DE102016225862A1

DE102016225862A1 - Inductive transmission system for transmitting energy to a device, in particular inductive charging unit for charging an implantable device, method and device for operating an inductive transmission system and medical system

Info

Publication number: DE102016225862A1
Application number: DE102016225862.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Ullmann; Tobias Diekhans
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein induktives Übertragungssystem (100) zum Übertragen von Energie an ein Gerät (106), insbesondere eine induktive Ladeeinheit (100) zum Aufladen eines Geräts (106), das zumindest eine Geräteladespule (104) aufweist. Das Übertragungssystem (100) weist eine Auflagefläche (105), zumindest eine Ladespule (110) zum Übertragen von magnetischer Energie über die Auflagefläche (105) in die Geräteladespule (104), und zumindest einen benachbart zu der Ladespule (110) angeordneten elektrothermischen Wandler (115) zum Kühlen der Auflagefläche (105) auf.The invention relates to an inductive transmission system (100) for transmitting energy to a device (106), in particular to an inductive charging unit (100) for charging a device (106) which has at least one device charging coil (104). The transmission system (100) has a bearing surface (105), at least one charging coil (110) for transmitting magnetic energy via the bearing surface (105) into the device charging coil (104), and at least one electrothermal transducer (FIG. 5) disposed adjacent to the charging coil (110). 115) for cooling the support surface (105).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims.

Aktive implantierbare Medizinprodukte (aktives Implantat), also elektrisch betriebene implantierbare Medizingeräte, können transkutan, d. h. durch die Haut, mittels induktiver Energieübertragung mit elektrischer Leistung versorgt werden (transkutaner Energietransfer, TET).Active implantable medical devices (active implant), ie electrically operated implantable medical devices, can be transcutaneously, d. H. be supplied through the skin, by means of inductive energy transfer with electrical power (transcutaneous energy transfer, TET).

Die US 2014/0233184 A1 beschreibt ein TET-Ladesystem mit einer durch ein Phasenwechselmaterial (engl. phase change material, PCM) und einem Lüfter herbeigeführten Kühlfunktion.The US 2014/0233184 A1 describes a TET charging system with a cooling function induced by a phase change material (PCM) and a fan.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein induktives Übertragungssystem zum Übertragen von Energie an ein Gerät, insbesondere eine induktive Ladeeinheit zum Aufladen eines Geräts, weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines induktiven Übertragungssystems und eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet sowie ein medizinisches System vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen induktiven Übertragungssystems möglich.Against this background, with the approach presented here, an inductive transmission system for transmitting energy to a device, in particular an inductive charging unit for charging a device, a method for operating an inductive transmission system and an apparatus that uses this method as well as a medical system are presented , The measures listed in the dependent claims advantageous developments and improvements of the independent claim inductive transmission system are possible.

Unter Verwendung eines elektrothermischen Wandlers kann eine Auflagefläche eines induktiven Übertragungssystems temperiert werden.Using an electrothermal transducer, a bearing surface of an inductive transmission system can be tempered.

Es wird ein induktives Übertragungssystem zum Übertragen von Energie an ein Gerät, insbesondere eine induktive Ladeeinheit zum Aufladen eines Geräts, das zumindest eine Geräteladespule aufweist, vorgestellt. Das Übertragungssystem weist folgende Merkmale auf:
eine Auflagefläche;
zumindest eine Ladespule zur induktiven Energieübertragung über die Auflagefläche in die Geräteladespule; und
zumindest einen benachbart zu der Ladespule angeordneten elektrothermischen Wandler zur Kühlung der Auflagefläche.An inductive transmission system for transmitting energy to a device, in particular an inductive charging unit for charging a device which has at least one device charging coil, is presented. The transmission system has the following features:
a support surface;
at least one charging coil for inductive energy transfer via the bearing surface into the device charging coil; and
at least one adjacent to the charging coil electrothermal transducer for cooling the support surface.

Bei dem Gerät kann es sich um ein elektrisch betreibbares Gerät handeln. Das Gerät kann eine elektronische Schaltung und/oder einen elektronisch betreibbaren Aktor aufweisen. Die zum Betrieb des Geräts erforderliche elektrische Energie kann über die induktive Energieübertragung in das Gerät eingespeist werden. Zum Speichern der eingespeisten elektrischen Energie kann das Gerät einen Energiespeicher, beispielsweise in Form einer wiederaufladbaren Batterie oder eines Kondensators, aufweisen. Ein mögliches Einsatzgebiet des beschriebenen Ansatzes ist die Medizintechnik, da dort die zulässige Erwärmung des menschlichen Gewebes limitiert ist. Die Energieübertragnung, insbesonder der Ladevorgang, wird durch die Kühlung von einem Implantatträger als angenehm empfunden. Somit kann es sich bei dem Gerät um ein implantierbares oder implantiertes Gerät, beispielsweise in Form eines Medizinprodukts oder einem aktiven Implantat, handeln. In diesem Fall kann die Auflagefläche auf eine das Implantat abdeckende Hautschicht aufgelegt werden. Alternativ kann das Gerät in ein tierisches oder pflanzliches Gewebe implantiert werden oder sein. Wenn es sich bei dem Gerät um ein implantierbares oder implantiertes Gerät handelt, wird die Geräteladespule auch als Implantatladespule bezeichnet.The device may be an electrically operable device. The device may have an electronic circuit and / or an electronically operable actuator. The electrical energy required to operate the device can be fed into the device via the inductive energy transfer. For storing the supplied electrical energy, the device may have an energy store, for example in the form of a rechargeable battery or a capacitor. A possible field of application of the described approach is the medical technology, since there the permissible heating of the human tissue is limited. The energy transfer, in particular the charging process, is perceived as pleasant by the cooling of an implant carrier. Thus, the device may be an implantable or implanted device, for example in the form of a medical device or an active implant. In this case, the support surface can be placed on a skin layer covering the implant. Alternatively, the device may be or may be implanted in animal or plant tissue. If the device is an implantable or implanted device, the device charge coil is also referred to as an implant charge coil.

Darüber hinaus ist aber auch der Einsatz bei nichtmedizinischen privaten oder professionellen Endverbraucher-Geräten möglich, wie z. B. Handwerkergeräten, um durch die primäre Ladeeinheit eine Kühlung der Batterien im mobilen Gerät zu erreichen bzw. eine Erwärmung dieses zu vermeiden. Ein weiteres Anwendungsgebiet liegt im Fahrzeugbereich. Im technischen Bereich kann das Gerät in ein Material eingebunden, also implementiert, sein oder von einem Material umgegeben sein, auf das die Auflagefläche während des Ladevorgangs aufgelegt werden kann. Auch kann die Auflagefläche direkt auf ein Gehäuse des Geräts aufgelegt werden. Somit ist das induktive Übertragungssystem sowohl geeignet, um ein implantierbares Gerät zu laden, als auch geeignet, um ein nicht implantierbares Gerät zu laden. Somit ist das induktive Übertragungssystem neben dem Aufladen eines Implantats auch zum Aufladen eines Geräts, beispielsweise eines mobilen Geräts, geeignet. Demnach ist die Auflagefläche auch zum Auflegen oder Befestigen des Übertragungssystems an einem entsprechenden Gerät oder an einer Abdeckung des Geräts geeignet.In addition, however, the use of non-medical private or professional consumer devices is possible, such. B. craftsmanship equipment to achieve by the primary charging unit, a cooling of the batteries in the mobile device or to avoid heating this. Another area of application is in the vehicle sector. In the technical field, the device can be incorporated into a material, ie implemented, or be surrounded by a material on which the support surface can be placed during the charging process. Also, the support surface can be placed directly on a housing of the device. Thus, the inductive transmission system is both suitable for charging an implantable device and suitable for charging a non-implantable device. Thus, in addition to charging an implant, the inductive transmission system is also suitable for charging a device, for example a mobile device. Accordingly, the support surface is also suitable for placing or attaching the transmission system to a corresponding device or to a cover of the device.

Die Ladespule kann im aktiven Zustand des Übertragungssystems betrieben werden, um ein zur induktiven Energieübertragung geeignetes magnetisches Wechselfeld zu erzeugen. Durch den Wandler kann ein Material, auf das die Auflagefläche aufgelegt ist, während des Ladevorgangs des Geräts aktiv temperiert, insbesondere gekühlt werden. Eine Kühlung des Materials mittels eines elektrothermischen Wandlers bietet den Vorteil, dass keine mechanisch beweglichen Teile (z. B. Lüfter) verbaut werden müssen, sodass eine zuverlässige Haltbarkeit des Übertragungssystems sichergestellt werden kann. Hinzu kommt, dass das Gehäuse des Ladesystems wasserdicht ausgeführt werden kann, was im Besonderen hygienische Vorteile und damit eine Infektionsvorbeugung bietet.The charging coil can be operated in the active state of the transmission system in order to produce an alternating magnetic field suitable for inductive energy transmission. By the converter, a material on which the support surface is placed, actively tempered during the charging of the device, in particular cooled. Cooling the material by means of an electrothermal transducer offers the advantage that no mechanically moving parts (eg fans) have to be installed, so that a reliable durability of the transmission system can be ensured. In addition, the housing of the charging system can be made waterproof, which offers in particular hygienic advantages and thus infection prevention.

Der Vorteil der induktiven Energieübertragung in der Medizintechnik besteht in der Vermeidung der Energieübertragung mittels eines durch die Haut nach außen geführten Kabels („drive line”), das eine Eintrittspforte für Keime darstellt und so zu Infektionen führen kann. Ein gravierendes Problem der induktiven Energieübertragung ist allerdings die Erwärmung des umgebenden Gewebes durch Erwärmung sowohl der implantierten als auch des externen, primären Übertragungssystemsdurch Verluste in den Übertragungsspulen und Elektronikbauteilen. Die maximal mögliche Leistungsübertragung ist daher durch die zulässige Erwärmung des menschlichen Gewebes limitiert, die eine kritische Temperatur nicht übersteigen darf, da andernfalls thermische Schäden (Verbrennungen) des Gewebes drohen. Vorteilhafterweise benötigt der hier beschriebene Ansatz keine Kühlung durch aktive Lüfter in Verbindung mit Kühlmedien, z. B. mittels PCM. The advantage of inductive energy transfer in medical technology is the avoidance of energy transfer by means of a cable led out through the skin ("drive line"), which represents a portal of entry for germs and thus can lead to infections. However, a serious problem of inductive energy transfer is the heating of the surrounding tissue by heating both the implanted and external primary transmission systems by losses in the transmission coils and electronic components. The maximum possible power transmission is therefore limited by the permissible heating of human tissue, which must not exceed a critical temperature, otherwise thermal damage (burns) threaten the tissue. Advantageously, the approach described here does not require cooling by active fans in conjunction with cooling media, eg. B. by PCM.

Der elektrothermische Wandler kann als ein Peltier-Element ausgeformt sein. Wenn ein Peltier-Element als Wandler genutzt wird, so kühlt sich der Wandler im Betrieb auf einer Seite ab und erwärmt sich auf der gegenüberliegenden Seite. Die sich abkühlende Seite kann hierbei zweckmäßig zur Kühlung genutzt werden. Die sich erwärmende Seite kann mit einem Kühlkörper verbunden sein, über den Sie die Wärme an die Umgebungsluft abführen kann. Ein Peltier-Element kann die Anforderungen zur Kühlung erfüllen und basiert dabei auf einer sehr robusten und kostengünstigen Technologie.The electrothermal transducer may be formed as a Peltier element. When a Peltier element is used as a converter, the converter cools down on one side during operation and heats up on the opposite side. The cooling side can be used expediently for cooling. The warming side can be connected to a heat sink, through which you can dissipate the heat to the ambient air. A Peltier element can meet the cooling requirements and is based on a very robust and cost-effective technology.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Ladespule einen Spulenkern aufweisen. Ein Spulenkern ermöglicht, dass magnetische Feldlinien effizient durch die Ladespule geleitet werden können, ohne dass hohe Energieverluste entstehen. Möglich wäre hierzu ein weichmagnetisches Material des Spulenkerns wie beispielsweise Ferrit. Die Wicklungen der Ladespule können dabei einen Wechselstrom typischerweise im Frequenzbereich zwischen 10 und 500 kHz führen. Bevorzugt kommen hierbei Hochfrequenzlitzen zum Einsatz.According to one embodiment, the charging coil may have a coil core. A bobbin allows magnetic field lines to be efficiently routed through the charging coil without causing high energy losses. This would be possible a soft magnetic material of the coil core such as ferrite. The windings of the charging coil can thereby carry an alternating current typically in the frequency range between 10 and 500 kHz. In this case, high frequency strands are preferably used.

Vorteilhaft ist es, wenn die Auflagefläche durch ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit ausgeformt ist. Die von dem Wandler erzeugte Kühltemperatur kann so über die Auflagefläche besonders gut weitergeleitet werden.It is advantageous if the support surface is formed by a material with a high thermal conductivity. The cooling temperature generated by the converter can be passed over the support surface so well.

Die Auflagefläche kann vorteilhafterweise durch ein elektrisch und magnetisch nicht leitfähiges Material ausgeformt sein, um das magnetische Wechselfeld der Energieübertragung nicht zu stören. Beispielsweise ist die Auflagefläche durch ein elektrisch isolierendes Material mit einer geringen magnetischen Permeabilität von μ_r ≈ 1 ausgeformt.The bearing surface can advantageously be formed by an electrically and magnetically non-conductive material so as not to disturb the alternating magnetic field of the energy transfer. For example, the support surface is formed by an electrically insulating material with a low magnetic permeability of μ _r ≈ 1.

Hierzu eignet sich beispielsweise Keramik, da Keramik elektrisch isolierend, gut Wärme leitend und außerdem mechanisch stabil ist. Aber auch ein gut wärmeleitfähiger Kunststoff ist denkbar. Somit kann die Auflagefläche zusätzlich oder alternativ aus einem hochwärmeleitfähigen Kunststoff ausgeformt sein.Ceramic is suitable for this, for example, since ceramic is electrically insulating, has good heat conductivity and is also mechanically stable. But also a good thermally conductive plastic is conceivable. Thus, the support surface may additionally or alternatively be formed from a highly thermally conductive plastic.

Der Wandler kann außerhalb der Ladespule angeordnet sein. Beispielsweise können zwei oder mehr Wandler vorgesehen sein, wobei sich die Ladespule zwischen den Wandlern befindet. Auf diese Weise kann zumindest einer der Wandler außerhalb der im Inneren der Ladespule konzentrierten magnetischen Feldlinien angeordnet sein. Sind mehrere Wandler vorgesehen, so kann die Auflagefläche großflächig gekühlt werden.The converter can be arranged outside the charging coil. For example, two or more transducers may be provided with the charging coil between the transducers. In this way, at least one of the transducers can be arranged outside the magnetic field lines concentrated in the interior of the charging coil. If several transducers are provided, the bearing surface can be cooled over a large area.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Wandler auch innerhalb der Ladespule angeordnet sein. Wenn der Wandler innerhalb der Ladespule angeordnet ist, kann eine zentrale Kühlung der Aufladefläche realisiert werden. Möglich ist auch eine Kombination aus Anordnungen von Wandlern innerhalb und außerhalb der Wicklung der Ladespule. Dies ermöglicht eine besonders gleichmäßige Kühlung der Auflagefläche.According to one embodiment, the converter may also be arranged inside the charging coil. If the converter is arranged inside the charging coil, a central cooling of the charging surface can be realized. Also possible is a combination of arrangements of transducers inside and outside the winding of the charging coil. This allows a particularly uniform cooling of the support surface.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn das Übertragungssystem eine Wärmesenke aufweist, wobei die Ladespule und der Wandler zwischen der Wärmesenke und der Auflagefläche angeordnet sind. Wenn beispielsweise ein Peltier-Element als Wandler genutzt wird, so erzeugt dieser auf einer Seite Kälte und auf einer anderen Seite Wärme. Die Seite, die die Kälte erzeugt, wird zweckmäßig zur Kühlung genutzt. An der entgegengesetzten Seite des Übertragungssystems, welche die Wärme erzeugt, ist eine Anordnung einer Wärmesenke von Vorteil, da so die erzeugte Wärme in eine der Auflagefläche abgewandte Richtung abgeleitet werden kann. Dadurch kann auch eine Überhitzung von Bauteilen des Übertragungssystems vermieden werden. Vorteilhafterweise kann ein passiver Kühlkörper als Wärmesenke eingesetzt werden, der keinen Lüfter zur Wärmeabfuhr benötigt.It is furthermore advantageous if the transmission system has a heat sink, wherein the charging coil and the converter are arranged between the heat sink and the support surface. For example, when a Peltier element is used as a transducer, it generates heat on one side and heat on another side. The side that creates the cold is conveniently used for cooling. On the opposite side of the transmission system, which generates the heat, an arrangement of a heat sink is advantageous, since so the heat generated in a direction away from the support surface direction can be derived. As a result, overheating of components of the transmission system can be avoided. Advantageously, a passive heat sink can be used as a heat sink, which does not require a fan for heat dissipation.

Das induktive Übertragungssystem kann eine Mehrzahl von Wandlern aufweisen, wobei sich die Wärmesenke über die Mehrzahl von Wandlern erstrecken kann. Eine beschriebene Anordnung ermöglicht eine parallele Anordnung von Wärmesenke, Auflagefläche und Wandlern. Die erzeugte Kälte aufseiten der Auflagefläche und die erzeugte Wärme aufseiten der Wärmesenke können so gleichmäßig oder breitflächig abgegeben werden.The inductive transmission system may include a plurality of transducers, wherein the heat sink may extend over the plurality of transducers. A described arrangement allows a parallel arrangement of heat sink, support surface and transducers. The generated cold on the side of the support surface and the heat generated on the side of the heat sink can be delivered as uniformly or broadly.

Eine Vorrichtung zum Betreiben eines genannten induktiven Übertragungssystems weist die folgenden Merkmale auf:
eine Bereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen eines Ladespulenstroms an eine Schnittstelle zu der Ladespule, um die induktive Energieübertragung unter Verwendung der Ladespule zu bewirken; und
eine Bereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen eines Ansteuersignals an eine Schnittstelle zu dem Wandler, um eine Kühlung der Auflagefläche unter Verwendung des Wandlers zu bewirken.An apparatus for operating a said inductive transmission system has the following features:
supply means for providing a charging coil current to an interface to the charging coil to effect the inductive energy transfer using the charging coil; and
a provision means for providing a drive signal to an interface to the transducer to effect cooling of the support surface using the transducer.

Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (erasable programmable read-only memory, EPROM) oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.For this purpose, the device may comprise at least one computing unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting data or control signals to the sensor Actuator and / or at least one communication interface for reading or outputting data embedded in a communication protocol. The arithmetic unit can be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the memory unit can be a flash memory, an erasable programmable read-only memory (EPROM) or a magnetic memory unit. The communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface that can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output to a corresponding data transmission line.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch die Vorrichtung eine Steuerung der Ladefunktion und einer Kühlfunktion eines induktiven Übertragungssystems zum Übertragen von Energie an ein Gerät, insbesondere einer Ladeeinheit zum Aufladen eines Geräts. Hierzu kann die Vorrichtung beispielsweise auf Sensorsignale zurückgreifen, die beispielsweise einen Spulenstrom oder eine Temperatur der Auflagefläche anzeigen.In an advantageous embodiment, the device performs a control of the charging function and a cooling function of an inductive transmission system for transmitting energy to a device, in particular a charging unit for charging a device. For this purpose, the device can, for example, resort to sensor signals which indicate, for example, a coil current or a temperature of the support surface.

Eine solche Vorrichtung kann in dem Übertragungssystem integriert angeordnet sein, oder getrennt von dem Übertragungssystem angeordnet sein und über Leitungen mit dem Übertragungssystem verbunden sein.Such a device may be integrated in the transmission system, or may be separate from the transmission system and connected to the transmission system via lines.

Ein Verfahren zum Betreiben eines induktiven Übertragungssystems zum Übertragen von Energie an ein Gerät, insbesondere einer Ladeeinheit, umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Ladespulenstroms an eine Schnittstelle zu der Ladespule, um eine induktive Energieübertragung unter Verwendung der Ladespule zu bewirken; und
Bereitstellen eines Ansteuersignals an eine Schnittstelle zu dem Wandler, um eine Kühlung der Auflagefläche unter Verwendung des Wandlers zu bewirken.A method for operating an inductive transmission system for transmitting energy to a device, in particular a charging unit, comprises the following steps:
Providing a charging coil current to an interface with the charging coil to effect inductive energy transfer using the charging coil; and
Providing a drive signal to an interface to the transducer to effect cooling of the support surface using the transducer.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in der genannten Vorrichtung implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in the named device.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description. It shows:

1 eine schematische Darstellung eines induktiven Übertragungssystems in Ausgestaltung einer induktiven Ladeeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1 a schematic representation of an inductive transmission system in an embodiment of an inductive charging unit according to an embodiment;

2 einen schematischen Querschnitt eines induktiven Übertragungssystems in Ausgestaltung einer Ladeeinheit in einer Aufladeposition gemäß einem Ausführungsbeispiel; 2 a schematic cross section of an inductive transmission system in a design of a loading unit in a charging position according to an embodiment;

3 ein Blockschaltbild eines Steuergeräts zum Steuern eines induktiven Übertragungssystems in Ausgestaltung einer Ladeeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel; 3 a block diagram of a control device for controlling an inductive transmission system in an embodiment of a charging unit according to an embodiment;

4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines induktiven Übertragungssystems in Ausgestaltung einer Ladeeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel; und 4 a flowchart of a method for operating an inductive transmission system in an embodiment of a charging unit according to an embodiment; and

5 einen schematischen Querschnitt eines induktiven Übertragungssystems in Ausgestaltung einer Ladeeinheit in einer Aufladeposition gemäß einem Ausführungsbeispiel. 5 a schematic cross section of an inductive transmission system in an embodiment of a charging unit in a charging position according to an embodiment.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines induktiven Übertragungssystems in Ausgestaltung einer induktiven Ladeeinheit 100 zum Aufladen eines zumindest eine Geräteladespule 104 aufweisenden Geräts 106 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Das Gerät 106 ist hier in ein Material 102 eingebettet. 1 shows a cross-sectional view of an inductive transmission system in an embodiment of an inductive charging unit 100 for charging at least one device charging coil 104 having the device 106 according to an embodiment. The device 106 is here in a material 102 embedded.

Gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele handelt es sich bei dem Material 102 um ein menschliches, tierisches oder pflanzliches Gewebe oder bei einer technischen Anwendung um ein entsprechendes technisches Material, gegebenenfalls auch um ein Gehäuse des Geräts 106.According to different embodiments, it is the material 102 to a human, animal or vegetable tissue or in a technical application to a corresponding technical material, possibly also to a housing of the device 106 ,

Im Folgenden wird der hier vorgestellte Ansatz anhand eines implantierbaren aktiven Geräts 106 in Form eines implementierbaren Medizinprodukts beschrieben, dass im Folgenden als aktives Implantat 106 bezeichnet wird. In the following, the approach presented here is based on an implantable active device 106 described in the form of an implantable medical device that hereinafter referred to as an active implant 106 referred to as.

Somit kann die Geräteladespule 104 auch als Implantatladespule 104 bezeichnet werden. Demnach handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel bei dem Material 102 um eine Haut und das aktive Implantat ist in ein Unterhautgewebe der Haut 102 implantiert.Thus, the device charging coil 104 also as an implant loading coil 104 be designated. Accordingly, according to this embodiment, the material is involved 102 around a skin and the active implant is in a subcutaneous tissue of the skin 102 implanted.

Die Ladeeinheit 100 weist eine Auflagefläche 105, eine Ladespule 110 und einen elektrothermischen Wandler 115 auf. Im Betrieb der Ladeeinheit 100 wird die Ladeeinheit 100 mit der Auflagefläche 105 auf die Haut 102 aufgelegt oder an die Haut 102 gehalten. Die Ladespule 110 kann so betrieben werden, dass die Ladespule 110 ein magnetisches Wechselfeld 120 erzeugt, das zur induktiven Energieübertragung zu dem Implantat 106 verwendet werden kann. Das Gerät 106 weist gemäß einem Ausführungsbeispiel einen mit der Geräteladespule 104 gekoppelten Energiespeicher zum Speichern der über die Geräteladespule eingespeisten elektrischen Energie auf. Zusätzlich oder alternativ weist das Gerät 106 eine elektronische Schaltung und/oder eine elektrisch betreibbare Aktoreinrichtung, beispielsweise in Form eines Elektromotors auf, die direkt unter Verwendung der über die Geräteladespule 104 eingespeisten elektrischen Energie oder der in dem Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energie betrieben werden können.The loading unit 100 has a support surface 105 , a charging coil 110 and an electrothermal transducer 115 on. During operation of the charging unit 100 becomes the charging unit 100 with the support surface 105 onto the skin 102 applied or to the skin 102 held. The charging coil 110 can be operated so that the charging coil 110 a magnetic alternating field 120 generated, which for inductive energy transfer to the implant 106 can be used. The device 106 has according to one embodiment, one with the Geräteladespule 104 coupled energy storage for storing the electrical energy fed via the device charging coil. Additionally or alternatively, the device 106 an electronic circuit and / or an electrically operable actuator device, for example in the form of an electric motor, directly using the via the device charging coil 104 fed electrical energy or the electric energy stored in the energy storage can be operated.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Querschnitt eines die Auflagefläche 105 umfassenden Bodens 125 der Ladeeinheit 100 im Wesentlichen rechteckig ausgeformt. Der Boden 125 ist beispielsweise durch eine dünne Platte realisiert. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Ladespule 110 auf einer der Auflagefläche 105 gegenüberliegenden Oberseite des Bodens 125 angeordnet und umfasst zumindest eine auf der Oberseite aufliegende Spulenwindung. Der Wandler 115 ist auf der Oberseite des Bodens 125 benachbart zu der Ladespule 110 angeordnet.According to this embodiment, a cross section of the support surface 105 extensive soil 125 the loading unit 100 formed substantially rectangular. The floor 125 is realized for example by a thin plate. According to this embodiment, the charging coil 110 on one of the bearing surface 105 opposite top of the ground 125 arranged and comprises at least one resting on the top coil turn. The converter 115 is on the top of the floor 125 adjacent to the charging coil 110 arranged.

Der beschriebene Ansatz ermöglicht die Einführung einer aktiven Kühlung in der auch als Primäreinheit bezeichneten Ladeeinheit 100, um von außen die Haut 102 und das Unterhautgewebe der Haut 102 zu kühlen, anstatt es wie bisher zu erwärmen. Der Kühleffekt wird durch den Wandler 115, beispielsweise durch ein Peltier-Element erreicht, wobei der Wandler 115 benachbart zu der Ladespule 110 angeordnet ist und/oder gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel in die primäre Ladespule 110 integriert ist.The described approach enables the introduction of active cooling in the charging unit, also referred to as the primary unit 100 to the skin from the outside 102 and the subcutaneous tissue of the skin 102 to cool instead of warming it up as before. The cooling effect is through the transducer 115 achieved for example by a Peltier element, wherein the transducer 115 adjacent to the charging coil 110 is arranged and / or according to an alternative embodiment in the primary charging coil 110 is integrated.

Durch die Verwendung des Wandlers 115 kann eine Erwärmung der Haut 102 und des Umgebungsgewebes der Haut 102, zuvor als Unterhautgewebe bezeichnet, durch die Ladeeinheit 100 komplett verhindert werden. Darüber hinaus wird ein Kühleffekt erzielt, der das Gewebe von außen kühlt. Dadurch kann auch die Auswirkung der Erwärmung des Gewebes durch die sekundäre Ladeeinheit, zuvor als Implantatladeeinheit bezeichnet, die sich im Körper im Unterhautgewebe dicht unter der Haut befindet, reduziert werden. Durch eine aktive Kühlung werden höhere Verlustleistungen möglich, ohne das Gewebe unzulässig zu erwärmen. Dies kann einerseits dazu genutzt werden, die Übertragungsleistung zu erhöhen und den Ladevorgang zu verkürzen. Anderseits kann auch die Übertragungsdistanz erhöht, die Spulenmaße reduziert oder eine größere Versatztoleranz erreicht werden, was zu einer Erhöhung der Verlustleistung durch einen schlechteren magnetischen Koppelfaktor führt.By using the converter 115 can be a warming of the skin 102 and the surrounding tissue of the skin 102 previously referred to as subcutaneous tissue through the loading unit 100 completely prevented. In addition, a cooling effect is achieved, which cools the tissue from the outside. This may also reduce the effect of heating the tissue by the secondary loading unit, previously referred to as the implant loading unit located in the body in the subcutaneous tissue just below the skin. Active cooling enables higher power losses without unduly heating the tissue. On the one hand, this can be used to increase the transmission power and to shorten the charging process. On the other hand, the transmission distance can be increased, the coil dimensions can be reduced or a greater offset tolerance can be achieved, which leads to an increase in the power loss due to a poorer magnetic coupling factor.

Gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele können mehr als eine Spule 110 und/oder mehr als ein Wandler 115 vorgesehen sein, die dann ebenfalls auf der Oberseite des Bodens 125 angeordnet sind.According to different embodiments, more than one coil 110 and / or more than one transducer 115 be provided, which then also on the top of the soil 125 are arranged.

Die in 1 gezeigte Anordnung wird gemäß einem Ausführungsbeispiel als ein medizinisches System bezeichnet, das zwei koppelbare Einheiten aufweist. Eine der Einheiten wird durch das implantierbare Medizinprodukt 106 und die andere der Einheiten wird durch die induktive Ladeeinheit 100 gebildet.In the 1 In one embodiment, the arrangement shown is referred to as a medical system having two couplable units. One of the units is powered by the implantable medical device 106 and the other of the units is through the inductive charging unit 100 educated.

Auch wenn der beschriebene Ansatz am Beispiel eines aktiven Implantats 106 beschrieben wird, kann die Ladeeinheit 100 auch zum Aufladen eines andersartigen Geräts, beispielsweise eines mobilen Geräts, eingesetzt werden. In diesem Fall kann die Ladeeinheit 110 mit der Auflagefläche 105 auf das Gerät aufgelegt werden, und es kann das Gerät unter Verwendung des Wandlers 115 gekühlt werden. In diesem Fall kann das schematisch dargestellte Material 102 als ein Gehäuse eines aufzuladenden Geräts aufgefasst werden. Ein solches Gerät 106 kann ebenfalls unter Verwendung der über die Geräteladespule 104 eingekoppelten elektrischen Energie betrieben werden, sodass das Gerät 106 keine kabelgebundene Energiezuführung benötigt.Even if the approach described using the example of an active implant 106 is described, the charging unit 100 also be used to charge a different device, such as a mobile device. In this case, the charging unit 110 with the support surface 105 can be placed on top of the device, and it can power the device using the transducer 115 be cooled. In this case, the material shown schematically 102 as a housing of a device to be charged. Such a device 106 can also be done using the on the device charging coil 104 coupled electrical energy can be operated, so that the device 106 no wired energy supply needed.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Ladeeinheit 100 in einer Aufladeposition gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich bei der dargestellten Ladeeinheit 100 um die anhand von 1 beschriebene Ladeeinheit 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die Ladespule 110 eine Mehrzahl von Spulenwindungen aufweist und eine Mehrzahl von Wandlern 115 sowie eine Wärmesenke 200 vorgesehen sind. 2 shows a schematic cross section of a loading unit 100 in a charging position according to an embodiment. It may be in the illustrated charging unit 100 around the basis of 1 described charging unit 100 Act, with the difference that the charging coil 110 a plurality of coil turns and a plurality of transducers 115 and a heat sink 200 are provided.

Zusätzlich zu der Ladeeinheit 100 ist in 2 eine an einem Implantat angeordnete Implantatladeeinheit 205 mit einer Implantatladespule 104 dargestellt. Die Implantatladeeinheit 205 ist nicht Teil der Ladeeinheit 100. Die Implantatladeeinheit 205 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einem Gewebe 102 angeordnet. In addition to the loading unit 100 is in 2 an implant loading unit arranged on an implant 205 with an implant loading coil 104 shown. The implant loading unit 205 is not part of the loading unit 100 , The implant loading unit 205 is in a tissue according to this embodiment 102 arranged.

Die Ladeeinheit 100 ist außerhalb des Gewebes 102 angeordnet, wobei die Ladeeinheit 100 in der Aufladeposition mit der Auflagefläche 105 auf einer Oberfläche des Gewebes 102 aufliegt. Die Ladeeinheit 100 ist dabei so positioniert, dass die Ladespule 110 gegenüberliegend zu der Implantatladespule 104 angeordnet ist. Die Ladespule 110 und die Implantatladespule 104 sind dabei vorteilhafterweise zumindest annähernd parallel und koaxial zueinander ausgerichtet.The loading unit 100 is outside the tissue 102 arranged, the loading unit 100 in the charging position with the support surface 105 on a surface of the fabric 102 rests. The loading unit 100 is positioned so that the charging coil 110 opposite to the implant loading coil 104 is arranged. The charging coil 110 and the implant loading coil 104 are advantageously at least approximately parallel and aligned coaxially with each other.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Ladeeinheit 100 die hier als Kühlkörper ausgeformte Wärmesenke 200 auf, wobei die Ladespule 110 zwischen der Auflagefläche 105 und einer Grundfläche der Wärmesenke 200 angeordnet ist. Die Grundfläche der Wärmesenke 200 erstreckt sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel parallel zu der Auflagefläche 105. Auf einer der Grundfläche gegenüberliegenden Seite weist die Wärmesenke 200 kammartige Ausstülpungen auf, um eine höhere Wärmeabgabe an die Umgebungsluft durch Konvektion zu ermöglichen.According to this embodiment, the loading unit 100 the heat sink formed here as a heat sink 200 on, with the charging coil 110 between the support surface 105 and a base of the heat sink 200 is arranged. The base of the heat sink 200 extends according to this embodiment parallel to the support surface 105 , The heat sink is on a side opposite the base 200 comb-like protuberances to allow a higher heat dissipation to the ambient air by convection.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Ladeeinheit 100 zumindest drei als Peltier-Elemente ausgeformte Wandler 115 auf. Davon sind zwei Wandler 115 außerhalb und ein Wandler 115 innerhalb der Spulenwindungen der hier mittig angeordneten Ladespule 110 angeordnet. Die Wandler 115 erstrecken sich jeweils zwischen der Grundfläche der Wärmesenke 200 und dem Bodenelement 125. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind eine Mehrzahl von Wandlern 115 ringförmig um die Ladespule 110 herum angeordnet oder es ist ein die Ladespule 110 umschließender ringförmiger Wandler 115 vorgesehen.According to this embodiment, the loading unit 100 at least three transformers shaped as Peltier elements 115 on. There are two transducers 115 outside and a converter 115 within the coil turns of the charge coil arranged centrally here 110 arranged. The transducers 115 each extend between the base of the heat sink 200 and the floor element 125 , According to one embodiment, a plurality of transducers 115 ring around the charging coil 110 arranged around it or it is a the charging coil 110 enclosing annular transducer 115 intended.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Ladespule 110 einen Spulenkern 220 auf. Der Spulenkern 220 ist auf einer der Auflagefläche 105 abgewandten Seite der Ladespule 110 angeordnet. Der Spulenkern 220 ist als eine ringförmige Scheibe ausgeformt, die die Spulenwindungen der Ladespule 110 überspannt. Der innerhalb der Ladespule 110 angeordnete Wandler 115 erstreckt sich durch ein mittig angeordnetes Durchgangsloch des Spulenkerns 110 bis zu der Wärmesenke 200. Die weiteren Wandler 115 sind angrenzend an einen umlaufenden Rand des Spulenkerns 110 angeordnet.According to this embodiment, the charging coil 110 a coil core 220 on. The coil core 220 is on one of the bearing surface 105 opposite side of the charging coil 110 arranged. The coil core 220 is formed as an annular disc which surrounds the coil turns of the charging coil 110 spans. The inside of the charging coil 110 arranged transducers 115 extends through a centrally disposed through hole of the spool core 110 up to the heat sink 200 , The other converters 115 are adjacent to a circumferential edge of the spool core 110 arranged.

Entsprechend zu der Ladespule 110 weist die Implantatladespule 104 einen Implantatspulenkern 225 auf, der auf einer der Ladeeinheit 100 abgewandten Seite der Implantatladespule 104 angeordnet ist.According to the charging coil 110 has the implant loading coil 104 an implant coil core 225 on top of one of the charging unit 100 opposite side of the implant charging coil 104 is arranged.

Eine mögliche technische Realisierung des beschriebenen Ansatzes wird im Folgenden anhand von 2 detailliert beschrieben.A possible technical realization of the approach described is described below with reference to 2 described in detail.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Ladeeinheit 100 in Form einer primären Spulenanordnung außerhalb des Gewebes 102 eines Körpers und eine Implantatladeeinheit 205 in Form einer sekundären Spulenanordnung 104 innerhalb des Gewebes 102 des Körpers angeordnet. Beide Spulen 110, 104 sind magnetisch miteinander gekoppelt und können als Transformator mit großem Luftspalt betrachtet werden. Die Wicklungen der Ladespulen 110, 104 führen dabei im Betrieb der Ladeeinheit einen Wechselstrom, typischerweise im Frequenzbereich von 10 bis 500 kHz. Das resultierende magnetische Wechselfeld wird beispielsweise durch Spulenkerne 220, 225 aus weichmagnetischen Materialien geführt, beispielsweise aus Ferrit. Aber auch der Einsatz von Luftspulen 110, 104 ohne Kernmaterial ist möglich.According to one embodiment, the loading unit 100 in the form of a primary coil arrangement outside the tissue 102 a body and an implant loading unit 205 in the form of a secondary coil arrangement 104 within the tissue 102 of the body. Both coils 110 . 104 are magnetically coupled together and can be considered as a transformer with a large air gap. The windings of the charging coils 110 . 104 lead during operation of the charging unit an alternating current, typically in the frequency range of 10 to 500 kHz. The resulting alternating magnetic field is, for example, by coil cores 220 . 225 made of soft magnetic materials, such as ferrite. But also the use of air coils 110 . 104 without nuclear material is possible.

Durch die Wandler 115 in Form von Peltier-Elementen wird hier ein Temperaturgefälle zwischen der Spulenoberseite der Ladespule 110, die der Auflagefläche 105 zugewandt und ist und der Wärmesenke 200 auf der Spulenunterseite der Ladespule 110, die warm ist, herbeigeführt. Auf der Spulenoberseite befindet sich als Boden 125 vorteilhafterweise ein wärmeleitendes Material, das elektrisch und magnetisch nicht leitfähig ist, um das magnetische Wechselfeld der Energieübertragung nicht zu stören. Ein bevorzugtes Material für den Boden 125 ist beispielsweise Keramik oder wärmeleitender Kunststoff. Ziel ist es, einen gleichmäßigen Kühleffekt auf der gesamten Auflagefläche 125 zu erreichen, der vom Implantatträger als angenehm empfunden wird. Gleichzeitig wird dafür gesorgt, dass die entstehenden Verluste in der Ladespule 110 zur Wärmesenke 200 abgeführt werden, anstatt zu einer Erhitzung der Spulenoberseite zu führen, die sich in Kontakt mit der Haut befindet.Through the transducers 115 in the form of Peltier elements here is a temperature gradient between the coil top of the charging coil 110 that the bearing surface 105 facing and is and the heat sink 200 on the coil bottom of the charging coil 110 that is warm, brought about. On the bobbin top is as a floor 125 Advantageously, a heat-conducting material that is electrically and magnetically non-conductive so as not to disturb the alternating magnetic field of the energy transfer. A preferred material for the ground 125 is for example ceramic or thermally conductive plastic. The goal is to achieve a uniform cooling effect over the entire contact surface 125 reach, which is perceived by the implant carrier as pleasant. At the same time it is ensured that the resulting losses in the charging coil 110 to the heat sink 200 instead of causing heating of the coil top which is in contact with the skin.

Der Vorteil einer möglichen Verwendung des Peltier-Elements als Wandler 115 zur Kühlung ist der Wegfall jeglicher mechanisch beweglicher Teile, was zu einer höheren Zuverlässigkeit und zu einer Geräuschreduktion führt im Gegensatz zu einer Kühlung mit aktivem Lüfter. Gleichzeitig kann ein Gehäuse der Ladeeinheit 100 wasserdicht ausgeführt werden, was vor allem aus hygienischen Gründen Vorteile bietet. Bei Peltier-Elementen handelt es sich um eine sehr robuste und kostengünstige Technologie, was den Einsatz erleichtert.The advantage of a possible use of the Peltier element as a converter 115 Cooling eliminates any mechanical moving parts, resulting in higher reliability and noise reduction as opposed to cooling with an active fan. At the same time, a housing of the charging unit 100 waterproof, which offers advantages mainly for hygienic reasons. Peltier elements are a very robust and cost-effective technology, making it easier to use.

Die an der Auflagefläche herrschende Temperatur kann beliebig eingestellt und auf einen konstanten Wert geregelt werden. Dadurch bietet sich ein Tragekomfort für den Patienten und der Kühleffekt kann dauerhaft sichergestellt werden. The temperature prevailing on the bearing surface can be set as desired and regulated to a constant value. This provides a comfortable fit for the patient and the cooling effect can be permanently ensured.

Gemäß eines alternativen Ausführungsbeispiels sind die Ladespule 110 und die Wandler 115 in Ausnehmungen des Bodens 125 eingebettet.According to an alternative embodiment, the charging coil 110 and the transducers 115 in recesses of the soil 125 embedded.

3 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 300 zum Betreiben einer Ladeeinheit 100 gemäß eines Ausführungsbeispiels. Dabei kann es sich um eine Vorrichtung zum Steuern einer der anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenen Ladeeinheiten 100 handeln. Die Vorrichtung 300 weist eine erste Bereitstellungseinrichtung 305 und eine zweite Bereitstellungseinrichtung 310 auf. 3 shows a block diagram of a device 300 for operating a charging unit 100 according to an embodiment. This may be a device for controlling one of the loading units described with reference to the preceding figures 100 act. The device 300 has a first provision device 305 and a second providing device 310 on.

Im Steuerbetrieb der Vorrichtung 300 ist die erste Bereitstellungseinrichtung 305 ausgebildet, um einen Ladespulenstrom 315 zu erzeugen und über eine Leitung an die Anschlusskontakte der Ladespule 110 bereitzustellen. Bei dem Ladespulenstrom 315 handelt es sich um einen Wechselstrom, durch den von der Ladespule 110 ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird.In the control mode of the device 300 is the first provisioning device 305 designed to charge a charging coil 315 to generate and via a line to the terminals of the charging coil 110 provide. In the charging coil current 315 it is an alternating current through which from the charging coil 110 an alternating magnetic field is generated.

Die zweite Bereitstellungseinrichtung 310 ist im Steuerbetrieb der Vorrichtung 300 ausgebildet, um ein Ansteuersignal 320 an den Wandler 115 zu senden, durch das der Wandler 115 aktiviert wird. Im aktiven Zustand ist der Wandler 115 ausgebildet, um bei Stromdurchfluss eine Temperaturdifferenz zwischen einer der Auflagefläche 105 zugewandten und einer der Auflagefläche 105 abgewandten Seite des Wandlers 105 zu erzeugen. Somit kann es sich bei dem Ansteuersignal 320 um einen elektrischen Strom handeln, dessen Flussrichtung so gewählt ist, dass sich die von dem Wandler 105 erzeugte Temperaturdifferenz zu einer Abkühlung der Auflagefläche 105 führt. Um die Auflagefläche 105 zu erwärmen, kann die Stromrichtung durch den Wandler 105 umgekehrt werden. Dies kann beispielsweise zu Beginn des Ladevorgangs sinnvoll sein, um die Temperatur der Auflagefläche 105 an eine Temperatur des Gewebes anzupassen.The second provision device 310 is in the control mode of the device 300 designed to be a drive signal 320 to the converter 115 to send through which the converter 115 is activated. In active state is the converter 115 designed to be at current flow, a temperature difference between one of the bearing surface 105 facing and one of the bearing surface 105 opposite side of the converter 105 to create. Thus, it may be at the drive signal 320 to act on an electric current whose flow direction is chosen so that of the converter 105 generated temperature difference to a cooling of the support surface 105 leads. Around the support surface 105 To heat, the current direction through the converter 105 be reversed. This can be useful, for example, at the beginning of the charging process, the temperature of the support surface 105 to adapt to a temperature of the tissue.

Dazu weist die Vorrichtung 300 optional eine Schnittstelle zu einem mit der Auflagefläche 105 thermisch gekoppelten optionalen Temperatursensor 330 auf. Der Temperatursensor 330 ist ausgebildet, um eine aktuelle Temperatur der Auflagefläche 105 zu erfassen und ein die aktuelle Temperatur abbildendes Temperatursensorsignal 335 an die Vorrichtung 300 bereitzustellen. Unter Verwendung des Temperatursignals 335 ist die zweite Bereitstellungseinrichtung 320 ausgebildet, um einen Signalwert des Ansteuersignals 320 so einzustellen, dass die Temperatur der Auflagefläche 105 unter Verwendung des Wandlers 115 von der aktuellen Temperatur an eine Solltemperatur angepasst wird.For this purpose, the device 300 optionally an interface to one with the support surface 105 thermally coupled optional temperature sensor 330 on. The temperature sensor 330 is adapted to a current temperature of the bearing surface 105 to capture and a current temperature-mapping temperature sensor signal 335 to the device 300 provide. Using the temperature signal 335 is the second provisioning device 320 configured to a signal value of the drive signal 320 to adjust so that the temperature of the bearing surface 105 using the converter 115 is adjusted from the current temperature to a target temperature.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben 400 einer Ladeeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um ein Verfahren zum Betreiben 400 einer der anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenen Ladeeinheiten 100 handeln. In einem Schritt des Bereitstellens 405 wird ein Spulenstrom an eine Schnittstelle zu der Ladespule bereitgestellt, um die induktive Energieübertragung unter Verwendung der Ladespule zu bewirken. In einem weiteren Schritt des Bereitstellens 410 wird ein Ansteuersignal an eine Schnittstelle zu dem Wandler bereitgestellt, um eine Kühlung der Auflagefläche unter Verwendung des Wandlers zu bewirken. 4 shows a flowchart of a method of operation 400 a loading unit according to an embodiment. This can be a method of operation 400 one of the loading units described with reference to the preceding figures 100 act. In a step of providing 405 a coil current is provided to an interface to the charging coil to effect the inductive energy transfer using the charging coil. In a further step of providing 410 a drive signal is provided to an interface to the transducer to effect cooling of the support surface using the transducer.

5 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Ladeeinheit 100 in einer Aufladeposition gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die anhand von 2 beschriebene Ladeeinheit 100 in der beschriebenen Aufladeposition handeln, mit dem Unterschied, dass die Ladeeinheit 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel anstelle von elektrothermischen Wandlern Wandler 500 aus Phasenwechselmaterialien (phase change material, PCM) aufweist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Wandler 500 parallel zur Grundfläche der Wärmesenke 200, und sind zwischen der Wärmesenke 200 und dem Spulenkern 220 der Ladespule 110 angeordnet. Zwischen den Wandlern 500 ist mittig zur Wärmesenke 200 ein Spalt angeordnet, in den ein Fortsatz 505 der Wärmesenke 200 eingeführt ist. 5 shows a schematic cross section of a loading unit 100 in a charging position according to an embodiment. These may be the ones based on 2 described charging unit 100 act in the described charging position, with the difference that the charging unit 100 according to this embodiment instead of electrothermal transducers 500 phase change material (PCM). According to this embodiment, the transducers extend 500 parallel to the base of the heat sink 200 , and are between the heat sink 200 and the spool core 220 the charging coil 110 arranged. Between the converters 500 is in the middle of the heat sink 200 arranged a gap in which an extension 505 the heat sink 200 is introduced.

Die Verluste der Ladespulen 110 werden durch einen thermisch gut leitenden Pfad zur Wärmesenke 200 abgeführt. Die Auflagefläche 105 besteht gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus einem thermisch schlecht leitenden Material, beispielsweise aus Kunststoff. In direktem Kontakt mit der Wärmesenke 200 befindet sich das Phasenwechselmaterial der Wandler 500, was sich durch eine sehr hohe thermische Kapazität im Bereich der Raumtemperatur auszeichnet. Dadurch können die Verluste, die nicht direkt abgeführt werden können, thermisch zwischengespeichert werden. Eine Erwärmung der Ladespulen 110 wird verhindert. Nach Ende des Aufladevorgangs wird die Wärmeenergie, die in dem Phasenwechselmaterial der Wandler 500 zwischengespeichert wurde, über die Wärmesenke 200 wieder an die Umgebung abgeführt.The losses of the charging coils 110 become a heat sink through a thermally well-conductive path 200 dissipated. The bearing surface 105 consists according to this embodiment of a thermally poorly conductive material, such as plastic. In direct contact with the heat sink 200 is the phase change material of the converter 500 , which is characterized by a very high thermal capacity in the range of room temperature. As a result, the losses that can not be directly dissipated, be thermally cached. A heating of the charging coils 110 will be prevented. After the end of the charging process, the heat energy in the phase change material of the converter 500 was cached on the heat sink 200 discharged again to the environment.

Dadurch den Einsatz des Phasenwechselmaterials wird zwar keine aktive Kühlung erzielt, doch die Wärmekapazität wird dermaßen erhöht, dass sich die Ladeeinheit 100 während des gesamten Ladevorgangs kaum erwärmt.As a result, the use of the phase change material is not achieved active cooling, but the heat capacity is increased so that the charging unit 100 barely heated during the entire charging process.

Auch andere bekannte Kühlmechanismen sind denkbar, beispielsweise durch eine Kühlflüssigkeit. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird der Kühleffekt durch eine endotherme chemische Reaktion erzielt, beispielsweise von Ammoniumnitrat mit Wasser. Other known cooling mechanisms are conceivable, for example by a cooling liquid. In an alternative embodiment, the cooling effect is achieved by an endothermic chemical reaction, for example, ammonium nitrate with water.

Insbesondere können auch Wandler unterschiedlicher Art in einer Ladeeinheit kombiniert werden, als beispielsweise elektrothermische Wandler, wie sie anhand der 1 und 2 beschrieben sind, mit Phasenwechselmaterial aufweisenden Wandlern 500 oder eine Kühlflüssigkeit aufweisenden oder leitenden Wandlern.In particular, it is also possible to combine transducers of different types in one charging unit than, for example, electrothermal transducers, as described with reference to FIGS 1 and 2 are described, with phase change material having transducers 500 or a coolant or conductive transducers.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder”-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2014/0233184 A1 [0003]

Claims

Inductive transmission system ( 100 ) for transferring energy to a device ( 106 ), in particular inductive charging unit ( 100 ) to charge a device ( 106 ), the at least one device charging coil ( 104 ), wherein the inductive transmission system ( 100 ) has the following features: a bearing surface ( 105 ); at least one charging coil ( 110 ) for inductive energy transmission via the contact surface ( 105 ) into the device charging coil ( 104 ) of the device ( 106 ); and at least one adjacent to the charging coil ( 110 ) arranged electrothermal transducer ( 115 ) for cooling the support surface ( 105 ).

Inductive transmission system ( 100 ) according to claim 1, characterized in that the electrothermal transducer ( 115 ) is formed as a Peltier element.

Inductive transmission system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the charging coil ( 110 ) a coil core ( 220 ) having.

Inductive transmission system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing surface ( 105 ) is formed by a material having a high thermal conductivity.

Inductive transmission system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing surface ( 105 ) is formed by an electrically insulating material with low magnetic permeability.

Inductive transmission system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing surface ( 105 ) is formed of ceramic and / or made of highly thermally conductive plastic.

Inductive transmission system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer ( 115 ) outside the charging coil ( 110 ) is arranged.

Inductive transmission system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the transducer ( 115 ) within the charging coil ( 110 ) is arranged.

Inductive transmission system ( 100 ) according to one of the preceding claims, characterized by a heat sink ( 200 ), the charging coil ( 110 ) and the converter ( 115 ) between the heat sink ( 200 ) and the bearing surface ( 105 ) are arranged.

Inductive transmission system ( 100 ) according to claim 9, characterized in that the transmission system ( 100 ) a plurality of transducers ( 115 ), and the heat sink ( 200 ) over the plurality of transducers ( 115 ).

Contraption ( 300 ) to operate ( 400 ) of an inductive transmission system ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the device ( 300 ) has the following features: a provisioning device ( 305 ) for providing a charging coil current ( 315 ) to an interface to the charging coil ( 110 ) to the inductive energy transfer using the charging coil ( 110 ) to effect; and a provisioning device ( 310 ) for providing a drive signal ( 320 ) to an interface to the converter ( 115 ) to cool the bearing surface ( 105 ) using the converter ( 115 ) to effect.

Inductive transmission system ( 100 ) according to one of claims 1 to 10, characterized by a device ( 300 ) according to claim 11.

Method of operation ( 400 ) of an inductive transmission system ( 100 ) according to one of the preceding claims 1 to 10 or 12, wherein the method comprises the following steps: 405 ) of a charging coil current ( 315 ) to an interface to the inductive transmission system ( 110 ) to the inductive energy transfer using the charging coil ( 110 ) to effect; and deploy ( 410 ) of a drive signal ( 320 ) to an interface to the converter ( 115 ) to cool the bearing surface ( 105 ) using the converter ( 115 ) to effect.

Medical system comprising: an implantable device ( 106 ) in the form of an implantable medical device, in particular an implantable active implant, wherein the device ( 106 ) at least one device charging coil ( 104 ) in the form of an implant loading coil ( 104 ) having; and an inductive transmission system ( 100 ) according to one of claims 1 to 10 or 12 for charging the implantable device ( 106 ).