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

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Abstract

(57)【要約】 【課題】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

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、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。
【０００２】
【従来の技術】従来、人工臓器のひとつとして心臓ペー
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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
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。
【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
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。
【０００６】（作用・効果）請求項１に記載の発明によ
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。
【０００７】電力伝送用の一対のコイル手段の中の１次
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。
【０００８】他方、蓄電装置の蓄電手段の充電状態は、
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。
【０００９】このように、請求項１に記載の発明によれ
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。
【００１０】また、請求項２の発明は、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
れているものである。
【００１１】（作用・効果）請求項２に記載の発明によ
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。
【００１２】また、請求項３の発明は、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ものであ
る。
【００１３】（作用・効果）請求項３に記載の発明によ
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。
【００１４】また、請求項４の発明は、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ものである。
【００１５】（作用・効果）請求項４に記載の発明によ
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。
【００１６】また、請求項５の発明は、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もの
である。
【００１７】（作用・効果）請求項５に記載の発明によ
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。
【００１８】また、請求項６の発明は、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ものである。
【００１９】（作用・効果）請求項６に記載の発明によ
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。
【００２０】また、請求項７の発明は、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
あるというものである。
【００２１】（作用・効果）請求項７に記載の発明によ
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。
【００２２】さらに、請求項８の発明は、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
とを特徴とするものである。
【００２３】（作用・効果）請求項８に記載の発明の蓄
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。
【００２４】さらに、請求項９の発明は、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
とを特徴とするものである。
【００２５】（作用・効果）請求項９に記載の発明の給
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
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る人工臓器用非
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。
【００２７】実施例の充電システムは、図１および図２
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。
【００２８】蓄電装置１は、電力伝送用の一対のコイル
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。
【００２９】給電装置２は、電力伝送用の一対のコイル
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。
【００３０】実施例の充電システムにより充電を実行す
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。
【００３１】また、蓄電装置１は電気二重層コンデンサ
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。
【００３２】そして、２次側制御回路１２は、以下に述
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。
【００３３】一方、実施例に係る充電システムの充電プ
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。
【００３４】他方、２次側制御回路１２では、電気二重
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。
【００３５】上記のようにして、体内からパルスのかた
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。
【００３６】例えば、図５（ａ）に示すように、１回の
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。
【００３７】さらに、給電装置２では、電気二重層コン
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。
【００３８】また、実施例の充電システムの場合、以下
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。
【００３９】蓄電装置１では、コイルずれ量に対応する
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。
【００４０】一方、２次側制御回路１２では、図６に示
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。
【００４１】他方、実施例の充電システムの充電プロセ
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。
【００４２】そして、２次側で共振回路１３による共振
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。
【００４３】具体的には、送電コイル９の両端の電圧を
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。
【００４４】なお、１次側制御回路１５は、上記の他、
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。
【００４５】加えて、給電装置２では、受電・送電コイ
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。
【００４６】続いて、以上に説明した実施例の充電シス
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。
【００４７】〔ステップＳ１〕体内の蓄電装置１の受電
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。
【００４８】〔ステップＳ２〕給電装置２の交流発振器
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。
【００４９】〔ステップＳ３〕充電状態伝達期間が到来
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。
【００５０】〔ステップＳ４〕給電装置２の側では、電
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。
【００５１】〔ステップＳ５〕給電装置２の充電状態表
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。
【００５２】〔ステップＳ６〕コイルずれ量伝達期間が
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。
【００５３】〔ステップＳ７〕給電装置２の側では、電
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。
【００５４】〔ステップＳ８〕給電装置２のコイルずれ
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。
【００５５】〔ステップＳ９〕電気二重層コンデンサ６
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。
【００５６】実施例の充電システムの充電機能を試験す
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。
【００５７】参考として、受電・送電コイル４，９間に
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。
【００５８】このように、実施例の充電システムによれ
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。
【００５９】次に本発明の他の実施例を説明する。他の
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。
【００６０】他の実施例に係る充電システムは、図１０
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。
【００６１】２次側制御回路１２では、図１１に示すよ
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。
【００６２】一方、給電装置２の側では、電圧平滑回路
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。
【００６３】この実施例の場合、オペレータは受電・送
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。
【００６４】本発明は、上記の実施例に限られるもので
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。
【００６５】（２）上記の両実施例では、共振回路１３
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。
【００６６】（３）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、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。
【００６７】（４）大径の送電コイル９が病室のベッド
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。
【００６８】（５）上記の両実施例では、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。
【００６９】（６）図１０に示した例では、受電・送電
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。
【００７０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
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。
【００７１】さらに、本発明に係る蓄電装置は、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。
【００７２】さらに、本発明に係る給電装置は、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る充電システムの全体構成を示すブ
ロック図である。
【図２】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。
【図３】充電実行時の検出結果伝達期間の割当て状況を
示すタイムチャートである。
【図４】充電電圧範囲とパルス割当て個数の関係を示す
テーブルチャートである。
【図５】実施例での充電状態の伝達・検知状況を説明す
るタイムチャートである。
【図６】コイルずれ量に関連する２次側の各ファクター
間の関係を示すテーブルチャートである。
【図７】コイルずれ量に関連する１次側と２次側の間の
関係を示すテーブルチャートである。
【図８】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。
【図９】充電システムによる充電実験での充電状態の経
時変化を示すグラフである。
【図１０】他の実施例の充電システムにおけるコイルず
れ方向検出用の構成を示すブロック図である。
【図１１】コイルずれ方向とパルス割当て個数の関係を
示すテーブルチャートである。
【図１２】充電実行時のコイルずれ方向伝達期間の割当
て状況を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ … 蓄電装置 ２ … 給電装置 ３ … 人工心臓ペースメーカ（人工臓
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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
  8. 【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。
  9. 【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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