CN110957103B

CN110957103B - 生物体刺激用磁场产生装置

Info

Publication number: CN110957103B
Application number: CN201910642365.7A
Authority: CN
Inventors: 川原井贡
Original assignee: Sumida Group Co ltd
Current assignee: Sumida Group Co ltd
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2022-12-30
Anticipated expiration: 2039-07-16
Also published as: EP3628369B1; CN110957103A; JP2020048985A; EP3628369A1; US11224756B2; US20200101309A1

Abstract

本发明提供的生物体刺激用磁场产生装置，能够对生物体深部的对象部位施加高磁场；该生物体刺激用磁场产生装置，具备：具有间隙部(G)的C环状的磁芯(2)和卷绕在磁芯(2)上的线圈(3)；磁芯(2)具有位于间隙部(G)的两侧且朝向相互靠近的方向延伸并对置的一对对置延伸部(2c)、以及分别并排设置于一对对置延伸部(2c)的外侧的一对对边部(2b)；线圈(3)分别卷绕在一对对边部(2b)上。

Description

生物体刺激用磁场产生装置

技术领域

本发明涉及生物体刺激用磁场产生装置。

背景技术

作为认知症改善等用途的医疗用的康复仪器，市场上流通有对生物体内部施加强磁场的交流的磁场产生装置。

在这些磁场产生装置中，对电容器进行充电，经由半导体开关对串联连接的线圈放电，以LC谐振的频率使脉冲状的电流流通于线圈中，由此产生交变磁场(也称为交变磁界)。而且，需要一种即使在电流流通于线圈中时产生焦耳热的情况下，也能够稳定地连续工作的装置。

例如，在专利文献1中，作为抑制由线圈的焦耳热引起的发热的技术，公开有具有绕线的卷径逐渐变小的磁通压缩部的磁刺激装置。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本公报、特开平8-52231号

另外，在使用空心线圈的磁场产生装置中，最大磁场产生于构成线圈的导线附近，另外，在使用磁性体磁芯的磁场产生装置中，最大磁场产生于磁芯端部附近，且随着从磁场形成部离开，磁场急剧地降低。

另一方面，施加磁场的对象部位，在经颅骨的磁刺激中为颅骨的内部，是从抵接在头部上的磁场产生装置距离约10㎜以上的深部。另外，在四肢康复用磁刺激中，肌肉组织位于皮肤下面数㎜以上的深部位置。

因此，为了对生物体实现由磁刺激带来的效果，需要能够在从磁场形成部距离约10㎜左右的位置处施加高磁场。

发明内容

本发明是鉴于如上所述的课题而完成的，其目的在于提供一种：即使在为了抑制线圈的发热而供给低电力的条件下，也能够对生物体深部的对象部位施加高磁场的生物体刺激用磁场产生装置。

根据本发明，提供一种生物体刺激用磁场产生装置，该生物体刺激用磁场产生装置具有如下特征。

本发明的生物体刺激用磁场产生装置，具备：具有间隙部的C环状的磁芯和卷绕在该磁芯上的线圈；上述磁芯具有位于上述间隙部的两侧且朝向相互靠近的方向延伸并对置的一对对置延伸部、以及分别并排设置于一对上述对置延伸部的外侧的一对对边部；上述线圈分别卷绕在一对上述对边部上。

(发明效果)

根据本发明，能够提供一种：即使在为了抑制线圈的发热而供给低电力的条件下，也能够对生物体深部的对象部位施加高磁场的生物体刺激用磁场产生装置。

附图说明

图1是本发明实施方式涉及的磁场形成部的上侧立体图。

图2是对磁场产生装置的构成进行说明的说明图。

图3是磁场形成部的主视图，且是对磁通密度的评价位置进行说明的说明图。

图4是磁场形成部的仰视图。

图5是表示比较例的磁场形成部的上侧立体图。

图6是表示变形例的磁场形成部的主视图。

(符号说明)

1…磁场产生装置(生物体刺激用磁场产生装置)

2…磁芯

2a…连接部

2b…对边部

2c…对置延伸部

2d…内侧面

3…线圈

3a…下端部

3b…上端部

3X…螺旋部

3Xa…侧面

3Y…连接部

4…直流电源

5…半导体开关

6…调整电阻

7…电容器

8…半导体开关

9…调整电阻

13…线圈

22…磁芯

22c…对置延伸部

22d…内侧面

C1…第一电路

C2…第二电路

G…间隙部

M、M1、M2…磁场形成部

P…评价位置

W…内侧边缘间的距离

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

需要说明的是，以下所说明的实施方式仅为易于理解本发明的一例，本发明并不限于此。即，以下所说明的部件的形状、尺寸、配置等，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行变更或改良，其等效部件当然也包含于本发明的保护范围中。

另外，在所有附图中，对相同的构成元件赋予相同的符号，并适当地省略其重复说明。另外，在本发明说明书中有时规定上下方向进行说明，该上下方向是为了便于说明构成元件之间的相对关系而设定的，其并不限定本发明涉及的产品的制造时或使用时的方向。

＜＜概要＞＞

首先，主要参照图1和图2对本实施方式涉及的磁场产生装置(生物体刺激用磁场产生装置)1所具备的磁场形成部M的概要进行说明。图1是本发明实施方式涉及的磁场形成部M的上侧立体图，图2是对磁场产生装置1的构成进行说明的说明图。

本发明实施方式涉及的生物体刺激用磁场产生装置(磁场产生装置1)具备：具有间隙部G的C环状的磁芯2和卷绕在磁芯2上的线圈3。

磁芯2具有：位于间隙部G的两侧且朝向相互靠近的方向延伸并对置的一对对置延伸部2c、以及分别并排设置于一对对置延伸部2c的外侧的一对对边部2b。

线圈3的特征在于，分别卷绕在一对对边部2b上。

根据上述构成，线圈3分别卷绕在一对对边部2b上，由此，从线圈3朝向间隙部G的外侧方向产生的磁通叠加在从对置延伸部2c产生的磁通。由此，能够使从磁芯2和线圈3产生的磁通分布朝向间隙部G的外侧扩展，因此，即使在为了抑制线圈3的发热而供给低电力的条件下，也能够提高生物体深部的位置(距离10㎜左右的位置)处的磁通密度。

另外，上述“C环状”并不是指作为整体呈圆弧状或者U字状，而是指：如上所述，具有一对对置延伸部2c和一对对边部2b，且包含一对对置延伸部2c和一对对边部2b交叉连接的部位的形状。

另外，上述“朝向相互靠近的方向延伸”，除了在同一直线上延伸并靠近的情况之外，还包括沿延长线交叉的方向倾斜并延伸的情况。

另外，上述“对置”是指并未朝向相反侧，上述“对置”除了平行的面彼此面对面的情况之外，还包括倾斜地相对的情况。

另外，上述“并排设置”是指以C环状的磁芯2的间隙部G为中心设置于两侧的情况，上述“并排设置”除了平行地且呈直线状地设置的情况之外，还包括倾斜地且呈直线状地设置的情况或者弯曲设置的情况。而且，一对对边部2b还包括例如通过弯曲形成，未形成交界部位而一体形成的情况。

另外，在以下所说明的实施方式中，作为“间隙部”示出气隙(air gap)的例子，但是，也可以利用导磁率低于磁芯2的树脂材料等构成间隙部。

(整体构成)

主要参照图2对本实施方式涉及的生物体刺激用磁场产生装置(磁场产生装置1)的构成进行说明。磁场产生装置1构成为包括：与直流电源4连接的第一电路C1、以及与磁场形成部M连接的第二电路C2。

第一电路C1与直流电源4、与直流电源4连接且对电路内通电的接通(ON)和断开(OFF)进行切换的半导体开关5、调整充电电流大小的调整电阻6、以及充电用的电容器7连接。

第二电路C2是LC电路，其与电容器7、与电容器7连接且对电路内通电的接通和断开进行切换的半导体开关8、以及对供给至磁场形成部M的电流大小进行调整的调整电阻9连接。

磁场产生装置1的工作方法如下。首先，使半导体开关5接通，利用第一电路C1将电容器7充电至规定电压。当对于电容器7的充电结束时，使半导体开关5断开。

接着，使半导体开关8接通，将充电至电容器7的电气放电至磁场形成部M的线圈3。

使LC谐振电流反复流通于第二电路C2，从线圈3(磁场形成部M)发射磁场。另外，半导体开关5、8通过未图示的控制电路被控制。

(关于磁芯)

如图1和图3中所示，磁芯2是将从线圈3产生的磁通引向间隙部G，在间隙部G中产生磁通的构件。

图3是磁场形成部M的主视图，且是对磁通密度的评价位置P进行说明的说明图，图4是磁场形成部M的仰视图。

本实施方式涉及的磁芯2是由层叠的电磁钢板构成。在图3中，磁芯2由沿上下方向平行地延伸的一对对边部2b、从一对对边部2b的上端部朝向横向中的相互靠近的方向延伸的一对对置延伸部2c、以及连接一对对边部2b的下端部彼此的连接部2a构成。即，一对对置延伸部2c是从沿上下方向延伸的一对对边部2b的上端部朝向与其垂直的横向延伸。另外，一对对置延伸部2c之间设有间隙部G。

作为磁芯2的外形的一例，在图3的主视图中形成为长60㎜、宽50㎜，磁芯2的构成部位的剖面的宽度及厚度为10㎜。该磁芯2的磁路长度为例如180㎜。

(关于线圈)

作为一对线圈3的一例，是由具有高2㎜宽14㎜的剖面的扁平线且被绝缘外皮包覆的铜线形成的沿边卷绕线圈(edge wise coil)，一对线圈3沿着磁路的闭环方向相同的绕线方向，如图1和图3中所示那样，分别卷绕在磁芯2的对边部2b上。关于线圈3对于一对对边部2b的卷绕，作为其一例，在各个对边部2b上分别卷绕6匝，一对对边部2b上共卷绕12匝。具体而言，线圈3中的间隙部G侧的端部(上端部3b)卷绕在对边部2b上。换而言之，意味着上端部3b并未卷绕在对置延伸部2c的位置上。

如图1等所示，本实施方式涉及的上端部3b并未卷绕在对边部2b中的与对置延伸部2c连接的部位即弯曲的拐角部上。但是，也可以构成为：上端部3b卷绕在该拐角部上之后，使线圈3结束卷绕。

根据上述构成，通过从卷绕在对边部2b上的线圈3的上端部3b产生的磁通，能够提高磁芯2的间隙部G外侧的磁通密度。

另外，线圈3并不限定于仅卷绕在对边部2b上，也可以构成为：线圈3不仅卷绕在对边部2b上，还卷绕在连接部2a以及/或者对置延伸部2c上。

尤其是，本实施方式涉及的线圈3中的间隙部G侧的端部(上端部3b)是靠近对置延伸部2c的内侧面2d而配置。

在此，“靠近”是指：隔开线圈3的绕线的一匝间距以内的距离。

根据上述构成，线圈3的上端部3b靠近间隙部G而配置，此时，由于边缘效应(fringing effect)，磁通欲从间隙部G流向内侧的线圈3侧，但是其欲流入的空间被线圈3的上端部3b填补。因此，通过上端部3b，由对置延伸部2c产生的磁通被引导为流向磁芯2的间隙部G的外侧。

更加具体而言，能够通过从线圈3的上端部3b产生的磁通，将由对置延伸部2c产生的磁通引导为推升至磁芯2的间隙部G的外侧。其结果是，能够进一步提高从磁芯2的间隙部G向外侧分离的位置(想施加磁场的生物体的深部)处的磁通密度，由此，能够以更低的电力施加与现有技术相同的磁场。

进而，优选线圈3的上端部3b和内侧面2d紧密贴紧。

根据这种构成，通过使线圈3的上端部3b抵接在内侧面2d上，能够容易对线圈3进行定位，且由于通过内侧面2d限制了线圈3的移动，因此，能够容易保持该位置。

线圈3具有至少两个螺旋部3X，在两个螺旋部3X分别卷绕在一对对边部2b上的状态下，位于与间隙部G对置的位置处的两个螺旋部3X的侧面3Xa相互紧密贴紧。

在此，“螺旋部3X的侧面3Xa紧密贴紧”，并不限于构成两个螺旋部3X的各个金属线(绕线)彼此之间完全紧密贴紧的情况，还包括金属线宽度(绕线宽度)中的至少一部分紧密贴紧的情况。

根据上述构成，线圈3中的两个螺旋部3X的侧面3Xa紧密贴紧，由此能够抑制从对置延伸部2c生成且从间隙部G通过的磁通漏向线圈3侧。

另外，关于线圈3，优选由扁平线构成，此时，两个螺旋部3X的侧面3Xa呈面接触，因此容易紧密贴紧，但是，本发明并不限于这种构成，线圈3也可以由利兹线等的剖面呈圆形的绞线构成。

两个螺旋部3X在图4所示的下端部3a中通过连接部3Y连接，该连接部3Y是以将一侧的螺旋部3X的正面部和另一侧的螺旋部3X的背面部连接的方式倾斜地且呈直线状地延伸。

如此，由两个螺旋部3X和连接这两个螺旋部3X的连接部3Y构成的线圈3，在图4的仰视图中形成为8字状。如此，通过两个螺旋部3X利用连接部3Y连接，两个螺旋部3X是沿着磁路的闭环方向相同的绕线方向被卷绕。

根据这种构成，线圈3构成为在两个螺旋部3X中磁路的闭环方向为同一方向，因此，容易集中磁通，从而具有良好的散热性。

另外，两个螺旋部3X并不限定于通过连接部3Y连接，也可以构成为：两个螺旋部3X分别独立地卷绕在磁芯2上，且具备分开独立的输入端和输出端。

如上所述，优选构成为两个螺旋部3X通过连接部3Y连接且从底面观察时形成为8字状、或者两个螺旋部3X分开独立地形成，此时，容易使两个螺旋部3X的侧面3Xa紧密贴紧。但是，本发明并不限定于这种构成。

例如，也可以构成为：在将原来构成为一个的螺旋状的线圈配置于连接部2a上之后，从中央分成两部分，以分别分配给一对对边部2b。当并不是由沿边卷绕线圈构成，而是由容易变形且具有各向同性的利兹线构成的线圈时，适合采用这样的构成。

(关于间隙部)

接下来，参照图3、图5及表1，对评价位置P中的间隙部G的长度和磁通密度之间的关系、以及线圈3、13的卷绕位置和磁通密度之间的关系进行说明，其中，图3中示出实施例的磁场形成部M。图5是表示比较例的磁场形成部M1的上侧立体图。

另外，评价位置P是指：假想为产生交变磁场的生物体深部位置的位置，且是从磁芯2的间隙部G的外周部距离10㎜的位置。

在本实施例和比较例中，使用间隙部G的宽度范围为最大30㎜至最小2㎜的各种不同的磁芯2，对由图1中所示的线圈3构成的磁场形成部M和由图5中所示的线圈13构成的磁场形成部M1进行了比较。

如上述中所说明，实施例的线圈3，由具有高2㎜宽14㎜的剖面的被绝缘外皮包覆的铜线构成，其被卷绕为：在各个对边部2b上分别卷绕6匝，一对对边部2b上共卷绕12匝，且其一部分与间隙部G对置。

比较例的磁场形成部M1具备卷绕在磁芯2的连接部2a上的线圈13。

比较例的线圈13，由具有高6㎜宽4.7㎜的剖面的被绝缘外皮包覆的铜线构成，其被卷绕为：内层和外层上分别卷绕6匝，内外两层共卷绕12匝，且被卷绕在磁芯2的连接部2a上。

在各个磁场形成部M、M1中，磁芯2的间隙部G的长度不同，因此，即使卷绕相同匝数的线圈3、13，其电感值也不同。

因此，在具有任意一个磁芯2的磁场形成部M、M1中，均需要得到相同脉冲状的交变电流。关于脉冲宽度(频率)，以使LC谐振频率(本实施方式中为2KHz)相同的方式，适当地调整了串联连接的电容器7的容量。脉冲宽度为0.5msec。

另外，流通于线圈3、13中的峰值电流(本实施方式中为300A)，是通过对电容器7充电时的充电电压、以及串联插入线圈3、13和电容器7之间的调整电阻9进行了调整。

将实施例的结果表示于下表中。关于磁通密度，以比较例1的评价位置P的磁通密度为基准，示出其他比较例和实施例的值。本实施方式涉及的磁路长度为如上所述的180㎜，磁芯2的一对对边部2b的相对置内侧边缘间的距离即内侧边缘间距离W为30㎜。

【表1】

＜关于间隙部G的长度和磁通密度之间的关系＞

由该结果可知，通过使相对于内侧边缘间距离W的间隙部G的长度之比为6.7％以上且100％以下，且如实施例1～7那样形成为使线圈3靠近磁芯2的内侧面2d，由此大幅改善了评价位置P中的磁通密度。

换而言之，通过使相对于磁路长度的间隙部G的长度之比为1.1％以上且16.7％以下，且如实施例1～7那样形成为使线圈3靠近磁芯2的内侧面2d，由此大幅改善了评价位置P中的磁通密度。

当使相对于内侧边缘间距离W的间隙部G的长度之比为6.7％以上(相对于磁路长度的间隙部G的长度之比为1.1％以上)时，间隙不会变得过窄，磁通被有效地引导至间隙部G的外侧，因此，能够提高评价位置P的磁通密度。

另外，当使相对于磁路长度的间隙部G的长度之比为16.7％以下时，间隙不会变得过大且所产生的磁通也不少，因此，能够提高评价位置P的磁通密度。

尤其是，优选使间隙部G的长度相对于一对对边部2b的内侧边缘间距离W为10％以上且小于90％。换而言之，在本实施方式涉及的磁芯2中，优选间隙部G的长度相对于磁路长度为2％以上且小于15％。

如此，通过使间隙部G的长度相对于一对对边部2b的内侧边缘间距离W为10％以上且小于90％，能够有效地提高评价位置P(生物体内部组织的位置)中的磁通密度。

例如，在一对对边部弯曲或者倾斜的构成中，该内侧边缘间距离W是一对对边部的内侧边缘之间中的、分别与一对对置延伸部2c连接的连接部位(上端部)中的内侧边缘间的距离。

在上述实施方式中，以仅使线圈3的下端部3a形成为8字状的情况为例进行了说明，但本发明并不限定于这种构成。例如，也可以构成为：线圈3作为整体形成为具有两个孔的8字状，一对对边部2b分别插通于该两个孔内。

根据上述构成，通过形成为8字状，与螺旋状(环状)的构件排列有两个的情况相比，能够在间隙部G的内侧交叉延伸，由此能够抑制从间隙部G通过的磁通漏向线圈3侧。

＜变形例＞

在上述实施方式中，以一对对置延伸部2c从一对对边部2b的上端部朝向与其垂直的方向延伸的情况为例进行了说明。而且，以线圈3靠近对置延伸部2c的内侧面2d而配置的情况为例进行了说明。

根据这种构成，能够通过靠近对置延伸部2c的内侧面2d而配置的线圈3的上端部3b来抑制从对置延伸部2c产生的磁通相比间隙部G更加朝向内侧流动。但是，本发明并不限定于这种构成。

接下来，参照图6对变形例涉及的磁场形成部M2进行说明。图6是表示变形例的磁场形成部M2的主视图。

构成磁场形成部M2的磁芯22具有以从一对对边部2b的上端部朝向上方倾斜且相互靠近的方式延伸的对置延伸部22c。

线圈3固定于对边部2b的上端部，在对置延伸部22c的内侧面22d和线圈3之间设有间隙。

即使是这种构成，通过对置延伸部22c朝向上方倾斜，能够使从对置延伸部22c产生的磁通朝向对置延伸部22c的外侧(上方)流动，由此，也能够提高生物体深部位置处的磁通密度。进而，线圈3的上端部3b朝向上方，因此，能够通过从线圈3的上端部3b产生的磁通，防止从对置延伸部22c产生的磁通流向磁芯22的内侧。

上述各实施方式，包含以下技术思想中的任意一种。

(1)一种生物体刺激用磁场产生装置，其具有如下特征。

该生物体刺激用磁场产生装置，具备：具有间隙部的C环状的磁芯和卷绕在该磁芯上的线圈；上述磁芯具有位于上述间隙部的两侧且朝向相互靠近的方向延伸并对置的一对对置延伸部、以及分别并排设置于该一对对置延伸部的外侧的一对对边部；上述线圈分别卷绕在一对上述对边部上。

(2)在上述(1)中所述的生物体刺激用磁场产生装置中，上述线圈中的上述间隙部侧的端部卷绕在上述对边部上。

(3)在上述(2)中所述的生物体刺激用磁场产生装置中，上述线圈中的上述间隙部侧的端部靠近上述对置延伸部的内侧面而配置。

(4)在上述(3)中所述的生物体刺激用磁场产生装置中，上述线圈具有至少两个螺旋部；在两个上述螺旋部分别卷绕在一对上述对边部上的状态下，位于与上述间隙部对置的位置处的两个上述螺旋部的侧面紧密贴紧。

(5)在上述(3)中所述的生物体刺激用磁场产生装置中，上述线圈形成为具有两个孔的8字状，一对上述对边部分别插通于两个上述孔内。

(6)在上述(1)～(5)中任意一项所述的生物体刺激用磁场产生装置中，上述间隙部的长度相对于一对上述对边部的内侧边缘间的距离为10％以上且小于90％。

Claims

1.一种生物体刺激用磁场产生装置，其特征在于，

具备：具有间隙部的C环状的磁芯和卷绕在所述磁芯上的线圈；

所述磁芯具有位于所述间隙部的两侧且朝向相互靠近的方向延伸并对置的一对对置延伸部、以及以所述间隙部为中心设置于两侧且分别与一对所述对置延伸部交叉连接的一对对边部；

所述线圈分别卷绕在一对所述对边部上；

所述线圈中的所述间隙部侧的上端部卷绕在所述对边部上，并且，

所述线圈中的所述间隙部侧的上端部，以所述线圈的绕线的一匝间距以内的距离靠近所述对置延伸部的下侧面而配置。

2.如权利要求1所述的生物体刺激用磁场产生装置，其特征在于，

所述线圈具有至少两个螺旋部，

在两个所述螺旋部分别卷绕在一对所述对边部上的状态下，位于与所述间隙部对置且所述间隙部的下方的位置处的两个所述螺旋部的侧面紧密贴紧。

3.如权利要求1所述的生物体刺激用磁场产生装置，其特征在于，

所述线圈形成为具有两个孔的8字状，一对所述对边部分别插通于两个所述孔内。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的生物体刺激用磁场产生装置，其特征在于，

所述间隙部的长度相对于一对所述对边部的内侧边缘间的距离为10％以上且小于90％。