DE19607704A1 - Vorrichtung zur magnetischen Anregung von neuro-muskularem Gewebe - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur magnetischen Anregung von neuro-muskularem Gewebe. Die Anregung wird durch die Erzeugung eines sich schnell verändernden magnetischen Feldes, das typischerweise in der Größenordnung von 20 kT/s liegt, in der Umgebung des Gewebes gewährleistet. Dadurch wird ein elektrischer Strom in dem Gewebe induziert, der die Anregung bzw. Stimulation des Gewebes bewirkt.

Verschiedene Arten von magnetischen Anregungsvorrichtungen sind bekannt, zum Beispiel aus der US-A-4 940 453.

Bekannte magnetische Anregungsvorrichtungen umfassen im allgemeinen eine Aufladungsschaltung, einen Kondensator, eine Entladungssteuerung, wie einen geregelten Gleichrichter, um eine Entladung des Kondensators über die Anregungsspule zu ermöglichen, sowie einige Schaltungselemente zur Begrenzung des Effekts von unerwünschten elektrischen Transienten. Die Spule selbst kann an die menschliche Schädeldecke angepaßt sein, aber sie kann auch eine von der Vielzahl derzeit in der Technik bekannter formen haben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anregungsvorrichtung vorzuschlagen, die jede Modulation des magnetischen Impulsausgangs, eine fortwährend änderbare Hochspannungsversorgung, einen großen Speicherkondensator und einen großen plötzlichen Leistungsausgang der Hochspannungsversorgung zur Verfügung stellt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 14 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein Aspekt der Erfindung ist der Gebrauch von wenigstens einem zusätzlichen Kondensator, der mit Ladung versorgt oder zu dem Ladung übertragen wird und von dem Ladung an einen Entladungskondensator übertragen wird, der wiederum in die Anregungsspule entladen wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird Ladung unter Steuerung von Schaltern von einem Speicherkondensator zu einem zwischengeschalteten Übertragungskondensator gepumpt, welcher gebraucht wird, die Ladung auf einem Kondensator nachzufüllen, der so geschaltet ist, daß er sich in die Anregungsspule entlädt. Die Übertragung der Ladung zwischen den hintereinandergeschalteten Kondensatoren kann so gesteuert werden, daß sie durch dynamische Energiespeicherung erfolgt, die durch einen Induktor oder durch Induktoren bewirkt wird.

Die Verwendung von wenigstens einem zusätzlichen Kondensator ermöglicht eine erhebliche Vergrößerung bei der Entladungsimpulsrate und ebenso eine erhebliche Änderung deren Amplitude.

Ein anderer Aspekt der Erfindung liegt in der gesteuerten Rückgewinnung von Energie aus der Anregungsspule und speziell in Mitteln zur Rückgewinnung von Energie aus der Anregungsspule in den Entladungskondensator oder in einen anderen Kondensator, wenn der Stromfluß von dem Entladungskondensator in die Anregungsspule unterbrochen wird. Der andere Kondensator kann der Übertragungskondensator sein, falls er vorhanden ist, oder der Speicherkondensator. Die Rückgewinnung von Energie von der Anregungsspule kann durch geeignet verbundene Gleichrichter oder durch eine Umformerverbindung gewährleistet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 veranschaulicht eine Ausführung einer magnetischen Anregungsvorrichtung entsprechend der Erfindung;

Fig. 2 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform einer magnetischen Anregungsvorrichtung entsprechend der Erfindung;

Fig. 3A bis 3D zeigen Schwingungsformen in Bezug auf einen Übertragungskondensator;

Fig. 4A bis 4C zeigen Schwingungsformen in Bezug auf einen End- oder Entladungskondensator entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 1;

Fig. 5A bis 5C zeigen Schwingungsformen in Bezug auf einen Entladungskondensator entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 2;

Fig. 6 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 veranschaulicht eine Modifikation der Ausführungsform nach Fig. 6;

Fig. 8 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Erfindung, im allgemeinen ähnlich der Ausführung nach Fig. 2;

Fig. 9 veranschaulicht eine Ausführungsform, die eine Rückgewinnung von Energie zurück in den Entladungskondensator ermöglicht;

Fig. 10 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der eine Anregungsspule benutzt wird, einen Teil eines Transformators auszubilden; und

Fig. 11 veranschaulicht eine Ausführungsform, die Induktoren zur Steuerung der Entladung von Energie in die Anregungsspule verwendet.

Die Anregungsvorrichtung nach Fig. 1 basiert auf einem Ladungsspeicherungskondensator, der eine elektrische Ladung speichert, die vorzugsweise durch einen zwischengeschalteten oder "Übertragungs"-Kondensator zu einem anderen Kondensator übertragen wird, der in eine Anregungsspule hinein entladen wird. Die Spule beantwortet die Entladung von Strom mit einem sich zeitlich hochgradig verändernden magnetischen Feld, das einen elektrischen Strom in neuro-muskularem Gewebe induziert. Die Auslegung der Anregungsspule ist im allgemeinen nicht entscheidend für die vorliegende Erfindung und muß nicht ständig mit dem Rest der Schaltung verbunden sein.

In der gezeigten Ausführungsform wird eine Hochspannungsversorgung 1 zur Aufladung eines ersten Kondensators 2, im folgenden "Speicherkondensator" genannt, vorgesehen, die irgendeiner geeigneten Bauart und änderbar sein kann. Die Entladung des Speicherkondensators wird durch den steuerbaren Serienschalter 3 gesteuert, der wie alle anderen steuerbaren Schalter in der Ausführung auch, ein Thyristor, aber auch irgendeiner aus einer großen Vielfalt von geeigneten Schaltern sein kann. Der Thyristor 3 ist mit einem Serieninduktor 4 verbunden, der mit der oberen Platte eines Übertragungskondensators 5 verbunden ist, dessen untere Platte wiederum mit der unteren Platte des Kondensators 2 verbunden ist. Eine Sperrdiode 6 ist über den Kondensator 5 verbunden, wobei die Diode den Strom in Richtung des normalen Stromflusses durch den Schalter 3 und den Induktor 4 sperrt.

Die obere Platte des Übertragungskondensators 5 ist durch den Induktor 7 mit den Anoden von zwei Thyristorschaltern 8a und 8d verbunden, deren Kathoden mit den gegenüberliegenden Platten eines dritten Kondensators oder Entladungskondensators 9 verbunden sind. Der Induktor 7, so wie der Induktor 4, dient als Strombegrenzer, der zur transienten Energiespeicherung in der Lage ist. Die untere Platte des Übertragungskondensators 5 ist mit den Kathoden von Thyristoren 8b und 8c verbunden, deren Anoden mit der oberen und unteren Platte des Entladungskondensators 9 verbunden sind. Die obere Platte des Kondensators 9 ist mit der Anode eines Thyristors 10a und der Kathode eines Thyristors 10d verbunden, die Kathode des Thyristors 10a und die Anode des Thyristors 10d sind mit dem oberen bzw. dem unteren Anschluß der Anregungsspule 11 verbunden. Ähnlich ist die untere Platte des Kondensators 9 mit der Anode des Thyristors 10b und der Kathode des Thyristors 10c verbunden, während die Kathode des Thyristors 10b und die Anode des Thyristors 10b mit dem oberen und unteren Anschluß der Anregungsspule 11 verbunden sind. Dadurch stellen die Thyristoren 10a-10d ein Brücke 10 dar, die den unidirektionalen Stromfluß durch die Spule 11 unabhängig von der Polarität der Spannung am Kondensator 5 bestimmt. Bei dieser Ausführungsform wird dem unteren Anschluß der Anregungsspule 11 ein Masseanschluß 12 zur Verfügung gestellt.

Man kann sehen, daß der Thyristorschalter 3 und der Kondensator 2 Mittel zur Ladung des Übertragungskondensators 5, die Schalter Mittel zur Steuerung der Übertragung der Ladung vom Übertragungskondensator 5 auf den Entladungskondensator 9 und die Schalter 10 Mittel zur Steuerung der Entladung des Kondensators 9 durch die Anregungsspule 11 darstellen. Eine Steuerungsschaltung für die Thyristoren ist nicht gezeigt, da deren Betrieb aus der folgenden Beschreibung klar sein wird.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung wird vorzugsweise wie folgt betrieben.

Fig. 3A veranschaulicht die Spannung am Übertragungskondensator, wobei die Spannungsschwingungsform gemäß Fig. 3A in einer expandierten Zeitskala in Fig. 3B gezeigt ist und in einer noch größeren Skala in Fig. 3C. Fig. 3D veranschaulicht den Stromfluß durch den Übertragungskondensator und, mit der gestrichelten Linie, den Stromfluß durch die Diode 6.

Fig. 4A veranschaulicht die Spannung am Entladungskondensator 9, wobei die Spannung am Kondensator 9 in einer größeren Zeitskala in Fig. 4B und der Stromfluß durch den Entladungskondensator in Fig. 4C gezeigt ist.

Anfangs wäre der Speicherkondensator 2 auf eine Hochspannung von ungefähr 3 kV und der Entladungskondensator 9 auf eine Spannung von 1,8 kV aufgeladen, wobei die obere Platte positiv geladen ist.

Eine erste Impulsanregung in einer Reihe von Impulsen für die Anregungsspule wird dadurch bewirkt, daß die Schalter 10a und 10c durch die Anlegung eines Triggersignals an die Gatter dieser Thyristoren leitend gemacht werden, so daß der Kondensator 9 sich über den Weg entlädt, der den Thyristor 10a, die Anregungsspule 11 und den Thyristor 10c umfaßt. Der Endladestrom erreicht seinen Spitzenwert (41 in Fig. 4C) nach einem Viertel der Resonanzdauer der Schleife, typischerweise z. B. 40 Mikrosekunden, und beginnt dann abzusinken. Nach beispielsweise 80 Mikrosekunden, der Hälfte der Resonanzdauer, ist der Entladungsstrom auf Null abgesunken. Der größte Teil der Energie in der Schleife ist dann in den Kondensator 9 zurückgekehrt. An diesem Punkt hören die Thyristoren 10a und 10c auf, leitend zu sein. Die Spannung 42 (Fig. 4B) am Entladungskondensator beträgt ungefähr 80% seines ursprünglichen Wertes, jedoch ist seine Polarität umgekehrt, wobei die untere Platte positiv ist.

Die Anregungsimpulse sollen bis zu einem Minimum von 10 Millisekunden auseinanderliegen. Während der restlichen Zeit wird der Kondensator 9 nachgefüllt, so daß er wieder auf eine ausgewählte Spannung aufgeladen ist, die gleich oder unterschiedlich von der ursprünglichen Spannung sein mag (1,8 kV). Im einzelnen wird der Thyristor 3 in Serie mit dem Speicherkondensator 2 leitend gemacht, wodurch Ladung vom Speicherkondensator 2 zum Übertragungskondensator 5 übertragen wird. Der Serieninduktor 4 ist so ausgewählt, daß diese Übertragung nach einer Zeit in der Größenordnung von 75 Mikrosekunden beendet ist, wobei der Spitzenstrom in einem typischen System ungefähr 130 A beträgt. Nach der Hälfte eines Resonanzzyklus ist der Strom von dem Speicherkondensator auf Null abgefallen und der Thyristor 3 wird ausgeschaltet. Die Spannung am Übertragungskondensator 5 wird nunmehr größer sein als die Spannung am Speicherkondensator wegen der Pumpwirkung des Induktors 4.

Weiter werden entweder die Thyristoren 8a und 8c oder die Thyristoren 8b und 8d leitend gemacht, abhängig von der Polarität des Kondensators 9. Wie oben erwähnt wurde, ist nach dem ersten Impuls die untere Platte positiv, so daß die Thyristoren 8a und 8c leitend gemacht werden. Dadurch wird Ladung vom Übertragungskondensator 5 zum Kondensator 9 übertragen, da der Übertragungskondensator 5 mit einer höheren Spannung geladen ist als der Entladungskondensator 9. Zu dem Zeitpunkt, an dem die Spannung am Übertragungskondensator auf Null abgefallen ist, ist im wesentlichen sämtliche in ihm gespeicherte Energie vorübergehend im Induktor 7 gespeichert. Der Strom fließt weiterhin durch den Induktor, den Kondensator 9 und die Begrenzungsdiode 6 bis sämtliche Energie des Übertragungskondensators auf den Kondensator 9 übertragen ist. Zu diesem Zeitpunkt, ist der Strom in der Schaltung, die den Übertragungskondensator, den Induktor 7, den Kondensator 9 und die betroffenen Thyristoren 8a und 8c umfaßt, auf Null abgefallen, so daß die Thyristoren 8a und 8c abschalten. Der Wiederaufladungszyklus wiederholt sich dann durch Ansteuerung des Thyristors 3 in Serie mit dem Speicherkondensator. Im nächsten Zyklus werden die Thyristoren 8b und 8d leitend gemacht, um Ladung zwischen dem Übertragungskondensator 5 und dem Kondensator 9 zu übertragen.

In der Praxis kann der Vorgang des Wiederauffüllzyklus mehrmals wiederholt werden.

Nachdem der Entladungskondensator 9 neu geladen ist, kann die nächste Anregung in der Reihe von Anregungen durch die Ansteuerung der Schalter 10b und 10d geliefert werden, so daß die Richtung des Stromflusses im Weg der zweiten Anregung die gleiche ist wie für die erste Anregung, für die die Thyristoren 10a und 10c leitend gemacht wurden.

Bei der zweiten Ausführungsform nach Fig. 2 entsprechen einige Teile, dargestellt durch gleiche Bezugszeichen, denen der Ausführungsform, die mit Bezug auf Fig. 1 dargestellt wurde. Der Speicherkondensator 2 wird von der Hochspannungsversorgung 1 aufgeladen und kann mit Hilfe des Steuerungsschalters 3 über den Induktor 4 in den Übertragungskondensator 5 entladen werden, von dem die Ladung über den Induktor 7 auf den Entladungskondensator 9 übertragen werden kann, wenn der Thyristor 8e leitend gemacht wird. Der Entladungskondensator 9 kann durch die Anregungsspule 11 über den Thyristor 10e entladen werden. Antiparallel zum Thyristor 10e liegt die Gleichrichtungsdiode 12.

Die bevorzugte Betriebsart der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist wie folgt. Fig. 5A zeigt die Schwingungsform der Spannung am Kondensator 9, Fig. 5B zeigt die Schwingungsform in größerer Zeitskala und Fig. 5C zeigt den Strom durch den Kondensator 9.

Anfangs kann der Speicherkondensator 2 aufgeladen sein, z. B. mit 3 kV, und der Kondensator 9 kann auf 1,8 kV aufgeladen sein, wobei die obere Platte positiv ist.

Die erste Anregung wird dadurch geliefert, daß der Thyristor 10e leitend gemacht wird, so daß der Entladungsstrom Is beginnt, in die Anregungsspule 11 zu fließen. Der Strom erreicht seinen Spitzenwert nach ungefähr einem Viertel der Resonanzdauer und beginnt dann abzufallen. Nach der Hälfte der Resonanzdauer, in diesem Beispiel nach 80 Mikrosekunden, hat der Strom auf Null abgenommen (Punkt 52, Fig. 5C) und die meiste Energie ist in den Kondensator 9 zurückgekehrt. An dieser Stelle wird die Diode vorwärts vorgespannt, so daß sie dem zweiten Teil des Resonanzzyklus folgen kann. Der Strom fließt in umgekehrter Richtung und am Ende des Zyklus ist der Strom wiederum auf Null abgefallen (Punkt 53), und die Diode wird entgegengesetzt vorgespannt. Es kann kein weiterer Strom fließen, da der Thyristorschalter 10e ausgeschaltet ist. Die Spannung 54 (Fig. 5B) am Kondensator 9 beträgt typischerweise ungefähr 65% ihres ursprünglichen Wertes und hat ihre ursprüngliche Polarität.

Die Anregungen mögen ein Minimum von z. B. 10 Millisekunden auseinander liegen und während der Periode zwischen den Impulsen wird der Kondensator 9 dadurch wieder aufgefüllt, daß der Thyristorschalter 3 leitend gemacht wird, so daß die Ladung vom Speicherkondensator 2 zum Übertragungskondensator 5 übertragen wird. Der Serieninduktor ist so ausgewählt, daß die Ladungsübertragung ungefähr 75 Mikrosekunden dauert, wobei der Spitzenstrom typischerweise ungefähr 130 A beträgt. Nach der Hälfte des Resonanzzyklus ist der Ladungsstrom vom Kondensator 2 auf Null abgefallen und der Thyristor 3 schaltet sich aus. Die Spannung an dem Übertragungskondensator 5 ist nunmehr wegen der Pumpwirkung des Induktors höher als die Speicherspannung. Als nächstes wird der Thyristor 8 getriggert, so daß dieser Thyristorschalter leitend gemacht wird. Dadurch wird Ladung vom Übertragungskondensator 5 zum Entladungskondensator 9 übertragen, da der Übertragungskondensator auf eine höhere Spannung aufgeladen ist als jener Kondensator. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Spannung am Übertragungskondensator auf Null abgefallen ist, ist nahezu die gesamte Energie in der Schleife, die die beiden Kondensatoren 5 und 9, den Induktor 7 und den Thyristor 8e umfaßt, transient im Induktor 7 gespeichert. Der Strom fährt fort, durch die Diode 6 zu fließen, bis die gesamte Energie in den Kondensator 9 übertragen ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Strom wieder auf Null abgefallen und der Thyristor 8e wird abgeschaltet. Der Wiederaufladezyklus wird durch Antriggerung des Thyristorschalters 3 wiederholt, bis genügend Ladung übertragen wurde, um den Kondensator 9 wiederaufzufüllen. Obwohl in der Fig. 5B nur eine geringe Anzahl von Zyklen 55 gezeigt sind, können wiederum in der Praxis eine größere Anzahl von Wiederaufladezyklen vorliegen, z. B. zwanzig.

Wenn der Entladungskondensator 9 wieder aufgeladen ist, kann die nächste Reihe von Anregungen durch Antriggerung des Thyristors 10e geliefert werden.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 ist einfacher, aber weniger effizient im Vergleich zu der in Fig. 1 gezeigten, und benötigt zwei Spannungsumkehrungen anstelle von einer für jede Entladung des Kondensators 9.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen sind in der Praxis geeignet, Züge von Impulsen mit einer variablen Länge während aufeinanderfolgenden Perioden P1, P2 usw. (Fig. 3A) zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Wiederholungsrate wie z. B. 100 Hz aufweisen und amplitudenmoduliert, typischerweise ungefähr 20%, und/oder frequenzmoduliert sein können, ohne mehrfach parallele Entladungssysteme oder eine Hochspannungsversorgung mit hoher momentaner Ausgangsleistung zu benötigen. Zum Beispiel erfordert das Wiederaufladen eines Kondensators mit 70 µF auf 1,8 kV in 10 Mikrosekunden ungefähr 11 kW, während die bevorzugte Ausführungsform einen 500 VA Umformer in der Versorgungseinheit 1 benutzen kann.

Fig. 6 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, das ganz allgemein das in Fig. 1 gezeigte wiedergibt, da es einen mit der Hochspannungsversorgung verbundenen Speicherkondensator 2 und einen Entladungskondensator 9 aufweist, der steuerbar ist, sich in die Anregungsspule 11 zu entladen, wenn der Schalter 10 geschlossen ist. Jedoch steht an Stelle des Übertragungskondensators ein Übertragungsinduktor 15, der dazu dient, während der Energieübertragung zwischen dem Speicherkondensator 2 und dem Entladungskondensator 9 transient Energie zu speichern.

Der Übertragungsinduktor 15 bildet bestimmte Schleifen zusammen mit dem Kondensator 2 und dem Kondensator 9, wobei diese Schleifen entsprechende Schalter 3 und 8 aufweisen. Ein Gleichrichter 13 ist angekoppelt, um Energie als Antwort auf eine Unterbrechung des Stromflusses zwischen dem Kondensator 9 und der Spule 11 unidirektional von der Anregungsspule zurück zum Speicherkondensator zu transportieren.

In der in Fig. 6 gezeigten Schaltung versorgt die Hochspannungsversorgung den Speicherkondensator kontinuierlich mit einem Ladungsstrom und hält dabei ihre Spannung nahe einem vorgewählten Maximum. Der Entladungkondensator 9 wird auf den erforderlichen Wert wie folgt aufgeladen. Der Schalter 3 ist geschlossen, so daß der Strom Ia in den Übertragungsinduktor 15 fließen kann. Wenn dieser Strom einen vorbestimmten Wert erreicht, öffnet sich der Schalter 3 und schließt sich der Schalter 8 gleichzeitig, und der Strom Ib im Übertragungsinduktor 15 lädt den Kondensator 9 auf. Der Schalter 8 kann geöffnet werden, wenn der Strom in der entsprechenden Schleife auf Null abgefallen ist. Ein Anregungsimpuls kann durch das Schließen des Schalters 10 geliefert werden. Wenn der Strom Is in der Spule nahe seinem Spitzenwert ist, kann der Schalter 10 geöffnet werden, so daß der Strom Ir über die Rückkopplungsdiode 13 zum Aufladen des Speicherkondensators 2 fließen kann. Die Anordnung ermöglicht der Spannung des Speicherkondensators kleiner zu sein als die Spannung des Entladungskondensators und ermöglicht die Steuerung der auf den Entladungskondensator 9 übertragenen Energie in jedem Zyklus. Weiterhin erfährt der Entladungskondensator keine signifikante Spannungsumkehr.

Fig. 7 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, das sowohl einen Übertragungskondensator 5 wie auch einen Übertragungsinduktor zwischen dem Speicherkondensator 2 und dem Entladungskondensator 9 verwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet der Zweig, der den Übertragungsinduktor 15 aus Fig. 6 einschließt, den Übertragungskondensator 5 in Serie mit dem Induktor 15. Gleichlaufend betriebene Serienschalter 3a, 3b sind zwischen dem Speicherkondensator 2 und dem Übertragungszweig gelegen, während gleichlaufend betriebene Schalter 8a, 8c zwischen dem Übertragungszweig und dem Entladungskondensator gelegen sind. Entgegengesetzte Enden der Anregungsspule sind über die Gleichrichterdioden 13a und 13b mit den entsprechenden Platten des Speicherkondensators 2 verbunden, so daß der Stromfluß in der Anregungsspule nach dem Schließen des Entladungsregelschalters 10 zum Aufladen des Speicherkondensators 2 fließen kann, wenn der Schalter 10 geöffnet ist, wie oben mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben. Der Übertragungsinduktor 15 in Fig. 7 kann viel kleiner sein als für die Schaltung nach Fig. 6, da er im wesentlichen nur als Strombegrenzer wirkt. Ansonsten wird die Schaltung ähnlich zu der in Fig. 6 gezeigten betrieben. Die Schalter 3 und 8 schalten nur, wenn der Stromfluß Null ist, und können Thyristoren sein.

Fig. 8 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Übertragung von Ladung vom Speicherkondensator 2 zum Entladungskondensator 9 der ähnlich ist, die bei dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel stattfindet. Ladung kann durch das Schließen und Öffnen des Schalters 2 in den Übertragungskondensator 5 und von Übertragungskondensator 5 in den Entladungskondensator 9 gepumpt werden. Die Entladungsschleife ist der mit Bezug auf Fig. 2 beschriebenen nachempfunden, wobei der Thyristor 10e die Entladung des Entladungskondensators 9 in die Anregungsspule 11 und die Diode 12 den Umkehrfluß von Ladung zurück in den Entladungskondensator als Folge der Unterbrechung von Stromfluß um die Entladungsschleife erlaubt, wie zuvor beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel, wie die Ausführungen nach Fig. 1 und 2, kann Thyristoren für alle gesteuerten Schalter einsetzen, da alle Schaltvorgänge nur auftreten können, wenn der entsprechende Strom Null ist.

Fig. 8 kann durch Weglassen des Kondensators 5 und des Schalters 8 innerhalb der Kettenlinie modifiziert werden; der Induktor 15 muß dann in Serie zwischen dem Schalter 3 und dem Entladungskondensator 9 stehen.

Fig. 9 veranschaulicht ein etwas anderes Ausführungsbeispiel, das einen Speicherkondensator 2 und einen Übertragungskondensator 5 wie zuvor beschrieben aufweisen kann, aber welches so aufgebaut ist, daß, wie gezeigt, der Entladungskondensator 9 mit der Hochspannungsversorgung über gleichlaufend betriebene Schalter 16, 16a verbunden ist, die eine Umkehrung der an den Entladungskondensator angelegten Versorgungsspannung erlauben. Der Entladungskondensator ist mit der Anregungsspule 11 über eine zwei geregelte Gleichrichter 17, 17a und zwei Diodengleichrichter 18, 18a enthaltende Gleichrichtungsbrücke verbunden. Wenn einmal der Kondensator 9 auf das erforderliche Energieniveau aufgeladen ist, können die geregelten Gleichrichter 17 leitend gemacht werden, so daß der Strom I1 in die Spule 11 fließt. Der Strom erreicht sein Maximum nach einer Zeit, die durch die Resonanzfrequenz der den Kondensator 9 und die Spule 11 aufweisenden Entladungsschleife bestimmt ist. Der Strom fällt auf Null ab und zu diesem Zeitpunkt kann der geregelte Gleichrichter 17 ausgeschaltet werden. Die Spannung am Kondensator 9 ist nun umgekehrt und die nächste Entladung erfordert das Feuern des gesteuerten Gleichrichters 17a, so daß ein Strom I2 in die Spule in derselben Richtung wie beim vorherigen Zyklus fließen kann. Der Entladungskondensator 9 gewinnt einen wesentlichen Anteil seiner zu Beginn des Zyklus gehaltenen Energie zurück und benötigt nur ein Wiederauffüllen aus der Versorgung über die Zweipol-Zweiwegeschalter 16, 16a anstelle eines vollständigen Ladungszyklus, wobei das Betreiben der Schalter so ausgewählt wird, daß die Versorgung in der richtigen Polarität mit dem Kondensator 9 verbunden ist.

Fig. 10 veranschaulicht eine Modifikation, die jede der in Bezug auf die Fig. 1 bis 8 beschriebene Energieübertragungstechnik zuläßt. Die entscheidenden Komponenten einschließlich der Hochspannungsversorgung und dem Speicherkondensator sind in der Fig. 10 aus Gründen der Vereinfachung weggelassen.

In der in Fig. 10 gezeigten Modifikation wird die Ladung auf den Entladungskondensator 9 durch Schließen des Schalters 8 übertragen. Das Schließen des Schalters 10 erlaubt das Entladen des Kondensators 9 in die Anregungsspule 11, die zwei als Umformer bzw. Transformator wirkende Scheibenwicklungen 11a, 11b aufweist. Wenn der Strom in der Wicklung 11a an oder nahe seinem Maximum ist, kann der Schalter 10 geöffnet werden. Die Unterbrechung des Stromflusses in der primären Wicklung 11a induziert einen Stromfluß in der sekundären Wicklung 11b. Dieser Strom kann dazu benutzt werden, den Entladungskondensator 9 oder den Speicherkondensator (soweit vorhanden) über die Diode 13 wieder aufzuladen, so daß die Energie aus der Anregungsspule zurückgewonnen wird.

Alle vorstehenden Ausführungsbeispiele schließen Mittel zur Rückgewinnung von Energie aus der Anregungsspule in einen Ladungsspeicherungskondensator ein, wenn ein Entladungsregelungsschalter zwischen dem Entladungskondensator und der Spule offen oder nichtleitend gemacht ist, um so den Stromfluß vom Entladungskondensator in die Anregungsspule zu unterbrechen.

Fig. 11 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine Modifikation der in der in Fig. 8 oder Fig. 9 gezeigten Schaltung darstellen soll. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Entladungskondensator 9 eine Ladung aufweisen, die diesem entweder direkt von der Stromversorgung zugeführt wird oder indirekt mit Hilfe eines Speicherkondensators oder, falls gewünscht, mit Hilfe eines Übertragungskondensators, wie zuvor mit Bezug auf die vorhergehenden Figuren beschrieben. Zwischen dem Entladungskondensator 9 und der Anregungsspule 11 liegt ein Netzwerk 20, das z. B. ein geregelter Gleichrichtungsschalter und eine Nebenleitungsdiode, wie in Fig. 8 gezeigt, oder ein Thyristor und eine Diodenbrücke, wie in Fig. 9 gezeigt, sein kann.

Zusätzlich liegt die Anregungsspule 11 parallel zu einem Kettennetzwerk 21, das eine Vielzahl von parallelen Zweigen umfaßt, die jeweils einen Induktor 22, 22a . . . 22n und entsprechende Schalter 23, 23a . . . 23n aufweisen. Vorzugsweise steigen die Induktivitäten der Zweige des Kettennetzwerkes mit der Zweierpotenz an.

Eingangs würde der Entladungskondensator für den ersten Impuls in einer Reihe auf ein Energieniveau aufgeladen, das viel höher als erforderlich ist, und jeder der Induktoren 22, 22a usw. kann in Parallelverbindung mit der Anregungsspule geschaltet werden. Während der ersten Entladung wird die im Kondensator 9 gespeicherte Energie zwischen der Anregungsspule und dem Induktornetzwerk proportional zum Verhältnis der entsprechenden Induktivitätswerte aufgeteilt. Die Entladungszyklen werden, wie mit Bezug auf die Fig. 8 oder 9 beschrieben, fortgesetzt und schließen mit der Speicherung der zurückgewonnenen Energie im Kondensator 9 ab. Da die Schaltungsbauteile nicht ideal sind, wird einige Energie verloren geben, so daß sich weniger Energie am Ende des Zyklus im Kondensator befindet als beim Beginn. Vor Beginn eines zweiten Impulses einer Reihe werden einige der Induktoren des Netzwerkes ausgeschaltet, so daß während der Entladung ein größerer Anteil der Kondensatorenergie in die Anregungsspule gerichtet wird. Dieser Vorgang wird für jeden Impuls der Reihe wiederholt, so daß der Wert der Induktivität parallel zur Anregungsspule progressiv abnimmt und die absolut gleiche Energie während jedes Impulses der Reihe der Spule zugeführt wird. Diese Schaltung erfordert nicht, den Entladungskondensator zwischen den Impulsen "umzudrehen" und verringert so die Belastung der Stromversorgung. Jedoch muß die Regelungsschaltung die angemessenen Änderungen der Parallelinduktivität für die Schalter 23, 23a . . . 23n für verschiedene Anregungsspulen im Bereich der Induktivitäten und Energieverluste berechnen.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur magnetischen Anregung von neuro-muskularem Gewebe, mit
einer Anregungsspule (11),
einem Entladungskondensator (9),
Mitteln (10) zur Steuerung der Entladung des Kondensators in die Anregungsspule (11),
einem Speicherkondensator (2) und
Mitteln zum Pumpen der Ladung vom Speicherkondensator (2) in den Entladungskondensator (9).

2. Anregungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Mittel zum Pumpen der Ladung Schaltmittel (3) zur Entladung des Speicherkondensators (2) in eine Energiespeichereinrichtung (5 oder 15) und Mittel zur Übertragung von elektrischer Energie von der Energiespeichereinrichtung in den Entladungskondensator (9) umfassen.

3. Anregungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Energiespeichereinrichtung einen Induktor (15) umfaßt, der in entsprechenden, den Speicherkondensator (2) bzw. den Entladungskondensator (9) einschließende Schleifen angeordnet ist, wobei jede Schleife einen steuerbaren Schalter aufweist.

4. Anregungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Energiespeichereinrichtung einen Übertragungskondensator (5) aufweist, der in den entsprechenden Schaltungen angeordnet ist, die jeweils einen steuerbaren Schalter und den Speicherkondensator (2) bzw. den Entladungskondensator (9) einschließen.

5. Anregungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der jede Schleife einen Induktor ausweist, der zur Speicherung einer beträchtlichen Energie geeignet ist.

6. Anregungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Anregungsspule (11) parallel mit einem symmetrischen Netzwerk (21) geschaltet ist, das eine Vielzahl von Zweigen aufweist, die jeweils einen entsprechenden Induktor (22, 22a, . . . 22n) mit entsprechenden steuerbaren Schaltern (23, 23a . . . 23n) in Serie geschaltet aufweisen.

7. Anregungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die weiterhin Mittel zur Rückgewinnung von Energie aus der Anregungsspule (11) aufweist, wenn der Stromfluß vom Entladungskondensator (9) in die Anregungsspule (11) unterbrochen wird.

8. Anregungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei dem die Mittel zur Rückgewinnung den Entladungskondensator (9) umfassen, der die Energie aus der Spule (11) zurückgewinnt.

9. Anregungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Mittel zur Rückgewinnung einen Kondensator zusätzlich zum Entladungskondensator (9) umfassen.

10. Anregungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei der der zusätzliche Kondensator der Speicherkondensator (2) ist.

11. Anregungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Mittel zur Rückgewinnung eine unidirektionale Verbindung (12) von der Spule (11) zum Entladungskondensator (9) umfassen.

12. Anregungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Mittel zur Rückgewinnung eine unidirektionale Verbindung (13) von der Spule (11) zu dem zusätzlichen Kondensator umfassen.

13. Anregungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Mittel zur Rückgewinnung einen Umformer (11a, 11b) umfassen, der die Spule als Primärwicklung (11a) sowie eine sekundäre Spule (11b) aufweist, die mit dem Entladungskondensator (9) oder dem zusätzlichen Kondensator verbunden ist.

14. Vorrichtung zur magnetischen Anregung von neuro-muskularem Gewebe, mit
einem Entladungskondensator (9),
wenigstens einem Entladungssteuerschalter (10), um die Entladung aus dem Entladungskondensator (9) in eine Anregungsspule (11) zu ermöglichen, und
Mitteln (10) zur Rückgewinnung von Energie aus der Anregungsspule (11), wenn der Stromfluß vom Entladungskondensator (9) in die Anregungsspule (11) unterbrochen wird.