SE526099C2 - Device for wireless signal and energy transfer for medical implants - Google Patents
Device for wireless signal and energy transfer for medical implantsInfo
- Publication number
- SE526099C2 SE526099C2 SE0301925A SE0301925A SE526099C2 SE 526099 C2 SE526099 C2 SE 526099C2 SE 0301925 A SE0301925 A SE 0301925A SE 0301925 A SE0301925 A SE 0301925A SE 526099 C2 SE526099 C2 SE 526099C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- coil
- primary
- coils
- circuit
- voltage
- Prior art date
Links
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
- A61N1/37211—Means for communicating with stimulators
- A61N1/37217—Means for communicating with stimulators characterised by the communication link, e.g. acoustic or tactile
- A61N1/37223—Circuits for electromagnetic coupling
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/18—Applying electric currents by contact electrodes
- A61N1/32—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents
- A61N1/36—Applying electric currents by contact electrodes alternating or intermittent currents for stimulation
- A61N1/372—Arrangements in connection with the implantation of stimulators
- A61N1/378—Electrical supply
- A61N1/3787—Electrical supply from an external energy source
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
- Prostheses (AREA)
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
Abstract
Description
O IIOO I o 0 ICO 0000 0 o co Jolo 009 0 O 0 10 _15 20 25 30 52 6 09 9 ,.._,.._, , .. .. sekundärspolen, eventuella spänningsfall etc. Hur stor del av primärfältet som går genom sekundärspolen beror på spelarnas storlek, avståndet mellan spelarna, spelarnas geometriska utformning samt eventuella variationer i permeabiliteten mellan spelarna. Kopplingsfaktom definieras som ßrhållandet mellan det av primärspolen genererade fältet och det av sekundârspolen omslutna tältet. O IIOO I o 0 ICO 0000 0 o co Jolo 009 0 O 0 10 _15 20 25 30 52 6 09 9, .._, .._,, .. .. secondary coil, possible voltage drops, etc. How much of the primary field is passes through the secondary coil depends on the size of the players, the distance between the players, the geometric design of the players and any variations in the permeability between the players. The coupling factor fi is denoted as the ratio between the field generated by the primary coil and the tent enclosed by the secondary coil.
Kopplingsfaktom kan variera mellan noll och ett. Ju större kopplingsfaktor desto bättre verkningsgrad eftersom prímärströmrnen då minskar för en viss sekundärspänning, vilket ger lägre resistiva ßrluster på primärsidan. Generellt gäller att ju större spolar och ju kortare avstånd mellan spelarna desto högre blir kopplingsfaktorn. Men för ett visst avstånd och viss maximal spoldiameter så finns det också sätt att öka kopplingsfaktorn. Den kanske mest använda metoden är att placera t.ex. ferritrnaterial i centrum på spelarna och därigenom forma fältet så att mer av det primära fältet går igenom sekundärspolen. I ett ferrit material induceras dock virvelströmmar som ger förluster så det år inte alltid så säkert att den ökade kepplingsfaktom som ferritmaterialet ger verkligen innebär en högre verkningsgrad. I US 5,89l,l83 beskrivs ett sätt att linda spolar i spiralfenn och därigenom öka kopplingsfaktom. Att kopplingsfaktom här ökas beror på att spirallindningen gör att tältet koncentreras mer mot mitten av spolen.The coupling factor can vary between zero and one. The larger the switching factor, the better the efficiency because the primary currents then decrease for a certain secondary voltage, which results in lower resistive losses on the primary side. In general, the larger the coils and the shorter the distance between the players, the higher the coupling factor. But for a certain distance and a certain maximum coil diameter, there are also ways to increase the coupling factor. Perhaps the most used method is to place e.g. ferrite material in the center of the players, thereby shaping the field so that more of the primary field passes through the secondary coil. In a ferrite material, however, eddy currents are induced which give losses, so it is not always so certain that the increased coupling factor which the ferrite material gives actually means a higher efficiency. US 5,889,183 describes a method of winding coils in helical fins and thereby increasing the coupling factor. The fact that the coupling factor is increased here is due to the fact that the spiral winding causes the tent to concentrate more towards the middle of the spool.
Spänningsfall mellan krafikällan på primärsidan och belastningen på sekrmdärsidan består bl.a. av resistans i drivsteg, resistiva komponenter i spelarna samt spelarnas lâckinduktanser. Drivstegets spänningsfall kan reduceras genom att välja drivtransistorer med lågt frarnspänningsfall. Detta medför dock en större drivström samt långsammare switchtider så valet av drivtransistor/er får bli en avvägning mot detta faktum. Spolarnas läckinduktanser kan släckas ut genom att ansluta en kondensator i serie eller parallellt med respektive spole och på så vis göra dern resonanta vid överföringsfrekvensen. Vilken frekvens man väljer på bärvågen varierar från fall till fall. Man kan såga att för att inte få för storas spolar så bör överföringsfrekvensen ligga på några hundra kHz och uppåt. Om man går för högt upp i frekvens så blir spelama så småningom självresonanta och därefter blir de mer kapacitiva än induktiva. Detta inträffar vid frekvenser i området l0~20 MHz beroende på hur spelarna lindas. 0 o oo g .: .. . .00- :tat _ . n: e .nu 000 Il ho once g U 0 0 I 0 0 0 o n o OI 0 0090 000 10 15 20 25 30 526 099 Generellt bör en induktiv kraft- och signalöverföringslänk av det slag som diskuterats ovan bestå av en yttre krafikålla, drivsteg, primär- och sekundärspole. Den yttre kraftkällan utgörs vanligen av ett batteri. Batterier har dock en begränsad drifttid och drivfönnåga och måste bytas med jämna mellanrum. Att ha en hög verkningsgrad mellan batteriet och lasten är av naturliga skäl önskvärt då det ger en längre drifttid samt högre maximal effekt över lasten. Elektroniken på insidan av huden kräver ofia en någorlunda jämn matningsspänning. Som nämnts tidigare så varierar dock beloppet på den inducerade spänningen på sekundârsidan vid ändring av kopplingsfaktor som i sin tur orsakas av inbördes lägesändring mellan primär- och sekundârspolarna. Även en lastäridring på insidanïpåverkar spänningen på grund av spänningsfall över länken samt diverse andra serieresistanser mellan batteri och last.Voltage drop between the power source on the primary side and the load on the secondary side consists i.a. of resistance in drive stages, resistive components in the players and the players' leakage inductances. The voltage drop of the drive stage can be reduced by selecting drive transistors with a low voltage drop. However, this entails a larger drive current and slower switching times, so the choice of drive transistor / s must be a balance against this fact. The leakage inductances of the coils can be extinguished by connecting a capacitor in series or parallel to the respective coil and thus making it resonant at the transmission frequency. The frequency you choose on the carrier varies from case to case. It can be said that in order not to get too large coils, the transmission frequency should be a few hundred kHz and up. If you go too high in frequency, the games eventually become self-resonant and then they become more capacitive than inductive. This occurs at frequencies in the range 10 ~ 20 MHz depending on how the players are wound. 0 o oo g.: ... .00-: tat _. n: e .nu 000 Il ho once g U 0 0 I 0 0 0 ono OI 0 0090 000 10 15 20 25 30 526 099 In general, an inductive power and signal transmission link of the kind discussed above should consist of an external power, drive stage , primary and secondary coil. The external power source is usually a battery. However, batteries have a limited operating time and durability and must be replaced at regular intervals. Having a high efficiency between the battery and the load is naturally desirable as it provides a longer operating time and a higher maximum power over the load. The electronics on the inside of the skin require, among other things, a fairly even supply voltage. As mentioned earlier, however, the amount of the induced voltage on the secondary side varies when changing the switching factor, which in turn is caused by a mutual change of position between the primary and secondary coils. A load ring on the inside also affects the voltage due to voltage drops across the link as well as various other series resistances between battery and load.
För att erhålla en någorlunda jämn spänning på sekundärsidan vid last och positionsvariationer behövs någon form av spärmingsreglering. En sådan spänningsreglering kan ske på olika sätt. Exempelvis kan en feedback signal från sekundärsidan på något sätt sändas tillbaka till primärsidan där primärfáltet justeras på ett sådant sätt att sekundärspänningen hålls inom önskat intervall. En sådan typ av reglering beskrivs i patenten US 5,876,425 och US 6,442,434.In order to obtain a reasonably even voltage on the secondary side during load and position variations, some form of voltage control is needed. Such a voltage regulation can take place in different ways. For example, a feedback signal from the secondary side can somehow be sent back to the primary side where the primary field is adjusted in such a way that the secondary voltage is kept within the desired range. Such a type of control is described in patents US 5,876,425 and US 6,442,434.
I US 5,735,887 beskrivs en annan typ av reglering där en lastpuls genereras då spänningen på sekundärsidan faller utanför ett givet intervall. Denna lastpuls känns av på primärsidan där reglering sker.US 5,735,887 describes another type of control where a load pulse is generated when the voltage on the secondary side falls outside a given interval. This load pulse is sensed on the primary side where regulation takes place.
Ett annat sätt att spänningsreglera finns beskrivet i patenten' US 5,562,7l4 och US 5,1 17,825. I detta fall sker spänningsregleringen med hjälp av en sensorspole vilken är anordnad på primärsidan och som känner av primär-fältet och reglerar detta mot ett förutbestämt värde. Med denna metod fås en reglering mot lastvariationer men inte mot positionsvariationer.Another way of voltage regulating is described in patents' US 5,562,714 and US 5.1 17,825. In this case, the voltage regulation takes place by means of a sensor coil which is arranged on the primary side and which senses the primary field and regulates this towards a predetermined value. With this method, a regulation is obtained against load variations but not against position variations.
I US 4,679,560 beskrivs ett sätt att åstadkomma stabiliserad spärming genom att snedavstämma primär- och sekundärsidan på varsin sida om överföringsfrekvensen.US 4,679,560 describes a method of achieving stabilized bias by skewing the primary and secondary sides on each side of the transmission frequency.
Snedavstämningen gör att vid en avståndsminskning så vandrar polerna på grund av den ömsesidiga induktansen ifrån varandra. Polsepareringen ger en spånningsminskning som motverkar spänningsökningen som annars en to gg..The oblique tuning means that with a reduction in distance, the poles migrate apart due to the mutual inductance. The pulse separation gives a voltage reduction which counteracts the voltage increase which otherwise a to gg ..
O O 0 00 II o 0 q Ü .OI 0 I one nn 0 Q O Q ÛÛÛ! n 0 con ung; U 0 lina one 10 15 20 25 30 526 099 4 E 2 'g '. .° 2 _! .__2 avståndsminskning ger upphov till. Ytterligare patent som beskriver denna typ av snedavstärnning är US 5,070,535. Gemensamt för de anordningar som beskrivs i dessa båda patent är att de har en separat oscillator för att generera överföringsfrekvensen.O O 0 00 II o 0 q Ü .OI 0 I one nn 0 Q O Q ÛÛÛ! n 0 con ung; U 0 line one 10 15 20 25 30 526 099 4 E 2 'g'. . ° 2 _! .__ 2 distance reduction gives rise to. Additional patents describing this type of skew are US 5,070,535. Common to the devices described in these two patents is that they have a separate oscillator to generate the transmission frequency.
I en induktiv länk behövs någon form av fasthållningsanordning som garanterar att yttre och inre enhet hålls samman. Det mest använda sättet för fasthållriing är att använda magneter. Och för att fä så små yttre och inre enheter som möjligt brukar magnetema placeras i mitten av spolarna. I magneterna induceras dock virvelströmmar som ger resistiva förluster. I Uš 6,l78,353 beskrivs ett sätt att laminera fasthållningsmagneterria för att på så sätt minska virvelströmsförlusterna.An inductive link requires some form of restraint device that ensures that the outer and inner unit are held together. The most commonly used method of retention is to use magnets. And to get as small external and internal units as possible, the magnets are usually placed in the middle of the coils. In the magnets, however, eddy currents are induced which give resistive losses. U.S. Pat. No. 6,178,353 describes a method of laminating retaining magnets so as to reduce eddy current losses.
Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en anordning för trådlös signal- och energiöverföring för medicinska implantat som är väsentligt enklare och energisnålare än tidigare kända lösningar. Anordningen skall ge en effektiv överföring av såväl signal och energi vid låg matningsspänning och låga effekter, dvs inom effektområdet nâgra mW. Anordningen skall innehålla minimalt med aktiv elektronik och därmed vara mycket strömsnål. Anordningen skall i möjligaste mån ge en spänning som är oberoende av last- och positionsvariationer såväl i längs- som i sidled. Anordningen innefattar på känt sätt två spolar vilka är anordnade i rymden så att de befinner sig på varsin sida om en fysisk barriär, exempelvis huden hos en person. Den ena spolen, den s.k. primärspolen, är placerad utanför den fysiska barriären och utgör del av en primärkrets som utsänder ett' elektromagnetiskt fält.An object of the present invention is to provide a device for wireless signal and energy transmission for medical implants which is significantly simpler and more energy efficient than previously known solutions. The device shall provide an efficient transmission of both signal and energy at low supply voltage and low powers, ie within the power range of a few mW. The device must contain a minimum of active electronics and thus be very energy efficient. The device shall, as far as possible, provide a voltage that is independent of load and position variations both longitudinally and laterally. The device comprises in a known manner two coils which are arranged in space so that they are located on each side of a physical barrier, for example the skin of a person. One coil, the so-called the primary coil, is located outside the physical barrier and forms part of a primary circuit that emits an electromagnetic field.
Den andra spolen, den s.k. sekundärspolen, är placerad på andra sidan om den fysiska baniären och utgör del av en sekundärkrets som kan absorbera och nyttiggöra hela eller en del av det ifrån primärspolen utsända magnetfältet. Primärspolen och sekundärspolen har en inbördes kopplingsfaktor k som är mindre än ett.The second coil, the so-called the secondary coil, is located on the other side of the physical banner and forms part of a secondary circuit which can absorb and utilize all or part of the magnetic field emitted from the primary coil. The primary coil and the secondary coil have a mutual coupling factor k which is less than one.
Kopplingsfaktom är beroende av spolarnas inbördes relativa position som kan variera med tiden.The coupling factor depends on the relative position of the coils, which can vary with time.
Det nya och utmärkande för uppfinningen år att en avkänningskrets i form av en struktur av elektriska ledare är anbringad i fysisk närhet till primärspolen på ett sådant sätt i rymden att en del av magnetfältet från sekundärspolen omslutes av o o; oo o o ..'. :"' : z 00-: .o ooo oooo o o ooo oo oooo ooo. ..:' lo oooo o; 0 o o o 0 o o o U I o o o q oo oo g. 10 15 20 25 30 526 099 o oo oo oo oo oo o oo o o o o o o 5 avkärmingskretsen och därmed ger upphov till induktion i avkärmingskretsen, som kan detekteras för att därmed avkänna tillståndet i sekundärkretsen.The novel and distinctive feature of the invention is that a sensing circuit in the form of a structure of electrical conductors is arranged in physical proximity to the primary coil in such a manner in space that a part of the magnetic field from the secondary coil is enclosed by o o; oo o o .. '. : "': z 00-: .o ooo oooo oo ooo oo oooo ooo. ..:' lo oooo o; 0 ooo 0 ooo UI oooq oo oo g. 10 15 20 25 30 526 099 o oo oo oo oo oo oo o oo oooooo 5 the shielding circuit and thus gives rise to induction in the shielding circuit, which can be detected to thereby sense the state in the secondary circuit.
Anordningen kännetecknas vidare av att avkärmingskretsen är anbringad på ett sådant sätt i rymden att den del av magnetfältet från primärspolen som omslutes av avkänningskretsen ej ger upphov till någon induktion i avkänningskretsen, så att avkänningskretsen därmed kärmer av tillståndet endast i sekundärkretsen. Detta uppnås när integralen av det utav avkänningskretsen omslutna magneträltet ifrån primärspolen längs avkänningskretsens kontur går mot noll.The device is further characterized in that the sensing circuit is arranged in space in such a way that the part of the magnetic field from the primary coil enclosed by the sensing circuit does not give rise to any induction in the sensing circuit, so that the sensing circuit thereby shields the state only in the secondary circuit. This is achieved when the integral of the magnetic rail enclosed by the sensing circuit from the primary coil along the contour of the sensing circuit approaches zero.
Enligt en fördelaktig utfiiringsfoim av uppfinningen är avkänningslcretsen anordnad att känna av sekundärsidans momentana spänning, d.v.s. både spänníngens fas och belopp.According to an advantageous embodiment of the invention, the sensing circuit is arranged to sense the instantaneous voltage of the secondary side, i.e. both the phase and amount of the voltage.
Enligt en ytterligare fórdelaktig utßringsform hos uppfinningen är avkänningskretscn fixt monterad på primärspolen utan ömsesidig koppling till derma och utgöres av en eller flera spolar.According to a further advantageous embodiment of the invention, the sensing circuit is mounted on the primary coil without mutual connection to it and consists of one or more coils.
Till skillnad från de tidigare nämnda signal- och öveißringsläiikarna är återkopplingen genom den nämnda avkänníngskretsen rent passiv. Det finns inte någon elektronik på sekundärsidan som sänder tillbaka någon information till prirnärsidan utan primärsidan kärmer av sekundärsidans spänning med den nånmda avkänningslcretsen. Genom att återkoppla den sekundära tankkretsens fas och styra primärsidan med ett visst fasläge relativt sekimdärsidans fas så erhålls en självoscillerande signalöverföring. Genom att man dessutom återkopplar sekundârsidans spänning så kan eventuella spånningsvariationer som en last eller positionsändring orsakar regleras bort genom att justera spärmingen på primärsidan.Unlike the previously mentioned signal and transmission lines, the feedback through the said sensing circuit is purely passive. There is no electronics on the secondary side that send any information back to the primary side, but the primary side shields the secondary side voltage with the said sensing circuit. By feedback of the phase of the secondary tank circuit and controlling the primary side with a certain phase position relative to the phase of the secondary side, a self-oscillating signal transmission is obtained. By also feedbacking the secondary side voltage, any voltage variations caused by a load or position change can be regulated away by adjusting the voltage on the primary side.
Med hjälp av återkopplingen erhålls en sluten loop som gör det möjligt att hålla en konstant spärming på sekundärsidan genom att reglera den inmatade effekten på primärsidan. Då avkänningsspolen endast känner av tältet och därmed spänningen på sekundärsidan och det sker med rent passiv elektronik förbrukas ingen extra ström för återkopplingen vilket ger ett mycket strömsnålt sätt att styra spänningen. o oo oo o oo o ooo oo 0 0000 00 0000 00 0 00 00 0000 i I OO C OI O OI OI 0 0 0 0 0 0 I00 I 000 0000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 00 00 000 00 0000 000 10 15 20 25 30 526 099 ,.._,.., , .. ..With the help of the feedback, a closed loop is obtained which makes it possible to maintain a constant bias on the secondary side by regulating the input power on the primary side. As the sensing coil only senses the tent and thus the voltage on the secondary side and this is done with purely passive electronics, no extra current is consumed for the feedback, which provides a very current-efficient way of controlling the voltage. o oo oo o oo o ooo oo 0 0000 00 0000 00 0 00 00 0000 i I OO C OI O OI OI 0 0 0 0 0 0 I00 I 000 0000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 00 00 000 00 0000 000 10 15 20 25 30 526 099, .._, ..,, .. ..
:..': :- : - I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritningar som visar exempel på några olika uttöringsforrner hos anordningen, varvid Figur l visar i blockschernaform de ingående delarna i en induktiv länk fór signal- och energiövertöring, Figur 2 visar i form av ett elektriskt schema de ingående komponenterna mer i detalj, Figur 3 visar schematiskt spolamas läge i rymden, i Figur 4a visar sambandet mellan E J-tïï vid beräkning av íältbilden kring en fl C spole, Figur 4b visar fáltbildens karaktäristik som funktion av radien hos spolar som är lindade på två olika sätt, Figur 5 visar en primärspole med en avkänningsspole placerad på ett sådant sätt att totala fältet från primärspoleu genom avkänningsspolen blir noll, Figur 6 visar avkänningskarakteristiken i längsled mellan två olika spolpar, Figur 7 visar några olika exempel på den fysiska uppbyggnaden (ledningsstrukturen) hos avkänningsspolen, Figur 8 visar en pannkaksspole lindad av Litz-tråd, Figur 9 visar utseendet hos en avkärmingsspole med sidledsokänslighet, Figur 10a visar avkärmingskarakteristikor i radiell led för tre olika spolavstånd d, Figur 10 b illustrerar två spolar på avståndet d från varandra, och 10 15 20 25 30 526 099 1 .. ooo o o o no I ooo u o c o o o n oo o I oo 0 c o o o o o oo oo oo Figur l 1 visar ett exempel på det fysiska utförandet hos överfóringsanordningen.In the following the invention will be described in more detail in connection with the accompanying drawings which show examples of some different forms of discharge of the device, Figure 1 showing in block form the constituent parts of an inductive link for signal and energy transmission, Figure 2 shows in the form of an electrical diagram the constituent components in more detail, Figure 3 schematically shows the position of the coils in space, in Figure 4a shows the relationship between E J-tïï when calculating the field image around a fl C coil, Figure 4b shows the field image characteristics as a function of the radius of coils wound in two different ways, Figure 5 shows a primary coil with a sensing coil placed in such a way that the total field from the primary coil through the sensing coil becomes zero, Figure 6 shows the sensing characteristic longitudinally between two different coils, Figure 7 shows some different examples of the physical structure (wire structure) of the sensing coil, Figure 8 shows a pancake coil wound of Litz wire, Figure 9 shows the appearance of a shield coil with lateral insensitivity, Figure 10a shows shielding characteristics in radial direction for three different coil distances d, Figure 10 b illustrates two coils at the distance d from each other, and 10 15 25 25 526 099 1 .. ooo ooo no I ooo uocooon oo o I oo 0 cooooo oo oo oo oo Figure 1 1 shows an example of the physical design of the transfer device.
Figur l beskriver i blockschemaform de ingående delarna i en induktiv länk för signal- och energiövertöring. Systemet består av en primärsida 1 och en sekundärsida 2. Primärsidan 1 och sekundärsidan 2 är fysiskt åtskilda av en fysisk barriär 3, exempelvis huden på en levande varelse. Primärsidan består av en sändare 4, en drivkrets 5 och en spärmingsmatning 6. Sändarens uppgifi är att omvandla en varierande ström till ett varierande magnetiskt fält medan drivkretsen 5 med hjälp av en styrsigiial styr en ström genom sändaren 4 på önskvärt sätt. På sekundärsidan skall det magnetiska fältet åter omvandlas till elektrisk energi, vilket sker i en mottagare 7.Figure 1 describes in block diagram form the constituent parts of an inductive link for signal and energy transmission. The system consists of a primary side 1 and a secondary side 2. The primary side 1 and the secondary side 2 are physically separated by a physical barrier 3, for example the skin of a living being. The primary side consists of a transmitter 4, a drive circuit 5 and a bias supply 6. The transmitter's task is to convert a varying current into a varying magnetic field, while the drive circuit 5 by means of a control signal controls a current through the transmitter 4 in a desired manner. On the secondary side, the magnetic field must be converted back into electrical energy, which takes place in a receiver 7.
För att få en likspänning att driva en last 12 med så sker en likriktning 8 av spänningen. För att kunna hålla en järnn spänning på sekundärsidan 2 så återkopplas spänningen på sekundärsidans tankkrets till primärsidan l där den imnatade effekten kan regleras. Återkopplingen sker med hjälp av avkänningskretsen ll som kärmer av fältet från sekundärsidans tankkrets och därmed den momentana spänningen. Det är möjligt att skicka infonnation på bärvågen genom att modulera den vilket görs i kretsen 9. Det enklaste sättet att åstadkomma en sådan modulering är att variera matningsspänriingen på primär-sidan. Om så är fallet skall den demoduleras' på sekundärsidan vilket indikerats med kretsen 10. Den likriktade spänningen från 8 samt den demodulerade signalen från 10 förser en last 12 med signal och energi. I princip kan moduler-ing av bärvågen göras på tre olika sätt, nämligen genom arnplitudmodulering, frekvensmodulering eller fasmodulering. Då det är viktigt att hålla nere effektíörbrulcningen så används i detta fall amplitudmodulering.In order to get a direct voltage to drive a load 12 with it, a rectification 8 of the voltage takes place. In order to be able to maintain an iron voltage on the secondary side 2, the voltage on the secondary side tank circuit is fed back to the primary side 1 where the fed-in power can be regulated. The feedback takes place by means of the sensing circuit 11 which shields the field from the tank side of the secondary side and thus the instantaneous voltage. It is possible to send information on the carrier by modulating it, which is done in circuit 9. The simplest way to achieve such modulation is to vary the supply voltage on the primary side. If so, it should be demodulated on the secondary side, as indicated by the circuit 10. The rectified voltage from 8 and the demodulated signal from 10 supply a load 12 with signal and energy. In principle, modulation of the carrier can be done in three different ways, namely by amplitude modulation, frequency modulation or phase modulation. Since it is important to keep the effector roar down, amplitude modulation is used in this case.
I figur 2 beskrivs systemet mer i detalj med hjälp av ett elektriskt kretsschema.Figure 2 describes the system in more detail by means of an electrical circuit diagram.
Genereringen av det magnetiska fältet på primärsidan 1 sker med hjälp av en spole 15, den s.k. primärspolen. Drivningen till spolen 15 utgöres av två transistorer 16, 17 och en komparator 18. På sekundärsidan 2 omvandlas det magnetiska fältet till elektrisk energi med hjälp av sekundärspolen 19. Spolen 19 och en kondensator 20 bildar en parallell LC-krets och är avstämd till övertöringsfiekvensen för att ge bättre övertöringsegenskaper. För att få en likspänning att driva en last med så sker en likriktning av spänningen med en diod 21. En kondensator 22 glättar ut strömmen så att en jämn spänning erhålles. Dioden 23, kondensatom 24 och resistorn 25 bildar en 10 15 20 25 30 526 099 s envelopp-detektor som är den enklaste dernodulatom för ett amplitudmodulerat system. Den likiiktade spänningen samt den demodulerade signalen förser lasten 26 med energi och signal. Som ovan nämnts utförs amplitudmoduleringen genom att matningsspänningen till drivtransistorerna 16 och 17 varieras. Detta sker med hjälp av transistorn 27. För att kunna hålla en jämn spänning på sekundärsidaii så återkopplas tankkretsens spänning på sekundärsidan till primärsidan där den imnatade effekten regleras med hjälp av operationsförstärkaren 28 samt transistorn 27. Återkopplingen sker med hjälp av spolen 29 som känner av fältet från sekundärsidans tankkrets och därmed den momentana spänningen.The generation of the magnetic field on the primary side 1 takes place by means of a coil 15, the so-called the primary coil. The drive to the coil 15 consists of two transistors 16, 17 and a comparator 18. On the secondary side 2, the magnetic field is converted into electric energy by means of the secondary coil 19. The coil 19 and a capacitor 20 form a parallel LC circuit and are tuned to the overdrive sequence for to provide better crossover properties. In order to obtain a direct voltage to drive a load with, a rectification of the voltage takes place with a diode 21. A capacitor 22 smooths out the current so that an even voltage is obtained. The diode 23, the capacitor 24 and the resistor 25 form an envelope detector which is the simplest dernodulator for an amplitude modulated system. The equal voltage and the demodulated signal supply the load 26 with energy and signal. As mentioned above, the amplitude modulation is performed by varying the supply voltage to the drive transistors 16 and 17. This is done by means of the transistor 27. In order to be able to maintain an even voltage on the secondary side, the voltage of the tank circuit on the secondary side is fed back to the primary side where the attenuated power is regulated by the operational amplifier 28 and the transistor 27. The feedback is by the coil 29 from the secondary side tank circuit and thus the instantaneous voltage.
Spolen 29 .utgör en rent passiv avkänningsspole som återkopplar fältet i den sekundära spolen 19 till primärsidan. Med hjälp av återkopplingen erhålls en .sluten loop som gör det möjligt att hålla en konstant spänning på sekundärsidan genom att reglera den inmatade effekten på primärsidan. Den återkopplade fasen används dessutom till att styra primärdrivningen vilket eliminerar behovet av en extem oscillator. För att erhålla rätt fasläge på primärsidans drivning ligger ett fasvridande filter mellan den återkopplade spänningen och prímärdrivningen. Filtret utgörs här av resistom 30 och kondensatorn 31. För att inte avkänningsspolen 29 skall få något bidrag från ptimärspolen 15 så placeras avkänningsspolen över det område där fältet från primärspolen ändrar tecken. Om avkänningsspolen där omsluter lika mycket positivt som negativt fält så nollas primärfältet ut, vilket närmare förklaras nedan.The coil 29 is a purely passive sensing coil which reconnects the field in the secondary coil 19 to the primary side. With the help of the feedback, a closed loop is obtained which makes it possible to maintain a constant voltage on the secondary side by regulating the input power on the primary side. The feedback phase is also used to control the primary drive, which eliminates the need for an extreme oscillator. To obtain the correct phase position on the primary side drive, a phase shifting filter is located between the feedback voltage and the primary drive. The filter here consists of the resistor 30 and the capacitor 31. In order that the sensing coil 29 should not receive any contribution from the primary coil 15, the sensing coil is placed over the area where the field from the primary coil changes sign. If the sensing coil there encloses as much positive as negative field, the primary field is zeroed out, which is explained in more detail below.
Sekundärfáltet avkänningsspolen 29 endast känner av fältet och därmed spänningen på däremot kommer att indikeras i avkänningsspolen. Då sekundärsidan och det sker med rent passiv elektronik förbrukas ingen extra ström för återkopplingen vilket ger ett mycket strömsnålt sätt att styra spänningen och primärdrivningen I figur 3 visas schematiskt hur de olika spolama är orienterade i rymden. Primär- och sekundärspolarna 15 resp. 19 är anordnade på visst inbördes avstånd fi-ån varandra och där avståndet kan variera med tiden. Den avkända spänningen i sekundärspolen 19 kommer naturligt att variera med avståndet mellan sekundärspolen och avkänningsspolen 29. Genom en lämplig geometri på primär- och sekundärspolarna är det dock möjligt att fä ett maximum på den avkända spänningen på ett visst 10 15 20 25 30 09» v00 J o nl con: 00 00 o n 0 o n 0 o 0 a 0 o o n o i I 0 0 o 0 øno c 0 o 0 526 099 H 9 300 E O: I...I g .: ...: O avstånd. Och genom att se till att detta avstånd hamnar i mitten på det aktuella avståndsintervallet så kan en mellan primär- och sekundärspolen avkärnringskarakteristik som är relativt okänslig för avståndsvariationer erhållas.The secondary field sensing coil 29 only senses the field and thus the voltage on the other hand will be indicated in the sensing coil. As the secondary side and this is done with purely passive electronics, no extra current is consumed for the feedback, which provides a very energy-efficient way of controlling the voltage and the primary drive Figure 3 shows schematically how the various coils are oriented in space. The primary and secondary coils 15 resp. 19 are arranged at a certain mutual distance fi- from each other and where the distance can vary with time. The sensed voltage in the secondary coil 19 will naturally vary with the distance between the secondary coil and the sensing coil 29. However, by a suitable geometry of the primary and secondary coils it is possible to obtain a maximum of the sensed voltage on a certain 10 15 20 25 30 09 »v00 J o nl con: 00 00 on 0 on 0 o 0 a 0 oonoi I 0 0 o 0 øno c 0 o 0 526 099 H 9 300 EO: I ... I g.: ...: O distance. And by ensuring that this distance ends up in the middle of the current distance interval, a core ring characteristic between the primary and secondary coils which is relatively insensitive to distance variations can be obtained.
Avkänningsspolen är placerad i fysisk närhet till primärspolen, lämpligen fixt monterad på primärspolen utan ömsesidig koppling till denna, och har i det enklaste fallet en spolradie som väsentligt understiger primärspolens spolradie.The sensing coil is located in physical proximity to the primary coil, suitably mounted on the primary coil without mutual connection to it, and in the simplest case has a coil radius that is significantly less than the coil radius of the primary coil.
Avkänningsspolen är perifert placerad i förhållande till primärspolen och över det område där fältet från primärspolen ändrar tecken, :se vidare nedan.The sensing coil is peripherally located in relation to the primary coil and over the area where the field from the primary coil changes characters,: see further below.
Spolarna hålls samman på känt sätt, exempelvis med hjälp av magneter.The coils are held together in a known manner, for example by means of magnets.
Fasthållningsmagrieterna placeras då lämpligen i periferin på spolarna, eftersom den låga fáltkoncentrationen där ger minimala virvelströmsförluster. Magnetplaceringen i periferin ger också en bättre ”lcrafibil ” mellan yttre och inre enhet hos länken, vilket gör den yttre enheten mindre benägen att falla av Principen för återkoppling är något som väsentligen skiljer uppfinningen från tidigare kända signal- och energiöverföringslänkar. Tidigare beskrivningar av återkoppling grundar sig uteslutande på någon form av aktiv koppling, d.v.s. aktiv elektronik på sekundärsidan genererar någon form av statussignal som primärsidan känner av. I det här fallet finns det alltså ingen elektronik överhuvudtaget på sektmdärsidan för att generera någon statussignal. Problemen med en avkänningsspole på primärsidan för att känna av fältet fiån sekundärsidan är istället att man i avkänningsspolen inte vill ha någon påverkan fiån primäispolen 15 samt att det kan tänkas bli ett visst avståndsberoende. Avkänning från primärspolen kan undvikas genom att avkärmingsspolen placeras på ett sådant sätt att den omsluter ett fält från prirnärspolen som alltid har två tecken och alltid har summan noll. För att se hur detta är möjligt studeras fáltbilden i en spole: Fältstyrkan vid avståndet R från en ledare med längden dl ser ut enligt: Lid xÉ 47: R* dä: 0 00 00 0000 00 0 0 I 0 0 0 000 0 000 0000 I 0 0 0 000 00 0000 000 0000 00 I 0 0 0 0 0 0 0 00 00 O O I O 0 0 0 0 0 00 10 15 20 25 30 35 526 099 10 E' I . -. .. .. .i i.. . där po = permeabilitetskonstanten i vakuum i = strömmen genom ledaren Ä = avtåndsvektom mellan ledaren och den aktuella punkten .- dl = Riktningsvektorn på ledarelernentet dl Integralen av dÉ över hela ledarlängden ger fáltstyrkan i en viss punkt.The retaining magnets are then suitably placed in the periphery of the coils, since the low field concentration there gives minimal eddy current losses. The magnetic placement in the periphery also provides a better "lcra" car "between the outer and inner unit of the link, which makes the outer unit less prone to fall off. The principle of feedback is something that significantly distinguishes the connection from previously known signal and energy transmission links. Previous descriptions of feedback are based solely on some form of active coupling, i.e. active electronics on the secondary side generate some form of status signal that the primary side senses. In this case, there is no electronics at all on the sectarian side to generate any status signal. The problem with a sensing coil on the primary side to sense the field n from the secondary side is instead that the sensing coil does not want to have any influence fi from the primary coil 15 and that it can be thought to be a certain distance dependence. Sensing from the primary coil can be avoided by placing the shielding coil in such a way that it encloses a field from the primary coil which always has two characters and always has the sum zero. To see how this is possible, the field image is studied in a coil: The field strength at the distance R from a conductor with the length dl looks like: Lid xÉ 47: R * when: 0 00 00 0000 00 0 0 I 0 0 0 000 0 000 0000 I 0 0 0 000 00 0000 000 0000 00 I 0 0 0 0 0 0 0 00 00 OOIO 0 0 0 0 0 00 10 15 20 25 30 35 526 099 10 E 'I. -. .. .. .i i ... where the permeability constant in vacuum i = the current through the conductor Ä = the distance vector between the conductor and the current point .- dl = The direction vector of the conductor element dl The integral of dÉ over the entire conductor length gives the field strength at a certain point.
För en cirkulär loop blir det: q-dâ :Li dïxUÄ -I-Ép) _ül' *ï kfdqn-RcdpRp cosçv 41: Rß 41: 3..For a circular loop it becomes: q-dâ: Li dïxUÄ -I-Ép) _ül '* ï kfdqn-RcdpRp cosçv 41: Rß 41: 3 ..
*”=° (R: + Rf - ZRCRP cos 40); bl' 2' Rf _ RPR, cosçv (0 41: Rz +Rf -ZRCRp coscp R: +Rf -2R,Rp coscp r-Or där Rc, Rp och cosø framgår av figur 4a.* ”= ° (R: + Rf - ZRCRP cos 40); bl '2' Rf _ RPR, cosçv (0 41: Rz + Rf -ZRCRp coscp R: + Rf -2R, Rp coscp r-Or where Rc, Rp and cosø appear from fi gur 4a.
Integralen ovan löses enklast numeriskt i tex. MATLAB.The integral above is most easily solved numerically in e.g. MATLAB.
I figur 4b visas fáltbilderis karaktäristik som funktion av radien. I figuren visas även uppmätta karaktäristiker tör spolar lindade på två olika sätt, nämligen ytterradiellt lindad spole (d.v.s. lindningsvarven är koncentrerade till spolens perifer-i) samt spirallindad spole (d.v.s. varven är utspridda längs spolens radie, även kallad parmkaksspole). Fältstyrkan är nonnaliserad till den fáltstyrka som uppträder i mitten på respektive spole och radien är normaliserad till spolamas ytterradie. Att den teoretiska karaktäristiken inte helt stämmer överens med den uppmätta beror dels på att tråddiametem antas vara oändligt liten i beräkningen och dels på att testspolen som används för att kärma av fältet har en viss diameter vilket gör att det inte går att känna av fältet allra närmast tråden. Man ser i figur 4b att för båda spollindningstyperna så gäller att ungefär vid ytterradien så växlar fältet tecken.Figure 4b shows the characteristics of the field image as a function of the radius. The även guren also shows measured characteristics of coils wound in two different ways, namely outer radially wound coil (i.e. the winding turns are concentrated to the periphery of the coil) and spirally wound coil (i.e. the turns are spread along the radius of the coil, also called parmkakssole). The field strength is normalized to the field strength that appears in the middle of each coil and the radius is normalized to the outer radius of the coils. The fact that the theoretical characteristics do not completely correspond to the measured one is partly due to the fact that the wire diameter is assumed to be infinitely small in the calculation and partly because the test coil used to shield the field has a certain diameter, which makes it impossible to feel the field very closely. the thread. It can be seen in Figure 4b that for both coil winding types it applies that approximately at the outer radius the field changes characters.
I figur 5 visas en primärspole 15 med en avkänningsspole 29 placerad så att det totala fältet genom avkänningsspolen som härrör från primärspolen blir noll. I figuren är primärspolen 15 lindad som en pannkaksspole med alla varven i ett plan. Detta är dock inte nödvändigt för att åstadkomma en ”utnollande” effekt. Huvudsaken är att faltbilden alltid har två tecken vid samma tidpunkt. Placeringen av en 0000 000 10 15 20 25 30 526 099 ~ 000 000 0 0 0 00 90 0 0 0 I 00 00 00 0 0 0 00 000 000 00 0 000 0 0 0 0 0 0 0 11 : '.' ° ."..' .. '..' 2.3.;- avkärmingsspole på en primärspole där varven är placerade i spolens yttre periferi kräver dock betydligt högre precision. Detta på grund av att noll genomgången på sådana spolar sker mycket mer abrupt, se figur 4b. Hur spänningen i avkänningsspolen 29 beror av avståndet mellan avkänningsspolen 29 och sekundärspolen 19 beror på geometrin på de två spolama. Bäst avståndsokänslighet fås om ett maximum av den avkända spänningen erhålles någonstans i mitten av det aktuella avståndsintervallet mellan primär- 1 och sekundärsída 2. Genom lämplig geometri kan detta uppnås.Figure 5 shows a primary coil 15 with a sensing coil 29 positioned so that the total field through the sensing coil originating from the primary coil becomes zero. In the uren clock, the primary coil 15 is wound as a pancake coil with all the turns in one plane. However, this is not necessary to achieve a "zeroing" effect. The main thing is that the field image always has two characters at the same time. The location of a 0000 000 10 15 20 25 30 526 099 ~ 000 000 0 0 0 00 90 0 0 0 I 00 00 00 0 0 0 00 000 000 00 0 000 0 0 0 0 0 0 0 0 11: '.' °. ".. '..' .. '2.3.; - shielding coil on a primary coil where the turns are located in the outer periphery of the coil, however, requires significantly higher precision. This is because the zero passage on such coils takes place much more abruptly, see How the voltage in the sensing coil 29 depends on the distance between the sensing coil 29 and the secondary coil 19 depends on the geometry of the two coils. The best distance insensitivity is obtained if a maximum of the sensed voltage is obtained somewhere in the middle of the current distance interval between primary and secondary This can be achieved by suitable geometry.
I figur 6 exemplifieras två olika avkänningskaralctäiistikor ßr två olika spolpar A och B. Som syns i figuren så har ena karaktäristikan ett maximum vid 5 mm och den andra vid 10 mm. Dessa två spolpar lämpar sig alltså bäst för avstånd som ligger runt 5 respektive 10 mm.Figure 6 exemplifies two different sensing characteristics of two different coil pairs A and B. As can be seen in Figure, one characteristic has a maximum at 5 mm and the other at 10 mm. These two coils are thus best suited for distances of around 5 and 10 mm, respectively.
I figur 7 visas några olika exempel på den fysiska uppbyggnaden (ledningsstrukturen) hos avkänningskretsen ll. I exemplen ovan har avkänningskretsen beskrivits i form av en avkämiingsspole 29 asymrnetriskt placerad över prímärspolen så som 7a visar.Figure 7 shows some different examples of the physical structure (line structure) of the sensing circuit ll. In the examples above, the sensing circuit has been described in the form of a sensing coil 29 asymmetrically placed over the primary coil as 7a shows.
Nackdelen med att ha endast en avkänningsspole som 7a visar är att avkärmingsvariationen i sidled blir väldigt påtaglig. Genom att ha två spolar så som 7b visar erhålls en väsentligt mindre avkänningsvariation i y-led. Den avkända spänningen blir här summan av delspänningama u; och uz. Adderar man till ytterligare två spolar så som 7c visar fås även denna förbättring i x-led. Den avkända spänningen blir även här summan av alla delspänningar, dvs~u1_ ug, u; och u4. Ju fler avkänningsspolar man har desto mindre blir följaktligen avkänningsvariationen i sidled. Ytterligare en fördel med flera avkänningsspolar är att signalnivån ökar vilket ger ett förbättrat signalbrus-förhållande. Förbinder man alla små spolar till en stor så erhålls en ”hästsko”-fonnad avkäningsspole så som 7d visar. Man fär här en helt vinkeloberoende avkänningskaraktäristik så när som på den slits som bildas mellan hästskons båda ytterkanter. En väsentlig nackdel med hästskospolen är att den kan vara ganska svår att tillverka. I 7e visas slutligen det förmodligen enklaste samt bästa sättet att utforma avkänningskretsen. Avkärmingskretsen består här av två spolar med olika radier centrerat placerade kring centrum på primärspolen där den avkända spänningen utgörs av skillnadsspänningen mellan u| och u2. o to oc Dice I I I I to! 1000 0 00 o II o O: noob 00 I I 0 a 00 II I I I OI cl 10 15 20 25 30 526 099 -, 12 Företrädesvis är minst en av primär- och sekundärspolarna utformade som platta, pannkaksforrnade spolar. Även avkårmingsspolen kan vara utformad på detta sätt.The disadvantage of having only one sensing coil as 7a shows is that the lateral shielding variation becomes very noticeable. By having two coils as 7b shows, a significantly smaller sensing variation in the y-direction is obtained. The sensed voltage here becomes the sum of the partial voltages u; and uz. If you add two more coils as shown in 7c, this improvement is also obtained in the x-direction. The sensed voltage here too becomes the sum of all subvoltages, ie ~ u1_ ug, u; and u4. The more sensing coils you have, the smaller the sensing variation will be laterally. Another advantage of your sensing coils is that the signal level increases, which gives an improved signal-to-noise ratio. If you connect all small coils to a large one, a "horseshoe" -shaped sensing coil is obtained, as 7d shows. Here you get a completely angle-independent sensing characteristic, almost as if on the slit that is formed between the two outer edges of the horseshoe. A significant disadvantage of the horseshoe coil is that it can be quite difficult to manufacture. Finally, Fig. 7e shows probably the simplest and best way to design the sensing circuit. The shielding circuit here consists of two coils with different radii centered around the center of the primary coil where the sensed voltage consists of the difference voltage between u | and u2. o to oc Dice I I I I I to! 1000 0 00 o II o O: noob 00 I I 0 a 00 II I I I OI cl 10 15 20 25 30 526 099 -, 12 Preferably, at least one of the primary and secondary coils is designed as flat, pancake-shaped coils. The decoupling coil can also be designed in this way.
Pannkaksformade slimmad fysisk konstruktion hos överföringsanordningen men ger också den bästa kopplingsfaktom. Det har nämligen spolar medger en visat sig att ett pannkakslindat spolpar, d.v.s. där varven är radiellt lindade, får en väsentligt högre kopplingsfaktor än ett spolpar med mer utspridda varv (axiellt líndat). I figur 8 visas en pannkakslindad spole av Litz-tråd, dvs tråd som består av ett flertal srnå kardeller, varvid minst en av Litz-trådens kardeller är belagd med värmelim. Det har visat sig att pannkaksspolar lindade av Litz-tråd ímpregnerad med värmelim erhåller tillräckligt höga Q-värden (godhetstal). Metoden medför också möjlighet att tillverka spolarna på ett relativt enkelt sätt.Pancake-shaped slim physical construction of the transfer device but also provides the best coupling factor. Namely, it has coils allow one it has been found that a pancake-wound coil pair, i.e. where the turns are radially wound, a significantly higher coupling factor is obtained than a coil pair with more spread turns (axially wound). Figure 8 shows a pancake-wound spool of Litz wire, ie wire consisting of a plurality of small strands, at least one of the strands of the Litz wire being coated with heat glue. It has been found that pancake coils wound from Litz wire impregnated with heat glue obtain sufficiently high Q-values (goodness number). The method also provides the opportunity to manufacture the coils in a relatively simple way.
Genom att linda spolarna i en spiralform samt att linda med en tråd uppdelad i flera småtrådar där varje tråd är belagd med värmelim så som beskrivits ovan uppnås ett flertal fördelar gentemot att linda med en homogen tråd eller att linda alla varven i spolens ytterdiameter. Spiralformen gör att fältbilden koncentreras till mitten och faller av utåt periferin. Fältkoncentreringen ger en ökad kopplingsfaktor och fáltminskningen utåt periferin gör att man där kan placera sådana detaljer som man ej önskar placera i kraftiga fält, såsom fasthållningsmagneter som beskrivits ovan.By winding the spools in a spiral shape and winding with a thread divided into små your small threads where each thread is coated with heat glue as described above, a number of advantages are achieved compared to winding with a homogeneous thread or winding all the turns in the outer diameter of the spool. The spiral shape causes the field image to concentrate to the center and fall off to the outside periphery. The field concentration gives an increased coupling factor and the field reduction to the outside of the periphery means that it is possible to place such details there as one does not wish to place in strong fields, such as holding magnets as described above.
Företrädesvis lindas avkänningsspolen enligt principen i figur 7e. Figur 9 visar ett sådant utförande där spolarna är lindade av Litz-tråd. Figur 9ivisar även hur spolarna är sammankopplade för att erhålla den utnollande effekten av primärspolens fält.Preferably, the sensing coil is wound according to the principle in Figure 7e. Figure 9 shows such an embodiment where the spools are wound of Litz wire. Figure 9 also shows how the coils are connected to obtain the zeroing effect of the primary coil field.
Geometrin lämpar sig väl både fysiskt och elektromagnetiskt för att sättas samman med pannkaksspolen i figur 8. Förutsatt att spolarna är någorlunda planparallella så medñr utförandet enligt figur 9 att den avkända spänningen enbart beror på förflyttningar i axiell och radiell led och alltså år okänslig för rotationsförändringar.The geometry is well suited both physically and electromagnetically to be assembled with the pancake coil in Figure 8. Provided that the coils are fairly plane-parallel, the design according to Figure 9 is that the sensed voltage is only due to movements in axial and radial direction and is therefore insensitive to rotational changes.
I figur l0a visas uppmätta avkånningskaraktäristikor i radiell led för 3 olika spolavstånd d så som visas i figuren lOb. Man ser i figur l0a att vid en radiell variation på 12.5 mm och en axiell variation på i 3 mm blir den avkända I II II IIII I II I I I I I I I III I III IIII I I I I II II IIII III OI IIII II I I I I I I O O I O I II II II I 10 15 20 25 30 526 099 13 spänningsvaríationen endast 15%. Ytterradien på de uppmätta spelarna är i detta fall ca 12mm.Figure 10a shows measured radiating characteristics in radial direction for 3 different coil distances d as shown in Figure 10b. It is seen in Figure 10a that at a radial variation of 12.5 mm and an axial variation of i 3 mm, the sensed I II II IIII I II IIIIIII III I III IIII IIII II II IIII III OI IIII II IIIIIIOOIOI II II II I 10 15 20 25 30 526 099 13 voltage variation only 15%. The outer radius of the measured players in this case is about 12mm.
I figur ll visas ett exempel på det fysiska utförandet hos överíöringsanordningen. Överföringsanordningen består av en extern del 1' och en intern del 2' åtskilda av en fysisk barriär 3, exempelvis huden. I den externa delen finns en spolkonfiguration 30, en magnetkonfiguration 31, elektriska kretsar 32, ett batteri 33 samt någon slags insignal 34. I den interna delen 2' finns en spolkonfiguration 35, en magnet- konfiguration 36, elektriska kretsar 37 samt någon fonn av utsígnal 38 (stimuli).Figure l shows an example of the physical design of the transfer device. The transfer device consists of an external part 1 'and an internal part 2' separated by a physical barrier 3, for example the skin. In the external part there is a coil configuration 30, a magnetic configuration 31, electrical circuits 32, a battery 33 and some kind of input signal 34. In the internal part 2 there is a coil configuration 35, a magnetic configuration 36, electrical circuits 37 and some form of utsígnal 38 (stimuli).
Uppfinningen är inte begränsad till de exempel som visats ovan, utan kan varieras inom ramen för de efterßljande patentkraven. Exempelvis skulle spelarna kunna vara tillverkade enligt någon litografisk metod som är i och för sig ñrut känd fiån kretskort- och halvledarindustrin, företrädesvis ett s.k. multilayeriörfarande.The invention is not limited to the examples shown above, but may be varied within the scope of the appended claims. For example, the players could be made according to some lithographic method which is per se known from the circuit board and semiconductor industry, preferably a so-called multilayer procedure.
Claims (11)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0301925A SE526099C2 (en) | 2003-06-30 | 2003-06-30 | Device for wireless signal and energy transfer for medical implants |
PCT/SE2004/001008 WO2005000391A1 (en) | 2003-06-30 | 2004-06-23 | Inductive link for a medical implant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0301925A SE526099C2 (en) | 2003-06-30 | 2003-06-30 | Device for wireless signal and energy transfer for medical implants |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE0301925D0 SE0301925D0 (en) | 2003-06-30 |
SE0301925L SE0301925L (en) | 2004-12-31 |
SE526099C2 true SE526099C2 (en) | 2005-07-05 |
Family
ID=27656656
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE0301925A SE526099C2 (en) | 2003-06-30 | 2003-06-30 | Device for wireless signal and energy transfer for medical implants |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
SE (1) | SE526099C2 (en) |
WO (1) | WO2005000391A1 (en) |
Families Citing this family (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NZ535390A (en) | 2004-09-16 | 2007-10-26 | Auckland Uniservices Ltd | Inductively powered mobile sensor system |
US7729772B2 (en) * | 2005-01-07 | 2010-06-01 | Uroplasty, Inc. | Implantable neuromodulation system and method |
US7545272B2 (en) | 2005-02-08 | 2009-06-09 | Therasense, Inc. | RF tag on test strips, test strip vials and boxes |
US7844070B2 (en) | 2006-05-30 | 2010-11-30 | Sonitus Medical, Inc. | Methods and apparatus for processing audio signals |
WO2008106717A1 (en) * | 2007-03-02 | 2008-09-12 | Ventrassist Pty Ltd | Transcutaneous energy transfer system |
US20090082817A1 (en) | 2007-07-20 | 2009-03-26 | Cochlear Limited | Coupling apparatus for a bone anchored hearing device |
US10069341B2 (en) | 2007-08-21 | 2018-09-04 | Auckland Uniservices Limited | Inductively powered mobile sensor system |
US7682303B2 (en) | 2007-10-02 | 2010-03-23 | Sonitus Medical, Inc. | Methods and apparatus for transmitting vibrations |
US8401213B2 (en) | 2008-03-31 | 2013-03-19 | Cochlear Limited | Snap-lock coupling system for a prosthetic device |
AU2010301027B2 (en) | 2009-10-02 | 2014-11-06 | Soundmed, Llc | Intraoral appliance for sound transmission via bone conduction |
US8622885B2 (en) | 2010-02-19 | 2014-01-07 | Audiodontics, Llc | Methods and apparatus for aligning antennas of low-powered intra- and extra-oral electronic wireless devices |
US8376967B2 (en) | 2010-04-13 | 2013-02-19 | Audiodontics, Llc | System and method for measuring and recording skull vibration in situ |
US8891795B2 (en) | 2012-01-31 | 2014-11-18 | Cochlear Limited | Transcutaneous bone conduction device vibrator having movable magnetic mass |
US11240613B2 (en) | 2014-01-30 | 2022-02-01 | Cochlear Limited | Bone conduction implant |
US9998837B2 (en) | 2014-04-29 | 2018-06-12 | Cochlear Limited | Percutaneous vibration conductor |
CA3025026C (en) | 2016-05-24 | 2020-07-07 | Synergia Medical | Centering kit for aligning an external element with respect to an implanted medical device and corresponding method |
US11129996B2 (en) * | 2016-06-15 | 2021-09-28 | Boston Scientific Neuromodulation Corporation | External charger for an implantable medical device for determining position and optimizing power transmission using resonant frequency as determined from at least one sense coil |
US10226637B2 (en) | 2016-06-15 | 2019-03-12 | Boston Scientific Neuromodulation Corporation | External charger for an implantable medical device having alignment and centering capabilities |
US10363426B2 (en) | 2016-06-15 | 2019-07-30 | Boston Scientific Neuromodulation Corporation | External charger for an implantable medical device for determining position using phase angle or a plurality of parameters as determined from at least one sense coil |
US11471692B2 (en) | 2016-06-15 | 2022-10-18 | Boston Scientific Neuromodulation Corporation | External charger for an implantable medical device for adjusting charging power based on determined position using at least one sense coil |
US10603501B2 (en) | 2016-06-15 | 2020-03-31 | Boston Scientific Neuromodulation Corporation | External charger for an implantable medical device having at least one sense coil concentric with a charging coil for determining position |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4571589A (en) * | 1982-11-22 | 1986-02-18 | Cordis Corporation | Biomedical implant with high speed, low power two-way telemetry |
US5565005A (en) * | 1992-02-20 | 1996-10-15 | Amei Technologies Inc. | Implantable growth tissue stimulator and method operation |
US6058330A (en) * | 1998-03-06 | 2000-05-02 | Dew Engineering And Development Limited | Transcutaneous energy transfer device |
US6307468B1 (en) * | 1999-07-20 | 2001-10-23 | Avid Identification Systems, Inc. | Impedance matching network and multidimensional electromagnetic field coil for a transponder interrogator |
US6463329B1 (en) * | 2000-08-01 | 2002-10-08 | Medtronic, Inc. | Null-free antenna array for use in communication with implantable medical devices |
-
2003
- 2003-06-30 SE SE0301925A patent/SE526099C2/en not_active IP Right Cessation
-
2004
- 2004-06-23 WO PCT/SE2004/001008 patent/WO2005000391A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2005000391B1 (en) | 2005-04-14 |
SE0301925L (en) | 2004-12-31 |
WO2005000391A1 (en) | 2005-01-06 |
SE0301925D0 (en) | 2003-06-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
SE526099C2 (en) | Device for wireless signal and energy transfer for medical implants | |
US10903693B2 (en) | Multiple interleaved coil structures for wireless power transfer | |
US8686684B2 (en) | Magnetic inductive charging with low far fields | |
EP3355083B1 (en) | Foreign-object detecting device, wireless electric-power transmitting device, and wireless electric-power transmission system | |
JP5522271B2 (en) | Wireless power feeding device, wireless power receiving device, wireless power transmission system | |
JP5941046B2 (en) | Inductive power receiver device | |
CN103999373B (en) | System and method for low loss wireless power transmission | |
US11251661B2 (en) | Inductive power transmitter | |
CN103424133A (en) | System and method for measuring variable impedance elements in a wireless sensor | |
US8664803B2 (en) | Wireless power feeder, wireless power receiver, and wireless power transmission system | |
JP2012244763A (en) | Power supply device, power supply system and electronic device | |
EP2394346A1 (en) | Inductive power transfer apparatus | |
EP3721460B1 (en) | Air-core inductor assembly | |
KR102179734B1 (en) | Power transfer system | |
TW201434063A (en) | Variable pitch spiral coil | |
CN107370249B (en) | Power transmitting device and non-contact power supply system | |
JP2013102593A (en) | Magnetic coupling unit and magnetic coupling system | |
WO2019156867A1 (en) | Detuning for a resonant wireless power transfer system including cooperative power sharing | |
US20200365316A1 (en) | Wireless Power Transmission with Current-Limiting Coil | |
CN109874367B (en) | Power transmission and leakage flux control | |
WO2016208402A1 (en) | Power transmitting device, power receiving device, and power transmission system | |
WO2017214015A1 (en) | Coil structures for alignment and inductive wireless power transfer | |
JP6497483B2 (en) | Current detection element and power supply device | |
US20240136110A1 (en) | Magnetic-Shielding-and-Enhancement Winding | |
JP2005176439A (en) | Contactless feeder system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |