(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の周波数にて磁界変動を発生する磁界発生装置と、前記第一の周波数の磁界変動により第一の機械的変位を生ずる磁石と、前記第一の周波数よりも高周波数である第二の周波数への周波数変換を行ない、前記第一の機械的変位よりも増速された第二の機械的変位を得る周波数変換機構と、前記周波数変換機構により得られる前記第二の機械的変位で回転する発電機と、前記発電機により発生した交流起電力を整流する整流回路と、前記整流回路により整流された電力を充電する二次電源とを有し、且つ前記磁界発生装置とは独立した発電ユニットと、を備えることを特徴とする非接触発電システム。
【請求項２】
前記第一の周波数は、１〜１０Hzであることを特徴とする請求項１に記載の非接触発電システム。
【請求項３】
前記磁界変動は、永久磁石により発生することを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の非接触発電システム。
【請求項４】
前記磁界変動は、コイル電流により発生することを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の非接触発電システム。
【請求項５】
前記機械的変位は、回転又は直線運動であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の非接触発電システム。
【請求項６】
前記周波数変換機構は、ギア列であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の非接触発電システム。
【請求項７】
第一の周波数の磁界変動により第一の機械的変位を生ずる磁石と、前記第一の周波数よりも高周波数である第二の周波数への周波数変換を行ない、前記第一の機械的変位よりも増速された第二の機械的変位を得る周波数変換機構と、前記周波数変換機構により得られる前記第二の機械的変位で回転する発電機と、前記発電機により発生した交流起電力を整流する整流回路と、前記整流回路により整流された電力を充電する二次電源とを有し、且つ前記磁界発生装置とは独立した発電ユニットと、前記発電ユニットからの電力によって動作可能な処理装置と、を有することを特徴とする生体内電子機器。
【請求項８】
前記第一の周波数は、１〜１０Hzであることを特徴とする請求項７に記載の生体内電子機器。
【請求項９】
前記磁界変動は、永久磁石により発生することを特徴とする請求項７ないし８のいずれかに記載の生体内電子機器。
【請求項１０】
前記磁界変動は、コイル電流により発生することを特徴とする請求７ないし８のいずれかに記載の生体内電子機器。
【請求項１１】
前記機械的変位は、回転又は直線運動であることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載の生体内電子機器。
【請求項１２】
前記周波数変換機構は、ギア列であることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれかに記載の生体内電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁界発生装置などによって得られる磁気エネルギーを一旦機械エネルギーに変換し、その後電気エネルギーに変換する非接触発電システム、および前記非接触発電システムを有する生体内電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ペースメーカーや人工心臓のような生体内埋め込み型電子機器への電力供給手段としては、それ自体が二次電池を持ち外科手術により電池交換を行うものと、高周波変圧器の二次側を体内に埋め込んで体外の一次側回路から経皮的に電力を供給するものとがある（日本応用磁気学会誌、Vol.20、No.2、701-704ページ、1996年、または日本応用磁気学会誌、Vol.21、No.4-2、693-696ページ、1997年、など）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二次電池交換を外科手術で行う方法では、患者の肉体的・精神的および経済的負担が大きいという問題を抱えている。また、経皮的に電力を供給する方法では、装置を生体内に埋め込むので小型でなければならないという制約から電力供給を高周波で行っており、高周波磁界が皮膚に及ぼす発熱などの影響に対して充分配慮しなければならない。したがって、生体内埋め込み型電子機器への電力供給では、患者への負担が少なく、かつ生体が高周波磁界を受けることのない手段を講ずる必要がある。
【０００４】
そこで本発明のうち請求項１ないし請求項６記載の発明は、使用環境に悪影響を及ぼすことのない非接触発電システムを提供することを目的としたものである。
【０００５】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の非接触発電システムを有する生体内電子機器を提供することを目的としたものである。
【０００６】
上記目的を達成するために本発明の非接触発電システムは第一の周波数にて磁界変動を発生する磁界発生装置と、前記第一の周波数の磁界変動により第一の機械的変位を生ずる磁石と、前記第一の周波数よりも高周波数である第二の周波数への周波数変換を行ない、前記第一の機械的変位よりも増速された第二の機械的変位を得る周波数変換機構と、前記周波数変換機構により得られる前記第二の機械的変位で回転する発電機と、前記発電機により発生した交流起電力を整流する整流回路と、前記整流回路により整流された電力を充電する二次電源とを有し、且つ前記磁界発生装置とは独立した発電ユニットと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、外部からの磁界により非接触で発電ユニットの永久磁石に機械的変位を与え、この機械的変位を機械的に高速化して発電機を回転させ、ペースメーカーなどの処理装置を駆動するための交流起電力を得ることができる。
【０００８】
また本発明の非接触発電システムにおいて、前記第一の周波数は、１〜１０Hzであることを特徴とする。
【０００９】
上記手段によれば、磁界変動が低周波であるため、生体など使用環境に悪影響をおよぼさない非接触発電システムを提供することができる。
【００１０】
また本発明の非接触発電システムにおいて、前記磁界変動は、永久磁石により発生することを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、非接触発電システムに不可欠な磁界変動を外部から発生させることができる。
【００１２】
また本発明の非接触発電システムにおいて、前記磁界変動は、コイル電流により発生することを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、非接触発電システムに不可欠な磁界変動を外部から発生させることができる。
【００１４】
また本発明の非接触発電システムにおいて、前記機械的変位は、回転又は直線運動であることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、外部からの磁界変動と同期した機械的変位を発生させることができる。
【００１６】
また本発明の非接触発電システムにおいて、前記周波数変換機構は、ギア列であることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、磁界変動が低周波であるにもかかわらず、ギア列で回転周波数変換されるため、高い交流起電力を得ることができる。
【００１８】
また、上記目的を達成するために、本発明の生体内電子機器は、第一の周波数の磁界変動により第一の機械的変位を生ずる磁石と、前記第一の周波数よりも高周波数である第二の周波数への周波数変換を行ない、前記第一の機械的変位よりも増速された第二の機械的変位を得る周波数変換機構と、前記周波数変換機構により得られる前記第二の機械的変位で回転する発電機と、前記発電機により発生した交流起電力を整流する整流回路と、前記整流回路により整流された電力を充電する二次電源とを有し、且つ前記磁界発生装置とは独立した発電ユニットと、前記発電ユニットからの電力によって動作可能な処理装置と、を有することを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、例えば外部からの低周波磁界により、発電ユニットの磁石に機械的変位を与え、この機械的変位をギア列などで機械的に高速化して発電機を回転させ、ペースメーカーなどの処理装置を駆動するための交流起電力を得ることができる。すなわち、外部から与える磁界は低周波であるため、生体に与える影響が極めて小さい生体内電子機器を提供することができる。また更に前記の本発明の生体内電子機器において前記第一の周波数は、１〜１０Hzであることを特徴とする。また更に前記の本発明の生体内電子機器において前記磁界変動は、永久磁石により発生することを特徴とする。また更に前記の本発明の生体内電子機器において前記磁界変動は、コイル電流により発生することを特徴とする。また更に前記の本発明の生体内電子機器において前記機械的変位は、回転又は直線運動であることを特徴とする。また更に前記の本発明の生体内電子機器において前記周波数変換機構は、ギア列であることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００２１】
〔実施例１〕
図１および図２は、本発明に係る第１の実施例を示す図である。図１に、非接触発電システム２０を生体内電子機器の一つである心臓用ペースメーカーに応用した概略図を、図２に図１中の発電ユニットの構成を示す。
【００２２】
図１において、生体５の外に置かれた磁界発生装置１７は、各々低周波交流電源１をもつ二相のコイル３からなる。これらコイル３は、コイル３に電流が流れることにより発生する磁界が、矢印で示す如く互いに直交するように配置されており、これら二相のコイル３によって１Ｈｚ〜１０Ｈｚ程度の低周波の回転磁界が作り出される。図２の発電ユニット６の中の永久磁石材料からなる磁石７は大ギア８に固着されているため、この磁石７がこの低周波回転磁界に同期して回転して大ギア８を駆動する。大ギア８は小ギア９と噛み合って配置されており、また大ギア８は小ギア９の１００倍の数の歯を有しているため、大ギア８から回転力が伝えられた小ギア９は、磁石７および大ギア８の１００倍の速度で回転する。発電機１０の回転軸２と小ギア９の回転軸２は同一であるため、これらは同期して回転する。したがって、発電機１０もまた磁石７および大ギア８の１００倍の速度で回転する。発電機１０は一般的な発電機であり、本例で用いた発電機１０は、その内部に回転軸２と同期して回転する永久磁石と、その永久磁石の近傍にコイルとを有しており、永久磁石が回転することでコイル内を貫く磁束が変化し、コイル端に交流起電力を発生する。この交流起電力は整流回路１１で直流に変換された後、二次電源１２へ充電される。そして、この電力で処理装置１３であるペースメーカーが駆動される。
【００２３】
本例では、磁界発生手段として、コイルおよび電源を二つ用いた二相交流電源を用いたが、一般には多相交流電源であればよく、なんら二相交流電源に限られるものではない。
【００２４】
また、ギア列も大ギア８と小ギア９の１段増速ではなく、ギアを３個以上用いた多段増速構造とすることも可能である。
【００２５】
さらに、磁界発生装置１７が発生する回転磁界の周波数も１〜１０Ｈｚ程度に限られるものではなく、ギア列などの周波数変換機構でより高い増速比が得られれば、もっと低い周波数の回転磁界でもよい。逆に、ギア列などの周波数変換機構でより高い増速比が得られ難い場合は、１〜１０Ｈｚより高い周波数の回転磁界が必要になる。
【００２６】
〔実施例２〕
図３は、本発明に係る第２の実施例を示す図である。本例の磁界発生装置１８は一つの低周波電源１と一つのコイル３からなる。この磁界発生装置１８により、図中矢印で示すように一方向の交番磁界が発生し、その交番磁界により磁石７もまた一方向に変位する。磁石７は直動ギア１４に固着されており、直動ギア１４と噛み合う小ギア９により、動力は発電機１０に伝えられる。そして、発電機１０が回転することで発電機１０の内部には交流起電力が生じる。この交流起電力は整流回路１１で直流に変換された後、二次電源１２へ充電される。そして、この電力で処理装置１３が駆動される。
【００２７】
本例では、磁界発生手段として低周波一相交流電源を用いたが、一方向の交番磁界を発生できる構成であればよく、一相交流電源に限られるものではない。
【００２８】
また、ギア列も直動ギアと小ギアの１段増速ではなく、ギアを３個以上用いた多段増速構造とすることも可能である。
【００２９】
〔実施例３〕
図４は、本発明に係る第３の実施例を示す図である。実施例１および２では、磁界発生手段が、低周波交流電流を発生する単相あるいは多相コイルである場合について述べた。本例では、磁界発生手段が外部磁石１６である磁界発生装置１９について説明する。図４のように、永久磁石材料からなる外部磁石１６をモータ１５などで回転させることにより生体５内の発電ユニット６の磁石７も同期して回転する。この回転運動はギア列で増速され、発電機１０が高速で回転して生じる交流起電力は整流回路１１で直流に変換され、二次電源１２へ充電される。そして、この電力で処理装置１３が駆動される。
【００３０】
上記実施例１、２および３に示したように、生体内に埋め込まれた非接触発電システムは、一端埋め込まれれば二次電源の交換のための外科手術が必要なく、また、患者へ高周波磁界を与えることなく、年に数回あるいは数年に一度の低周波磁界による電力供給を受けるだけでよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の非接触発電システムを用いた生体内電子機器によれば、電磁エネルギーの周波数変換を機械的に行うことにより、生体に高周波磁界を与えることなく、また、手術を行うことなく生体内埋め込み型電子機器への電力供給を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非接触発電システムの構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す非接触発電システムの発電ユニットの構成を示す図である。
【図３】本発明におけるその他の発電ユニットの構成を示す図である。
【図４】本発明におけるその他の磁界発生装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１・・低周波交流電源
２・・回転軸
３・・コイル
５・・生体
６・・発電ユニット
７・・磁石
８・・大ギア
９・・小ギア
１０・・発電機
１１・・整流回路
１２・・二次電源
１３・・処理装置
１４・・直動ギア
１５・・モータ
１６・・外部磁石
１７・・磁界発生装置
１８・・磁界発生装置
１９・・磁界発生装置
２０・・非接触発電システム
【図１】
0003743152.tif 000002
【図２】
0003743152.tif 000003
【図３】
0003743152.tif 000004
【図４】
0003743152.tif 000005