ES2897537T3 - Aparato portátil para generar una corriente eléctrica inducida sinusoidal de baja frecuencia - Google Patents

Aparato portátil para generar una corriente eléctrica inducida sinusoidal de baja frecuencia Download PDF

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Abstract

Aparato portátil para generar un campo magnético destinado a inducir una corriente eléctrica sinusoidal de baja frecuencia en una zona del cuerpo humano a la que se aplica, comprendiendo el aparato: cuatro sectores angulares de imán (6-1 a 6-4) contenidos en un mismo círculo (C), centrados en un mismo eje de rotación (X-X) y espaciados angularmente entre sí, siendo opuesta la polaridad de dos sectores angulares de imán adyacentes; y medios para poner en rotación a una velocidad predeterminada sectores angulares de imán alrededor del eje de rotación para generar una corriente inducida sinusoidal de una frecuencia predefinida; comprendiendo cada sector angular de imán una misma forma geométrica con una abertura angular interior (α) al nivel del eje de rotación comprendida entre 85 y 90°, caracterizado por que cada sector angular de imán comprende además una abertura angular exterior (β) al nivel de un extremo libre opuesto al eje de rotación comprendida entre 20° y 50°, y dos bordes laterales (8-1 a 8-4) que definen un radio que se extiende sobre una distancia (d) que está comprendida entre un tercio y dos tercios de una distancia (D/2) que separa el eje de rotación del extremo libre de los sectores angulares de imán.

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato portátil para generar una corriente eléctrica inducida sinusoidal de baja frecuencia
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere al campo general de la magnetoterapia, y en particular a los aparatos portátiles que generan una corriente eléctrica inducida sinusoidal de baja frecuencia destinada a ser aplicada en una zona del cuerpo humano con el objetivo de ejercer una acción analgésica y antiinflamatoria.
De manera conocida, para generar una corriente eléctrica inducida, la magnetoterapia utiliza un campo magnético variable en particular para aliviar los dolores articulares y los dolores periarticulares, siendo este campo magnético variable creado por una fuente magnética, una bobina o un imán. En el caso de imanes, estos últimos son puestos en movimiento para crear la corriente inducida.
La magnetoterapia se implementa generalmente utilizando un aparato (lo más a menudo portátil) desplazado al nivel de la zona del cuerpo a tratar, conteniendo este aparato imanes, por ejemplo, giratorios, y un motor para permitir que estos imanes generen un campo magnético variable que induce un campo eléctrico proporcional a la velocidad de variación (ley de Faraday).
Así, el documento WO 2008/014902 describe un aparato portátil para generar un campo magnético sinusoidal con fines terapéuticos, comprendiendo este aparato cuatro sectores angulares de imán que son planos, de la misma forma geométrica, centrados en un mismo eje de rotación y separados angularmente entre sí, siendo opuesta la polaridad de dos sectores angulares de imanes adyacentes. Así dispuestos, los sectores angulares de imán son arrastrados en rotación por un motor para generar un campo magnético sinusoidal de una frecuencia predefinida.
También es conocido por otra parte que el efecto terapéutico obtenido está ligado a las corrientes eléctricas inducidas por la rotación de los sectores angulares de imán, siempre que la intensidad de estas corrientes supere un determinado umbral. También es conocido que las corrientes inducidas son proporcionales a la velocidad de desplazamiento lineal de los imanes. Ahora bien, para una velocidad de rotación dada, la velocidad de desplazamiento lineal es mayor en el extremo de los sectores angulares del imán que al nivel de su eje de rotación. Además, para obtener un campo magnético sinusoidal con el aparato descrito en el documento WO 2008/014902, es necesario utilizar imanes en forma de sectores angulares, lo que reduce aún más el campo magnético en el centro del aparato.
También, el aparato descrito en el documento WO 2008/014902 tiene el inconveniente de que la intensidad de las corrientes eléctricas inducidas al nivel del centro del aparato no supera el umbral necesario para obtener un efecto terapéutico. Sin embargo, el centro del aparato suele ser la zona más utilizada por el usuario del aparato. De hecho, de forma natural, el usuario tiende a centrar el aparato en el dolor o en la patología a tratar.
Otro inconveniente del aparato descrito en este documento es que el espacio entre los imanes genera una señal de doble pico en una zona cercana a la superficie del aparato, y por tanto una alta tasa de distorsión armónica.
Por otra parte, al obtenerse los efectos terapéuticos de un aparato de este tipo para frecuencias muy bajas, preferiblemente inferiores a 10 Hz, no es deseable aumentar el campo V x B aumentando la velocidad de rotación de los ¡manes. De hecho, este aumento del campo V X É tendría como consecuencia la reducción de los efectos terapéuticos obtenidos.
Otro aparato portátil para generar un campo magnético se conoce por el documento US 2014/163305 A1.
Objeto y resumen de la invención
El objetivo principal de la presente invención es, por tanto, paliar tales inconvenientes proponiendo un aparato que permita generar una corriente eléctrica inducida sinusoidal de baja frecuencia, cuya intensidad supere un umbral predefinido en toda la superficie cubierta por el aparato.
Este objetivo se logra mediante un aparato portátil de generación de un campo magnético destinado a inducir una corriente eléctrica sinusoidal de baja frecuencia en una zona del cuerpo humano a la que se aplica, comprendiendo el aparato cuatro sectores angulares de imán de la misma forma geométrica, centrados en un mismo eje de rotación y angularmente espaciados entre sí, siendo opuesta la polaridad de dos sectores angulares de imán adyacentes, y medios para hacer girar a una velocidad predeterminada los sectores angulares de imán alrededor del eje de rotación de manera que generen una corriente inducida sinusoidal de una frecuencia predefinida, aparato en el que, conforme a la invención, cada sector angular de imán comprende una abertura angular interior al nivel del eje de rotación comprendida entre 85 y 90°, una abertura angular exterior al nivel de un extremo libre opuesto al eje de rotación comprendida entre 20° y 50°, y dos bordes laterales que definen un radio que se extiende sobre una distancia que está comprendida entre un tercio y dos tercios de una distancia que separa el eje de rotación del extremo libre de los sectores angulares de imán.
Los inventores han constatado que la forma particular de los sectores angulares del imán con una abertura angular interior al nivel del eje de rotación comprendida entre 85 y 90°, una abertura angular exterior al nivel de un extremo libre opuesto al eje de rotación comprendida entre 20° y 50° (y preferiblemente igual a 45°), y dos bordes laterales que definen un radio que se extiende sobre una distancia que está entre un tercio y dos tercios de una distancia que separa el eje de rotación del extremo libre de los sectores angulares de imán permite obtener un campo magnético sinusoidal cuya intensidad es homogénea y por encima de un umbral predefinido entre el eje de rotación y el extremo libre de los sectores angulares de imán.
En particular, se ha constatado que esta disposición de los sectores angulares de imán permite obtener un aumento del orden del 70% de la intensidad del campo magnético sinusoidal al nivel del centro del aparato con respecto al aparato descrito en el documento WO 2008/014902. También se ha observado que la falta de homogeneidad del campo magnético en toda la superficie del aparato se reduce en más de un 35% con respecto al aparato del documento WO 2008/014902. Finalmente, la forma particular de los sectores angulares de imanes permite reducir la tasa de distorsión armónica (hasta un 25% con respecto a la forma de los sectores de imanes descritos en el documento WO 2008/014902).
En un modo de realización, la distancia que separa el eje de rotación del extremo libre de cada sector angular de imán es de 60 mm, siendo el radio de unión definido por los bordes laterales de los sectores angulares de imán de 35 mm.
Los sectores angulares de imán pueden tener un grosor sustancialmente constante. En este caso, los sectores angulares de imán tienen preferiblemente un grosor de entre 2 mm y 15 mm.
Alternativamente, los sectores angulares de imán pueden tener un grosor variable entre el eje de rotación y su extremo libre. En este caso, el grosor de los sectores angulares de imán es preferiblemente decreciente desde el eje de rotación entre un grosor máximo y un grosor mínimo. Además, cada sector angular de imán tiene una cara trasera sustancialmente perpendicular al eje de rotación y una cara delantera opuesta a la cara trasera que está inclinada con respecto a la cara trasera.
También preferiblemente, el aparato comprende además una capa de circuito magnético dispuesta en la parte posterior de los sectores angulares de imanes. Esta capa de circuito magnético puede estar hecha de acero dulce.
La presencia de esta capa de circuito magnético en la parte posterior de los sectores angulares de imanes permite reducir la carga de estos últimos y aumentar el campo magnético que generan. Además, la superficie de imán frente a la zona de tratamiento se modifica mediante el aumento de la proporción relativa de imán en los pequeños radios (con el fin de aumentar la fuente del campo magnético en estas pequeñas radios) y mediante la reducción de la zona en los radios más grandes, lo que hace el campo magnético inducido más homogéneo entre el eje de rotación y el extremo libre de los sectores angulares de imán.
Más preferiblemente, el aparato comprende además una capa de blindaje magnético dispuesta alrededor de los sectores angulares de imán. Esta capa de blindaje magnético, que puede estar hecha de una aleación de níquelhierro, permite limitar en gran medida la radiación del campo magnético inducido por detrás y en los lados del aparato.
Breve descripción de los dibujos
Otras características y ventajas de la presente invención resaltarán de la descripción dada a continuación, con referencia a los dibujos adjuntos que ilustran un ejemplo de realización de la misma sin ningún carácter limitativo. En las figuras:
La figura 1 es una vista esquemática de un aparato según un modo de realización de la invención;
La figura 2 es una vista en sección según M-M de la figura 1;
La figura 3 muestra la distribución del campo V X ~B inducido obtenido por el aparato de la figura 1;
La figura 4 muestra curvas de inducción obtenidas por el aparato de la figura 1 en diferentes radios;
La figura 5 muestra la variación de la tasa de distorsión armónica en función del ángulo de la abertura angular exterior;
La figura 6 representa curvas de comparación de la distribución de campo con respecto a la distancia al eje de rotación entre el aparato según la invención y un aparato según la técnica anterior;
La figura 7 es una vista esquemática en sección que muestra un aparato según una variante de realización de la invención.
Descripción detallada de la invención
Las figuras 1 y 2 representan esquemáticamente un aparato portátil 2 según la invención para generar una corriente eléctrica inducida sinusoidal de baja frecuencia destinada a ser aplicada a una zona del cuerpo humano.
Este aparato 2 comprende una caja 4 en cuyo interior están ensamblados cuatro sectores angulares de imán 6-1 a 6­ 4 que tienen una misma forma geométrica y centrados sobre un mismo eje de rotación X-X. Estos cuatro sectores angulares de imán 6-1 a 6-4 están inscritos dentro de un círculo C de diámetro D y centro O.
Más precisamente, los sectores angulares de imán 6-1 a 6-4 están espaciados angularmente entre sí alrededor del eje de rotación X-X y están dispuestos de modo que la polaridad (Norte o Sur) de dos sectores angulares de imán adyacentes es opuesta. En otras palabras, dos sectores angulares de imanes que están diametralmente opuestos tienen la misma polaridad.
Así, en el ejemplo mostrado en las figuras 1 y 2, los sectores angulares de imán 6-1 y 6-3 tienen una polaridad N, mientras que los sectores angulares de imán 6-2 y 6-4 tienen una polaridad S.
Los sectores angulares de imán están realizados típicamente de imán de tierras raras (tales como neodimio hierro boro) cuyas características son una magnetización remanente que se extiende desde 0,83 T a 1,47 T y una densidad de energía (BH) máxima que se extiende de 135 kJ/m3 a 415 kJ/m3.
El aparato 2 comprende además medios para hacer girar los cuatro sectores magnéticos de imán 6-1 a 6-4 alrededor del eje de rotación X-X.
En un ejemplo de realización, estos medios tienen la forma de un motor eléctrico y de una transmisión por correa. Por supuesto, se podría considerar también cualquier otro medio para asegurar esta puesta en rotación.
Según la invención, los cuatro sectores angulares de imán 6-1 a 6-4 tienen cada uno una forma simétrica con respecto a un radio de simetría R-1 a R-4, respectivamente, del círculo C en cuyo interior están inscritos.
Cada sector angular de imán 6-1 a 6-4 comprende dos bordes laterales 8-1 a 8-4, que son simétricos con respecto al radio de simetría del sector angular de imán y que se enfrentan a o están en contacto directo con bordes laterales correspondientes de dos sectores angulares de imán adyacentes.
Además, los dos bordes laterales 8-1 a 8-4 de cada sector angular de imán definen un radio de unión (delimitado entre el centro O del círculo C y el punto 10-1 a 10-4 del borde lateral más alejado del centro O) que se extiende sobre una distancia d que corresponde a dos tercios del radio D/2 del círculo C (es decir, a dos tercios de la distancia que separa el eje de rotación X-X del extremo libre de los sectores angulares de imán). Por razones de conveniencia, solo los puntos 10-1 del sector angular de imán 6-1 se muestran en la figura 1.
Así, en un ejemplo de realización para el que los sectores angulares de imán están inscritos en un círculo C de 120 mm de diámetro D, la distancia d sobre la que se extienden los radios de unión definidos por los bordes laterales de los sectores angulares de imán es de 35 mm.
Además, los bordes laterales 8-1 a 8-4 de cada sector angular de imán forman entre sí un ángulo a de aproximadamente 90° (también se dice que la abertura angular interior a de cada sector angular de imán al nivel del eje de rotación X-X está comprendida entre 85 y 90°).
Siempre según la invención, cada sector angular de imán comprende además una abertura angular exterior £ al nivel de un extremo libre opuesto al eje de rotación X-X que está comprendida entre 20° y 50°, y preferiblemente es igual a 45°.
En otras palabras, el extremo libre de cada sector angular de imán 6-1 a 6-4 está delimitado entre dos puntos 12a, 12b situados en el círculo C en el que se inscriben los sectores angulares de imán. Estos puntos son simétricos y los radios formado por los puntos O y 12a, por una parte, y O y 12b, por otra parte, forman entre ellos un ángulo £ comprendido entre 20° y 50°, y preferiblemente igual a 45°.
Por razones de comodidad, en la figura 1 solo se muestran los puntos 12a, 12b y el ángulo £ de la abertura angular con respecto al sector angular de imán 6-1. Por supuesto, las mismas características se aplican a los otros sectores angulares de imán 6-2 a 6-4.
La configuración general descrita de los sectores angulares de imán del aparato según la invención tiene así la forma de una estrella inscrita en el círculo C de centro O.
Los sectores angulares de imán 6-1 a 6-4 del aparato según la invención se hacen girar alrededor del eje de rotación X-X a una velocidad preferiblemente de 300 revoluciones/minuto, lo que genera una corriente eléctrica inducida sinusoidal de una frecuencia preferiblemente inferior o igual a 10 Hz.
La figura 3 muestra la distribución espacial del campo V X B (siendo V el campo de velocidad y B el campo de inducción magnética) inducido obtenido por el aparato según la invención cuando los sectores angulares de imán se hacen girar a una velocidad de 300 revoluciones/minuto. Esta distribución se ilustra en un plano mediano a los sectores angulares de imán.
Esta distribución muestra que el campo V X B inducido tiene una intensidad que supera un umbral predefinido en toda la superficie cubierta por el aparato.
Esta figura 3 permite también demostrar que la disposición y la forma particulares de los sectores angulares de imán según la invención aumenta significativamente (del orden de 70%) la intensidad del campo magnético inducido próximo al eje o en radios pequeños con respecto a sectores angulares de imán que tienen una forma tal como se describe en el documento WO 2008/014902).
La figura 4 ilustra diferentes curvas de la componente vertical de inducción obtenidas por el aparato según la invención en diferentes radios del círculo en el que se inscriben los sectores angulares de imán.
Así, la curva H-1 ilustra la componente vertical (es decir según el eje de rotación X-X) de la inducción generada al nivel del radio Ia mostrada en la figura 1, la curva H-2 ilustra la generada al nivel de radio Ib, la curva H-3 ilustra la generada al nivel del radio Ic, y la curva H-4 ilustra la generada al nivel del radio D/2 del círculo C. En estas curvas, la componente vertical de la inducción es medida en micro teslas y el ángulo del radio en grados.
Estas curvas muestran que la distribución de la inducción generada es relativamente homogénea en toda la superficie del aparato. En particular, la falta de homogeneidad del campo magnético en toda la superficie del aparato se reduce en más del 35% con respecto al aparato del documento WO 2008/014902.
La figura 5 ilustra la variación de la tasa de distorsión armónica (THD) en función del valor del ángulo £ de la abertura angular exterior de los sectores angulares de imán. Esta figura muestra que la tasa de distorsión armónica es menor para un ángulo £ de la abertura angular exterior igual a aproximadamente 45°.
La figura 6 representa curvas G-1, G-2 de la distribución de campo V? X B (en mV/m) en función de la distancia al eje de rotación X-X para el aparato según la invención (curva G-1) y para un aparato según la técnica anterior del tipo descrito en la publicación WO 2008/014902 (curva G-2). Más precisamente, estas curvas se han realizado con un aparato según la invención en el que los sectores angulares de imán tienen un grosor constante de 4,2 mm para un peso total de 393 g, mientras que los sectores de imán del aparato según la técnica anterior tienen un grosor constante de 10 mm para un peso total de 432 g.
Se constata en esta figura que el aparato según la invención obtiene una mejor homogeneidad de distribución del campo. En particular, el aparato según la invención permite una ganancia del 38% entre el máximo y el mínimo del campo con respecto a un aparato según la técnica anterior. Además, el aparato según la invención permite una ganancia con respecto a un aparato según la técnica anterior del 25% del campo a una distancia de 5 mm del eje de rotación de los sectores angulares de imán. Finalmente, estas ganancias se obtienen con una reducción del 58% del grosor de los imanes y una reducción del 9% de su masa total.
Además, en el modo de realización de las figuras 1 y 2, los sectores angulares de imán 6-1 a 6-4 tienen cada uno un mismo grosor e que es sustancialmente constante (los sectores angular de imán son planos). Preferiblemente, para sectores angulares de imán inscritos en un círculo C de 120 mm de diámetro, este grosor e está comprendido entre 2 mm y 10 mm.
En una realización alternativa mostrada en la figura 7, los sectores angulares de imán tienen cada uno un grosor que es variable entre el eje de rotación X-X y su extremo libre.
Más precisamente, este grosor es decreciente desde el eje de rotación con un grosor máximo e l y un grosor mínimo e2, estando comprendido el grosor máximo e1 entre 2 y 5 veces el grosor mínimo e2.
Así, el grosor de los sectores angulares de imán es decreciente desde el eje de rotación entre el grosor máximo e1 y el grosor mínimo e2. En otras palabras, cada sector angular de imán tiene una cara trasera (es decir, opuesta a la zona de tratamiento) sustancialmente perpendicular al eje de rotación X-X y una cara delantera (vuelta hacia la zona de tratamiento) opuesta a la cara trasera que está inclinada con respecto a la cara trasera.
Con respecto a una forma plana, la forma biselada de los sectores angulares de imán permite, por una parte, aumentar aún más la intensidad del campo magnético inducido al nivel del centro del aparato y, por otra parte, reducir aún más la tasa de distorsión armónica.
Ahora se describirán varias características ventajosas del aparato según la invención que se aplican a los dos modos de realización descritos anteriormente.
Como se muestra en la figura 2, el aparato comprende ventajosamente una capa de circuito magnético 14 que está dispuesta en la parte posterior de los sectores angulares de imán 6-1 a 6-4 (es decir, en el lado de la cara de los sectores angulares de imanes opuesta a la vuelta hacia la zona de cuidado a tratar).
Por ejemplo, la capa de circuito magnético es una capa de acero dulce de grosor constante que cubre toda la superficie de los sectores angulares de imanes.
Se ha constatado que la presencia de esta capa de circuito magnético permite reducir la carga de los sectores angulares de imanes y aumentar el campo magnético que generan. Además, la superficie de imán frente a la zona de tratamiento se modifica mediante el aumento de la proporción relativa de imán en los pequeños radios (con el fin de aumentar la fuente del campo magnético en estos pequeños radios) y mediante la reducción de la superficie en los radios más grandes, lo que hace el campo magnético inducido más homogéneo entre el eje de rotación y el extremo libre de los sectores angulares de imán.
Según otra disposición ventajosa representada en la figura 1, el aparato comprende además una capa de blindaje magnético 16, que está dispuesta alrededor de los sectores angulares de imán (es decir, según la circunferencia del círculo C en el que están inscritos). Por ejemplo, la capa de blindaje magnético con un grosor de entre 0,1 mm y 2 mm está realizada de mu-metal (es decir, una aleación de níquel y hierro).
Se ha constatado que la presencia de esta capa de blindaje permite limitar en gran medida la radiación del campo magnético inducido por detrás y en los lados del aparato. Se observará que las dimensiones de los sectores angulares de imán pueden ser diferentes según la aplicación adoptada. Por ejemplo, para obtener una mayor profundidad de penetración del campo magnético sinusoidal obtenido, el círculo en el que se inscriben los sectores angulares de imán puede tener un diámetro D comprendido entre 240 y 300 mm. Por ejemplo, nuevamente, para obtener un campo magnético sinusoidal más localizado, el círculo en el que se inscriben los sectores angulares de imán podrá tener un diámetro D de aproximadamente 20 mm.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Aparato portátil para generar un campo magnético destinado a inducir una corriente eléctrica sinusoidal de baja frecuencia en una zona del cuerpo humano a la que se aplica, comprendiendo el aparato:
cuatro sectores angulares de imán (6-1 a 6-4) contenidos en un mismo círculo (C), centrados en un mismo eje de rotación (X-X) y espaciados angularmente entre sí, siendo opuesta la polaridad de dos sectores angulares de imán adyacentes; y
medios para poner en rotación a una velocidad predeterminada sectores angulares de imán alrededor del eje de rotación para generar una corriente inducida sinusoidal de una frecuencia predefinida; comprendiendo cada sector angular de imán una misma forma geométrica con una abertura angular interior (a) al nivel del eje de rotación comprendida entre 85 y 90°, caracterizado por que cada sector angular de imán comprende además una abertura angular exterior (p) al nivel de un extremo libre opuesto al eje de rotación comprendida entre 20° y 50°, y dos bordes laterales (8-1 a 8-4) que definen un radio que se extiende sobre una distancia (d) que está comprendida entre un tercio y dos tercios de una distancia (D/2) que separa el eje de rotación del extremo libre de los sectores angulares de imán.
2. Aparato según la reivindicación 1, en el que la abertura angular exterior (p) de cada sector angular de imán (6-1 a 6-4) es de 45°.
3. Aparato según una de las reivindicaciones 1 y 2, en el que la distancia (D/2) que separa el eje de rotación del extremo libre de cada sector angular de imán (6-1 a 6-4) es de 60 mm, extendiéndose el radio de unión definido por los bordes laterales de los sectores angulares de imán sobre una distancia (d) de 35 mm.
4. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los sectores angulares de imán (6-1 a 6-4) poseen un grosor (e) sustancialmente constante.
5. Aparato según la reivindicación 4, en el que los sectores angulares de imán (6-1 a 6-4) tienen un grosor (e) comprendido entre 2 mm y 15 mm.
6. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los sectores angulares de imán (6-1 a 6-4) tienen un grosor (e l, e2) variable entre el eje de rotación y su extremo libre.
7. Aparato según la reivindicación 6, en el que el grosor de los sectores angulares de imán es decreciente desde el eje de rotación entre un grosor máximo (e1) y un grosor mínimo (e2).
8. Aparato según la reivindicación 7, en el que cada sector angular de imán tiene una cara trasera sustancialmente perpendicular al eje de rotación (X-X) y una cara delantera opuesta a la cara trasera que está inclinada con respecto a la cara trasera.
9. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende además una capa de circuito magnético (14) dispuesta en la parte posterior de los sectores angulares de imán (6-1 a 6-4).
10. Aparato según la reivindicación 9, en el que la capa de circuito magnético (14) está hecha de acero dulce.
11. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende además una capa de blindaje magnético (16) dispuesta alrededor de los sectores angulares de imán (6-1 a 6-4).
12. Aparato según la reivindicación 11, en el que la capa de blindaje magnético está hecha de aleación de níquelhierro.
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