可植入设备的无线能量传输制造技术

本文描述了用于无线功率传输的改进的配置。描述了用于可植入电子装置和设备的方法和设计。无线能量传输被用于消除刺穿皮肤以给可植入设备供电的电线和电力电缆。中继器谐振器用于提高源和设备谐振器之间的功率传输特性。

Wireless energy transmission for implantable devices

An improved configuration for wireless power transmission is described in this paper. Methods and designs for implantable electronic devices and devices are described. Wireless power transmission is used to eliminate wires that pierce the skin to power implantable devices and power cables. A repeater resonator is used to improve power transmission characteristics between a source and a device resonator.

【技术实现步骤摘要】
可植入设备的无线能量传输本申请是申请号为201280038109.3、申请日为2012年5月31日、专利技术名称为“可植入设备的无线能量传输”的中国专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求下列美国专利申请的优先权，其中每个专利申请在此通过引用被全部并入：2011年6月6日提交的U.S.13/154,131；2011年8月31日提交的U.S.13/222,915；以及2011年9月14日提交的U.S.13/232,868。下列美国专利申请也通过引用被全部并入：2010年5月28日提交的美国专利申请No.12/789,611；2010年4月29日提交的美国专利申请No.12/770,137；2009年4月29日提交的美国临时申请No.61/173,747；2010年4月26日提交的美国申请No.12/767,633；2009年4月24日提交的美国临时申请No.61/172,633；2010年4月13日提交的美国申请No.12/759,047；2010年4月9日提交的美国申请No.12/757,716；2010年3月30日提交的美国申请No.12/749,571；2009年12月16日提交的美国申请No.12/639,489；2009年12月28日提交的美国申请No.12/647,705；以及2009年9月25日提交的美国申请No.12/567,716；2008年9月27日提交的美国申请No.61/100,721；2008年10月27日提交的美国申请No.61/108,743；2009年1月26日提交的美国申请No.61/147,386；2009年2月12日提交的美国申请No.61/152,086；2009年5月15日提交的美国申请No.61/178,508；2009年6月1日提交的美国申请No.61/182,768；2008年12月9日提交的美国申请No.61/121,159；2009年1月7日提交的美国申请No.61/142,977；2009年1月6日提交的美国申请No.61/142,885；2009年1月6日提交的美国申请No.61/142,796；2009年1月6日提交的美国申请No.61/142,889；2009年1月6日提交的美国申请No.61/142,880；2009年1月6日提交的美国申请No.61/142,818；2009年1月6日提交的美国申请No.61/142,887；2009年3月2日提交的美国申请No.61/156,764；2009年1月7日提交的美国申请No.61/143,058；2009年3月26日提交的美国申请No.61/163,695；2009年4月24日提交的美国申请No.61/172,633；2009年4月14日提交的美国申请No.61/169,240；2009年4月29日提交的美国申请No.61/173,747；2010年3月10日提交的美国申请No.12/721,118；2010年2月13日提交的美国申请No.12/705,582；2009年2月13日提交的美国临时申请No.61/152,390；2010年6月4日提交的美国临时申请No.61/351,492；以及2010年4月20日提交的美国临时申请No.61/326,051。
本公开涉及无线能量传输、用于实现这样的传输的方法、系统和装置、以及应用。
技术介绍
可使用如在共同拥有的于2010年9月23日作为美国专利公布号2010/0237709公开的且标题为“RESONATORARRAYSFORWIRELESSENERGYTRANSFER”的美国专利申请No.12/789,611和于2010年7月22日作为美国专利公布号2010/0181843公开的且标题为“WIRELESSENERGYTRANSFERFORREFRIGERATORAPPLICATION”的美国专利申请No.12/722,050中详述的各种技术来无线地传输能量或功率，这些专利申请的内容如同在本文被完全阐述地一样被全部并入。现有技术的无线能量传输系统被各种因素(包括对用户安全的关心、低能量传输效率和对能量供应和吸收部件的限制性物理接近度/对准容限)限制。例如机械循环支持(MCS)设备、心室辅助设备(VAD)、可植入心电复律器除颤器(ICD)等的可植入设备可能需要用于在延长的时间段内操作的外部能量源。在一些患者和情况中，可植入设备需要不变的或接近不变的操作，并具有需要到外部电源的连接的相当大的功率要求，需要经皮电缆或穿过患者的皮肤到外部电源的电缆，增加了感染的可能性并降低了患者舒适度。因此存在对用于将能量输送到可植入设备而不需要直接电线连接的方法和设计。
技术实现思路
在各种实施例中，各种系统和过程使用耦合的谐振器提供无线能量传输。在一些实施例中，谐振器结构可能需要或受益于谐振器的部件的热管理。谐振器部件可能需要冷却来防止它们的温度超过临界温度。这样的实施例的特征是普遍的，并可应用于宽范围的谐振器，而不管本文讨论的特定例子如何。在实施例中，磁谐振器可包括电感器和电容器的某种组合。额外的电路元件(例如电容器、电感器、电阻器、开关等)可插在磁谐振器和电源之间和/或磁谐振器和功率负载之间。在本公开中，包括谐振器的高Q电感回路的导电线圈也可被称为电感器和/或电感负载。电感负载当它无线地耦合(通过互感)到其它系统或外来物体时也可被称为电感器。在本公开中，除了电感负载以外的电路元件可被称为阻抗匹配网络或IMN的部分。应理解，被称为阻抗匹配网络的部分的元件中的全部、一些或没有一个可以是磁谐振器的部分。哪些元件是谐振器的部分以及哪些元件与谐振器分离将取决于特定的磁谐振器和无线能量传输系统设计。在实施例中，本文所述的无线能量传输可用于将功率输送到可植入设备，而不需要通过皮肤布线。在实施例中，无线功率传输可用于周期性地或连续地给植入式可再充电电池、超级电容器或其它能量存储部件供电或再充电。在实施例中，本文描述的无线能量传输使用可以在患者内部或外部的中继器谐振器来提高源和设备谐振器的范围和容许的偏置。在实施例中，源和设备谐振器可通过调谐源和设备的元件来控制热的分布和能量耗散。除非另外指示，本公开可互换地使用术语无线能量传输、无线功率传输、无线功率传送等。本领域技术人员将理解，各种系统架构可由在本申请中描述的宽范围的无线系统设计和功能支持。在本文描述的无线能量传输系统中，功率可在至少两个谐振器之间无线地交换。谐振器可供应、接收、保持、传输和分配能量。无线功率的源可被称为源或供应器，而无线功率的接收器可被称为设备、接收器和功率负载。谐振器可以是源、设备或同时这两者，或可以以受控的方式从一种功能变化到另一功能。没有到功率供应器或功率消耗的有线连接的、被配置成保持或分配能量的谐振器可被称为中继器。本专利技术的无线能量传输系统的谐振器能够在比谐振器本身的尺寸大的距离上传输功率。也就是说，如果谐振器尺寸以可围住谐振器结构的最小球体的半径为特征，则本专利技术的无线能量传输系统可在比谐振器的特征尺寸大的距离上传输功率。该系统能够在谐振器之间交换能量，其中谐振器具有不同的特征尺寸，且其中谐振器的电感元件具有不同的尺寸、不同的形状，由不同的材料组成，等等。本专利技术的无线能量传输系统可被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于向可植入医疗设备供电的无线能量传输装置，所述装置包括：设备谐振器，其被配置为通过从与电源耦合的源谐振器接收无线传输功率来给所述可植入医疗设备的负载供应功率；温度传感器，其被定位成测量所述设备谐振器的温度；可调谐部件，其与所述设备谐振器耦合以调节所述设备谐振器的谐振频率、所述设备谐振器的有效阻抗、或者这两者；以及控制电路，其与所述温度传感器和所述可调谐部件耦合；其中，所述控制电路被配置为，响应于使用被定位成测量所述设备谐振器的温度的所述温度传感器检测所述设备谐振器的温度状况，(i)调谐所述可调谐部件以调节所述设备谐振器的谐振频率、所述设备谐振器的有效阻抗、或者这两者，以及(ii)将关于所述温度状况的信号发送给所述源谐振器，以引起所述源谐振器的谐振频率、所述源谐振器的功率输出或者这两者的调节。

【技术特征摘要】
2011.06.06 US 13/154,131;2011.08.31 US 13/222,915;1.一种用于向可植入医疗设备供电的无线能量传输装置，所述装置包括：设备谐振器，其被配置为通过从与电源耦合的源谐振器接收无线传输功率来给所述可植入医疗设备的负载供应功率；温度传感器，其被定位成测量所述设备谐振器的温度；可调谐部件，其与所述设备谐振器耦合以调节所述设备谐振器的谐振频率、所述设备谐振器的有效阻抗、或者这两者；以及控制电路，其与所述温度传感器和所述可调谐部件耦合；其中，所述控制电路被配置为，响应于使用被定位成测量所述设备谐振器的温度的所述温度传感器检测所述设备谐振器的温度状况，(i)调谐所述可调谐部件以调节所述设备谐振器的谐振频率、所述设备谐振器的有效阻抗、或者这两者，以及(ii)将关于所述温度状况的信号发送给所述源谐振器，以引起所述源谐振器的谐振频率、所述源谐振器的功率输出或者这两者的调节。2.根据权利要求1所述的无线能量传输装置，其中，所述控制电路包括耦合到无线通信电路的通信控制器，所述无线通信电路能够用于将关于所述温度状况的信号发送给所述源谐振器。3.根据权利要求1所述的无线能量传输装置，其中，所述可调谐部件包括可变电容器。4.根据权利要求1所述的无线能量传输装置，其中，所述设备谐振器具有Q>100。5.根据权利要求1所述的无线能量传输装置，其中，所述控制电路被配置为连续地监测所述设备谐振器的部件的温度以及所述部件的温度的趋势，并调节所述部件的一个或多个频率和值以稳定所述设备谐振器的温度。6.根据权利要求5所述的无线能量传输装置，其中，所述设备谐振器被递增地去谐，直到所述设备谐振器的温度稳定。7.根据权利要求1所述的无线能量传输装置，其中，通过减少在所述设备谐振器中出现的热耗散并增加在所述源谐振器中出现的热耗散来调谐所述设备谐振器和所述源谐振器以增加总热耗散。8.根据权利要求1所述的无线能量传输装置，包括可再充电电池，其中所述设备谐振器与所述可植入医疗设备耦合，并通过所述可再充电电池向所述负载供应功率。9.一种用于向可植入医疗设备供电的无线能量传输系统，所述系统包括：设备谐振器，其被配置为通过从与电源耦合的源谐振器接收无线传输功率来给所述可植入医疗设备的负载供应功率；温度传感器，其被定位成测量所述设备谐振器在不同位置处的温度；可调谐部件，其与所述设备谐振器耦合以调节所述设备谐振器的谐振频率、所述设备谐振器的有效阻抗、或者这两者；以及控制电路，其与所述温度传感器和所述可调谐部件耦合；其中，所述控制电路被配置为响应于来自所述温度传感器的测量结果，调谐所述可调谐部件以调节所述设备谐振器的谐振频率、所述设备谐振器的有效阻抗、或者这两者。10.根据权利要求9所述的无线能量传输系统，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·P·凯斯勒，K·L·霍尔，A·B·库尔斯，A·卡拉里斯，M·索尔亚契奇，A·J·坎帕内拉，D·A·沙茨，
申请(专利权)人：韦特里西提公司，
类型：发明
国别省市：美国,US