KR20160102647A - 체내 의료기기용 무선 충전장치 - Google Patents

체내 의료기기용 무선 충전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 체내 의료기기용 무선 충전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인공장기, 수술용 로봇과 같이 인체내에 삽입되는 체내 의료기기에 대한 배터리를 무선 충전이 가능한 체내 의료기기용 무선 충전장치에 관한 것이다.

Description

체내 의료기기용 무선 충전장치 {Wireless Charging Device}
본 발명은 체내 의료기기용 무선 충전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인공장기, 수술용 로봇과 같이 인체내에 삽입되는 체내 의료기기에 대한 배터리를 무선 충전이 가능한 체내 의료기기용 무선 충전장치에 관한 것이다.
의학의 발달에 따라 심장, 신장 등 장기의 손상이 심한 경우 장기를 이식하지 않고 실제 장기를 대체하는 인공 장기로 대체하여 이식하는 기술이 적용되고 있으며, 혈관 수술과 같이 각종 정교하고 정밀성을 요구하는 수술에 의사의 컨트롤에 따라 의사의 행동을 모사하여 외과 수술을 수행하는 의료형 마이크로 로봇이 적용되고 있다.
종래의 인공 장기와 마이크로 로봇은 전기로 구동되는 기기로서 배터리가 방전될 경우 기기의 동작이 멈추게 되므로 배터리 체크와 주기적인 충전이 필요하다.
종래에는 체내 의료기기용 배터리에 대한 충전을 위해서 체외에 설치된 배터리를 체내의 인공 장기에 연결해서 사용하는 방법을 채용하므로 전력 공급을 위해 전선이 체외에서 체내로 연결되어야 하는 문제가 있었다.
또한, 충전이 완료될 때까지 환자가 한 곳에 정지해 있어야 하므로 충전 과정이 매우 번거로운 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 인공장기, 수술용 로봇과 같이 인체내에 삽입되는 체내 의료기기에 대한 배터리를 무선 충전이 가능한 체내 의료기기용 무선 충전장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 체내 의료기기용 무선 충전장치는 체내 의료기기에 무선으로 전력을 공급하는 무선 충전장치로서; 체내에 설치되고 상기 체내 의료기기에 전원을 공급하는 충전 배터리를 구비한 수전기와 상기 수전기의 배터리에 무선으로 전력을 공급하는 송전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 송전기는 송전 코일부와 송전 배터리부를 포함하고, 상기 수전기는 수전 코일부와 충전 배터리부를 포함하고, 상기 송전기와 수전기는 전자기 유도 방식을 통해 송전기의 송전 배터리부의 전력을 수전기의 충전 배터리부에 공급하여 충전하는 것을 특징으로 한다.
상기 송전기는 송전기용 수전 코일부와 상기 송전기용 수전 코일부를 통해 유도된 전력을 충전하는 송전기용 충전 배터리부와 상기 송전기용 충전 배터리부의 전력에 의해 자기장을 생성하는 송전 코일부와 수전과 송전을 선택할 수 있는 스위치부를 포함하여 상기 수전과 송전 기능을 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 스위치부는 송전기용 수전 코일부와 송전 코일부 중 하나의 코일부에만 전기가 공급되도록 선택하고 수전을 선택할 경우 송전코일부로 공급되는 라인이 차단되고, 송전기용 수전 코일부를 통해 유도된 전력이 송전기용 충전 배터리부를 통해 공급되어 충전되고, 송전을 선택할 경우 반대로 송전기용 수전 코일부로 공급되는 라인이 차단되고, 송전기용 충전 배터리부의 전력이 송전 코일부로 공급되어 자기장에 의해 수전기로 전력을 공급하여 수전기의 충전 배터리로 전력이 공급되어 충전되는 것을 특징으로 한다.
상기 송전기는 수전과 송전을 선택하는 선택 스위치부와 상기 선택 스위치부의 선택에 따라 수전 동작 또는 송전 동작을 제어하는 보드부와 상기 보드부의 동작에 따라 수전 또는 송전 동작을 수행하는 통합 코일부와 송전 동작에 의해 충전되는 송전 배터리를 포함하고, 상기 보드부는 수전 동작을 제어하는 수전 보드와 송전 동작을 제어하는 송전보드를 포함하여 구성되고, 상기 수전 보드와 송전 보드는 정류 및 증폭 기능을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 선택 스위치를 통해 송전이 선택되면, 상기 보드부의 송전 보드가 동작하도록 스위칭되고, 송전 보드는 통합 코일부가 송전 동작을 수행하도록 제어하고 통합 코일부가 수전 코일로 동작하여 송전 배터리의 전력을 수전기로 전송하고, 상기 선택 스위치를 통해 수전이 선택되면, 상기 보드부의 수전보다가 동작하도록 스위칭되고, 수전 보드는 통합 코일부가 수전 동작을 수행하도록 제어하고 통합 코일부가 송전 코일로 동작하여 외부로부터 전력을 공급받아 송전 배터리에 충전하는 것을 특징으로 한다.
상기 수전기는 손목 피부 내측에 위치하고, 상기 수전기가 위치한 피부 외측에 상기 송전기를 접촉시켜 전자기 유도를 발생시켜 상기 수전기가 배터리를 충전하고, 상기 송전기는 손목에 차는 밴드형으로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 체내 의료기기용 무선 충전장치는 항상 외부에서 충전이 가능하므로 체내 의료기기용 배터리의 크기를 최소화할 수 있으며, 환자가 휴대하면서 충전할 수 있으므로 사용이 편리하고, 수전 및 송전 코일이 동심원 배열 방식을 따라서 다수 개의 층으로 제작되어 체내 의료기기의 수전 코일과 대향이 쉬운 탁월한 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 체내 의료기기용 무선 충전장치를 개략적으로 도시한 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무선 충전장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3은 송전기가 손목 밴드형으로 구성된 것을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 송전기를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 코일부가 하나로 구성되어 송전과 수전 기능을 가지는 송전기를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 6은 본 발명에 따른 코일 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 체내 의료기기용 무선 충전장치를 개략적으로 도시한 시스템 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 다른 무선 충전장치는 체내에 설치되고 체내 의료기기에 전원을 공급하는 배터리를 구비한 수전기(20)와 상기 수전기의 배터리에 무선으로 전력을 공급하는 송전기(10)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 수전기(20)는 체내 의료기기와 전기적으로 연결되어 전력을 공급하는 역할을 담당한다.
여기서, 상기 체내 의료기기는 심장, 간, 신장과 같이 장기를 대체하여 이식된 인공 장기, 혈관과 같은 정밀 수술을 위해 투입된 마이크로 수술 로봇, 인체에 투입되어 건강 상태를 체크 및 모니터링하는 마이크로 탐사 로봇 등 전기를 구동원으로 인체에 삽입되는 모든 의료 기기를 포함하는 개념으로 정의된다.
상기 체내 의료기기는 전기를 구동으로 작동하기 때문에 배터리가 방전되어 전원 공급이 중단될 경우 환자에게 치명적인 손상을 초래할 수 있으므로 배터리가 방전되기 전에 충전되어야 하므로 충전 관리가 필수적이다.
상기 수전기(20)는 상기 체내 의료기기에 전원을 공급하고, 상기 배터리가 방전되기 전에 상기 송전기로부터 전력을 무선으로 공급받아 배터리를 충전하게 된다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 무선 충전장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 송전기(10)는 송전 코일부(110)와 배터리(120)를 포함하여 구성될 수 있고, 수전기는 수전 코일부(210)와 충전 배터리부(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 송전기(10)와 수전기(20)는 전자기 유도 방식을 통해 송전기의 전력을 수전기의 배터리에 공급하여 충전하는 방식이다.
보다 구체적으로, 송전기의 배터리(120)가 전력을 공급하여 송전 코일부(110)에 자기장을 발생시키고, 이를 수전기의 수전 코일부(210)에 전기가 유도되어 충전 배터리부(220)에 전력이 공급되어 충전되는 원리가 적용된다.
즉, 송전 코일부(110)에 발생된 자기장에 의해 수전기의 수전 코일부를 통과하는 자속이 변화하고, 그에 따라 전압과 전류가 발생되고 이것을 변환하여 전력이 충전 배터리부(220)에 충전된다.
상기와 같이 전자기 유도에 의해 배터리를 충전하기 위해서는 송전기의 송전 코일부(110)와 수전기의 수전 코일부(120) 사이의 거리가 가까워야만 한다.
이를 위해, 상기 수전기(20)가 손과 같은 피부 내측에 위치하고, 상기 수전기가 위치한 피부 외측에 상기 송전기를 접촉시켜 전자기 유도를 발생시켜 상기 수전기가 배터리를 충전할 수 있다.
따라서, 상기 송전기(10)는 도 3과 같이 손목에 차는 밴드형으로 구성될 수 있다.
그리고 상기 송전 코일부(110)와 수전 코일부(120)는 자기장 유도 효과를 극대화하기 위해 슬림한 형태의 판형 코일이 동심원 형상으로 감긴 형태로 구성될 수 있다.
상기 수전기의 충전 배터리부는 안정적이고 효율적인 전력 공급을 위한 공진을 위해 공진용 커패시터를 더 포함할 수 있으며, 상기 수전용 코일을 통해 유도된 전력을 변환하여 배터리에 전력을 공급하여 충전하고, 부하를 통해 체내 의료기기에 전력을 공급한다.
상기 송전기는 송전 배터리와 공진용 커패시터 및 송전 코일부를 포함하여 구성될 수 있으며, 수전기의 충전을 위해 송전기의 배터리가 턴온되면 발생된 전류, 전압에 의해 송전 코일부(1차 코일)에 자기장이 형성되고, 형성된 자기장이 이와 접촉된 수전 코일부(2차 코일)에 전달되어 전기를 유도하여 충전 배터리에 전력을 공급하여 충전하게 된다.
여기서, 상기 배터리는 충전이 불가능한 1차 전지 또는 재충전이 가능한 2차 전지로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 송전기를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 송전기는 송전과 수전을 겸용으로 수행하도록 구성될 수 있다.
도 2의 실시예는 수전기로 전력을 송전만 하는 기능만을 가지고 있지만, 도 4와 같이 수전 뿐만 아니라, 송전 기능을 구비하여 송전기의 배터리가 방전될 경우 송전기에 대한 배터리 재충전이 가능하도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 송전기(10)는 송전기용 수전 코일부(131)와 상기 송전기용 수전 코일부를 통해 유도된 전력을 충전하는 송전기용 충전 배터리(140)와 상기 송전기용 충전 배터리부의 전력에 의해 자기장을 생성하는 송전 코일부(132)와 수전과 송전을 선택할 수 있는 스위치부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 스위치부(150)는 송전기용 수전 코일부와 송전 코일부 중 하나의 코일부에만 전기가 공급되도록 선택하는 역할을 담당하고, 수전을 선택할 경우 송전코일부로 공급되는 라인이 차단되고, 송전기용 수전 코일부를 통해 유도된 전력이 송전기용 충전 배터리부를 통해 공급되어 충전된다.
그리고 송전을 선택할 경우 반대로 송전기용 수전 코일부로 공급되는 라인이 차단되고, 송전기용 충전 배터리부의 전력이 송전 코일부로 공급되어 자기장에 의해 수전기로 전력을 공급하여 수전기의 충전 배터리로 전력이 공급되어 충전된다.
즉, 수전은 송전기 자체가 충전하는 기능을 의미하고, 송전은 수전기 충전을 위해 전력을 송출하는 기능을 의미한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 코일부가 하나로 구성되어 송전과 수전 기능을 가지는 송전기를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 4의 실시예는 송전과 수전을 위해 2개의 코일부가 적용되는 구조이지만, 도 5의 실시예는 송전과 수전을 통합적으로 수행하는 단일의 코일부가 적용되는 구조라는 점에서 차이가 있다.
보다 구체적으로, 도 5에 따른 실시예는 수전과 송전을 선택하는 선택 스위치부(160)와 상기 선택 스위치부의 선택에 따라 수전 동작 또는 송전 동작을 제어하는 보드부(150)와 상기 보드부의 동작에 따라 수전 또는 송전 동작을 수행하는 통합 코일부(133)와 송전 동작에 의해 충전되는 송전 배터리(170)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 보드부(150)는 수전 동작을 제어하는 수전 보드(151)와 송전 동작을 제어하는 송전보드(152)를 포함하여 구성되고, 상기 수전 보드와 송전 보드는 정류 및 증폭 기능을 포함하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 선택 스위치를 통해 송전이 선택되면, 상기 보드부의 송전 보드가 동작하도록 스위칭되고, 송전 보드는 통합 코일부가 송전 동작을 수행하도록 제어하고 통합 코일부가 수전 코일로 동작하여 송전 배터리의 전력을 수전기로 전송한다.
그리고, 상기 선택 스위치를 통해 수전이 선택되면, 상기 보드부의 수전보다가 동작하도록 스위칭되고, 수전 보드는 통합 코일부가 수전 동작을 수행하도록 제어하고 통합 코일부가 송전 코일로 동작하여 외부로부터 전력을 공급받아 송전 배터리에 충전한다.
도 6은 본 발명에 따른 코일 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 송전과 수전에 사용되는 코일부는 2개 이상의 복수 개의 층(바람직하게는, 3개)이 중첩된 구조로 형성될 수 있으며, 이를 통해 전자기 유도 효과를 극대화할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 송전기 20 : 수전기

Claims (7)

  1. 체내 의료기기에 무선으로 전력을 공급하는 무선 충전장치로서;
    체내에 설치되고 상기 체내 의료기기에 전원을 공급하는 충전 배터리를 구비한 수전기와;
    상기 수전기의 배터리에 무선으로 전력을 공급하는 송전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 체내 의료기기용 무선 충전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    송전기는 송전 코일부와 송전 배터리부를 포함하고;
    수전기는 수전 코일부와 충전 배터리부를 포함하고;
    상기 송전기와 수전기는 전자기 유도 방식을 통해 송전기의 송전 배터리부의 전력을 수전기의 충전 배터리부에 공급하여 충전하는 것을 특징으로 하는 체내 의료기기용 무선 충전장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 송전기는
    송전기용 수전 코일부와;
    상기 송전기용 수전 코일부를 통해 유도된 전력을 충전하는 송전기용 충전 배터리부와;
    상기 송전기용 충전 배터리부의 전력에 의해 자기장을 생성하는 송전 코일부와;
    수전과 송전을 선택할 수 있는 스위치부를 포함하여 상기 수전과 송전 기능을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 체내 의료기기용 무선 충전장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 스위치부는 송전기용 수전 코일부와 송전 코일부 중 하나의 코일부에만 전기가 공급되도록 선택하고 수전을 선택할 경우 송전코일부로 공급되는 라인이 차단되고, 송전기용 수전 코일부를 통해 유도된 전력이 송전기용 충전 배터리부를 통해 공급되어 충전되고;
    송전을 선택할 경우 반대로 송전기용 수전 코일부로 공급되는 라인이 차단되고, 송전기용 충전 배터리부의 전력이 송전 코일부로 공급되어 자기장에 의해 수전기로 전력을 공급하여 수전기의 충전 배터리로 전력이 공급되어 충전되는 것을 특징으로 하는 체내 의료기기용 무선 충전장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 송전기는
    수전과 송전을 선택하는 선택 스위치부와;
    상기 선택 스위치부의 선택에 따라 수전 동작 또는 송전 동작을 제어하는 보드부와;
    상기 보드부의 동작에 따라 수전 또는 송전 동작을 수행하는 통합 코일부와 송전 동작에 의해 충전되는 송전 배터리를 포함하고;
    상기 보드부는 수전 동작을 제어하는 수전 보드와 송전 동작을 제어하는 송전보드를 포함하여 구성되고, 상기 수전 보드와 송전 보드는 정류 및 증폭 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 체내 의료기기용 무선 충전장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 선택 스위치를 통해 송전이 선택되면, 상기 보드부의 송전 보드가 동작하도록 스위칭되고, 송전 보드는 통합 코일부가 송전 동작을 수행하도록 제어하고 통합 코일부가 수전 코일로 동작하여 송전 배터리의 전력을 수전기로 전송하고;
    상기 선택 스위치를 통해 수전이 선택되면, 상기 보드부의 수전보다가 동작하도록 스위칭되고, 수전 보드는 통합 코일부가 수전 동작을 수행하도록 제어하고 통합 코일부가 송전 코일로 동작하여 외부로부터 전력을 공급받아 송전 배터리에 충전하는 것을 특징으로 하는 체내 의료기기용 무선 충전장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 선택된 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 수전기는
    손목 피부 내측에 위치하고, 상기 수전기가 위치한 피부 외측에 상기 송전기를 접촉시켜 전자기 유도를 발생시켜 상기 수전기가 배터리를 충전하고;
    상기 송전기는 손목에 차는 밴드형으로 구성된 것을 특징으로 하는 체내 의료기기용 무선 충전장치.
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