CN108109822A - 天线装置和用于无线充/供电的*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种天线装置和用于无线充/供电的***，该天线装置包括：空心线圈，其可连接到电源或电容；以及，由软磁材料制成的片状部件，其位于所述空心线圈的其中一个端面上，其中，所述片状部件具有从所述片状部件的内部延伸到所述片状部件的边缘的且切穿所述片状部件的切槽。利用该天线装置和***，不但可以增大充/供电电流以提高植入式医疗仪器的充/供电效率，而且还可以使得植入式医疗仪器和相应的充/供电***在充/供电过程中的发热量处在合理范围之内。
Description
技术领域
本发明涉及医疗仪器领域，尤其涉及天线装置、用于无线充/供电的***、医疗***和用于制造天线装置的方法。
背景技术
植入式医疗仪器是放置在患者体内向患者提供疾病治疗的设备。为了使得植入式医疗仪器能够持续工作，通常采用无线充/供电方案来向其提供电能。
按照目前的无线充/供电方案，植入式医疗仪器YL包括可充电式电源/电容DY和作为次级线圈的线圈SX，同时在患者体外设置用于向植入式医疗仪器YL无线充/供电的充/供电***CD，其包括作为初级线圈的线圈FX，其中，在线圈FX中***铁氧体磁芯作为导磁材料以增加电感量。当充/供电***CD的线圈FX连接到电源被提供交流电时，线圈FX将产生电磁信号，植入式医疗仪器YL的线圈SX通过感应线圈FX所产生的电磁信号生成电流，然后线圈SX所生成的电流被提供给植入式医疗仪器YL的可充电式电源/电容DY以对其充电/供电。这里，向可充电式电源提供电能被称作充电，而向电容提供电能被称作供电。
当植入式医疗仪器YL是诸如充电式脑起搏器、迷走神经刺激器和骶神经刺激器等这样的用电量小的设备时，即使利用较小的充/供电电流来对植入式医疗仪器YL充/供电，植入式医疗仪器YL也能很快被充/供满电。因此，目前通常生成较小的充/供电电流来对植入式医疗仪器YL进行充/供电，在这种情况下，植入式医疗仪器YL和充电***CD在充/供电过程中的发热量都能处在合理的范围之内。
随着诸如脊髓刺激器等这样的用电量大的植入式医疗仪器YL的广泛应用，生成更大的充/供电电流以提高植入式医疗仪器YL的充/供电效率成为迫切的需求。然而，加大充/供电电流会使得植入式医疗仪器YL和充电***CD在充/供电过程中发热量增大，从而处在合理范围之外。
发明内容
本发明的方案提供天线装置、用于无线充/供电的***、医疗***和用于制造天线装置的方法，其不但可以减小体积，增大充/供电电流以提高植入式医疗仪器的充/供电效率，而且还可以使得植入式医疗仪器和相应的充/供电***在充/供电过程中的发热量处在合理范围之内。
按照本发明的实施例的一种天线装置，包括：空心线圈，其可连接到电源或电容；以及，由软磁材料制成的片状部件，其位于在所述空心线圈的其中一个端面上，其中，所述片状部件具有从所述片状部件的内部延伸到所述片状部件的边缘的且切穿所述片状部件的切槽。
按照本发明的实施例的一种用于无线充/供电的***，包括：前述天线装置；以及，控制器，用于对向所述天线装置提供交流电进行控制。
按照本发明的实施例的一种医疗***，包括：植入式医疗仪器，其包括可充电式电源/电容和天线设备，其中，所述天线设备当感应到电磁信号时产生电流以给所述可充电式电源/电容充/供电；放置在人体外的前述天线装置，其中，所述天线装置中的所述空心线圈当被提供交流电时产生所述电磁信号；以及，控制器，用于对向所述天线装置的所述空心线圈提供所述交流电进行控制。
按照本发明的实施例的一种用于制造天线装置的方法，包括：获取由软磁材料制成的片状部件，其中，所述片状部件具有从所述片状部件的内部延伸到所述片状部件的边缘的且切穿所述片状部件的切槽；以及，将所述片状部件设置在所述空心线圈的其中一个端面上，以得到天线装置。
从上面的描述可以看出，本发明的实施例的方案使用软磁材料作为导磁材料以增加电感量，由于与铁氧体芯相比，更小体积和重量的软磁材料就能增加相同数量或更大的电感量，因而，本发明的实施例的方案可以使用更小体积的软磁材料作为导磁材料，极大地减小了医疗仪器的重量，体积和结构设计灵活性增大。从而，植入式医疗仪器和相应的充/供电***在充/供电过程中由于软磁材料对磁力线的强力聚集，提高了无线充/供电的能量传输效率，而纳米晶磁片的分割，能够减少涡流在其上的损耗，进一步提高能量传输效率。因而，在确保植入式医疗仪器和相应的充/供电***在充/供电过程中的发热量处在合理范围之内的情况下，可以生成更大的充/供电电流对植入式医疗仪器进行充/供电。因此，与现有技术相比，本发明的实施例的方案不但可以增大充/供电电流以提高植入式医疗仪器的充/供电效率以及减少其重量和体积，而且还可以使得植入式医疗仪器和相应的充/供电***在充/供电过程中的发热量处在合理范围之内。
附图说明
本发明的其它目的、特点和益处通过以下结合附图的详细说明将变得更加显而易见。
图1示出了按照本发明的一个实施例的医疗***的示意图。
图2A‐2C示出了按照本发明的一个实施例的天线装置的示意图。
图3示出了按照本发明的一个实施例的天线装置的示意图。
图4示出了按照本发明的一个实施例的用于无线充/供电的***的示意图。
图5示出了按照本发明的一个实施例的医疗***的示意图。
图6示出了按照本发明的一个实施例的用于制造天线装置的方法的流程图。
具体实施方式
传统铁氧体材料制成薄片，加工难度大，且材料易脆，难以用于产业化。新型导磁材料如纳米晶材料，由于制备方法的成熟，已可产业应用。纳米晶软磁材料，是非晶合金经过适当的晶化退火后获得的一种具有超细尺寸晶粒(约10nm)的软磁材料，其突出优点在于兼备了铁基非晶合金的高饱和磁感应强度和钴基非晶合金的高磁导率，接近于零的饱和磁致伸缩系数，具有一定电导性，可制成柔性超薄带材。这类新材料给进一步降低涡流损耗、增加植入装置充电功率，减小装置体积带来了机遇。
同时，纳米晶材料对磁力线的强力聚集，可进一步提高能量传输效率。而纳米晶磁片的分割，能够减少涡流在其上的涡流损耗，进一步提高能量传输效率。
下面，将结合附图详细描述本发明的各个实施例。
图1示出了按照本发明的一个实施例的医疗***的示意图。如图1所示，医疗***100可以包括植入式医疗仪器110和用于无线充/供电的充/供电***150。
植入式医疗仪器110可以放置在患者的身体内，其可以是但不局限于充电式脑起搏器、迷走神经刺激器、骶神经刺激器或脊髓刺激器等。植入式医疗仪器110可以包括天线设备114和连接到天线设备114的可充电式电源/电容118。天线设备114可以是一个空心线圈，其用于当感应到电磁信号时生成电流以对可充电式电源/电容118充电或供电。可充电式电源/电容118用于向植入式医疗仪器110提供工作电能。在一个方面，当植入式医疗仪器110放置在患者的身体内时可以被封装在钛壳内。
充电***150可以放置在患者的身体外，用于当要对植入式医疗仪器110充/供电时产生电磁信号，植入式医疗仪器110的天线设备114将感应该电磁信号生成电流以对可充电式电源/电容118充电或供电。充/供电***150可以包括天线装置154和控制器158。天线装置154用于当连接到电源被提供交流电时产生电磁信号。控制器158用于对向天线装置154提供交流电进行控制，例如但不局限于，允许向天线装置154提供交流电，停止向天线装置154提供交流电，或者，当允许向天线装置154提供交流电时调节所提供的交流电的大小等。
图2A‐2C示出了按照本发明的一个实施例的天线装置的示意图。如图2A‐2C所示，天线装置154可以包括空心线圈162和由纳米晶制成的片状部件164。
空心线圈162可以连接到电源以被提供交流电，其中，该电源向空心线圈162提供交流电受控制器158控制。
空心线圈162是中空圆柱形的线圈。在空心线圈162的两个端面D1和D2的每一个上，空心线圈162具有圆环状的实体部分S1和圆形的空心部分S2。
片状部件164位于空心线圈162的端面D1上，作为导磁材料向空心线圈162提供电感量。其中，相对于空心线圈162的端面D2，空心线圈162的端面D1更远离植入式医疗仪器110的天线设备114。
片状部件164包括第一部分F1和第二部分F2。片状部件164的第一部分F1位于空心线圈162的端面D1的实体部分S1上。片状部件164的第一部分F1具有与空心线圈162的端面D1的实体部分S1相同的形状，但在径向方向上比空心线圈162的端面D1的实体部分S1小，例如小1‐5毫米等。片状部件164的第二部分F2位于空心线圈162的端面D1的空心部分S2上。
片状部件164具有从片状部件164的第二部分F2的内部延伸到第一部分F1的边缘的切槽QC，其切穿片状部件164。片状部件164的第一部分F1所具有的切槽QC(即，位于片状部件164的第一部分F1上的切槽QC)的宽度为0.5‐10毫米，以及，片状部件164的第二部分F2所具有的切槽QC(即，位于片状部件164的第二部分F2上的切槽QC)的表面积与第二部分F2的总表面积的比大于50％。
在片状部件164的第二部分F2中，被切槽QC切掉后留下来的实体部分是螺线状结构LX，该螺线状结构LX的螺线的宽度为0.5‐5毫米。
天线装置154可以按照以下方法来制造：首先，利用纳米晶制成片状部件164；然后，以切穿片状部件164的方式，切割得到从片状部件164的第一部分F1的内部延伸到片状部件164的第二部分F2的边缘的切槽QC；最后，将片状部件164设置在空心线圈162的其中一个端面D1上，以得到天线装置154。
从以上的描述可以看出，在本发明的实施例中，充/供电***150使用纳米晶，而不是铁氧体芯，作为导磁材料来增加电感量。由于在相同面积下，纳米晶与铁氧体芯相比能够提供更大的电感量(例如，针对同样的空心线圈，厚度约20μm、外径60mm和内径45mm的环形纳米晶薄片所增加的电感量就能达到直径45mm、厚度7mm和重50g的铁氧体磁芯所增加的电感量)，因此，与铁氧体芯相比，充/供电***150需要更小面积的纳米晶就能提供相同的电感量。因为作为软磁材料的纳米晶对磁力线的强力聚集，提高了无线供/充电的能量传输效率，因而，与利用铁氧体芯作为导磁材料相比，充/供电***150使用纳米晶作为导磁材料在确保植入式医疗仪器110和充/供电***150的发热量处于合理范围内的情况下，能够加大在植入式医疗仪器110中产生的充/供电电流以对植入式医疗仪器110充/供电，提高了植入式医疗仪器110的充/供电效率。而且，利用更小体积和重量的纳米晶作为导磁材料易于将植入式医疗仪器110和充/供电***150制造得更小和更轻，从而便于患者穿戴和使用。
此外，在由纳米晶制成的片状部件164中存在从片状部件164的内部延伸到片状部件164的边缘的且切穿片状部件164的切槽QC，可以在增加足够电感量的情况下，进一步减少式医疗仪器110和充/供电***150的发热量。而且，由纳米晶磁片制成的片状部件164的分割，能够减少无线充/供电过程中涡流在片状部件164上的损耗，进一步提高能量传输效率。而且，试验表明，当位于片状部件164的第一部分F1上的切槽QC的宽度为0.5‐10毫米，位于片状部件164的第二部分F2上的切槽QC的表面积与第二部分F2的总表面积的比大于50％，以及，片状部件164的第二部分F2的实体部分是螺线状结构且其螺线的宽度为0.5‐5毫米时，医疗仪器110和充/供电***150在充/供电过程中的发热量是相对较小的。
此外，片状部件164的第一部分F1在径向方向上比空心线圈162的端面D1的实体部分S1小1毫米，与片状部件164的第一部分F1的尺寸等于或大于空心线圈162的端面D1的实体部分S1的尺寸相比，可以在所增加的电感量减少很小的情况下，进一步减少式医疗仪器110和充/供电***150在充/供电过程中的发热量。
其它变型
本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，片状部件164的第一部分F1上的切槽QC的宽度为0.5‐10毫米，位于片状部件164的第二部分F2上的切槽QC的表面积与第二部分F2的总表面积的比大于50％，以及，片状部件164的第二部分F2的实体部分是螺线状结构且其螺线的宽度为0.5‐5毫米，以使得医疗仪器110和充/供电***150在充/供电过程中的发热量是相对较小的，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，在确保医疗仪器110和充/供电***150在充/供电过程中的发热量处于合理范围内的情况下，片状部件164的第一部分F1上的切槽QC的宽度可以不是0.5‐10毫米，位于片状部件164的第二部分F2上的切槽QC的表面积与第二部分F2的总表面积的比可以小于或等于50％，和/或，片状部件164的第二部分F2的实体部分的螺线的宽度不是0.5‐5毫米。
本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，片状部件164的第二部分F2的实体部分是螺线状结构，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，片状部件164的第二部分F2的实体部分也可以是除了螺线状结构之外的其它合适形状的结构。
本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，片状部件164的第一部分F1在径向方向上比空心线圈162的端面D1的实体部分S1小，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，在确保医疗仪器110和充/供电***150在充/供电过程中的发热量处于合理范围内的情况下，片状部件164的第一部分F1的尺寸也可以等于或大于空心线圈162的端面D1的实体部分S1的尺寸。
本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，片状部件164位于空心线圈162的更远离植入式医疗仪器110的端面D1上，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，片状部件164也可以位于空心线圈162的更接近植入式医疗仪器110的端面上。
本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，天线装置154所使用的导磁材料是纳米晶，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，天线装置154所使用的导磁材料也可以是除了纳米晶之外的软磁材料，例如非晶材料。
本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，片状部件164的第一部分F1和第二部分F2是由相同的软磁材料(例如纳米晶或非晶材料等)制成的，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，片状部件164的第一部分F1和第二部分F2也可以分别由不同的软磁材料制成。
本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，植入式医疗仪器110所包括的天线设备114是一个空心线圈，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，植入式医疗仪器110所包括的天线设备114也可以是天线装置154。
本领域技术人员应当理解，虽然在上面的实施例中，空心线圈162是中空圆柱形的线圈，然而，本发明并不局限于此。在本发明的其它一些实施例中，空心线圈162可以是中间空心的任何形状的线圈。
图3示出了按照本发明的一个实施例的天线装置的示意图。如图3所示，天线装置300可以包括可连接到电源或电容的空心线圈310和由软磁材料制成的位于空心线圈310的其中一个端面上的片状部件320，其中，片状部件320具有从片状部件320的内部延伸到片状部件320的边缘的且切穿片状部件320的切槽。
在第一方面，片状部件320可以包括第一部分和第二部分，其中，所述第一部分具有基本上与空心线圈310的所述其中一个端面的实体部分相同的形状并且位于所述实体部分上，以及，所述第二部分位于空心线圈310的所述其中一个端面的空心部分上，并且其中，所述第一部分具有的所述切槽的宽度为0.5‐10毫米，和/或，所述第二部分具有的所述切槽的表面积与所述第二部分的总表面积的比大于50％。
在第二方面，所述第二部分的实体部分可以是螺线状结构。
在第三方面，所述螺线状结构的螺线的宽度可以是0.5‐5毫米。
在第四方面，所述第一部分可以比所述空心线圈的所述其中一个端面的所述实体部分小。
在第五方面，所述第一部分和所述第二部分可以是由不同的软磁材料制成的。
在第六方面，所述第一部分和所述第二部分可以都是由非晶材料或者纳米晶制成的。
图4示出了按照本发明的一个实施例的用于无线充/供电的***的示意图。如图4所示，用于无线充/供电的***400可以包括图3所示的天线装置300和用于对向天线装置300提供交流电进行控制的控制器410。
图5示出了按照本发明的一个实施例的医疗***的示意图。如图5所示，医疗***500可以包括植入式医疗仪器510，其包括可充电式电源/电容和天线设备，其中，所述天线设备当感应到电磁信号时产生电流以给所述可充电式电源/电容充电或供电。
医疗***500还可以包括放置在人体外的图3所示的天线装置300，其中，天线装置300中的空心线圈310当被提供交流电时产生所述电磁信号。
医疗***500还可以包括控制器，用于对向天线装置300的空心线圈310提供所述交流电进行控制。
在第一方面，空心线圈310的所述其中一个端面相对于空心线圈310的另一个端面远离所述天线设备。
在第二方面，所述天线设备可以是线圈或者图3所示的天线装置300。
图6示出了按照本发明的一个实施例的用于制造天线装置的方法的流程图。
如图6所示，方法600可以包括，在方框610，获取由软磁材料制成的片状部件，其中，所述片状部件具有从所述片状部件的内部延伸到所述片状部件的边缘的且切穿所述片状部件的切槽。
方法600还可以包括，在方框620，将所述片状部件设置在所述空心线圈的其中一个端面上，以得到天线装置。
在第一方面，方框610可以包括：利用软磁材料制成所述片状部件；以及，以切穿所述片状部件的方式，切割从所述片状部件的内部延伸到所述片状部件的边缘的所述切槽。
在第二方面，所述片状部件包括第一部分和第二部分，其中，所述第一部分具有基本上与所述空心线圈的所述其中一个端面的实体部分相同的形状并且位于所述实体部分上，以及，所述第二部分位于所述空心线圈的所述其中一个端面的空心部分上，并且其中，所述第一部分具有的所述切槽的宽度为0.5‐10毫米，和/或，所述第二部分具有的所述切槽的表面积与所述第二部分的总表面积的比大于50％。
在第三方面，所述第二部分的实体部分是螺线状结构。
在第四方面，所述螺线状结构的螺线的宽度为0.5‐5毫米。
在第五方面，所述第一部分比所述空心线圈的所述其中一个端面的所述实体部分小。
本领域技术人员应当理解，上面所公开的各个实施例可以在没有发明实质的情况做出各种修改和变化，这些修改和变化都应落入本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围将由所附的权利要求书来定义。
Claims (13)
1.一种天线装置，包括：
空心线圈，其可连接到电源/电容；以及
由软磁材料制成的片状部件，其位于所述空心线圈的其中一个端面上，
其中，所述片状部件具有从所述片状部件的内部延伸到所述片状部件的边缘的且切穿所述片状部件的切槽。
2.如权利要求1所述的天线装置，其中
所述片状部件包括第一部分和第二部分，其中
所述第一部分具有基本上与所述空心线圈的所述其中一个端面的实体部分相同的形状并且位于所述实体部分上，以及
所述第二部分位于所述空心线圈的所述其中一个端面的空心部分上，
其中，所述第一部分具有的所述切槽的宽度为0.5‐10毫米，和/或，所述第二部分具有的所述切槽的表面积与所述第二部分的总表面积的比大于50％。
3.如权利要求2所述的天线装置，其中
所述第二部分的实体部分是螺线状结构。
4.如权利要求3所述的天线装置，其中
所述螺线状结构的螺线的宽度为0.5‐5毫米。
5.如权利要求2所述的天线装置，其中
所述第一部分比所述空心线圈的所述其中一个端面的所述实体部分小。
6.如权利要求2所述的天线装置，其中
所述第一部分和所述第二部分是由不同的软磁材料制成的。
7.如权利要求2所述的天线装置，其中
所述第一部分和所述第二部分都是由非晶材料或者纳米晶制成的。
8.一种用于无线充/供电的***，包括：
权利要求1‐7中的任意一个所述的天线装置；以及
控制器，用于对向所述天线装置提供交流电进行控制。
9.一种医疗***，包括：
植入式医疗仪器，其包括可充电式电源/电容和天线设备，其中，所述天线设备当感应到电磁信号时产生电流以给所述可充电式电源/电容充电或供电；
放置在人体外的权利要求1‐7中的任意一个所述的天线装置，其中，所述天线装置中的所述空心线圈当被提供交流电时产生所述电磁信号；以及
控制器，用于对向所述天线装置的所述空心线圈提供所述交流电进行控制。
10.如权利要求9所述的医疗***，其中
所述空心线圈的所述其中一个端面相对于所述空心线圈的另一个端面远离所述天线设备。
11.如权利要求9所述的医疗***，其中
所述天线设备是线圈或者权利要求1‐7中的任意一个所述的天线装置。
12.一种用于制造权利要求1‐7中的任意一个所述的天线装置的方法，包括：
获取由软磁材料制成的片状部件，其中，所述片状部件具有从所述片状部件的内部延伸到所述片状部件的边缘的且切穿所述片状部件的切槽；以及
将所述片状部件设置在空心线圈的其中一个端面上，以得到天线装置。
13.如权利要求12所述的方法，其中，获取由软磁材料制成的片状部件包括：
利用软磁材料制成所述片状部件；
以切穿所述片状部件的方式，切割从所述片状部件的内部延伸到所述片状部件的边缘的所述切槽。
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- 2017-03-29 CN CN201710196988.7A patent/CN108109822A/zh active Pending
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