KR20160102779A - 무선 전력 전송 장치, 이를 포함하는 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 전송 방법 - Google Patents

무선 전력 전송 장치, 이를 포함하는 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 전송 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인체 이식형 의료 기기에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치는 외부 전원을 설정된 주파수의 전력 신호로 출력하는 전력 공급부, 상기 전력 공급부의 전력 신호를 전자파 형태의 무선 전력 신호로 출력하는 전력 전송부, 그리고 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 조절하는 전력 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 전력 전송 과정 동안 상기 인체 이식형 의료 기기로부터 전송되는 전자파 및 온도 측정 데이터를 이용하여 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 계산하고, 계산된 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 설정된 기준 값과 비교한 결과에 따라 상기 전력 제어 신호를 출력한다.

Description

무선 전력 전송 장치, 이를 포함하는 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 전송 방법{WIRELESS POWER TRANSMISSION DEVICE, WIRELESS POWER TRANSMISSION SYSTEM INCLUDING THEREOF AND WIRELESS POWER TRANSMISSION METHOD THEREOF}
본 발명은 인체 이식형 의료 기기의 무선 전력 전송 장치, 이를 포함하는 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 전송 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전력 전송 과정 동안 발생하는 인체의 전자파 노출량을 측정하고 이를 이용하여 전송되는 전력 레벨을 제어하는 무선 전력 전송 장치, 이를 포함하는 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 전송 방법에 관한 것이다.
인체 이식형 의료 기기 시장은 인구 고령화, 복지 정책의 활성화로 급속히 커지고 있다. 이식형 의료 기기는 인간의 취약한 기능을 보조하기 위해서 다양한 질병 치료 분야로의 응용이 확대되고 있으며 기기를 통한 능동적인 치료를 위해 전원 모듈이 점차 필수가 되고 있다. 이를 원활히 사용하기 위해서는 추가적인 비용과 고통이 발생하고 있다. 이를 해결하기 위해서 무선전력전송 기술을 사용한 제품들에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.
인체를 매질로 하여 전력 전송하는 동안 발생하는 전자파는 인체 조직에 흡수되고 흡수된 전력이 인체 조직의 온도를 일정 수준 이상 상승시킨다. 이러하나 온도의 상승이 일정 시간 이상 지속하는 경우 해당 조직이 파괴되는 현상이 발생한다. 이와 같이 인체 조직에서의 전자파 흡수는 인체의 안전성에 영향을 준다.
이에 따라 인체 내에 삽입된 기기에 전력을 제공할 때 발생하는 전자파 노출량에 의한 인체 변화를 관찰하고 안전하게 사용할 수 있는 장치 및 방법들에 대한 필요성이 제기되고 있다.
본 발명이 목적은, 인체 이식형 의료 기기에 무선으로 전력을 전달할 때 발생하는 인체의 전자파 노출량을 측정하고, 이를 이용하여 전송되는 전력의 레벨을 제어하는 무선 전력 전송 장치, 이를 포함하는 무선 전력 전송 시스템 및 무선 전력 전송 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치는, 외부 전원을 설정된 주파수의 전력 신호로 출력하는 전력 공급부, 상기 전력 공급부의 전력 신호를 전자파 형태의 무선 전력 신호로 출력하는 전력 전송부, 그리고 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 조절하는 전력 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 전력 전송 과정 동안 상기 인체 이식형 의료 기기로부터 전송되는 전자파 측정 데이터 또는 체내 온도 데이터를 이용하여 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량을 계산하고, 계산된 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 설정된 기준 값과 비교한 결과에 따라 상기 전력 제어 신호를 출력한다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 상기 제어부는 상기 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 상기 설정된 기준 값을 초과하는 경우 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 감소시키도록 상기 전력 전송부를 제어한다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 상기 제어부는 상기 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 상기 설정된 기준 값 이하인 경우 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 유지하도록 상기 전력 전송부를 제어한다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치는 상기 전자파 흡수율 및 상기 체내 온도 변화량을 표시하기 위한 디스플레이 또는 LED를 더 포함한다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 상기 전력 전송부는, 상기 전력 공급부의 전력 신호를 전자파 형태의 무선 전력 신호로 출력하기 위한 전송 코일 그리고 상기 인체 이식형 의료 기기로부터 전송되는 전자파 측정 데이터 및 체내 온도 데이터를 수신하기 위한 전송단 안테나를 포함한다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치는 자기 공명 방식을 이용하여 상기 인체 이식형 의료 기기로 전력을 전송한다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템은 무선 전력 전송 장치와 무선 전력 수신 장치를 포함하며, 무선 전력 수신 장치는 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전송되는 무선 전력 신호를 수신하고 수신된 무선 전력 신호를 직류 전압으로 변환하여 부하에 공급하며, 상기 수신되는 무선 전력 신호의 전자파의 세기 및 인체 내부 온도를 측정하여 상기 무선 전력 전송 장치로 전송하고, 상기 무선 전력 전송 장치는 상기 무선 전력 전송 장치는 무선 전력 수신 장치에서 측정한 전자파의 세기 및 인체 내부 온도를 이용하여 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 계산하고, 계산된 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 설정된 기준 값과 비교한 결과에 따라 전송되는 무선 전력 신호의 출력 레벨을 제어한다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템의 상기 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 신호를 수신하기 위한 수신 코일 및 상기 측정한 무선 전력 신호의 전자파의 세기 및 인체 내부 온도에 대한 데이터를 상기 무선 전력 전송 장치로 전송하기 위한 수신단 안테나를 포함하고, 그리고 상기 무선 전력 전송 장치는 무선 전력 전송 신호를 전송하기 위한 전송 코일 및 상기 무선 전력 수신 장치로부터 상기 데이터를 수신하기 위한 전송단 안테나를 포함한다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템의 무선 전력 수신 장치는, 무선 전력 전송 과정 동안 상기 수신 코일의 공진 주파수와 상기 전송 코일의 공진 주파수를 일치시키기 위한 정합회로를 더 포함한다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템의 상기 무선 전력 전송 장치는 상기 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 상기 설정된 기준 값을 초과하는 경우 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 감소시킨다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템은 상기 무선 전력 전송 장치는 상기 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 상기 설정된 기준 값 이하인 경우 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 감소시킨다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템의 상기 무선 전력 전송 장치는, 상기 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량을 표시하기 위한 디스플레이 또는 LED를 포함한다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템의 상기 무선 전력 수신기는 인체 이식형 의료 기기에 위치하여 상기 인체 이식형 의료 기기의 전원부에 전력을 공급한다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치가 무선으로 전력을 전송하는 방법은, 전자파 형태의 무선 전력 신호를 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계, 상기 무선 전력 수신 장치로부터 전송된 상기 무선 전력 신호의 전자파 세기 및 온도에 대한 측정 데이터를 수신하는 단계, 그리고 상기 측정 데이터를 이용하여 전송되는 무선 전력 신호의 출력 레벨을 제어하는 단계를 포함하되, 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 제어하는 단계는, 상기 측정 데이터를 이용하여 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 계산하고, 계산된 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 이용하여 수행된다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치가 무선으로 전력을 전송하는 방법의 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 제어하는 단계는, 상기 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 상기 설정된 기준 값을 초과하는 경우 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 감소시킨다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치가 무선으로 전력을 전송하는 방법의 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 제어하는 단계는, 상기 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 상기 설정된 기준 값 이하인 경우 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 감소시킨다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치가 무선으로 전력을 전송하는 방법은 상기 계산된 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 디스플레이에 표시하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 인체 이식형 의료 기기에 무선으로 전력을 공급하여 전력 공급의 편의성이 증대될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전력 전송 과정에서 발생하는 인체의 전자파 노출량을 측정하고, 이를 이용하여 전송되는 전력의 출력 레벨을 제어함으로써, 인체 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 인체 이식형 의료 기기가 인체에 이식된 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치와 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 무선으로 공급받는 인체 이식형 의료 기기를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치의 보다 상세한 블럭도이다.
도 4는 본 발명에 따른 무선 전력 수신기의 보다 상세한 블럭도이다.
도 5는 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템의 전력 전송 및 데이터 전송을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 무선 전력 시스템의 전력 전송 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 7은 무선 전력 전송 장치가 무선 전력 신호의 출력 레벨을 조절하는 방법을 예시적으로 도시한 흐름도이다.
이하에서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 인체 이식형 의료 기기(100)가 인체에 이식된 모습을 보여주는 도면이다. 인체 이식형 의료 기기란 사용자의 체내에 이식되어 사용자의 생리적/병리적 상태정보 등을 수집하거나, 사용자의 장기와 밀접하게 연결되어 장기의 동작을 제어하는 등의 의료활동을 수행하는 의료 기기를 의미한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 인체 이식형 의료 기기(100)는 인체에 이식되어 설정된 기능을 수행할 수 있다. 예시적으로, 인체 이식형 의료 기기(100)는 이식형 인공 심장 박동기, 이식형 심장 충격기, 이식형 의료용 전기 자극기, 이식형 전기 배뇨 억제기, 이식형 약물 공급 펌프 등일 수 있다. 하지만 본 발명에 따른 인체 이식형 의료 기기(100)는 이에 한정되지 않고 인체에 이식되어 의료 목적으로 사용하는 모든 의료 기기를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 인체 이식형 의료 기기(100)는 기기 내부에 설정된 기능을 수행하기 위한 전원으로서 배터리를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 인체 이식형 의료 기기(100)는 배터리에 전력을 무선으로 충전하기 위한 전력 수신 수단을 포함할 수 있다. 전력 수신 수단은 무선 신호의 형태로 전송된 전력을 수신하여 정류, 직류 레벨 변환 등과 같은 처리 과정을 거쳐 배터리를 충전할 수 있다.
본 발명에 따른 인체 이식형 의료 기기(100)가 무선으로 전력을 전송받기 위한 상세한 구성 및 동작은 이하에서 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(200)와 무선 전력 전송 장치(200)로부터 전력을 무선으로 공급받는 인체 이식형 의료 기기(100)를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 인체 이식형 의료 기기(100)는 무선 전력 수신기(300)와 배터리(110)를 포함할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(200)와 인체 이식형 의료 기기(100) 사이의 전력 전송 과정을 보다 구체적으로 설명한다.
인체 이식형 의료 기기(100)의 배터리(110)는 인체 이식형 의료 기기(100)의 동작 전원을 공급한다. 배터리(110)는 리튬 이온 배터리와 같은, 충전 가능한 배터리일 수 있다. 배터리(110)는 지속적인 사용으로 인해 방전될 위험이 있다. 따라서, 주기적으로 또는 필요시마다 충전할 필요가 있다. 본 발명에 따른 배터리(110)는 무선 전력 전송 장치(200)를 통해 무선으로 충전될 수 있다.
무선 전력 전송 장치(200)는 인체 이식형 의료 기기(100)에 무선으로 전력을 전달할 수 있다. 즉, 무선 전력 전송 장치(200)는 인체 이식형 의료 기기(100)의 무선 전력 수신기(300)에 전자파 신호의 형태로 전력을 전송할 수 있다. 예시적으로, 무선 전력 전송 장치(200)는 무선 전력 수신기(300)에 자기 유도 방식 또는 자기 공명 방식을 통해 전력을 전송할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(300)는 무선 전력 전송 장치(200)로부터 전자파 신호 형태의 전력을 수신한 후 정류 과정을 통해 직류로 변환하고 변환된 직류 신호를 증폭하여 임의의 전압으로 변환시킨 후 배터리(110)를 충전할 수 있다.
무선 전력 수신 장치(300)는 무선 전력 전송 장치(200)로부터 전송되는 전자파 신호의 세기 및 온도를 측정할 수 있다. 인체 이식형 의료 기기(100)로 전자파 신호 형태의 전력이 전송되는 경우 인체 이식형 의료 기기(100)가 이식된 부위의 인체는 전자파에 노출되게 된다. 무선 전력 수신 장치(300)는 이러한 무선 전력 전송 과정에서 발생하는 인체의 전자파 노출량을 측정할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(200)는 무선 전력 수신 장치(300)가 측정한 전자파의 노출량 및 온도를 이용하여 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 계산할 수 있다. 또한, 무선 전력 전송 장치(200)는 계산된 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 이용하여 전송되는 전력의 레벨을 조절할 수 있다. 예시적으로, 계산된 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 설정된 값을 초과하는 경우, 전송되는 전력의 레벨을 감소시킬 수 있다. 예시적으로, 계산된 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 설정된 값 이하인 경우, 전송되는 전력의 레벨을 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(200)는 인체 이식형 의료 기기(100)에 무선으로 전력을 전달할 수 있다. 또한 무선 전력 전달 과정에서 발생하는 체내 전자파 노출량을 이용하여 전송되는 전력의 레벨을 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(200)는 무선 전력 전송 과정에서 발생하는 있는 인체 유해성을 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(200)의 보다 상세한 블럭도이다. 도 3을 참조하면, 무선 전력 전송 장치(200)는 전력 공급부(210), 전력 전송부(220), 제어부(230), 및 알림부(240)를 포함할 수 있다. 전력 공급부(210)는 전원 공급부(212), 신호 발생부(214), 및 전력 증폭부(216)를 포함할 수 있다. 전력 전송부(220)는 전송 정합회로(222), 전송 코일(224), 및 전송단 안테나(226)를 포함할 수 있다. 제어부(230)는 전력 제어부(232), 신호 처리부(234), 및 알림 제어부(236)를 포함할 수 있다. 알림부(240)는 디스플레이부(242), LED 표시부(244), 및 스피커(246)를 포함할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하며 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(200)의 동작을 보다 구체적으로 설명한다.
전력 공급부(210)는 전원 공급부(212)를 통해 공급된 외부 전원을 전자파 신호로 변환하여 전력 전송부(200)로 출력한다.
전원 공급부(212)는 외부로부터 전원을 입력받는다. 예시적으로, 이러한 외부 전원은 220v, 60 Hz의 교류 전원일 수 있다. 전원 공급부(212)는 입력된 외부 전원을 정류하여 직류 전압을 출력할 수 있다.
신호 발생부(214)는 무선 전력 전송 장치(200)에서 필요로 하는 주파수의 신호를 발생시킬 수 있다. 발생되는 신호의 주파수 대역은 예컨대, 수 MHz 내지 수십 MHz일 수 있다.
전력 증폭부(216)는 신호 발생부(214)에서 발생된 신호를 이용하여 전원 공급부(212)에서 출력된 일정 레벨의 직류 전압을 특정 주파수를 가지는 신호 형태로 변환할 수 있다. 즉, 직류 전압을 무선으로 전력을 전송하기 위한 전력 신호(SIG_PW)를 생성할 수 있다. 또한, 전력 증폭부(216)는 생성되는 전력 신호(SIG_PW)의 출력 레벨을 조절할 수 있다. 전력 증폭부(216)는 전력 증폭부(216)의 성능 저하 및 오동작을 방지하기 위한 보호회로를 더 포함할 수 있다.
전력 전송부(220)는 전력 공급부(210)로부터 입력받은 전력 신호(SIG_PW)를 전송 코일(224)를 통해 인체 이식형 의료 기기(100)의 무선 전력 수신기(300)로 전송할 수 있다. 즉, 전력 전송부(220)는 전력 신호(SIG_PW)를 입력받아 전자파 형태의 무선 전력 신호를 무선 전력 수신기(300)로 방사한다. 또한, 전력 전송부(220)는 인체 이식형 의료 기기(100)의 무선 전력 수신기(300)로부터 전송되는 전자파 및 온도 측정 데이터를 수신할 수 있다.
전송 정합회로(222)는 전송 코일(224)의 공진 주파수를 변경할 수 있다. 이를 위해 전송 정합회로(222)는 가변 커패시터를 포함할 수 있다. 전송 정합회로(222)는 전송 코일(224)의 후단에 위치하여, 전송 코일(224)과 전력 공급부(210) 사이의 임피던스를 정합시킬 수 있다.
전송 코일(224)은 전력 공급부(210)로부터 입력받은 전력 신호(SIG_PW)를 인체 이식형 의료 기기(100)의 무선 전력 수신기(300)로 전송할 수 있다. 즉, 전송 코일(224)은 전력 신호(SIG_PW)를 전자파 신호의 형태인 무선 전력 신호로 방사시킬 수 있다. 본 발명에 따른 무선 전력 공급 장치(200) 및 무선 전력 수신기(300)의 전송 코일(224)은 코일 형태가 아닌 루프 안테나로 구성될 수도 있다.
전송단 안테나(226)는 인체 이식형 의료 기기(100)의 무선 전력 수신기(300)에서 전송한 전자파 및 온도 측정 데이터를 수신할 수 있다. 전자파 측정 데이터는 무선 전력 수신기(300)의 전자파 및 온도 측정부(332, 도 4 참조)에서 측정된 데이터로서, 무선 전력 전송 과정에서 체내의 전자파 노출량에 대한 데이터일 수 있다.
즉, 전송 코일(224)은 인체 이식형 의료 기기(100)로 전력을 전송하는 용도로 사용되고, 전송단 안테나(226)는 인체 이식형 의료 기기(100)와 통신하는 용도로 사용된다. 전송단 안테나(226)는 전송 코일(224) 대신 인체 이식형 의료 기기(100)로 전력을 전송하는 용도로 사용될 수도 있다.
제어부(230)는 전송단 안테나(226)를 통해 수신한 전자파 및 온도 측정 데이터를 이용하여 전자파 흡수율과 체내 온도 변화량을 계산할 수 있다. 제어부(230)는 계산된 전자파 흡수율과 체내 온도 변화량에 따라 전송되는 전력의 레벨을 제어할 수 있다. 제어부(230)는 계산된 전자파 흡수율과 체내 온도 변화량을 시각적, 청각적 정보로 표시하도록 알림부(240)를 제어할 수 있다.
신호 처리부(234)는 전송단 안테나(226)에서 수신한 전자파 노출량에 대한 전송 신호(SIG_TRN)를 신호처리하여 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 계산할 수 있다. 예시적으로, 전자파 흡수율(Specific Absorption Rate, SAR)은 아래의 수학식 1 또는 수학식 2를 참조하여 계산될 수 있다.
Figure pat00001
여기에서, σ는 조직의 전기전도도(S/m), ρ는 조직의 밀도(kg/m3), E는 실효전기장강도(V/m)를 나타낸다.
Figure pat00002
여기에서, ci는 비열용랑(J/kg °C), Δt 는 노출시간, ΔT는 온도 변화율을 나타낸다.
계산된 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량은 전력 제어부(232) 및 알림 제어부(236)로 출력될 수 있다.
전력 제어부(232)는 계산된 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 설정된 기준 값과 비교하여 그 결과에 따라 전송되는 전력의 레벨을 제어할 수 있는 전력 제어 신호(CTR_PW)를 출력할 수 있다. 예시적으로, 신호 처리부(234)는 계산된 전자파 흡수율이 설정된 기준 값보다 큰 경우, 전송되는 전력의 레벨을 낮추도록 제어하는 전력 제어 신호(CTR_PW)를 출력할 수 있다. 예시적으로, 신호 처리부(234)는 계산된 체내 온도 변화량이 설정된 기준 값보다 큰 경우, 전송되는 전력의 레벨을 낮추도록 제어하는 전력 제어 신호(CTR_PW)를 출력할 수 있다. 생성된 전력 제어 신호(CTR_PW)에 응답하여 전력 증폭부(216)는 출력되는 무선 전력 신호(SIG_PW)의 출력 레벨을 조절할 수 있다.
알림 제어부(236)는 입력받은 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량에 대한 정보를 알림부(240)에서 표시하도록 알림부(240)를 제어하는 알림 제어 신호(CTR_ARM)을 출력한다. 알림 제어 신호(CTR_ARM)는 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량 정보를 디스플레이부(242)를 통해 시각적인 정보로 표시하도록 알림부(240)를 제어할 수 있다. 또는, 알림 제어 신호(CTR_ARM)는 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량에 대한 정보를 LED 표시부(244) 및 스피커(246)를 통해 나타내도록 알림부(240)을 제어할 수 있다. 예시적으로 알림 제어부(236)는 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량이 설정된 기준 값을 초과하는 경우, LED 표시부(244) 또는 스피커(246)를 통해 사용자에게 시각 또는 청각으로 경고하도록 하는 알림 제어 신호(CTR_ARM)를 생성할 수 있다.
알림부(240)는 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량에 대한 정보를 시각적으로 표시할 수 있다. 알림부(240)는 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량이 설정된 기준 값을 초과하는 경우, LED 표시부(244) 또는 스피커(246)를 통해 사용자에게 경고할 수 있다.
디스플레이부(242)는 시각적으로 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 표시할 수 있는 액정 표시 장치 또는 터치 스크린 등일 수 있다.
LED 표시부(244)는 하나 또는 복수의 LED 소자로 구성되어 LED 소자의 턴온/턴오프 동작에 의해 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량의 정도 또는 상술한 경고의 표시를 할 수 있다.
스피커(246)는 소리의 형태로 사용자에게 상술한 경고를 알려줄 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(200)는 인체 이식형 의료 기기(100)에 무선으로 전력을 전송할 수 있다. 또한, 무선 전력 전송 장치(200)는 전력 전송 과정에서 측정된 전자파를 이용하여 전자파 흡수율과 체내 온도 변화량을 계산하고 이를 이용하여 전송되는 전력의 레벨을 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(200)는 전력 전송 과정 동안 발생하는 전자파 노출량을 실시간으로 측정하고 이를 이용하여 전송되는 전력 레벨을 조절함으로써, 전자파 노출에 따른 인체의 안정성을 확보할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 무선 전력 수신기(300)의 보다 상세한 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 무선 전력 전송 장치(200)는 전력 수신부(310), 전압 출력부(320), 센싱부(230), 및 센싱 신호 처리부(340)를 포함할 수 있다. 전력 수신부(310)는 수신 정합회로(312), 수신 코일(314), 및 수신단 안테나(316)를 포함할 수 있다. 전압 출력부(320)는 정류부(322), DC-DC 변환부(324), 및 충전부(326)를 포함할 수 있다. 센싱부(330)는 전자파 및 온도 측정부(332), RF부(334)를 포함할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신기(300)의 동작을 보다 구체적으로 설명한다.
전력 수신부(310)는 무선 전력 전송 장치(200)로부터 전송된 전력을 수신할 수 있다. 전력 수신부(310)는 센싱된 전자파 데이터를 무선 전력 전송 장치(200)로 전송할 수 있다.
수신 정합회로(312)는 수신 코일(314)의 공진 주파수를 변경할 수 있다. 이를 위해 수신 정합회로(312)는 가변 커패시터를 포함할 수 있다. 예시적으로, 수신 정합회로(312)는 수신 코일(314)의 공진 주파수를 전송 코일(224)의 공진 주파수와 일치하도록 변경할 수 있다. 수신 코일(314)의 공진 주파수와 전송 코일(224)의 공진 주파수가 일치하는 경우 최대 전력 전달이 일어난다.
수신 코일(314)은 전송 코일(224)에 의해 전자파 신호의 형태로 전송되는 전력을 수신할 수 있다. 본 발명에 따른 무선 전력 공급 장치(200) 및 무선 전력 수신기(300)가 자기 유도 방식으로 전력을 전달하는 경우, 수신 코일(224)은 코일 형태가 아닌 루프 안테나로 구성될 수도 있다. 수신 코일(214)은 수신한 전자파 신호 형태의 전력 신호(SIG_RF)를 정류부(322)로 출력할 수 있다.
수신단 안테나(316)는 센싱부(330)에서 측정된 전자파 및 온도 데이터를 무선 전력 전송 장치(200)로 전송할 수 있다.
전압 출력부(320)는 수신 코일(312)에 의해 수신된 전력을 직류 전압으로 변환하여 배터리(110, 도 2 참조)를 충전할 수 있다.
정류부(322)는 수신 코일(312)이 수신한 전자파 형태의 전력을 정류하여 직류 전압으로 변환할 수 있다.
DC-DC 변환부(324)는 정류부(322)에서 변환된 직류 전압을 배터리(110)에 충전하기에 알맞은 레벨의 직류 전압으로 변환할 수 있다.
충전부(326)는 DC-DC 변환부(324)에서 변환된 직류 전압을 이용하여 배터리(110)를 충전할 수 있다. 충전부(326)는 배터리(110)의 과충전을 방지하기 위한 과충전 방지회로를 더 포함할 수 있다.
센싱부(330)는 무선 전력 전송 과정에서 체내로 흡수되는 전자파의 크기 및 온도를 측정할 수 있다.
전자파 및 온도 측정부(332)는 무선 전력 전송 장치(200)로부터 무선 전력 수신기(300)로 전력이 전송되는 동안 발생하는 전자파의 노출량을 수신할 수 있다. 전자파 및 온도 측정부(332)는 전자파의 노출량을 측정할 수 있는 안테나 또는 코일 형태 및 온도를 측정할 수 있는 온도 센서로 구성될 수 있다.
RF부(334)는 전자파 및 온도 측정부(332)에서 수신한 전자파 신호에서 잡음을 제거하고 신호의 레벨을 증폭 또는 감쇠시킬 수 있다. 또는 RF부(334)는 측정된 온도를 아날로그 신호로 변환시킬 수 있다.
센싱 신호 처리부(340)는 센싱부에서 전송된 센싱 신호(SIG_SEN)를 수신단 안테나(316)를 통해 전송할 수 있도록 신호를 처리하는 기능을 수행할 수 있다. 처리된 센싱 신호(SIG_PSEN)는 수신단 안테나(316)를 통해 무선 전력 전송 장치(2000로 전송될 수 있다.
본 발명에 따른 무선 전력 수신기(300)는 인체 이식형 의료 장치(100)의 내부에 위치할 수 있다. 본 발명에 따른 무선 전력 수신기(300)는 무선 전력 전송 장치(200)로부터 전력을 수신하여 인체 이식형 의료 장치(100)의 배터리(110)를 충전할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 무선 전력 수신기(300)는 전력 전송 과정에서 발생하는 체내 전자파 노출량을 측정하여 무선 전력 전송 장치(200)로 전송할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(1000)의 전력 전송 및 데이터 전송을 예시적으로 보여주는 도면이다. 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(1000)은 무선 전력 전송 장치(200)와 무선 전력 수신기(300)를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 무선 전력 시스템(1000)은 전송 코일(224)과 수신 코일(312) 사이의 자기 공명 방식을 통해 전력을 전송할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 무선 전력 시스템(1000)은 무선 전력 수신기(300)에서 센싱한 전자파 데이터를 수신단 안테나(316)를 통해 무선 전력 전송 장치(200)로 전송할 수 있다. 무선 전력 전송 장치(200)는 전송단 안테나(316)를 통해 센싱된 전자파 데이터를 전송받은 후, 이를 이용하여 전자파 흡수율과 체내 온도 변화량을 계산할 수 있다. 무선 전력 전송 장치(200)는 계산된 전자파 흡수율과 체내 온도 변화량을 이용하여 전송되는 전력의 레벨을 조절할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 무선 전력 시스템(1000)의 전력 전송 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 무선 전력 시스템(1000)은 무선 전력 전송 장치(200)에서 무선 전력 수신기(300)로 전력이 전송된다. 무선 전력 수신기(300)는 인체 이식형 의료 장치(100)의 내부에 위치할 수 있다.
이하, 도 6을 참조하며 본 발명에 따른 무선 전력 시스템(1000)의 전력 전송 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
무선 전력 전송 장치(200)는 무선 전력 수신기(300)로 무선 전력 신호를 전송한다(S110). 무선 전력 전송 장치(200)는 상술한 바와 같이, 외부 전원을 입력받아 전자파 신호 형태의 무선 전력 신호를 전송 코일(224)을 통해 무선 전력 수신기(300)로 전송한다.
무선 전력 수신기(300)는 무선 전력 전송 장치(200)로부터 전송되는 무선 전력 전송 신호를 수신하여 직류 전압으로 변환한 후 배터리(110)를 충전할 수 있다. 또한, 무선 전력 수신기(300)는 무선 전력 전송 장치(200)로부터 전송되는 무선 전력 전송 신호의 전자파를 측정할 수 있다(S210). 측정되는 전자파는 무선 전력 전송 신호의 전기장의 세기일 수 있다.
무선 전력 수신기(300)는 측정한 전자파 데이터를 무선 전력 전송 장치(200)로 전송할 수 있다(S220). 측정한 전자파 데이터의 전송은 무선 전력 수신기(300)의 수신단 안테나(316)를 통해 수행될 수 있다.
무선 전력 전송 장치(200)는 무선 전력 수신기(300)로부터 전송된 전자파 및 온도 데이터를 수신하고, 수신된 전자파 및 온도 데이터를 이용하여 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 계산할 수 있다(S120). 전자파 흡수율의 계산은 상술한 바와 같이 수학식 1 또는 수학식 2를 이용하여 계산될 수 있다.
무선 전력 전송 장치(200)는 계산된 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 기준 값과 비교하고 그 비교 결과에 따라 무선 전력 신호의 출력 레벨을 조절한다(S130). 예시적으로, 계산된 전자파 흡수율이 설정된 기준 값보다 큰 경우, 무선 전력 전송 장치(200)는 전송되는 무선 전력 신호의 출력 레벨을 감소시킬 수 있다. 예시적으로, 계산된 체내 온도 변화량이 설정된 기준 값보다 큰 경우, 무선 전력 전송 장치(200)는 전송되는 무선 전력 신호의 출력 레벨을 감소시킬 수 있다. 예시적으로, 계산된 전자파 흡수율이 설정된 기준 값보다 작은 경우, 무선 전력 전송 장치(200)는 전송되는 무선 전력 신호의 출력 레벨을 유지할 수 있다.
무선 전력 전송 장치(200)는 출력 레벨이 조절된 무선 전력 신호를 무선 전력 수신기(300)로 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(1000)에 의하면, 인체 내 위치하는 무선 전력 수신기(300)에 무선으로 전력을 전달할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(1000)은 전력 전송 과정에서 인체에 영향을 미치는 전자파의 크기를 측정하고 이를 이용하여 전송되는 전력 레벨을 조절할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 시스템(1000)은 무선 전력 전송 과정에서 발생하는 전자파의 영향에 의한 인체의 손상을 방지할 수 있다.
도 7은 무선 전력 전송 장치가 무선 전력 신호의 출력 레벨을 조절하는 방법을 예시적으로 도시한 흐름도이다. 이하, 도 7을 참조하며 무선 전력 전소 장치(200)가 무선 전력 신호의 출력 레벨을 조절하는 방법을 보다 자세하게 설명한다.
먼저, 무선 전력 전송 장치(200)는 무선 전력 수신기(300)로부터 전력 전송 과정에서 인체가 노출된 전자파를 측정한 전자파 및 온도 데이터를 수신한다.
다음으로, 무선 전력 전송 장치(200)는 수신한 전자파 및 온도 데이터를 이용하여 상술한 수학식 1 또는 수학식 2를 이용하여 전자파 흡수율을 계산한다.(S310).
무선 전력 전송 장치(200)는 계산된 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 미리 설정된 기준 값과 비교한다(S320).
비교 결과, 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 설정된 기준 값보다 큰 경우, 무선 전력 전송 장치(200)는 전송되는 무선 전력 신호의 출력 레벨을 감소시킨다(S330).
비교 결과, 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 설정된 기준 값보다 작은 경우, 무선 전력 전송 장치(200)는 현재 전송되고 있는 무선 전력 신호의 출력 레벨을 유지한다(S340).
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(200)는 무선 전력 수신기(300)에서 측정한 전자파 데이터를 이용하여 계산된 전자파 흡수율과 체내 온도 변화량을 이용하여 전송되는 무선 전력 신호의 출력 레벨을 조절한다. 결과적으로, 본 발명에 따른 무선 전력 전송 장치(200)는 무선 전력 전송 과정에서 전자파에 노출되는 인체의 안정성을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100; 인체 이식형 의료 기기 110: 배터리
200: 무선 전력 전송 장치 210: 전력 공급부
212: 전원 공급부 214: 신호 발생부
216: 전력 증폭부 220: 전력 전송부
222: 전송 정합회로 224: 전송 코일
226: 전송단 안테나 230: 제어부
232: 전력 제어부 234: 신호 처리부
236: 알림 제어부 240: 알림부
242: 디스플레이부 244: LED 표시부
246: 스피커 300: 무선 전력 수신기
310: 전력 수신부 312: 수신 정합회로
324: 수신 코일 316: 수신단 안테나
320: 전압 출력부 322: 정류부
324: DC-DC 변환부 326: 충전부
330: 센싱부 332: 전자파 및 온도 측정부
334: RF부 340: 센싱 신호 처리부
1000: 무선 전력 전송 시스템

Claims (17)

  1. 인체 이식형 의료 기기에 무선으로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치에 있어서:
    외부 전원을 설정된 주파수의 전력 신호로 출력하는 전력 공급부;
    상기 전력 공급부의 전력 신호를 전자파 형태의 무선 전력 신호로 출력하는 전력 전송부; 그리고
    상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 조절하는 전력 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는 상기 전력 전송 과정 동안 상기 인체 이식형 의료 기기로부터 전송되는 전자파 및 온도 측정 데이터를 이용하여 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 계산하고, 계산된 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 설정된 기준 값과 비교한 결과에 따라 상기 전력 제어 신호를 출력하는 무선 전력 전송 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 상기 설정된 기준 값을 초과하는 경우 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 감소시키도록 상기 전력 전송부를 제어하는 무선 전력 전송 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 상기 설정된 기준 값 이하인 경우 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 유지하도록 상기 전력 전송부를 제어하는 무선 전력 전송 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자파 흡수율 및 상기 체내 온도 변화량을 표시하기 위한 디스플레이 또는 LED를 더 포함하는 무선 전력 전송 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 전송부는,
    상기 전력 공급부의 전력 신호를 전자파 형태의 무선 전력 신호로 출력하기 위한 전송 코일; 그리고
    상기 인체 이식형 의료 기기로부터 전송되는 상기 전자파 및 온도 측정 데이터를 수신하기 위한 전송단 안테나를 포함하는 무선 전력 전송 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 장치는 자기 공명 방식을 이용하여 상기 인체 이식형 의료 기기로 전력을 전송하는 무선 전력 전송 장치.
  7. 무선 전력 전송 장치 및 무선 전력 수신 장치를 포함하는 무선 전력 전송 시스템에 있어서:
    무선 전력 수신 장치는 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전송되는 무선 전력 신호를 수신하고 수신된 무선 전력 신호를 직류 전압으로 변환하여 부하에 공급하며, 상기 수신되는 무선 전력 신호의 전자파의 세기를 측정하여 상기 무선 전력 전송 장치로 전송하며,
    상기 무선 전력 전송 장치는,
    상기 무선 전력 전송 장치는 무선 전력 수신 장치에서 측정한 전자파의 세기 및 인체 내부 온도를 이용하여 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 계산하고, 계산된 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 설정된 기준 값과 비교한 결과에 따라 전송되는 무선 전력 신호의 출력 레벨을 제어하는 무선 전력 전송 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 장치는, 무선 전력 신호를 수신하기 위한 수신 코일 및 상기 측정한 무선 전력 신호의 전자파의 세기 및 인체 내부 온도에 대한 데이터를 상기 무선 전력 전송 장치로 전송하기 위한 수신단 안테나를 포함하고, 그리고
    상기 무선 전력 전송 장치는, 무선 전력 전송 신호를 전송하기 위한 전송 코일 및 상기 무선 전력 수신 장치로부터 상기 데이터를 수신하기 위한 전송단 안테나를 포함하는 무선 전력 전송 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    무선 전력 수신 장치는,
    무선 전력 전송 과정 동안 상기 수신 코일의 공진 주파수와 상기 전송 코일의 공진 주파수를 일치시키기 위한 정합회로를 더 포함하는 무선 전력 전송 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 장치는 상기 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 상기 설정된 기준 값을 초과하는 경우 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 감소시키는 무선 전력 전송 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 장치는 상기 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 상기 설정된 기준 값 이하인 경우 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 유지하는 무선 전력 전송 시스템.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 무선 전력 전송 장치는,
    상기 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량을 표시하기 위한 디스플레이 또는 LED를 포함하는 무선 전력 전송 시스템.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신기는 인체 이식형 의료 기기에 위치하여 상기 인체 이식형 의료 기기의 전원부에 전력을 공급하는 무선 전력 전송 시스템.
  14. 무선 전력 전송 장치가 무선으로 전력을 전송하는 방법에 있어서:
    전자파 형태의 무선 전력 신호를 무선 전력 수신 장치로 전송하는 단계;
    상기 무선 전력 수신 장치로부터 전송된 상기 무선 전력 신호의 전자파 세기 및 인체 내부 온도에 대한 측정 데이터를 수신하는 단계; 그리고
    상기 측정 데이터를 이용하여 전송되는 무선 전력 신호의 출력 레벨을 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 제어하는 단계는, 상기 측정 데이터를 이용하여 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 계산하고, 계산된 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 이용하여 수행되는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 제어하는 단계는,
    상기 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 상기 설정된 기준 값을 초과하는 경우 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 감소시키는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 제어하는 단계는,
    상기 전자파 흡수율 또는 체내 온도 변화량이 상기 설정된 기준 값을 초과하는 경우 상기 무선 전력 신호의 출력 레벨을 유지하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 계산된 전자파 흡수율 및 체내 온도 변화량을 디스플레이에 표시하는 단계를 더 포함하는 방법.
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