[发明专利]具有接收天线的器件和相关的功率传输系统

说明书

具有接收天线的器件和相关的功率传输系统。本发明是关于具有接收天线(110)的器件，其中，所述接收天线(110)包括次级线圈(112)，并被布置为电感地连接至包括初级线圈(202)的发送天线(200)。本发明的器件的特征在于，所述接收天线(110)还包括：三级线圈(114)，其被布置为连接到所述器件中的负载；以及电容器(142)，所述次级线圈(112)连接至所述电容器(142)；并且具有封装(120)，所述封装(120)包括低液体渗透率和非导电材料，用于封装所述接收天线(110)的至少一部分。另外，本发明是关于功率传输系统。

技术领域

本发明涉及一种具有接收天线的器件。特别地，本发明涉及一种器件，其中接收天线包括次级线圈、三级线圈和负载，并可以电感地连接至外部发送天线。此外，本发明尤其用于可植入器件。

背景技术

可植入电子器件最近已经成为用于人体内监测、测量和触发生理反应的重要工具。为了提高患者的生存率和生活质量，找到满足针对可植入电子器件的稳定性、微型化、功能性和低功耗严格要求的实施方式是必要的。

现有技术中公知的是植入体装配有用于接收器单元的连接器。接收器单元可以从外部发送器单元被非接触激活。

已知有接收天线，其用于下肢的肢体延长治疗中。该应用领域中的感应功率传输是使用皮下植入的天线。该类型的构造允许短的传输距离以及良好和高效的耦合。然而，天线的植入困难、耗时，并且增加了可能并发症的机会。

在公开文本US 20040023623中公开了一种用于控制、调节或运转有源植入体的器件。在该公开文本中，植入具有接收器单元的牵引器件，数据或功率能够从外部经由发送器单元被提供给接收器单元。

为了绕组之间的有关的高效、非接触式电磁能量传输，接收部件的微型化是必要的。接收绕组被限制为相比发送绕组来说小的多的尺寸。这导致线圈之间的低磁性耦合。在现有技术的通常方法中，绕铁磁性材料(例如，铁氧体磁棒)来组装接收线圈。应该注意的是，铁氧体不应该进入到磁性饱和。该饱和会导致不可接受的损失和温度升高。

此外，为了有利于能量传输，操作频率应该尽可能的高。通过较高频率的功率传输，磁性耦合更好，并因此，所需的无源部件的尺寸更小。

考虑到身体植入体，发送绕组的几何尺寸是相当固定的，这是因为为了获得期望的能量传输，该应用针对发送线圈具有局限性。接收绕组的尺寸比发送部件的尺寸将小大约二十倍、或甚至更小。

现有技术的通常方式是将接收天线直接连接至电阻负载，而没有任何的无功功率补偿。这使得可以使用较小接收部件和具有有限体积的外壳。发送绕组的直接激励需要高电压电源连同相对高的电流。仅有如此，能够达到发送线圈的磁化。然而，高电压和高电流对能量传输的可实现频率施加了严重局限，这是因为所需的电源将是非常大的，这严重损害了转换器的便携性。

朝向微型化的更有效的方法是通过串联电容器补偿绕组的自感。由于串联谐振，绕组端子的电压是高的，但所需的电源电压相当低，这大大地减小了转换器的体积。每个绕组的自感值是容易确定的并且不会随着线圈之间的互耦而变化。

为了针对可用容量调节电容器，绕组尺寸应该以某种方式改变。减少匝数导致耦合减少，这进一步使得要求更高的电压以及更大值和容量的相关补偿电容器。换言之，通过增加绕组匝数，铁氧体材料可能进入饱和。

在优选尺寸的问题中，找到适于使用的市场上可买到的部件可能出现问题。

为了促进具有弱磁性耦合的两个绕组之间的电能的非接触式传输，提出增加三级线圈以允许部件额定功率的实际匹配。

利用三级线圈，接收部件内的实际的无功电流分量可以很好地分离。现在，通过补偿电容器的电流与通过负载的电流不相同，实现了设计负载绕组的灵活性。这增加了选择合适匝数以及补偿电容器的几何尺寸和额定电压的可能性。