 130 oder bestimmt anderweitig die Leerlauf-modusdauer T_aus, den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein und die Primärspannung V₁. In der Rechenoperation 2908 berechnet der erste Prozessor 130 die Sekundärtemperatur, wie es in Verbindung mit 24 erläutert ist. Schließlich stellt in der Rechenoperation 2912 der erste Prozessor 130 eine Sekundärtemperaturmeldung basierend auf der in der Rechenoperation 2908 berechneten Sekundärtemperatur bereit.
30 ist ein Ablaufdiagramm 3000, das ein Verfahren zur Bereitstellung von mindestens zwei Warnsignalpegeln entsprechend den hier erörterten Ausführungsformen veranschaulicht. Das durch das Ablaufdiagramm 3000 dargestellte Verfahren umfasst Rechenoperationen, die von dem in 29 gezeigten ersten Prozessor 130 ausgeführt werden. Der erste Prozessor 130 befindet sich außerhalb der Versuchsperson und kann so konfiguriert sein, um Eingangssignale von verschiedenen Punkten auf der Primärseite des Systems 11 zu empfangen. Basierend auf diesen Eingangssignalen kann der erste Prozessor 130 Warnsignale auf der Primärseite bereitstellen, die von einem Benutzer wahrnehmbar sind, der dann Maßnahmen ergreifen kann, um die Arbeitsweise des Systems 11 entweder auf der einen oder beiden von Primärseite und Sekundärseite zu beeinflussen.
Am Anfang misst in der Rechenoperation 3004 das System 11 mindestens einen Systemparameter. Hierbei kann der erste Prozessor 130 das durch den Stromsensor 3020 bereitgestellte Stromsignal abtasten, um Regelzeitsteuerungsparameter der Spannung, wie etwa die Regelungsperiode T_reg, die Leistungsmodusdauer T_ein, die Leerlaufmodusdauer T_aus, den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein, und so weiter zu messen. Der erste Prozessor 130 kann außerdem andere Schaltkreisparameter auf der Primärseite, wie den Primärstrom, die Primärspannung, die Phase zwischen Primärstrom und Primärspannung, die Eingangsspannung, und so weiter messen oder anderweitig bestimmen.
In der Rechenoperation 3008 führt das System 11 mindestens eine Berechnung durch, indem der mindestens eine Zustandsparameter verwendet wird, der in der Rechenoperation 3004 gemessen wurde. Wie es in Verbindung mit 22 bis 26 erläutert ist, kann der erste Prozessor 130 den Kopplungsfaktor, den sekundärseitigen Wärmefluss, die Sekundärspulentemperatur, den primärseitigen Wärmefluss, die Primärspulentemperatur, und so weiter berechnen.
In der Rechenoperation 3012 bestimmt das Leistungssteuerungsmodul 140, ob sich das System einem Fehlerzustand nähert. Der Fehlerzustand kann eine Entkopplung der Spulen, übermäßiger Wärmefluss, Übertemperatur, ungenügende verfügbare Leistung und so weiter sein. Wenn der erste Prozessor 130 bestimmt, dass sich das System 11 nicht einem Fehlerzustand nähert, kann die Rechenoperation 3004 wieder anschließend an die Rechenoperation 3012 ausgeführt werden. Wenn der erste Prozessor 130 bestimmt, dass sich das System 11 einem Fehlerzustand nähert, kann die Rechenoperation 3016 nach der Rechenoperation 3012 ausgeführt werden.
In Rechenoperation 3016 stellt der erste Prozessor 130 ein erstes Ausgangssignal basierend auf der mindestens einen Berechnung zur Verfügung. Hierbei kann der erste Prozessor 130 ein Ausgangssignal bereitstellen, das eine Unterstützung zur Anordnung und Ausrichtung der externen Spule, Entkopplungs-, Temperatur- und/oder Wärmeflussmeldungen enthält, wie es oben in Verbindung mit 29 beschrieben ist.
In der Rechenoperation 3020 misst der erste Prozessor 130 140 mindestens einen Zustandsparameter. Hierbei kann der erste Prozessor 130 das durch den Stromsensor 1620 bereitgestellte Stromsignal abtasten, um Regelzeitsteuerungsparameter der Spannung, wie etwa die Regelungsperiode T_reg, die Leistungsmodusdauer T_ein, die Leerlaufmodusdauer T_aus, den Leistungsmodus-Einschaltzyklus DC_ein, und so weiter zu messen. Der erste Prozessor 130 kann außerdem andere Schaltkreisparameter auf der Primärseite, wie den Primärstrom, die Primärspannung, die Phase zwischen Primärstrom und Primärspannung, die Eingangsspannung und so weiter messen oder anderweitig bestimmen.
In der Rechenoperation 3024 führt das System 11 mindestens eine Berechnung durch, indem der mindestens eine Zustandsparameter genutzt wird, der in Rechenoperation 3020 gemessen wurde. Wie es in Verbindung mit 22 bis 26 erläutert ist, kann der erste Prozessor 130 den Kopplungsfaktor, den sekundärseitigen Wärmefluss, die Sekundärspulentemperatur, den primärseitigen Wärmefluss, die Primärspulentemperatur und so weiter berechnen.
In der Rechenoperation 3028 bestimmt der erste Prozessor 130, ob sich das System in einem Fehlerzustand befindet. Der Fehlerzustand kann eine Entkopplung der Spulen, übermäßiger Wärmefluss, Übertemperatur, ungenügende verfügbare Leistung, und so weiter sein. Wenn der erste Prozessor 130 bestimmt, dass sich das System 11 in einem Fehlerzustand befindet, kann die Rechenoperation 3036 nach der Rechenoperation 3028 ausgeführt werden. Wenn der erste Prozessor 130 bestimmt, dass sich das System 11 nicht in einem Fehlerzustand befindet, kann die Rechenoperation 3032 nach der Rechenoperation 3028 ausgeführt werden.
In der Rechenoperation 3032 bestimmt das Leistungssteuerungsmodul 140, ob sich das System doch einem Fehlerzustand nähert. Der Fehlerzustand kann eine Entkopplung der Spulen, übermäßiger Wärmefluss, Übertemperatur, ungenügende verfügbare Leistung, und so weiter sein. Wenn der erste Prozessor 130 bestimmt, dass sich das System 11 doch nicht einem Fehlerzustand nähert, kann die Rechenoperation 3004 wieder nach der Rechenoperation 3032 ausgeführt werden. Wenn der erste Prozessor 130 bestimmt, dass sich das System 11 doch einem Fehlerzustand nähert, kann die Rechenoperation 3016 wieder nach der Rechenoperation 3032 ausgeführt werden.
In der Rechenoperation 3036 stellt der erste Prozessor 130 ein zweites Ausgangssignal basierend auf der mindestens einen Berechnung zur Verfügung. Hier kann der erste Prozessor 130 ein Ausgangssignal bereitstellen, das eine Unterstützung zur Anordnung und Ausrichtung der externen Spule, Entkopplungsmeldungen, Temperaturmeldungen und/oder Wärmeflussmeldungen enthält, wie es oben in Verbindung mit 29 beschrieben ist. Die Rechenoperation 3020 kann wieder anschließend an die Rechenoperation 3036 ausgeführt werden.
Allgemein kann das System, wie es durchweg in der Offenlegung beschrieben ist, eine oder eine beliebige Anzahl von Steueroperationen ausführen. Ebenso kann das System einen oder eine beliebige Anzahl von Warnsignalpegeln oder Meldungen zur Verfügung stellen. Die Warnsignale können diskret oder ständig sein. Ein ständig zunehmendes oder abnehmendes Warnsignal kann mehrfache Warnsignalpegel anzeigen. Zum Beispiel kann ein hörbarer Ton oder anderer Klang mehrfache Warnsignalpegel durch Zunahme oder Abnahme in der Lautstärke, Frequenz oder dergleichen anzeigen. In einem anderen Beispiel kann eine Beleuchtung mehrere Warnsignalpegel durch zunehmende oder abnehmende Helligkeit und so weiter anzeigen.
Die hier beschriebene Technologie kann als funktionelle Operationen und/oder Module in ein oder mehrere Systeme implementiert werden. Die funktionellen Operationen können als eine Folge von prozessor-implementierten Schritten realisiert werden, die auf einem oder mehreren Computersystemen und als gekoppeltes Gerät oder Schaltkreismodule in einem oder mehreren Computersystemen laufen. Ebenso können die Beschreibungen verschiedener Komponentenmodule vorgesehen sein im Sinne von Operationen, die durch die Module ausgeführt oder beeinflusst werden. Die sich ergebende Ausführung ist eine Sache der Auswahl, abhängig von den Leistungsanforderungen des zugrunde liegenden, die beschriebene Technologie ausführenden Systems. Folglich beziehen sich die funktionellen Operationen, die die Ausführungsformen der hier beschriebenen Technologie bilden, verschiedenartig auf Operationen, Schritte, Objekte oder Module. Ferner soll verständlich werden, dass funktionelle Operationen in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden können, es sei denn, dass es ausdrücklich anderweitig beansprucht wird, oder eine spezifische Reihenfolge von Natur aus durch die Sprache der Ansprüche verlangt wird.
In einigen Ausführungen sind Fertigungsgegenstände als Computerprogrammprodukte vorgesehen, welche die Unverzüglichkeit von Rechenoperationen auf einem Computersystem bewirken, um die Erfindung zu realisieren. Eine Implementierung des Computerprogrammprodukts schafft ein nicht vorübergehendes Speichermedium des Computerprogramms, das von einem Computersystem lesbar ist, und Kodierung eines Computerprogramms. Es soll ferner verständlich werden, dass die beschriebene Technologie in Sondergeräten, unabhängig von einem Arbeitsplatzcomputer, eingesetzt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Standards 802.11 [0226]

Claims

Verfahren zum Überwachen einer Leistungsübertragung zwischen einer Primärseite und Sekundärseite eines transkutanen Energieübertragungssystems, umfassend Messen mindestens eines Zustandsparameters des Systems; Durchführen von Berechnungen unter Verwendung der gemessenen Zustandsparameter; und Durchführen einer Steuerungsoperation auf der Basis der Berechnungen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Systemzustandsparameter einen Regelzeitsteuerungsparameter enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Messen des Regelzeitsteuerungsparameters das Messen eines Primärstromsignals umfasst, das die zeitliche Steuerung der Spannungsregelung auf der Sekundärseite anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Messen des Regelzeitsteuerungsparameters das Messen eines Primärspulen-Spannungssignals umfasst, das die zeitliche Steuerung der Spannungsregelung auf der Sekundärseite anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Messen des Regelzeitsteuerungsparameters das Messen eines Primärkondensator-Spannungssignals umfasst, das die zeitliche Steuerung der Spannungsregelung auf der Sekundärseite anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Systemzustandsparameter ein Primärstromsignal enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei Messen des Primärstromsignals das Messen eines Stroms auf der Primärseite durch die Funktion einer Stromsonde umfasst, die mit einer Primärspule in Reihe geschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei Messen des Primärstromsignals das Messen einer Spannung über einer Primärspule umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei Messen des Primärstromsignals das Messen einer Spannung über einem Primärkondensator umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Systemzustandsparameter die Berechnung eines Kopplungsfaktors einschließt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Systemzustandsparameter umfasst: eine erste Berechnung des primären Wärmeflusses; und eine zweite Berechnung der Primärspulentemperatur.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Systemzustandsparameter umfasst: eine erste Berechnung eines Kopplungsfaktors; eine zweite Berechnung des Sekundärspulenstroms; eine dritte Berechnung des Sekundärspulen-Wärmeflusses; und eine vierte Berechnung der Sekundärspulentemperatur.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Steuerungsoperation das Regeln einer Eingangsspannung basierend auf dem Kopplungsfaktor umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Steuerungsoperation eine Steuerung des Sekundärspulenstroms umfasst, um sekundärseitigen Wärmefluss basierend auf der Berechnung des Sekundärspulen-Wärmeflusses zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Steuerungsoperation eine Steuerung des Sekundärspulenstroms umfasst, um die Sekundärtemperatur basierend auf der Berechnung der Sekundärspulentemperatur zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Steuerungsoperation eine Steuerung des Primärspulenstroms umfasst, um den primären Wärmefluss basierend auf einer Berechnung des Primärspulen-Wärmeflusses zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Steuerungsoperation eine Steuerung des Primärspulenstroms umfasst, um die Primärtemperatur basierend auf einer Berechnung der Primärspulentemperatur zu steuern.
Verfahren zur Überwachung einer Leistungsübertragung zwischen einer Primärseite und Sekundärseite eines transkutanen Energieübertragungssystems, umfassend: Messen mindestens eines Systemzustandsparameters; Durchführen von Berechnungen mittels gemessener Zustandsparameter; und Erzeugen eines Ausgangssignals basierend auf den Berechnungen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der mindestens eine Systemzustandsparameter einen Regelzeitsteuerungsparameter einschließt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der mindestens eine Systemzustandsparameter ein Primärstromsignal einschließt.