适用于便携式仪器的电气绝缘的供电和数据耦合系统技术方案

一种电气绝缘组合的供电和信号耦合器可用于在医疗环境中可附装于患者（Ａ、Ｂ）的便携式医疗监视设备（３１０）。供电耦合系统在由物理和电气绝缘隔层分开的电源和被供电设备（３１０）之间传送供电。该系统包括供电耦合器，其包括在第一设备（３１０）中的磁回路的第一部分，该磁回路的第一部分包括透磁材料的第一芯部分（３２２），该第一芯部分具有在绝缘隔层界面处显著大于位于第一芯部分上第一绕组中的截面积。磁回路的所述第一部分在对接模式（３００Ｂ）下适于安置在相邻于第二设备中（３４０）的磁回路的第二部分（３４４），以形成用于在所述第一和第二设备之间传送供电的完整的磁回路。磁回路的第二部分包括第二芯部分，其具有在所述对接模式下经由完整磁回路同所述第一绕组磁耦合的第二绕组，用于供电传送。该第一芯部分包括绝缘隔层界面处的至少一个基本为平面的芯部分，用于安置在相邻于绝缘隔层界面处的磁回路的所述第二部分的相应的基本为平面的芯部分，以形成所述完整的磁回路，且包含磁回路的第二部分的设备未包住基本为平面的芯部分的大部分。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于便携式医疗监视仪器的供电和信号耦合器，该便携式医疗监视仪器被设计用于连接到医疗环境中的患者。
技术介绍
电变压器结合磁性材料芯，使用绕组的感应耦合，用于自一个电路向另一个电路传送供电，同时，除了增加或者减小输出AC电压电平以外，还维持两个电路之间的流电(galvanic)绝缘。对于同人接触的供电设备，需要该流电气绝缘，用以提供安全性和避免电击。典型的变压器在绕组和芯之间使用绝缘材料，诸如绕组绝缘体或者塑料绕线管，用以防止它们接触并且保持流电气绝缘。在某些商用设备中，特别是医疗仪器，电击患者或者医疗人员的危险是很大的，以至于需采用额外的步骤，用以在甚至出现例如可能在除纤颤器中出现的高达5kV的大电压时，确保流电隔离并防止电击穿。典型地，非传导材料的绝缘隔层插入在变压器的中间。输入和输出绕组安置在该隔层的相对侧上，并且可能是不需要的，但却不可避免的气隙并入到磁芯中，并因此并入到磁通量路径中。该隔层技术允许将变压器构建为两个可分离的半部分，由此电源和被供电电路可以方便地分离并再次配合到一起。该技术已用于可再充电患者监视仪器，以及可再充电牙刷和剃须刀，其中可替换的技术，诸如暴露的电接触的使用，由于潮湿环境引起的腐蚀、短路和增加的电击危险，是特别不需要的。在传统的变压器设计中，包含磁通量的透磁芯被设计为在整个芯长度上具有近似相等的截面(与磁通量方向垂直)，用以实现芯材料的最有效的使用。此外，有时气隙被用于增加磁阻，以便于在芯饱和出现之前允许绕组中的较高水平的安匝数，用以减小芯损耗，或者用以使用于诸如例如滤波器(其中失真是受到关注的)的应用中的变压器的B-H曲线线性化。已知隔层技术的变压器继续着利用具有近似恒定截面的芯的传统实践，尽管这不是最优化的设计，其中磁回路包括大的气隙。已知隔层技术的变压器设备典型地是相对低效率的，显著低于传统的DC-DC转换器中可实现的80％的水平。这浪费了供电，并且导致了过热。浪费的供电在有供电限制的应用中是重要的，诸如标准的计算机端口或者接口，诸如例如USB(通用同步总线)。此外，已知隔层技术的变压器设备的供电密度典型地是相对低的，限制了其针对低功率设备的使用，诸如牙刷和剃须刀(其中再充电功率可以是例如，1至3瓦特)，或者可替换地，该设备牵涉相对大且重的变压器磁部件。这些缺点是由输入和输出绕组之间的差的耦合所引起的。在许多便携式设备类型的应用中，包括在便携式患者监视系统中，使用了具有隔层绝缘的基于变压器的供电耦合。该便携式患者监视系统还牵涉维持监视仪器和中心位置之间的数据链路，同时便携式设备同患者一起运送。在运送过程中用于监视仪器的供电典型地由监视仪器中的电池提供。本领域的技术人员应理解，电池需要充电，并且该患者的运送占用小量的时间。当前的便携式监视仪器包括位于所有适当的固定位置(诸如，手术室、化验室、病房)中的固定对接站。当患者处于这些位置中的一个位置时，便携式监视仪器插入到该位置处的对接站中。这些对接站连接到该位置处的AC供电，并且向监视仪器中的电池提供充电电流。这允许电池维持它们的电荷。当移动患者时，具有充电电池的监视仪器自对接站移除，并且同患者一起运送，直至另一对接站是可利用的。当监视仪器对接到无线数据链路时，例如，射频(RF)，链路典型地向中心位置传输来自监视仪器的监视数据。每个监视仪器包括RF收发信机和天线。每个对接站也包括相应的RF收发信机和天线。此外，独立的天线和收发信机遍布于医院中，特别地，其被安置于将要运送患者的位置，例如，走廊等。对接站和独立位置中的每个收发信机通过有线连接而连接到中心位置。在对接站和监视仪器之间使用RF通信进一步提供了电气绝缘。当患者处于固定位置，并且监视仪器安置在对接站中时，对接站接收来自监视仪器的RF信号，并且经由其有线连接将数据传输到中心位置。当患者处于从一个固定位置到另一固定位置的运送途中时，独立的天线/收发信机位置接收来自监视仪器的RF信号，并且将数据传输到中心位置。这提供了连续监视患者的能力。然而，存在这样的位置，其中来自监视仪器的连续的RF传输可能引起问题，并且必须进行仔细的规划。例如，在手术室中，电烙仪器在外科手术过程中，使用RF能量切割组织并且使血液凝结。该仪器引发不可预知的RF能量数量，并且可能干扰监视仪器的RF链路。然而，在该环境中，最重要的是，不使监视数据丢失或者受损。根据本专利技术的原理的系统致力于前面讨论的供电耦合和数据链路问题以及衍生的问题。专利技术概述一种电气绝缘组合供电和信号耦合器可用于在医疗环境中可附装于患者的便携式医疗监视设备。一种供电耦合系统在由物理和电气绝缘隔层分开的电源和被供电设备之间传送供电。该系统包括供电耦合器，其包括第一设备中的磁回路的第一部分，该第一部分包括透磁材料的第一芯部分，该第一芯部分具有在绝缘隔层界面处显著大于位于所述第一芯部分上第一绕组中的截面积。磁回路的第一部分在对接模式下适于安置在相邻于第二设备中的磁回路的第二部分，以形成用于在所述第一和第二设备之间传送供电的完整的磁回路。磁回路的第二部分包括第二芯部分，其具有在对接模式下经由完整的磁回路同第一绕组磁耦合的第二绕组，用于供电传送。在本专利技术的特征中，第一芯部分包括绝缘隔层界面处的至少一个基本平面的芯部分，用于安置在相邻于绝缘隔层界面处的磁回路的所述第二部分的相应的基本为平面的芯部分，以形成完整的磁回路，且包含磁回路第二部分的设备未包住基本为平面的芯部分的大部分。附图简述在附图中附图说明图1和2示出了简化的理论上的变压器部件的图示。图3示出了根据本专利技术原理的用于在电源和被供电设备之间传送供电的变压器，其包括绝缘隔层，并且包括在该隔层的任一侧上的具有非均匀芯截面的芯组件。图4是根据本专利技术的原理的监视系统的框图，其包括中心位置、对接站和便携式监视设备。图5和6是说明了根据本专利技术的原理使用可替换的传输介质的布置的监视设备框图，并且说明了用于图4所说明的监视系统的供电和数据传输装置。专利技术详述已知系统使用包括具有均匀磁截面积的传统变压器芯的磁组件，在越过包括电源和待供电设备的两个可分离的元件之间的界面传输供电。这可以包括，例如，相互接近放置的两个“C形”芯，以构成C-C变压器，其中该C-C变压器的两个支腿中的两个间隙位于电源和被供电设备之间的界面处，或者可替换地，可以包括传统的“罐形”芯组件的两个半部分，其中该半部分的配合表面位于界面处。在上述任一示例中，界面处的间隙将由塑料或者包括电源和被供电设备的外罩或者外壳的其他材料填充，其在下文中被称为“外壳材料”。该方法的主要缺陷在于，芯的基本恒定的磁截面积导致了界面处的磁截面积远小于最优化的情况。一个问题是，机械考虑(例如，在便携式仪器中)要求外壳材料或者外罩的厚度大于关于变压器设计的所需间隙厚度。这样，该磁间隙的磁阻大于必要的或者所需的磁阻，并且大于闭合磁路的剩余部分的磁阻，该闭合磁路典型地包括铁氧体或者其他透磁材料。因此，变压器组件具有高于所需要的磁阻，导致相应的磁感应低于所需要的。这引起增加的电流分量流入变压器绕组中，本领域的技术人员将其称为“磁化电流”。该电流未导致有用的供电传送，并且引起驱动变压器的电路中的额外的供电损耗。而且，大于所需要的间隙引起相应的较大的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种供电耦合系统，用于在由物理和电气绝缘隔层分开的电源和被供电设备之间传送供电，包括：供电耦合器，其包括在第一设备中的磁回路的第一部分，该磁回路的第一部分包括透磁材料的第一芯部分，该第一芯部分具有在绝缘隔层界面处显著大于位于所述第一 芯部分上第一绕组中的截面积，磁回路的所述第一部分在对接模式下适于安置在相邻于第二设备中的磁回路的第二部分，以形成用于在所述第一和第二设备之间传送供电的完整的磁回路，磁回路的所述第二部分包括第二芯部分，其具有在所述对接模式下经 由所述完整的磁回路同所述第一绕组磁耦合的第二绕组，用于所述供电传送。

【技术特征摘要】
US 2002-10-24 10/279,9581.一种供电耦合系统，用于在由物理和电气绝缘隔层分开的电源和被供电设备之间传送供电，包括供电耦合器，其包括在第一设备中的磁回路的第一部分，该磁回路的第一部分包括透磁材料的第一芯部分，该第一芯部分具有在绝缘隔层界面处显著大于位于所述第一芯部分上第一绕组中的截面积，磁回路的所述第一部分在对接模式下适于安置在相邻于第二设备中的磁回路的第二部分，以形成用于在所述第一和第二设备之间传送供电的完整的磁回路，磁回路的所述第二部分包括第二芯部分，其具有在所述对接模式下经由所述完整的磁回路同所述第一绕组磁耦合的第二绕组，用于所述供电传送。2.权利要求1的系统，其中所述第一芯部分包括所述绝缘隔层界面处的至少一个基本为平面的芯部分，用于安置在相邻于所述绝缘隔层界面处的磁回路的所述第二部分的相应的基本为平面的芯部分，以形成所述完整的磁回路。3.权利要求2的系统，其中所述基本为平面的芯部分适于安置在相邻于所述相应的的基本为平面的芯部分，且包含磁回路的所述第二部分的设备未包住所述基本为平面的芯部分的大部分。4.权利要求1的系统，其中所述磁回路的所述第二部分包括透磁材料的第二芯部分，其在所述绝缘隔层界面处具有显著大于位于所述第二芯部分上的第二绕组中的截面积。5.权利要求1的系统，其中所述第一和第二设备分别是，(a)便携式设备和(b)用于所述便携式设备的对接站。6.权利要求1的系统，其中透磁材料的所述第一芯部分包括多个组成芯片，并且包括挠性的含铁材料，其安置在所述芯片之间的至少一个结合处。7.权利要求1的系统，其中磁回路的所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰肯尼斯菲奇，克利福德马克凯利，
申请(专利权)人：德尔格医疗系统有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]