CN107412955A - 一种交变永磁磁场睡眠治疗仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交变永磁磁场睡眠治疗仪。本发明通过在主永磁体NS轴（N极和S极的中心轴线）的侧表面配置两个充磁方向平行的小永磁体以达到提高和改善中心磁场强度和均匀性的目的。该治疗仪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两个旋转托架、三个固定支架、两个小永磁体、一个软磁导磁体、一个主永磁体和一个齿轮传动装置；该齿轮传动装置包括两个小圆锥齿轮、一个大圆锥齿轮和电机。本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪在重量大幅下降的情况下，中心区域的磁场强度仍保持比较高的幅值，从而实现了交变永磁磁场睡眠治疗仪轻便易携带，刺激强度高的设计理念。

Description

一种交变永磁磁场睡眠治疗仪

技术领域

本发明涉及磁疗保健设备领域，具体涉及一种交变永磁磁场睡眠治疗仪。

背景技术

睡眠是一项极其复杂的生理过程，目前对睡眠期间的生理变化还没有完全了解。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，这也对研究睡眠的生理过程和机制提出了迫切要求。

经颅磁刺激技术是一项无痛无创的检测和治疗技术，它是由放置于头皮上的磁性线圈产生的瞬时、高伏脉冲产生刺激，从而出现一个流动方向垂直于线圈平面的磁场域，同时产生一个垂直于磁场方向的电场，利用该时变磁场在生物体内诱发电场并产生感应电流，从而影响人体组织的代谢活动。磁刺激作为一种控制神经系统的新方法，一经提出，就引起了来自工程界以及医学界等各方面的高度兴趣。医学界，尤其是精神科、神经科和认知研究方面的医生和学者正不断寻找着磁刺激新的临床应用，并以它作为一种探索大脑与认知科学的新工具。

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。充分利用永磁体产生的磁场稳定，价格低廉等优势改进并优化现有睡眠治疗仪具有重要价值。

专利申请号为201611214500.0提出利用永磁体的旋转装置开发出一款交变永磁磁场睡眠治疗仪，克服了上述脉冲磁场的缺点，达到了聚焦性好，发热低和噪音低等目标，最大磁场刺激强度达到了39mT，但是其重约7100g，因质量太大制约了其实用性。本发明提出一种磁场聚焦方法，可有效提高磁场刺激强度，从而可以在保证磁场刺激强度较高的基础上大幅度减小其质量，以达到轻便易携带的设计初衷。

发明内容

本发明在于针对现有交变永磁磁场睡眠治疗仪存在的重量大，交变磁场强度幅值低等问题进行优化设计，提供一种新型交变永磁磁场睡眠治疗仪。

本发明通过将磁体按照一定的顺序进行组合，利用同名磁极相互靠近时磁力线会相互排斥的原理，将磁力线聚集在所需的区域。本发明中将主永磁体设计成圆柱状，减小其侧表面积，同时将两个小永磁体平行放置在主永磁体侧面，通过小永磁体产生的磁力线排斥大永磁体产生的磁力线，从而达到促使主永磁体磁力线聚焦的目的。同时，本发明采用齿轮传动装置，使电机数量减半，整体质量减小。

本发明通过下述技术方案实现。

一种交变永磁磁场睡眠治疗仪，包括左右两组对称且结构相同的磁体组件，这两个磁体组件通过弧形连接件1连接；每一组磁体组件均包括两个旋转托架2、一个固定支架3、一个固定支架7、一个固定支架11、两个小永磁体4、一个软磁导磁体5、一个主永磁体6和一个齿轮传动装置；所述两个旋转托架2分别穿过固定支架3或固定支架7上的孔与小永磁体4通过螺丝连接，所述两个小永磁体4分别通过旋转托架2平行放置在主磁体6的侧表面，两个小永磁体4和主永磁体6之间预留有间隙；所述主永磁体6的外侧设置有软磁导磁体5；所述齿轮传动装置包括两个小圆锥齿轮8、一个大圆锥齿轮9和电机12，所述大圆锥齿轮(9)的直径大于小圆锥齿轮(8)的直径，所述两个小圆锥齿轮8固定在旋转托架2上，分别通过固定支架3和固定支架7支撑，两个小圆锥齿轮8共同啮合到一个大圆锥齿轮9上，大圆锥齿轮9通过固定支架11支撑，跟随电机12的转轴10转动。

优选的，所述主永磁体6为直径30mm，高度40mm的圆柱体状。

优选的，所述主永磁体6采用圆柱体轴向充磁，通过软磁导磁体5引导磁力线和弧形连接件1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。

优选的，所述小永磁体4充磁方向和主永磁体6充磁方向平行，在旋转的过程中当位于和主永磁体平行且磁力线方向一致时能将主永磁体更多的磁力线集中在两个磁体组件之间的中心区域，从而提高中心区域磁场强度最大值。

优选的，所述弧形连接件1为机械性能良好的高磁导率软磁导磁体。

优选的，所述电机为步进电机，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。

通过控制步进电机脉冲频率来控制其转动速度和方向，即可实现对交变磁场频率的控制。

优选的，所述固定支架、旋转托架为304不锈钢。

优选的，所述小永磁体和主永磁体均采用型号为N50的NdFeB为永磁材料。

优选的，所述弧形连接件采用型号为1J85的坡莫合金。

优选的，所述小圆锥齿轮和大圆锥齿轮均采用聚甲醛材料。

优选的，大圆锥齿轮9和小圆锥齿轮8的模数和压力角要求相等。

大圆锥齿轮固定在步进电机的转轴10上，步进电机通过外接支架固定，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，从而带动大圆锥齿轮9转动，进而带动小圆锥齿轮，旋转托架2及其上的小永磁体4旋转，实现变换磁体的磁极朝向，改变磁力线路径，使其产生交变磁场；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，即可实现对交变磁场频率的控制。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

(1)交变永磁磁场睡眠治疗仪磁场聚焦性差的根本原因在于主永磁体磁极间距离短，导致磁体自身磁力线不经过所需区域直接从N极回到S极，而本发明主永磁体采用圆柱体状，可以尽量减小其侧表面积，能有效改善以上问题。

(2)本发明的睡眠治疗仪中小永磁体和主永磁体平行放置，且充磁方向平行，在旋转过程中当小磁体的充磁方向与大磁体充磁方向平行时能起到阻碍磁力线闭合，达到类似聚焦的作用。

(3)本发明由于磁场的聚焦性能得到显著提高，所以在保证中心作用区域磁场强度变化不大的基础上，整个交变磁场睡眠治疗仪的重量明显减少，中心区域磁场强度达到27.85mT，而质量仅为0.618kg。

附图说明

图1为本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪的结构示意图。

图2为本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪的结构左视图。

图3为本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪的结构立体图。

图4为本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪中齿轮传动装置的结构示意图。

图5为本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪中主永磁体采用的充磁方式示意图。

图6为本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪中小永磁体采用的充磁方式示意图。

图7为本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪的小磁体旋转到充磁方向和主永磁体相同时某截面磁力线分布示意图。

图8为本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪的小磁体旋转到充磁方向和主永磁体相反时某截面磁力线分布示意图。

图9为本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪里面定义的一条X中心轴示意图。

图10为本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪沿X中心轴的磁感应强度结果分布示意图(最弱)。

图11为本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪沿X中心轴的磁感应强度结果分布示意图(最强)。

图12为本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪减轻模型各部分重量后沿X中心轴的磁感应强度结果分布示意图(最强)。

图13为本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪减轻模型各部分重量后沿X中心轴的磁感应强度结果分布示意图(最弱)。

具体实施方式

下面结合实施例与附图对本发明的具体实施作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪的结构示意图、左视图、立体图和齿轮传动装置示意图如图1、图2、图3、图4所示，将主永磁体设计成长圆柱状，减小其侧表面积，同时将两个小永磁体平行放置在主永磁体侧表面，通过小永磁体产生的磁力线排斥主永磁体产生的磁力线，从而达到促使主永磁体磁力线聚焦的目的。该交变永磁磁场睡眠治疗仪包括左右两组对称且结构相同的磁体组件，这两个磁体组件通过弧形连接件1连接；每一组磁体组件均包括两个旋转托架2、一个固定支架3、一个固定支架7、一个固定支架11、两个小永磁体4、一个软磁导磁体5、一个主永磁体6和一个齿轮传动装置；所述旋转托架2穿过支架3上的孔与小永磁体4通过螺丝连接，所述两个小永磁体4分别通过旋转托架2平行放置在主磁体6的侧表面，两个小永磁体4和主永磁体6之间预留有间隙0.5cm；所述主永磁体6的外侧设置有软磁导磁体5；所述齿轮传动装置包括两个小圆锥齿轮8、一个大圆锥齿轮9和电机12，所述两个小圆锥齿轮8固定在旋转托架2上，分别通过固定支架3和固定支架7支撑，两个小圆锥齿轮8共同啮合到一个大圆锥齿轮9上，大圆锥齿轮9通过固定支架11支撑跟随电机的转轴10转动。

所述主永磁体6采用圆柱体轴向充磁，使其能够对外产生磁场，通过软磁导磁体5引导磁力线与弧形连接件1形成磁场回路，使其在两个磁体组件的中心区域产生磁场；

所述小圆锥齿轮和大圆锥齿轮均采用聚甲醛材料；

所述电机为步进电机，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；

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，从而带动旋转大圆锥齿轮9，小圆锥齿轮8，旋转托架2及其上的小永磁体4旋转，实现变换磁体的磁极朝向，改变磁力线，使其产生交变磁场；

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，即可实现对交变磁场频率的控制。

本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪磁体较多，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与安全，利用旋转托架、支撑件等部件固定整个结构框架，所使用的材料均为不导磁材料，且要求具有耐腐蚀性、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。

图5、图6为本发明的交变永磁磁场睡眠治疗仪中永磁体的形状及充磁方式。采用型号为N50的NdFeB为永磁材料；主永磁体6为直径30mm，高度40mm的圆柱体状；两个主永磁体端面间距为16cm。

如图7、图8为本发明所用永磁体结构的原理示意图。图中箭头方向为磁力线的方向。当小永磁体4旋转到图7所示方向时，此时小永磁体4产生的磁力线与主永磁体6产生的磁力线相互排斥，主永磁体6的N极的磁力线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8时，此时两个小永磁体4产生的磁力线与主永磁体6产生的磁力线相互吸引，发出的磁力线根据最小路径原则与最近的磁极形成回路，使得通过中间的磁力线最小，从而在中心区域产生的磁场强度最小。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。

为了满足设计要求，要求弧形连接件1具有良好的弹塑性及较高的磁导率，故采用型号为1J85的坡莫合金，并加工成厚度为1mm的薄带状并进行退火处理，其余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的速度和加速度，从而达到调整的目的。步进电机驱动小永磁体4旋转，实现变换磁体的磁极朝向，改变磁力线方向，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。

本实施例的交变永磁磁场睡眠治疗仪里面定义的一条X中心轴示意图如图9所示。

图11为本实施例的交变永磁磁场睡眠治疗仪在初始状态即中心作用区域磁场强度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，到最中心作用区域磁场强度最小，此处可达130.3mT。

图10为本实施例的交变永磁磁场睡眠治疗仪的小永磁体4磁极旋转后即中心作用区域磁场强度最小时的磁感应强度结果分布图，从图中可以明显看出，中心区域最小磁场强度仍能达到108.2mT，和最大值之间有22.1mT的变化区间，交变磁场的变化区间较大，刺激范围较广。

实施例2

在实施例1中的磁场强度满足了该仪器的实际使用需求，但是体积和重量仍无法满足。实际上磁场强度大约在30mT左右即可满足使用需求。因此，

(1)将实施例1的交变永磁磁场睡眠治疗仪中除弧形连接件1外的所有零部件尺寸以2.2:1的比例缩小，同时调整圆弧连接件1的大小保证两个主磁体端面间距为16cm，得到质量仅为0.618kg的交变永磁磁场睡眠治疗仪。

(2)图12为本实施例的交变永磁磁场睡眠治疗仪在初始状态即中心作用区域磁场强度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，到最中心作用区域磁场强度最小，可达27.85mT。

(3)图13为本实施例的交变永磁磁场睡眠治疗仪在小永磁体4磁极旋转后即中心作用区域磁场强度最小时的磁感应强度结果分布图，从图中可以看出，沿x中心轴，中心区域最小磁场强度仍能达到21.63mT，和最大值之间有6.22mT。

与实施例1的交变永磁磁场睡眠治疗仪相比，虽然本实施例的交变永磁磁场睡眠治疗仪的磁场强度下降很多，但是27.85mT的磁场强度仍然能满足刺激要求，且质量减小到0.618kg，比较符合轻便易携带的设计初衷。

对比例

该对比例中的睡眠治疗仪为未经优化的交变永磁磁场睡眠治疗仪(专利申请号为201611214500.0)。

表1

如上所述，便可较好的实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它任何背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、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 (10)

1.一种交变永磁磁场睡眠治疗仪，其特征在于，包括左右两组对称且结构相同的磁体组件，这两个磁体组件通过弧形连接件（1）连接；每一组磁体组件均包括两个旋转托架（2）、一个固定支架（3）、一个固定支架（7）、一个固定支架（11）、两个小永磁体（4）、一个软磁导磁体（5）、一个主永磁体（6）和一个齿轮传动装置；所述旋转托架（2）穿过固定支架（3）或固定支架（7）上的孔与小永磁体（4）通过螺丝连接，所述两个小永磁体（4）分别通过旋转托架（2）平行放置在主磁体（6）的侧表面，两个小永磁体（4）和主永磁体（6）之间预留有间隙；所述主永磁体（6）的外侧设置有软磁导磁体（5）；所述齿轮传动装置包括两个小圆锥齿轮（8）、一个大圆锥齿轮（9）和电机（12），所述大圆锥齿轮（9）的直径大于所述小圆锥齿轮（8）的直径，两个小圆锥齿轮（8）固定在旋转托架（2）上，分别通过固定支架（3）和固定支架（7）支撑，两个小圆锥齿轮（8）共同啮合到一个大圆锥齿轮（9）上，大圆锥齿轮（9）通过固定支架（11）支撑，跟随电机（12）的转轴（10）转动。

2.根据权利要求1所述的一种交变永磁磁场睡眠治疗仪，其特征在于，所述主永磁体（6）为直径30mm，高度40mm的圆柱体状。

3.根据权利要求1所述的一种交变永磁磁场睡眠治疗仪，其特征在于，所述主永磁体（6）采用圆柱体轴向充磁，通过软磁导磁体（5）引导磁力线和弧形连接件（1）形成磁场回路，使两个磁体组件之间的中心区域产生磁场。

4.根据权利要求1所述的一种交变永磁磁场睡眠治疗仪，其特征在于，所述小永磁体（4）充磁方向和主永磁体（6）充磁方向平行，在旋转的过程中，当小永磁体（4）位于和主永磁体平行且磁力线方向一致时能将主永磁体更多的磁力线集中在两个磁体组件之间的中心区域，从而提高中心区域磁场强度最大值。

5.根据权利要求1所述的一种交变永磁磁场睡眠治疗仪，其特征在于，所述弧形连接件（1）为机械性能良好的高磁导率软磁导磁体。

6.根据权利要求1所述的一种交变永磁磁场睡眠治疗仪，其特征在于，所述电机为步进电机，所述步进电机包括电机驱动器。

7.根据权利要求1所述的一种交变永磁磁场睡眠治疗仪，其特征在于，所述固定支架、旋转托架为304不锈钢材质。

8.根据权利要求1所述的一种交变永磁磁场睡眠治疗仪，其特征在于，所述小永磁体和主永磁体均采用型号为N50的NdFeB为永磁材料。

9.根据权利要求1所述的一种交变永磁磁场睡眠治疗仪，其特征在于，所述弧形连接件采用型号为1J85的坡莫合金。

10.根据权利要求1所述的一种交变永磁磁场睡眠治疗仪，其特征在于，所述小圆锥齿轮和大圆锥齿轮均采用聚甲醛材料。