Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung in einen z.b. menschlichen Körper mit einer Sendeeinheit, die eine Sendespule aufweist, wobei die Sendespule (25) eine Spulenwicklung hat.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2016 106 683 A1 bekannt. Die dort beschriebene Vorrichtung dient als Bestandteil eines VAD (Ventricular Assist Device) - Systems zum Laden ei- nes innerhalb des Körpers einer Person angeordneten Akkus. Sie umfasst eine Sendespule mit einer Spulenwicklung und einen mit der Spulenwicklung zusammenwirkenden Magnetkern sowie ein Trägerelement, in dessen Be- reich die Spulenwicklung und der Magnetkern angeordnet sind. Das Trä- gerelement ist dabei üblicherweise in Form eines aus Kunststoff bestehen- den, starren Gehäuses ausgebildet. Für eine gute bzw. optimale Energie- Übertragung ist es hier wichtig, dass die Sendespule mit dem Trägerelement möglichst eng an dem menschlichen Körper anliegt. Aufgrund der starren Ausbildung des Trägerelements bzw. Gehäuses ist der Tragekomfort der in der DE 10 2016 106 683 A1 beschriebenen Vorrichtung eingeschränkt. Für eine Person ist es deshalb beschwerlich, mit dieser Vorrichtung über längere Zeiträume elektrische Energie in den Körper zu übertragen.

Weiterhin sind aus dem Stand der Technik Sendeeinrichtungen zur indukti ven Energieübertragung bekannt, die anstelle eines Magnetkerns zum Zwe- cke der Feldführung und der Abschirmung als Luftspule (ohne Magnetkern) ausgebildet sind. Bei der letztgenannten Ausführung als Luftspule können jedoch Probleme aufgrund der fehlenden Abschirmung auftreten. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu induktiven Energieübertra- gung in einen menschlichen Körper bereitzustellen, die einen verbesserten Tragekomfort hat.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebene Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen An- sprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine mechanisch flexible Lösung für die Sendespule und das Trägerelement auszubilden, die sich somit optimal der Körperform anpasst und dadurch einen sehr hohen Tragekomfort ermög- licht.

Eine Idee der Erfindung ist es insbesondere, dass das Trägerelement als ein flexibles Element ausgebildet ist. Mit diesem flexiblen Element ist die Spu- lenwicklung verbunden. Auch ein Abschirmelement oder ein Magnetkern kann mit dem Trägerelement verbunden sein.

Ein Abschirmelement in einer Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung ermöglicht ein Abschirmen und/oder Führen des mittels der Sendespule er- zeugen Magnetfelds.

Zu bemerken ist, dass die Spulenwicklung, das Abschirmelement oder der Magnetkern zumindest bereichsweise flexibel ausgebildet sein können. Ins- besondere ist zu bemerken, dass durch die flexible Ausbildung des Trä- gerelements und des Abschirmelements oder des Magnetkerns eine ge- wünschte Anpassung an die Anatomie des menschlichen Körpers am Kon- taktbereich zu diesem ermöglicht wird.

In einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung des Trägerelements und der Verbindung der Spulenwicklung mit dem Trägerelement ist es vorgese- hen, dass das Trägerelement aus einem textilen Stoff ausgebildet ist, und dass die Spulenwicklung mit dem textilen Stoff vernäht ist. Eine derartige Lösung ermöglicht es insbesondere, eine flexible Baugruppe aus Spulen- wicklung und Trägerelement auszubilden, die in der Höhe besonders kom- pakt ausgebildet ist. Weiterhin weist das Trägerelement durch die Ausbildung als textiler Stoff besonders gute Trageeigenschaften auf.

Bevorzugt ist das Trägerelement ein flächig ausgedehntes Gebilde aus der Gruppe Vliesstoff, Gewebe, Maschenware, Geflecht, Nähgewirke, Körper enthaltend oder bestehend aus Silikonkautschuk, Körper enthaltend ein Elastomer, insbesondere enthaltend ein Silikonelastomer, oder enthaltend Silikonkautschuk oder bestehend aus einem Elastomer, insbesondere beste- hend aus einem Silikonelastomer, oder bestehend aus Silikonkautschuk.

Von Vorteil ist es, wenn die Spulenwicklung in dem Trägerelement aufge- nommen ist. Die Sendespule kann an dem Trägerelement festgenäht sein.

Eine Idee der Erfindung besteht darin, dass zueinander benachbart angeord- nete Abschnitte des die Spulenwicklungen bildenden Wicklungsleiters ab- wechselnd auf ihrer dem Trägerelement zugewandten Seite und auf ihrer dem Trägerelement abgewandten Seite von einem durch das Trägerelement geführten Faden umschlungen sind. Die Spulenwicklung der Sendespule kann auch mit dem Trägerelement verklebt sein.

Der Magnetkern kann ein weichmagnetisches Ferritmaterial enthalten. Von Vorteil ist es, wenn der Magnetkern zumindest bereichsweise flexibel ist.

Das Abschirmelement ist möglichst auf einer dem Trägerelement abgewand- ten Seite der Spulenwicklungen der Sendespule angeordnet. Es hat die technische Funktion des Abschirmens eines Magnetfelds der Sendespule. Auch das Abschirmelement ist möglichst zumindest bereichsweise flexibel. Von Vorteil ist es, wenn das Abschirmelement flächig ausgedehnt ist. Auf diese Weise kann eine flache Bauform der Vorrichtung für das induktive Übertragen von elektrischer Energie erreicht werden. Das Abschirmelement kann wenigstens eine Schicht mit einer Ferritfolie aufweisen.

Das Abschirmelement kann durch eine Klebeverbindung zumindest mittelbar mit dem Trägerelement verbunden sein. Für das Abschirmen des mittels der Sendespule erzeugten Magnetfelds ist es von Vorteil, wenn das Abschirm- element die Spulenwicklungen der Sendespule abdeckt.

Bevorzugt ist es bei letztgenannter Variante, dass das Vernähen der Spu- lenwicklung mit dem textilen Stoff durch einen von der Spulenwicklung sepa- raten Faden o. ä. erfolgt. Dadurch lässt sich jeder einzelne Draht der Spu- lenwicklung individuell und ohne Beeinflussung des neben ihr angeordneten Spulendrahts mit dem Trägerelement verbinden, wodurch eine besonders hohe Flexibilität erzielt wird.

Zur Ausbildung eines flexiblen Abschirmelements, das sich besonders gut der Form des Körpers anpasst, ist es vorgesehen, dass das Abschirmele- ment aus wenigstens einer Schicht einer Ferritfolie besteht. Es ist auch denkbar, mehrere Ferritfolien (übereinander) anzuordnen bzw. zu verwen- den. Als besondere Anforderung sollten dabei die Materialwerte der Ferritfo- lien, wie die Anfangspermeabilität (ca. 2000 gemessen bei 10 kFIz und einer magnetischen Feldstärke B von weniger als 0,25 mT bei 25°C) und die spezi- fischen Verluste (ca. 55 mW pro cm ³ für 100 mT peak to peak bei 100 kFIz) von einem starren Magnetkern nicht abweichen, da sonst die erforderliche Feldführung oder die maximale spezifische Erwärmung nicht erfüllt werden.

Das Abschirmelement lässt sich besonders einfach zumindest mittelbar mit dem Trägerelement durch eine Klebeverbindung verbinden. Hierbei kann insbesondere durch eine geeignete Wahl des Klebstoffs die gewünschte Fle- xibilität des Abschirmelements zum Trägerelement bzw. zur Spulenwicklung gewährleistet werden. Hinsichtlich der Ausbildung des Magnetkerns ist es zu dessen flexibler Aus- gestaltung insbesondere vorgesehen, dass der (scheibenförmige) Magnet- kern aus mehreren, jeweils starren, zumindest im Wesentlichen ebenen Teil elementen besteht, zwischen denen Spalte ausgebildet sind, und dass die Teilelemente beweglich zueinander angeordnet sind. Über die Spalte lassen sich somit die einzelnen Teilelemente relativ zueinander bewegen, um eine Anpassung am Kontaktbereich zum menschlichen Körper zu ermöglichen.

Weiterhin ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Größe der (Luft-) Spalte zwischen den Teilelementen des Magnetkerns maximal 5 mm beträgt. Dadurch werden mögliche Streufelder minimiert.

Eine weitere bevorzugte konstruktive Ausgestaltung der einzelnen Teilele- mente des Magnetkerns sieht vor, dass in den Teilelementen Aussparungen zur Führung von flexiblen Fixierfäden ausgebildet sind, wobei die Fixierfäden der Fixierung der Teilelemente und ggf. der Spulenwicklung am Trägerele- ment dienen. Die Aussparungen können dabei insbesondere auf der abge- wandten Seite der Spulenwicklung in Form von nutartigen Vertiefungen aus- gebildet sind.

Eine weitere bevorzugte geometrische Ausgestaltung sieht vor, dass die Spulenwicklung zumindest im Wesentlichen konzentrisch zueinander und parallel zur Ebene des Trägerelements und des Abschirmelements oder des Magnetkerns angeordnete Drahtwicklungen aufweist.

Die Erfindung umfasst auch die Verwendung einer soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieübertragung in den menschli- chen Körper, insbesondere als Bestandteil eines VAD-Systems.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:

Fig. 1 in schematischer Darstellung die wesentlichen Bestandteile einer

Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung in einen menschli- chen Körper unter Verwendung mehrerer Abschirmfolien,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 1 im

Anlagebereich zum menschlichen Körper bei Verwendung eines teilweise flexiblen Magnetkerns,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht auf eine an dem Trägerelement be- festigte Spulenwicklung, Fig. 4 eine Draufsicht auf einen segmentierten Magnetkern, wie er bei der Vorrichtung gemäß der Fig. 2 verwendet wird,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Verbindung eines Teilelements des Magnetkerns mit einem textilen Trägerelement in einer per- spektivischen Darstellung und

Fig. 6 einen Schnitt durch den Verbindungsbereich zwischen Magnet- kern, Spulenwicklung und Trägerelement. Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

In der Fig. 1 ist ein VAD-System 100 zur induktiven Energieübertragung in einen menschlichen Körper 1 stark vereinfacht dargestellt. Das System 100 umfasst außerhalb des Körpers 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10, die mit einer innerhalb des Körpers 1 angeordneten Einrichtung 20 zusammen- wirkt. Die Einrichtung 20 dient insbesondere dem zumindest mittelbaren (Auf-) Laden eines Akkus innerhalb des Körpers 1 , der zum Betreiben einer die Herzfunktion eines Patienten dienenden Pumpe dient. Hierzu umfasst die Einrichtung 20 insbesondere eine lediglich schematisch dargestellte Emp- fangsspule 22. Diese Empfangsspule 22 wirkt mit einer in der Vorrichtung 10 angeordneten Sendeeinheit 23 mit einer Sendespule 25 zusammen, über die mittels eines zeitlich sich ändernden, von der Sendespule 25 erzeugten, hier nicht dargestellten Magnetfelds in der Empfangsspule 22 eine elektrische Spannung induziert und damit elektrische Energie aus von der Sendespule 25 in die Empfangsspule 22 übertragen wird.

Die mit einer nicht dargestellten Energiequelle verbundene Sendespule 25 weist eine Spulenwicklung 26 mit zumindest im Wesentlichen konzentrisch um eine in eine Längsrichtung erstreckte Spulen- bzw. Längsachse 28 der Spulenwicklung 26 angeordneten elektrischen Wicklungsleiter in Form eines Wicklungsdrahts 30 auf.

Die Drahtwicklungen des Wicklungsdrahts 30 bzw. die Spulenwicklung 26 sind mit einem Trägerelement 32 verbunden. Das Trägerelement 32 ist ein an eine Körperkontur des Körpers 1 anpassbares flächig ausgedehntes fle xibles Gebilde. Es besteht vorliegend aus einem ein- oder mehrlagig ausge- bildeten Textil. Das flächig ausgedehnte Gebilde kann grundsätzlich auch ein Vliesstoff, ein Gewebe, Maschenware, ein Geflecht, Nähgewirke, ein Körper mit oder aus Silikonkautschuk oder Elastomer, insbesondere Silikonelasto- mer sein.

Die Spulenachse 28 durchsetzt das Trägerelement 32 für die Spulenwick- lung 26. Das Trägerelement 32 ist im Anwendungsfall in Kontakt zur Haut 2 des Körpers 1 angeordnet und passt sich durch dessen Flexibilität an die Form des Körpers 1 im Anlagebereich an.

Die Verbindung zwischen der auf dem Körper 1 abgewandten Seite des Trä- gerelements 32 angeordneten Spulenwicklung 26 und dem Trägerelement 32 erfolgt entweder durch eine stoffschlüssige Verbindung in Form einer Kle- beverbindung oder durch im Rahmen der Fig. 2 erläutertes Vernähen. We- sentlich dabei ist nur, dass durch die Verbindung auch eine Flexibilität der Spulenwicklung 26 zum Trägerelement 32 gewährleistet ist.

Auf der dem Trägerelement 32 abgewandten Seite der Spulenwicklung 26 ist ein Abschirmelement 34 in Form zweier Schichten 36, 37 eine Ferritfolie an- geordnet. Auch das Abschirmelement 34 ist flexibel ausgebildet, wobei die Verbindung zwischen dem Abschirmelement 34 und der Spulenwicklung 26 beispielhaft über eine (flexible) Klebeverbindung 38, z.B. über eine Klebever- bindung mit Silikon erfolgt.

In der Fig. 2 weist die Vorrichtung 10 anstelle des Abschirmelements 34 ei- nen zumindest bereichsweise flexibel ausgebildeten, scheibenförmigen Mag- netkern 40 mit Teilelementen 42 auf, die beabstandet zueinander angeordnet sind. Beispielhaft sind die zumindest im Wesentlichen ebenen Teilelemente 42 mittels Klebeverbindungen 44 mit der Spulenwicklung 26 verbunden. Wei- terhin ist erkennbar, dass die Drahtwicklungen 30 der Spulenwicklung 26 durch einen Faden 45 o. ä. Element mit dem Trägerelement 32 vernäht sind.

Der Magnetkern 40 bzw. das Abschirmelement 34 und die parallel hierzu angeordnete Spulenwicklung 26 sind in Draufsicht zumindest näherungswei- se kreisförmig ausgebildet, wie die anhand der Fig. 3 am Beispiel der Spu- lenwicklung 26 dargestellt sein soll. Aufgrund er Flexibilität bzw. der Anpas- sung an die Form des Körpers 1 im Anlagebereich ergeben sich jedoch ggf. zwangsläufig Abweichungen von der Kreisform.

In der Fig. 4 ist der Magnetkern 40 mit seinen kuchensegmentartigen Teil- elementen 42 gezeigt. Dabei sind zwischen den einzelnen Teilelementen 42, die radial um die Längsachse 28 angeordnet sind, Spalte 46 ausgebildet, die in der Ebene der Teilelemente 42 maximal 5 mm breit sind. ln den Fig. 5 und 6 ist der Fall dargestellt, bei dem die Teilelemente 42 des Magnetkerns 40 mittels Fixierfäden 48 unter Zwischenlage der Spulenwick- lung 26 mit dem Trägerelement 32 verbunden sind. Flierzu weisen die Teil elemente 42 auf der der Spulenwicklung 26 abgewandten Seite radial um die Längsachse 28 umlaufende, nutartige Aussparungen 50 auf, in denen die Fixierfäden 48 geführt sind.

Die soweit beschriebene Vorrichtung 10 kann in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzu- weichen.

Zusammenfassend sind insbesondere folgende bevorzugte Merkmale der Erfindung festzuhalten:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 10 zur induktiven Energieübertragung in einen menschlichen Körper 1 mit einer Sendeeinheit 23, die eine Sen- despule 25 aufweist, wobei die Sendespule 25 eine Spulenwicklung 26 hat. Das Trägerelement 32 ist ein an eine Körperkontur anpassbares flächig aus- gedehntes flexibles Gebilde und die Spulenwicklung 26 der Sendespule 25 ist an dem Trägerelement 32 fixiert.

Insbesondere betrifft die Erfindung die in den folgenden Klauseln angegebe- nen Aspekte:

1. Vorrichtung (10) zur induktiven Energieübertragung in einen menschli- chen Körper (1 ), mit einer Sendeeinheit (23) mit einer Sendespule (25), wobei die Sendespule (25) eine Drahtwicklungen (30) aufweisende Spulenwicklung (26) und ein mit der Spulenwicklung (26) zusammen- wirkendes Abschirmelement (34) oder einen Magnetkern (40) aufweist, und mit einem Trägerelement (32), in dessen Bereich die Spulenwick- lung (26) und das Abschirmelement (34) oder der Magnetkern (40) an- geordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (32) als flexibles Element ausgebildet ist, dass die Spulenwicklung (26) und das Abschirmelement (34) oder der Mag- netkern (40) mit dem Trägerelement (32) verbunden sind, und dass die Spulenwicklung (26), das Abschirmelement (34) oder der Magnetkern (40) zumindest bereichsweise flexibel ausgebildet sind. 2. Vorrichtung nach Klausel 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Trä- gerelement (32) aus einem textilen Stoff ausgebildet ist, und dass die Spulenwicklung (26) mit dem textilen Stoff vernäht ist.

3. Vorrichtung nach Klausel 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ver- nähen der Spulenwicklung (26) mit dem textilen Stoff durch einen von der Spulenwicklung (26) separaten Faden (45) o. ä. erfolgt.

4. Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (34) aus wenigstens einer Schicht (36, 37) einer Ferritfolie ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Klauseln 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (34) durch eine Klebeverbindung (38) zumindest mittelbar mit dem Trägerelement (32) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkern (40) aus mehreren, jeweils starren, zumindest im Wesentlichen ebenen Teilelementen (42) besteht, zwischen denen Spalte (46) ausgebildet sind, und dass die Teilelemente (42) beweglich zueinander angeordnet sind. 7. Vorrichtung nach Klausel 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Spalte (46) zwischen zwei Teilelementen (42) maximal 5 mm be- trägt.

8. Vorrichtung nach Klausel 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Teilelementen (42) Aussparungen (50) zur Führung von Fixierfäden (48) ausgebildet sind, wobei die Fixierfäden (48) der Fixierung der Teil elemente (42) und ggf. der Spulenwicklung (26) am Trägerelement (32) dienen.

9. Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtwicklungen (30) der Spulenwicklung (26) zumindest im Wesentlichen konzentrisch zu einer Längsachse (28) und parallel zur Ebene des Trägerelements (32) und des Abschirmelements (34) oder des Magnetkerns (40) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung (26) und das Abschirmelement (34) oder der Magnetkern (40) zumindest im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet und in gegenseitiger Überdeckung zueinander angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einer der Klauseln 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung (26) und das Abschirmelement (34) oder der Magnetkern (40) auf derselben Seite des Trägerelements (34) an- geordnet sind, wobei die Spulenwicklung (26) zwischen dem Trä- gerelement (32) und dem Abschirmelement (34) oder dem Magnetkern (40) angeordnet ist.

12. Verwendung einer Vorrichtung (10), die nach einer der Klauseln 1 bis 11 ausgebildet ist, zur Energieübertragung in den menschlichen Körper, insbesondere als Bestandteil eines VAD-Systems (100). Bezuqszeichenliste

1 Körper

2 Haut

10 Vorrichtung

20 Einrichtung

22 Empfangsspule

23 Sendeeinheit

25 Sendespule

26 Spulenwicklung

28 Spulen- bzw. Längsachse 30 Wicklungsleiter

32 Trägerelement

34 Abschirmelement 36 Schicht

37 Schicht

38 Klebeverbindung

40 Magnetkern

42 Teilelement

44 Klebeverbindung

45 Faden

46 Spalt

48 Fixierfaden

50 Aussparung

100 VAD-System