JP2000308326A - 発電装置およびそれを使用した生体用電子機器 - Google Patents

発電装置およびそれを使用した生体用電子機器

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JP2000308326A
JP2000308326A JP11107414A JP10741499A JP2000308326A JP 2000308326 A JP2000308326 A JP 2000308326A JP 11107414 A JP11107414 A JP 11107414A JP 10741499 A JP10741499 A JP 10741499A JP 2000308326 A JP2000308326 A JP 2000308326A
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permanent magnet
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JP11107414A
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Hideo Saotome
英夫 早乙女
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Abstract

(57)【要約】 【課題】第1の可動体に対して非接触状態で対向して配
置した第2可動体を、両可動体間に発生する磁力の作用
により往復動させて発電できる発電装置を提供する。 【解決手段】 周方向に交互に磁極を異ならせてリング
状に形成した永久磁石を有する回転可能な第1の可動体
1と、その可動体から軸方向に離れて配置され第1の可
動体と同様に着磁された第2の可動体2と、その第2の
可動体を軸方向には移動自在で周方向には回転不能に支
持する支持手段8と、第2の可動体の移動によって発電
する発電ユニット9とからなり、第1の可動体の移動に
伴って発生する第2の可動体の前記支持手段上での往復
直線運動によって前記発電ユニットにより交流電力を発
生させることを特徴とする発電装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、第1の可動体に対して
非接触状態で対向して配置した第2可動体を、両可動体
間に発生する磁力の作用により往復動させて発電できる
発電装置に関するものであり、特に、生体内埋め込み型
電子医療機器(例:ペースメーカーなど)等へ経皮的に
電力を供給する電力供給用として好適な発電装置および
それを使用した生体用電子機器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】生体内埋め込み型電子医療機器への電力
供給手段としては、それ自体が二次電池を持ち、外科手
術によりこの電池交換を行うものと、高周波変圧器の二
次側を体内に埋め込んで体外の一次側回路から経皮的に
電力を供給するものとがある(日本応用磁気学会誌、Vo
l.20,No.2,701-704ページ,1996年,または日本応用
磁気学会誌,Vol.21,No.4-2,693-696ページ,1997
年,など)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、二次電
池交換を手術によって行う方法では、患者の肉体的・精
神的および経済的負担が大きいという問題を抱えてい
る。また、経皮的に電力を供給する方法では、装置を体
内に埋め込むので小型でなければならないという制約か
ら電力供給を高周波で行っており、高周波磁界が皮膚に
及ぼす発熱などの影響に対して十分配慮しなければなら
ない。したがって、生体内埋め込み型電子医療機器への
電力供給においては、患者への負担が少なく、かつ生体
が高周波磁界を受けることのない手段を講ずる必要があ
る。
【0004】そこで本発明は、特に、生体内埋め込み型
電子医療機器用として好適な発電装置を提供し、上記問
題点を解決することを目的とする。上記目的を達成する
ための本発明に係わる発電装置は、基本構成として回転
移動磁界を発生させる第1の可動体(磁界発生装置)
と、前期回転磁界変動により直線往復運動の機械的変位
をする第2の可動体(磁石)と、前記第2の可動体の機
械的運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電ユ
ニットとを備えており、例えば、この発電装置を生体内
埋め込み型電子医療機器(例:ペースメーカーなど)等
に採用した場合には、使用環境に悪影響を及ぼすことが
なく、電力供給作業中に患者への肉体的、精神的な負担
を少なくすることができ、さらに電子医療機器の低コス
ト化を実現することができる。
【0005】
【課題を解決するための手段】このため、本発明が採用
した技術解決手段は、周方向に交互に磁極を異ならせて
リング状に形成した永久磁石を有する回転可能な第1の
可動体と、その可動体から軸方向に離れて配置され第1
の可動体と同様に着磁された第2の可動体と、その第2
の可動体を軸方向には移動自在で周方向には回転不能に
支持する支持手段と、第2の可動体の移動によって発電
する発電ユニットとからなり、第1の可動体の移動に伴
って発生する第2の可動体の前記支持手段上での往復直
線運動によって前記発電ユニットにより交流電力を発生
させることを特徴とする発電装置であり、前記第1の可
動体は、モータによって回転されるようにしたことを特
徴とする発電装置であり、前記発電ユニットには、励磁
のための永久磁石とコイル間の相対的な直線運動の速度
誘起電圧を利用した発電ユニットを用いることを特徴と
する発電装置であり、体外に設置する周方向に交互に磁
極を異ならせてリング状に形成した永久磁石を有する回
転可能な第1の可動体と、その可動体から軸方向に離れ
て体内に設置する第1の可動体と同様に着磁された第2
の可動体と、その第2の可動体を軸方向には移動自在で
周方向には回転不能に支持する支持手段と、前記第2の
可動体の往復移動によって発電する発電ユニットとから
なり、前記発電ユニットで発生した電力を生体内に配置
したアクチュエータあるいは電子回路等の作動手段を作
動するための二次電池に充電できるようにしたことを特
徴とする生体用電子機器であり、前記発電ユニットと二
次電池との間には発電ユニットによって発電された交流
出力を整流する整流器を設けたことを特徴とする生体用
電子機器であり、前記電子回路は心臓ペースメーカーで
あることを特徴とする生体用電子機器である。
【0006】
【実施の形態】以下本発明の好ましい実施の形態につい
て図面を用いて説明すると、図1は本発電装置を構成す
る第1の可動体と第2の可動体との位置関係を示した斜
視図、図2は第2の可動体に発電ユニットを取り付けた
状態を示す斜視図、図3は、発電ユニットからの電力を
整流する整流器の構成図である。本発明に係わる発電装
置は、以下の述べるように第1の回転体、第2の回転
体、第2の回転体の往復動を利用して発電する発電ユニ
ット、発電ユニットから取り出された電流を整流する整
流器などから構成されており、以下に夫々の構成要素に
ついて説明する。
【0007】図1において、1は第1の可動体であり、
この第1の可動体1は永久磁石3と永久磁石4を図示の
ように異なる極が端面にあらわれるように円形に接続し
て構成されており、第1の可動体1には、モータ7の出
力軸7aに接続する接続部材1aが取りつけられ、モー
タ7が回転すると、第1の可動体1も周回方向に回転運
動ができるように構成されている。
【0008】また、符号2は第1の可動体に対向して配
置される第2の可動体であり、第2可動体2も永久磁石
5と永久磁石6を図示のように異なる極が端面にあらわ
れるように円形に接続して構成してあり、中心部には軸
受2aが取りつけられている。軸受2aには、第2の可
動体の支持手段としてのスプライン軸8が嵌合されてお
り、第2の可動体2はこのスプライン軸8上を、周回方
向には回転不能に、かつ軸方向には移動自在となる様に
取りつけられている。
【0009】上記構成からなる第1の回転体と、第2の
回転体は次のような作動をする。図1において、第1の
可動体1の永久磁石3と第2可動体側の永久磁石5およ
び第1の可動体1の永久磁石4と第2の可動体2の永久
磁石6とが互いに同極どうしが向かい合う位置になる
と、永久磁石3、5および4、6の磁力の作用で可動体
2は可動体1からスプライン軸上を勢いよく遠ざかる動
作をする。
【0010】また、第1の可動体1をモータ7を駆動し
て図1の状態から180度回転した状態にすると、今度
は第1の可動体1の永久磁石3と第2可動体2の永久磁
石5および第1の可動体1の永久磁石4と第2可動体2
の永久磁石6とが互いに異極同志が向かい合う位置にな
り、互いの磁力の作用で可動体2には可動体1に引き寄
せられる力が働き、可動体2はスプライン軸上を勢いよ
く可動体1方向に直線運動をする。
【0011】上記のような作動をモータ7を駆動するこ
とにより連続的に行うことで、第2の可動体2はスプラ
イン軸8上で往復直線運動を繰り返すことになる。ここ
で、第2の可動体2は、スプライン軸8によってその回
転を不能とされており、また、可動体1と可動体2の距
離は、数mmとすることで、上記の磁力による動作を充分
に確保することができる。
【0012】図2は前記第2の可動体のスプライン軸8
上で繰り返される往復直線運動による機械的運動エネル
ギーを電気エネルギーに変換する発電ユニット9を第2
の可動体のスプライン軸8に取り付けた状態を示すもの
である。発電ユニット9には従来公知のリニアアクチュ
エータのような往復直線運動する機器〔例えばTDK社
製の(RECプランジャ)等〕を使用することができ、
例えばこの発電ユニット9内の不図示の永久磁石を第2
の可動部2に連動させて運動するように構成すること
で、この永久磁石の往復直線運動と発電電力を得るコイ
ルとの相対速度の速度誘起電圧により発電を行うことが
できる。発電ユニットの発電起電力は端子Aおよび端子
Bからその外部に取り出され、また、この発電電力は交
流である。
【0013】図3は、発電ユニット9で発電された電力
を整流器10で整流するための回路図であり、前記図2
に示す出力端子AおよびBはダイオード11〜14から
なる整流器10に接続される。この整流器10では発電
ユニット9で発電された交流電力を直流電力に変換し、
二次電池15へ充電できる構成となっている。なお、前
記二次電池15は、種々のアクチュエータを始め、例え
ば、電子回路あるいは体内に埋め込んだ医療電子装置等
の作動手段に電力を供給することができる。また、医療
電子装置以外に使用する場合には二次電池に充電するこ
となく整流器から取り出した電流をそのままアクチュエ
ータ等の作動手段に流して、アクチュエータ等を作動さ
せることも可能である。
【0014】以上の構成からなる発電装置の作動を説明
すると、図1においてモータ7を駆動し第1の回転体を
回転させる。すると、前述したように第2の可動体2が
スプライン軸8上で往復直線運動し、この往復直線運動
によって発電ユニット9が発電し、発電ユニット9から
の電流は整流器10で整流され、直接アクチュエータ等
の作動手段を作動したり必要に応じて電池等に充電され
る。
【0015】次に、上記構成からなる発電装置を生体内
埋め込み型電子医療機器(例えば心臓ペースメーカ)に
用いる場合を説明をする。図4は作動手段の一つである
電子回路としての心臓ペースメーカを生体内に埋め込ん
だ状態の概念図を表す断面図であり、ペースメーカ16
には二次電池15が接続され、この二次電池15には前
述した発電ユニット9が整流器10を介して接続されて
いる。発電ユニット9には第2の可動体2が取りつけら
れ、これらが一組として生体内に埋め込まれる。また体
外には前述した第1の可動体1が準備される。
【0016】図4に示す状態で体外にあるモータ7を駆
動し第1の回転体を回転させると、前述したように生体
内側に配置された第2の可動体2がスプライン軸8上で
往復直線運動し、この往復直線運動によって発電ユニッ
ト9が発電して、二次電池15内に充電を行う。またペ
ースメーカ16は二次電池15からの電力により作動さ
れる。以上のように前述した発電装置を使用して生体内
埋め込み型電子医療機器を構成すると、使用環境に悪影
響を及ぼすことがなく、電力供給作業中に患者への肉体
的、精神的な負担を少なくでき、且つ、電子医療機器の
低コスト化を実現できる。
【0017】また、本発電装置を使用することにより体
外からの磁界により非接触で体内の発電ユニットを駆動
することができ,この発電ユニットによって発生する電
力を,ペースメーカーなどの体内埋め込み医療電子装置
の二次電池へ伝送し充電することができる。発電ユニッ
トとしてリニアアクチュエータのような往復直線運動す
る機器を用いた場合、励磁のための永久磁石と発電電力
を得るコイルとの相対速度の速度誘起電圧により発電を
行うことができる。そして、この直線往復運動の機械的
エネルギーを電気エネルギーに変換させることで体内に
あるペースメーカーなどの医療電子装置を駆動する二次
電池を外科手術を施すことなく再充電することを可能と
する。さらに、上記発電システムを利用することにより
使用環境に悪影響を及ぼすことのない生体内発電システ
ム、および生体内電子機器を提供することができる。発
電装置は、得られた交流電力を整流して直流電力に変換
する手段を有しており、二次電池への充電が容易であ
る。
【0018】さらに、本発明はその精神また主要な特徴
から逸脱することなく、他の色々な形で実施することが
できる。そのため前述の実施例は単なる例示に過ぎず、
限定的に解釈してはならない。更に特許請求の範囲の均
等範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のもの
である。
【0019】
【発明の効果】以上詳細に説明した如く本発明によれ
ば、構造が簡単で、且つ、小型の発電装置を得ることが
でき、またこの発電装置を生体内埋め込み型電子医療機
器に利用した場合には、使用環境に悪影響を及ぼすこと
なく、また、外科手術を行うことなく、生体内埋め込み
型電子医療機器およびその二次電池への電力供給を実現
することができる等の優れた効果を奏することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の可動体と第2の可動体2との位置関係を
示す図である。
【図2】第2の可動体と発電ユニットとの接続を示す図
である。
【図3】整流器から医療電子装置の二次電池を充電する
ための接続を示す図である。
【図4】生体内に発電装置を埋め込んだ状態の断面図で
ある。
【符号の説明】
1 第1の可動体 2 第2の可動体 3、4、5、6 永久磁石 7 モータ(電動機) 8 スプライン軸(支持手段) 9 発電ユニット 10 整流器 11、12、13、14 ダイオード 15 二次電池 16 アクチュエータあるいは電子回
路等の作動手段

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周方向に交互に磁極を異ならせてリング状
    に形成した永久磁石を有する回転可能な第1の可動体
    と、その可動体から軸方向に離れて配置され第1の可動
    体と同様に着磁された第2の可動体と、その第2の可動
    体を軸方向には移動自在で周方向には回転不能に支持す
    る支持手段と、第2の可動体の移動によって発電する発
    電ユニットとからなり、第1の可動体の移動に伴って発
    生する第2の可動体の前記支持手段上での往復直線運動
    によって前記発電ユニットにより交流電力を発生させる
    ことを特徴とする発電装置。
  2. 【請求項2】前記第1の可動体は、モータによって回転
    されるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の発
    電装置。
  3. 【請求項3】前記発電ユニットには、励磁のための永久
    磁石とコイル間の相対的な直線運動の速度誘起電圧を利
    用した発電ユニットを用いることを特徴とする請求項1
    または請求項2に記載の発電装置。
  4. 【請求項4】体外に設置する周方向に交互に磁極を異な
    らせてリング状に形成した永久磁石を有する回転可能な
    第1の可動体と、その可動体から軸方向に離れて体内に
    設置する第1の可動体と同様に着磁された第2の可動体
    と、その第2の可動体を軸方向には移動自在で周方向に
    は回転不能に支持する支持手段と、前記第2の可動体の
    往復移動によって発電する発電ユニットとからなり、前
    記発電ユニットで発生した電力を生体内に配置したアク
    チュエータあるいは電子回路等の作動手段を作動するた
    めの二次電池に充電できるようにしたことを特徴とする
    生体用電子機器。
  5. 【請求項5】前記発電ユニットと二次電池との間には発
    電ユニットによって発電された交流出力を整流する整流
    器を設けたことを特徴とする請求項4に記載の生体用電
    子機器。
  6. 【請求項6】前記電子回路は心臓ペースメーカーである
    ことを特徴とする請求項4に記載の生体用電子機器。
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