CN113576563B - 一种电磁弹道式冲击波发生器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电磁弹道式冲击波发生器，控制其的方法包括以下步骤：通过传感器检测前一次子弹体与治疗头碰撞时的撞击强度或加速度；采用PWM的控制方式使第二电磁线圈通电工作，并根据检测到的撞击强度或加速度，按照插值的方式在预设的最低值和最高值之间调节第二电磁线圈的PWM占空比，驱动子弹体回复至并保持在初始端位置处；在达到预设治疗间隔时，第二电磁线圈断电，第一电磁线圈通电工作，驱动子弹体向碰撞端移动并撞击治疗头；重复上述步骤，直至治疗结束。本发明的回缩阶段采用PWM的控制方式，提高了能量的有效率，并解决了打击不连贯的问题,而发射阶段根据传感器获得的强度数据动态调节第一电磁线圈的通电时间，保证了打击能量的一致性。

Description

一种电磁弹道式冲击波发生器

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种电磁弹道式冲击波发生器。

背景技术

冲击波治疗技术作为冲击波碎石技术的引申用法，近年来已经越来越普遍。当前冲击波治疗仪主要分为聚焦型和发散型，聚焦型冲击波能量强，传播深度大，但是存在设备昂贵，体积巨大等缺点。另一类是发散式冲击波，如CN 105769260A，CN102202734B ，CN107811832等，此类冲击波产品相比聚焦型冲击波成本低，价格便宜，因此在实际使用中应用更为广泛；而发散式冲击波也分为气压弹道式和电磁弹道式两类，其主要机理均是高速运动的子弹体碰撞治疗头产生冲击波，差异在于驱动子弹体的动力不同，气压弹道式采用压缩空气驱动，电磁弹道式采用通电线圈驱动，传统的电磁弹道式冲击波如CN103920238A和CN208974537U等，此类产品目前普遍采用单脉冲驱动形式,在冲击前通过对反向线圈持续通电吸引子弹体回弹，在一定时间后断开反向线圈，对正向线圈通电发射子弹体。

上述现有的电磁弹道式冲击波的单脉冲驱动在实际使用过程中的存在以下问题：

1、效率低下--以典型的10Hz 90mJ的能量为例，传统控制方式下典型输入功率为大约110W，实际驱动子弹体的效率约0.8% ；

2、打击连贯性不好--传统方案中由于线圈驱动采用连续的固定回缩脉宽设置，因为输入功率高导致线圈升温迅速，而线圈内阻会随着工作时间变长逐渐增加，导致流经线圈的通电电流大幅降低，力度减弱，力度的减弱也会带来子弹体的回缩时间变长，在采用固定治疗参数设置的情况下，由于回缩时间的变化会导致时序匹配产生差异，造成打击不连贯；

打击能量一致性差--由于传统的电磁弹道式冲击波普遍采用开环控制方法，无法测量每次正向线圈的实际输出能量，也无法根据正向线圈的内阻变化实时调整正向线圈的脉宽，造成输出能量随着线圈的发热而逐渐降低，致使子弹体与治疗头之间的撞击强度也会随输出能量的降低而降低。

发明内容

本发明针对上述现有的技术缺陷，提供一种电磁弹道式冲击波发生器，回缩阶段采用PWM的控制方式，提高了能量的有效率，并解决了打击不连贯的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电磁弹道式冲击波发生器，所述电磁弹道式冲击波发生器内设有驱动子弹体从初始端向碰撞端撞击的第一电磁线圈以及驱动子弹体回复至初始端位置处的第二电磁线圈，所述碰撞端为子弹体与治疗头碰撞的接触端，所述电磁弹道式冲击波发生器内还设有用于检测子弹体与治疗头碰撞时撞击强度或加速度的传感器；控制电磁弹道式冲击波发生器的方法包括以下步骤：

S1、通过传感器检测前一次子弹体与治疗头碰撞时的撞击强度或加速度；

S2、采用PWM的控制方式使第二电磁线圈通电工作，并根据检测到的撞击强度或加速度，按照插值的方式在预设的最低值和最高值之间调节第二电磁线圈的PWM占空比，驱动子弹体回复至并保持在初始端位置处；

S3、在达到预设治疗间隔时，第二电磁线圈断电，第一电磁线圈通电工作，驱动子弹体向碰撞端移动并撞击治疗头；

S4、重复步骤S1-S3，直至治疗结束。

进一步的，步骤S1之前还包括以下步骤：

S0、先使子弹体回复至初始端位置处，而后按照初始时预设的能量和通电工作时长使第一电磁线圈通电工作，驱动子弹体向碰撞端移动并撞击治疗头。

进一步的，步骤S2中，所述PWM占空比的最低值为5%，所述PWM占空比的最高值为15%。

进一步的，步骤S2中，在2g到12g范围内对应调节PWM占空比；当检测到撞击时子弹体的加速度≤2g时，采用15%的占空比；当检测到撞击时子弹体的加速度在7g时，采用10%的占空比；当检测到撞击时子弹体的加速度≥12g时，采用5%的占空比。

进一步的，步骤S3中，在前一次或前面连续几次碰撞时的撞击强度或加速度低于预设值的误差允许范围时，第一电磁线圈下一次的通电工作时长在其前一次通电工作时长的基础上进行增加，以使撞击强度或加速度处于预设值的误差允许范围内。

进一步的，在步骤S4的重复过程中，当检测到前一次调整后的撞击强度或加速度超出预设值的误差允许范围，逐渐减小第一电磁线圈下一次的通电工作时长。

进一步的，撞击强度或加速度的误差允许范围为预设值的上下5%。

进一步的，初始时设定第一电磁线圈的通电工作时长为8ms，输出能量为120mJ，子弹体碰撞时的加速度为6g；当检测到前一次或前面连续几次碰撞的加速度小于5.7g时，则按每次0.5ms的变化频率增加下一次第一电磁线圈的通电工作时长。

进一步的，每次增加第一电磁线圈的通电工作时长后，检测该次碰撞时的撞击强度或加速度；当检测到该次的加速度处于预设值的误差允许范围内时，则后续第一电磁线圈的通电工作时长按上一次的通电工作时长设定；当检测到该次的加速度大于6.3g时，则按每次0.1-0.25ms的变化频率减少下一次第一电磁线圈的通电工作时长，直至检测到的加速度≥5.7g且≤6.3g时，后续第一电磁线圈的通电工作时长按上一次的通电工作时长设定；最后在改变了输出强度或检测的加速度超出误差允许范围时再继续按上述方式进行调整。

进一步的，所述传感器为碰撞传感器或加速度传感器。

本发明具有以下有益效果：

本发明中的子弹体在回缩阶段（即子弹体回复至初始端的阶段），第二电磁线圈的通电时间采用PWM的控制方式，在高频通电条件下由于线圈感抗作用导致通电电流值明显小于持续通电状态，有效降低了工作电流，由于发热功率与电流平方成正比，则第二电磁线圈的发热功率相对于原来可大大的降低，同时在同样的输出功率条件下，输入功率可大大的减小，降低了能量的损耗率和提高了能量的有效率，并根据前一次撞击的加速度来调整PWM占空比，可在使用较小的能量前提下保证了子弹体的回弹速度；且采用新的PWM控制方法后，由于每次打击后子弹体都会被吸回至初始端位置处固定，这样在每次冲击开始时子弹体的位置都是一致的，保证了时序的起始点一致，消除了时序混乱造成打击不连贯的问题。

本发明中还通过根据检测到的加速度来确定是否调节第一电磁线圈下一次的通断工作时长，以保证撞击强度（即子弹体的加速度）在预设值附近保持动态平衡，即加速度的数值始终保持在预设值的误差允许范围以内。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1和2中电磁弹道式冲击波发生器的剖视图；

图2为实施例3中电磁弹道式冲击波发生器的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和 “包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

实施例1

如图1所示，本实施例所示的一种电磁弹道式冲击波发生器，该电磁弹道式冲击波发生器内设有驱动子弹体3从初始端向碰撞端撞击的第一电磁线圈6以及驱动子弹体3回复至初始端位置处的第二电磁线圈61，碰撞端为子弹体3与治疗头2碰撞时的接触端，电磁弹道式冲击波发生器内还设有用于检测子弹体3与治疗头2碰撞时撞击强度或加速度的传感器62，实际上检测撞击强度也是检测加速度的一种，因此下面同一用加速度来举例说明；控制电磁弹道式冲击波发生器的方法包括以下步骤：

a、初始时，第二电磁线圈先通电工作，使子弹体被驱动并回复至初始端位置处，而后按照初始时预设的能量和通电工作时长使第一电磁线圈通电工作，驱动子弹体向碰撞端移动并撞击治疗头。

b、通过传感器检测该次子弹体与治疗头碰撞时的加速度，这时第一电磁线圈已断电停止工作；

c、撞击后采用PWM的控制方式使第二电磁线圈通电工作，并根据检测到的加速度，按照插值（优选为线性插值）的方式在预设的最低值和最高值之间调节第二电磁线圈的PWM占空比，驱动子弹体回复至并保持在初始端位置处；在一具体的实施案例中，PWM占空比的最低值为5%，PWM占空比的最高值为15%，即PWM占空比的调整范围在5%-15%之间，而其对应的加速度为2g-12g，即在2g到12g范围内对应调节PWM占空比；两者的范围区间均为相隔10，这样PWM占空比的值与加速度的值按照线性插值的方式一一对应，按通理来说，子弹体撞击是的加速度越大，其所受到的反弹速度也越大，因此其所需的PWM占空比可以比较小，即最大的PWM占空比15%与最小的加速度2g对应，最小的PWM占空比5%与最大的加速度12g对应；当检测到撞击时子弹体的加速度≤2g时，采用15%的PWM占空比；当检测到撞击时子弹体的加速度在7g时，采用10%的PWM占空比；当检测到撞击时子弹体的加速度≥12g时，采用5%的PWM占空比，以此类推其它数值一一对应；在计算加速度的值精确到小数点后一位时，加速度14.9g时采用5.1%的占空比，加速度6.9g时采用10.1%的PWM占空比，加速度2.1g时采用14.9%的PWM占空比；在计算加速度的值精确到小数点后两位时，加速度14.99g时采用5.01%的占空比，加速度6.99g时采用10.01%的PWM占空比，加速度2.01g时采用14.99%的PWM占空比；同理，其它计算方式和数值按上述方式一一对应；通过以上控制逻辑，在使用较小的的能量前提下保证了子弹的回弹速度。

d、在达到预设治疗间隔时，第二电磁线圈断电，第一电磁线圈通电工作，驱动子弹体向碰撞端移动并撞击治疗头；

e、重复步骤b-d，直至治疗结束。

上述中，本实施例中的子弹体在回缩阶段（即子弹体回复至初始端的阶段），第二电磁线圈的通电时间采用PWM的控制方式，在高频通电条件下由于线圈感抗作用导致通电电流值明显小于持续通电状态，有效降低了工作电流，由于发热功率与电流平方成正比，则第二电磁线圈的发热功率相对于原来可大大的降低，同时在同样的输出功率条件下，输入功率可大大的减小，降低了能量的损耗率和提高了能量的有效率，并根据前一次撞击的加速度来调整PWM占空比，可在使用较小的能量前提下保证了子弹体的回弹速度；且采用新的PWM控制方法后，由于每次打击后子弹体都会被吸回至初始端位置处固定，这样在每次冲击开始时子弹体的位置都是一致的，保证了时序的起始点一致，消除了时序混乱造成打击不连贯的问题。

通过实际检测验证，采用了上述控制方法后，第二电磁线圈的最大工作电流由原来的18A左右降低到2A左右，由于发热功率与电流平方成正比，则第二电磁线圈的发热功率约为传统控制方案中发热功率的1/81，虽然通电时间在10Hz条件下为传统方案的10倍，但总发热功率仍只有原发热功率的1/8,结合实测数据，在确保同样的输出功率条件下，输入功率可降低为传统控制方案的60%左右。

于其它实施例中，传感器为碰撞传感器或加速度传感器。

实施例2

本实施例所示的一种电磁弹道式冲击波发生器，其在实施例1对第二电磁线圈进行PWM控制的基础上，实现对第一电磁线圈的控制，以使子弹体撞击治疗头时的加速度始终保持在预设的能量强度值范围内，具体过程如下：

在一具体实施案例的步骤a中初始时为了使子弹体碰撞时的加速度为6g左右，设定第一电磁线圈的通电工作时长为8ms，输出能量为120mJ，根据统计学计算得出，120mJ的输出能量一般可使子弹体碰撞时的加速度达到6g，并且设定加速度的误差允许范围为预设值的上下5%，即加速度的值要控制在5.7g-6.3g之间。

步骤b和c不变。

步骤d和e中，在相同的输入功率下，当前一次或前面连续几次碰撞时的撞加速度低于预设值的误差允许范围时（即低于5.7g时），因受到线圈加热、内阻增加、输出功率减小的影响下，子弹体的加速度是逐渐降低的，因此第一电磁线圈下一次的通电工作时长在其前一次通电工作时长的基础上进行增加，以使加速度处于预设值的误差允许范围内；在一具体实施案例中，为了避免受到外接因素的影响而出现加速度偶尔低于5.7g产生的误报，一般设定前面连续多次撞击时的加速度均低于5.7g时才会去调整增加第一电磁线圈下一次的通电工作时长，以设定5次为例，在检测到某一时段内连续5次碰撞的加速度值距小于5.7g时，则按每次0.5ms的变化频率增加下一次第一电磁线圈的通电工作时长，直至检测到的加速度值位于预设值的误差允许范围内时不继续增加，则后续第一电磁线圈的通电工作时长按上一次的通电工作时长设定。

上述中，还存在一种情况，即在增加第一电磁线圈工作时长为8.5ms时，子弹体的加速度会超过6.3g，这时则按每次0.1-0.25ms的变化频率减少下一次第一电磁线圈的通电工作时长，直至检测到的加速度≥5.7g且≤6.3g时，后续第一电磁线圈的通电工作时长按上一次的通电工作时长设定；一般来说第一次减少时按0.25ms的变化频率降低通电工作时长，即为8.25ms，在该时长内加速度还是超过6.3g的情况下，以0.1ms的变化频率降低第一电磁线圈下一次的通电工作时长。

最后，在改变了输出强度或检测的加速度超出误差允许范围时再继续按上述方式进行调整。

于其它实施方式中，第一电磁线圈的控制方式还可采用PID控制法，从而始终保证输出强度在预设值附近保持动态平衡。

实施例3

如图2所示，本实施例给出了一种可应用上述实施例1或2所述控制方法的电磁弹道式冲击波发生器，包括中空的外壳1、设于外壳1内用于形成电磁场的电磁组件、设于电磁组件一端的治疗头2、设于电磁组件内并沿电磁组件的轴向进行往复运动的子弹体3以及用于对电磁组件进行散热的散热组件，上述中利用电磁组件产生磁场来驱动子弹体进行前后的往复运动，再利用运动的子弹体对治疗头进行撞击产生冲击波，在这一过程中，电磁组件工作会产生大量的热，严重影响了产品的使用、用户体验感和寿命，因此需要对电磁组件进行散热，具体散热方案如下：

本实施例中，电磁组件包括中心的导向管4、两个前后套设于导向管外周的线圈轴5、分别绕设于前后两个线圈轴5上的第一电磁线圈6和第二电磁线圈61以及套装于两电磁线圈外周的线圈支架7；在两个线圈轴5之间设有将两者隔开的铁块51，避免两电磁线圈相互干扰；线圈支架7与外壳1之间设有间隙71，避免电磁组件上的热量被传递到外壳中；子弹体3设于导向管4内，从而子弹体在导向管内进行前后往复运动，治疗头2的一端插入导向管4内，用于与子弹体配合实现撞击并产生冲击波。

具体的，该电磁弹道式冲击波发生器还包括套装于线圈支架7外周的金属壳11，金属壳11与外壳1之间设有间隙71，且金属壳11的后端设有向内顶紧绕线轴5的后压盖12，后压盖通过螺栓与金属壳固定连接，在组装时，将组装好的电磁组件从金属壳的后端开口中装入金属壳内，并在金属壳的前端形成有对电磁组件进行止挡的挡止部，而后利用后压盖12向内顶紧电磁组件，避免电磁组件发生轴向移动，提高了结构可靠性；后压盖12的内侧在对应子弹体3的位置处设有缓冲胶垫121，利用缓冲胶垫121对子弹体的撞击力进行缓冲，避免撞击导致后压盖的损坏。

本实施例中，散热组件包括散热块8以及朝向散热块8吹拂的散热风扇9，利用散热风扇对散热块进行散热，提高了散热速度和效果；另外独立的散热块结构在工艺上可以采用传统方案中无法使用的铲齿、插翅等工艺结构来扩大散热面积，同时由于散热风扇被布置在紧贴/紧邻在散热块的一侧,风压损失小,进一步提升散热块的散热效率，减少整个系统的热阻以减少发热,发效率更高，保证系统可以长时间稳定工作。

在一具体的优选实施例中，该电磁弹道式冲击波发生器还包括手柄10，手柄10与外壳1中远离治疗头2的一端连接，散热块8和散热风扇9前后依次设于手柄10内，手柄10内还设有控制器13，控制器13分别与第一电磁线圈6、第二电磁线圈61和散热风扇9电连接，用于控制三者的工作。

于其它实施例中，外壳为耐温塑胶壳。

于其它实施例中，金属壳为铁壳。

于其它实施例中，两电磁线圈由铜质漆包线绕制而成。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内；因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电磁弹道式冲击波发生器，所述电磁弹道式冲击波发生器内设有驱动子弹体从初始端向碰撞端撞击的第一电磁线圈以及驱动子弹体回复至初始端位置处的第二电磁线圈，所述碰撞端为子弹体与治疗头碰撞的接触端，所述电磁弹道式冲击波发生器内还设有用于检测子弹体与治疗头碰撞时撞击强度或加速度的传感器；其特征在于：还包括可应用于所述电磁弹道式冲击波发生器的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

S1、通过传感器检测前一次子弹体与治疗头碰撞时的撞击强度或加速度；

S2、采用PWM的控制方式使第二电磁线圈通电工作，并根据检测到的撞击强度或加速度，按照插值的方式在预设的最低值和最高值之间调节第二电磁线圈的PWM占空比，驱动子弹体回复至并保持在初始端位置处；

S3、在达到预设治疗间隔时，第二电磁线圈断电，第一电磁线圈通电工作，驱动子弹体向碰撞端移动并撞击治疗头；

S4、重复步骤S1-S3，直至治疗结束。

2.根据权利要求1所述的电磁弹道式冲击波发生器，其特征在于：步骤S1之前还包括以下步骤：

S0、先使子弹体回复至初始端位置处，而后按照初始时预设的能量和通电工作时长使第一电磁线圈通电工作，驱动子弹体向碰撞端移动并撞击治疗头。

3.根据权利要求1所述的电磁弹道式冲击波发生器，其特征在于：步骤S2中，所述PWM占空比的最低值为5%，所述PWM占空比的最高值为15%。

4.根据权利要求3所述的电磁弹道式冲击波发生器，其特征在于：步骤S2中，在2g到12g范围内对应调节PWM占空比；当检测到撞击时子弹体的加速度≤2g时，采用15%的占空比；当检测到撞击时子弹体的加速度在7g时，采用10%的占空比；当检测到撞击时子弹体的加速度≥12g时，采用5%的占空比。

5.根据权利要求1-4任一项所述的电磁弹道式冲击波发生器，其特征在于：步骤S3中，在前一次或前面连续几次碰撞时的撞击强度或加速度低于预设值的误差允许范围时，第一电磁线圈下一次的通电工作时长在其前一次通电工作时长的基础上进行增加，以使撞击强度或加速度处于预设值的误差允许范围内。

6.根据权利要求5所述的电磁弹道式冲击波发生器，其特征在于：在步骤S4的重复过程中，当检测到前一次调整后的撞击强度或加速度超过预设值的误差允许范围，逐渐减小第一电磁线圈下一次的通电工作时长。

7.根据权利要求6所述的电磁弹道式冲击波发生器，其特征在于：撞击强度或加速度的误差允许范围为预设值的上下5%。

8.根据权利要求7所述的电磁弹道式冲击波发生器，其特征在于：初始时设定第一电磁线圈的通电工作时长为8ms，输出能量为120mJ，子弹体碰撞时的加速度为6g；当检测到前一次或前面连续几次碰撞的加速度小于5.7g时，则按每次0.5ms的变化频率增加下一次第一电磁线圈的通电工作时长。

9.根据权利要求8所述的电磁弹道式冲击波发生器，其特征在于：每次增加第一电磁线圈的通电工作时长后，检测该次碰撞时的撞击强度或加速度；当检测到该次的加速度处于预设值的误差允许范围内时，则后续第一电磁线圈的通电工作时长按上一次的通电工作时长设定；当检测到该次的加速度大于6.3g时，则按每次0.1-0.25ms的变化频率减少下一次第一电磁线圈的通电工作时长，直至检测到的加速度≥5.7g且≤6.3g时，后续第一电磁线圈的通电工作时长按上一次的通电工作时长设定；最后在改变了输出强度或检测的加速度超出误差允许范围时再继续按上述方式进行调整。

10.根据权利要求9所述的电磁弹道式冲击波发生器，其特征在于：所述传感器为碰撞传感器或加速度传感器。

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