KR102013964B1 - 삽입형 디바이스에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
삽입형 디바이스 내에 배치된 충전식 배터리를 충전하기 위한 삽입형 디바이스 에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템이 제공된다. 이 시스템은 전력원에 전기적으로 연결가능한 제 1 코일을 포함하며, 제 1 코일은 자기장을 생성하도록 구성된다. 이 시스템은 삽입형 디바이스 내 배치된 충전식 배터리에 전기적으로 연결되고, 자기장을 통해 제 1 코일로부터 전력을 수신하도록 구성되며, 충전식 배터리에 전력을 공급하도록 구성되는 제 2 코일을 더 포함한다. 이 시스템은 또한 제 1 코일과 제 2 코일 사이에 배치되고, 제 2 코일로 상기 자기장을 집속하고 제 1 코일과 제 2 코일 사이의 커플링을 강화하도록 정상파 전류 분포를 가지는 자기 공진 코일로서 구성되는 자기장 집속 요소를 포함한다.
Description
본 발명의 실시예들은 전반적으로 비접촉 전력 전송 시스템에 관한 것이며, 특히, 삽입형 디바이스에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템에 관한 것이다.
인체(a human body)의 동작을 개선하고 기대 수명을 증가시키기 위해 디바이스가 인체 내에 삽입될 수 있다. 인체에 삽입될 수 있는 디바이스는 삽입형 디바이스(implantable device)로 알려져 있다. 삽입형 디바이스는 배터리로 동작하며, 이는 비충전식 배터리 또는 충전식 배터리를 포함할 수 있다.
비충전식 배터리는 일반적으로 정해진 기간 이후 교체된다. 배터리 교체 수술은 환자에게 있어서 불편하고, 복잡하고, 비용이 많이 든다.
그러나 충전식 배터리의 사용은 배터리 교체 수술 사이의 시간을 연장하는데 유용하다. 통상적으로, 충전식 배터리는 유도 커플링 시스템(an inductive coupling system)에 의해 충전된다. 유도 커플링 시스템은 인체 외부에 배치된 캐피시터와 1차 코일, 및 1차 코일로부터 전력을 수신하고 충전식 배터리를 충전하도록 인체 내부의 삽입형 디바이스 내에 배치된 캐패시터와 2차 코일을 포함한다. 인체의 피부층은 종종 1차 코일과 2차 코일 사이의 거리를 야기하여 유도 커플링 시스템의 효율성을 감소시킨다. 또한, 유도 커플링 시스템은 삽입형 디바이스 내 2차 코일과 관련하여 외부 충전 디바이스의 정확한 배열을 요구하여 시스템 사용을 어렵게 만든다.
이런 이유로, 앞서 언급된 문제들을 처리하기 위한 개선된 시스템 및 방법이 필요하다.
일 실시예에서, 삽입형 디바이스 내에 배치된 충전식 배터리를 충전하기 위한 삽입형 디바이스에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템이 제공된다. 이 시스템은 전력원에 전기적으로 연결가능한 제 1 코일을 포함하며, 제 1 코일은 자기장을 생성하도록 구성된다. 이 시스템은 삽입형 디바이스 내 배치된 충전식 배터리에 전기적으로 연결되고, 자기장을 통해 제 1 코일로부터 전력을 수신하도록 구성되며, 충전식 배터리에 전력을 공급하도록 구성되는 제 2 코일을 더 포함한다. 이 시스템은 또한 제 1 코일과 제 2 코일 사이에 배치되고, 제 2 코일로 자기장을 집속하고 제 1 코일과 제 2 코일 사이의 커플링을 강화하도록 정상파 전류 분포를 가지는 자기 공진 코일로서 구성되는 자기장 집속 요소를 포함한다.
다른 실시예에서, 삽입형 디바이스 내 배치된 충전식 배터리의 비접촉 충전을 위한 방법이 제공된다. 방법은, 전력원에 연결된 제 1 코일을 통해 자기장을 생성하는 단계를 포함한다. 방법은 자기장 집속 요소를 통해 제 2 코일에 자기장을 집속하는 단계를 더 포함한다. 방법은 또한 자기장을 통해 제 1 코일에서 제 2 코일로 전력을 전송하는 단계를 포함한다. 방법은 제 2 코일에서 삽입형 디바이스 내 배치된 충전식 배터리로 전력을 전송하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 이러한 및 다른 피쳐, 양태, 및 이점은 첨부된 도면과 관련하여 다음의 상세한 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이며, 여기서 유사한 특성들은 도면 전체에 걸쳐 유사한 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 2채널 자기장 집속 요소(a two channel field-focusing element)를 포함하는 삽입형 디바이스에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템에 관한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제 1 코일에 전기적으로 연결된 2채널 자기장 집속 요소를 포함하는 삽입형 디바이스에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템의 대안적인 구성에 관한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 의학적 분석을 위해 제어기에서 전자 디바이스로 데이터 신호와 동작 데이터를 전송하도록 구성된 2채널 자기장 집속 요소를 포함하는 삽입형 디바이스에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템의 다른 대안적인 구성에 관한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 단일 채널 자기장 집속 요소를 포함하는 삽입형 디바이스에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템의 대안적인 구성에 관한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 단일 채널 자기장 집속 요소를 포함하는 삽입형 디바이스에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템의 대안적인 구성에 관한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 삽입형 디바이스에 배치된 충전식 배터리의 비접촉 충전을 위한 방법에서 수반되는 단계들을 나타내는 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 2채널 자기장 집속 요소(a two channel field-focusing element)를 포함하는 삽입형 디바이스에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템에 관한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제 1 코일에 전기적으로 연결된 2채널 자기장 집속 요소를 포함하는 삽입형 디바이스에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템의 대안적인 구성에 관한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 의학적 분석을 위해 제어기에서 전자 디바이스로 데이터 신호와 동작 데이터를 전송하도록 구성된 2채널 자기장 집속 요소를 포함하는 삽입형 디바이스에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템의 다른 대안적인 구성에 관한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 단일 채널 자기장 집속 요소를 포함하는 삽입형 디바이스에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템의 대안적인 구성에 관한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 단일 채널 자기장 집속 요소를 포함하는 삽입형 디바이스에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템의 대안적인 구성에 관한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 삽입형 디바이스에 배치된 충전식 배터리의 비접촉 충전을 위한 방법에서 수반되는 단계들을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 실시예들은 삽입형 디바이스(an implantable device) 내에 배치된 충전식 배터리(a rechargeable battery)를 충전하기 위한 삽입형 디바이스에서의 비접촉 전력 전송(contactless power transfer)을 위한 시스템을 포함한다. 시스템은 전력원에 전기적으로 연결가능한 제 1 코일을 포함한다. 제 1 코일은 삽입형 디바이스 내 배치된 충전식 배터리에 전기적으로 연결된 제 2 코일에 연결되는 자기장을 생성한다. 제 2 코일은 자기장을 통해 제 1 코일로부터 전력을 수신하고 또한 충전식 배터리로 전력을 전송한다. 비접촉 전력 전송 시스템은 또한 제 1 코일과 제 2 코일 사이에 배치되는 자기장 집속 요소(a field-focusing element)를 포함한다. 자기장 집속 요소는 제 2 코일로 자기장을 집속하고 제 1 코일과 제 2 코일 사이의 커플링을 강화하도록 정상파 전류 분포(a standing wave current distribution)를 가지는 자기 공진 코일(an self-resonant coil)로서 역할한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "일("a" and "an")"은 양의 제한을 의미하는 것이 아니라, 오히려 언급된 아이템의 적어도 하나가 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에에 따라 2채널 자기장 집속 요소(14)를 포함하는 삽입형 디바이스(12)에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템(10)에 관한 블록도이다. 예시의 실시예에서, 삽입형 디바이스(12)는 심박 조정기(a cardiac pacemaker), 신경 시뮬레이터(a neurological simulator), 근육 시뮬레이터, 또는 인공와우(cochlear implant)를 포함할 수 있다. 시스템(10)은 또한 충전 디바이스(16)를 포함한다.
충전 디바이스(16)는 전력원(18)으로부터 수신된 AC 전력(22)을 DC 전력(24)으로 변환하는 제 1 정류기(20)에 전기적으로 연결된다. 제 1 정류기(20)에 의해 제공된 DC 전력(24)은 고 주파수 인버터(26)에 공급된다. 고 주파수 인버터(26)는 DC 전력(24)을 고 주파수 AC 전력(28)으로 변환한다. 일 실시예에서, AC 전력(28)의 주파수는 인체 조직의 최소 히팅(minimum heating)을 생성하는 주파수를 포함한다. 더 구체적인 실시예에서, 고 주파수 AC 전력은 적어도 1MHz의 주파수를 갖는다. 고 주파수 AC 전력(28)은 또한 충전 디바이스(16)에 제공되는 제 1 코일(30)에 전송된다. 제 1 코일(30)은 고 주파수 AC 전력(28)을 수신하고 고 주파수 AC 전력(28)에 기초하여 자기장(32)을 생성한다. 충전 디바이스(16)는 휴대형 충전 디바이스 또는 고정형 충전 디바이스를 포함할 수 있다.
자기장(32)은 제 1 코일(30)과 제 2 코일(34) 사이에 배치된 자기장 집속 요소(14)를 통해 삽입형 디바이스(12) 내 제공되는 제 2 코일(34)로 집속된다. 도 1의 실시예에서, 자기장 집속 요소(14)는 삽입형 디바이스(12) 내에 위치된다. 전체가 참조로서 통합되는 공통 출원인의 2010년 3월 25일에 출원된 미국 특허 출원 S/N 제 12/731497호 및 2010년 10월 28일 출원된 미국 특허 출원 S/N 제 12/914512 호에서 설명된 바와 같이, 자기장 집속 요소(14)는 제 2 코일(34)로 자기장(32)을 집속하도록 정상파 전류 분포를 가지는 자기 공진 코일로서 역할을 하고 제 1 코일(30)과 제 2 코일(34) 사이의 커플링을 강화한다. 일 실시예에서, 자기장 집속 요소(14)는 적어도 하나의 공진기(resonator)를 포함한다. 적어도 하나의 공진기는 전기장, 자기장, 또는 전자기장 중 적어도 하나를 집속하도록 구성될 수 있다. 더 구체적인 실시예에서, 적어도 하나의 공진기는 분리형 링 구조(a split ring structure), 원형 루프 구조(a circular loop structure), 코쉬 프랙탈(a Koch fractal), 오메가 구조(an omega structure) 또는 나선형 구조(a spiral structure)를 포함한다. 일 예시의 실시예에서, 적어도 하나의 공진기는 유전체 매체, 자기 매체, 또는 자기유전 매체(magneto-dielectric medium) 중 적어도 하나 내에 배치된다. 또한, 특정 실시예에서, 적어도 하나의 공진기는 상이한 공진 주파수를 가지는 복수의 공진기 중 적어도 두 개를 가지는 복수의 공진기를 포함한다. 일 실시예에서, 상이한 공진 주파수는 전력 및 데이터 신호의 전송을 동시에 가능하게 한다.
삽입형 디바이스(16) 내에 배치된 제 2 코일(34)은, 제 1 코일(30)에 의해 생성된 자기장(32)을 통해 제 1 코일(30)로부터 고 주파수 AC 전력(28)을 수신한다. 특정 실시예에서, 제 1 코일(30) 및 제 2 코일(34)은 비접촉 전력 전송 동안 약 15밀리미터 내지 약 5센티미터의 범위 내의 거리에 배치된다. 제 2 코일(34)은 삽입형 디바이스(16) 내 제 2 코일(34)에 전기적으로 연결되는 충전식 배터리(36)에 고 주파수 AC 전력(28)을 전송한다. 제 2 정류기(38)는 제 2 코일(34)과 충전식 배터리(36) 사이에 배치될 수 있어서 제 2 코일(34)로부터 고 주파수 AC 전력(28)을 수신하고 충전식 배터리(36)로 DC 전력(40)을 전송하기 전에 AC 전력(28)을 DC 전력(40)으로 변환한다. 일 실시예에서, 충전식 배터리(36)에 전송되는 DC 전력(40)은 약 1마이크로와트 내지 약 900밀리와트의 범위에 있다.
도 1의 실시예에서, 충전식 배터리(36)는 충전식 배터리(36)의 충전을 관리하는 배터리 관리 시스템(battery management system: BMS)(42)에 연결된다. 일 실시예에서, BMS(42)는 충전식 배터리(36)의 전력 레벨을 나타내는 신호(48)를 추적하고 충전식 배터리(36)를 충전하는데 요구되는 시간 및 전력을 계산한다. 다른 실시예에서, BMS(42)는 충전식 배터리(36)에 들어가는 DC전력(40)의 전압을 조정한다. 일부 실시예에서, BMS(42)는 충전 디바이스(16) 내 배치된 고 주파수 인버터(26)와 통신하여 충전식 배터리(36)의 충전 레벨 및 전압과 관련된 데이터(44)를 제공한다.
BMS(42)는 BMS(42)에 의해 생성되는 데이터 신호(44)를 수신하고 데이터 신호(44)를 변조하여 데이터 신호(50)를 제공하는 고 주파수 변조기(46)에 통신에 관하여(communicatively) 연결된다. 고 주파수 변조기(46)는 제 2 코일(34)에 연결된다. 제 2 코일(34)은 변조된 데이터 신호(50)를 자기장 집속 요소(14)를 통해 제 1 코일(30)에 집속되는 데이터 자기장 신호(52)로 변환한다. 이 실시예에서, 자기장 집속 요소(14)는, 2채널 자기장 집속 요소를 포함하며, 상기 2채널 자기장 집속 요소는 AC 전력(28)을 전송하는 하나의 단일방향 채널 및 데이터 신호(44)를 전송하는 제 2 채널을 포함한다. 전력 필터(53)는 제 2 코일(34)과 고 주파수 변조기(46) 사이에 배치될 수 있고 이로써 제 1 코일(30)로부터 수신된 고 주파수 AC 전력(28)을 고 주파수 변조기(46)로부터 분리한다.
제 1 코일(30)은 데이터 자기장(52)을 수신하고 변조된 데이터 신호(50)를 나타내는 신호를 복조기(a demodulator)(54)로 전송한다. 충전 디바이스(16)의 전력 필터(56)는, 제 1 코일(30) 내 고 주파수 AC 전력(28)이 복조기(54)로 들어가는 것을 제한하는데 사용될 수 있다. 복조기(54)는 변조된 데이터 신호(150)로부터 데이터 신호(44)를 나타내는 신호(144)를 추출하고 인버터 제어기(58)로 이 데이터 신호(144)를 전송한다. 인버터 제어기(58)는 데이터 신호(144)에 기초하여 신호(60)를 제공함으로써, 고 주파수 인버터(26)가 충전 디바이스(16)에서 동작하는 전력의 주파수 및 전압을 제어한다. 인버터 제어기(58)는 데이터 신호(144)로부터 전압 및 충전 상태를 식별하고 이에 따라 충전식 배터리(36)에 바람직한 충전을 제공하도록 인버터 동작을 조절한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제 1 코일(30)에 전기적으로 연결된 2채널 자기장 집속 요소(14)를 포함하는 삽입형 디바이스(12)에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템(10)의 대안적인 구성에 관한 블록도이다. 도 2의 실시예에서, 자기장 집속 요소(14)는, 삽입형 디바이스가 아닌 충전 디바이스(16) 내에 위치된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 배터리 관리 시스템(42)으로부터 데이터 신호(44)를 전송할 뿐만 아니라 제어기(45)로부터 의학적 분석을 위한 전자 디바이스(47)로 동작 데이터(43)를 전송하도록 구성되는 2채널 자기장 집속 요소(14)를 포함하는 삽입형 디바이스(12)에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템(10)의 다른 대안적인 구성에 관한 블록도이다. 이 실시예에서, 삽입형 디바이스(12)는 제어기(45)를 포함하고, 제어기(45)는 삽입형 디바이스(12)의 동작을 모니터링하고 제어하고 동작 데이터(43)를 저장한다. 동작 데이터(43)는, 예를 들어 삽입형 디바이스(12)의 예상 건강 모니터링(prognostic health monitoring)과 같은 추가 분석을 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(45)는, BMS(42)에 의해 다중화기(a multiplexer)(49)에 전송된 데이터 신호(44)와 함께 동작 데이터(43)를 다중화하는 다중화기(49)에 동작 데이터(43)를 전송한다. 다중화기(49)는, 변조를 위해 고 주파수 변조기(46)에 전송되고 제 1 코일(30)에 또한 전송되는 다중화된 신호(51)를 생성한다.
제 1 코일(30)은 삽입형 디바이스에서의 다중화된 신호(51)를 나타내는 다중화된 신호(151)를 수신하고, 위에서 설명된 바와 같이 복조기(54)에 의한 복조 이후에 역다중화기(55)로 이 다중화된 신호(151)를 전송한다. 역다중화기(55)는, 삽입형 디바이스(12)에서 데이터 신호(44)와 동작 신호(43) 각각을 나타내는 다중화된 신호(151)로부터 동작 데이터(143) 및 데이터 신호(144)를 분리한다. 데이터 신호(144)는 전술된 바와 같이 인버터 제어기(58)로 전송되고 동작 데이터(143)는 추가 분석을 위해 충전 디바이스(16) 외부에 제공되는 전자 디바이스(47)에 전송될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 단일 채널 자기장 집속 요소(62)를 포함하는 삽입형 디바이스(12)에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템(10)에 관한 블록도이다. 단일 채널 자기장 집속 요소(62)는 제 1 코일(30)로부터 제 2 코일(34)로 고 주파수 AC 전력(28)을 집속하지만, 도 1 및 도 2와는 대조적으로 복조된 데이터 신호(50)를 제 2 코일(34)에서 제 1 코일(30)로 전송하지는 않는다. 단일 채널 자기장 집속 요소(62)는 삽입형 디바이스 내에 위치되는 것으로 도시되지만, 대안적으로 단일 채널 자기장 집속 요소(62)가 충전 디바이스 내에 위치될 수 있다. 도 4의 실시예에서, 고 주파수 변조기(46)로부터 수신되는 변조된 데이터 신호(50)는 삽입형 디바이스(12) 내 배치된 RF 전송기 안테나(64)에 전송될 수 있다. RF 전송기 안테나(64)는 변조된 데이터 신호(50)를 충전 디바이스(16) 내 RF 수신기 안테나(66)로 전송한다. RF 수신기 안테나(66)는 삽입형 디바이스(12)로부터 변조된 데이터 신호(50)를 나타내는 변조된 데이터 신호(150)를 수신하고, 전술된 바와 같이 추가 프로세싱을 위해 상기 변조된 데이터 신호(150)를 복조기(54)로 전송한다.
도 5는 어떠한 데이터도 충전 디바이스(16)로 다시 전송되도록 요구되지 않는 삽입형 디바이스(12)에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템(10)의 대안적인 구성에 관한 블록도이다. 시스템(10)은 제 1 코일(30)에서 제 2 코일(34)로 고 주파수 AC 전력(28)을 집속하는 단일 채널 자기장 집속 요소(62)를 포함한다. 단일 채널 자기장 집속 요소(62)는 삽입형 디바이스 내에 위치되는 것으로 도시되지만, 대안적으로 단일 채널 자기장 집속 요소(62)는 충전 디바이스 내에 위치될 수 있다. 제 2 코일(34)로부터의 고 주파수 AC 전력(28)은 제 2 정류기(38)에 의해 DC 전력으로 변환되고, 이는 DC 전력(40)을 제공하는 DC-DC 변환기(68)에 전송된다. DC 전력(40)은 충전을 위해 충전식 배터리(36)에 공급된다. 충전식 배터리(36)는 충전식 배터리(36)의 충전을 조절하는 BMS(42)에 연결된다. 도 5의 실시예에서, BMS(42)는, 삽입형 디바이스(12) 내 충전식 배터리(36)로 들어가는 DC 전력(40)의 전압을 조절하도록 피드백 루프를 통해 DC-DC 변환기(68)에 연결된다. DC-DC 변환기(68)는 피드백 루프를 통해 BMS(42)로부터 데이터 신호(44)를 수신하고 이에 따라 최적의 충전을 제공하도록 충전식 배터리(36)에 적응한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 삽입형 디바이스 내 배치되는 충전식 배터리의 비접촉 충전을 위한 방법(80)에 수반되는 단계들을 나타내는 흐름도이다. 방법(80)은, 단계 82에서, 전력원에 연결된 제 1 코일을 통해 자기장을 생성하는 것을 포함한다. 단계 84에서 제 1 코일에 의해 생성된 자기장은 자기장 집속 요소를 사용하여 제 2 코일에 집속된다. 일 실시예에서, 제 1 코일 및 제 2 코일은, 자기장을 집속하기 전에 약 15밀리미터 내지 약 5센티미터의 범위 내 거리에 배치된다. 단계 86에서, 제 1 코일은 자기장을 통해 제 2 코일로 전력을 전송한다. 예시의 실시예에서, 전력은, 약 1마이크로와트 내지 약 900밀리와트의 범위에서 제 1 코일에서 제 2 코일로 전송된다. 단계 88에서 제 2 코일로부터의 전력은 삽입형 디바이스 내에 배치된 충전식 배터리에 전송된다. 일 실시예에서, 삽입형 디바이스, 충전식 배터리의 충전 상태, 또는 양자에 관한 데이터 신호는 자기장 집속 요소, 제 1 코일 및 제 2 코일을 통해 획득되고 삽입형 디바이스 외부에 위치된 프로세서로 전송된다. 더 구체적인 실시예서, 프로세스는 상이한 공진 주파수에서 각각 전송되는 삽입형 디바이스 및 충전식 배터리로부터의 전력 및 데이터 신호를 가짐으로써 가능하게 된다. 또 다른 실시예들에서, 데이터 전송은 RF 전송을 요구하지 않거나 RF 전송을 통해 달성된다.
상술된 삽입형 디바이스에서의 비접촉 전력 전송을 위한 시스템에 관한 다양한 실시예들은, 전력원, 제 1 코일, 자기장 집속 요소 및 제 2 코일을 포함하여 비접촉 매체를 통해 제 1 코일에서 제 2 코일로 전력의 전송을 가능하게 한다. 비접촉 전력 전송 시스템은, 예를 들어, 인체 외부에 제공되는 충전 디바이스와 인체 내부에 배치된 삽입형 디바이스 사이의 효율적인 비접촉 전력 전송을 가능하게 한다. 비접촉 전력 전송 시스템은 또한 제 1 코일과 제 2 코일 사이에 제공되는 다수의 피부 층(multiple layers of flesh)에서의 효율성을 유지한다. 이는 삽입형 디바이스 내 배치된 충전식 배터리를 충전하기 위한 비파괴적인 방법을 제공하며 동작 동안 인간 수명에 대한 위험 및 비용을 감소시킨다.
당업자들은 다양한 실시예들로부터 다양한 피쳐들의 호환성(interchangeability)을 인식할 것이며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시물의 원리에 따라 추가의 시스템 및 기술을 구성하기 위해 설명된 다양한 피쳐들뿐만 아니라 각 피쳐에 관한 다른 알려진 균등물을 혼합(mix)하고 연결(match)할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 진정한 정신을 내에 있을 때 모든 그러한 수정 및 변경을 포괄하고자 한다는 것이 이해되어야 한다.
Claims (19)
- 삽입형 디바이스(12) 내에 배치된 충전식 배터리(a rechargeable battery)(36)를 충전하기 위한 상기 삽입형 디바이스(12)에서의 비접촉 전력 전송(contactless power transfer)을 위한 시스템(10)으로서,
전력원(18)에 전기적으로 연결가능한 제 1 코일(30) ― 상기 제 1 코일(30)은 자기장을 생성하도록 구성됨 ― 과,
상기 삽입형 디바이스(12) 내 배치된 충전식 배터리(36)에 전기적으로 연결되고, 상기 자기장을 통해 상기 제 1 코일(30)로부터 전력을 수신하도록 구성되며, 상기 충전식 배터리(36)에 상기 전력을 공급하도록 구성되는 제 2 코일(34)과,
상기 제 1 코일(30)과 상기 제 2 코일(34) 사이에 배치되어, 상기 제 1 코일(30)과 상기 제 2 코일(34) 사이의 커플링을 강화하도록 구성된 요소(14)를 포함하되,
상기 요소(14)는, 상기 제 1 코일(30)과 상기 제 2 코일(34) 사이에 배치되고, 상기 제 2 코일(34)로 상기 자기장을 집속하도록 정상파 전류 분포(a standing wave current distribution)를 가지는 자기 공진 코일(a self resonant coil)로서 구성되는 자기장 집속 요소(a field focusing element)(14)를 포함하고, 상기 자기장 집속 요소는 복수의 공진기를 포함하고, 상기 복수의 공진기 중 적어도 두 개는 상이한 공진 주파수를 가지며, 상기 상이한 공진 주파수는 전력과 데이터 신호의 동시 전송을 가능하게 하는
비접촉 전력 전송 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 자기장 집속 요소(14)는, 상기 삽입형 디바이스(12) 내에 배치되거나 충전 디바이스(a charging device) 내에 배치되는
비접촉 전력 전송 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 삽입형 디바이스(12)는 심박 조정기(a cardiac pacemaker), 신경 시뮬레이터(a neurological simulator), 근육 시뮬레이터, 또는 인공와우(cochlear implant)를 포함하는
비접촉 전력 전송 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 충전식 배터리(36)에 공급되는 전력은 1마이크로와트 내지 900밀리와트의 범위 내에 있는
비접촉 전력 전송 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 코일(30) 및 상기 제 2 코일(34)은 상기 비접촉 전력 전송 동안 15밀리미터 내지 5센티미터의 범위 내의 거리에 배치되는
비접촉 전력 전송 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 시스템은,
상기 전력원(18)과 상기 제 1 코일(30) 사이에 연결된 고 주파수 인버터(26)를 더 포함하는
비접촉 전력 전송 시스템.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 공진기는 유전체 매체, 자기 매체, 또는 자기유전 매체(magneto-dielectric medium) 중 적어도 하나에 배치되는
비접촉 전력 전송 시스템.
- 삽입형 디바이스(12) 내 배치된 충전식 배터리(36)의 비접촉 충전을 위한 방법으로서,
전력원(18)에 연결된 제 1 코일(30)을 통해 자기장을 생성하는 단계와,
자기장 집속 요소(14)를 통해 제 2 코일(34)에 상기 자기장을 집속하는 단계와,
상기 자기장을 통해 상기 제 1 코일(30)에서 상기 제 2 코일(34)로 전력을 전송하는 단계와,
상기 제 2 코일(34)에서 상기 삽입형 디바이스 내 배치된 상기 충전식 배터리(36)로 상기 전력을 전송하는 단계를 포함하되,
상기 자기장 집속 요소는 복수의 공진기를 포함하고, 상기 복수의 공진기 중 적어도 두 개는 상이한 공진 주파수를 가지며, 상기 상이한 공진 주파수는 전력과 데이터 신호의 동시 전송을 가능하게 하는
비접촉 충전 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 코일(30)에서 상기 제 2 코일(34)로 전력을 전송하는 단계는, 1마이크로와트 내지 900밀리와트의 범위 내에서 상기 전력을 전송하는 단계를 포함하는
비접촉 충전 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 방법은, 상기 자기장을 집속하기 이전에, 15밀리미터 내지 5센티미터 범위 내의 거리에서 상기 제 1 코일(30) 및 상기 제 2 코일(34)을 배치하는 단계를 더 포함하는
비접촉 충전 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 방법은,
상기 삽입형 디바이스(12), 상기 충전식 배터리(36)의 충전 상태, 또는 이 둘 모두에 관한 데이터 신호를 획득하는 단계와,
상기 삽입형 디바이스(12)의 외부에 위치된 프로세서로 상기 데이터 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는
비접촉 충전 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 데이터 신호를 전송하는 단계는, 상기 충전식 배터리(36)로의 상기 전력 및 상기 삽입형 디바이스(12)로부터의 상기 데이터 신호를 상이한 공진 주파수에서 전송하는 단계를 더 포함하는
비접촉 충전 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 방법은, 상기 데이터 신호를 사용하여 상기 제 1 코일(30)에 의해 생성되는 상기 자기장을 제어하는 단계를 더 포함하는
비접촉 충전 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 방법은,
상기 삽입형 디바이스(12), 상기 충전식 배터리(36)의 충전 상태, 또는 이 둘 모두에 관한 데이터 신호를 획득하는 단계와,
상기 데이터 신호를 사용하여 상기 제 2 코일(34)로부터 상기 충전식 배터리(36)로 전송되는 전력을 제어하는 단계를 더 포함하는
비접촉 충전 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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