JP6714076B2 - 電力のワイヤレス伝送のための積み重ね可能なコネクタ及びデバイス - Google Patents

Description

本発明は、システム、特に患者監視システムの個別のデバイス間の電力のワイヤレス伝送のための積み重ね可能なコネクタであって、前記個別のデバイスがそのようなコネクタを備える、積み重ね可能なコネクタに関する。さらに、本発明は、自らと別のデバイスとの間の電力のワイヤレス伝送のためのデバイスに関する。

一般に、デバイスのワイヤレス充電又は電力供給は、ユーザにとって便利な確立された技術である。ワイヤレス電力供給は、ガルバニック接触が使用されるときに腐食又は湿気が機能性又は安全性を危うくする厳しい環境においても使用することができる。ワイヤレス電力供給には、Ｑｉ、ＰＭＡ、Ｒｅｚｅｎｓｅ、及びＷｉ電力などのいくつかの規格が存在し、市場は急速に成長している。これらの技術は、多くの場合、バッテリ駆動のデバイス（例えば、携帯電話、タブレットコンピュータなど）の充電に使用される。複数のデバイスの充電が可能である。例えば、Ｑｉ規格では、多数の小コイルを用いた電源プレートが利用可能であるが、デバイスは、互いに隣接して（水平面に）正確に位置付けられる必要がある。

高性能の患者監視は、救命救急の場（ＩＣＵ、ＯＲ）でのその従来の用途から、一般病棟、在宅医療、連携した初期診療などより緊急性の低い環境へと拡大している。既存の高性能製品の成功は、測定の質、製品のモジュール性、システム全体の接続性、ユーザインターフェース、及び全製品ラインにわたるその一貫性（過去との互換性）によるものである。同時に、低費用が最大の関心事である発展途上国及び緊急性のより低い環境に対応するために、バリューセグメント市場が急速に拡大している。これらの市場では、モジュール性、接続性、及び（時には）測定品質については妥協する場合がある。

また、ライフスタイル及びスポーツの場では、生理学的測定がますます多く使用される（心拍数、呼吸数、ＳｐＯ２など）。

これらのような新たなアプリケーション空間では、装着型（コードレス）センサ、小型化、及び低電力が必要不可欠である。これらすべてのセグメントにわたる基本的要件、とりわけ妥協できない電気的な患者安全基準と比較した優れた測定装置品質は、同じである。後者は、ＩＥＣ６０６０１規格において厳しく規制されており、最悪のシナリオ（心臓への直接接続）においては、１０μＡの最大漏れ電流、４ｋＶの地面に対する絶縁、及び測定装置の各々の間の１．５ｋＶ絶縁をリクエストしている。加えて、患者モニタは、除細動器によってもたらされる高い差動電圧、及び医療用ナイフからの高いＲＦ電圧に耐えることができなければならない。

従来の絶縁及び保護の概念は、ＰＣＢとコネクタピンとの間の十分な沿面距離及びクリアランスを維持することを別にして、誘導電力カプラ（変圧器）及びデータ輸送用の光学データカプラに基づく。

米国第６，８１９，０１３Ｂ２号は、患者接続デバイス用の電気的に絶縁された、電力及び信号複合型カプラについて開示している。ドッキングステーション、及びドッキングステーションとドッキングすることができるポータブルデバイスはそれぞれ、電力カプラ及び電気的に絶縁されたデータトランスデューサを含む。それぞれの電力カプラは、中心磁極及び周辺磁極を含む透磁性要素と、中心磁極が突き出る開口部を有するプリント回路基板とを含む。プリント回路基板は、ドッキングステーション内の一次巻線及びポータブルデバイス内の二次巻線を含む、中心磁極の開口部を包囲する巻線を含む。ポータブルデバイスがドッキングステーションとドッキングされるとき、ポータブルデバイス内の透磁性要素及びドッキングステーション内の透磁性要素は、磁気回路を形成するように配置され、ポータブルデバイス内のデータトランスデューサ及びドッキングステーション内のデータトランスデューサは、データを交換するように配置される。

本発明の目的は、２つ以上の（同一又は異なる）デバイスを互いの上に容易に積み重ねることを可能にし、それらの間でワイヤレス電力（及び好ましくはデータ）を伝達することを可能にする、（少なくとも）電力（及び好ましくはデータ）のワイヤレス伝送のための積み重ね可能なコネクタ及びデバイスを提供することである。

本発明の第１の態様において、電力のワイヤレス伝送のための積み重ね可能なコネクタが提供され、この積み重ね可能なコネクタは、
ハウジングと、
誘導結合の使用により対となる他方のコネクタを有するシステムの別のデバイスへ電力を伝送する及び／又は別のデバイスから電力を受信するための、ハウジング内に配置された磁気結合ユニットとを備え、前記磁気結合ユニットが、
磁束濃縮器の少なくとも部分が、Ｕ字状の脚部の間に凹所を形成するＵ字状の断面を有する、磁束濃縮器と、
磁束濃縮器の凹所内に配置された第１のコイルと、
第１のコイルが配置される凹所の外側に配置された第２のコイルと、を備え、
ハウジングが、コネクタを互いに積み重ねることを可能にするように配置され、その結果、コネクタの第１のコイル及びコネクタ上に積み重ねられた（別のモジュールの）別のコネクタの第２のコイルが、それらの間の誘導電力伝送のための変圧器を一緒に形成し、並びに／又はコネクタの第２のコイル及びコネクタ上に積み重ねられた（別のモジュールの）別のコネクタの第１のコイルが、それらの間の誘導電力伝送のための変圧器を一緒に形成する。

本発明のさらなる態様において、当該デバイスと別のデバイスとの間の電力のワイヤレス伝送のための当該デバイスが提供され、当該デバイスは、
電力を供給及び／又は消費するための電力ユニットと、
電力ユニットによって供給された電力を別のデバイスへ伝送するため、及び／又は別のデバイスによって供給された電力を受信するための、本明細書に記載のコネクタとを備える。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項において規定される。特許請求されるデバイスは、特許請求されるコネクタ及び従属請求項において規定されるものと同様及び／又は同一の好ましい実施形態を有するということを理解されたい。

本発明は、複数のデバイスが互いに積み重なることができるように、ワイヤレス電力供給型デバイス（時にモジュールとも呼ばれる）のためのモジュール方式を提供するという考えに基づく。磁束濃縮器、例えば変圧器で使用されるようなコア、コイル、及び特にコネクタのハウジングは、コネクタのうちの２つ以上（２つの個別の（同一又は異なる）モジュールで提供される）が容易に積み重ねられて、積み重ねられたコネクタ間のコードレス電力伝達（及び、任意選択的に、ワイヤレスデータ伝達も）を高効率で実施するための所望のワイヤレス結合を可能にするように構成される。

積み重ねられたとき、第１のコイル及び第２のコイル（即ち、第１のモジュールの第１のコネクタの第１のコイル、及び別のモジュールの別のコネクタの第２のコイル）はどちらも、それぞれのコネクタの磁束濃縮器の磁気材料に囲まれ、即ち、異なるコネクタの２つの磁束濃縮器のこれらの部分は、閉磁気ループを形成する（例えば、スプリット変圧器に匹敵する）。これにより、２つのコイルを密接に磁気結合させる。一実施形態によると、積み重ねられたコネクタの凹所内に適合するハウジング内に隆起が形成され、これが、コネクタを容易に積み重ね可能にする。

概して、コネクタの磁束濃縮器及びコイルについて可能な２つの配置が存在する。一方の配置において、コイルは、互いに垂直方向に配置され、他方の配置において、コイルは、互いに対して横方向に配置される。提案された積み重ね可能なコネクタのこれら２つの配置の根底にある共通の手法によって達成される主な利点は、柔軟性、及びガルバニック接触がないことであり、これにより、十分な信頼性を提供し、容易な清掃、並びにそのようなコネクタを有するデバイス間の電気的絶縁を可能にする。

より詳細には、以下の問題又は欠点が、本発明によって克服される。例えば、測定モジュール、バッテリモジュール、中央処理ユニット、ケーブルユニットなどの様々なワイヤレス電力供給デバイスの垂直の積み重ねが、高効率の磁気結合を維持しながら可能であり、それは現況のワイヤレス電力供給技術では不可能である。測定装置、ＲＦチャネル、及び磁気電力供給回路の間のクロストークは最小限にされる。これは、低漂遊磁場、低ＲＦ放射、並びに接続モードにおけるＥＭＩ及びＥＭＣ互換性によって達成される。任意選択のＲＦアンテナは、好ましくは、近距離モードにおいて効果的な範囲を保証するのに十分な大きさである。磁気電力結合のために、十分に大きいコイル面積が使用されて、効率的な電力伝達を可能にする。ケーブルの固定された配向は、概して不便であり、そのため、提案されたコネクタは好ましくは、特に、例えば、患者の身体に配置されたセンサが接続される測定モジュールなど、装着型デバイスにおいて使用される場合は、回転対称に構成される。

ハウジングは、円形対称の皿サイズのプラスチック製密閉ボックスとして構成される。これによって、円形対称の幾何学的形状は、多角形（三角形、正方形など）及び究極的には円形形状の皿を含む。磁束濃縮器は、高透磁率材料製の逆Ｕ字状の磁束濃縮器である。好ましくは、磁束濃縮器が、ＲＦに対して低透過性を有するか、壁が、ＲＦ磁場を遮蔽及び誘導するための導電材料で被覆される。電力制御手段は、コイルとエネルギーを交換するために提供される。ＲＦアンテナ及び無線手段は、コードレスデータ伝送を可能にするために提供される。

以下の利点が、本発明によって達成される。
効率的な磁気結合、及び任意選択的に、複数のデバイス間の効率的な電力伝達。
低漂遊磁束、並びに電力及び測定装置及びＲＦ間の低クロストーク。
ハウジングのデザイン（例えば、隆起及び起伏構造を含む）に起因する容易な機械的固定及びプルリリーフ。
容易なケーブル処理を確実にするために好まれる回転対称接続技術。
ケーブルの散乱を回避する、デイジーチェーン及び星状構成。

多くのバリエーションが可能である。１つのバリエーションにおいて、磁気電力伝送及びＲＦ伝送のための手段は、個別の場所に配置される。例えば、ＲＦ伝送のための手段が中央に配置され、電力伝送のための手段が外径に配置されるか、又は２つの円形接続がスマートカード様の形状因子上に提供される。ボード接触面積は、例えば、（例えば患者モニタの）中央処理ユニットのメインボードの総ボード面積のほんの一部であり得る。測定ユニット又はバッテリは、非占有ＰＣＢボード空間に位置する。

既に述べたように、好ましい実施形態によると、前記磁気結合ユニットは、対称、特に回転対称に配置される。これが、積み重ねをより容易にし、２つのデバイスを結合するための正確な回転位置付けの必要性を回避する。好ましくは、ハウジング全部、又は少なくとも結合ユニットの周りの部分も同様に回転対称に配置される。

別の実施形態によると、前記磁束濃縮器は、Ｕ字状の脚部の間に、第１のコイルが配置される１つの凹所を形成するＵ字状の断面を有する。好ましくは、前記第２のコイルは、前記第１のコイルの反対側に、例えば、ハウジングの第１の表面上に形成されたハウジング突出部（隆起部とも呼ばれる）内に配置され、前記ハウジング突出部は、第１の表面の反対側のハウジングの第２の表面内に形成された、ハウジング溝、好ましくは第１のコイルが配置される凹所内に前記ハウジング突出部が挿入されることを可能にする幅を有する。これが、容易で機械的に安定しかつ空間節約の積み重ねを可能にする。

さらに、一実施形態において、前記磁束濃縮器は、Ｈ字状の脚部の第１の端の間に、第１のコイルが配置される第１の凹所と、Ｈ字状の脚部の他方の端の間に、第２のコイルが配置される第２の凹所とを形成するＨ字状の断面を有する。これは、さらなる実施形態において提供されるように、前記ハウジングが、第１の主表面、及び第１の主表面の反対側に第１の主表面と平行して配置された第２の主表面を有するプレートの形態で配置されること、並びに第１のコイルが第１の主表面に隣接して配置され、第２のコイルが第２の主表面に隣接して配置されることを可能にする。故に、ハウジングは、平坦表面を有するように構成される。

Ｈ字状の磁束濃縮器の２つの脚部は、互いと隣接して配置されるか、又は一体形成される。さらに、Ｈの脚部間の横方向の接合部は、２つの接合要素に分割されていて、これら前記接合要素の間でＨ字状の脚部に垂直に、遮蔽体が配置されている。したがって、２つのコイル及び結合状態にあるＨ字状の磁束濃縮器の異なる部分を通る磁束は、互いから安全に分離される。

好ましい実施形態において、結合ユニットは、２つの磁束濃縮器を備え、各磁束濃縮器が、Ｕ字状の脚部間に凹所を形成する少なくとも部分的にＵ字状の断面を有し、第１のコイルが第１の磁束濃縮器の凹所内に配置され、第２のコイルが第２の磁束濃縮器の凹所内に配置される。磁束濃縮器及び第２の磁束濃縮器が、互いに反対の領域に、ハウジングの同じ表面に隣接して配置されるように、磁束濃縮器は好ましくは、互いに対して横方向に変位して配置される。

別の実施形態において、積み重ね可能なコネクタは、特にＲＦ伝送、光学伝送、容量結合、又は近接場通信の使用により、対となる他方のコネクタを有するシステムの別のデバイスへデータを伝送する及び／又は別のデバイスからデータを受信するために配置されたデータ伝送ユニットをさらに備える。前記データ伝送ユニットは、ＲＦアンテナと、ＲＦアンテナを駆動する及び／又はＲＦアンテナによって受信されたＲＦ信号を取得するためのＲＦ回路とを備える。

一実施形態において、前記ＲＦアンテナは、ストライプ状の、リング状の、板状逆Ｆ字状の、又は板状折返し状のダイポールの形態、特に互いに接続された２つの開放リングの形態にある板状折返し状のダイポールの形態で形作られる。

ＲＦアンテナは、磁束濃縮器ごとに提供され、前記ＲＦアンテナは、それぞれの磁束濃縮器の外部前面の周り、又はそれぞれの磁束濃縮器の内部前面の内側に配置される。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以後説明される実施形態より明らかになり、それを参照して解明されるものとする。

複数のデバイスを含む既知のシステムの模式図である。 本発明に従う複数のデバイスを含むシステムの第１の実施形態の模式図である。 本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの第１の実施形態を模式的に示す図である。 本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの第２の実施形態を模式的に示す図である。 本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの第３の実施形態を模式的に示す図である。 本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの第４の実施形態を模式的に示す図である。 本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの第５の実施形態を模式的に示す図である。 本発明に従うシステムの第２の実施形態の模式図である。 本発明に従うシステムの第３の実施形態の模式図である。 本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの第６の実施形態の模式的な断面図である。 本発明に従う、システム内での使用のためのコネクタの第６の実施形態の模式的な上面図である。 対となる他方のコネクタに結合された、接続状態にある、本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの第６の実施形態を模式的に示す図である。 本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの第７の実施形態を模式的に示す図である。 本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの第８の実施形態の模式的な断面図である。 本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの第８の実施形態の模式的な上面図である。 本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの第９の実施形態の模式的な断面図である。 本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの第９の実施形態の模式的な上面図である。 本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの第１０の実施形態の模式的な断面図である。 本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの第１０の実施形態の模式的な上面図である。 本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの第１１の実施形態を模式的に示す図である。 モード間の自動切替を用いてコネクタのレイアウトを模式的に示す図である。 本発明に従うシステム内での使用のための積み重ね可能なコネクタの第１の実施形態の模式的な断面図である。 本発明に従うシステム内での使用のための積み重ね可能なコネクタの第１の実施形態の模式的な上面図である。 本発明に従うシステム内での使用のための積み重ね可能なコネクタの第１の実施形態の模式的な第１の斜視図である。 本発明に従うシステム内での使用のための積み重ね可能なコネクタの第１の実施形態の模式的な第２の斜視図である。 第１の実施形態に従う２つのコネクタのスタックの模式的な断面図である。 第１の実施形態に従う２つのコネクタのスタックの模式的な第１の斜視図である。 第１の実施形態に従う２つのコネクタのスタックの模式的な第２の斜視図である。 第１の実施形態に従う３つのコネクタのスタックを模式的に示す図である。 各デバイスが本発明に従うコネクタのうちの１つ又は複数を含む、デイジーチェーンの形態にあるいくつかのデバイスの配置を模式的に示す図である。 各デバイスが本発明に従うコネクタのうちの１つ又は複数を含む、デイジーチェーンの形態にあるいくつかのデバイスの配置を模式的に示す図である。 各デバイスが本発明に従うコネクタのうちの１つ又は複数を含む、デイジーチェーンの形態にあるいくつかのデバイスの配置を模式的に示す図である。 本発明に従うシステム内での使用のための積み重ね可能なコネクタの第２の実施形態の模式的な断面図である。 本発明に従うシステム内での使用のための積み重ね可能なコネクタの第２の実施形態の模式的な上面図である。 本発明に従うシステム内での使用のための積み重ね可能なコネクタの第３の実施形態の模式的な断面図である。 本発明に従うシステム内での使用のための積み重ね可能なコネクタの第３の実施形態の模式的な上面図である。 本発明に従うシステム内での使用のための積み重ね可能なコネクタの第４の実施形態の模式的な断面図である。 本発明に従うシステム内での使用のための積み重ね可能なコネクタの第４の実施形態の模式的な上面図である。 本発明に従うシステム内での使用のための積み重ね可能なコネクタの第４の実施形態の模式的な簡略化した断面図である。 本発明に従うシステム内での使用のための積み重ね可能なコネクタの第５の実施形態を模式的に示す図である。 本発明に従うシステム内での使用のための積み重ね可能なコネクタの第６の実施形態の模式的な断面図である。 本発明に従うシステム内での使用のための積み重ね可能なコネクタの第６の実施形態の模式的な上面図である。 横方向の幾何学的形状を有する、本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの実施形態の模式的な断面図である。 横方向の幾何学的形状を有する、本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタの実施形態の模式的な上面図である。 図２６Ａ及び図２６Ｂに示されるようなコネクタを使用したデイジーチェーンの模式的な断面図である。 図２６Ａ及び図２６Ｂに示されるようなコネクタを使用したデイジーチェーンの模式的な上面図である。 図２６Ａ及び図２６Ｂに示されるようなコネクタを使用した装着型センサ配置の模式的な断面図である。 図２６Ａ及び図２６Ｂに示されるようなコネクタを使用した装着型センサ配置の模式的な上面図である。 図２６Ａ及び図２６Ｂに示されるようなコネクタを使用した、患者モニタへのモジュール及びユニットの結合を模式的に示す図である。 バッテリモジュールを備える本発明に従うシステムの第４の実施形態の模式図である。 本発明に従うケーブルユニットの一般的なレイアウトを示す図である。 緊急性の高い環境におけるケーブルユニットの使用を例示する図である。 緊急性の低い環境におけるケーブルユニットの使用を例示する図である。 記憶モジュールを備える本発明に従うシステムの第５の実施形態の模式図である。 本発明に従うバッテリモジュールの一実施形態の模式図である。 本発明に従うケーブルユニットの一実施形態の模式図である。 ペアリング手法を適用する本発明に従うデバイスの別の実施形態の模式図である。

図１は、複数のデバイス２、３、４、５を含む既知のシステム１の模式図を示し、これら複数のデバイスは、電力及びデータをこれらのデバイス間で伝送するように構成される。慣例的には、モジュール方式が使用され、これに従って、測定モジュール３、４（一種類のデバイスを表す）は、高価な金めっきのメインボードコネクタ８を介して（即ち、ガルバニック接続を介して）中央処理ユニット２（別の種類のデバイスを表す）、例えば、患者モニタのメインボード上の中央プロセッサに接続される。さらに、メインボード上の絶縁された測定モジュール５（別の種類のデバイスを表す）が、メインの処理ユニット２に同じように接続される。

いくつかの測定装置は、メインボード自体に直接実装される。測定装置は、例えば、データ伝送のためのオプトカプラ６及び電力伝送のための変圧器７を使用して、互いから絶縁される。すべての金属部品は、同じ（保護された）アース接続を共有し、測定装置自体はアースから絶縁される。各測定モジュール３、４、５は、一般的にはケーブルを介して、患者の身体に置かれる、１つ又は複数のセンサ（図示されない）、例えば、パルスオキシメトリセンサ、加速度計、ＥＣＧ電極に接続される。

そのようなシステムにおいて、電気的絶縁は、測定コストの大部分（少なくとも３０％）に関与する。さらに、メインボードコネクタは、高価で機械的に複雑であり、清掃が困難である。コストを下げることは、バリューセグメント及び緊急性の低い環境における強い要望である。モジュール性は、ハイエンド市場における強い要望であり、低緊急性及びバリューセグメント市場においてはいくらか下がる。装着型（コードレス）センサ及び低電力が、緊急性の低い医療環境においては重要である。さらに、測定概念を一企業の商品範囲にわたって揃えることが、コストを下げ、すべての市場セグメントに対して同じ品質を維持する。

したがって、すべての患者監視環境に、より一般的には、電力及び／又はデータが上記制約の一部又はすべての下で伝送される必要がある複数のデバイス（異なる及び／又は同一のデバイス）を備えるすべてのシステムに広く適用可能である、低コスト低電力で柔軟性のあるモジュール式の構造が強く必要とされている。

図２は、本発明に従う複数のデバイス２０、３０、４０、５０を含むシステム１０の第１の実施形態の模式図を示す。本実施形態によると、デバイス３０、４０、５０（例えば、測定モジュール３０、４０、５０を表す）はそれぞれ、ワイヤレス方式で、中央処理ユニット２０、例えば、患者モニタに接続される。測定モジュール、例えば患者監視システム内の測定モジュールは、個々の磁気結合型電力伝達及び近接場非接触型データ伝達によって（それにより、磁気結合型電力伝達又は近接場非接触型データ伝達のいずれかのための手段のみを提供するデバイスも存在する）中央処理ユニット２０に接続される。この柔軟な構造は、生理学的測定装置の以下のアプリケーション、メインボード上（即ち、中央処理ユニット１０内）に位置する測定モジュール、モジュラ「プラグイン」測定モジュール、中央処理ユニット１０に接続されたモバイル測定サーバ内に位置する測定モジュール、及びコードレス測定モジュールに適合する。一般に、そのような測定モジュールは、互いからガルバニック絶縁される。測定モジュールはまた、１つの単一機械的エンクロージャ内で組み合わされ、測定モジュールは、それら独自のコイルによって完全にガルバニック絶縁される。

磁気電力結合は、例えば、（メインボード）ＰＣＢのトラック内で統合されるか、又は２つのデバイスを接続するためのコネクタの２つの異なる部分の各々において磁気コイルとして実装される。

２つのデバイス間の非接触型データ伝達は、好ましくは、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）４．０（低エネルギー）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、容量性（例えば、磁気結合の寄生容量を介して）、又は光学などの、近接場通信手段を介して達成され、ここでは無線伝達が好ましい選択肢である。好ましくは、（例えば、標準化された）無線プロトコルは、記載した４つすべての用途、例えば、商用オフザシェルフ（ＣＯＴＳ）コンポーネント内で既に統合されているＢＬＥに準拠するために使用される。基本的に、放射線場が特定の容積に限られる場合（例えば、モニタのハウジングの内側）、任意の規定外の無線プロトコルを使用することができる。

一般に、データ及び電力をコードレス様式で伝送することができる各デバイスは、ハウジングと、誘導結合の使用により対となる他方のコネクタを有するシステムの別のデバイスへ電力を伝送するため及び／又は別のデバイスから電力を受信するためにハウジング内に配置された磁気結合ユニットと、特にＲＦ伝送、光学伝送、容量結合、又は近接場通信の使用により対となる他方のコネクタを有するシステムの別のデバイスへデータを伝送するため及び／又は別のデバイスからデータを受信するために配置されたデータ伝送ユニットとを備える。

測定モジュール３０、４０はそれぞれ、ハウジング３１、４１と、磁気結合ユニット３２、４２と、データ伝送ユニット３３、４３とを備える。さらに、それらの各々が、センサ若しくは電極からのデータ信号を受信するため、及び／又は制御信号をセンサ若しくは電極に伝送するために、それぞれの測定モジュール３０、４０をセンサ又は電極（図示されない）に（一般的にはガルバニック様式で）接続するための患者側接続ユニット（ＰＳＣ）３４、４４を備える。任意選択的に、アナログ処理及び／又はデジタル処理のためのさらなる手段が提供され、測定モジュールは、有線シナリオとワイヤレスシナリオとの間の遷移時間並びにバッテリ交換中に橋渡しをするために小型エネルギー緩衝器（例えば、バッテリ又はスーパーキャパシタ）を含むことができる。

絶縁された測定モジュール５０、即ち、患者監視デバイスのメインボード上に統合された測定モジュールは、ハウジング５１と、磁気結合ユニット５２と、データ伝送ユニット５３とを備える。さらに、絶縁された測定モジュール５０は、患者側接続ユニット（ＰＳＣ）５４も備える。

中央処理ユニット２０は、ハウジング２１と、いくつかの磁気結合ユニット２２、２２ａ、２２ｃと、単一のデータ伝送ユニット内に組み合わされる場合もあるいくつかのデータ伝送ユニット２３、２３ａ、２３ｂとを備え、ここでは磁気結合ユニット及びデータ結合ユニットが、１つの（外部）デバイスを中央処理ユニット２０に接続するための接続モジュールを形成する。さらに、中央処理ユニット２０は、中央処理ユニット２０を外部電力供給装置６０に接続するための、絶縁バリアを備える供給端子２４を備える。さらには、中央処理ユニット２０は、一般に、電力及び電圧発生、測定装置からのデータの制御、入力／出力、表示、及び中央処理、並びに警報発生に必要とされるすべてのハードウェアを含む。

データ及び電力をシステム１０の２つのデバイス間で伝送する能力は、ブロック６１、６２、６３によって示される。システム１０はまた、データ及び電力を伝送しかつ受信するために構成されるのではなく、データ及び／若しくは電力を伝送するためだけに構成されるか、又はデータ及び／若しくは電力を受信するためだけに構成されるデバイスを含む場合があることに留意されたい。

個別のデバイス間のデータ及び／又は電力のワイヤレス伝送のための、個別のデバイスが備えるコネクタ１００、１１０の第１の実施形態は、図３の上面図に模式的に示される。これらのコネクタ１００（例えば、中央処理ユニットのコネクタ）及び１１０（例えば、測定モジュールのコネクタ）は、低コストソリューションを表し、オンボードで実装することができる。ＰＣＢ１０２、１１２のトラックは、水平及び／又は垂直方向に分離された変圧器巻線（即ち、コイル）１０１（例えば、一次コイルを表す）、１１１（例えば、二次コイルを表す）として使用される。磁気結合は、磁束濃縮器１０３、例えば、２つの脚部（それぞれがコイル１０１、１１１のうちの１つを担持する）及び２つの脚部を接続してリングを形成する（必ずしも円形である必要はなく、矩形、楕円形などの他の形状を有してもよい）２つのヨークを有する強磁性コアを追加することによって高められる。ＲＦアンテナ１０４、１１４もまた、ＰＣＢ１０２、１１２上で統合される。コネクタ１００と１１０との間の間隙１０５が、絶縁バリアを提供する。メインボードプロセッサ１０６は、中央処理ユニット内に提供され、測定ユニット１１６は、測定モジュール上に提供される。

図４は、中央処理ユニットのメインボード上に絶縁された測定装置を提供する、本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタ１２０、１３０の第２の実施形態の断面図を模式的に示す。コイル１０１、１１１は、それぞれのＰＣＢ１０２、１１２の異なる表面上に位置し、磁束濃縮器１０３により磁気結合される。

当然ながら、この手法には多くのバリエーションが実現可能である。図５は、本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタ１４０、１５０の第３の実施形態の断面図を模式的に示す。この実施形態では、第３の中間層１０７が提供され、それは、ＰＣＢ１０２内に、垂直方向に、コイル１０１とコイル１１１との間の高さレベルに配置される。第３の中間層１０７は、コイル１０１と１１１との間の漂遊容量結合を低減するために地面に接続される。本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタ１６０、１７０の第４の実施形態を描写する図６に示されるように、別の下地層１０８などのさらなる層が、ＥＭＣの理由から追加される。

図７は、本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタ１８０、１９０の第５の実施形態の断面図を模式的に示す。この実施形態では、測定装置ＰＣＢ１１２は、絶縁ホイル１０９を間に挟んでメインボードＰＣＢ１０２の上に位置し、磁束濃縮器１０３により磁気結合している。

上に説明される実施形態のうちの１つのさらに別のバリエーションにおいて、二次コイルは、測定装置の電気回路を備える、ダイ上又はＡＳＩＣのパッケージ内に統合される。

好ましくは、中央処理ユニット上のメインマイクロプロセッサが、変圧器の一時コイルを制御又は駆動する。二次コイルのＡＣ電圧は、測定モジュールに供給するために整流化及び安定化される。この手法は、ワイヤレス充電のＱｉ規格（又は他の規格）を利用し、コンポーネントの配置及び構築は、これらの規格のうちの１つ又は複数の要件（例えば、コイルは表面に近くなければならない）を満たすように概して行うことができる。

データ通信のため、中央処理ユニットは、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、又は任意の他の好適な方式により絶縁された測定装置と通信する近接場無線スタックを備える。すべての規格外プロトコルは、放射が限られたハウジングに制限される場合は許容される。

ＲＦ伝送は、個別のアンテナにより、容量結合パッドにより、又は変圧器コイルの寄生容量により達成される。前記寄生容量は、ＩＥＣ６０６０１−２−４９規格の絶縁要件に準拠するには非常に小さく維持されなければならないが、この制約は、例えば、２．４ＧＨｚ以上のＵＨＦ無線帯域内での伝送で達成可能である。

図８は、本発明に従う複数のデバイス２０、３０、４０を含むシステム１１の第２の実施形態の模式図を示す。この実施形態では、１つ又は複数の測定モジュール３０、４０は、例えば、測定装置ラック２０’に適合され、二次コイル１１１に極めて近接して中央処理ユニット２０の一次コイル１０１及びモジュール３０、４０のＲＦアンテナ１１４を備える磁気コネクタ２５、３５（モジュール３０用）及び２６、４６（モジュール４０用）によって中央処理ユニット２０に結合される。データ伝送のため、ＲＦアンテナ１０４が、中央処理ユニット２０内に提供され、対応するＲＦアンテナ１１４が、測定モジュール３０、５０内に提供される（例えば、ＢＴ、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）など、近距離を橋渡しするための近接場モードで使用されるアンテナ）。

ピンがないため、清掃が簡単である。したがって、これらのコネクタ２５、３５、２６、４６は、従来使用されるような、及び図１に示されるような高価で清掃が煩雑なガルバニックコネクタに取って代わる。さらに、ＰＳＣユニット３４、４４が、それぞれのセンサ、例えば、温度センサ又はＳｐＯ２センサへの接続のために提供される。

本システムは、例えば、１つ又は複数のディスプレイ、ボタン、スイッチなどを備える、中央処理ユニット２０に連結されたユーザインターフェース７０をさらに備える。さらに、主電力変圧器７１が、主電力供給装置６０への接続のために提供される。

測定装置は、患者の近くにある測定サーバとも呼ばれる着脱式小型ボックス（図示されない）内に位置し、この着脱式小型ボックスは、ハイブリッドモード（即ち、有線方式又はワイヤレス方式）で動作され得るように、本明細書に開示されるようなコネクタを備えるケーブルによって、又はワイヤレスリンクによって患者モニタに接続される。そのような測定サーバ内では、すべての測定装置のバッテリは、通常使用中に充電されることになる。患者を移動させる必要があるときはいつも、患者モニタへのリンクがある程度の時間にわたって失われる可能性があるが、それにもかかわらず、個々の測定装置は、すべてのバイタルサインを測定、記録、及び処理し続ける。したがって、患者の健康状態に関する重要なデータが失われることはない。ここでも、患者モニタの近くでは、データは、中央サーバと再び同期される可能性がある。

本発明に従うシステム１２の別の実施形態を示す図９に示されるように、追加の再充電可能バッテリ３７、４７を測定モジュール３０、４０に入れることによって、前記測定モジュールの自律動作が可能である。測定装置ラックに再度適合されると、バッテリは磁気結合により充電される。バッテリ管理は、測定モジュール側であり、（任意選択であって、好ましいわけではないが）ワイヤレス充電のＱｉ規格に従って行われる。

データ伝達は、好ましくは、既存の接続性規格に準拠する。例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） ＬＥ４．０無線を使用するとき、患者モニタは、個人医療の質を改善するために連携して集まった医療及び技術企業の非営利のオープンな産業組織であるコンティニュアヘルスアライアンスに直接適用可能になる。コンティニュアヘルスアライアンスは、相互運用可能な個人の接続されたヘルスソリューションを家庭にまで広げることが自立を促し、個々に力を与え、真にパーソナライズされた健康及びウェルネス管理の機会を提供するという知識を持ってして、そのようなソリューションのシステムを確立することに力を尽くしている。これらの取り組みは、本発明によって支持される。

図１０〜図１５は、本発明に従うコネクタのさらなる実施形態を示す。

図１０は、未接続状態にある、本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタ２００の第６の実施形態の断面図（図１０Ａ）及び上面図（図１０Ｂ）を模式的に示す。コネクタ２００はＰＣＢ２０２を備え、ＰＣＢ２０２は、トラック２９０内に統合されたデータ伝送ユニットの部分として１／４波長板状逆Ｆアンテナ（ＰＩＦＡ）２０４を備える。ＲＦアンテナ２０４は、ＲＦ信号線２０５及び地板２０６によって形成される。目的の周波数に対して高透磁率を有する材料で作製されたＣ状（Ｕ状とも呼ばれる）の磁束濃縮器２０３の周りに巻かれたコイル２０１ａ、２０１ｂによって、磁場が発生する。追加の導電性シート材料が、渦電流による電極内の残りの漂遊磁場を短絡させるために（カバーとして）追加される。コア２０３の追加の被覆は、近距離無線場２０９であるＲＦ信号を遮蔽するのに役立つ。他のコネクタが取り付けられていない（即ち、未接続状態にある）場合、ＲＦアンテナ２０４は、遠方場モードで動作し、ここではその指向性は、図１０Ａに示されるような外界に向けられる。

電力ユニット２０７は、コイル２０１への電力供給及び／又はコイル２０１からの電力受信のためにコイル２０１に結合される。ＲＦユニット２０８は、ＲＦアンテナ２０４へのデータ供給及び／又はＲＦアンテナ２０４からのデータ受信のためにＲＦアンテナ２０４に結合される。

接続状態においては、対となる他方のコネクタ２１０に結合されたコネクタ２００を示す図１０Ｃにおいて例示されるように、Ｃ状の磁束濃縮器２０３、２１３及びアンテナ２０４、２１４の両方の磁極がほぼ完全に整列され、その結果、ＲＦ場及び磁場は、最適に結合され、外界から遮蔽される。

接続は、２つの効果を誘導する。

ｉ）まず、磁気結合が、例えば、ｋ＝０．５からｋ＞０．９５へと、劇的に増加し、それは直接的に（例えば、誘導電圧により）又は間接的に（例えば、近接性検出を使用して）検出される。ポーリング機構により、この効果は、変化したコイルインピーダンス、共鳴周波数、又は誘導電圧を通して磁気電力供給電子装置（例えば、Ｑｉ、ＰｏｗｅｒＭａｔ、又はカスタム製品）によって認識される。未接続状態では、磁気電力供給は無効にされ、したがって無線チャネル又は測定装置内に干渉は誘導されない。接続状態では、磁束は磁束濃縮器２０３、２１３内へと非常にうまく限定され、そのことがまた干渉を防ぐ。断線は、逆の効果をポーリングすることによって（コイルを単にオフにして、結果として生じる効果を観察することによって）検出される。

ｉｉ）次に、２つのアンテナ２０４、２１４間の超近距離に起因して、受信したＲＦ信号の振幅及びＳＮＲが著しく増加する。無線送信機はここで、一定のデータ通信を維持しながら無線送信機の出力電力を下げることによって、無事に近接場モードに切り替わることができる。結果として、近隣における放射ＲＦ電力が著しく減少され、それが電波スペクトルを解放するのに役立つ。さらには、効率的なＲＦ結合に起因して、無線の電力消費が低減される。

距離が波長の一部である近接場モードでのＲＦ結合は、容量結合に起因して、遠方場ＥＭ波より多いことに留意されたい。両方の効果は、ポーリング機構により定期的に検証されるか、追加の近接性検出（光学、磁気）によって、又は簡単な機械的スイッチ若しくはリードスイッチによってトリガされる。

漂遊磁束を回避するために、コイルは、好ましくは、逆のコアの存在なしでは完全には（継続して）電力供給されない。しかしながら、ポーリング機構は、磁気結合を測定するために１秒おきに短時間（例えば、１０ミリ秒）にわたって電力を発生させる。

磁気結合（例えば、Ｑｉ規格で実施される）又は光学結合によるＲＦ通信及び／又はデータ伝達は、公称電力伝達を開始することを決定する前に、ＩＤ、必要な電力、信号の質、充電状況などを更新及び評定するために使用される。

以下では、実際の接続／断線プロセスがどのように患者ネットワーク内の関連付けをトリガするか、及び安全性がどのように実装されるかについてより詳細に説明される。

ガルバニック絶縁は、ＰＣＢ層材料及びＣ字状コアによって保証される。代替的に、ＰＣＢ２０２、２１２の上の追加の絶縁層及びＣ字状コア２０３、２１３の磁極端を追加することができる。ＰＣＢの非占有エリアは、測定電子装置及びＰＳＣに使用される。フェライトコアは、良好な導体であり得るが、高抵抗（複合）フェライトも利用可能である。

例えば、本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタ２２０の第７の実施形態の上面図を描写する図１１に示されるようなリング状アンテナ２２４など、代替のアンテナ構成が可能である。

図１０及び図１１に示される実施形態において、コネクタ２００、２１０、２２０の機械的配列は、アンテナ及びＣ字状コアが整列される２つの回転配向に制限される。これは、装着型測定装置及びデイジーチェーン構成においてケーブルを使用するときには重大な欠点である。この問題は、本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタ２３０の第８の実施形態の断面図（図１２Ａ）及び上面図（図１２Ｂ）を示す図１２に示されるように、回転対称のコネクタ２３０を使用することによって解決される。

Ｅ字状コア２３１（即ち、Ｅを形成する断面を有するコア）の内側脚部２３２は、磁気電力供給のためのコイル巻線２０１を担持する。ＲＦアンテナ２０４は、ＰＣＢ２０１内に内側脚部２３２と外側脚部２３３との間に配置される（図１２Ｂに示されるように実際には単一のリングである）。脚部２３２、２３３は、ヨーク２３６によって接続される。コア２３１の内壁又は外壁はまた、干渉をさらに低減するために導電性材料で被覆される。そのようなコネクタのうちの２つが接続されるとき、２つの半片がポットコアを形成し、ここでは磁場及び無線信号は、非常に良好に結合及び遮蔽される。加えて、測定ユニット２３４及びＰＣＳユニット２３５が提供される。

代替的に、ＲＦアンテナ２０４は、磁気コア２３１の外側、即ち、外側脚部２３３の周りに位置し、それが、ＲＦ及び磁気信号間のさらに小さいクロストーク及び干渉に貢献する。これは、本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタ２４０の第９の実施形態の断面図（図１３Ａ）及び上面図（図１３Ｂ）を示す図１３に例証される。

図１４は、ヨーク２５４によって接続された２つの脚部２５２、２５３によって形成されたＣ字状断面を有するリングを形成する回転対称のＣ字状コア２５１を備える、本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタ２５０の第１０の実施形態の断面図（図１４Ａ）及び上面図（図１４Ｂ）を示す。コイル２０１によって発生する磁束は、矢印２５５によって示される。ＲＦアンテナ２０４は、Ｃ字状コア２５１の内側脚部２５２間に配置される。

図１５は、図１４に示される第１０の実施形態に類似しているが、ＲＦアンテナ２０４がＣ字状コア２５１の外側脚部２５２の周りに配置される、本発明に従うシステム内での使用のためのコネクタ２６０の第１１の実施形態の断面図を示す。

図１０〜図１５に示されるコネクタは、それらが回転対称であること、及び接続状態では、コネクタとその対となる他方のコネクタとの間に非常に小さい間隙が存在するという利点を提供する。

図１６は、個別のデバイス間のデータ及び／又は電力のワイヤレス伝送のための、個別のデバイスが備えるコネクタ２７０（図１０〜図１５に示されるようなコネクタ）のレイアウトを模式的に描写する。コネクタ２７０は、好ましくはＲＦ伝送の使用により対となる他方のコネクタを有するシステムの別のデバイスへデータを伝送する及び／又は別のデバイスからデータを受信するために配置されたデータ伝送ユニット２７１（例えば、ＲＦアンテナ２０４を備える）を備える。コネクタは、誘導結合の使用により対となる他方のコネクタを有するシステムの別のデバイスへ電力を伝送する及び／又は別のデバイスから電力を受信するための（例えば、コイル２０１及びコア２０３を備える）磁気結合ユニット２７２をさらに備える。（例えば、電力ユニット２０７を備える）検出ユニット２７３が、磁気結合ユニット２７２と対となる他方のコネクタの磁気結合ユニットとの間の磁気結合の強度を検出するために提供される。制御ユニット２７４は、検出された磁気結合が第１のしきい値を上回る場合及び／又はその増加が第２のしきい値を上回る場合、データ伝送ユニット２０１を低電力モードに切り替え、及び／又は磁気結合ユニット２７２を有効にする。さらに、制御ユニット２７４は、検出された磁気結合が第３のしきい値を下回る場合及び／又はその減少が第４のしきい値を上回る場合、データ伝送ユニット２７１を高電力モードに切り替え、及び／又は磁気結合ユニット２７２を無効にする。しきい値は、予め定められ、例えば、シミュレーションから、又は測定から算出される。この実施形態は、電力消費、クロストーク、及びＲＦ帯域幅の使用を特に最小限にする、コネクタの適切なモードの自動設定を可能にする。

図１６に開示される検出ユニット２７３及び制御ユニット２７４は、概して、本明細書に開示される他のすべてのコネクタにおいて使用されることに留意されたい。

図１７〜図２８は、本発明に従う積み重ね可能なコネクタの複数の実施形態を、そのような積み重ね可能なコネクタの詳細を説明するために示す。

図１７は、本発明に従うシステム内での使用のための単一の積み重ね可能なコネクタ３００の第１の実施形態を模式的に示すものであり、図１７Ａは断面図を示し、図１７Ｂは上面図を示し、図１７Ｃは第１の斜視図を示し、図１７Ｄは第２の斜視図を示す。図１８は、互いの上に積み重ねられる図１７に示されるような種類の２つの積み重ね可能なコネクタ３００、３００ａを模式的に示すものであり、図１８Ａは断面図を示し、図１８Ｂは第１の斜視図を示し、図１８Ｃは第２の斜視図を示す。コネクタ３００は、ハウジング３０１と、誘導結合の使用により対となる他方のコネクタを有するシステムの別のデバイスへ電力を伝送する及び／又は別のデバイスから電力を受信するための、ハウジング３０１内に配置された磁気結合ユニット３０２とを備える。前記磁気結合ユニット３０２は、磁束濃縮器３０３（好ましくは、回転対称、例えば、リング状であり、高透過性材料製である）を含み、磁束濃縮器３０３の少なくとも部分が、Ｕ字状の脚部の間に凹所３０４を形成するＵ字状（又はＣ字状）の断面を有する。第１のコイル３０５は、磁束濃縮器３０３の凹所３０４内に配置される。第２のコイル３０６は、第１のコイル３０５の反対側、及び第１のコイル３０５が配置される凹所３０４の外側に配置される。磁束濃縮器３０３は、リング状形態、円形対称形態、正方形、三角形、長方形などの形態など、可能性のある異なる形態のうちの１つである。

さらに、磁束濃縮器の内側に配置されたリング状のＲＦアンテナ３０７（データ伝送ユニットの部分として）、（無線電子機器を備える）ＲＦユニット３０８、電力ユニット３０９（磁気電力電子機器など）、及び測定ユニット３１０が、ＰＣＢ３１２内又はＰＣＢ３１２上に提供される。第２のコネクタ３００ａ内には、測定ユニット３１０の代わりにバッテリ３１１が提供される。さらに、ＰＳＣユニット３１３は、図１８Ｃに示されるように、センサとの結合のためにコネクタ内に提供される。ハウジングの外側表面は、好ましくは、ガルバニック絶縁、耐水密閉、及び機械的安定性のために絶縁材料（例えば、プラスチック材料）により完全に覆われる。

ハウジング３０１は、例えば、図１８に示されるように、そのようなコネクタ３００、３００ａのうちの２つ以上が互いの上に積み重なることを可能にするように配置され、その結果、コネクタ３００の第２のコイル３０６、及びコネクタ３００の上に積み重ねられた第２のコネクタ３００ａの第１のコイル３０５ａ（又は、コネクタ３００、３００ａが互いの上に積み重ねられる順番によっては逆）が、それらの間の誘導電力伝送のための第１の変圧器を一緒に形成する。

コネクタの上表面に形成された円形隆起３１４、３１４ａは、次のコネクタの底の円形凹所３０４、３０４ａに適合する。コネクタ３００ａの下方コイル３０５ａと一緒になったコネクタ３００の上方コイル３０６は、磁束濃縮器３０３、３０３ａの高透過性磁気材料によって囲まれる。結果として、これで前記コイルは密接に結合され、それが効率的な電力伝達を可能にする。矢印３１５は、前記コイルが示されるように作動されるときの磁束線を示す。この方式では、漂遊磁束が最小限にされ、それが測定装置及び無線信号への／からのクロストークを回避する。必要な場合、任意の残りの磁束コンポーネントを短絡させるために導線性シート材料を追加することができる。

測定ユニット、バッテリ、ケーブルコネクタ（ＰＳＣユニット）を含む、コネクタ３００、３００ａのすべてのコンポーネントは、好ましくは、ハウジングを表す円形状の密閉ボックス３０１、３０１ａ内に適合される。回転対称デザインに起因して、２つのコネクタの径方向への特定の位置付けが、積み重ねのために必要とされることがなく、この方式では、コネクタを互いの上に容易に積み重ねることができる。円形状以外の他の形状、例えば、低減された回転角度を有するもの、正方形状、４方向に延長した形状などが可能である。

好ましくは、逆Ｕ字状コアの磁極端は、（厚い）プラスチックで覆われておらず、それは、これが効率に悪影響を及ぼし、漂遊磁束をもたらすことになるためである。絶縁は、プラスチックの厚さを、例えば、１０分の数ｍｍにまで減少させることによって保証することができる。代替的に、ガルバニック絶縁を保証することができるが、それは、（複合）フェライト材料が高真性抵抗率を有し、内部でコイル及び磁気コアを絶縁することができるためである。

磁気電力の伝達は、好ましくは、図１０〜図１６に関して上に説明されるように、コイルとＲＦとの間の大きな結合が検出された後に開始する。図１８に示される例では、下方コイル３０５ａ及び上方コイル３０６のみが使用され、他のコイルは全く作動されない。

効率的な電力伝達及び高無線ＳＮＲの理由から、結合面積は十分に大きいはずである。したがって、好ましくは、コイル３０５、３０６、３０５ａ、３０５ｂ、及びＲＦアンテナ３０７、３０７ａは、それぞれのコネクタ３００、３００ａの外側の領域に位置する。

１つ又は複数のセンサを、測定ユニット３１０を備えるコネクタ３００に接続するためのＰＳＣユニット３１３は、好ましくは、積み重ねの完全な自由度を有するためにコネクタ３００の側に位置する。しかし、ＰＳＣユニット３１３は、スタックの一番上に測定ユニット３１０を含むコネクタ３００を常に有するように制限されているとき、例えば、コネクタ３００の上方部に位置する場合もある。

図１９は、互いの上に積み重ねられた３つのコネクタ３００、３００ａ、３００ｂを示し、ここではコネクタ３００、３００ｂは同一であり、図１７に示されるように構成され、各々が測定ユニット３１０、３１０ａを備え、一方でコネクタ３００ａは、図１８に示されるように構成され、バッテリ３１１を備える。したがって、測定ユニット３１０、３１０ｂは、コネクタ３００ａの同じバッテリ３１１によって供給される（これによって、バッテリ３１１はまた、異なる位置、例えば、底又は一番上の位置に位置する）。この場合、コネクタ３００ａのコイル３０５ａ、３０６ａの両方が、測定ユニット３１０、３１０ｂにエネルギーを供給するために使用される。このスキームの様々なバリエーションが可能であり、例えば、１つのコイルを介して１つのコネクタから電力を受信し、同時に別のコイルを介して別のコネクタに電力を供給する。

本発明は、例えば、図２に示されるようなシステム内、例えば、患者監視システム内で使用されるあらゆる種類のデバイスを含む積み重ねられたコネクタの事実上のあらゆる組み合わせに適用可能である。故に、１つ又は複数の測定モジュール、バッテリユニット、ケーブルユニット、及び処理ユニットは、電力及び／又はデータのコードレス伝達のために容易に結合される。それは、デバイスを互いにチェーニングすることさえ可能にする。デイジーチェーンは、例えば、デバイス（例えば、測定モジュール）を１つの単一接続又は（本発明に従うコネクタを備える）ケーブルを介して患者モニタ、電力供給デバイス、又はハブに接続することによってケーブルの散乱を回避するための装着型センシングに役立つ。この概念は、デイジーチェーンの形態にあるいくつかのデバイスの配置を示し、各デバイスが本発明に従うコネクタのうちの１つ又は複数を含む図２０に例示される。

図２０Ａは、直列に結合された、及び（例えば、図２に示されるような種類の）中央処理ユニット２０に結合された（例えば、図２に示されるような種類の）３つの測定モジュール３０、４０、８０の直列結合を示す。図２０Ｂは、図１７に示されるような種類の３つのコネクタ３８１、３５２、３６１のスタック３２０の断面図を示し、ここでは、コネクタ３８１は測定モジュール８０の部分であり、コネクタ３５１は第１のケーブルユニット３５０の部分であり、コネクタ３６１は第２のケーブルユニット３６０の部分である。第１のケーブルユニット３５０は、その端の各々において、コネクタ３５１、３５２を備え、測定モジュール８０を同じ種類のコネクタ３４１を有する測定モジュール４０と接続する。第２のケーブルユニット３６０は、その端の各々において、コネクタ３６１、３６２を備え、測定モジュール８０を同じ種類のコネクタ３２１を有する中央処理ユニット２０と接続する。第３のケーブルユニット３７０は、その端の各々において、コネクタ３７１、３７２を備え、測定モジュール４０を同じ種類のコネクタ３３１を有する測定モジュール３０と接続する。

故に、この例では、測定モジュール８０は、２つのケーブルユニット３５０、３６０に接続される。したがって、ケーブルユニット３６０は、中央処理ユニット２０から及び／又は中央処理ユニット２０へ３つの測定モジュール３０、４０、８０の複合体のための電力及びデータを輸送することができる。データ及び電力は、積み重ねられたコネクタ間で中継され、伝達され、及び／又は交換される。電力伝達は、追加の整流器及び送信電子機器（例えば、ＤＣ／ＡＣ変換）を使用することによって実施されるか、又は、単純にコイル間でＡＣ電流を共有することによって実施され、これがハードウェアの観点からは最も効率的な選択肢である。

図２０Ａに示されるコネクタの他のスタックの配置、例えば、コネクタ３２１及び３６２のスタックの配置又はコネクタ３４１、３５１、及び３７２のスタックの配置は、図２０Ｂに示されるスタック３２０の配置と類似しているか又は同一であるということに留意されたい。

同じ原理に従って、図２０Ａに示される直列構成の代わりに、図２０Ｃに示されるように星状構成が可能である。

同じケーブルを介した電力及びデータ複合輸送が好ましいが、代替的に、近距離無線ケーブル及びローカルバッテリの任意の組み合わせも実現可能であることに留意されたい。

図２１〜図２３は、図１７に示されるコネクタ幾何学的形状に対して代替のコネクタ幾何学的形状を有する積み重ね可能なコネクタのさらなる実施形態を示す。図２１Ａは、円形コネクタ３９０の断面図を示し、磁束発生器３０３の外側の領域は、測定電子機器３１０及び／又はバッテリによって占有されている。図２１Ｂは、前記コネクタ３９０の上面図を示す。図２２Ａは、長方形コネクタ３９１の断面図を示し、図２２Ｂは、長方形コネクタ３９１の上面図を示す。図２３は、スマートカードサイズのコネクタ３９２を断面図（図２３Ａ）、上面図（図２３Ｂ）、及び簡略化した断面図（図２３Ｃ）で示し、このコネクタ３９２は、患者モニタスロット２７の壁の間に挟むことができる。結合ユニット３２１、３９３によって、中央処理ユニット２０及びコネクタ３９２が結合される。

一実施形態において、本発明に従うコネクタの上方及び／又は下方表面は、完全に扁平である。これが、例えば、清掃を容易にする。コネクタ４００、４１０の対応する実施形態は、図２４及び図２５に示される。異なるコネクタの磁束濃縮器間の積み重ねられたときの正確な位置付け及び厳密な整列（好ましくは＜１ｍｍ）を確実にするために、他の整列構造及び特徴を用いてさらなる実施形態が可能である。例えば、磁束濃縮器（高μを有し、ハウジングのプラスチック絶縁体を含む）間の間隙（低μを有する）は、特定の用途においては＜０．５ｍｍ＋／−０．１ｍｍでなければならない。横変位は、磁極の幾何学的形状と比較して小さくなければならない（例えば、＜０．５ｍｍ）。

図２４は、Ｈ字状の形態にある断面を有する磁束濃縮器４０１、４０１ａを使用した、平坦な主表面４０８、４０９、４０８ａ、４０９ａのある、ハウジング４０７、４０７ａを有するコネクタ４００（測定モジュール３１０を含む）、４００ａ（バッテリ３１１を含む）の断面図を示す。各磁束濃縮器４０１、４０１ａは、中に第１の（下方）コイル３０５、３０５ａが配置される第１の（下方）凹所４０２、４０２ａと、中に第２の（上方）コイル３０６、３０６ａが配置される第２の（上方）凹所４０３、４０３ａとを備える。コネクタ４００ａの下方コイル３０５ａ及びコネクタ３００の上方コイル３０６は、磁束濃縮器４０１ａの下方部分及び磁束濃縮器４０１の上方部分と一緒に、矢印４０４によって示されるように、変圧器を形成する。

図２５Ａは、平坦表面を有するコネクタ４１０（測定ユニット３１０を有する）の断面図を示す。コネクタの上面図は図２５Ｂに示される。コネクタ４１０は、各々がＵ状の断面を有し、各々が凹所４１２及び４２２を形成する２つの磁束濃縮器４１１、４２１を備え、各凹所は、それぞれのＵ字状の２つの隣接する脚部４１４、４１５と４２４、４２５との間に、即ち、それぞれの外リング４１４、４２４とそれぞれの内リング４１５、４２５（この実施形態では中央の指形片である）との間に形成される。第１のコイル４１７は、第１の磁束濃縮器４１１の凹所４１２内に配置され、第２のコイル４２７は、第２の磁束濃縮器４２１の凹所４２２内に配置される。

２つの磁束濃縮器４１１、４２１はまた、共通のＨ状磁束濃縮器としても見られ、そこではＨ字状の磁束濃縮器４２１の２つの脚部４１４、４１５、４２４、４２５が互いと隣接して配置されるか、又は一体形成され、またＨ字状の脚部間の横方向の接合は、２つの接合要素４１９、４２９に分割され、それらの接合要素の間に、及びＨ字状の脚部４１４、４１５、４２４、４２５に垂直に、遮蔽体１８が配置されている。

積み重ねの概念はまた、横方向幾何学的形状に変換することができる。これは、構造物高さを減少させるのに有益である。横方向幾何学的形状を有するコネクタ４３０の実施形態の断面図は、図２６Ａに示され、コネクタ４３０の上面図は、図２６Ｂに示される。コネクタ４３０は、その左側及び右側に個別に、それぞれの磁束濃縮器４３２、４４２（各々が、図２５Ａに示される磁束濃縮器４１１、４２１のようなＵ字状断面を有する）の凹所４３７、４４７に配置されたコイル４３１、４４１を備える。磁束濃縮器４３２、４４２の周りには、リング状のＲＦアンテナ４３３、４４３が配置される。さらに、２つの電力ユニット４３４、４４４、２つのＲＦユニット４３５、４４５、２つのＰＳＣユニット４３６、４４６、及び測定ユニット３１０が提供される。したがって、第１の磁束濃縮器４３２及び第２の磁束濃縮器４４２が、反対の領域に、ハウジングの同じ表面に隣接して配置されるように、磁束濃縮器４３２、４４２は、互いに対して横方向に変位して配置される。ハウジング４３９は、好ましくは、平坦であるか、又は平坦表面を有する。

図２７は、図２６に示されるようにコネクタ４３０ｃ、４３０ｄを備えるケーブルユニット４５０の使用によって、各々が図２６に示されるようにコネクタ４３０ａ、４３０ｂを備える測定モジュール３０、４０間に形成されたデイジーチェーン４４０を示す。図２７Ａは、デイジーチェーンの断面図を示し、図２７Ｂは、上面図を示す。そのようなケーブルユニット４５０は、そのようなコネクタのうちの２つ以上を好ましくは各端に１つ備えるが、任意選択的に追加のコネクタを端の間に備える。

図２８は、装着型センサ配置４６０を断面図（図２８Ａ）及び上面図（図２８Ｂ）で示す。装着型センサ配置４６０は、コネクタ４３０ｃ、４３０ｄのようなコネクタ４５２、４５３を備えるか、又は図２８Ａに示されるように単一の結合ユニットだけを有する、図２７に示されるケーブルユニット４５０に類似しているか又は同一のケーブルユニット４５１を担持する積み重ね可能な支持層４６１を備える。前記ケーブルユニット上に、１つ又は複数の測定モジュール３０及び／又はバッテリモジュール９０（バッテリを備える）が配置され、各々がコネクタ４３０ａ、４３０ｂを備える。

測定モジュール３０、４０、８０、バッテリモジュール９０、及びケーブルユニット４５０はまた、図２９に模式的に示されるのと同じ横方向幾何学形状概念を使用して、例えば、患者モニタ又は中央処理ユニット２０に接続することができる。さらに、垂直の積み重ね及び横方向の接続の任意の組み合わせは、概して、本発明により提案されるようなコネクタを用いて可能である。例えば、測定モジュールは、垂直の積み重ね手段及び横方向の積み重ね手段の両方を有する。

以下において、本発明に従うコネクタを備えるバッテリモジュールが、より詳細に説明される。

上に説明されるように、プラグイン測定モジュールは、磁気電力供給及びＲＦデータ通信を使用する提案されたコネクタを介して中央処理ユニットに結合される。加えて、そのＲＦチャネルにより、バッテリ（又は任意の他のエネルギー格納要素）は、ネットワーク、例えば、患者ネットワークの部分として備わっており、測定モジュール及び中央処理ユニットなどの他のデバイスに同じ様式で結合される。これは、本発明に従う、測定モジュール３０、中央処理ユニット２０、及びバッテリモジュール９０を含むシステム１３の別の実施形態の模式図を示す図３０に模式的に例示される。

ワイヤレス測定シナリオにおいて、双方向バッテリモジュール９０は、提案されたコネクタを介してエネルギーを磁気的に供給するために、測定モジュール３０上にスナップ嵌めされる。任意選択的に、測定モジュール３０自体が、有線シナリオとワイヤレスシナリオとの間の遷移時間を一時的に橋渡しするための小型緩衝バッテリ３７（又は任意の他のエネルギー格納要素）を備える。

バッテリモジュール９０は、好ましくは、バッテリ９１（バッテリユニットとも呼ばれる）と、バッテリモジュールと他のデバイスとの間の磁気電力伝送のための結合ユニット９２とを備え、例えば、バッテリモジュール９０が中央処理ユニット２０に結合されるときバッテリを装填し、バッテリモジュールが測定モジュール３０に結合されるとき測定モジュール３０のバッテリ３７を装填する。任意選択的に、データ伝送のための手段もバッテリモジュール９０内に提供される。

バッテリモジュールと、システムの、具体的には、患者監視システムの、前記バッテリモジュールが連結される別のデバイスとの間のデータ及び電力のワイヤレス交換のためのバッテリモジュール９０’のより詳細な模式図が図３５に示される。前記バッテリモジュール９０’は、密閉ハウジング９３と、電気エネルギーを格納するためのバッテリユニット９１と、データを記憶するためのデータ記憶ユニット９４と、コネクタ９５とを備える。コネクタは、対となる他方のコネクタを有するシステムの別のデバイスへデータを伝送する及び／又は別のデバイスからデータを受信するためのデータ伝送ユニット９６、並びに誘導結合の使用により対となる他方のコネクタを有するシステムの別のデバイスへ電力を伝送する及び／又は別のデバイスから電力を受信するための磁気結合ユニット９２を備える。

任意選択的に、第２のコネクタ９７が、システムの２つの他のデバイスにデータを同時伝送する及び／若しくはそれらからデータを同時受信するため、並びに／又は２つの他のデバイスに電力を同時伝送する及び／若しくはそれらから電力を同時受信するために、提供される。

コネクタ及びその要素は、他のデバイス及び他の実施形態に関して上に説明されるように構成される。これは、特に、例えば、図１０〜図１５又は図１７〜図２８のいずれかに示されるような、本明細書に開示されるように構成される磁気結合ユニット９２及びデータ伝送ユニット９６に当てはまる。

バッテリ９１は、例えば、再充電可能なバッテリ、使い捨てバッテリ、又はスーパーキャパシタであり、滑らかな密閉プラスチックボックス内に適合され、機械的損傷及び流体に対して十分に保護される。バッテリ９１は、例えば、使い易いスナップ又はスライドイン機構によって、提案されたコネクタを有する別のデバイス（例えば、測定モジュール、ケーブルユニット、又は患者モニタ）に物理的に取り付ける（即ち、密接に接触させる）ことができる。永久磁石又は整列構造体を使用して、最適な電力及び無線伝達のためにその位置を整列及び固着させる。バッテリ９１が空のとき、バッテリモジュール９０は、互換性のあるコネクタを有し、充電することができるシステム内の任意のデバイス、例えば、患者モニタ、ハブ、又は専用バッテリ充電器に（任意選択的に、ケーブルを介して）取り付けることができる。好ましくは、同じインダクティブ／データコネクタトポロジーが、すべての要素を互いに結合するために構造全体にわたって使用される。これにより、バッテリをどこででも充電することができ、バッテリ管理に対する大きな改善を提供する。

再充電可能なバッテリ寿命は、ほとんどの場合、製造業者及びテスタによって満充電−放電サイクルの数と定義される。サイクルに加えて、リチウムイオンバッテリの劣化速度は、非常に温度依存であり、それらは、高温で保管又は使用される場合、例えば、人体に適用されるとき、はるかに速く劣化する。

したがって、バッテリの健康及び充電状態は、図３５のセンサユニット９８によって概して表される電圧及び／又は電流センサを使用することによって、温度センサ、絶対時間、並びに充電及び放電プロファイルから絶えず決定される。この情報及び過去データに基づいて、自己診断が実施され、この自己診断は、再充電の必要性、交換の必要性、又は任意の欠陥状態を示すために患者ネットワーク内で通信される。過去データは、ネットワーク内で共有されると同時にローカルに（例えば、バッテリモジュール内）記憶される。この目的においては多くのシナリオが可能である。

バッテリモジュール９０’は、受信データのデータ処理、時間管理、自己診断、及び安全性のために処理ユニット９９をさらに備える。前記処理ユニットは、測定モジュール３０に適用されるとき予測される動作時間を計算するようにさらに構成される。

またさらに、バッテリモジュール９０’は、図１６に例示されるように、磁気結合ユニットと別のデバイスの磁気結合ユニットとの間の磁気結合の強度を検出するための検出ユニット２７３と、検出された磁気結合が第１のしきい値を上回る場合及び／又はその増加が第２のしきい値を上回る場合、データ伝送ユニットを低電力モードに切り替えるため及び／又は磁気結合ユニットを有効にするための、並びに検出された磁気結合が第３のしきい値を下回る場合及び／又はその減少が第４のしきい値を上回る場合、データ伝送ユニットを高電力モードに切り替えるため及び／又は磁気結合ユニットを無効にするための制御ユニット２７４とを備える。

ワイヤレス電力伝達における主な規格は、Ｑｉ規格及びＰｏｗｅｒ Ｍａｔｔｅｒｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＰｏｗｅｒＭａｔ）規格である。それらの主な用途は、ワイヤレス充電の分野にある。Ｑｉはまた、デバイスのための基本のローカライゼーション及び認識機構、低電力スタンバイモード、並びに電力制御を含む。

リード接点及び永久磁石を使用した追加のオン−オフスイッチ（例えば、クリックオン固着機構の部分として存在するもの）は、安全性及びバッテリ漏洩保護をさらに高めるものとして有用であるが、例えば、光学手段、容量性手段、又は超音波手段など、積み重ね検出のための他の手段も存在する。

Ｌｉイオン及びＬｉポリマーバッテリは、それらの質量単位あたりの高エネルギー密度及び消費者ドメインにおけるその大規模使用が理由で好ましい候補である。それらのバッテリは、その充電状態を見て過熱から保護するために電子機器手段を適所に有する。また、Ｑｉ規格は、有効な負荷を認識するために既にいくつかの基本的手段を適所に有する。これらは、本発明に従って使用される。これらの基本的な保護及び監視手段は、本発明に従って、通信手段として磁気及びＲＦ結合を組み合わせること、ローカルインテリジェント安全監視、及び患者ネットワークへの接続によって、完全な構造に統合される。例えば、有効な識別子がない及び／又は局所破壊状態があるということが、磁気電力伝達を中断する、又はそれを開始しない理由である。

充電状況は、バッテリを特定の測定にどれくらいの時間適用することができるかを決定するために使用される。これは、例えば、患者モニタディスプレイ上に示すことができる。任意選択的に、測定モジュールに取り付けられるとき、バッテリ自体の視覚又は可聴インジケータは、例えば、交換又は充電を必要とするまでの利用可能な測定時間が１時間未満であるときを示す。

バッテリを上記のように医療環境に統合することは、安全性、使用事例、及びワークフローに重大な結果をもたらす。制約は、絶対的な安全、可能な形状、重量及びサイズの低減、看護師による容易な置換性／交換性、容易な清掃性、大容量、及び装着中の充電性を含む。バッテリモジュールは、充電及びエネルギー供給の両方のために完全にワイヤレス接続された閉じられたボックスである。提案された構造は、容易に清掃可能な機械的接続をもたらす。さらには、バッテリは、測定デバイスを適所に保持したまま数秒以内に交換することができる。

以下では、ネットワーク／システムの他のデバイスを接続するための、本発明に従うコネクタを備えるケーブルユニットがより詳細に説明される。

ケーブルユニット５００の一般的なレイアウトが図３１に示される。ケーブルユニット５００は、ケーブル５１０と、ケーブル５１０の各端にコネクタ５２０、５３０とを備える。各コネクタ５２０、５３０は、磁気結合ユニット５２１、５３１及びデータ伝送ユニット５２２、５３２を備える。ケーブル５１０は、磁気結合ユニット５２１、５３１を接続する第１のワイヤ対５１１（例えば、撚線）と、データ伝送ユニット５２２、５３２を接続する第２のワイヤ対５１２（例えば、撚線）とを備える。

図３２は、この例では測定モジュール３０及び中央処理ユニット２０を接続するための、緊急性の高い環境におけるケーブルユニット５００の使用を例示する。そのようなケーブルユニット５００は、ＯＲ（手術室）又はＩＣＵ（集中治療室）環境で使用されて、測定のためのデータ完全性及び電力一貫性を保証する。２つのワイヤ対５１１、５１２は、好ましくは、カテーテル技術で使用されるように薄くて可撓性である。超導電性遮蔽体又はフェライトコモンモードコイルが、さらなるロバスト性及び性能のために追加される。この手法は、その低いＲＦ減衰及び遮蔽特性に起因して、無線信号に対して十分に高い信号対雑音比を保証する。非接触型電力供給（１００〜２００ｋＨｚ）及び無線（２．４ＧＨｚ）の周波数間の大きな比率に起因して、内部クロストークは管理可能である。

このケーブルユニット５００の主な機能を実施して無線信号及び電力信号のための保護パイプを形成するのには、多くの選択肢が可能である。

１つの選択肢は、（図３１、図３２に示されるように）２つのワイヤ対を備える完全受動のケーブルユニットである。基本的に、ＲＦデータ及び電力は、ケーブルユニットを通じて２つの方向に伝達することができる。電力用の撚線、及びＲＦデータ用の同軸又は平衡伝送線が使用される。加えて、受動コンポーネントがコネクタに追加されて、例えばフィルタリング及びインピーダンスマッチングによってＲＦ伝送をさらに向上させ、例えば磁束濃縮器による又は受動識別（光学タグ）のための（電力）伝達を向上させる。

任意選択的に、電力及び無線信号は、１つの単一ワイヤ対（又は同軸ケーブル）内で組み合わされる。完全受動ケーブルのコネクタを１つだけ、例えば、測定モジュールに取り付けることは、磁気結合を増加させることもＲＦ結合を増加させることもない。ペアリングが開始されるまでは、２つの接続が作られる。

別の選択肢は、能動ケーブルである。能動コンポーネントは、磁気電力信号を、それらをケーブルを通して送信する前に、クリーンな／安定したＤＣ又は正弦波ＡＣに変換するために（一方又は両方のコネクタ内に）存在する。これが、電力信号から無線チャネルへのクロストーク及び妨害を制限する。前記コンポーネントの最も論理的な場所は、コネクタ内であるが、それらを、ケーブルユニット（の一部分）を通じて、例えば、ケーブルスリーブに統合された可撓性ホイル上に分散させることもできる。

データ無線信号は、ＲＦケーブル特性にマッチするように増幅、再変調（トランスポンダ）、バッファリング、又は（活発に）インピーダンス変換される。代替的に、別の周波数帯域又はベースバンドへの変換は、例えば、ＵＳＢ、ＲＳ２３２、又はＴＣＰ／ＩＰのようなシリアルバス形式への変換によって信号完全性をさらに高める。磁気電力の一部は、前記能動コンポーネントに電力供給するために使用される。

各コネクタは、ノードとして配置されてそのようなものとして作用し、固有識別子、無線、及びペアリング並びに磁気電力供給のためのネットワークスタックを含む、患者ネットワークの一部である。追加の無線が、無線信号を中継する（例えば、デイジーチェーン内）ため、又は患者ネットワーク管理用の個別のチャネルを実装するために追加される。能動ケーブルは、データ又は電力を一方向にのみ輸送する。したがって、ケーブルあたりより多くのワイヤ対、又はより多くのケーブルが二方向に輸送するためには必要とされる。

別の選択肢によると、ＲＦ信号の光学ドメインへの変換が提供され、そのことがデータ完全性において最高水準をもたらし、潜在的にはより薄いケーブルも可能にする。

当然ながら、ケーブルユニットは、電力又はデータチャネルだけを備える場合がある。

識別タグ（ＲＦＩＤ）又は無線ユニットが、識別及びデータ管理のためにケーブルユニット又はコネクタに追加される。

好ましくは、ユーザの観点から、ケーブルユニットは、ＲＦデータ及び電力を二方向に輸送することができるべきである。これは、例えば、能動コンポーネントが適用される場合においては、より多くのワイヤ対を使用することが必要である。

図３３は、この例では、ＲＦ性能（例えば、混雑したエリアにおいて）を改善すること、又は電力供給若しくは充電の理由（即ち、モバイル使用のためにバッテリ容量を節約すること）のために必要とされるときのみ、測定モジュール３０（又はバッテリモジュール９０）及び中央処理ユニット２０を接続するための、緊急性の低い環境におけるケーブルユニット５００の使用を例示する。測定モジュールは、ケーブルの散乱を回避するためにチェーン接続される。

システム内、特に患者監視システム内のデバイスを接続して、デバイス間のデータ及び／又は電力のワイヤレス交換を可能にするためのケーブルユニット５００’のより詳細な模式図は、図３６に模式的に示される。上に説明されるように、ケーブルユニット５００’は、ケーブル５１０と、前記ケーブルの各端に配置されたコネクタ５２０、５３０とを備える。前記コネクタの各々が、対となる他方のコネクタを有する別のデバイスへデータを伝送する及び／又は別のデバイスからデータを受信するためのデータ伝送ユニット５２２、５３２、並びに誘導結合の使用により対となる他方のコネクタを有するシステムの別のデバイスへ電力を伝送する及び／又は別のデバイスから電力を受信するための磁気結合ユニット５２１、５３１を備える。

ケーブルユニット５００’は、ケーブル５１０の各端に配置された（密閉）ハウジング５２３、５３３をさらに備え、ハウジング内にはケーブルのそれぞれの端に配置された１つ又は複数のコネクタ５２０、５３０が配置される。密閉ハウジングは、好ましくは、他のデバイスの観点から本明細書内で開示されるように、対となる他方のコネクタを有する他のデバイスへのケーブルユニット５００’の積み重ねを可能にするように構成される。

コネクタ及びその要素は、他のデバイス及び他の実施形態に関して上に説明されるように構成される。これは、特に、例えば、図１０〜図１５又は図１７〜図２８のいずれかに示されるような、本明細書に開示されるように構成される磁気結合ユニット５２１、５３１及びデータ伝送ユニット５２２、５３２に当てはまる。

ケーブルユニット５００’は、受信データのデータ処理、変換、及び／又は記憶のための電気回路５０１をさらに備える。

さらに、ケーブルユニット５００’、具体的には各コネクタ５２０、５３０は、図１６に例示されるように、（それぞれのコネクタの）磁気結合ユニットと別のデバイスの磁気結合ユニットとの間の磁気結合の強度を検出するための検出ユニット５２４、５３４と、検出された磁気結合が第１のしきい値を上回る場合及び／又はその増加が第２のしきい値を上回る場合、（それぞれのコネクタの）データ伝送ユニットを低電力モードに切り替えるため及び／又は（それぞれのコネクタの）磁気結合ユニットを有効にするための、並びに検出された磁気結合が第３のしきい値を下回る場合及び／又はその減少が第４のしきい値を上回る場合、（それぞれのコネクタの）データ伝送ユニットを高電力モードに切り替えるため及び／又は（それぞれのコネクタの）磁気結合ユニットを無効にするための制御ユニット５２５、５３５とを備える。

代替的な選択肢として、ケーブルユニット５００’、具体的には各コネクタ５２０、５３０は、ケーブルユニットの別のデバイスに対する近接性を検出するための（即ち、それらの間に小さな空隙のみが存在するかどうかを検出するための）近接検出装置５２６、５３６と、デバイスがケーブルユニットに近接していることが検出された場合、（それぞれのコネクタの）それぞれのデータ伝送ユニット５２２、５３２を低電力モードに切り替えるため及び／又は（それぞれのコネクタの）磁気結合ユニットを有効にするための、並びにケーブルユニットに近接していると検出されるデバイスがない場合、（それぞれのコネクタの）データ伝送ユニットを高電力モードに切り替えるため及び／又は（それぞれのコネクタの）磁気結合ユニットを無効にするための制御ユニット５２７、５３７とを備える。そのような近接検出装置及び制御ユニットはまた、コネクタの他の実施形態及び本明細書に開示される他のデバイスにおいて使用される。

近接性検出の様々な方法、例えば、標準Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標） Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＴＬＥ）、及びＷｉ−Ｆｉ（登録商標）などの受信信号強度インジケーション（ＲＳＳＩ）法が使用される。近接性検出の他の方法例としては、超広帯域（ＵＷＢ）などの差動法、例えば赤外（ＩＲ）波長超音波を使用した光学法、及びＮＦＣが挙げられる。ＩＲＤＡ、ＵＷＢ、及びＮＦＣなどの近接性検出法は、典型的には、標準及び非標準両方のデータ輸送機構を使用する。例においては、近接性検出は、２つのデバイスが、例えば、互いの０．５ｍｍ＋／−０．１ｍｍの範囲内にあるときに発生するが、他の距離が使用されてもよい。

一般には、別のデバイスに対するデバイスの近接性を検出するための直接又は間接的な手段が使用される。「近接」と検出され得る２つのデバイスの実際の距離は、例えば、磁気デザインにより決まり、１つの基準は、磁気結合が９０％より大きいかどうか、又は好ましくは９５％より大きいかどうか、又は究極的には９９％より大きいかどうかである。例示的なデザインでは、約０．５ｍｍ＋１００μｍ（２＊０．２５ｍｍのプラスチックハウジングに起因する）の磁気距離が使用され、それは「極めて近接」と理解される。しかしながら、特定のデザイン及び／又は用途によっては、代わりに他の距離が使用されてもよい。

最後に、各ハウジング５２３、５３３内に、第２のコネクタ５４０、５５０が、２つのデバイスにデータを同時伝送する及び／若しくはそれらからデータを同時受信するため、並びに／又は２つのデバイスに電力を同時伝送する及び／若しくはそれらから電力を同時受信するために配置される。前記第２のコネクタ５４０、５５０は、第１のコネクタ５２０、５３０と同じ方式で全体的に構成される。

提案されたケーブルユニットは、測定モジュール及び監視デバイスを相互接続するために使用される。図２０Ａ及び図２０Ｃに示されるように、デイジーチェーン並びに星状構成が可能である。ケーブルユニットは、互いの上に、又はその間に第３のコンポーネントを有して、横方向又は垂直方向に結合される。代替的に、分散ケーブルユニットは、コンポーネントを物理的に接続するために複数の分岐を有する。

以下において、デバイスのペアリングが、本発明により提案されるように説明される。

ペアリングの第１の選択肢は、例えば、測定モジュールを人の身体に取り付けている最中に、ペアリングを手動で実施することである。デバイスを物理的に別のデバイスに極めて近接させることによって、識別子が交換され、それは、前記デバイスがデバイスのネットワーク、例えば、患者ネットワークに追加されることを事実上意味する。これは、測定モジュールの初回の取り付け中に、及び動く患者に対して、達成するのが容易である。

接続の順番は、一般的には重要ではない。ネットワークのすべての構成要素が、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）−ＬＥのような特定の規格でマスタデバイスを介して、ネットワーク状況を通信及び更新することができる。デバイスに関する視覚及び可聴情報が、その接続状況を示す。それは、例えば、どのデバイスが患者ネットワークにペアリングされるかを示し、またそれは、例えば動く患者の病院ネットワーク又は患者モニタへのＲＦ接続性の損失を示す。そのような場合、患者ネットワークは、（自動的に又は手動で）別の無線リンクに再接続する必要がある。

関連付け機構は、２つの条件が満たされるときに開始する：
１．二次コイル内の誘導電圧並びに一次コイル内の電流、又はアセンブリの共鳴周波数から検出することができる、増大した磁気結合レベル。この条件が満たされると、ＲＦ無線は互いとの通信を開始する（おそらくマスタデバイスを介して）。
２．受信したＲＦ信号の強度が所定のレベルも上回るとき、関連付けが開始される。代替的に、送信信号のＲＦ吸収を示す、逸脱した送信機アンテナインピーダンス（電圧定在波比ＶＳＷＲ、反射波）を、追加チェックとして含むことができる。

この機構を繰り返すことは、患者ネットワークのメンバーシップをトグルし、即ち、マスタデバイスは、特定の患者のネットワーク内のすべてのデバイスを把握しており、マスタデバイスが加入と離脱とを切り替える。ネットワークメンバーシップは、視覚、触覚、又は可聴アクチュエータ（例えば、ＬＥＤ、ディスプレイ、ブザー、ポケットベル、バイブレータなど）によって示される。加えて、機械的スイッチ又はキーボードコードが、ネットワークを強制的に離脱するために使用される。

患者は、測定装置（又はセンサ）が適切な患者の適切な位置に取り付けられることを強化するために、さらなる識別として患者−ネットワーク機能性を備えるギプス、及び局在化手段を有する。

ペアリングの第２の選択肢は、図３１に示されるようなケーブルユニット５００の使用により、不動の（例えば、ＯＲ又はＩＣＵ）患者を患者ネットワークに接続することである。測定モジュールと監視デバイスとの間にケーブルユニットを短い間接続することによって、磁気結合及びＲＦ振幅が、特定のレベルを超えて増加し、それがペアリング機構をトリガする。

ぺアリングの第３の選択肢は、非接触型記憶モジュールを使用することであり、それは、患者ネットワーク内のコンポーネント間で識別子を伝達するために中間記憶コンテナとして使用される。これは、記憶モジュール９５を備える本発明に従うシステム１４の第５の実施形態の模式図を示す図３４に例示される。非接触型記憶モジュール９５を、対となる他方のコネクタを有する別のコンポーネント２０又は３０に極めて近接させることによって、識別子は、相互交換され、患者ネットワークを更新するために使用される。追加の機械的プッシュボタン又は近接検出装置が、交換をトリガするために使用される。好ましくは、一意を回避するために１つの識別子のみが記憶及び伝達され得る。

非接触型記憶モジュール９５は、ペンシル、スマートカード、又は測定モジュールのような小型ボックスの形状因子を有することができる。本発明に従うコネクタを備える他のデバイスのように、非接触型記憶モジュール９５は、記憶要素９８以外に、対となる他方のコネクタを有する他のデバイスに結合するために磁気結合ユニット９６及びデータ伝送ユニット９７（例えば、無線ハードウェア）を備える。

ペアリングの第４の選択肢は、追加のトリガ手段を使用することである。プッシュボタン又は近接検出装置（例えば、光学、磁気、超音波技術を使用した）は、ペアリングプロセスを開始するための条件として追加される。追加のトリガ手段は、結合のレベルを検出するためのコンポーネントを省く（例えば、ＲＦ又は磁気結合測定装置がない）ためにロバスト性をさらに高めるものとして有益である。さらに、ペンシル様のデバイスの場合、ＲＦアンテナ及びコイルは、先端に位置し、最大結合は、関連付けプロセスをトリガするための所定のしきい値を下回る。

デバイスと、システムの、具体的には患者監視システムの別のデバイスとの間でのデータ及び／又は電力のワイヤレス伝送のためのデバイス６００のより詳細な模式図は、図３７に示される。前記デバイス６００は、ペアリングのための上記手法を適用するように構成され、デバイス及びコネクタ６０２の固有識別子を記憶するための識別ユニット６０１を備える。前記コネクタ６０２は、対となる他方のコネクタを有するシステムの別のデバイスへデータを伝送する及び／又は別のデバイスからデータを受信するために配置されたデータ伝送ユニット６０３と、誘導結合の使用により対となる他方のコネクタを有するシステムの別のデバイスへ電力を伝送する及び／又は別のデバイスから電力を受信するための磁気結合ユニット６０４と、磁気結合ユニットと別のデバイスの対となる他方のコネクタの磁気結合ユニットとの間の磁気結合の強度を検出するため、及びデータ伝送ユニットによって他のデバイスのデータ伝送ユニットから受信されたデータの強度を検出するための検出ユニット６０５とを備える。

デバイス６００は、ａ）受信データの検出された強度がデータ強度しきい値を上回る場合及び／又はその増加がデータ強度増加しきい値を上回る場合、並びにｂ）検出された磁気結合が磁気結合しきい値を上回る場合及び／又はその増加が磁気結合増大しきい値を上回る場合、デバイスの固有識別子を他のデバイスに伝送するように及び／又は他のデバイスの固有識別子を受信するようにデータ伝送ユニット６０３を制御するための制御ユニット６０６をさらに備える。

デバイス６００は、データ伝送ユニットによって受信された他のデバイスの固有識別子を記憶するための記憶ユニット６０７をさらに備える。

制御ユニット６０６は、ａ）受信データの検出された強度がデータ強度しきい値を上回る場合及び／又はその増加がデータ強度増加しきい値を上回る場合、並びにｂ）検出された磁気結合が磁気結合しきい値を上回る場合及び／又はその増加が磁気結合増加しきい値を上回る場合、記憶ユニットに記憶された他のデバイスの固有識別子をさらに伝送するように及び／又は他のデバイスの固有識別子を受信するようにデータ伝送ユニットを制御するように構成される。

検出ユニット６０５は、磁気結合の強度を検出するためにインピーダンス、共鳴周波数、及び／若しくは誘導電圧を検出するように、並びに／又は受信データの強度を検出するためにデータ伝送ユニットのアンテナの信号強度及び／若しくはアンテナインピーダンスを検出するように構成される。磁気結合の強度は、多くの場合、磁気結合係数ｋ（０＜＝ｋ＜＝１）と称される。

コンポーネントが既に接続されている場合、これは電力の可用性及び強いＲＦ信号から明らかである。新しいコンポーネントの取り付けは、磁気結合（及び、任意選択的に、データ伝送のために使用されるＲＦ信号）の増加をチェックするためにポーリング機構を使用することによって検出される。コンポーネント断線の検出が、逆のプロセス、即ち、例えば、インピーダンス、共鳴周波数、及び／又は誘導電圧の使用によって、磁気結合の（及び任意選択的に、ＲＦ信号の）強度の低下を測定するためのポーリング機構によって実施される場合がある。任意選択的に、ＲＦ信号強度が加えて測定される。

一般に、固有識別子の第１の伝送は、デバイスをシステムと結合するためのリクエストとして解釈され、固有識別子の第２の伝送は、デバイスをシステムから分離するためのリクエストとして解釈される。

デバイスは、デバイスのシステムとの結合の結合状況を示すための、インジケータ６０８、具体的には視覚、触覚、又は可聴インジケータをさらに備える。

またさらに、デバイスは、ユーザが固有識別子、又は結合するための若しくは分離するためのリクエストメッセージの伝送を開始することを可能にするためのユーザインターフェース６０９を備える。

またさらに、デバイスは、デバイスの他のデバイスに対する近接性を検出するための近接検出装置６１０を備え、ここでは前記制御ユニットが、追加でデバイスの他のデバイスへの近接性が検出された場合には、デバイスの固有識別子を他のデバイスに伝送するように及び／又は他のデバイスの固有識別子を受信するようにデータ伝送ユニットを制御する。近接検出装置は、他の実施形態に関して上に説明されたように構成される。

コネクタ６０２及びその要素は、他のデバイス及び他の実施形態に関して上に説明されるように構成される。これは、特に、例えば、図１０〜図１５又は図１７〜図２８に示されるような、本明細書に開示されるように構成される磁気結合ユニット６０４及びデータ伝送ユニット６０３に当てはまる。

最後に、デバイス６００は、データを生成及び／若しくは受信するためのデータユニット６１１、並びに／又は電力を供給及び／若しくは消費するための電力ユニット６１２をさらに備える。

本発明の１つの主な利点は、すべての患者監視用途に概して役立つ普遍的手法が提供されることであり、これは、コストを削減する取り組みにおいて達成されるべき重要な因子である。さらなる利点は、モジュール性、及びワイヤレス測定装置の既存の接続規格に対する直接的な準拠である。

本発明の用途は、患者監視に限定されることなく、例えば、自動車又は牧畜（複数の牛に接続された中央搾乳機）における、共通のエンティティに接続された相互絶縁モジュール（センサ、アクチュエータ）にまで拡大することができる。さらに、本発明は、例示的に開示されたアンテナ又はコイルの種類、形態、及び数に限定されることなく、それらは単に例であると理解されるものとする。開示された実施形態で使用されるコンポーネントはまた、Ｑｉ規格又は他のワイヤレス電力規格に準拠するものとして構成され、また、Ｑｉ規格に準拠する標準コンポーネントは、技術的観点から可能であれば、本発明に従う単一コンポーネントに使用される。さらに、デバイスは、垂直及び水平の積み重ねのための手段を備え、それぞれの方向に結合するための対応する結合手段を含み、即ち、デバイスは、例えば、図２５Ａ及び図２６Ａに示されるようなコネクタの組み合わせを備える。

本発明は、図面及び先述の説明において詳細に例示及び説明されてきたが、そのような例示及び説明は、例示的又は例証であって制限的でないと見なされるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他のバリエーションは、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲を読むことにより、特許請求された発明を実践するにあたって、当業者により理解及び達成され得る。さらに、要素及び構成のうちのいくつかを他の構成物及び他のデバイスにおいても使用することができる。

特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という言葉は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外するものではない。単一要素又は他のユニットが、特許請求の範囲内に列挙されたいくつかのアイテムの機能を履行する場合がある。特定の方策が相互に異なる従属請求項内に列挙されるからといって、それらの方策の組み合わせを有利に使用することができないということは意味しない。

特許請求項内のいかなる参照番号も、範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 患者監視システムの個別のデバイス間の電力のワイヤレス伝送のための積み重ね可能なコネクタであって、前記個別のデバイスがそのようなコネクタを備え、前記コネクタが、
   ハウジングと、
   誘導結合の使用により対となる他方のコネクタを有する前記患者監視システムの別のデバイスへ電力を伝送する及び／又は別のデバイスから電力を受信する、前記ハウジング内に配置された磁気結合ユニットとを備え、前記磁気結合ユニットが、
   Ｕ字状の断面の脚部の間に凹所を形成する当該Ｕ字状の断面を有する、磁束濃縮器と、
   前記磁束濃縮器の前記凹所内に配置された第１のコイルと、
   前記第１のコイルが配置される前記凹所の外側に配置された第２のコイルと、を備え、
   前記ハウジングが、コネクタを互いに積み重ねることを可能にするように配置され、その結果、前記コネクタの前記第１のコイル及び前記コネクタ上に積み重ねられた別のコネクタの第２のコイルが、それらの間の誘導電力伝送のための変圧器を一緒に形成し、並びに／又は前記コネクタの前記第２のコイル及び前記コネクタ上に積み重ねられた別のコネクタの第１のコイルが、それらの間の誘導電力伝送のための変圧器を一緒に形成する、積み重ね可能なコネクタ。
2. 前記ハウジングと前記磁気結合ユニットとが、対称に配置される、請求項１に記載の積み重ね可能なコネクタ。
3. 前記第２のコイルが、前記第１のコイルの反対側に配置される、請求項１に記載の積み重ね可能なコネクタ。
4. 前記第２のコイルが、前記ハウジングの第１の表面上に形成されたハウジング突出部内に配置され、前記ハウジング突出部が、前記第１の表面の反対側の前記ハウジングの第２の表面内に形成された、ハウジング溝内に前記ハウジング突出部が挿入されることを可能にする幅を有する、請求項３に記載の積み重ね可能なコネクタ。
5. 前記磁束濃縮器が、Ｈ字状の断面の脚部の第１の端の間に、前記第１のコイルが配置される第１の凹所と、前記Ｈ字状の断面の前記脚部の第２の端の間に、前記第２のコイルが配置される第２の凹所とを形成する当該Ｈ字状の断面を有する、請求項１に記載の積み重ね可能なコネクタ。
6. 前記ハウジングが、第１の主表面、及び前記第１の主表面の反対側に前記第１の主表面と平行して配置された第２の主表面を有するプレートの形態で配置され、前記第１のコイルが、前記第１の主表面に隣接して配置され、前記第２のコイルが前記第２の主表面に隣接して配置される、請求項５に記載の積み重ね可能なコネクタ。
7. 前記磁束濃縮器の前記Ｈ字状の２つの脚部が、互いと隣接して配置されるか、又は一体形成される、請求項５に記載の積み重ね可能なコネクタ。
8. 前記Ｈ字状の断面の前記脚部間の横方向の接合部は、２つの接合要素に分割されていて、これら前記接合要素の間で前記Ｈ字状の断面の前記脚部に垂直に、遮蔽体が配置されている、請求項５に記載の積み重ね可能なコネクタ。
9. 前記磁気結合ユニットが、２つの磁束濃縮器をさらに備え、各磁束濃縮器が、Ｕ字状の断面の脚部間に凹所を形成する当該Ｕ字状の断面を有し、
   前記第１のコイルが第１の磁束濃縮器の前記凹所内に配置され、前記第２のコイルが第２の磁束濃縮器の前記凹所内に配置される、請求項１に記載の積み重ね可能なコネクタ。
10. 前記第１の磁束濃縮器及び前記第２の磁束濃縮器が、互いに反対の領域に、前記ハウジングの同一の表面に隣接して配置される、請求項９に記載の積み重ね可能なコネクタ。
11. 対となる他方のコネクタを有する前記患者監視システムの別のデバイスへデータを伝送するデータ伝送ユニットをさらに備える、請求項１に記載の積み重ね可能なコネクタ。
12. キャリアと、
    ＲＦアンテナを駆動する、及び、前記ＲＦアンテナによって受信されたＲＦ信号を取得する、ＲＦ回路と
    をさらに備え、
    前記データ伝送ユニットが、前記ＲＦアンテナを備える、請求項１１に記載の積み重ね可能なコネクタ。
13. 前記ＲＦアンテナが、互いに接続された２つの開放環の形態にある板状折返し状のダイポールの形態で形作られる、請求項１２に記載の積み重ね可能なコネクタ。
14. 各磁束濃縮器が、それぞれの磁束濃縮器の外部前面、又はそれぞれの磁束濃縮器の内部前面の内側のいずれかの周りに配置されるそれぞれのＲＦアンテナに対応する、請求項１２に記載の積み重ね可能なコネクタ。
15. 電力を供給するか又は消費するかのいずれかである電力ユニットと、
    電力を別のデバイスへ伝送するか、又は別のデバイスによって供給された電力を受信するかのいずれかである、請求項１に記載の積み重ね可能なコネクタと
    を備えるデバイスであって、当該デバイスと別のデバイスとの間の電力のワイヤレス伝送のための、デバイス。

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