CN103028193A - 经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置，设置在刺激线圈结构上，该半导体冷却装置包括半导体制冷片及外散热器，半导体制冷片具有冷端和与冷端串联的热端，冷端和热端分别设置在壳体的内外侧，冷端朝向需要制冷的刺激线圈端，并通过翼状的散热片与刺激线圈结构内的冷却液接触，热端与外散热器紧密连接；冷端从刺激线圈端吸收的热量，通过热端传递给外散热器由散热风扇强制向外散热。本发明利用具有热电能量转换特性的半导体制冷片，在通电时主动吸收刺激线圈工作时产生的大量热量，提高了刺激线圈的散热效果，且体积小、重量轻、无污染、低噪音，低造价、温度控制方便等，从而使刺激线圈的工作时间延长，达到长时间刺激的目的。

Description

经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置

技术领域

本发明涉及经颅磁刺激技术领域，尤其涉及一种经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置。

背景技术

经颅磁刺激（Transcranial magnetic stimulation，TMS）是一种脉冲磁场经过颅骨，在颅内诱发感应电流对大脑皮层的一种刺激方法，具有无痛、无损伤、操作简便、安全可靠等优点，得到临床广泛应用。所谓“经颅”是说明磁信号可以无衰减地透过颅骨而刺激到大脑皮质，实际应用中并不局限于颅内神经的刺激，外周神经肌肉同样可以刺激，所以统称为“磁刺激”。

磁刺激是一种物理刺激形式，它是利用线圈中的时变电流，产生高强度时变脉冲磁场，时变脉冲磁场的磁力线在颅内受到导电组织的切割，产生感应电场和感应电流，感应电流使可兴奋的神经细胞受到刺激产生去极化（兴奋）。

目前常用磁刺激的方法是通过电容器储存电能，再通过电子开关向刺激线圈放电，脉冲大电流通过线圈时形成强脉冲磁场，线圈周围的导体切割磁场而产生感应电流，从而达到刺激的目的。由于要获得强磁场，需要对线圈施加一几百伏甚至几千伏的高压脉冲，且线圈的电阻要尽量小，大致为千分之几欧姆，线圈放电时在线圈上产生数千至上万安培的瞬时大电流，将使线圈发热，若连续放电，将会使线圈的温度不断上升，严重时可灼伤病人，由此限制了临床治疗需要长时间刺激的时间，缩小了临床应用范围。此外，温度过高还会影响线圈的性能，降低线圈的绝缘强度，甚至损坏刺激线圈。因此线圈的散热是磁刺激系统的一个关键问题。

目前，刺激线圈的散热一般采用的冷却方式有：轴流风扇冷却和液循环冷却两种。风扇冷却是将发热的线圈用风扇直接对着吹风，风扇通过增加空气对流将热量吹走，但是风扇散热会带入大量的灰尘到刺激线圈，灰尘的堆积会形成绝热层，使得刺激线圈的散热效果差，同时会破坏线圈的绝缘强度。

液体冷却方式把冷却液体作为导热散热的介质，通过循环泵，将由水箱的液体经过刺激线圈、散热器和风吹散热器使循环液体冷却达到线圈散热，其散热效果较好，但是线圈与液体之间的绝缘容易出现问题，存在潜在的线圈短路、漏电、酿成严重医疗事故的风险，并且液体循环散热系统需要动力水泵，水箱、散热器、风扇，其噪音大，系统复杂，造价昂贵。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种结构简单、安全高效的经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置，以克服现有的风冷与液体冷却的缺陷。

为了达到上述目的，本发明提出一种经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置，设置在刺激线圈结构上，所述刺激线圈结构包括壳体、倒U型的磁芯及两刺激线圈，所述磁芯的两端分别插入两刺激线圈的中心孔内；该半导体冷却装置包括：半导体制冷片及外散热器，所述半导体制冷片具有冷端和与所述冷端串联的热端，所述冷端和热端分别设置在所述壳体的内外侧，冷端朝向需要制冷的刺激线圈端，热端与所述外散热器紧密连接；冷端从所述刺激线圈端吸收的热量，通过热端传递给所述外散热器向外散出。

优选地，该经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置还包括位于所述壳体内的翼状的内散热片，所述内散热片为导热非磁性材料；所述冷端通过所述翼状的内散热片跨在所述刺激线圈及磁芯的上方。

优选地，所述冷端通过导热硅脂紧密接触所述内散热器表面。

优选地，所述壳体内于所述半导体制冷片的冷端与磁芯之间的空腔内设有冷却液。

优选地，所述冷却液至少为惰性液体或高压绝缘油。

优选地，该经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置还包括用于检测及控制所述半导体制冷片的工作电流的恒温调节装置，当刺激线圈的温度升高时，所述恒温调节装置增加所述半导体制冷片的工作电流；当刺激线圈的温度降低时，所述恒温调节装置减少所述半导体制冷片的工作电流。

优选地，所述恒温调节装置还用于当所述刺激线圈的温度超过额定值时，输出报警信号。

优选地，所述恒温调节装置包括温度传感器和反馈控制电路，所述温度传感器与所述刺激线圈接触，用于检测该刺激线圈的温度；所述反馈控制电路与所述温度传感器及所述半导体制冷片的供电电路连接，用于根据所述温度传感器的检测结果调节所述半导体制冷片的工作电流。

优选地，所述外散热器内设置有散热风扇。

本发明提出的一种经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置，与传统的对发热电子元器件散热的风扇、散热片、热管等被动散热方式相比，利用具有热电能量转换特性的半导体制冷片，在通电时具有制冷功能，主动吸收刺激线圈工作时产生的大量热量，从而提高了刺激线圈的散热效果，而且体积小、重量轻、无污染、低噪音，低造价、温度控制方便等，从而使刺激线圈的工作时间延长，达到长时间刺激的目的。

附图说明

图1 是本发明经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置与刺激线圈装配后的立体结构示意图；

图2是本发明图1的主视图（未带刺激线圈手柄）；

图3是图2中A-A方向剖视图（带刺激线圈手柄）；

图4是图2中B-B方向剖视图（带刺激线圈手柄）。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参照图1至图4所示，本发明较佳实施例提出一种经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置，设置在刺激线圈结构上，所述刺激线圈结构包括壳体10、倒U型的磁芯5及两刺激线圈6，壳体10上设置有刺激线圈手柄8，两刺激线圈6左右排列，磁芯5位于两刺激线圈6的上方，且磁芯5的两端分别插入两刺激线圈6的中心孔内。

本实施例中，半导体冷却装置包括：半导体制冷片1及外散热器3，外散热器3内设置有散热风扇2；所述半导体制冷片1具有冷端和与所述冷端串联的热端，所述冷端和热端分别设置在所述壳体10的内外侧，冷端朝向需要制冷的刺激线圈6端，热端与所述外散热器3紧密连接；冷端从所述刺激线圈6端吸收的热量，通过热端传递给所述外散热器3向外散出。

具体安装时，半导体制冷片1通过翼状的内散热片9跨在刺激线圈6及磁芯5的上方，半导体制冷片1是通过翼状的内散热片9导热，起传导线圈热量的作用。半导体制冷片1的热端向外，紧密接触外散热器3；半导体制冷片1的冷端通过导热硅脂紧密接触所述内散热片9表面。

该翼状的内散热片9位于刺激线圈6结构的壳体10内，所述内散热片9为导热良好的非磁性材料，比如铜铝等材料。同时，在所述壳体10内于所述半导体制冷片1和内散热片9与磁芯5之间的空腔内设有冷却液4，内散热片9位于磁芯5和冷却液4两边，起增加导热的作用，以增加半导体制冷片1的吸热和散热效果。

上述冷却液4可以采用惰性液体或高压绝缘油，或者其他导热绝缘液体；该冷却液4在密封的刺激线圈6的壳体10内不挥发、不膨胀、也不会对刺激线圈6的绝缘产生影响，从而消除了潜在的不安全隐患。

上述铜铝等材料制成的内散热片9还可以增加与刺激线圈6的壳体10内部导热冷却液4的接触面积，增加导热效果。

本实施例半导体制冷片1具体采用一串联的PN结半导体制冷片1，该半导体制冷片1是以碲化铋为基体的三元固溶体合金。

本实施例通过半导体制冷片1进行散热的工作原理为：

半导体制冷片1在通过一定方向的直流电时形成热端与冷端，冷热两端会产生温差，且温差随电流的增大而增加，一般可产生60度左右的温差。刺激线圈6内部产生的热量可通过惰性导热液体或高压绝缘油等冷却液4在刺激线圈6的壳体10内部冷热对流，自然循环，均匀散热。刺激线圈6壳体10外安装的外散热器3则可通过空气对流、辐射、传导等各种方式向外散热。

具体地，半导体制冷片1的热端即P型半导体连接刺激线圈6的壳体10外的外散热器3，而冷端即N型半导体与P型半导体串联，形成一个热电偶对，当给电偶对通以直流电流时，就会有能量的转移，电流由N型半导体流向P型半导体的接头时吸收热量，由P型半导体流向N型半导体接头时释放热量，所以将需要冷却的刺激线圈6放到本装置的冷端，便可以将其热量带走，半导体制冷片1的工作电流越大，则制冷效果越好。

此外，为了保证半导体制冷片1正常工作，达到更好的散热效果，还可以在刺激线圈结构中置入温度传感器来检测刺激线圈6的工作电流，在允许的工作温度内（比如小于43度）对刺激线圈6的工作电流做恒温调节。

具体地，在本实施例装置中，还可以设置用于检测及控制所述半导体制冷片1的工作电流的恒温调节装置，当刺激线圈6的温度升高时，所述恒温调节装置增加所述半导体制冷片1的工作电流；当刺激线圈6的温度降低时，所述恒温调节装置减少所述半导体制冷片1的工作电流；此外，当所述刺激线圈6的温度超过额定值（比如超过43度）时，所述恒温调节装置输出报警信号，停止刺激线圈6输出。

该恒温调节装置可以包括上述温度传感器（图中未示出），以及反馈控制电路，所述温度传感器与所述刺激线圈6接触，用于检测该刺激线圈6的温度；所述反馈控制电路与所述温度传感器及所述半导体制冷片1的供电电路连接，用于根据所述温度传感器的检测结果调节所述半导体制冷片1的工作电流。

本实施例中半导体制冷片1可采用市场上的成熟产品，在对刺激线圈6内部散热时，可方便的使用恒温调节装置，在刺激线圈6内部安置温度传感器，当刺激线圈6内温度升高时，增加半导体制冷片1的工作电流，当刺激线圈6内温度降低时，可减小半导体制冷片1的工作电流，当刺激线圈6内温度超过额定值时，还可以起到高温报警，停止刺激线圈6输出的作用。

本发明实施例中，半导体液体制冷装置与传统的风扇与液体循环散热方式相比，利用具有热电能量转换特性的半导体材料，在通电时具有制冷功能，能够主动吸收电子元器件工作时产生的大量热量，并且，在N型半导体一端装液态冷却油，能加快散热过程，散热效果更好，而且噪音小，无污染，体积小，造价低、消除了不安全隐患，使用方便，从而使刺激线圈6的工作时间延长，达到安全、长时间刺激的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置，设置在刺激线圈结构上，所述刺激线圈结构包括壳体、倒U型的磁芯及两刺激线圈，所述磁芯的两端分别插入两刺激线圈的中心孔内；其特征在于，该半导体冷却装置包括：半导体制冷片及外散热器，所述半导体制冷片具有冷端和与所述冷端串联的热端，所述冷端和热端分别设置在所述壳体的内外侧，冷端朝向需要制冷的刺激线圈端，热端与所述外散热器紧密连接；冷端从所述刺激线圈端吸收的热量，通过热端传递给所述外散热器向外散出。

2.根据权利要求1所述的经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置，其特征在于，还包括位于所述壳体内的翼状的内散热片，所述内散热片为导热非磁性材料；所述冷端通过所述翼状的内散热片跨在所述刺激线圈及磁芯的上方。

3.根据权利要求2所述的经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置，其特征在于，所述冷端通过导热硅脂紧密接触所述内散热片表面。

4.根据权利要求3所述的经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置，其特征在于，所述壳体内于所述半导体制冷片的冷端与磁芯之间的空腔内设有冷却液。

5.根据权利要求4所述的经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置，其特征在于，所述冷却液至少为惰性液体或高压绝缘油。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置，其特征在于，还包括用于检测及控制所述半导体制冷片的工作电流的恒温调节装置，当刺激线圈的温度升高时，所述恒温调节装置增加所述半导体制冷片的工作电流；当刺激线圈的温度降低时，所述恒温调节装置减少所述半导体制冷片的工作电流。

7.根据权利要求6所述的经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置，其特征在于，所述恒温调节装置还用于当所述刺激线圈的温度超过额定值时，输出报警信号。

8.根据权利要求6所述的经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置，其特征在于，所述恒温调节装置包括温度传感器和反馈控制电路，所述温度传感器与所述刺激线圈接触，用于检测该刺激线圈的温度；所述反馈控制电路与所述温度传感器及所述半导体制冷片的供电电路连接，用于根据所述温度传感器的检测结果调节所述半导体制冷片的工作电流。

9.根据权利要求1所述的经颅磁刺激线圈的半导体冷却装置，其特征在于，所述外散热器内设置有散热风扇。

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