專利名稱：用于便攜式圖像檢測器中非接觸功率傳輸的系統和方法
技術領域：
本發明的實施例一般地涉及非接觸功率傳輸系統，以及更具體地，涉及用于在便攜式圖像檢測器中非接觸功率傳輸的系統。
背景技術：
典型地，成像設備用于醫療診斷目的。成像設備包括用來檢測用作診斷目的的圖像的圖像檢測器。圖像檢測器是固定的圖像檢測器或者是便攜式的圖像檢測器。便攜式圖像檢測器靠電池操作，電池可能包含非可再充電電池或者可再充電電池。典型地非可再充電電池在固定周期后將被取代。一般地，可再充電電池用來延續電池替換間的時間以及是有成本效益的。通常，可再充電電池由以千赫測量的頻率下操作的電感耦合系統再充電。電感耦合系統的操作頻率生成的電磁波足以影響圖像檢測器以及 通過在圖像中引入贗象降低圖像的質量。需要的是用于電池充電的改進系統和方法。
發明內容
在一個實施例中，提供了一種用于便攜式圖像檢測器中的非接觸功率傳輸的系統，其用于對部署在便攜式圖像檢測器內的可再充電電池充電。系統包括可耦合到電源的第一線圈，其中配置第一線圈以產生磁場。系統進一步包括耦合到部署在便攜式圖像檢測器內的可再充電電池的第二線圈，其配置成通過磁場接收來自第一線圈的功率以及將功率傳輸到可再充電電池。系統還包括部署在第一線圈和第二線圈之間的場聚焦元件，其配置為自諧振線圈，自諧振線圈擁有駐波電流分布以聚焦磁場到第二線圈上并增強第一線圈和第二線圈之間的耦合。在另一個實施例中，提供了一種用于對部署在便攜式圖像檢測器中的可再充電電池進行非接觸充電的方法。方法包括通過耦合到電源的第一線圈生成磁場。方法進一步包括通過場聚焦元件聚焦磁場到第二線圈。方法還包括通過磁場將功率從第一線圈傳輸到第二線圈。方法進一步包括將來自第二線圈的功率傳送到部署在便攜式圖像檢測器內的可再充電電池。
本發明的這些和其他特征、方面和優勢將在參照附圖閱讀下面的詳細描述時更好地理解，在全部附圖中相似的附圖標記表示相似的部件，在附圖中
圖I是代表根據本發明實施例的、包括雙通道場聚焦元件的用于在便攜式圖像檢測器中非接觸功率傳輸的系統的框圖。圖2是代表根據本發明實施例的、包括雙通道場聚焦元件的用于便攜式圖像檢測器中非接觸功率傳輸的系統的備選配置的框圖。圖3是代表根據本發明實施例的、用于便攜式圖像檢測器中非接觸功率傳輸的系統的另一備選配置的框圖，其包括單通道場聚焦元件和配置成將數字圖像數據從便攜式圖像檢測器傳輸到電子設備的無線電波天線。圖4是代表根據本發明另一個實施例的、包括單通道場聚焦元件的用于便攜式圖像檢測器中非接觸功率傳輸的系統的備選配置的框圖。圖5是代表根據本發明實施例的、包含在用于部署在便攜式圖像檢測器中的可再充電電池非接觸充電方法中的步驟的流程圖。
具體實施例方式本發明的實施例包括用于在便攜式圖像檢測器中非接觸功率傳輸的系統，其用于對部署在便攜式圖像檢測器內的可再充電電池充電。系統包括可耦合到電源的第一線圈。第一線圈產生耦合到第二線圈的磁場，第二線圈耦合到部署在便攜式圖像檢測器內的可再充電電池。第二線圈通過磁場從第一線圈接收功率，并進一步地將功率傳輸到可再充電電池。非接觸式功率傳輸系統還包括部署在第一線圈和第二線圈之間的場聚焦元件。場聚焦 元件作為自諧振線圈，擁有駐波電流分布，以聚焦磁場到第二線圈上并增強第一線圈和第二線圈之間的耦合。此處使用的術語“一”并不是表示數量的限制，而在于表示至少一個引用的項目存在。此處使用的“耦合的”意味著通過任何合適的裝置連接(直接地或者間接地)。圖I是代表根據本發明實施例的、包括雙通道場聚焦元件14的用于便攜式圖像檢測器12中非接觸功率傳輸的系統10的框圖。在示例性實施例中，該便攜式圖像檢測器12可包括X射線圖像檢測器或超聲掃描儀。該系統10進一步地包括充電設備16。該充電設備16在一個例子中包括一個接駁部位。在圖I所示的實施例中，電源18耦合到充電電設備16的第一整流器20，其將從電源18接收到的交流功率22轉換成直流功率24。由第一整流器20提供的直流功率24供給到高頻逆變器26。高頻逆變器26將直流功率24轉換成高頻交流功率28。高頻交流功率28進一步地傳送到在充電設備16中提供的第一線圈30。第一線圈30接收高頻交流功率28并基于高頻交流功率28生成磁場32。充電設備16可包含固定的充電設備或者便攜式的充電設備。將磁場32通過部署在第一線圈30和在便攜式圖像檢測器12中提供的第二線圈34之間的場聚焦元件14，聚焦到第二線圈34上。在圖I的實施例中，場聚焦元件14位于充電設備16內。在另一實施例中，場聚焦元件14可部署在便攜式圖像檢測器內。在具體實施例中，場聚焦元件在大于或者等于I兆赫的頻率處操作。場聚焦元件14作為自諧振線圈，擁有駐波電流分布以聚焦磁場32到第二線圈34上并增強第一線圈32和第二線圈34之間的耦合，如在提交于2010年3月25日的S/N 12/731497和提交于2010年10月28號的S/N 12/914512的共同受讓美國專利申請中所描述的，上述美國專利申請通過引用全部結合到本文中。在一個實施例中，場聚焦元件14包括至少一個諧振器。可配置至少一個諧振器，以聚焦電場、磁場或者電磁場中的其中至少一個。在更具體的實施例中，至少一個諧振器包括開口環結構、圓環結構、螺線結構、Koch分形、歐米茄結構或者螺旋結構。在示例性實施例中，至少一個諧振器部署在電介質、磁介質或者磁電機電介質中的其中至少一個內。此外，在具體實施例中，至少一個諧振器包含的多個諧振器具有帶不同諧振頻率的多個諧振器中的至少兩個。在一個實施例中，不同的諧振頻率能使功率和數據信號同時傳輸。部署在便攜式圖像檢測器12內的第二線圈34，通過由第一線圈30生成的磁場32接收來自第一線圈30的高頻交流功率28。第二線圈34將高頻交流功率28傳輸到耦合至便攜式圖像檢測器12內的第二線圈34的可再充電電池36。可能在第二線圈34和可再充電電池36之間部署第二整流器38，以接收來自第二線圈34的高頻交流功率28并在傳輸直流功率40到可再充電電池36之前將交流功率28轉換成直流功率40。在一個實例中，傳輸到可再充電電池36的直流功率40在大約I瓦到大約100瓦的范圍內。傳輸到可再充電電池的直流功率40的范圍基于便攜式圖像檢測器12的操作條件的類型而變化，例如功率是否將用來充電便攜式圖像檢測器，或者功率是否將用來充電便攜式圖像檢測器并同時提供成像操作的功率。此外，操作所需的直流功率40同樣基于檢測器配置而變化。在圖I的實施例中，可再充電電池36耦合到管理可再充電電池36充電的電池管理系統(BMS)42。在一個實施例中，BMS 42追蹤在可再充電電池36中代表功率水平的信號48并計算充電可充電電池36所需的功率和時間。在另外一個實施例中，BMS 42調節進入 可再充電電池36的直流功率40的電壓。在一些實施例中，BMS 42與部署在充電設備16內的高頻逆變器26通信，以提供關于可再充電電池36的電壓和充電水平的數據44。BMS 42通信地耦合到接收由BMS 42生成的數據信號44的高頻調制器46，其調制數據信號44以提供調制的數據信號50。高頻調制器46耦合到第二線圈34上。第二線圈34將調制的數據信號50轉換到通過場聚焦元件14聚焦到第一線圈30上的數據磁場52。在這個實施例中，場聚焦元件14包括含有傳輸交流功率28的一個通道和傳輸調制的數據信號50的第二通道的雙通道場聚焦元件。可能在第二線圈34和高頻調制器46之間部署功率濾波器53，以從高頻調制器46隔絕接收自第一線圈30的高頻交流功率28。第一線圈30接收數據磁場52并傳輸代表調制的數據信號50的信號150到解調器54。在充電設備16上的功率濾波器56可能用來限制第一線圈30內的高頻交流功率28進入解調器54。解調器54提取代表來自調制的數據信號150的數據信號44的信號144，并傳輸數據信號144到逆變器控制器58。逆變器控制器58通過提供基于數據信號144的控制信號60來控制高頻逆變器26在充電設備16中操作的功率的電壓和頻率。逆變器控制器58從數據信號144識別電壓和充電狀態，并相應地調節逆變器操作以提供需要的充電到可再充電電池36。圖2是代表根據本發明實施例的、用于便攜式圖像檢測器12中非接觸功率傳輸的系統10的備選配置的框圖，系統10包括耦合到第一線圈30的雙通道場聚焦元件14，。在圖2的具體實施例中，線性放大器59和信號發生器61替代了高頻逆變器26和控制器58。信號發生器61包括生成高頻正弦波63的高頻振蕩器，以及將正弦波傳輸到線性放大器59。線性放大器59將由信號發生器61提供的高頻正弦波63與由第一整流器20提供的直流功率24結合，以提供高頻交流功率28。圖3是代表根據本發明實施例的、用于在便攜式圖像檢測器12中非接觸功率傳輸的系統10的另一備選配置的框圖，系統10包括單通道場聚焦元件62和配置成傳輸來自電池管理系統42的數據信號44 (如果有需要的話，傳輸來自圖像存儲設備45的圖像數據43)的射頻天線64和66。在這個實施例中，便攜式圖像檢測器12包括存儲生成用于診斷目的的圖像數據43圖像存儲設備45。圖像數據43可能由電子設備47例如做進一步分析使用，比如檢測疾病和骨骼系統的病理學研究。在一個實施例中，圖像存儲設備45將圖像數據43傳輸到復用器49，復用器49將圖像數據43與由BMS 42傳輸到復用器49的數據信號44 一起復用。復用器49生成傳輸到用于調制高頻調制器46的復用信號51。單通道場聚焦元件62將來自第一線圈30的高頻交流功率28聚焦到第二線圈34，但是與圖I和圖2的實施例形成對比的是，單通道場聚焦元件62并沒有傳輸來自第二線圈34的調制的數據信號到第一線圈30。盡管單通道場聚焦元件62如圖所示位于便攜式圖像檢測器12中，但單通道場聚焦元件62備選地可能位于充電設備16中。在圖3的實施例中，從高頻調制器46接收的調制的數據信號50可能傳輸到部署在便攜式圖像檢測器12內的RF發射器天線64。RF發射器天線64傳送調制的數據信號50到部署在充電設備16內的RF接收器天線66。RF接收器天線66接收代表來自便攜式圖像檢測器12的調制的數據信號50的、調制的數據信號150，并傳輸調制的數據信號150到解調器54。解調器54解調調制的數據信號150并將其傳輸到解復用器55。解復用器55從復用信號151分離圖像數據143和數據信號144，分別代表在便攜式圖像檢測器12中的圖像 數據43和數據信號44。如上所述，將數據信號144傳輸到逆變器控制器58，而且為了進一步分析，可能將圖像數據143傳輸到充電設備16外部提供的電子設備47。圖4是代表用于便攜式圖像檢測器12中非接觸功率傳輸的系統10的備選配置的框圖，其中，沒有要求傳送任何數據回到充電設備16。該系統10包括將來自第一線圈30的高頻交流功率28聚焦到第二線圈34的單通道場聚焦元件62。盡管如圖所示單通道場聚焦元件62位于充電裝置中，但是單通道場聚焦元件62備選地可位于便攜式圖像檢測器12中。來自第二線圈的高頻交流功率28由第二整流器38轉換成直流功率，其傳輸到提供直流功率40的直流-直流轉換器68。直流功率40饋送給可再充電電池36，用于充電。可再充電電池36耦合到調節可再充電電池36充電的BMS 42。在圖4的實施例中，BMS 42通過反饋回路耦合到直流-直流轉換器68以調節在便攜式圖像檢測器12中進入可再充電電池36的直流功率40的電壓。直流-直流轉換器68通過反饋回路接收來自BMS 42的數據信號44并相應地調整，以提供最佳的充電到可再充電電池36。包含在用于部署在便攜式圖像檢測器中的可再充電電池非接觸充電方法中的步驟的流程圖。圖5是代表根據本發明實施例的、包含在用于部署在便攜式圖像檢測器中的可再充電電池非接觸可再充電方法80中的步驟的流程圖。在步驟82中方法80包括通過耦合到電源的第一線圈生成磁場。在步驟84中由第一線圈生成的磁場通過采用場聚焦元件聚焦到第二線圈。在步驟86中第一線圈通過磁場傳輸功率到第二線圈。在示例性實施例中，功率在大約I瓦到大約100瓦的范圍內從第一線圈傳輸到第二線圈。在步驟88中，將來自第二線圈的功率傳送到部署在便攜式圖像檢測器內的可再充電電池。在一個實施例中，關于便攜式圖像檢測器的數據信號、可再充電電池的充電狀態，或者兩者都通過場聚焦元件、第一線圈和第二線圈來獲得和傳輸到位于便攜式圖像檢測器外的處理器。在另一個實施例中，圖像數據從在便攜式圖像檢測器中的圖像存儲設備中獲得并通過場聚焦元件傳輸。在更具體的實施例中，通過使功率、來自可再充電電池和便攜式圖像檢測器的數據信號和圖像數據分別在不同諧振頻率下傳輸，促進了該過程。在又一些實施例中，未要求數據傳輸或者通過RF完成數據傳輸。
上述用于便攜式圖像檢測器中非接觸功率傳輸的系統的多種實施例包括電源、第一線圈、場聚焦元件和第二線圈，這些能使功率通過非接觸介質從第一線圈傳輸到第二線圈。非接觸功率傳輸系統在不破壞圖像檢測器和圖像質量的情況下，實現了充電設備和圖像檢測器之間的有效非接觸功率傳輸。這減少了圖像的退化、導致更高效率，以及改進的便攜式圖像檢測器壽命進一步減少便攜式圖像檢測器的維護成本。要理解技術人員將認識到來自不同實施例的多種特征的可交換性，以及描述的多種特征和每個特征的其他已知等效物可由本領域普通技術人員混合以及匹配，以建立根據本公開原理的額外系統和技術。因此，要理解所附權利要求旨在覆蓋落入本發明真實精神之內的所有此類修改和變更。
雖然僅發明的某些特征已在本文中進行了說明和描述，但是本領域技術人員會想到許多修改和變化。因此要理解所附權利要求旨在覆蓋落入本發明真實精神之內的所有此類修改和變更。
權利要求
1.一種用于便攜式圖像檢測器中非接觸功率傳輸的系統，所述系統用于對部署在所述便攜式圖像檢測器內的可充電電池充電，所述系統包括 第一線圈，其耦合到電源，其中所述第一線圈配置成產生磁場； 第二線圈，其耦合到部署在所述便攜式圖像檢測器內的所述可再充電電池并配置成通過所述磁場接收來自所述第一線圈的功率并將所述功率傳輸到所述可再充電電池；以及 場聚焦元件，其部署在所述第一線圈和所述第二線圈之間以及配置為自諧振線圈，所述自諧振線圈擁有駐波電流分布以聚焦所述磁場到所述第二線圈上并增強所述第一線圈和所述第二線圈之間的耦合。
2.如權利要求I所述的系統，其中，所述場聚焦元件部署在充電設備內。
3.如權利要求I所述的系統，其中，所述場聚焦元件部署在所述便攜式圖像檢測器內。
4.如權利要求I所述的系統，其中，所述便攜式圖像檢測器包含X射線圖像檢測器或者超聲掃描儀。
5.如權利要求I所述的系統，其中，傳輸到所述可再充電電池的所述功率在大約I瓦到大約100瓦的范圍內。
6.如權利要求I所述的系統，其中，所述場聚焦元件在大于或者等于I兆赫的頻率處操作。
7.如權利要求I所述的系統，進一步包含耦合在所述電源和所述第一線圈之間的高頻逆變器或者線性放大器。
8.如權利要求I所述的系統，其中，所述場聚焦元件包含至少一個諧振器。
9.如權利要求8所述的系統，其中，所述至少一個諧振器部署在以下至少一個之內電介質、磁介質或者磁電機電介質。
10.如權利要求8所述的系統，其中，所述至少一個諧振器包含的多個諧振器具有帶不同諧振頻率的多個諧振器中的至少兩個。
11.如權利要求8所述的系統，其中，所述一個諧振器具有兩個不同諧振頻率。
12.如權利要求11所述的系統，其中，配置所述不同諧振頻率以實現功率和數據信號的傳輸。
13.如權利要求8所述的系統，其中，配置所述至少一個諧振器以聚焦以下至少一個電場、磁場或者電磁場。
14.一種用于對部署在便攜式圖像檢測器內的可再充電電池進行非接觸充電的方法，包含 通過耦合到電源的第一線圈生成磁場； 通過場聚焦元件將所述磁場聚焦到第二線圈； 通過所述磁場將來自所述第一線圈的功率傳輸到所述第二線圈；以及 將來自所述第二線圈的功率傳送到部署在所述便攜式圖像檢測器內的所述可再充電電池。
15.如權利要求14所述的方法，其中，從所述第一線圈到所述第二線圈傳輸所述功率包含傳輸大約I瓦到大約100瓦范圍內的所述功率。
16.如權利要求14所述的方法，進一步包含通過在大于或者等于I兆赫的頻率處操作的場聚焦元件來聚焦所述磁場。
17.如權利要求14所述的方法，進一步包含獲得關于所述便攜式圖像檢測器的數據信號、所述可再充電電池的充電狀態，或者獲得兩者，以及傳輸所述數據信號到位于所述便攜式圖像檢測器外部的處理器。
18.如權利要求17所述的方法，其中，所述數據信號的所述傳輸進一步包含在不同諧振頻率下將所述功率傳輸到所述可再充電電池以及傳輸來自所述便攜式圖像檢測器的所述數據信號。
19.如權利要求17所述的方法，進一步包含使用所述數據信號來控制由所述第一線圈生成的所述磁場。
20.如權利要求14所述的方法，進一步包含獲得關于所述便攜式圖像檢測器的數據信號、所述可再充電電池的充電狀態，或者獲得兩者，以及使用所述數據信號來控制從所述第二線圈傳送到所述可再充電電池的所述功率。
全文摘要
本發明名稱為“用于便攜式圖像檢測器中非接觸功率傳輸的系統和方法”。提供了用于便攜式圖像檢測器中非接觸功率傳輸的系統和方法，其用于對部署在便攜式圖像檢測器內的可再充電電池充電。系統包括可耦合到電源的第一線圈，其中配置第一線圈以生成磁場。系統進一步包括耦合到部署在便攜式圖像檢測器內的可再充電電池的第二線圈，其配置成通過磁場接收來自第一線圈的功率并且將功率傳輸到可再充電電池。系統還包括部署在第一線圈和第二線圈之間的場聚焦元件，其配置為自諧振線圈，自諧振線圈擁有駐波電流分布以聚焦磁場到第二線圈上并增強第一線圈和第二線圈之間的耦合。
文檔編號H02J17/00GK102810898SQ20121017008
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月29日 優先權日2011年5月31日
發明者A.K.博霍里, S.M.N.巴特, S.拉馬錢德拉帕尼克, J.N.斯羅特尼克 申請人:通用電氣公司