CN101663002A - 具有可充电的电能量储存器的假肢 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种假肢，该假肢具有电能量储存器(12)，该假肢包括(a)一个感应线圈(28)以及(b)一个与该感应线圈(28)和该能量储存器(12)电连接的充电电路(24)，该充电电路用于基于在该感应线圈(28)中感应出的电流对该能量储存器(12)充电。

Description

具有可充电的电能量储存器的假肢
技术领域
本发明涉及一种假肢，该假肢具有电能量储存器。
背景技术
在现代假肢中存在电执行机构，以便例如使假肢的部分运动或者以便影响被动元件例如阻尼元件的特性。这些执行机构所需的电能储存在蓄电池中。这种蓄电池必须每隔一定时间进行充电。为此，蓄电池例如可以是可更换的。如果假肢中存在的蓄电池耗尽，则取下假肢并且将耗尽的蓄电池用充好电的蓄电池替换。
这种解决方案的缺点在于，蓄电池必须每隔一定时间更换，这是麻烦的。根据另一个替换方案，蓄电池这样重复充电：该蓄电池通过充电电缆与外部的电流源相连接。但已经证实，对蓄电池进行充电的这种方式易于故障。
发明内容
本发明的任务在于，提出一种假肢，在该假肢中可以在故障概率降低的情况下对蓄电池进行充电。
本发明通过所述类型的假肢来解决该问题，该假肢具有一个感应线圈以及一个与感应线圈和能量储存器电连接的充电电路，该充电电路用于基于在感应线圈中感应出的电流对能量储存器充电。
当分析在借助于充电电缆对假肢中的蓄电池进行充电时产生的故障时，已经证实，通常在插头或用于插头的插座的区域中产生接触困难。其原因在于，例如穿戴臂假肢的患者自然只能用一只手将插头***到假肢中的插座中。在这种***过程中，假肢可能运动。为了对抗假肢的这种运动，由患者将插头——充电电缆通过该插头连接在假肢上——猛地***，这使插座承受强烈的机械负载。此外，由于插座与水或污物接触而使插头和插座的磨损提高，这由患者重新通过以更大的力***插头来补偿。通过这样引起的力而容易在插座与其端子之间产生接触问题。通过例如由汗水与衣服纤维、化妆泡沫屑、灰尘和类似物构成的混杂物对插头造成的污染被证实为接触问题的另一个原因。为了消除这样造成的接触问题，患者用更大的力将插头***，这使插头和插座承受负载。
根据本发明提出，假肢的蓄电池可通过感应线圈充电，由此，参与的部件如插头、插座和所属端子的机械负载明显降低。由此有利地得到假肢的明显延长的寿命。
此外，有利的是，假肢的外套可统一地设置有一个皮肤颜色的保护套，该保护套不必***座中断。这改善了假肢的美学印象并且对于患者提高了穿戴舒适性。另一个优点在于，通过设置感应线圈可实现不中断地、由此抗喷淋水地包封假肢。假肢因此更耐久且对使用者更友好。
此外，有利的是，假肢由于存在用于充电的感应线圈而可置于合适地成形的充电装置中。连接插头或其它外部部件的过程于是可完全取消并且对于患者减弱假肢是机器的感觉。由此，假肢对于患者的可接收性提高。
根据本发明的假肢尤其是涉及外假肢，该外假肢可从外部接近地从患者的身体脱开。
在一个优选实施形式中，感应线圈与负载调制电路电连接，该负载调制电路与感应线圈是公共的转换回路的一部分并且该负载调制电路被构造用于将阻抗调制加入
Figure G2008800131373D00021
到转换回路中。其优点在于，借助于阻抗调制可将假肢的信息发送给一个与该感应线圈共同作用的感应线圈。如果假肢例如包括微处理器，该微处理器检测假肢的电部件的工作循环或故障消息，则这些工作数据可通过阻抗调制传送。
在一个优选实施形式中，该假肢包括一个封闭的对水密封的外套。对于封闭的对水密封的外套尤其是应理解为，当假肢固定在患者的身体上时，没有喷淋水可到达假肢的其它部件。由此，设置在外套内部的部件例如电动机和微处理器得到保护以免与喷淋水接触。这使得假肢的工作可靠性得到提高。此外，这样一个假肢对外完全被电隔离，这保护微电子构件以免由于充电而损坏。因此，可从外部接近的电接触件可将例如可能在患者脱掉套衫时产生的静电电荷引导到微电构件。
为了不影响假肢的可运动性，感应线圈优选构造成柔性的。
优选假肢设置有一个可与假肢分开的充电线圈，该充电线圈用于与感应线圈共同作用，由此得到一个假肢***。感应线圈在此与充电线圈的固有频率相协调，由此，当充电线圈被加载交变电流并且安置在感应线圈附近时，在感应线圈中感应出电流，该电流对能量储存器充电。充电线圈通过至少一个充电电缆与电流源相连接，以便给充电线圈供应充电电流，其中，电流源被构造用于将用于假肢的控制信号加到充电电流上。所述加到例如可这样进行：改变充电电流的幅值。作为替换方案，可在充电电流上加上一个较高频率的电流。此外，可对充电电流进行频率调制。
电流源例如可被构造用于将这样的控制信号传送给假肢：这些控制信号对指令编码，以便读出假肢的工作参数。
如果充电线圈被构造用于形状锁合地与假肢相连接，则得到感应线圈与充电线圈之间的特别可靠的连接。这可这样来进行：充电线圈本身具有相应的几何形状。作为替换方案，充电线圈可由一个套包围，该套被构造用于形状锁合地与假肢相连接。
特别有利的是，该假肢是一个手假肢，该手假肢包括至少一个手指，其中，充电线圈被构造用于环状地围绕手指。在此情况下，充电线圈可简单地如首饰环那样套在手指之一上，因此可靠地固定在假肢上。作为替换方案可提出，充电线圈固定在臂环形式的保持器上，该保持器例如可通过径向朝假肢的手关节运动而与假肢可逆地相连接。
如果充电线圈包括一个磁体，该磁体被构造用于与感应线圈的永磁性的构件、尤其是与感应线圈的芯共同作用，由此，充电线圈可以基于磁吸引力可逆地固定在假肢上，这样得到可特别容易地操作的假肢***。在此情况下，仅须使充电线圈到达感应线圈附近。然后，磁体吸引感应线圈的永磁性的芯并且感应线圈力锁合地与充电线圈相连接。在此，磁体不影响能量和数据的传递特性。
特别优选这样构造磁体，使得该磁体在机械负载下在磁体或者充电电缆损坏之前与假肢脱开。如果在假肢与充电线圈连接着期间该假肢例如掉落下来，则假肢或充电线圈由此不损坏。而在根据现有技术的插头-插座***中会担心损坏。
特别优选充电线圈对水密封地被封装。由此，假肢在受喷淋水威胁着工作期间也可充电。
可提出，磁体是一个与电流源相连接的电磁体，其中，电流源被构造用于当能量储存器充满时去激活磁体。在此情况下，磁体作为保持磁体起作用，当不需要保持磁体来使感应线圈和充电线圈在空间上紧密地保持在一起时，将该保持磁体关断。在非激活状态中，电磁体有利地不吸引永磁性的物体。由此，对于使用者而言可非常容易地确定：充电过程是结束了还是没有。能量储存器的充电状态优选通过LED指示器来显示。
为了可将感应线圈特别简单地例如推到假肢的手指上，感应线圈优选构造成柔性的。
优选这样构造电流源，使得当感应线圈不是处于紧附近时，在预给定的时间间隔中以秒的数量级产生一个与充电工作相比较强烈降低的交变磁场。如果该交变场被感应线圈检测到，则负载调制电路以预给定的方式改变转换回路的阻抗。这种变化的阻抗的反馈被电流源或一个与该电流源相连接的控制装置检测并且被接到充电交变场的产生上。这样构造参与的部件，使得仅当感应线圈和充电线圈彼此相对处于紧附近时，充电交变场才建立。由此，作为可靠性措施，充电交变场对例如佩戴心脏起搏器的人的损害得到避免。
附图说明
下面借助于附图对本发明的实施例进行详细描述。附图表示：
图1具有根据本发明的假肢的根据本发明的假肢***，
图2作为替换方案的假肢***，在该假肢***中，充电线圈固定在手指上，
图3用于根据本发明的假肢的充电线圈和感应线圈，
图4根据本发明的假肢的手指，该假肢具有一个感应线圈，该感应线圈具有一个芯，以及
图5根据本发明的假肢的手指，该假肢具有一个无芯的感应线圈。
具体实施方式
图1示出了一个呈前臂假肢形式的假肢10，该假肢包括一个呈蓄电池12形式的能量储存器和一个电动机14，该电动机借助于电缆16与蓄电池12相连接。电动机14可通过牵引索18操作手指关节20。作为替换方案，电动机14借助于铰链与手指关节相连接。
蓄电池12通过电导线22与充电电路24相连接，该充电电路本身通过电线26与感应线圈28处于电接触。感应线圈28具有永磁性的芯30，该永磁性的芯设置在绕组32当中。
如果感应线圈28到达交变磁场中，则在绕组32中感应出电压，该电压通过充电电路24整流并且达到一个预给定的电压。经这样整流的电流接在蓄电池12上，由此对蓄电池12充电。芯30用于提高感应线圈28的电耦合度。
充电电路24包括一个负载调制电路25，该负载调制电路与线26.1、26.2和感应线圈28形成一个转换回路。负载调制电路被构造用于调制该转换回路的阻抗。以此方式，数据可从微控制器36的数字式数据储存器34向外传输，该微控制器和该数字式数据储存器是负载调制电路25的一部分。例如通过负载调制电路25可将蓄电池12的充电状态编码并且向外传输。
假肢10的上述电部件由用PVC或硅树脂制成的封闭的对水密封的外套38包围，该外套保护电部件免受喷淋水。对于水密封性特别重要的假肢可以提出，外套38完全封闭，由此，即使假肢10浸入到水中时也没有电部件变湿。
假肢与充电器40共同作用，该充电器包括一个充电线圈42，该充电线圈通过充电电缆44与电流源46电连接。
充电线圈42在工作中被交变电流流过，该交变电流在充电线圈42中产生交变磁场。如果使充电线圈42足够靠近感应线圈28，则在感应线圈28中如上所述的那样感应出交变电流。充电线圈42为此用满足感应线圈28谐振频率的交变电流工作。将充电线圈42和感应线圈28调整到谐振。如果两个线圈之间的耦合变化，则在预确定的工作范围之内这样进行调整，使得能量传输和数据传输始终可选择。
为了在感应线圈28附近固定充电线圈42，在充电线圈42的绕组48中间设置一个磁体50。如果充电线圈42进入感应线圈28附近，则磁体50吸引芯30并且由此使感应线圈28和充电线圈42彼此固定。磁体50的强度在此这样选择，使得磁体50与芯30之间的连接比充电电缆44与充电线圈42之间的机械连接弱，由此，磁体与芯之间的所述连接当在充电电缆44上发生拉动时在可能产生损坏之前脱开。
图2示出了一个作为替换方案的假肢***，该假肢***与图1中所示假肢***的区别如下：感应线圈28设置在呈拇指形式的手指52中。充电线圈42这样构造，使得该充电线圈可被推到手指52上并且环状地围绕该手指。以此方式保证电能被特别简单地并且操作可靠地传输给蓄电池12。
图3示出了充电线圈42、感应线圈28和用于充电线圈28的芯30。
图4示出了一个手指52的示意性视图，该手指不是拇指，在该手指中，具有芯30的感应线圈28设置在前面两个指节的区域中。充电线圈72形状锁合地与手指52相连接，其方式是该充电线圈套在了手指52上。编码线圈42的轴向固定可这样来实现：在编码线圈42的两个端部上分别安置有一个磁体54、56，由此，在此情况下建立的磁场将对准芯30。充电线圈42具有宽度B，该宽度相应于手指52的第一手指关节与第二手指关节之间的距离。感应线圈28的宽度比充电线圈42的宽度B大一个小数值，例如大10至20％。
图5示出了一个无芯的柔性的感应线圈28，该感应线圈的宽度比充电线圈42的宽度B大20％以上。通过较大的宽度，缺失的芯30可至少部分地得到补偿。
参考标号清单
10    假肢
12    蓄电池
14    电动机
16    电缆
18    牵引索
20    手指关节
22    导线
24        充电电路
25        负载调制电路
26.1、26.2线
28        感应线圈
30        芯
32        绕组
34        数字式数据储存器
36        微控制器
38        外套
40        充电器
42        充电线圈
44        充电电缆
46        电流源
48        绕组
50        磁体
52        手指
54        磁体
56        磁体
B         宽度

Claims (13)

1.假肢，具有电能量储存器(12)，其特征在于：
(a)设置有一个感应线圈(28)，以及
(b)设置有一个与该感应线圈(28)和该能量储存器(12)电连接的充电电路(24)，该充电电路用于基于在该感应线圈(28)中感应出的电流对该能量储存器(12)充电。
2.根据权利要求1的假肢，其特征在于：设置有一个与该感应线圈(28)电连接的负载调制电路(25)，该负载调制电路与该感应线圈(28)是公共的转换回路的一部分并且该负载调制电路被构造用于将阻抗调制加入到该转换回路中。
3.根据上述权利要求之一的假肢，其特征在于：该假肢具有一个封闭的对水密封的外套(38)。
4.根据上述权利要求之一的假肢，其特征在于：该感应线圈是柔性的。
5.假肢***，具有根据上述权利要求之一的假肢(10)，其特征在于：设置有一个可与该假肢(10)分开的充电线圈(44)，该充电线圈用于与该感应线圈(28)共同作用。
6.根据权利要求5的假肢***，其特征在于：该充电线圈(42)通过至少一个充电电缆(44)与电流源(46)处于连接，以便给该充电线圈(42)供应充电电流，该电流源(46)被构造用于将用于该假肢(10)的控制信号加到该充电电流上。
7.根据权利要求5或6的假肢***，其特征在于：该充电线圈(42)被构造用于形状锁合地与该假肢(10)相连接。
8.根据权利要求5至7之一的假肢***，其特征在于：该假肢(10)是一个手假肢，该手假肢包括至少一个手指(52)，该充电线圈(42)被构造用于环状地围绕所述手指(52)。
9.根据权利要求5至8之一的假肢***，其特征在于：该充电线圈(42)包括一个磁体(50)，该磁体用于与该感应线圈(28)的永磁性的结构元件(30)、尤其是与该感应线圈(28)的芯(30)共同作用，由此，该充电线圈(42)可以基于磁吸引力可逆地固定在该假肢(10)上。
10.根据权利要求9的假肢***，其特征在于：该磁体(50)这样构造，使得该磁体(50)在机械负载下在该磁体(50)或者所述至少一个充电电缆(44)损坏之前与该假肢(10)脱开。
11.根据权利要求5至10之一的假肢***，其特征在于：该充电线圈(42)对水密封地被封装。
12.根据权利要求9至11之一的假肢***，其特征在于：
-该磁体(50)是与该电流源(46)相连接的电磁体，以及
-该电流源被构造用于当该能量储存器(12)充满时去激活该磁体(50)。
13.根据权利要求5至12之一的假肢***，其特征在于：该感应线圈是柔性的。
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