CN106492351B - 一种交变永磁磁场的睡眠治疗仪及其运行方法 - Google Patents

一种交变永磁磁场的睡眠治疗仪及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种交变永磁磁场的睡眠治疗仪及其运行方法；包括左右两组对称、且结构相同的磁体组件；这两个磁体组件通过弧形连接件连接；每一组磁体组件均包括：一个大永磁体和两个小永磁体，两个小永磁体分别通过旋转托架放置在大永磁体的上下两端，两个小永磁体与大永磁体之间预留有间隙；在两个小永磁体的左右两侧对称固定有软磁导磁体；大永磁体的内外分别设置有内侧导磁体和外侧导磁体；旋转托架连接电机的转轴，由电机驱动旋转托架旋转，进而使小永磁体和软磁导磁体同步跟随在预定旋转角度内转动，进而变换磁体的磁极朝向及磁力线方向，使其产生一个对外的有磁性和无磁性的状态。

Description

一种交变永磁磁场的睡眠治疗仪及其运行方法
技术领域
本发明涉及磁疗保健设备，尤其涉及一种交变永磁磁场的睡眠治疗仪及其运行方法。
背景技术
随着生活方式的改变，睡眠障碍和与睡眠相关疾病的发生率也明显升高，严重影响人们的生活质量，失眠是个体对睡眠质量主观感觉上不满意的状态，并伴有日间症状，如疲倦、意识不清楚及注意力下降等。失眠症目前主要为药物治疗，但存在诸多弊端，因此，为其提供安全有效的治疗方式意义重大。
经颅磁刺激(TMS)是一种安全、无创伤、无疼痛的新型认知神经科学技术，它利用时变磁场使大脑皮层产生感应电流，通过改变大脑皮层神经细胞的动作电位而影响脑内代谢和神经组织的电活动，进而对刺激区域及相关区域产生影响。磁场对生物体的作用是多方面的，已有的研究结果表明，利用交变磁场的生物效应可以改善失眠患者的精神状态，进而提高睡眠质量，经颅磁刺激技术在治疗失眠等症状方面有它自身的优势，并有着诱人的发展前景。
目前，市场上存在的磁刺激睡眠治疗仪主要采用电磁法进行设计，即利用时变电流流入线圈，产生高强度时变脉冲磁场，从而在组织内产生感应电场和感生电流，使某些组织产生兴奋的一种刺激方法，然而其存在许多问题尚未解决，如聚焦性差、深度不够、发热高、噪音大等。市场上也存在一系列以产生静磁场为主的磁疗产品，但由于恒磁场不能产生感应电场，其作用机理仅是对神经系统放电电场产生抑制，治疗效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单，使用方便可靠的交变永磁磁场的睡眠治疗仪及其运行方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种交变永磁磁场的睡眠治疗仪，包括左右两组对称、且结构相同的磁体组件；这两组磁体组件通过弧形连接件2连接；
所述每一组磁体组件均包括：一个大永磁体4和两个小永磁体7，两个小永磁体7分别通过旋转托架9放置在大永磁体4的上下两端，两个小永磁体7与大永磁体4之间预留有间隙；在两个小永磁体7的左右两侧对称固定有软磁导磁体8；
所述大永磁体4的内外分别设置有内侧导磁体3和外侧导磁体5；
所述旋转托架9连接电机12的转轴，由电机12驱动旋转托架9旋转，进而使小永磁体7和软磁导磁体8同步跟随在预定旋转角度内转动，进而变换磁体的磁极朝向及磁力线方向，使其产生一个对外的有磁性和无磁性的状态。
所述大永磁体4采用辐射充磁，使其能够向外产生磁场，通过内侧导磁体3和外侧导磁体5引导磁力线与弧形连接件2形成磁场回路，使其在两个磁体组件之间的中心区域产生磁场。
所述大永磁体4与外侧导磁体5的接触端为弧面。
所述电机12为步进电机，所述步进电机包括电机驱动器，通过电机驱动器控制其转动、速度、停止或转动至预定角度。
所述旋转托架9通过支撑件1固定在外侧导磁体5上。
所述弧形连接件2为具有弹性的软磁导磁体。
所述内侧导磁体3和外侧导磁体5为软磁导磁体。
本发明交变永磁磁场的睡眠治疗仪的运行方法如下：
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件，在非超载情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当电机驱动器收到一个脉冲信号，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，通过控制脉冲个数来控制步进电机的角位移量，从而带动旋转托架9及其上的小永磁体7和软磁导磁体8旋转，实现变换磁体的磁极朝向，改变磁力线方向，使其产生一个对外的有磁性和无磁性的状态；
通过控制脉冲频率来控制步进电机转动的速度和加速度；
通过控制步进电机脉冲频率来控制其转动速度和方向，即可实现对小磁体7和软磁导磁体8的转动速度和频率的控制。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明永磁体能够产生很强的磁场，通过电机带动磁体旋转，通过旋转永磁体的磁极，改变其磁力线方向，产生一个对外的有磁性和无磁性的状态；
本发明大永磁体采用辐射充磁，使其能够向外产生磁场，通过内侧导磁体和外侧导磁体引导磁力线与弧形连接件形成磁场回路，使其在两个磁体组件之间的中心区域产生磁场。
本发明利用永磁体设计成交替变化的永磁磁场。将永磁体和交变磁场联系起来，使高磁场能的恒定磁场变成有规律的高聚焦性永磁场。
本发明通过简单的机械运动便可获得变频的磁场，具有超静音、节能环保、成本低廉、精确聚焦等优点。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明结构左视图。
图3是本发明磁体充磁方式示意图。
图4是本发明内侧导磁体和外侧导磁体旋转状态时的原理图。
图5是本发明内侧导磁体和外侧导磁体另一旋转状态原理图。
图6是本发明模拟的磁场最强时磁力线分布示意图。
图7是本发明模拟的磁场最弱时磁力线分布示意图。
图8是本发明模拟的沿X中心轴的磁感应强度结果分布示意图(最强)。
图9是本发明模拟沿X中心轴的磁感应强度结果分布示意图(最弱)。
图10是为步进电机与驱动控制系统连接图。
图11是步进电机控制流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1至11所示。本发明公开了一种交变永磁磁场的睡眠治疗仪，包括左右两组对称、且结构相同的磁体组件；这两组磁体组件通过弧形连接件2连接；
所述每一组磁体组件均包括：一个大永磁体4和两个小永磁体7，两个小永磁体7分别通过旋转托架9放置在大永磁体4的上下两端，两个小永磁体7与大永磁体4之间预留有间隙；在两个小永磁体7的左右两侧对称固定有软磁导磁体8；由于该间隙能够影响磁场强度的大小，可通过中心磁场强度的大小决定间隙的距离。
所述大永磁体4的内外分别设置有内侧导磁体3和外侧导磁体5；
所述旋转托架9连接电机12的转轴，由电机12驱动旋转托架9旋转，进而使小永磁体7和软磁导磁体8同步跟随在预定旋转角度内转动，进而变换磁体的磁极朝向及磁力线方向，使其产生一个对外的有磁性和无磁性的状态。
所述大永磁体4采用辐射充磁，使其能够向外产生磁场，通过内侧导磁体3和外侧导磁体5引导磁力线与弧形连接件2形成磁场回路，使其在两个磁体组件之间的中心区域产生磁场。
所述大永磁体4与外侧导磁体5的接触端为弧面。
所述电机12为步进电机，所述步进电机包括电机驱动器，通过电机驱动器控制其转动、速度、停止或转动至预定角度。
所述旋转托架9通过支撑件1固定在外侧导磁体5上。
所述弧形连接件2为具有弹性的软磁导磁体。
所述内侧导磁体3和外侧导磁体5为软磁导磁体。
本发明交变永磁磁场的睡眠治疗仪的运行方法，可通过如下步骤实现：
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件，在非超载情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当电机驱动器收到一个脉冲信号，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，通过控制脉冲个数来控制步进电机的角位移量，从而带动旋转托架9及其上的小永磁体7和软磁导磁体8旋转，实现变换磁体的磁极朝向，改变磁力线方向，使其产生一个对外的有磁性和无磁性的状态；
通过控制脉冲频率来控制步进电机转动的速度和加速度；
通过控制步进电机脉冲频率来控制其转动速度和方向，即可实现对小磁体7和软磁导磁体8的转动速度和频率的控制。
由于本发明中磁体较多，且均具有很强的磁性，能够产生很强的排斥力与吸引力，所以为了保证使用效果与制造成本和安全，旋转托架、支撑件等部件固定整个结构框架，它们所使用的材料可以是不导磁材料，例如304不锈钢具有耐腐蚀性、耐热性、低温强度、机械性能良好，深冲压、弯曲等常温加工性能较好等优点，故综合考虑，选择304不锈钢。
如图3所示为本发明中大永磁体的形状及充磁方式。采用NdFeB型号为N50作为永磁材料，一对大永磁体加工成扇形状(左截面为扇形)，采用辐射充磁方式，图中箭头表示永磁体充磁方向。
如图4和图5为本发明所用永磁体结构的原理示意图。永磁体中的箭头方向为充磁方向，所有小永磁体均采用径向充磁，一对大永磁体采用辐射充磁方式。
采用辐射充磁的优点，对本发明案例来讲其目的就是要尽量将磁力线集中到工作区域，图4为初始态磁体磁极方向，永磁体均向外辐射磁场，根据磁力线要走阻力最小的路径原理，右侧的永磁体产生的磁力线从N出发会向上或者向下绕回到S极形成回路，但是由于是辐射充磁，中间的一部分磁力线便无法直接返回到S极，只能进入左侧的永磁体的S中，再通过外侧导磁体5和弧形连接件2返回到S极中。为了使更多的磁力线进入到工作区域，本发明又在大永磁体4的上下两端增加了可以旋转的两个小永磁体7，当旋转状态为图4时，此时小永磁体7产生的磁力线与大永磁体4产生的磁力线相排斥，大永磁体4的N极的磁力线就会更多的进入到工作区域，从而在工作区域产生较强的磁场；当旋转状态为图5时，此时两个小永磁体7产生的磁力线与大永磁体4产生的磁力线相互吸引，发出的磁力线会根据最小路径原则向上或者向下与最近磁极形成磁场回路，使得通过中间部分的磁力线减少，从而使其在工作区域产生的磁场强度减弱。利用这种不断变换磁极方向的方法，使其在中心区域产生交变磁场。其中，所述导磁体均采用电工纯铁。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件，在非超载情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进电机驱动器收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调整的目的。步进电机带动小磁体7旋转，实现变换磁体的磁极朝向，改变磁力线方向，使其产生一个对外的有磁性和无磁性的状态，同时通过控制电机脉冲频率来控制电机的转动速度和方向即可实现对所述磁体的转动速度和变化频率的控制，产生类似脉冲磁场的作用。
图10为所用步进电机与驱动控制系统连接图，控制流程如图11所示。主要实现了信号的采集和播放，根据设定的旋转频率以及速度的不同，实现多种刺激模式，根据不同的刺激模式，有规律的发送数据以启动刺激和设置静止信号以关闭刺激，从而有规律地播放磁刺激信号。当接通电源，按下开始按钮与驱动连接后，首先初始化，读取当前设置参数即使中心磁场强度处于最强时的参数，开启刺激模式，倘若设定刺激时间结束，则可关闭系统，若未结束，则亦可通过控制屏，重新设定刺激参数，设定旋转频率及速度(增加或减少)，通过电机带动小永磁体7旋转，可根据需要选择一个或几个永磁体旋转，并且可根据需要设定旋转周期，从而可实现相应的刺激模式：循环刺激、间歇刺激和多重信号刺激，在不同的刺激模式组合下，可以实现多种方案的刺激，满足易醒、入睡困难、睡眠质量差等不同睡眠疾病的治疗和研究。同时系统可记忆所有的参数设置，下次使用时就可以直接调用已有的命令程序，不需要每次使用都重新设置，系统会根据所选命令执行，使用起来方便快捷。
图6为初始状态即中心作用区域磁场强度最大时的磁力线分布示意图，图7为当小永磁体7旋转后所产生的磁力线分布示意图，通过对比可明显发现，磁极旋转后通过中心作用区域磁力线相对明显减少，改变了作用区域的磁场分布。
图8为初始状态即中心作用区域磁场强度处于最大时的磁感应强度结果分布示意图，从图中可以明显看出，沿X中心轴，磁场强度呈U形分布，到最中心作用区磁场强度最小，此处可达720Gs。
图9为小永磁体7磁极旋转后即中心作用区域磁场强度处于最小时的磁感应强度结果分布示意图，从图中可明显观察出，靠近磁源的磁场强度值大于初始状态，这是由于大永磁体4与小永磁体7形成磁场回路的原因，远离磁极后磁场强度下降极快并且到中心作用区磁场强度最小为520Gs。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种交变永磁磁场的睡眠治疗仪，其特征在于：包括左右两组对称、且结构相同的磁体组件；这两组磁体组件通过弧形连接件（2）连接；
每一组所述磁体组件均包括：一个大永磁体（4）和两个小永磁体（7），两个小永磁体（7）分别通过旋转托架（9）放置在大永磁体（4）的上下两端，两个小永磁体（7）与大永磁体（4）之间预留有间隙；在两个小永磁体（7）的左右两侧对称固定有软磁导磁体（8）；
所述大永磁体（4）的内外分别设置有内侧导磁体（3）和外侧导磁体（5）；
所述旋转托架（9）连接电机（12）的转轴，由电机（12）驱动旋转托架（9）旋转，进而使小永磁体（7）和软磁导磁体（8）同步跟随在预定旋转角度内转动，进而变换磁体的磁极朝向及磁力线方向，使其产生一个对外的有磁性和无磁性的状态；
所述大永磁体（4）采用辐射充磁，使其能够向外产生磁场，通过内侧导磁体（3）和外侧导磁体（5）引导磁力线与弧形连接件（2）形成磁场回路，使其在两个磁体组件之间的中心区域产生磁场；
所述大永磁体（4）与外侧导磁体（5）的接触端为弧面；
所述弧形连接件（2）为具有弹性的软磁导磁体；
所述电机（12）为步进电机，所述步进电机包括电机驱动器，通过电机驱动器控制其转动速度、停止或转动至预定角度。
2.根据权利要求1所述交变永磁磁场的睡眠治疗仪，其特征在于：所述旋转托架（9）通过支撑件（1）固定在外侧导磁体（5）上。
3.根据权利要求1所述交变永磁磁场的睡眠治疗仪，其特征在于：所述内侧导磁体（3）和外侧导磁体（5）为软磁导磁体。
4.如权利要求1至3中任一项所述交变永磁磁场的睡眠治疗仪的运行方法，其特征在于包括人如下步骤：
当电机驱动器收到一个脉冲信号，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，通过控制脉冲个数来控制步进电机的角位移量，从而带动旋转托架（9）及其上的小永磁体（7）和软磁导磁体（8）旋转，实现变换磁体的磁极朝向，改变磁力线方向，使其产生一个对外的有磁性和无磁性的状态；
通过控制脉冲频率来控制步进电机转动的速度和加速度；
通过控制步进电机脉冲频率来控制其转动速度和方向，即可实现对小永磁体（7）和软磁导磁体（8）的转动速度和频率的控制。
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