CN207897175U - 针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置，其特征在于，包括：感应加热部，包含：感应加热线圈，和与该感应加热线圈相连接的感应加热电路；水冷部，与感应加热线圈相连通，对感应加热线圈进行水冷降温；散热部，对感应加热电路进行散热；以及电源部，与感应加热部、散热部、和水冷部相连接，并进行供电，包含：与感应加热电路和散热部相连接的第一开关电源，和与水冷部相连的第二开关电源；其中，感应加热电路包含：发光二极管、第一电阻、两个第二电阻、两个N‑MOS管、两个快恢复二极管、两个稳压管、两个第三电阻、两个电感、以及谐振电容。本装置加热效率高，节能高效，不需与皮肤直接接触，安全可靠。

Description

针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置

技术领域

本实用新型属于加热装置领域，具体涉及一种医疗上进行骨骼矫形针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置。

背景技术

镍钛记忆合金因其具有独特的形状记忆功能，以及耐磨损、抗腐蚀、高阻尼、超弹性和良好的生物相容性等优异性能近年来被广泛用作医学上的骨骼矫形：在人体相应部位植入记忆合金，通过体外加热，记忆合金就慢慢恢复其原来的形状，迫使相应的畸变骨骼也慢慢复原，从而达到矫形的目的。

对于植入人体内记忆合金加热的传统方式主要有热敷法和远红外加热技术等。但是，它们都是通过直接加热人体相应部位的皮肤组织，然后利用热传导间接加热记忆合金的，热效率不高，损耗较大，热量大都被皮肤组织吸收和散失，还可能灼伤皮肤，而且这些加热方式难以实现精确的控制。

因此，急需一种新型的加热方式和加热设备来弥补这些不足。

实用新型内容

本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置。

本实用新型为了实现上述目的，采用了以下方案：

本实用新型提供一种针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置，其特征在于，包括：感应加热部，包含：感应加热线圈，和与该感应加热线圈相连接的感应加热电路；水冷部，与感应加热线圈相连通，对感应加热线圈进行水冷降温；散热部，对感应加热电路进行散热；以及电源部，与感应加热部、散热部、和水冷部相连接，并进行供电，包含：与感应加热电路和散热部相连接的第一开关电源，和与水冷部相连的第二开关电源；其中，感应加热电路包含：发光二极管、第一电阻、两个第二电阻、两个N-MOS管、两个快恢复二极管、两个稳压管、两个第三电阻、两个电感、以及谐振电容，发光二极管与第一电阻相串联后连接在第一开关电源的两极，两个第二电阻的一端分别与电源的正极相连，另一端分别与两个N-MOS管的栅极相连，两个N-MOS管的源极连在一起并接地，一个快恢复二极管连接在一个N-MOS管(记为第一N-MOS管)的栅极和另一个N-MOS管(记为第二N-MOS管)的漏极之间，而另一个快恢复二极管连接在第二N-MOS管的栅极和第一N-MOS管的漏极之间，两个稳压管分别与两个第三电阻并联后接在两个N-MOS管的栅极与源极之间，两个电感分别连接在第一开关电源的正极与两个N-MOS管的漏极之间，谐振电容连接在两个N-MOS管的漏极之间，并且谐振电容与感应加热线圈相并联。

另外，在本实用新型所涉及的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置中，还可以具有这样的特征：其中，感应加热线圈包含：由内径3mm、外径5mm的空心铜管绕制而成的铜管线圈，和包裹在铜管线圈外的耐高温并且绝缘的保温层。

优选地，在本实用新型所涉及的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置中，还可以具有这样的特征：铜管线圈为平面螺旋状，圈数为7～9圈。

优选地，在本实用新型所涉及的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置中，还可以具有这样的特征：在感应加热电路中，第一电阻的阻值为1kΩ，第二电阻的阻值为470Ω，N-MOS管的型号为IRFP250，快恢复二极管的型号为D1N4007，稳压管的电压为12V，第三电阻的阻值为10kΩ，电感的电感量为120uH，谐振电容的容量为2uF。

优选地，在本实用新型所涉及的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置中，还可以具有这样的特征：感应加热线圈的电感量为5uH。

优选地，在本实用新型所涉及的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置中，还可以包括：壳体，用于安装感应加热电路、水冷部、散热部、以及电源部，其中，水冷部包含：水箱、多根连接管、进水接头、出水接头、以及微型水泵，水箱设置在壳体的外部，进水接头和出水接头均固定在壳体的侧面，并且分别通过两根连接管与水箱的出口和入口相连通，进水接头的出口通过连接管与微型水泵的进水端相连通，微型水泵的送水端通过连接管与感应加热线圈的入口端相连通，向感应加热线圈内通入循环冷却水，感应加热线圈的出口端通过连接管与出水接头的入口相连通。

优选地，在本实用新型所涉及的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置中，还可以具有这样的特征：散热部包含：固定在感应加热电路的电路板上的散热片，和安装在电路板顶部并且朝向感应加热电路的散热风扇。

优选地，在本实用新型所涉及的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置中，还可以具有这样的特征：第一开关电源是最高电压为48V的可调压直流开关电源，第二开关电源是12V直流开关电源。

实用新型的作用与效果

由于具有以上结构，因此本实用新型所提供的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置具有如下优点：

(1)本装置采用的是非接触式的加热方式，不需与皮肤直接接触，安全可靠；

(2)本装置的加热对象是体内的记忆合金，加热效率高，节能高效，对于皮肤组织没有直接的加热效果；

(3)本装置可以根据实际需要，如不同的加热深度和加热速度等，对该感应加热设备的功率实现调节，使加热过程更加智能、可控；

(4)本装置体积小、质量轻、具有便携性，加热线圈本身经水冷不会发热。

综上，本装置利用电磁感应加热的原理，与工业上和生活上的大型感应加热设备相比改进很大，具有体积小、质量轻、具有便携性、耗能低、加热功率可控，加热线圈本身经水冷不会发热等优点。

附图说明

图1是本实用新型涉及的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置的结构示意图；

图2是本实用新型涉及的感应加热线圈的结构示意图；

图3是本实用新型涉及的感应加热电路与第一开关电源和感应加热线圈的连接关系示意图；

图4是本实用新型涉及的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置的内部结构连接关系示意图；

图5是本实用新型涉及的水冷部的结构示意图。

具体实施方式

以下参照附图对本实用新型所涉及的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置作详细阐述。

<实施例>

如图1所示，针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置10包括感应加热部20、电源部30、壳体、散热部40、以及水冷部50。

感应加热部20包含感应加热线圈21和感应加热电路22。

如图2所示，感应加热线圈21包含铜管线圈21a和保温层。铜管线圈21a由内径3mm、外径5mm的空心铜管绕制而成，为平面螺旋状，方便正对人体相应部位进行加热，圈数为7～9圈，本实施例中为8圈，并且铜管线圈21a具有两个管口21a-1。保温层包裹在铜管线圈21a外，具有良好的耐高温和绝缘性，本实施例中，保温层为保温棉套。

如图1和3所示，感应加热电路22与感应加热线圈21相连接，它包含发光二极管D1、第一电阻R1、两个第二电阻R2和R3、两个N-MOS管M1和M2、两个快恢复二极管D2和D3、两个稳压管D4和D5、两个第三电阻R4和R5、两个电感L1和L2、以及谐振电容C1。

如图1和4所示，电源部30与感应加热部20、散热部40、和水冷部50相连接，并进行供电，它包含第一开关电源31、第二开关电源32、市电输入端33、以及按钮开关34。第一开关电源31与感应加热电路22和散热部40相连接，对它们进行供电，本实施例中，第一开关电源31是最高电压为48V的可调压直流开关电源(型号为：安科曼电源K-048-720，使用时一般设置为40V)，也就是说第一开关电源31的输出直流电压是可调的，由此可以调节感应加热电路22的输出功率，以满足实际使用过程中的不同功率需求。第二开关电源32与水冷部50相连接，为水冷部50供电，本实施例中，第二开关电源32是12V直流开关电源。市电输入端33为220V电源插头。按钮开关34连接在第一开关电源31和感应加热电路22之间，用于控制感应加热电路22的工作与否。

如图3所示，感应加热电路22与第一开关电源31和感应加热线圈21的具体连接关系为：发光二极管D1与第一电阻R1相串联后连接在第一开关电源31的两极，指示电路的电源是否接通；两个第二电阻R2和R3的一端分别与电源的正极相连，另一端分别与两个N-MOS管M1和M2的栅极(G极)相连；两个N-MOS管M1和M2的源极(S极)连在一起并接地；快恢复二极管D2连接在N-MOS管M2的栅极和N-MOS管M1的漏极(D极)之间，而快恢复二极管D3连接在N-MOS管M1的栅极和N-MOS管M2的漏极之间；两个稳压管D4和D5分别与两个第三电阻R4和R5并联后接在两个N-MOS管22d的栅极与源极之间，稳定两个N-MOS管M1和M2的栅极电压；两个电感L1和L2分别连接在第一开关电源31的正极与两个N-MOS管M1和M2的漏极之间；谐振电容C1连接在两个N-MOS管M1和M2的漏极之间，并且谐振电容C1与感应加热线圈21相并联，构成LC并联谐振。基于上述结构和连接方式，第一开关电源31为整个电路提供直流电，感应加热电路22将输入直流电变换为频率为100kHz左右的正弦交流电。

本实施例中，感应加热电路22中，第一电阻R1的阻值为1kΩ，第二电阻22c的阻值为470Ω，N-MOS管22d的型号为IRFP250，快恢复二极管22e的型号为D1N4007，稳压管22f的型号为1N4742A、电压为12V，第三电阻22g的阻值为10kΩ，电感22h的电感量为120uH，谐振电容C1的容量为2uF。最终感应加热线圈21的电感量约为5uH。

感应加热电路22的运行原理为：第一开关电源31的电压通过两个第二电阻R2和R3直接加在两个N-MOS管M1和M2的栅极上，由于两个第二电阻R2和R3的微小差异和两个N-MOS管M1和M2的结电容的微小差异，有一个N-MOS管22d先导通，假设是N-MOS管M1先导通了，则它的漏极电压被拉低到0V。这时，由于快恢复二极管D2的负极正好接在了N-MOS管M1的漏极处，漏极的电压近似0V，所以快恢复二极管D2正偏导通，其正极所接处，是N-MOS管M2的栅极，则该栅极电压迅速降到0V而使N-MOS管M2截止。

当然，这个状态不会一直保持，会发生翻转。谐振电容C1在刚上电时就通过两个电感L1和L2被充电了，等N-MOS管M1的漏极电压降到0V时，谐振电容C1放电，对感应加热线圈21充电，由于感应加热线圈21的续流作用，感应加热线圈21对谐振电容C1的上端充电，在谐振电容C1下端完全放电后，N-MOS管M1的漏极的电压由0V升高，所以原来的N-MOS管M2的栅极也恢复了供电，

N-MOS管M2导通了，反观N-MOS管M2的漏极，电压降到近似0V，快恢复二极管D3导通，把原来导通的N-MOS管M1的栅极电压给拉低，N-MOS管M1截止了。这样，一次振荡周期就完成了，接下来两个N-MOS管M1和M2进入推挽工作状态，交替导通和截止，则在感应加热线圈21中产生正弦电流。LC震荡过程中流经电感L1和L2中的电流持续为LC谐振过程补充电能。

壳体用于安装感应加热电路22、电源部30、散热部40、以及水冷部50。感应加热电路22是被固定在电路板上，然后封闭安装在壳体内。

散热部40用于对感应加热电路22进行散热，特别是对电路板上发热严重的元器件进行散热，以确保整个感应加热电路22正常工作。如图1和4所示，散热部40包含散热片和散热风扇41。散热片固定在感应加热电路22的电路板上，带走电路板上发热元器件(主要是MOS管)的热量。散热风扇41安装在电路板顶部，并且朝向感应加热电路22，对整个电路板进行风冷。

如图1和5所示，水冷部50与感应加热线圈21相连通，对感应加热线圈21进行水冷降温。水冷部50包含水箱51、多根连接管52、进水接头53、出水接头54、以及微型水泵55。水箱51设置在壳体60的外部，内部存储有冷却水。本实施例中，连接管52采用透明硅胶管，进水接头53和出水接头54均为不锈钢304快拧穿板隔板接头。进水接头53和出水接头54均固定在壳体60的侧面。微型水泵55安装在壳体60内，本实施例中采用的微型水泵55型号为CP001A1。

如图5所示，进水接头53的入口通过连接管52与水箱51的出口相连通，出口通过连接管52与微型水泵55的进水端相连通；微型水泵55的送水端通过连接管52与感应加热线圈21的一端相连通，向感应加热线圈21的铜管入口(其中一个管口21a-1)内通入循环冷却水；感应加热线圈21铜管出口(另一个管口21a-1)通过连接管52与出水接头54的入口相连通；出水接头54的出口通过连接管52与水箱51的入口相连通。通过水冷部50时刻保持感应加热线圈21铜管内部有水流通过，即可带走产生的热量，保证感应加热线圈21可以长时间工作。另外，由于水箱51是通过连接管52与安装在壳体60上的进水接头53和出水接头54相连的，因此使用时可随意将壳体60移动至患者身体近旁，使感应加热线圈21对身体特定部位进行感应加热。

具体安装方法：依照图4所示的连接关系，将电源部30、感应加热电路22、感应加热线圈21、散热风扇41和微型水泵55用电线连接起来。感应加热线圈21的两端直管部分较长，通过壳体60上预留的两个固定孔插入壳体60内部，固定在感应加热电路22的铜柱上，保持良好接触，用于交变电流输出。然后，依照图5将水冷部50搭建完成。最后，将它们全都固定并封装于壳体60内。

基于以上结构，本实施例所提供的电磁感应加热装置10的具体使用方法为：接通220V的电源使第一开关电源31和第二开关电源32开始工作，供电给散热风扇41和微型水泵55。待第一开关电源31的电压稳定后，即、大约通电3～5s时间后，打开按钮开关34，使感应加热电路22通电工作，此时交变电流通过感应加热线圈21辐射出交变磁场，即可对处于线圈平面上方的镍钛记忆合金棒进行加热。如果需要调节输出功率，调节第一开关电源31的输出电压即可。加热结束后，关闭按钮开关34，然后拔掉220V电源插头即可。

加热时，感应加热线圈21的螺旋面要正对人体加热部位，即与人体相应部位呈平行关系，保证加热的均匀性。加热距离(线圈平面与人体相应部位的正对距离)可控制在1cm～4cm范围内。

本实施例中设定第一开关电源31输出直流电压为40V，输出功率为500w，加热距离为3cm，可在一分钟以内的加热时间里使经预变形处理后的记忆合金完全恢复其原来的形状。

本实施例所提供的电磁感应加热装置10的加热效率能够达到90％以上，能够直接对植入人体组织内的记忆合金进行加热而不需要经过皮肤的热传导，对于皮肤组织完全没有加热效果，所以热损耗特别小，热量大多被记忆合金所吸收。

以上实施例仅仅是对本实用新型技术方案所做的举例说明。本实用新型所涉及的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的结构，而是以权利要求所限定的范围为准。本实用新型所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本实用新型所要求保护的范围内。

Claims (8)

1.一种针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置，其特征在于，包括：

感应加热部，包含：感应加热线圈，和与该感应加热线圈相连接的感应加热电路；

水冷部，与所述感应加热线圈相连通，对所述感应加热线圈进行水冷降温；

散热部，对所述感应加热电路进行散热；以及

电源部，与所述感应加热部、所述散热部、和所述水冷部相连接，并进行供电，包含：与所述感应加热电路和所述散热部相连接的第一开关电源，和与所述水冷部相连的第二开关电源；

其中，所述感应加热电路包含：发光二极管、第一电阻、两个第二电阻、两个N-MOS管、两个快恢复二极管、两个稳压管、两个第三电阻、两个电感、以及谐振电容，

所述发光二极管与所述第一电阻相串联后连接在所述第一开关电源的两极，两个所述第二电阻的一端分别与所述电源的正极相连，另一端分别与所述两个N-MOS管的栅极相连，两个N-MOS管的源极连在一起并接地，两个所述快恢复二极管分别连接在两个所述N-MOS管的栅极和漏极之间，两个所述稳压管分别与两个所述第三电阻并联后接在两个所述N-MOS管的栅极与源极之间，两个所述电感分别连接在所述第一开关电源的正极与两个所述N-MOS管的漏极之间，谐振电容连接在两个所述N-MOS管的漏极之间，并且所述谐振电容与所述感应加热线圈相并联。

2.根据权利要求1所述的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置，其特征在于：

其中，所述感应加热线圈包含：由内径3mm、外径5mm的空心铜管绕制而成的铜管线圈，和包裹在所述铜管线圈外的耐高温并且绝缘的保温层。

3.根据权利要求2所述的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置，其特征在于：

其中，所述铜管线圈为平面螺旋状，圈数为7～9圈。

4.根据权利要求1所述的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置，其特征在于：

其中，在所述感应加热电路中，所述第一电阻的阻值为1kΩ，所述第二电阻的阻值为470Ω，所述N-MOS管的型号为IRFP250，所述快恢复二极管的型号为D1N4007，所述稳压管的电压为12V，所述第三电阻的阻值为10kΩ，所述电感的电感量为120uH，所述谐振电容的容量为2uF。

5.根据权利要求4所述的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置，其特征在于：

其中，所述感应加热线圈的电感量为5uH。

6.根据权利要求1所述的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置，其特征在于，还包括：

壳体，用于安装所述感应加热电路、所述水冷部、所述散热部、以及所述电源部，

其中，所述水冷部包含：水箱、多根连接管、进水接头、出水接头、以及微型水泵，

所述水箱设置在所述壳体的外部，

所述进水接头和所述出水接头均固定在所述壳体的侧面，并且分别通过两根所述连接管与所述水箱的出口和入口相连通，

所述进水接头的出口通过所述连接管与所述微型水泵的进水端相连通，所述微型水泵的送水端通过所述连接管与所述感应加热线圈的入口端相连通，向所述感应加热线圈内通入循环冷却水，

所述感应加热线圈的出口端通过所述连接管与所述出水接头的入口相连通。

7.根据权利要求1所述的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置，其特征在于：

其中，所述散热部包含：固定在感应加热电路的电路板上的散热片，和安装在所述电路板顶部并且朝向所述感应加热电路的散热风扇。

8.根据权利要求1或4所述的针对镍钛记忆合金的电磁感应加热装置，其特征在于：

其中，所述第一开关电源是最高电压为48V的可调压直流开关电源，所述第二开关电源是12V直流开关电源。