JP2003348774A - 人工臓器用非侵襲式充電システム、並びにこのシステムに用いる蓄電装置、および給電装置 - Google Patents
人工臓器用非侵襲式充電システム、並びにこのシステムに用いる蓄電装置、および給電装置Info
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Abstract
内に埋設したまま非侵襲で確実に充電する。 【解決手段】 本発明の充電システムの場合、体内にあ
る蓄電装置1の電気二重層コンデンサ6の充電に必要な
交流を体外の給電装置2から受電・送電コイル4,9を
介して伝送することができるので、人工臓器装着者の身
体を切開することなく蓄電装置1を体内に埋設したまま
電気二重層コンデンサ6の充電が非侵襲でおこなえる。
また、充電実行中に蓄電装置1における電気二重層コン
デンサ6の充電状態を知ることができるので、充電不足
を回避して確実に電気二重層コンデンサ6を充電するこ
とができる。
Description
内に埋設されて人工臓器駆動電源として機能する蓄電装
置と、この蓄電装置に電力を送る給電装置とからなる人
工臓器用の充電システムに係り、特に蓄電装置を体内に
埋設したままで体外から非侵襲で確実に充電できるよう
にするための技術に関する。
スメーカ(以下、適宜「ペースメーカ」と略記)があ
る。ペースメーカは駆動電源用の電池と共に体内に埋設
される。体内に埋設されたペースメーカは、電池から駆
動用電力の供給を受けながら、心臓に直に電気パルスを
与えて刺激することで心臓を規則正しく拍動させる。心
臓ペースメーカの駆動電源用の電池には、ニッケル・カ
ドミウムセルやリチウムセルなどが用いられていて、ペ
ースメーカは電池の寿命がくるまで電気パルスを心臓に
与え続ける。
来例の場合、電池を体内に埋設したままで体外から電池
を充電することができないという問題がある。すなわ
ち、電池を体内に埋設したまま充電することができない
ので、電池の寿命がくると人工心臓ペースメーカの装着
者の体を切開して体内の電池を取り出して代わりに新品
の電池を埋設する手術をおこなう必要がある。けれど
も、特に心臓に障害のある者にとっては、体を切開する
電池交換手術は負担が大きい。
たものであって、人工臓器と共に体内に埋設されて人工
臓器駆動電源として機能する蓄電装置を体内に埋設した
ままで体外から(身体を切開することなく)非侵襲で確
実に充電することができる人工臓器用非侵襲式充電シス
テム、並びに、このシステムに用いる蓄電装置、およ
び、給電装置を提供することを目的とする。
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項1に記載の人工臓器用非侵襲式充電システム
は、(A)電力伝送用の一対のコイル手段の中の2次側
コイルの働きをする受電コイル手段と、この受電コイル
手段が受電した交流を整流して出力する整流手段と、こ
の整流手段からの出力を人工臓器駆動用電力として蓄電
する蓄電手段と、この蓄電手段の充電状態を検出する充
電状態検出手段と、この充電状態検出手段で検出された
充電状態を体外へ送信する充電状態送信手段とを備え、
人工臓器と共に体内に全体が埋設される蓄電装置と、
(B)前記一対のコイル手段の中の1次側コイルの働き
をする送電コイル手段と、この送電コイル手段に交流を
出力する交流出力手段と、前記充電状態送信手段から体
外に送信された充電状態を受信する充電状態受信手段
と、この充電状態受信手段で受信された充電状態を報知
する充電状態報知手段とを備え、蓄電装置とは別体で全
体が体外に配置される給電装置とを備えたことを特徴と
するものである。
れば、人工臓器用非侵襲式充電システム(以下、適宜
「充電システム」と略記)による充電の際、蓄電装置と
は別体で全体が体外に配置された給電装置を用いて人工
臓器と共に体内に全体が埋設された蓄電装置に対して次
のように充電がおこなわれる。
側コイルとして働く給電装置側の送電コイル手段と、前
記一対のコイル手段の中の2次側コイルとして働く蓄電
装置側の受電コイル手段とが、電磁結合、電磁誘導、あ
るいは電磁波により電力伝送可能となるように両コイル
手段をセットして充電システムを稼働させる。そうする
と、給電装置の交流出力手段から出力される充電に必要
な交流が体外の送電コイル手段から蓄電装置の側へ送り
出される一方、送電コイル手段から送り出される交流は
体内の受電コイル手段で受電された後、整流手段で整流
されてから蓄電手段へ送り込まれる。蓄電手段では整流
手段からの出力を人工臓器駆動用電力として蓄電してゆ
く。
充電状態検出手段により検出されて充電状態送信手段で
体外へ送信される。体外へ送信された充電状態は、給電
装置の充電状態受信手段により受信されて充電状態報知
手段で報知される。充電状態の報知により蓄電装置の蓄
電手段の充電状態を体外でチェックし、充電状態が所定
の状態に達すれば充電は完了となる。
ば、1次側コイルとして働く体外の送電コイル手段から
2次側コイルとして働く体内の受電コイル手段へ、充電
に必要な交流が電磁結合、電磁誘導、あるいは電磁波の
形態で伝送される。その結果、身体を切開することな
く、蓄電装置を体内に埋設したまま非侵襲で蓄電手段を
充電できる。また、蓄電装置における蓄電手段の充電状
態は、体内の蓄電装置側で検出されて体外へ送信される
と共に体外の給電装置側で受信されて報知されるので、
充電中に蓄電手段の充電状態をチェックできる。その結
果、充電不足を回避して蓄電手段を確実に充電できる。
の人工臓器用非侵襲式充電システムにおいて、蓄電装置
と給電装置の少なくとも一方に受電コイル手段と送電コ
イル手段の間に生じた位置ずれの大きさ(コイルずれ
量)を検出するコイルずれ量検出手段が配備されている
と共に、給電装置にコイルずれ量検出手段で検出された
コイルずれ量を報知するコイルずれ量報知手段が配備さ
れているものである。
れば、コイルずれ量検出手段により受電コイル手段と送
電コイル手段の間のコイルずれ量が検出されてコイルず
れ量報知手段により体外側で報知されるので、受電コイ
ル手段と送電コイル手段との間の位置ずれの程度を知る
ことができる。その位置ずれの程度に応じて両コイル手
段をセットし直すことにより、両コイルを適正な位置に
セットできるので、蓄電装置への充電を効率よく行うこ
とができる。
の人工臓器用非侵襲式充電システムにおいて、コイルず
れ量検出手段が蓄電装置に配備されていて、検出された
コイルずれ量が充電状態とともに前記充電状態送信手段
により体外へ送信されるように構成されているものであ
る。
れば、コイルずれ量検出手段を蓄電装置の側に配置する
と共に、検出したコイルずれ量を充電状態とともに充電
状態送信手段を利用して体外へ伝達するので、装置構成
が複雑化することを避けることができる。
のいずれかに記載の人工臓器用非侵襲式充電システムに
おいて、蓄電装置と給電装置の少なくとも一方に受電コ
イル手段と送電コイル手段の間に生じた位置ずれの方向
(コイルずれ方向)を検出するコイルずれ方向検出手段
が配備されていると共に、給電装置にコイルずれ方向検
出手段で検出されたコイルずれ方向を報知するコイルず
れ方向報知手段が配備されているものである。
れば、コイルずれ方向検出手段により受電コイル手段と
送電コイル手段の間のコイルずれ方向が検出されてコイ
ルずれ方向報知手段により体外側で報知されるので、受
電コイル手段と送電コイル手段との間のずれの方向が分
かるので、受電コイル手段と送電コイル手段の間のずれ
を容易に修正できる。
の人工臓器用非侵襲式充電システムにおいて、コイルず
れ方向検出手段が蓄電装置に配備されていて、検出され
たコイルずれ方向が充電状態とともに前記充電状態送信
手段により体外へ送信されるように構成されているもの
である。
れば、コイルずれ方向検出手段を蓄電装置の側に配置す
ると共に、検出したコイルずれ方向を充電状態とともに
充電状態送信手段を利用して体外へ送信するので、装置
構成が複雑化することを避けることができる。
のいずれかに記載の人工臓器用非侵襲式充電システムに
おいて、蓄電装置の充電状態送信手段が前記電力伝送用
の一対のコイル手段として機能する受電コイル手段およ
び送電コイル手段を介して、充電状態の検出結果を体外
へ送信するように構成されているものである。
れば、蓄電装置の充電状態送信手段による体外への送信
は、電力伝送用の受電コイル手段および送電コイル手段
を利用して行われるので、装置構成が複雑化することを
避けることができる。
のいずれかに記載の人工臓器用非侵襲式充電システムに
おいて、蓄電装置の蓄電手段が電気二重層コンデンサで
あるというものである。
れば、電気二重層コンデンサが、小型でも大容量である
ので、コンパクトで十分な蓄電機能を有するうえ、繰り
返し充電による劣化等も少なくて寿命が長く、しかも発
熱量も少ないことから、電気二重層コンデンサからなる
蓄電手段は、他の充電式電池等に比べて優れたものとな
る。
侵襲式充電システムに用いる蓄電装置であって、請求項
1から7のいずれかに記載されている蓄電装置であるこ
とを特徴とするものである。
電装置は、人工臓器駆動電源として機能する蓄電装置を
体内に埋設したままで体外から非侵襲で確実に充電でき
る充電システムの蓄電装置として用いることができる。
侵襲式充電システムに用いる給電装置であって、請求項
1から7のいずれかに記載されている給電装置であるこ
とを特徴とするものである。
電装置は、人工臓器駆動電源として機能する蓄電装置を
体内に埋設したままで体外から非侵襲で確実に充電でき
る充電システムの給電装置として用いることができる
侵襲式充電システム、並びにこのシステムに用いる蓄電
装置、および給電装置の各一実施例を説明する。図1は
実施例に係る充電システムの全体構成を示すブロック
図、図2は実施例の充電システムによる充電実行時の状
況を示す概略図である。
に示すように、人工臓器としての例えば心臓ペースメー
カ3と共にシリコン樹脂等でモールドされるなどした状
態でペースメーカ3の装着者Mの体内に全体が埋設され
る蓄電装置1と、この蓄電装置1とは別体で全体がペー
スメーカ3の装着者Mの体外に配置される給電装置2と
からなる。装着者Mの体内ではペースメーカ3が蓄電装
置1から駆動用電力の供給を受けながら心臓に直に電気
パルスを与えて刺激することで装着者Mの心臓を規則正
しく拍動させ続ける。
の中の2次側コイルの働きをする受電コイル(受電コイ
ル手段)4と、この受電コイル4が受電した交流を整流
して出力する全波整流ブリッジ(整流手段)5と、全波
整流ブリッジ5からの出力による充電でペースメーカ駆
動用電力が蓄積される電気二重層コンデンサ(蓄電手
段)6を備えている他、全波整流ブリッジ5と電気二重
層コンデンサ(EDLC)6との間にリップル除去用コ
ンデンサ7および逆流防止用ダイオード8を備えてい
る。
の中の1次側コイルの働きをする送電コイル(送電コイ
ル手段)9と、この送電コイル9に100kHz〜2G
Hz程度の周波数の交流を出力する交流発振器(交流出
力手段)10を備え、送電コイル9は自由に動かせるよ
うにケーブル9Aで本体ケース2Aへ接続されている。
なお、受電コイル4および送電コイル9は、通常、20
〜50mm程度の直径を有し、送電コイル9の方がやや
大きめになっている。
る際は、受電・送電コイル4,9が電磁結合、電磁誘
導、あるいは電磁波により電力伝送可能となるように、
体外の給電装置2の送電コイル9を体内の蓄電装置1の
受電コイル4に対向する位置にセットしてから、充電シ
ステムを稼働させる。そうすると、給電装置2の交流発
振器10から出力される充電に必要な交流が体外の送電
コイル9から体内の蓄電装置1の側へ伝送される。送電
コイル9から伝送された交流は体内の受電コイル4で受
電された後、全波整流ブリッジ5で整流されてから電気
二重層コンデンサ6へ送り込まれる。電気二重層コンデ
ンサ6では全波整流ブリッジ5からの出力でペースメー
カ駆動用電力が蓄積されてゆく。電気二重層コンデンサ
(蓄電手段)6は小型でも大容量であるので、コンパク
トで十分な蓄電機能を有するうえ、繰り返し充電による
劣化等も少なくて寿命が長く、しかも発熱量も少ないこ
とから、他の充電式電池等よりも適している。
6の充電状態を示す充電電圧を検出する電圧モニタ回路
(充電状態検出手段)11を備えている。この電圧モニ
タ回路11は、検出した電気二重層コンデンサ6の充電
電圧を2次側制御回路12へ出力するのに加え、電気二
重層コンデンサ6の充電電圧がペースメーカ3の作動電
圧である2.3Vに達すると充電を自動的に停止するよ
うに構成されている。本実施例では、電気二重層コンデ
ンサ6の耐圧が2.5Vであるので、電気二重層コンデ
ンサ6の充電電圧が耐圧未満の電圧の2.3Vを上限と
している。
べるように、共振回路13と協働して電圧モニタ回路1
1が検出した充電電圧に対応する充電状態を体外に伝達
する充電状態送信手段を構成している。共振回路13
は、受電コイル4と、これに並列に接続されたコンデン
サ13Aとディジタル可変抵抗器13Bとからなる。本
来、受電・送電コイル4,9による電力伝送作用は共振
状態の下で行われる構成となっている。またディジタル
可変抵抗器13Bは、2次側制御回路12から出力され
るディジタル信号によって抵抗値が離散的(段階的)に
変化させられる抵抗器である。共振回路13による共振
状態は、ディジタル可変抵抗器13Bの変化に伴ってフ
ル共振状態から事実上の完全無共振状態まで段階的に変
化する。この共振回路13による2次側での共振状態の
変化は、受電コイル4から送電コイル9を経て1次側に
伝わり、送電コイル9の両端の電圧が共振状態の程度に
応じて変動するので、これを利用して電気二重層コンデ
ンサ6の充電状態を体外へ伝達している。
ロセスの場合、図3に示すように、一定の充電実行期間
が経過する毎に検出結果伝達期間が設定されている。検
出結果伝達期間の前半が充電状態伝達期間として設定さ
れている。そして、充電実行期間の間は、全期間を通し
てディジタル可変抵抗器13Bが共振回路13による共
振状態をフル共振状態とする抵抗値となるように2次側
制御回路12からにディジタル信号が可変抵抗器13B
に送られる。充電実行期間の間は、全期間を通して共振
回路13による共振状態がフル共振状態となって充電電
力が効率よく伝送される。
層コンデンサ6の充電電圧範囲(0V〜2.3V)が、
図4に示すように、1〜8個のパルスの数と対応付けら
れた8段階で区分け設定されていると共に、1回の充電
状態伝達期間中に電圧モニタ回路11で検出された電気
二重層コンデンサ6の充電電圧に該当する個数のパルス
を給電装置2の側へ送出することで充電状態を体内から
体外へ伝達する構成とされている。具体的には、1回の
充電状態伝達期間中、ディジタル可変抵抗器13Bが共
振回路13による共振状態を所定の短期間だけ完全無共
振状態とする抵抗値となるように2次側制御回路12か
らディジタル信号が可変抵抗器13Bに送られる回路動
作が、充電電圧に該当する個数のパルスが出力されるよ
うに繰り返し行われる。
ちで体外へ伝達された電気二重層コンデンサ6の充電状
態は、次に述べるように、給電装置2の送電コイル9の
両端の電圧変化に基づいて検知される。即ち、送電コイ
ル9の両端の電圧を整流ダイオード14Aと抵抗値14
Bおよびコンデンサ14Cからなる電圧平滑回路14で
検出して1次側制御回路15に出力すると共に、1次側
制御回路15で電圧平滑回路14の出力変化を検出する
ことによって、1回の充電状態伝達期間中における蓄電
装置1の充電状態(パルスの個数)を知るようになって
いる。なお、本実施例では蓄電装置から送られたパルス
列を平滑化して、その電圧値からパルスの個数を検知し
ているが、パルスの個数を直接に計数してもよい。
充電状態伝達期間中、共振回路13による共振状態が一
定期間だけ完全無共振状態に移行することが4回繰り返
されると、1次側制御回路15では、図5(b)に示す
ように、4個のパルスがカウントされる。そして、1次
側制御回路15で1回の充電状態伝達期間中に8個のパ
ルスがカウントされると、電気二重層コンデンサ6の充
電電圧が2.3Vに達しフル充電状態に達したことが検
知される。よって、実施例の場合、送電コイル9と電圧
平滑回路14と1次側制御回路15とが、体内から体外
に伝達される電気二重層コンデンサ6の充電状態を受信
する充電状態受信手段を構成する。
デンサ6の充電状態をリアルタイムで表示する充電状態
表示パネル(充電状態報知手段)16が1次側制御回路
15の後段に設けられていて、1次側制御回路15でカ
ウントされたパルスの個数に対応する個数の発光ダイオ
ード16aが点灯させられることにより、電気二重層コ
ンデンサ6の充電状態が報知される。
に述べるように、セットされた受電・送電コイル4,9
の間の位置ずれ量(コイルずれ量)を蓄電装置1の側で
検出すると共に、電気二重層コンデンサ6の充電状態の
体外への伝達の場合に準じて、検出したコイルずれ量を
共振回路13による共振状態を変化させることにより、
電力伝送用の受電・送電コイル4,9を介して体外へ伝
達する構成とされている。受電・送電コイル4,9のコ
イルずれ量に比例して充電電力の伝送効率が低下し、充
電時間が長くなるので、受電コイル4と送電コイル9の
間の位置ずれを検出して体外でチェックできるようにす
るのである。受電・送電コイル4,9間のコイルずれ量
と受電・送電コイル4,9間の電力伝送効率とは逆比例
の関係にあり、コイルずれ量が大きいほど受電コイル4
の両端に生じる交流の電圧は低くなる。つまり、受電コ
イル4の両端の電圧はコイルずれ量と逆比例の対応関係
にある。
受電コイル4の両端の電圧を、整流ダイオード17Aと
抵抗値17Bおよびコンデンサ17Cからなる電圧平滑
回路17で平滑化し、その電圧値を2次側制御回路12
で検出する。したがって、電圧平滑回路17および2次
側制御回路12は、本発明におけるコイルずれ量検出手
段に相当する。
すように、電圧平滑回路17の出力電圧範囲が予め例え
ば5段階に区分されると共に、各出力電圧区分には電圧
の小さい側から順に、完全無共振状態の側から順次段階
段的に共振レベルが上昇するように設定された5段階の
共振レベル1〜5がそれぞれ割り振られている。共振レ
ベル1〜5の設定は、共振レベル5と完全無共振状態の
間の変化で生じる送電コイル9の両端の電圧変化が、フ
ル共振状態と完全無共振状態の間の変化で生じる送電コ
イル9の両端の電圧変化の約半分となるように設定され
る。これは、送電コイル9の両端の電圧変化が、充電状
態の伝達によるものか、コイルずれ量の伝達によるもの
かを容易に識別できるようにする為である。さらに、図
6に示すように、2次側制御回路12では、5段階の各
共振状態1〜5の時のディジタル可変抵抗器13Bの抵
抗値に対応するディジタル信号が共振状態1〜5と対応
付けられたかたちで設定されている。
スの場合、図3に示すように、検出結果伝達期間の後半
がコイルずれ量伝達期間として設定されているので、コ
イルずれ量伝達期間中、2次側制御回路12では、電圧
平滑回路17で検出された電圧が該当するコイルずれ量
相当の電圧区分が認定されると共に、共振回路13によ
る共振状態が、認定された電圧区分に対応する共振状態
となるように2次側制御回路12からディジタル可変抵
抗器13Bにディジタル信号が送られる。例えば、電圧
平滑回路17で検出された電圧が電圧区分(V3〜V
4)と認定された場合は、共振回路13による共振は共
振状態3とされる。
状態の変化が起こるのに伴って、1次側である給電装置
2では、やはり送電コイル9の両端の電圧が変化する現
象が起こる。そこで給電装置2は、この現象を利用して
体外に伝達された受電・送電コイル4,9の間のコイル
ずれ量を検知する。コイルずれ量が大きいほど共振回路
13の共振状態がフル共振状態から遠ざかるので送電コ
イル9の両端の電圧はコイルずれ量に比例して低下す
る。
電圧平滑回路14で平滑化して、その電圧値を1次側制
御回路15でチェックしてコイルずれ量を検知する。1
次側制御回路15の場合、図7に示すように電圧平滑回
路14の出力電圧範囲を電圧平滑回路17の出力電圧範
囲の区分(つまりコイルずれ量Q)と対応付けて5段階
で区分けし、電圧平滑回路14から出力される電圧の値
を1次側制御回路15でチェックして該当する区分を認
定し、コイルずれ量を検知する。
電圧平滑回路14の出力電圧の変化がフル共振状態と完
全無共振状態の間の変化で生じる電圧変化と同一か、そ
の半分かをチェックし、同一なら充電状態の伝達と認識
して処理し、半分ならコイルずれ量の伝達と認識して処
理し混同を避ける構成とされている。
ル4,9の間のコイルずれ量を表示するコイルずれ量表
示パネル(コイルずれ量報知手段)18が1次側制御回
路15の後段に設けられていて、1次側制御回路15で
検知されたコイルずれ量の程度に見合った個数の発光ダ
イオード18aを点灯させることにより、コイルずれ量
が報知される。
テムにより電気二重層コンデンサ6の充電を実行する時
の状況を図面を参照しながら説明する。図8は実施例の
充電システムによる充電経過を示すフローチャートであ
る。
コイル4に対向する位置に体外の給電装置2の送電コイ
ル9をセットする。
10が発振を開始して充電電力の伝送が始まるのに伴っ
て、電気二重層コンデンサ6が充電されてゆく。
すると、電圧モニタ回路11と2次側制御回路12およ
び共振回路13が協働して、電気二重層コンデンサ6の
充電電圧を検出し、その充電電圧に対応する個数のパル
スを受電・送電コイル4,9を介して体内から体外へ伝
達する。
圧平滑回路14と1次側制御回路15が協働して、パル
スの数に変換されたかたちで体外に伝達されてきた電気
二重層コンデンサ6の充電状態を検知する。
示パネル16が、検知された電気二重層コンデンサ6の
充電状態に見合った個数の発光ダイオード16aを点灯
する。
到来すると、電圧平滑回路17と2次側制御回路12お
よび共振回路13が協働して、受電・送電コイル4,9
の間のコイルずれ量を検出し受電・送電コイル4,9を
介して体内から体外へ伝達する。
圧平滑回路14と1次側制御回路15が体外に伝達され
てきた受電・送電コイル4,9の間のコイルずれ量を検
知する。
量表示パネル18が発光ダイオード18aを受電・送電
コイル4,9の間のコイルずれ量に見合った数だけ点灯
する。
がフル充電状態に達する迄は、充電動作が継続されると
共に、検出結果伝達期間が到来する毎にステップS3〜
S8が繰り返されて充電状態およびコイルずれ量の検出
・報知プロセスが続けられる。充電動作中、オペレータ
(システム運転者)は、充電状態表示パネル16で電気
二重層コンデンサ6の充電状態を常にチェックする傍
ら、コイルずれ量表示パネル18で表示される受電・送
電コイル4,9の間のコイルずれ量が所定以上であれ
ば、受電・送電コイル4,9の位置ずれを修正し、充電
電力が効率よく伝送されるようにする。そして、電気二
重層コンデンサ6がフル充電状態に達すると、充電が完
了となり、充電シテテムによる充電動作が終了すること
になる。
る為に、受電・送電コイル4,9間に厚み10mmの肉
切れを挟んだ状態で充電実験を行った。なお、電気二重
層コンデンサ6の容量は1Fである。充電実験における
電気二重層コンデンサ6の充電電圧の経時変化を図9
(a)に示す。図9(a)に示すように、充電開始から
440秒で電気二重層コンデンサ6は2.3Vのフル充
電状態に達した。
肉切れを挟まず単なる空間とした他は、上記と同様にし
て充電実験を行った。この充電実験における電気二重層
コンデンサ6の充電電圧の経時変化を図9(b)に示
す。図9(b)に示すように、充電開始から228秒で
電気二重層コンデンサ6は2.3Vのフル充電状態に到
達した。上記の充電実験から、実施例の充電システムの
場合、受電・送電コイル4,9間に皮膚厚み相当の物体
が介在すると、充電時間は多少長くなるものの、実用に
供することができるだけの充電機能を十分に発揮される
ことを確認することができた。
ば、体内の蓄電装置1の充電に必要な交流を電磁結合、
電磁誘導、あるいは電磁波の形態で体外から伝送できる
ので、身体を切開することなく、蓄電装置1を体内に埋
設したまま体外から非侵襲で電気二重層コンデンサ6を
充電できる。また、充電実行中、蓄電装置1の電気二重
層コンデンサ6の充電状態をオペレータがチェックでき
るので、充電が確実に行える。加えて、実施例の充電シ
ステムの場合、受電・送電コイル4,9の間のコイルず
れ量をオペレータが知ることができるので、充電・送電
コイル4,9間のコイルのずれを修正することにより、
充電を効率よく行うことができる。
実施例に係る充電システムは、蓄電装置1の側で受電コ
イル4と送電コイル9の間に生じた位置ずれの方向(コ
イルずれ方向)を検出して体内から体外へ伝達すると共
に、給電装置2の側で体内から体外へ伝達されたコイル
ずれ方向を検知して報知する構成とした他は、先の実施
例と同様の構成であるので、共通する点の説明は省略
し、相違する点のみ説明する。
に示すように、受電コイル4の周りに円周方向に沿って
90°の等間隔で4個の方向検出コイル19A〜19D
が配設されていると共に、送電コイル9の充電電力の伝
送に伴って各方向検出コイル19A〜19Dに生じる電
圧を検出すると共に方向検出コイル19A〜19Dの検
出電圧を大小比較することで送電コイル9が偏って配置
されている方向に位置する方向検出コイルを特定してコ
イルずれ方向として2次側制御回路12に送出する電圧
検出・コイル特定回路20を備えている。送電コイル9
の配置の偏り方向に応じて方向検出コイル19A〜19
Dの検出電圧の間に大小の差が出るので、これに基づい
てコイルずれ方向が特定されるのである。よって、方向
検出コイル19A〜19Dと電圧検出・コイル特定回路
20がコイルずれ方向検出手段を構成する。
うに、各方向検出コイル19A〜19Dに例えば10〜
13のパルスの数が割り当てられていて、図12に示す
ように、検出結果伝達期間においてコイルずれ量伝達期
間の後に付加されたコイルずれ方向伝達期間中、電気二
重層コンデンサ6の充電状態の体外への伝達の場合と同
様にして、電圧検出・コイル特定回路20から送出され
てきたコイルをパルスの数に変換するかたちで体内から
体外へ伝達する。
14および1次側制御回路15が、体外へ伝達された電
気二重層コンデンサ6の充電状態を検知する場合と同様
にして、パルスの数をカウントしてコイルずれ方向を検
知し、コイルずれ方向表示パネル(図示省略)で報知す
る。
電コイル4,9の間のコイルずれ方向を知ることができ
るので、受電・送電コイル4,9間のコイルのずれを修
正するのが容易となる。
はなく、以下のように変形実施することも可能である。 (1)上記の両実施例では、蓄電装置1の蓄電手段が電
気二重層コンデンサ6であったが、電気二重層コンデン
サ6に代えて各種の充電式電池(例えばリチウム電池)
を蓄電手段として用いることができる。
の抵抗素子の抵抗値を変えて共振状態を変化させる構成
であったが、共振回路13の容量素子(コンデンサ)の
容量を変えて共振状態を変化させる構成としてもよい。
や受電・送電コイル4,9の間のコイルずれ量およびコ
イルずれ方向は、上記の両実施例のようにはパルスの数
あるいは電圧の大小で体外に伝達する他に、経時的に連
続する複数のパルスを利用しコード化することで体外に
伝達するようにしてもよい。
に据えつけられていて、寝たきりの病人の体内に埋設さ
れた蓄電装置1の電気二重層コンデンサ6を充電するこ
とができるように構成されている他は、上記の両実施例
と同様の構成の充電システムを、変形実施例として挙げ
ることができる。
ンデンサ6の充電状態や受電・送電コイル4,9の間の
コイルずれ量およびコイルずれ方向が受電・送電コイル
4,9を介して体外に伝達される構成であったが、電気
二重層コンデンサ6の充電状態や受電・送電コイル4,
9の間のコイルずれ量およびコイルずれ方向は、受電・
送電コイル4,9とは別に設けられた二つのコイルで体
外に伝達される構成の充電システムを、変形実施例とし
て挙げることができる。
コイル4,9間のコイルずれ方向を検出するために4つ
の方向検出コイル19A〜19Dを受電コイル4の周囲
に配設したが、これに代えて例えば受電コイル4を4つ
の分割したコイルで構成してもよい。すなわち、分割さ
れた4つの受電コイルを平面的に隣接して配置しておく
と、送電コイル9のセット位置がずれた場合、4つの受
電コイルの出力に偏りが生じる。したがって、これら4
つの受電コイルの出力の大小を比較することによって、
4つの受電コイルと、送電コイル9とのコイルずれ方向
を知ることができる。 (7)上記の両実施例では、人工臓器が心臓ペースメー
カであったが、本発明の対象となる人工臓器は、心臓ペ
ースメーカに限らず、例えば人工心臓、人工すい臓、人
工膀胱などが挙げられる。
の充電システムによれば、体内にある蓄電装置の蓄電手
段を充電するのに必要な交流を体外の給電装置から伝送
することができるので、人工臓器装着者の身体を切開す
ることなく人工臓器と共に体内に埋設された蓄電装置を
体内に埋設したまま体外から非侵襲で充電することがで
きる。また、充電実行中に蓄電装置における蓄電手段の
充電状態を知ることができるので、充電不足を回避して
蓄電手段を確実に充電することができる。
器駆動電源として機能する蓄電装置を体内に埋設したま
まで体外から充電電力を伝送して蓄電装置を非侵襲で確
実に充電できる充電システムの蓄電装置として用いるこ
とができる。
器駆動電源として機能する蓄電装置を体内に埋設したま
まで体外から充電電力を伝送して蓄電装置を非侵襲で確
実に充電できる充電システムの給電装置として用いるこ
とができる。
ロック図である。
を示す概略図である。
示すタイムチャートである。
テーブルチャートである。
るタイムチャートである。
間の関係を示すテーブルチャートである。
関係を示すテーブルチャートである。
ローチャートである。
時変化を示すグラフである。
れ方向検出用の構成を示すブロック図である。
示すテーブルチャートである。
て状況を示すタイムチャートである。
器) 4 … 受電コイル(受電コイル手段、充
電状態送信手段) 5 … 全波整流ブリッジ(整流手段) 6 … 電気二重層コンデンサ(蓄電手
段) 9 … 送電コイル(送電コイル手段、充
電状態受信手段) 10 … 交流発振器(交流出力手段) 11 … 電圧モニタ回路(充電状態検出手
段) 12 … 2次側制御回路(充電状態送信手
段) 13 … 共振回路(充電状態送信手段) 14 … 電圧平滑回路(充電状態受信手
段) 15 … 1次側制御回路(充電状態受信手
段) 16 … 充電状態表示パネル(充電状態報
知手段) 17 … 電圧平滑回路(コイルずれ量検知
手段) 18 … コイルずれ量表示パネル(コイル
ずれ量報知手段) 19A〜19D … 方向検出コイル(コイルずれ方向
検出手段) 20 … 電圧検出・コイル特定回路(コイ
ルずれ方向検出手段)
Claims (9)
- 【請求項1】(A)電力伝送用の一対のコイル手段の中
の2次側コイルの働きをする受電コイル手段と、この受
電コイル手段が受電した交流を整流して出力する整流手
段と、この整流手段からの出力を人工臓器駆動用電力と
して蓄電する蓄電手段と、この蓄電手段の充電状態を検
出する充電状態検出手段と、この充電状態検出手段で検
出された充電状態を体外へ送信する充電状態送信手段と
を備え、人工臓器と共に体内に全体が埋設される蓄電装
置と、 (B)前記一対のコイル手段の中の1次側コイルの働き
をする送電コイル手段と、この送電コイル手段に交流を
出力する交流出力手段と、前記充電状態送信手段から体
外に送信された充電状態を受信する充電状態受信手段
と、この充電状態受信手段で受信された充電状態を報知
する充電状態報知手段とを備え、蓄電装置とは別体で全
体が体外に配置される給電装置とを備えたことを特徴と
する人工臓器用非侵襲式充電システム。 - 【請求項2】 請求項1に記載の人工臓器用非侵襲式充
電システムにおいて、蓄電装置と給電装置の少なくとも
一方に受電コイル手段と送電コイル手段の間に生じた位
置ずれの大きさ(コイルずれ量)を検出するコイルずれ
量検出手段が配備されていると共に、給電装置にコイル
ずれ量検出手段で検出されたコイルずれ量を報知するコ
イルずれ量報知手段が配備されている人工臓器用非侵襲
式充電システム。 - 【請求項3】 請求項2に記載の人工臓器用非侵襲式充
電システムにおいて、コイルずれ量検出手段が蓄電装置
に配備されていて、検出されたコイルずれ量が充電状態
とともに前記充電状態送信手段により体外へ送信される
ように構成されている人工臓器用非侵襲式充電システ
ム。 - 【請求項4】 請求項1から3のいずれかに記載の人工
臓器用非侵襲式充電システムにおいて、蓄電装置と給電
装置の少なくとも一方に受電コイル手段と送電コイル手
段の間に生じた位置ずれの方向(コイルずれ方向)を検
出するコイルずれ方向検出手段が配備されていると共
に、給電装置にコイルずれ方向検出手段で検出されたコ
イルずれ方向を報知するコイルずれ方向報知手段が配備
されている人工臓器用非侵襲式充電システム。 - 【請求項5】 請求項4に記載の人工臓器用非侵襲式充
電システムにおいて、コイルずれ方向検出手段が蓄電装
置に配備されていて、検出されたコイルずれ方向が充電
状態とともに前記充電状態送信手段により体外へ送信さ
れるように構成されている人工臓器用非侵襲式充電シス
テム。 - 【請求項6】 請求項1から5のいずれかに記載の人工
臓器用非侵襲式充電システムにおいて、蓄電装置の充電
状態送信手段が前記電力伝送用の一対のコイル手段とし
て機能する受電コイル手段および送電コイル手段を介し
て、充電状態の検出結果を体外へ送信するように構成さ
れている人工臓器用非侵襲式充電システム。 - 【請求項7】 請求項1から6のいずれかに記載の人工
臓器用非侵襲式充電システムにおいて、蓄電装置の蓄電
手段が電気二重層コンデンサである人工臓器用非侵襲式
充電システム。 - 【請求項8】 人工臓器用非侵襲式充電システムに用い
る蓄電装置であって、請求項1から7のいずれかに記載
されている蓄電装置であることを特徴とする蓄電装置。 - 【請求項9】 人工臓器用非侵襲式充電システムに用い
る給電装置であって、請求項1から7のいずれかに記載
されている給電装置であることを特徴とする給電装置。
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