DE102008002236A1

DE102008002236A1 - Ein Ganzkörper-Vibrations-Gerät mit einem Doppel-Motor und Kippmodus

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Publication number: DE102008002236A1
Application number: DE102008002236A
Authority: DE
Inventors: Clive Graham Stevens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2008-12-24
Also published as: GB2450216A; AU2008202440A1; KR20080109619A; CA2633370A1; US20070290632A1; GB2450216B; ZA200804890B; CN101322672A; TW200916084A; JP2008307381A; GB0809836D0

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Übertragen von Vibrationen auf einen Körper, wobei ein solches Gerät beispielsweise für die Behandlung mit der Ganzkörper-Vibration benutzt werden kann. In einer Ausführungsart ist ein Linearmotorpaar auf einer Basis montiert. Jeder Linearmotor (14) ist mit einem Stator (21), der auf der Basis (104) befestigt ist, und mit einer zusammengebauten beweglichen Untergruppe (30) versehen, welche entsprechend dem Stator (21) und als Reaktion auf einen zugeführten Strom linear hin- und herbewegt wird. Ein Wechselstrom (26) ist elektrisch mit den Linearmotoren (14) verbunden, um diese mit Wechselstrom zu versorgen. Eine Steuerungseinheit (127) ist mit dem Wechselstrom (26) verbunden, um die Bewegung der Linearmotoren (14) mit einem ausgewählten Phasenverhältnis zwischen diesen Linearmotoren (14) zu steuern. Eine Plattform (20) ist mit starren Gummistützen an die zusammengebaute bewegliche Untergruppe (30) der beiden Linearmotoren (14) gekoppelt. Die Plattform (20) wird entsprechend der Basis (104) als Reaktion auf die Bewegung der Linearmotoren (14) bewegt. In einem ebenen Modus werden die Linearmotoren mit Doppel-Motor in Phase betrieben, so dass die Plattform (20) eben bleibt. In einem Kippmodus werden die Linearmotoren (14) außer Phase betrieben und übertragen die durch Kippen verursachten Vibrationen an die Plattform (20). Mit einer beweglichen Verbindung, wie beispielsweise ein Gummielement (165), wird die Plattform (20) an ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Umfeld der Erfindung
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um Ganzkörper-Vibrations-Geräte und um Motoren für den Antrieb dieser Ganzkörper-Vibrations-Geräte.
2. Beschreibung der herkömmlichen Ausführungsart
Die Ganzkörper-Vibration (WBV) ist die kontrollierte Anwendung von Vibrationen auf den menschlichen Körper. Die Vorteile der Anwendung dieser kontrollierten Vibrationen wurden innerhalb einer gesamten Breite weitverbreitet von Fachexperten der Wissenschaft und der Fitness anerkannt. Die WBV erweist sich als vorteilhaft für Übende in jeder Altersgruppe, wie z. B. durch Stärken und Wiederherstellen der Muskelkraft von Athleten sowie zur Linderung der durch Arthritis verursachten Schmerzen bei älteren Menschen. Weiter wurde festgestellt, dass mit der WBV die Knochendichte verbessert wurde, die Knie- und Knöchelbänder rehabilitiert, günstige Hormone freigesetzt wurden, der Blutkreislauf zu und in den Gliedmaßen verbessert wurde und sogar Schmerzen gelindert werden konnten. Neben den vorteilhaften Auswirkungen auf die Gesundheit von Erwachsenen wurde die WBV ebenfalls als günstig für Personen befunden, die an verschiedenen Gebrechen und Erkrankungen leiden.
Während einige bekannte Vorteile der WBV bereits fest anerkannt sind bleibt die WBV ein relativ neues und aufregendes Innovationsfeld. Die positiven gesundheitlichen Aspekte der WBV werden noch immer weiter entdeckt und erkundet, während die Hersteller von Geräten gleichzeitig eine Ansammlung von Produkten entwickeln, deren Design auf das Ausnutzen des Potentials der WBV ausgerichtet ist. Solche Produkte umfassen plattformbasierte Geräte zum Übertragen von Vibrationen auf den während der Behandlung stehenden Benutzer zu übertragen, sowie Zubehörteile, mit denen die vertikalen Vibrationen auf bereits vorhandene Heimgymnas tikgeräte oder auf andere Geräte übertragen werden. Die Bereiche der kontinuierlichen Entwicklung schließen die Motortypen zum Erzeugen von Vibrationen, die optimale Nutzung des elektrischen Stroms, die mit der WBV angewendeten Merkmale des Gerätes und die Vielseitigkeit des Gerätes mit ein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Mit dieser Erfindung soll ein Gerät zum Übertragen von Vibrationen auf den Körper dargelegt werden. Das Gerät kann zur Behandlung des ganzen menschlichen Körpers durch Vibrieren angewendet werden. Die kontrollierte Vibration kann mit mehreren Linearmotoren erzeugt werden, wie beispielsweise durch eine variierende Frequenz, Amplitude und durch das Phasenverhältnis zwischen den Linearmotoren. Bei einer Ausführungsart ist ein Paar von Linearmotoren auf einer Basis angeordnet. Jeder Linearmotor ist für die lineare Hin- und Herbewegung als Reaktion auf den zugeführten Strom konfiguriert. An das Paar der Linearmotoren ist eine Plattform konfiguriert, mit der die Person getragen wird, wobei diese Plattform je nach der Basis, die auf die mit den Linearmotoren erzeugten Bewegungen entsprechend reagieren, bewegt wird. An die Linearmotoren ist eine Stromquelle angeschlossen, von der diese Linearmotoren mit Wechselstrom versorgt werden. Zum Steuern der Bewegung der Linearmotoren ist die Stromquelle mit einer Steuerungseinheit verbunden. Beispielsweise werden mit dieser Steuerungseinheit die Hin- und Herbewegungsrate (Frequenz) der Linearmotoren sowie das Phasenverhältnis zwischen der Linearmotoren gesteuert. Nach einem Aspekt der Erfindung kann das Phasenverhältnis zwischen den Linearmotoren zum Ausführen von verschiedenen Bewegungsarten der Plattform ausgewählt werden.
Mit der Betriebsart eines "Kipp"-Modus kann das Paar der Linearmotoren zum Beispiel 180 Grad außer Phase und typischerweise mit der gleichen Frequenz und Amplitude (vertikale Ausdehnung) betrieben werden. Damit wird die Plattform, auf der der Benutzer steht, mit der Betriebsfrequenz der Linearmotoren nach hinten und vorne gekippt. Der Kippwinkel kann gering sein, wie z. B. weniger als einige Grade von der Horizontale. Weiter können die Linearmotoren mit den Vibrationsfrequenzen zwischen 20 Hz und 60 Hz hin- und herbewegt werden, so dass das Kippen vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden kann. Mit einem „ebenen" Betriebsmodus können die Linearmotoren typischerweise mit derselben Frequenz und Amplitude in Phase betrieben werden. Daher bleibt die Plattform eben (ohne Kippen), wobei sie wegen der harmonisierten Hin- und Herbewegung der Linearmotoren noch immer auf und ab vibriert wird.
Die Wahl des Modus und die Regulierbarkeit der weiteren Betriebsparameter des WBV Gerätes bieten dem Benutzer eine große Auswahl an Optionen für die Behandlung mit der WBV an. Bei einer Ausführungsart können die Parameter, wie z. B. die Frequenz, Amplitude und das Phasenverhältnis, vom Benutzer manuell gesteuert werden, und zwar beispielsweise mit den Reglern auf einer Bedientafel. Alternativ kann die Steuerungseinheit mit verschiedenen vom Benutzer auswählbaren Programmen vorprogrammiert sein, wobei jedes dieser Programme über je eine unterschiedliche Kombination von Betriebsparametern verfügt, wobei außerdem auch der ebene Modus oder der Kippmodus ausgewählt werden kann.
Weitere Ausführungsarten, Aspekte und Vorteile der Erfindung sollen mit der nachstehenden Beschreibung und den angehängten Patentansprüchen hervorgehoben werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines WBV-Gerätes mit einem eingebauten einzelnen Linearmotor.
2 zeigt eine Explosionsansicht einer der Zusammenbauten des Linearmotors der vorliegenden Erfindung mit einer Anordnung von Scheibenmagneten und Stahlplatten.
3A zeigt eine perspektivische Ansicht des räumlichen Verhältnisses entlang der Spulenpaare, die im Gehäuse einer der Zusammenbauten des Linearmotors der vorliegenden Erfindung angeordnet sind.
3B zeigt eine perspektivische Ansicht einer Beispielkonfiguration der Innenkammer des Gehäuses einer der Zusammenbauten des Linearmotors, wobei dieser Zusammenbau mit einem Ausrichtungsständer und einer Reihe von Tragefedern versehen ist.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels von einer zusammengesetzten Anordnung der Scheibenmagnete und der Stahlplatten der Zusammenbauten des Linearmotors der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Ansicht eines Beispiels einer Steuerungskonsole, mit der der Benutzer das erfindungsgemäße Gerät für die Ganzkörper-Vibrationen steuern kann.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsart eines erfindungsgemäßen WBV-Gerätes mit einem Doppel-Motor mit einem auswählbaren „Kipp"-Modus nach der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Draufsicht der Basis des in der 6 gezeigten WBV-Gerätes, wobei das Gehäuse des Doppel-Motors und die Plattform zum Vorzeigen des Linearmotorenpaars entfernt sind.
8 zeigt eine Teilexplosionsansicht der an der Plattform befestigten Linearmotoren von der Seite.
9 zeit ein schematisches Diagramm der mit 180 Grad außer Phase betriebenen Linearmotoren der vorliegenden Erfindung.
9A zeigt ein Paar von Sinuskurven, die das Phasenverhältnis zwischen den in der 9 gezeigten Linearmotoren grafisch darstellen.
10 zeigt ein schematisches Diagramm der in Phase betriebenen Linearmotoren, d. h. mit einem Phasenverhältnis von 0 Grad zueinander.
10A zeigt eine Sinuskurve, mit der das Phasenverhältnis der in der 10 gezeigten Linearmotoren grafisch dargestellt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSARTEN
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Ganzkörper-Vibrations-Gerät ("WBV") geschaffen, das sowohl eine Ausführungsart mit Einzelmotor als auch eine Ausführungsart mit mehreren Motoren umfaßt. Bei einer Ausführungsart ist das WBV-Gerät mit zwei Zusammenbauten von Linearmotoren ausgestattet und kann daher als ein WBV-Gerät mit einem "Doppel-Motor" genannt werden. Jeder Zusammenbau des Linearmotors ist aus einem Stator und aus einer zusammengebauten beweglichen Untergruppe aufgebaut, wobei letztere axial je nach dem Stator bewegt wird. Ein Wechselstrom wird auf jeden Linarmotor aufgetragen, um damit den beweglichen Zusammenbau mit einer ausgewählten Frequenz und Amplitude hin- und herzubewegen, wodurch die Plattform bewegt wird. Das WBV-Gerät mit Doppel-Motor ist mit einem Paar von unabhängig steuerbaren Linearmotoren aufgebaut, wobei auf diesen Linearmotoren eine Plattform befestigt ist, auf der der menschliche Körper getragen wird. Entweder kann der Benutzer die Betriebsparameter, wie beispielsweise die Frequenz und die Amplitude der Motoren und das Phasenverhältnis zwischen den Motoren, manuell steuern, oder diese Betriebsparameter können in Übereinstimmung mit einer oder mehreren der zahlreichen vorprogrammierten Routinen automatisch gesteuert werden. Das WBV-Gerät mit dem Doppel-Motor kann in einem ebenen Modus betrieben werden, wobei das Linearmotorenpaar synchron und in Phase betrieben werden, damit die Plattform eben bleibt, wenn die Linearmotoren gleichzeitig nach oben und unten vibriert werden.
Das WBV-Gerät mit Doppel-Motor kann ebenfalls in einem "Kipp"-Modus betrieben werden, wobei die Linearmotoren außer Phase betrieben werden und so ein vibrierendes Kippen auf die Plattform übertragen wird. Der Kippmodus ist besonders für die Bequemlichkeit des Benutzers wünschenswert. Da der Oberkörper allgemein auf der Mitte des Beckens gestützt wird, wird die vibrationsinduzierte Bewegung des Benutzers zur oder unterhalb der Beckenpartie während dem Betrieb der Linearmotoren mit einem Phasenunterschied von 180 Grad erheblich gehindert. Daher ist der Kippmodus besonders wünschenswert, um mit diesem daher die Verbreitung von unangenehmen Vibrationen zum Kopf und auf den Oberkörper des Benutzers möglichst zu verhindern.
Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ganzkörper-Vibrations-Gerätes ("WBV-Gerät") 10 mit einem Einzelmotor. Das WBV-Gerät 10 ist mit einem Zusammenbau eines Einzellinearmotors ausgestattet, der unter einer Plattform 20 montiert ist. Auf diese Plattform 20 steht der Benutzer mit seinem Körper mit seinen Füßen und in aufrechter Haltung, obwohl bei anderen Ausführungsarten eine Plattform zum Tragen des Körpers des Benutzers und zum Übertragen der Vibrationen an den menschlichen Körper (oder sogar an ein Tier) in einer der verschiedenen Positionen, wie z. B. für eine zurückliegende, liegende oder sitzende Position, montiert ist. Das WBV-Gerät 10 ist mit mehreren Stützen 3 auf einem Rahmen 4 versehen und kann direkt auf einen Boden einer Fläche für die Benutzung aufgestellt werden. Das WBV Gerät 10 sollte am besten, aber nicht unbedingt, auf eine relativ feste Fläche aufgestellt werden, um die Stabilität zu gewährleisten und um zu stark dämpfende Vibrationen zu vermeiden. Beispielsweise kann das WBV-Gerät auf eine Gymnastik-Bodenfläche aus Beton oder aus Hartgummi oder im Heimbereich auf eine Bodenfläche mit einem Teppich oder auch ohne Teppich aufgestellt werden. Vom Rahmen 4 erstreckt sich eine Säule 9 und stützt eine Anzahl von Reglern 6, 8 und einen Haltegriff 7. Eine optionale Benutzerschnittstelle (auch als "Bedienkonsole" bezeichnet) 5 ist mit einem Display ausgestattet, das dem Benutzer verschiedene behandlungsbezogene Feedbacks und Informationen anzeigt, so z. B. die Zeit, die Vibrationsamplitude und Frequenz, die Dauer der WBV-Behandlung, die Herzschlagrate und die visuelle Unterhaltung.
Die 2 zeigt eine Explosionsansicht eines Linearmotor-Zusammenbaus 14, der im WBV-Gerät 10 nach der vorliegenden Erfindung eingebaut sein kann. Der Linearmotor-Zusammenbau 14 besteht aus einem Statur 21 und aus einer zusammengebauten beweglichen Untergruppe 30, die im Verhältnis zum Statur 21 axial und als Reaktion auf einen nachstehend beschriebenen elektromagnetischen Betrieb bewegt wird. Der Statur 21 ist aus einem Gehäuse 23 und aus einem Spulenzusammenbau 22 aufgebaut, wobei letztere fest am Gehäuse 23 fixiert ist. Das Gehäuse 23 kann aus einem allgemein magnetisch leitfähigen Material, wie beispielsweise aus kohlenstoffarmem Metall, bestehen. Die zusammengebaute bewegliche Untergruppe 30 besteht aus einem Scheibenzusammenbau 19, an die die Plattform 20 fest montiert ist. Beim Zusammenbauen des Linearmotor-Zusammenbaus 14 (d. h. wie in der 2 gezeigt zusammengelegt ist) wird der Scheibenzusammenbau 19 konzentrisch darin eingesetzt und ist im Verhältnis zum Spulenzusammenbau 22 axial beweglich. Mit einer Steuerungseinheit, die schematisch dargestellt und allgemein als eine "Steuerungsmittel" 27 bezeichnet ist, wird wie weiter unten beschrieben ein elektrischer Wechselstrom 26 auf den Spulenzusammenbau 22 aufgetragen. Durch diese "elektrische Anregung" des Spulenzusammenbaus 22 wird der Scheibenzusammen bau 19 mit einer kontrollierten Amplitude und Frequenz innerhalb dieses Scheibenzusammenbaus 19 oszilliert. Daher erzeugt der Linearmotor-Zusammenbau 14 eine kontrollierte und allgemein vertikal ausgerichtete Vibration, die auf einen Benutzer übertragen wird, der auf der Plattform 20 steht.
Der Scheibenzusammenbau 19 enthält allgemein ausgerichtete Scheibenmagnete 31, 32, 33, wobei jede dieser Scheibenmagnete zwischen Stahlscheiben 41A und 41B, 42A und 42B, und 43A und 43B eingeklemmt ist und so dieser Scheibenzusammenbau 19 einem "Scheibenstapel" ähnelt. Das "untere" Scheibenmagnet 31 befindet sich zwischen dem Stahlscheibenpaar 41A und 41B, das "mittlere" Scheibenmagnet 32 zwischen dem Stahlscheibenpaar 42A und 42B und das "obere" Scheibenmagnet 33 ist zwischen dem Stahlscheibenpaar 43A und 43B angeordnet. Mit jedem Stahlscheibenpaar wird das Magnetfeld des zwischen den Stahlscheibenpaaren angeordneten Scheibenmagnetes strategisch konditioniert und neu ausgerichtet, um die elektromagnetische Reaktion zu verstärken, die bei der elektrischen Anregung des anliegenden Spulenpaares auf jedes Scheibenmagnet übertragen wird. Der mit jedem Scheibenmagnet 31, 32 und 33 erzeugte Magnetfluss wird mit den Stahlplattenpaaren 41A und 41B, 42A und 42B, und 43A und 43B geleitet.
Wie in der 2 gezeigt, sind die Scheibenmagnete 31, 32 und 33 so angordnet, dass jedes Scheibenmagnet eine abstoßende Kraft auf das angrenzende Scheibenmagnet überträgt. Dies erfolgt durch Ausrichten der angrenzenden Magnete, wie zum Anordnen der Magnete, dessen Pole einander anziehen. Beispielsweise ist das untere Scheibenmagnet 31 mit einem nach unten ausgerichteten Süd-Pol "S" und mit einem nach oben zum mittleren Scheibenmagnet 32 ausgerichteten Nord-Pol "N" versehen. Das mittlere Scheibenmagnet 32 weist einen nach unten auf den Nord-Pol des unteren Scheibenmagnetes 31 ausgerichteten Nord-Pol "N" und einen nach oben zum oberen Scheibenmagnet 33 ausgerichteten Süd-Pol "S" auf. Das obere Scheibenmagnet 33 weist einen nach unten auf den Süd-Pol des mittleren Scheibenmagnetes 32 ausgerichteten Süd-Pol "S" und einen nach oben ausgerichteten Nord-Pol "N" auf. Mit dieser so angeordneten Ausrichtung der Scheibenmagnete 31, 32, 33 wird der Magnetfluss angesammelt, der dann zu einer größeren elektromagnetischen Gesamtkraft zwischen dem Stator 21 und der zusammengebauten beweglichen Untergruppe 30 beiträgt, wenn der Strom durch die Spulen des Spulenzusammenbaus 22 fließt. Mit dieser Anordnung kann eine wichtige magnetische Federung bei der Übertragung der Vibrationen von der zusammengebauten beweglichen Untergruppe 30 des Linearmotor-Zusammenbaus 14 zur Plattform 20, die durch die auf den Scheibenzusammenbau 19 aufgetragene elektromagnetische Kraft verschoben wird, geschaffen werden.
Der Spulenzusammenbau 22 in dieser Konfiguration besteht aus vier ausgerichtete Spulen 22A, 22B, 22C, 22D, die auf einem elektrisch nichtleitfähigen Material angeordnet sind, wie z. B. auf Verbundpolymer. Zum Diskussionszweck sind die vier Spulen 22A–D als einen Satz von drei Paaren von gegengewundene Spulen gruppiert: ein erstes Spulenpaar 22A–22B, ein zweites Spulenpaar 22B–22C und ein drittes Spulenpaar 22C–22D. Die Spule 22B ist zur Spule 22A entsprechend gegengewunden, die Spule 22C ist zur Spule 22B entsprechend gegengewunden, und die Spule 22D ist zur Spule 22C entsprechend gegengewunden. Die Scheibenmagnete 31, 32 und 33 werden mit dem Gehäuse 23 innerhalb des Bereiches des elektromagnetischen Einflusses durch die Felder, die durch die elektrische Anregung des Spulenzusammenbaus 22 erzeugt werden, unterstützt und positioniert. Das Scheibenmagnet 31 ist zwischen dem Spulenpaar 22A–22B, das Scheibenmagnet zwischen dem Spulenpaar 22B–22C und das Scheibenmagnet ist zwischen dem Spulenpaar 22C–22D positioniert.
Der Spulenzusammenbau 22 ist daher zum Erzeugen eines entsprechenden Paares von miteinander wirkenden Magnetfeldern innerhalb eines jeden Spulenpaares konfiguriert. Dabei wird dieses entsprechende Paar von miteinander wirkenden Magnetfeldern auf je eines der Scheibenmagnete 31, 32 und 33 übertragen. Die N-S-Anordnung der Magnetpolen der Scheibenmagnete 31, 32 und 33 wirken zusammen mit der oben beschriebenen Anordnung der Spulenpaare 22A–22B, 22B–22C and 22C–220, um sämtliche Scheibenmagnete 31–33 bei einer elektrischen Anregung des Spulenzusammenbaus 22 in dieselbe Richtung anzutreiben. Als Reaktion auf das Auftragen eines Stroms mit einem Pol wird der Scheibenzusammenbau 19 im Ver hältnis zum Spulenzusammenbau 22 in eine lineare Richtung bewegt. Als Reaktion auf den Strom mit der umgekehrten Polarität wird der Scheibenzusammenbau 19 im Verhältnis zum Spulenzusammenbau 22 in die entgegengesetzte lineare Richtung bewegt. Durch Abwechseln des auf den Spulenzusammenbau 22 aufgetragenen Stroms werden die Vibrationen an der Plattform 20 in Übereinstimmung mit der Frequenz des Wechselstroms erzeugt.
Während dem Betrieb des Linearmotor-Zusammenbaus 14 werden die Stromimpulse an die Spulenpaare übertragen. Wie in der 2 gezeigt, wird von einer Wechselstrom 26 periodisch ein Strom auf den Draht aufgetragen, welcher gewunden ist, um je einen der vier Spulen 22A, 22B, 22C und 22D zu bilden. Wie zuvor beschrieben, bilden die vier Spulen drei Paare von gegengewundenen Spulen, die miteinander gekoppelt sind. Bei einer elektrischen Anregung erzeugt jedes Spulenpaar ein Magnetfeldpaar, welches allgemein nach den Vorderseiten der Scheibenmagnete ausgerichtet sind. Die Spule 22A erzeugt ein Magnetfeld mit einem Süd-Pol, welches vertikal mit und unter dem Süd-Pol des Scheibenmagnetes 31 ausgerichtet ist, um das Scheibenmagnet nach oben abzustoßen, während der Süd-Pol des erzeugten Magnetfeldes der Spule 22B, welche vertikal mit und über dem Nord-Pol des Scheibenmagnetes 31 ausgerichtet ist, um das Scheibenmagnet 31 nach oben anzuziehen, und um somit eine kombinierte und nach oben wirkende Reaktionskraft gegen die Plattform 20 zu erzeugen. Der Nord-Pol des Magnetfeldes von der Spule 22B ist vertikal mit und unter dem Nord-Pol des Scheibenmagnetes 32 ausgerichtet, um das Scheibenmagnet nach oben abzustoßen, während der Nord-Pol des Magnetfeldes von der Spule 22C vertikal mit und über dem Süd-Pol des Scheibenmagnetes 32 ausgerichtet ist, um das Scheibenmagnet 32 nach oben anzuziehen und um somit eine kombinierte und nach oben gerichtete Reaktionskraft gegen die Plattform 20 zu erzeugen. Der Süd-Pol des Magnetfeldes von der Spule 22C ist vertikal mit und unter dem Süd-Pol des Scheibenmagnetes 33 ausgerichtet, um das Scheibenmagnet nach oben abzustoßen, während der Süd-Pol des Magnetfeldes von der Spule 22D vertikal mit und über dem Nord-Pol des Scheibenmagnetes 33 ausgerichtet ist, um das Scheibenmagnet nach oben anzuziehen und um somit eine kombinierte und nach oben gerichtete Reaktionskraft gegen die Plattform 20 zu erzeugen.
Der von der Stromquelle zum Inverter zugeführte Strom ist typischerweise ein Wechselstrom von einem elektrischen Gitter. Der Inverter emfängt den Wechselstrom (AC) und wandelt zuerst eine AC-Phase in Gleichstrom (DC) um, um einen Gleichstrom mit einer minimalen "Welligkeit" zu erzeugen. Dieser Gleichstrom wird dann einem High-Side-Treiber und einem Low-Side-Treiber innerhalb des Inverters zugeführt, der dann die positiven bzw. negativen elektrischen Phasenkomponenten in Harmonie konditioniert und liefert, um eine modifizierte Wechselstromwelle dem Linearmotor-Zusammenbau 14 zuzuführen. Der Strom zum Linearmotor-Zusammenbau 14 wird durch die Spannungssteuerung verändert, während die Frequenz der mit dem Linearmotor-Zusammenbau 14 erzeugten Vibrationen mit der Frequenzsteuerung des konditionierten Wechselstroms, der dem Linearmotor-Zusammenbau 14 zugeführt wird, variiert. Die aus dem Inverter abgegebene Stromwellenform ist tatsächlich eine Sinuswelle.
Mit einigen hochqualitativen Invertern kann ein beinahe vollständig reiner Sinuswellen-Wechselstrom erzeugt werden, während mit anderen und typischerweise kostengünstigeren Invertermodellen ein Wechselstrom mit einer quasiquadratischen Welle erzeugt wird. Obwohl die Frequenz und der Strom, die von der Sinuswelle und der quadratischen Welle geliefert werden, dieselben sind, unterscheidet sich jedoch die Wellenform. Die Leistung des Linearmotor-Zusammenbaus 14 hängt weniger von der Form der Wellenform als die Leistung eines Drehmotors ab. Mit dem pulsierenden Strom und der strategischen Positionierung der Magnete wird mit der Summe der ähnlichen abstoßenden Polen und der entgegenwirkenden anziehenden Polen eine aufwärts und abwärts intermittierende und pulsierende Kraft gegen die Plattform 20 erzeugt, um Vibrationen mit einer Frequenz und einer Amplitude zu erzeugen, die mit einem Steuerungsmittel 27 gesteuert werden können.
Das Positionieren des Scheibenmagnetes im Verhältnis zum Spulenpaar ist wichtig für den effizienten und effektiven Betrieb des Linearmotor-Zusammenbaus 14. Das Magnet und die dazugehörenden oberen und unteren Platten müssen für eine maximale Wirksamkeit allgemein zwischen dem Spulenpaar positioniert werden, da die auf das Scheibenmagnet übertragene Kraft eine Positionierungsfunktion des mit dem Magnet erzeugten Magnetfeldes ist, wobei dieses Magnetfeld im Verhältnis zu den Magnetfeldern ist, die bei der elektrischen Anregung mit dem intermittierenden Strom von den Spulen erzeugt werden. Jede Spule erzeugt ein Magnetfeld mit einem Nord-Pol und einem Süd-Pol, wobei die richtige Positionierung des Scheibenmagnets im Verhältnis zur Spule kritisch ist für die Herbeiführung einer Reaktion auf den Strom in der Spule.
Der Linearmotor-Zusammenbau 14 ist zum Anpassen durch Justieren an verschiedene Belastungen auf der Plattform 20 ausgerichtet. Der Linearmotor-Zusammenbau 14 erfordert zum Erzeugen der gleichen Frequenz und Amplitude zum Tragen und Bewegen eines schwereren Körpers auf der Plattform 20 mehr Strom. Die Bewegung der Plattform 20 hängt teilweise von der Belastung auf der Plattform 20 und auch vom Strom, der auf den Linearmotor-Zusammenbau 14 aufgetragen wird, sowie vom Strom ab, der durch den Wechselstrom 26 auf den Linearmotor-Zusammenbau 14 aufgetragen wird. Das Gewicht des auf der Plattform 20 stehenden Benutzers ist von Benutzer zu Benutzer des WBV-Gerätes selbstverständlich unterschiedlich. Nach einer Ausführungsart wird zu Beginn eine vorbestimmte Menge an elektrischem Strom auf den Spulenzusammenbau 22 des Linearmotor-Zusammenbaus 14 aufgetragen, um die Plattform 20 zu bewegen. Wenn der Benutzer die Bewegungsamplitude mit der Steuerungskonsole 5 (1) einstellt, wird zum Erzeugen von Vibrationen ein vorbestimmter Strom auf den Linearmotor-Zusammenbau 14 aufgetragen. Mit einem Bewegungsamplitudensensor wird die Vibration der Plattform 20 gemessen. Die Messung vom Bewegungssensor wird von der Feedback-Steuerungseinheit im Steuerungsmittel 27 empfangen, wonach dieses Feedback-Steuerungseinheit den elektrischen Strom, der dem Linearmotor-Zusammenbau 14 zugeführt wird, justiert, um die vom Benutzer gewünschte Bewegungsamplitude zu erzielen.
Die 3A zeigt eins perspektivische Ansicht des Spulenzusammenbaus 22 und das gegengewundene Verhältnis zwischen den Spulenpaaren 22A–22B, 22B–22C und 22C–22D, die im Gehäuse angeordnet sind, um damit allgemein die zusam mengebaute bewegliche Untergruppe 30 des Linearmotor-Zusammenbaus 14 zu umgeben. Der dem Linearmotor-Zusammenbau 14 zugeführte Wechselstrom wird unter Anwendung des schematisch angezeigten Steuerungsmittels 27 geliefert. Dieses Steuerungsmittel 27 kann ein beliebiges Gerät zum Konditionieren eines Wechselstroms sein, wie z. B. ein Computer, Mikroprozessor, ein Strominverter oder Kombinationen dieser Geräte. Der Linearmotor-Zusammenbau 14 kann zum Betreiben mit einem elektrischen Strom mit einer Spannung angepaßt werden. In einem Beispiel kann sich die Spannung innerhalb eines Bereichs von 12 Volt bis 400 Volt befinden, während die Spannung in einem anderen Beispiel zwischen 100 Volt und 300 Volt sein kann.
Die 3B zeigt eine perspektivische Ansicht der Innenkammer 54 des Gehäuses 23 einer erfindungsgemäßen Ausführungsart. Das Gehäuse 23 ist mit einem Ausrichtungsständer 57, der sich allgemein in der Mitte der Innenkammer 54 befindet, sowie mit einer Reihe von Tragefedern 50 versehen, die innerhalb von Federbohrlöchern 51 positioniert sind. Die allgemein umlaufende Anordnung der Tragefedern 50 kommen mit der Stahlscheibe 41B in Berührung und trägt diese, so dass das Gewicht dieser Stahlscheibe 41B darauf lastet, einschließlich aber nicht eingeschränkt auf den Scheibenmagneten 31, 32 und 33, den Stahlscheiben 41A, 42A, 42B, 43A und 43B, der Plattform 20 und auf dem auf der Plattform 20 stehenden Benutzer lastet, wenn der Motor nicht betrieben wird. Der Ausrichtungsständer 57 ist so ausgeführt, dass er gleitbar innerhalb der ausgerichteten Öffnungen in den Scheibenmagneten 31, 32, 33 und in den Stahlscheiben 41A, 41B, 42A, 42B, 43A und 43B montiert ist, damit diese Komponenten nicht gegen die Innenwand des Gehäuses 23 bewegt werden können. Die Tragefedern 50 sind zum Aufnehmen der Bewegung der zusammengebauten beweglichen Untergruppe 30 des Linearmotor-Zusammenbaus 14 ausgeführt. Die Federkonstante ist zum Tragen des auf der Plattform 20 stehenden Benutzers und der Plattform 20 ausgeführt, ohne dass diese dabei zu stark zusammengedrückt wird, um so zu verhindern, dass ein "Tiefstpunkt" erreicht wird, wenn der Benutzer auf der Plattform 20 getragen wird, wobei die gewünschte Positionierung der Scheibenmagnete 31, 32, 33 ebenfalls beibehalten werden kann.
Der Linearmotor-Zusammenbau 14 wird auf dem intermittierenden Wechselstrom auch ohne die Anwendung eines reinen Sinuswellenprofils funktionieren, da er nicht rotiert. Ein deutlicher Vorteil des Linearmotor-Zusammenbaus 14 besteht darin, dass er unter Anwendung einer Phase eines Wechselstroms angetrieben wird, während ein Drehmotor zum Anregen des Stators drei Phasen benötigt, wobei zum Vollenden einer Umdrehung der Rotor des Motors 1200 mit jeder Phase vorangetrieben werden muss.
Die 4 zeigt eine perspektivische Untenansicht der zusammengebauten beweglichen Untergruppe 30, d. h. in entgegengesetzter Richtung von deren Ausrichtung innerhalb des Gehäuses, wie in der 2 gezeigt. Die 4 zeigt die Scheibenmagnete 31, 32, 33 und die Stahlscheiben 41A, 41B, 42A, 42B, 43A und 43B in ihrem Verhältnis, wenn sie innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Die in der 4 gezeigte zusammengebaute bewegliche Untergruppe 30 ist in einem zusammengedrückten Zustand, während der Stapel der Scheibenmagnete 31, 32, 33 und die Stahlscheiben in eine Stellung nahe gegen die magnetischen Rückstoßkräfte gezwungen werden, um einen zusammengedrückten Stapel zu bilden. An der zusammengebauten beweglichen Untergruppe 30 sind rotationshemmende Vorsprünge 60 mit Bolzen 61 gesichert, wobei diese Bolzen 61 durch die ausgerichteten Bolzenlöcher 62 eingeschoben sind. Auf der gegenüberliegenden Seite der zusammengebauten beweglichen Untergruppe 30 befinden sich Bolzen 61, die mit Muttern (nicht abgebildet) zusammenwirken, wobei mit diesen Bolzen 61 diese zusammengebaute bewegliche Untergruppe 30 in einer "gestapelten" Konfiguration gesichert wird, um die Rückstoßkraft zwischen den anliegenden Scheibenmagneten zum Zusammendrücken dieses Stapels und zum Ansammeln des Magnetflusses an strategischen Stellen zu verhindern. Die rotationshemmenden Vorsprünge 60 sind in einem Muster so verteilt, dass dieses Muster den Positionen der Tragefedern 50 (3B) entspricht, wobei diese Vorsprünge 60 innerhalb einer Spule einer Tragefeder 50 aufgenommen sind, damit die Scheibe 43B nicht rotiert wird.
Die Stahlscheiben auf beiden Seiten eines jeden Scheibenmagnetes werden magnetisch fest auf die Fläche des Scheibenmagnetes gesichert. Insbesondere sind die Stahlscheiben 43A und 43B magnetisch an die entgegengesetzten Flächen des Scheibenmagnetes 33 gesichert, die Stahlscheiben 42A und 42B sind magnetisch an die entgegengesetzte Fläche des Scheibenmagnetes 32 gesichert und die Stahlscheiben 43A und 43B sind magnetisch an die entgegengesetzten Flächen des Scheibenmagnetes 33 gesichert. Eine Stahlscheibe kann magnetisch an den runden Vorsprung 20A, der von der Unterseite der Plattform 20 hervorsteht, gesichert sein. Je nach der Kraft des Magnetes und der durch den Benutzer verursachten Belastung kann zwischen den anliegenden Stahlplatten wegen den magnetischen Rückstoßkräften zwischen den angrenzenden Scheibenmagnetenpaaren eine Lücke verbleiben. Um die Unterseite der Plattform 20 sind allgemein in gleichmäßigen Winkeln angeordnete Stützrippen 20B vorgesehen. Das Linearlager 58 erleichtert die Gleitbewegung der zusammengebauten beweglichen Untergruppe 30 im Verhältnis zum Ausrichtungsständer 57 (siehe 3B), der sich gleitbar innerhalb des Bohrloches 57A des Linearlagers 58 befindet. Eine auf diesem Gebiet bekannte Hülse oder ein anderer ähnlicher Gegenstand kann anstelle des Linearlagers 58 verwendet werden.
Die 5 zeigt eine Darstellung einer Ausführungsart der in der 1 gezeigten Steuerungskonsole. Diese optionale Steuerungskonsole 5 ist mit einem Display 106 versehen, das dem Benutzer verschiedene und behandlungsbezogene Steuerungen und Feedbacks anzeigt, wie z. B. die Zeit, die Vibrationsamplitude und Frequenz, die Dauer der WBV-Behandlung, die Herzschlagrate. Beispielsweise kann die Vibrationsfrequenz der Plattform 20 mit den Tasten 107 auf der Steuerungskonsole 5 eingestellt werden, beispielsweise innerhalb eines Bereiches von 20 bis 60 Hz. Die Verschiebungsamplitude kann mit der Steuerungskonsole 5 ebenfalls justiert werden, z. B. von 0,5 mm bis 6 mm. Die Behandlungsdauer kann ebenfalls abgeändert werden, wie beispielsweise für die WBV-Behandlung von 1 Minute bis zu 20 Minuten. Eine kürzere Behandlungsdauer kann von größeren und stärkeren Vibrationsamplituden begleitet werden, während auf ähnliche Weise eine längere Behandlungsdauer von reduzierten Amplituden begleitet werden kann. Das Verhältnis zwischen der Zeit, Frequenz und der Amplitude kann je nach solchen vordefinierten Verhältnissen vorprogrammiert werden. Beispielsweise kann der Benutzer unter schiedliche Programme mit verschiedenen Kombinationen dieser Parameter auswählen. Mit der Steuerungskonsole 5 kann ebenfalls eine visuelle Unterhaltung angezeigt werden, wie z. B. Spielfilme, simulierte Übungsbewegungen oder eine andere Audio-, visuelle oder audiovisuelle Stimulation, um die Teilnahme des Benutzers zu fördern und um die WBV-Behandlung angenehmer und lohnender zu gestalten.
Die 6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsart eines Ganzkörper-Vibrations-Gerätes mit einem Doppel-Motor ("WBV Gerät") 110 nach der vorliegenden Erfindung. Das WBV-Gerät 110 besitzt eine Doppel-Motorbasis 104, der aus einem Paar von unabhängig variablen Linearmotoren (siehe 7), die in einem Gehäuse 123 eingebaut sind, aufgebaut ist Auf einem Paar von Linearmotoren wird eine Plattform 120 gestützt, auf die eine Person während der WBV-Behandlung stehen kann. Die Säule 9 erstreckt sich von der Doppel-Motorbasis 104 und dient zum Stützen des Haltegriffs 7 und der Benutzerschnittstelle ("Steuerungskonsole") 5. Diese Steuerungskonsole 5 ist mit einem Display versehen, die dem Benutzer eines der verschiedenen und behandlungsbezogenen Feedbacks und Informationen anzeigt, wie z. B. die Zeit, die Vibrationsamplitude und Frequenz, die Dauer der WBV-Behandlung, die Herzschlagrate und die visuelle Unterhaltung. Mit den Reglern 6, 8 kann der Benutzer die Betriebsparameter auswählen, wie z. B. die Dauer der WBV Behandlung, eine Vibrationsfrequenz und eine Vibrationsphase.
Die 7 zeigt eine Draufsicht der Doppel-Motorbasis 104, wobei das Gehäuse 123 und die Plattform 120 entfernt sind, um das Linearmotorenpaar 114A, 114B, welches auf die Basis 104 befestigt ist, sichtbar darzustellen. Vom Betrieb und von der Struktur her ist jeder Linearmotor 114A, 114B ähnlich mit dem Linearmotor-Zusammenbau 14 des in der 2 gezeigten WBV-Gerätes mit Einzelmotor, wobei dieses sowohl aus einem elektrischen Stator 112 mit Spulenbasis als auch aus einer zusammengesetzten beweglichen Untergruppe (in der 7 nicht abgebildet) aufgebaut ist. Einige bauliche Unterschiede zwischen den in der 7 gezeigten Linearmotoren 114A, 114B und dem in der 2 gezeigten Linearmotor-Zusammenbau 14 sollen anhand der 8 unten beschrieben werden. Eine Stromquelle 126 ist elektrisch mit den Linearmotoren 114A, 114B verbunden, um diese für deren Betrieb mit Wechselstrom zu versorgen. Eine Steuerungseinheit 127 steht in Verbindung mit der Stromquelle 126 und steuert den von dieser Stromquelle 126 gelieferten Wechselstrom. Dabei wird der Wechselstrom zum Steuern der Hin- und Herbewegung der Lineamotoren 114A, 114B von der Steuerungseinheit 127 gesteuert. Insbesondere können die Amplitude und die Frequenz der Hin- und Herbewegung der beiden Linearmotoren 114A, 114B sowie das Phasenverhältnis zwischen diesen Linearmotoren 114A, 114B mit der Steuerungseinheit 127 unabhängig gesteuert werden. Beispielsweise kann der Wechselstrom mit der Steuerungseinheit 127 gesteuert werden, um die Linearmotoren 114A, 114B selektiv zum Hin- und Herbewegen in der Phase ("0 Grad") oder diametrical außer Phase ("180 Grad" voneinander) zu bringen, wobei eine im Verhältnis zur anderen steht. Obwohl die Linearmotoren 114A, 114B unabhängig steuerbar sind werden diese Linearmotoren 114A, 114B typischerweise mit derselben Frequenz und Amplitude betrieben, ungeachtet ob sie in der Phase oder diametral außer Phase sind.
Die 8 zeigt eine Teilexplosionsansicht der Linearmotoren 114A, 114B, die an der Plattform 20 befestigt sind, von der Seite. Die beiden Linearmotoren sind in dieser Ausführungsart angenommenerweise identisch miteinander, so dass die Bezugnahme auf ein Merkmal einer der Linearmotoren 114A, 114B allgemein für beide gilt. Der Linearmotor 114A ist in einem Explosionsformat dargestellt, während der andere Linearmotor 114B in einer zusammengeklappten Ansicht ("wie zusammengebaut") gezeigt ist. In dieser Ausführungsart ist der Stator 112 mit einem Spulenstapel 122 mit einem Paar von Kupferspulen 122A, 122B aufgebaut, die von der Stromquelle 126 (siehe 7) elektrisch angetrieben werden. Eine zusammengebaute bewegliche Untergruppe 130 der Linearmotoren 114A, 114B besteht aus einem Magnetring-Zusammenbau 119 mit einem Magnetring 132, der sich zwischen den beiden Stahlringsätzen 142A, 142B befindet. Der Spulenstapel 122 und der Magnetring-Zusammenbau 119 sind koaxial, wobei der Spulenstapel 122 in diesem Magnetring-Zusammenbau 119 angeordnet ist. In einem Ausrichtungsständer 157 sind eine Feder 150 und ein Linearlager 158 aufgenommen. Mit diesem Linearlager 158 wird die Gleitbewegung der zusammengebauten beweglichen Untergruppe 130 im Verhaltnis zum Ausrichtungsständer 157 erleichtert. Eine geflanschte Lagerhalterung 160 wird auf dem Linearlager 158 gestützt, während die Plattform 120 auf der Lagerhalterung 160 getragen wird. Die Lagerhalterung 160 und der Magnetring-Zusammenbau 119 werden mit Bolzen 161 befestigt. Daher ist die zusammengebaute bewegliche Untergruppe 130 aus der Plattform 120, der Lagerhalterung 160, dem Linearlager 158 und dem Magnetring-Zusammenbau 119 aufgebaut, die zusammen als eine Einheit bewegt werden und an der Feder 150 aufgehängt sind. Beim Auftragen eines elektrischen Wechselstroms auf den Spulenstapel 122 wird die zusammengebaute bewegliche Untergruppe 130 durch die magnetische Interaktion zwischen dem Spulenstapel 122 und dem Magnetring 132 linear hin- und herbewegt. Mit dieser Bewegung wird die Vibration der Plattform 120 erzeugt, die während einer WBV-Behandlung auf den Benutzer übertragen wird.
Wenn die Linearmotoren 114A, 114B diametral außer Phase betrieben werden, d. h. 180 Grad außer Phase, wird ein oszillierendes Kippen auf die Plattform 120 übertragen. Wird beispielsweise der Linearmotor 114A aufwärtsbewegt, während der Linearmotor 114B abwärtsbewegt wird, dann wird das linke Ende der Plattform 120 aufwärtsbewegt, während das rechte Ende der Plattform 120 abwärtsbewegt wird, so dass die Plattform 120 in eine Richtung gekippt wird. Wenn die Linearmotoren 114A, 114B ihre jeweilige Richtung umkehren wird die Plattform 120 in die entgegengesetzte Richtung gekippt. Ein Kippwinkel θ (Theta) kann beim Außer-Phasen-Betrieb der Linearmotoren 114A, 114B nicht mehr als einige Grade rückwärts- und vorwärtsvariieren. Mit dem Kippmodus kann die Übertragung der Vibrationen auf die Beckenpartie und unterhalb bei Bedarf eingeschränkt werden, um so die Verbreitung der Vibrationen an den Kopf und an den Oberkörper des Benutzers deutlich zu reduzieren. Daher bietet der Kippmodus typischerweise eine bessere Bequemlichkeit für den Benutzer als der Betrieb mit dem ebenen Modus.
Obwohl die relative Bewegung zwischen der Plattform 120 und den Linearmotoren 114A, 114B nur gering sein können (d. h. weniger als ein paar Grade), kann sich die Verwendung einer starren Verbindung zwischen den Linearmotoren 114A, 114B und der Basis 104 als problematisch erweisen. Um diese relative Bewegung aufzunehmen ist daher zwischen der Plattform 120 und jeder Lagerhalterung 160, auf der die Plattform 120 gestützt ist, ein Gummielement 165 eingeschoben. Dies ermöglicht eine eingeschränkte Bewegungsfreiheit zwischen der Plattform 120 und den Linearmotoren 114A, 114B – insbesondere zwischen der Plattform 120 und der Lagerhalterung 160 an der Befestigungsstelle – um die relative Bewegung zwischen der Plattform 120 und der Basis 104 aufzunehmen. Der in diesem Gummielement 165 verwendete Gummiverbund kann äußerst hart sein und sorgt für eine ausreichende Flexibilität zur Aufnahme von einigen Kippgraden, während die Vibrationen nicht zu sehr absorbiert werden. Vibrationsanalysetests haben gezeigt, dass die Vibrationsstärke in dieser Ausführungsart oben auf den Linearmotoren ungefähr der Vibration der Plattform entspricht.
Die Fachleute auf diesem Gebiet, die den Nutzen aus dieser Offenlegung ziehen, werden alternative Wege und Möglichkeiten zum Befestigen der Plattform 120 finden, um die relative Bewegung zwischen der Plattform 120 und den Linearmotoren 114A, 114B einzuschränken. Beispielsweise kann das Gummielemente zwischen den Linearmotoren 114A, 114B und der Plattform 120 durch ein Bundlager oder ein mechanisches Gelenk ersetzt werden. Auf die Dauer können die passenden Oberflächen eines mechanischen Gelenkes jedoch durch Reibung abgenutzt werden, was zu Geräuschen und anderen Problemen führen kann, falls es nicht ausgewechselt wird. Das in der Ausführungsart verwendete Gummielement 165 erweist sich als zuverlässig auf die lange Dauer, wie dies durch Hunderte von Stunden von Tests ohne negativen Ergebnissen bewiesen wurde. Die Gummielemente können eine Kraft bis zu 5 "g's" zuverlässig auf die Plattform 120 bis zu 50 Male pro Sekunde übertragen.
Laut der Erfindung können die Linearmotoren mit ausgewählten Verhältnissen miteinander unabhängig gesteuert werden. Die 9 und 10 zeigen schematische Diagramme, die den Betrieb der Linearmotoren 114A, 114B mit verschiedenen Phasenverhältnissen darstellen. Die Bewegungsamplitude der Linearmotoren 114A, 114B kann gering sein, wie beispielsweise in der Reihe zwischen 0 and 15 mm der linearen Verschiebung. Auf ähnliche Weise kann das resultierende Winkelkippen der Plattform 120 ebenfalls gering sein, wie z. B. ungefähr 5 Grad des Kippens, vorzugsweise ein Kippen von 3 Grad. Das menschliche Auge kann diese Verschiebungen kaum wahrnehmen, besonders beim Erhöhen der Frequenz. Beispielsweise kann das menschliche Auge ein Vibrieren der Plattform 120 von über ungefähr 18 Hz (Zyklen pro Sekunde) nicht mehr wahrnehmen. Das schematische Diagramm in der 9 and 10 stellt daher eine vergrößerte lineare Verschiebung der Linearmotoren 114A, 114B sowie ein entsprechend vergrößertes Winkelkippen der Plattform 120 dar, um das dynamische Verhalten des doppelkippbaren WBV-Gerätes deutlicher zu illustrieren.
Die 9 zeigt ein schematisches Diagramm der Linearmotoren 114A, 114B, die in Übereinstimmung eines „Kipp"-Modus 180 Grad außer Phase betrieben werden. Die Stromquelle 126 versorgt jeden Linearmotor 114A, 114B mit Wechselstrom, um jede zusammengebaute bewegliche Untergruppe 130 entsprechend dem jeweiligen Stator 112 linear hin- und herzubewegen. Zum Beispiel kann die Stromquelle 126 über zwei Stromversorgungsmodule verfügen, wobei mit einem dieser Module der Linearmotor 114A und mit dem anderen der Linearmotor 114B angetrieben wird. Mit der Steuerungseinheit 127 wird die Stromquelle 126 gesteuert, um die Amplitude und Frequenz der Verschiebung der Linearmotoren 114A, 114B zu steuern. Die Steuerungseinheit 127 steuert ebenfalls das Phasenverhältnis zwischen den Linearmotoren 114A, 114B, indem die Phase des Stroms, mit dem beide Linearmotoren 114A, 114B versorgt werden, unabhängig gesteuert wird. Die Linearmotoren 114A, 114B werden daher in entgegengesetzte Richtungen bewegt. Die Darstellung zeigt das Gerät in einem Augenblick, wenn die lineare Verschiebung d2 des Linearmotors 114B größer ist als die lineare Verschiebung d1 des Linearmotors 114A, wobei ein Kippwinkel θ (Theta) zur Plattform 120 übertragen wird. Die Verschiebungen d1 und d2 und der Kippwinkel θ (Theta) werden in der Abbildung wiederum vergrößert dargestellt.
Die 9A zeigt eine Sinustabelle 117, in der das Phasenverhältnis zwischen den in der 9 gezeigten Linearmotoren 114A, 114B dargestellt ist. Eine idealisierte Wellenform 115A, die die periodische Bewegung des Linearmotors 114A darstellt, wird mit einer idealisierten Wellenform 115B des Linearmotors 114B überlagert. Die idealisierten Wellenformen 115A, 115B sind den sogenannten „Sinusfunktionen", die die periodische Bewegung darstellen, ähnlich. Mit den anderen oben beschriebenen Ausführungsarten ist es jedoch nicht erforderlich, dass die Linearmotoren 114A, 114B in Übereinstimmung mit einer reinen Sinusfunktion bewegt werden. Die Amplitude λ (Lambda) stellt die Verschiebung eines jeden Linearmotors 114A, 114B dar. Bei einem entfernten "t" wird die Wellenform 115A bei einem lokalen Minimum 116A gezeigt, kurz bevor der Linearmotor 114A in die angegebene Richtung aufwärtsbewegt wird. Gleichzeitig wird die Wellenform 115B an einem lokalen Maximum 116B gezeigt, kurz bevor der Linearmotor 114B in die angegebene Richtung abwärtsbewegt wird. Der Abstand zwischen einem lokalen Maximum der Wellenform 115A und dem angrenzenden lokalen Maximum der Wellenform 115B beträgt 180 Grad, womit das 180-Grad-Phasenverhältnis zwischen den Linearmotoren 114A, 114B bestätigt wird.
Mit erneuter Bezugnahme auf die 9 ist eine alternative Konfiguration der Steuerungskonsole 5 in dieser Ausführungsart mit einem Display 106 und mit Tasten 107 für die Funktion des Doppel-Motors des WBV-Gerätes 110 versehen. Die Steuerungskonsole 5 ist über ein Signalkabel 108 mit der Steuerungseinheit 127 verbunden, damit der Benutzer die Amplitude, Frequenz, das Phasenverhältnis und andere Betriebsparameter mit den Tasten 107 unabhängig voneinander steuern kann. Das Display 106 in dieser Ausführungsart besitzt ein Feld zur Anzeige des Phasenverhältnisses zwischen den Linearmotoren 114A, 114B. Das Display 5 in der 9 zeigt z. B. ein Phasenverhältnis von 180 Grad an, was normalerweise vom Benutzer oder von der Steuerungseinheit 127 automatisch ausgewählt werden kann. Die Linearmotoren 114A, 114B werden in entgegengesetzte Richtungen bewegt wenn sie 180 Grad außer Phase voneinander sind. In diesem Beispiel wird die zusammengebaute bewegliche Untergruppe 130 des Linearmotors 114A aufwärtsbewegt, während die zusammengebaute bewegliche Untergruppe 130 des Linearmotors 114B abwärtsbewegt wird.
Die Plattform 120 ist breit genug, damit der Benutzer mit seinen beiden Füßen darauf stehen kann. Insbesondere befindet sich eine erste Fußstelle 121A auf der Plattform 120 allgemein über dem Linearmotor 114A, während sich die zweite Fußstelle 121B auf der Plattform 120 allgemein über dem Linearmotor 114B befindet. Beim Aufwärtsbewegen der linken Seite der Plattform 120 übt die Plattform 120 eine Kraft auf den Fuss des Benutzers auf der Fußstelle 121A aus. Gleichzeitig wird die rechte Seite der Plattform 120 abwärtsbewegt, wobei die auf den anderen Fuss des Benutzers auf der Fußstelle 121B ausgeübte Kraft reduziert wird. Bei einer ausreichend hohen Bewegungs-/Beschleunigungsrate kann der Fuss des Benutzers auf der Fußstelle 121B von der Plattform 120 abgehoben werden. Dank der Flexibilität der Füße und des Muskel- und Knochenverbundgewebes des Köpers des Benutzers können einige dieser Bewegungen jedoch aufgefangen und absorbiert werden, so dass beide Füße des Benutzers mit der Plattform 120 in Berührung bleiben.
Die 10 zeigt ein schematisches Diagramm der Linearmotoren 114A, 114B, die mit einem "ebenen" Modus und in Phase zueinander betrieben werden. Das Display 106 bestätigt ein Phasenverhältnis von 0 Grad, was der Benutzer manuell auswählen oder von der Steuerungseinheit 127 automatisch ausgewählt werden kann. Die Linearmotoren 114A, 114B werden daher genau in Phase gezeigt, wobei jeder mit derselben linearen Verschiebung bewegt wird. In diesem Beispiel sind die zusammengebauten beweglichen Untergruppen 130 eines jeden Linearmotors 114A, 114B bei deren Aufwärtsbewegen mit derselben Rate gezeigt, während die Plattform 120 horizontal (θ (Theta) = 0) ist. Da die Plattform 120 während der Bewegung eben ist, übt die Plattform 120 grundsätzlich die gleiche Kraft auf beide Füße des Benutzers an den Fußstellen 121A und 121B bei einer beliebigen Bewegung aus. Beim Aufwärtsbewegen der Plattform 120 wird – wie gezeigt – gleichmäßig eine Kraft auf die Füße des Benutzers ausgeübt. Beim Abwärtsbewegen der Plattform 120 wird die auf die Füße des Benutzers ausgeübte Kraft gleichäßig reduziert. Mit der Flexibilität der Füße und des Muskel- und Knochenverbundgewebes des Köpers des Benutzers können die meisten Bewegungen aufgefangen und absorbiert werden, damit der Benutzer möglichst mit der Plattform 120 in Berührung bleibt.
Die 10A zeigt eine Sinustabelle 118, in der das in der 10 gezeigte Phasenverhältnis zwischen den Linearmotoren 114A, 114B dargestellt wird. Eine idealisierte Wellenform 125A, die die periodische Bewegung des Linearmotors 114A darstellt, wird von einer idealisierten Wellenform 125B des Linearmotors 114B überlagert. Weiter ist gezeigt, dass die Wellenform 125A die Wellenform 125B an allen Stellen überlagert oder mit dieser übereinstimmt, was darauf hindeutet, dass die beiden Linearmotoren 114A, 114B synchronisiert und in Phase sind. In einem Moment "t" werden beide Linearmotoren 114A, 114B in die angezeigte Richtung aufwärtsbewegt.
Mit der Darlegung eines "ebenen" 0-Grad-Modus und eines 180-Grad-Kippmodus ist es offensichtlich, dass die linearen Doppel-Motoren mit einem anderen Phasenverhältnis als 0 Grad oder 180 Grad gesteuert werden können. In einer anderen Ausführungsart können die linearen Doppel-Motore 114A, 114B beispielsweise neunzig Grad außer Phase voneinander betrieben werden. In einer weiteren Ausführungsart können die linearen Doppel-Motoren 114A, 114B mit dynamisch verändernden Phasenverhältnissen betrieben werden, wie z. B. durch kontinuierliches Variieren zwischen 0 Grad und 180 Grad während einer WBV-Behandlung.
Die Größe der auf die Füße des Benutzers ausgeübte Kraft nimmt bei steigender Bewegungsfrequenz der Plattform 120 zu. Diese Kraftstufe kann mit dem Begriff seiner entsprechenden g-Kraft "g" bezeichnet werden. (Eine unzutreffende Bezeichnung; der Begriff g-Kraft wird in der Wissenschaft und Technik als ein Meßparameter der durch die Schwerkraft verursachte Beschleunigung angewendet. Der Begriff g-Kraft wird hier zum Zweck der Beschreibung verwendet, um die gleichwertige Größe der Kraft zu nennen, die eine solche Beschleunigung verursachen würde.) Die Bewegungsfrequenz der Linearmotoren 114A und 114B kann tatsächlich erhöht werden, um eine Kraft zu übertragen, die wesentlich größer ist als 1 g für den Benutzer. In einigen Ausführungsarten kann eine Kraft von sogar mehr als 10 g auf den Benutzer übertragen werden. Die Füße des Benutzers bleiben jedoch auch bei Kräften bei mehr als 1 g mit der Plattform 120 dank der Flexibilität der Füße und der Zusammendrückbarkeit der Muskel- und Knochenverbundgewebe im Körper des Benutzers.
Mit den Ausführungsarten eines erfindungsgemäßen WBV-Gerätes mit Doppel-Motor wird eine vielseitige WBV-Behandlung erzielt. Eine Anzahl von Betriebsparameters kann entweder manuell vom Benutzer oder nach einer Vorprogrammierung des Gerätes gesteuert werden. Diese Parameter schließen die Bewe gungsamplitude und Frequenz sowie die Dauer der WBV-Behandlung und das Phasenverhältnis zwischen den linearen Doppel-Motoren mit ein. Diese Auswahl kann in Form eines „Kipp"-Modus ausgelegt werden, wobei die Linearmotoren mit 180 Grad außer Phase (z. B. 9), oder in Form eines „ebenen" Modus, wobei die Linearmotoren in Phase (z. B. 10) betrieben werden. Diese Modi sind auswählbar, so dass beide Modi in einem einzigen WBV-Gerät zur Verfügung stehen.
Ein oder mehrere der Betriebsparameter können vom Benutzer ausgewählt werden, wie beispielsweise die Anwendung der Regler auf der Feedback-Tafel. Als Alternative kann ein oder mehrere dieser Betriebsparameter können in Übereinstimmung von verschiedenen vorprogrammierten WBV-Routinen gesteuert werden. Für den manuellen Anwendungsmodus kann beispielsweise der Benutzer auf die Plattform 120 treten und mit der Feedback-Tafel den Kipp- oder "ebenen" Modus, die Amplitude und/oder die Frequenz und die Dauer der Behandlung auswählen. In einem automarisierten Anwendungsmodus kann der Benutzer eine der mehreren vorprogrammierten Routinen ("Programme") auswählen. Die Steuerungseinheit kann mit verschiedenen für den Benutzer auswählbaren Programmen vorprogrammiert sein, wobei jedes Programm über eine unterschiedliche Kombination von Betriebsparametern verfügt. Ein Anfänger kann z. B. ein "einfaches" Programm mit einer relativ kurzen Dauer, eine minimale Amplitude und Frequenz auswählen und im Kippmodus behandeln, damit möglichst keine Vibrationen an den Kopf übertragen werden.
Mit der Zeit und wiederholten WBV-Behandlungen wird sich der Körper des Benutzers an die Kräfte, die vom WBV-Gerät ausgeübt werden, angewöhnen, so dass später zunehmend fortgeschrittene Behandlungsprogramme ausgewählt werden können. Diese fortgeschrittenen Programme können z. B. mit einer höheren Frequenz und Amplitude sowie mit höheren Kippgraden ausgezeichnet sein. Einige Programme können mit variablen Routinen ausgezeichnet sein, worin beispielsweise der Modus intermittierend zwischen dem "ebenen" Modus und dem Kippmodus oder zwischen verschiedenen Kippgraden geschaltet wird und wobei die Amplitude und Frequenz ebenfalls variieren kann. Ein Systemdesigner kann das WBV-Gerät in Übereinstimmung mit Parameterkombinationen entwerfen, die vom Systemdesigner für die Si cherheit und Wirksamkeit vorbestimmt wurden. Zum Beispiel kann der Systemdesigner die Steuerungseinheit des WBV-Gerätes so programmieren, um extreme Kombinationen zu vermeiden, wie z. B. eine maximale Amplitude und gleichzeitig eine maximale Frequenz.
Die Ausführungsarten von WBV-Geräten mit Einzelmotor und Doppel-Motor wurden oben beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die Erfindung weiter für Ausführungsarten gilt, die mit mehr als zwei Linearmotoren ausgestattet sind. Zum Beispiel kann eine Asführungsart mit drei Linearmotoren ausgestattet sein, die über individuell steuerbare Betriebsparameter verfügen, wie z. B. Frequenz und Amplitude, und die ein steuerbares Phasenverhältnis zwischen jedem der drei Linearmotoren haben. In einer Asführungsart können die drei Motoren aufeinander ausgerichtet angeordnet sein, so dass deren Positionen die Scheitelpunkte eines gleichseitigen Dreiecks definieren. Das Phasenverhältnis zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Linearmotor können so gesteuert werden, dass der zweite Linearmotor mit einer besonderen Einstellung eine Phase von 90 Grad vor dem ersten Linearmotor und der dritte Linearmotor eine Phase von 90 Grad vor dem zweiten Linearmotor hat, so dass ein einzigartiges "kreisartiges" Vibrationsmuster auf die Plattform übertragen wird. Die Betriebsparameter, wie z. B. die Amplitude, Frequenz und das Phasenverhältnis können mit der Benutzerschnittstelle also entweder manuell oder in Übereinstimmung mit vorprogrammierten Routinen gesteuert werden.
Die Begriffe "umfassen", "einschließen" und "verfügen über", wie in den Patentansprüchen und in der vorliegenden Patentschrift angewendet, sollen als einen Hinweis auf eine offene Gruppe berücksichtigt werden, die weitere und andere Elemente umfassen kann, die nicht eräutert sind. Die Begriffe "ein", "eine" und andere Begriffe in der Einzahl werden unter Einschließung der Mehrzahl der gleichen Begriffe angewendet, so dass die Begriffe auf einen Gegenstand oder auf mehrere Gegenstände schließen lassen. Mit dem Begriff "ein" oder "einzel" soll allein nur auf einen beliebigen Gegenstand unter anderen hingewiesen werden. Auf ähnliche Weise werden weitere spezifische Ganzzahlwerte, wie z. B. "zwei", angewendet, um auf eine bestimmte spezifische Anzahl von Gegenständen hinzuweisen. Die Begriffe "vor zugsweise", "bevorzugt", "bevorzugen", "optional", "können" und ähnliche Begriffe werden zum Hinweisen auf einen Punkt, einer Bedingung oder einen Schritt angewendet, die als ein optionales Merkmal (nicht erforderlich) der Erfindung betrachtet und dargestellt werden.
Während die Erfindung unter Berücksichtigung auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsarten beschrieben ist wird es den Fachleuten auf diesem Gebiet, die den Nutzen aus dieser Offenlegung ziehen, offensichtlich werden, dass andere und weitere Ausführungsarten entworfen und geschaffen werden können, ohne dabei vom Umfang der hier beschriebenen Erfindung abzuweichen. Der Umfang der Erfindung soll daher nur durch die nachstehenden Patentansprüche eingeschränkt werden.

Claims

Gerät zum Übertragen von Vibrationen auf einen Körper, mit: mehreren Linearmotoren (14), die auf einer Basis (104) angeordnet sind, wobei jeder Linearmotor (14) für Hin- und Herbewegungen als Reaktion auf einen zugeführten Strom konfiguriert ist; einer Plattform (20), die an die Linearmotoren (14) befestigt ist, so dass diese Plattform (20) entsprechend der Basis (104) als Reaktion auf die Bewegung der Linearmotoren (14) bewegt wird; einer Wechselstromquelle (26), die elektrisch mit den Linearmotoren (14) verbunden ist, um die Linearmotoren (14) mit Wechselstrom zu versorgen; und einer Steuerungseinheit (127), die mit der Wechselstromquelle (26) verbunden ist, um die Bewegungen der Linearmotoren (14) mit einem ausgewählten Phasenverhältnis zwischen den Linearmotoren (14) zu steuern.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (127) konfiguriert ist, um die Bewegung von zwei der Linearmotoren (14) mit grundsätzlich 180 Grad außer Phase voneinander selektiv zu steuern.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (127) konfiguriert ist, um die Bewegung der Linearmotoren (14) im Wesentlichen in Phase selektiv zu steuern.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (127) konfiguriert ist, um das Phasenverhältnis zwischen den Linearmotoren (14) selektiv zu verändern.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (127) konfiguriert ist, um eine Amplitude und/oder Frequenz der Bewegung der Linearmotoren (14) zu steuern.
Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (127) konfiguriert ist, um die Amplitude zwischen ungefähr 0,5 mm und 6 mm selektiv zu verändern.
Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (127) konfiguriert ist, um die Frequenz zwischen ungefähr 20 Hz und 60 Hz selektiv zu verändern.
Gerät nach Anspruch 1, weiter aufweisend eine Benutzerschnittstelle (5), die mit der Steuerungseinheit (127) verbunden ist und die so konfiguriert ist, dass der Benutzer einen oder mehrere Betriebsparameter der Linearmotoren (14) auswählen kann.
Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren vom Benutzer auswählbaren Betriebsparameter eine Frequenz, eine Amplitude und das Phasenverhältnis umfassen.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattform (20) eine Einheitsstruktur aufweist, so dass mit einer Außer-Phase-Bewegung der Linearmotoren (14) ein oszillierendes Kippen der Plattform (20) erzielt wird.
Gerät nach Anspruch 1, weiter aufweisend eine bewegliche Halterung (30), mit der jeder Linearmotor (14) an der Plattform (20) befestigt ist.
Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Halterung (30) aus einem Gummielement (165), einem geflanschten Lager (160) oder aus einem mechanischen Gelenk besteht.