KR102537365B1 - 누설 제어권선 및 커패시터를 갖는 변압기를 포함하는 제어 계기반 - Google Patents

누설 제어권선 및 커패시터를 갖는 변압기를 포함하는 제어 계기반 Download PDF

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Abstract

전기 구동의 수술용 도구용 제어 계기반(50)은 도구 구동신호가 존재하는 2차 권선(264)을 갖는 변압기(250)를 포함한다. 상기 변압기에 대해 내부적인 것은 누설 제어권선(246) 및 커패시터(248)로 구성되는 정합 전류원이다. 상기 정합 전류원에 의해 공급된 전류는 존재할 수도 있는 누설전류를 적어도 부분적으로 상쇄한다.

Description

누설 제어권선 및 커패시터를 갖는 변압기를 포함하는 제어 계기반
본 발명은 일반적으로 전기적으로 구동되는 수술용 도구에 구동신호들을 공급하는 전력 제어반에 관한 것이다. 본 발명의 전력 제어반은 내부적인 정합 전류원을 갖는 변압기를 포함한다. 이러한 전류원은 누설전류를 최소화하기 위해 기생전류에 정합된 전류를 발생시킨다.
전기 구동의 수술용 도구 시스템은 일반적으로 3개의 기본 구성요소들을 갖는 것으로 고려될 수 있다. 제어 조립체는 상기 시스템의 2번째의 구성요소, 발전기, 를 작동시키는데 필요한 특성들을 갖는 구동신호들을 발생시킨다. 상기 발전기는 전형적으로 상기 구동신호들의 전기적인 에너지를 다른 하나의 형태의 에너지로 변환시킨다. 상기 전기적인 에너지가 변환되는 에너지의 형태들은 기계적인 에너지, 열 에너지(열) 및 광적인(광(光)) 에너지를 포함한다. 상기 도구 시스템의 3번째의 구성요소는 에너지 공급기(energy applicator)이다. 상기 에너지 공급기는 상기 발전기에 의한 에너지 출력을 수신하여 특정 치료 업무를 수행하기 위해 이 에너지를 표적 조직(標的組織)에 공급한다. 일부의 도구 시스템들은 상기 표적 조직(標的組織)으로 향해진 전기적인 에너지를 공급하도록 구성된다. 이러한 형태의 시스템에서, 상기 발전기는 기본적으로 도체들인데, 상기 구동신호들은 상기 도체들위에서 노출된 전극들에 공급되며, 전류는 상기 노출된 전극들위에서 상기 조직에 공급된다. 상기 전극들은 에너지 공급기로서 기능한다.
다수의 수술용 도구 시스템들의 일체로 된 부분(integral part)은 손잡이 기구(handpiece)이다. 최소한도로, 상기 손잡이 기구는 의사에 의해 쥐어지도록 구성된 물리적인 구성요소이며, 상기 에너지 공급기는 상기 물리적인 구성요소로부터 연장되어 있다. 종종 발전기는 상기 손잡이 기구에 포함되어 있다. 그렇게 구성된 1개의 수술용 도구 시스템은 초음파 수술용 도구 시스템이다. 이러한 시스템의 손잡이 기구는 1개 이상의 구동기들로 구성된 발전기를 포함한다. 각각의 구동기는, 교류신호의 입력에 반응하여, 진동한다. 혼(horn)은 상기 구동기들에 기계적으로 밀접하게 결합된다. 에너지 공급기로서 기능하는 팁(tip)은 상기 혼(horn)으로부터 말단으로 연장되어 있다. 상기 구동기들의 진동들은 상기 혼(horn)에서의, 더 나아가, 상기 팁(tip)에서의 유사한 진동들을 조성한다. 조직에 대한 진동 팁의 운동은 상기 조직의 삭마(削磨), 제거를 초래한다.
다수의 전기 구동 수술용 도구 시스템들이 다른 전기적으로 구동되는 조립체들과 공유하는 고유 특성은 기생 커패시턴스들이 이러한 시스템들의 구성요소들에 존재한다는 점이다. 기생 커패시턴스기생 커패시턴스압들이 걸려 있는 2개의 기생 커패시턴스요소들에 존재하는 용량이다. 이러한 용량의 존재의 결과는 기생전류가 상기 기생 커패시턴스요소들 중 하나를 통해 흐를 수 있다는 점이다. 예컨대, 손잡이 기구가 교류 구동신호들이 입력되는 발전장치를 포함할 때, 상기 손잡이 기구의 구조적인 금속 기생 커패시턴스요소들 및 전류가 흐르는 상기 손잡이 기구에 내부적인 발전 기생 커패시턴스요소들 사이의 기생 커패시턴스에 기인하여, 기생전류가 상기 구조적인 금속 기생 커패시턴스요소들을 통해 흐를 수 있다. 이러한 기생전류는 누설전류라 알려진 것에 기여한다. 누설전류는 전류가 다른 목적들로 공급되는 시스템의 기생 커패시턴스요소들을 통한 의도되지 않은 전류의 흐름이다.
전기 구동의 수술용 도구의 손잡이 기구가 투입되는 환자는, 안전을 위해, 접지 상태가 되도록 고려된다. 만일 누설전류가 존재할 수 있는 손잡이 기구가 환자에 투입되면, 상기 누설전류는, 이론상으로는, 환자를 통해 이러한 접지로 흐를 수 있다. 이러한 전류는 환자의 기관들 및 조직의 기능에 악영향을 끼칠 수 있다. 이것은 대부분의 환자에의 투입용으로 의도된 손잡이 기구를 갖는 수술용 도구 시스템이 정상 누설전류 흐름이 100 μAmps 미만이 되기 위해 보장하도록 전형적으로 기생 커패시턴스되는 이유이다. 심장 조직에의 투입용으로 의도된 손잡이 기구를 갖는 수술용 도구 시스템은 상기 정상 누설전류가 10 μAmps 미만이 되도록 전형적으로 기생 커패시턴스되어야 한다. 이러한 요구조건들은 IEC 60601 의학 설계 기준들(Medical Design Standards)에 근거하고 있다. 상기 IEC 60601 의학 설계 기준들은 또한 누설전류가 이러한 최대 양들의 미만이 되도록 보장하기 위해 전기 구동 수술용 도구를 시험하기 위한 과정에 관해 설명하고 있다.
안전을 위해, 환자에 투입된 도구는 접지로의 연결부로서 기능할 수 없다는 점은 추가적인 요구조건이다. 이것은, 만일 다른 하나의 소스로부터의 전압이 환자에게 약간 인가(印加)되면, 상기 도구는 환자를 통해 흐르는 전류를 초래하는 접지로의 연결부로서 기능하지 않을 것임을 위함이다.
전기 구동의 수술용 손잡이 기구로부터의 누설전류의 흐름을 감소시키기 위해 다수의 방법들이 사용된다. 한가지 방법은 기생전류 흐름을 감소시키기 위해 기생용량을 감소시키는 방법이다. 만일 상기 도구가 초음파 손잡이 기구라면, 기생용량은 상기 손잡이 기구의 기계적인 구성요소들이 구동기들에 의해 진동되도록 의도되는 상기 구동기들 및 상기 혼(horn) 사이의 전기적으로 절연의 임피던스 디스크들(disks)을 공급함으로써 감소될 수 있다. 이러한 디스크들(disks)을 공급함과 관련된 단점은 상기 디스크들(disks)은 상기 구동기들로부터 상기 혼(horn) 및 팁(tip)으로의 진동들의 전달을 감소시킨다는 점이다. 이러한 기계적인 감소는 상기 손잡이 기구의 효율을 감소시킨다.
누설전류 흐름을 감소시키는 두번째 방법은 정합 전류원을 제공하는 방법이다. 상기 정합 전류원은 손잡이 기구 발전장치와 관련된 하측 도체들에 전류를 공급한다. 이러한 정합된 전류는 상측 도체들상에 존재하는 기생전류와는 이상적으로 반대이며 동일한 크기를 갖는다. 상기 정합된 전류는 상기 기생전류를 상쇄한다. 상기 기생전류의 상쇄는 상기 누설전류에 대한 상기 기생전류의 기여도를 이상적으로 제거한다. 누설전류는 주로 상기 기생전류로 구성된다. 따라서, 상기 기생전류의 상쇄는 실질적으로 환자를 통해 흐르는 상기 손잡이 기구로부터의 누설전류의 흐름을 제거한다.
정합 전류원은 2개의 구성요소들로부터 형성된다. 이러한 구성요소들 중 제1 구성요소는 제어 조립체의 일부인 변압기를 갖는 추가적인 권선 일체부(winding integral)이다. 이러한 구성요소들 중 제2 구성요소는 상기 변압기와는 완전히 다른 커패시터이다.
상기 형태의 조립체는 상측 도체들을 통해 흐르는 누설전류를 상쇄시키기 위한 전류를 제공하는 정합 전류원을 제공하기 위해 상당히 잘 동작한다. 그러나, 본 실시예는 전류원의 제2 구성요소로서 Y-형 커패시터를 사용하는 것이다. Y-형 커패시터에 걸리도록 허용될 수 있는 최대 전압은 전형적으로 250　VAC 이하이다. 초음파 손잡이 기구의 도체들에 존재하는 전압들은 종종 1000 VAC을 초과할 수 있다. 그러므로, 누설전류의 크기를 감소시키기 위한 정합 전류원을 갖는 초음파 구동기들로 수술용 도구 시스템을 증명하는 것은 어려운 것으로 증명되었다.
누설전류를 감소시키기 위한 정합 전류원을 갖는 전기 구동의 수술용 도구 시스템을 제공하는 것과 관련된 다른 하나의 어려움은 이러한 전류원으로부터의 전류 흐름을 조정하는 것이 어려울 수 있다는 점이다. 이것은 기생전류 및 정합된 전류가 실질적으로 동일하지 않은 상태에 진입하는 도구 시스템을 초래할 수 있다. 만일 손잡이 기구가 이러한 상태에 진입하게 되면, 허용 가능한 레벨들 위의 누설전류가 환자를 통해 흐를 기회가 존재한다.
본 발명은 참신하면서도 유용한 수술용 도구 시스템용 전력 제어반에 관한 것이다. 상기 전력 제어반은 구동신호들을 상기 시스템의 발전장치에 제공하는 상기 시스템의 조립체로서 기여한다. 특히, 본 발명의 상기 수술용 도구 시스템의 상기 전력 제어반은 독립된 정합 전류원을 갖는 변압기를 포함한다.
본 발명의 전력 제어반은 상기 시스템의 발전장치에 공급된 구동신호들을 출력하는 제어반의 구성요소로서 기능하는 변압기를 포함한다. 입력신호는 상기 변압기의 1차 권선에 공급된다. 상기 변압기의 2차 권선에 존재하는 신호는 구동신호이다.
상기 변압기는 또한 정합 전류원을 포함한다. 이러한 정합 전류원은 구동신호들이 상기 도구 시스템의 발전장치에 공급되는 상측 도체들 사이에 존재하는 기생전류와는 실질적으로 크기면에서는 동일하고 방향면에서는 반대의 전류를 발생시킨다. 이러한 정합 전류원은 권선 및 커패시터를 포함한다. 상기 권선은 누설 제어권선이라 불리운다. 상기 누설 제어권선의 일단(一端)은 접지에 연결된다. 상기 커패시터는 상기 누설 제어권선의 자유단 및 상기 하측 도체 사이에 직렬로 연결되어 있다.
일반적으로, 상기 정합 전류원의 커패시터는 상기 변압기의 권선 주위에 권선되는 적어도 하나의 전기적으로 전도성의 박(箔)(foil)의 층을 포함한다. 이러한 전도성의 랩(wrap)은 상기 커패시터의 제1 판으로서 기능한다.
본 발명의 일부의 실시예들에서, 상기 변압기는 상기 권선들 주위에 배치된 제2 전도성 랩(wrap)을 포함한다. 본 발명의 일부의 실시예들에서, 이러한 제2 전도성 랩(wrap)은 상기 커패시터의 제2 판으로서 기능한다. 본 발명의 일부의 실시예들에서, 이러한 제2 전도성 랩(wrap)은 전기적으로 전도성의 물질의 이러한 층이 그 주위에 권선되는 1개 이상의 권선들 주위의 보호막(shield)으로서 기여한다.
본 발명의 일부의 실시예들에서, 상기 권선들 중 1개의 부분은 또한 상기 정합 전류원의 커패시터의 제2 판으로서 기능한다. 본 발명의 일부의 실시예들에서, 상기 제2 권선의 적어도 부분은 상기 커패시터의 제2 판으로서 기능한다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 누설전류 권선은 상기 커패시터의 제2 판으로서 기능한다.
본 발명의 일부의 실시예들에서, 상기 누설전류 권선은 복수의 부(副)-권선들(sub-windings)로 구성된다. 1개 이상의 스위치들은 상기 부(副)-권선들(sub-windings)을 함께 결합한다. 본 발명의 이러한 특징은, 상기 정합 전류원에 의해 발생된 전압 및, 더 나아가, 전류가, 1차 권선에 걸린 주어진 전압에 대해, 선택적으로 설정되도록 가능하게 한다. 이것은 상기 정합 전류원에 의해 발생된 전류의 레벨이 선택적으로 설정되도록 가능하게 한다. 이것은 상기 변압기가 일체형으로 제조되는 제어반의 제조 동안 상기 정합 전류원에 의해 발생된 전류의 레벨을 설정하는 능력에 부가된 정밀도를 제공하여 상기 전류 레벨이 실질적으로 기생전류와 동일하다. 본 발명의 일부의 구성들에서, 상기 정합 전류원에 의해 발생된 전류의 레벨을 설정하는 이러한 능력은 또한 확연하게 다른 주파수들의 구동신호들을 필요로 하는 손잡이 기구들에 구동신호들을 공급하기 위한 단일 제어반을 사용 가능하게 한다.
본 발명의 다수의 실시예들에서, 상기 변압기는 또한 감지 권선(sense winding)을 포함한다. 상기 감지 권선(sense winding)에 걸린 신호는 상기 시스템의 다른 구성요소들에 의해 구동신호들의 전압을 나타내는 신호로서 사용된다. 상기 감지 권선(sense winding)이 존재하는 본 발명의 일부의 실시예들에서, 상기 감지 권선(sense winding)은 누설 제어권선에 연결된다.
본 발명의 일부의 전기 구동의 수술용 도구 시스템들은 초음파 도구 시스템들이다. 초음파 도구 시스템은 1개 이상의 구동기들을 포함한다. 구동기들은 상기 시스템의 발전장치로서 기능하는 변환기들이다. 교류 구동신호가 이러한 구동기들에 공급될 때, 상기 구동기들은 주기적으로 수축 및 확장한다. 팁(tip)은 이러한 구동기들에 기계적으로 연결된다. 상기 구동기들의 상기 수축 및 확장은 상기 팁(tip)에서의 진동 운동을 유도한다. 상기 팁(tip)은 환자의 조직에 투입되어 상기 진동 운동은 상기 조직에 대한 적절한 치료 효과를 야기한다.
본 출원이 목적하는 본 발명은 청구항들에서 특별히 설명된다. 본 발명의 상기 특징들 및 장점들 및 추가적인 특징들 및 장점들은 첨부된 도면들과 결합되어 설명된 다음의 상세한 설명으로부터 이해된다.
도 1은 본 발명의 특징들을 포함하는 전기 구동의 수술용 도구 시스템의 기본 구성요소들을 도시하는 도면.
도 2는 상기 시스템의 도구, 손잡이 기구의 기계적인 구성요소들의 도식적인 도면.
도 3은 상기 시스템의 제어반 및 손잡이 기구의 둘다 모두의 전기적인 기본 구성요소들의 블록도.
도 4는 상기 제어반에 내부적인 변압기, 상기 손잡이 기구 및 상기 손잡이 기구가 투입되는 환자의 개략도.
도 5는 본 발명의 제1 변압기의 횡단면도.
도 6은 도 5의 변압기의 개략도.
도 7은 본 발명의 제2 변압기의 횡단면도.
도 8은 도 7의 변압기의 개략도.
도 9는 본 발명의 제3 변압기의 횡단면도.
도 10은 도 9의 변압기의 개략도.
도 11은 본 발명의 제4 변압기의 개략도.
본 발명의 전기 구동 수술용 도구 시스템(40)은 이제 일반적으로 도 1 및 도 2를 참조하여 설명된다. 시스템(40)은 손잡이 기구(310)를 포함한다. 상기 손잡이 기구(310)는 초음파 수술용 도구이다. 따라서, 본 발명의 본 실시예에서, 시스템(4 0)은 초음파 수술용 도구 시스템으로서 설명될 수 있다. 손잡이 기구(310)는 상기 손잡이 기구의 전단부를 형성하는 몸체 또는 외피(shell)(312)를 포함한다. ("몸 중심부 쪽의(Proximal)"는 상기 손잡이 기구를 쥐고 있는 의사쪽으로, 상기 손잡이 기구가 투입되는 위치로부터 멀어지는을 의미하는 것으로 이해된다. "인체 중앙에서 먼 쪽의(Distal)"는 의사로부터 멀어지는, 상기 손잡이 기구가 투입되는 위치쪽으로를 의미하는 것으로 이해된다.) 상기 몸체(312)는 의사에 의해 실제로 쥐어지는 상기 손잡이 기구(310)의 일부이다.
1개 이상의 진동 압전 구동기들(324)(4개 도시됨)은 상기 외피(shell)(312)의 내부에 배치된다. 도 2에서 상기 손잡이 기구 외피(shell)(312)는 도시되어 있지 않아 상기 손잡이 기구(310)의 내부 구성요소들은 노출되어 있다. 각각의 구동기(324)는, 교류 전압이 상기 구동기에 인가될 때, 순간적인 확장 또는 수축을 경험하는 물질로부터 형성된다. 이러한 확장들/수축들은 구동기(324)의 세로축상에 있으며, 상기 축은 상기 구동기의 중앙에 가까운 쪽에 그리고 말단으로 향한 면들 사이에 연장되어 있다. 한쌍의 리드들(leads)(328), 도 2에서는 단지 2개의 리드들(leads)만이 도시된, 은 각각의 구동기(324)로부터 멀리 연장되어 있다. 상기 리드들(leads)(328)은 상기 구동기들(324)의 중앙에 가까운 쪽에 그리고 말단으로 향한 반대편의 면들에 부착된다. 전부 다 그런건 아니지만, 다수의 손잡이 기구들(3 10)은 디스크(disc) 형태의 압전 구동기들(324)을 포함한다. 상기 구동기들(324)은 한줄로 무더기로 배열되어 있다. 리드들(leads)(328)은 전압이, 구동신호의 형태로, 상기 구동기들(324)에 인가되는 시스템(40)의 구성요소들이다. 도 2에서, 구동기들(324)은 서로 이격된 상태로 도시되어 있다. 이것은 상기 구성요소들을 예시하기 쉽게 하기 위한 것이다. 실제로, 구동기들(324)은 빽빽히 인접해 있다.
상기 구동기들(324)은 상기 구동기들에 인가된 전기적인 에너지를 기계적인 힘으로 변환하는 것으로 이해된다. 따라서, 구동기들(324)은 총괄적으로 상기 시스템(40)의 (기계적인) 발전기로서 기능한다.
포스트(post)(330)는 구동기들(324)을 통해 세로 방향으로 연장되어 있다. 상기 포스트(330)는 상기 구동기들의 동일선상의 세로축들을 따라 상기 구동기들( 324)을 통해 연장되어 있다. 도시되지 않은 것들은 상기 구동기들(324)에 내부적인 관통 구멍들(through bores)이며, 포스트(330)가 상기 관통 구멍들(through bores)을 통해 연장되어 있다. 포스트(330)는 중앙에 가장 가까운 쪽에 위치한 구동기(3 24) 및 가장 말단에 위치한 구동기(324)의 둘다 모두로부터 바깥쪽으로 돌출되어 있다.
중앙 매스(proximal end mass)(320)는 중앙에 가장 가까운 쪽에 위치한 구동기(324)의 중앙에 가까운 쪽으로 향한 면에 인접하여 위치된다. 상기 포스트(330)의 노출된 중앙부(proximal end section)는 매스(mass)(320)에 고정적으로 부착된다. 만일 포스트(330)가 꿰어지면, 매스(mass)(320)는 너트(nut)일 수도 있다.
혼(horn)(334)은 가장 말단에 위치한 구동기(324)의 말단으로 향한 면으로부터 전방(前方)으로 연장되어 있다. 도시되지는 않았지만, 절연 디스크(insulating disc)가 말단 구동기(324) 및 혼(horn)(334) 사이에 위치될 수도 있다. 혼(horn)(334)은 상기 구동기들(324)의 직경과 거의 동일한 직경을 갖는 중앙 기부(基部)(proximal end base)를 갖는다. 상기 구동기들(324)로부터 말단 방향으로 그리고 전방(前方)으로 연장되어 있으므로, 상기 혼(horn)(334)의 직경은 감소한다. 포스트(330)의 노출된 말단부(distal end section)는 상기 혼(horn)(334)에 부착된다. 만일 포스트(330)가 꿰어지면, 혼 베이스(horn base)는 상기 포스트(330)를 수용하기 위한 나사 구멍(threaded bore)(미도시)으로 형성될 수도 있다. 손잡이 기구(310)는 구동기들(324)의 꾸러미가 중앙 매스(proximal end mass)(320) 및 혼(horn)(334) 사이에서 압축되도록 구성된다.
팁(tip)(340)은 상기 혼(horn)(334)의 말단으로부터 전방(前方)으로 연장되어 있다. 실린더(336)에 의해 표시된 결합 조립체는 상기 혼(horn)(334)으로부터 전방(前方)으로 연장되어 있다. 상기 결합 조립체는 상기 팁(tip)(340)을 혼(horn)(334)에 제거 가능하게 지지하므로 상기 손잡이 기구(310)의 나머지 부분에 지지한다. 상기 결합 조립체의 구조는 본 발명의 부분이 아니다. 팁(tip)(340)은 연장된 줄기부(elongated stem)(342)를 포함한다. 상기 연장된 줄기부(elongated stem)(342)는, 상기 결합 조립체를 통해, 상기 혼(horn)(334)에 부착되는 상기 팁(tip)의 부분이다. 상기 연장된 줄기부(elongated stem)(342)는 상기 손잡이 기구 외피(312)로부터 전방(前方)으로 연장되어 있다. 팁(tip)(340)은 상기 연장된 줄기부(elongated stem)(342)의 말단에 헤드(344)를 갖도록 형성된다. 일부의 팁 헤드들(344)은 매끄러운 표면들을 갖는다. 일부의 헤드들(344)은 티스(teeth)(346)로 형성된다. 상기 헤드(344)의 기하학적 구조는 본 발명의 부분이 아니다. 팁 헤드(344)는 수술이 수행되는 환자상의 위치에 투입된 상기 손잡이 기구(310)의 부분이다. 도 1에서, 상기 팁 헤드(344)는 조직(380)의 부분에 투입된 것으로 도시되어 있다.
일부의 팁 헤드들(344)에는 경질 조직, 예컨대, 뼈, 에 직접 투입되도록 구성된 티스(teeth)가 제공되어 있다. 이러한 형태의 팁(tip)이 왕복 운동을 할 때, 상기 티스(teeth)는 종래의 톱날이 조직을 절단하는 방식과 동일한 방식으로 상기 조직을 절단한다.
슬리브(sleeve)(350)는 전형적으로 팁 줄기부(tip stem)(342) 위에 배치된다. 슬리브(sleeve)(350)는 전형적으로 상기 줄기부(stem)(342)가 상기 혼(334)에 부착되는 위치 근처의 위치로부터 상기 헤드(344)의 중심부 쪽으로 거의 0.5 cm의 위치까지 연장되어 있다. 종합적으로, 상기 손잡이 기구(310), 팁(340) 및 슬리브(sleeve)(350)는 상기 슬리브(sleeve)가 상기 팁의 외면 및 상기 슬리브(sleeve)의 주위의 내면 사이에 연장되어 있는 유체 흐름 도관(fluid flow conduit)을 한정하도록 구성된다. 상기 슬리브(sleeve)(350)는 이러한 도관으로 연장되어 있는 상기 슬리브의 중앙(proximal end)에 인접한 부품(fitting)(352)을 갖는다. 상기 도관은 상기 슬리브(sleeve)(350)의 말단에서 개방되어 있다. 상기 손잡이 기구(310)가 사용 중일 때, 세척 용액(irrigating solution)은 상기 슬리브 부품으로부터 상기 슬리브의 아래로 흘러, 상기 팁 헤드(344)에 인접하게 방출된다. 상기 시스템의 일부의 실시예들에서, 상기 유체는 상기 팁의 기계적인 진동들이 상기 조직으로 전달되는 매체로서 기여한다. 이러한 세척 용액은 또한 상기 헤드(344)의 진동의 결과로서 상기 팁에 의해 발생된 열 에너지에 대한 히트 싱크(heat sink)로서 기능한다.
도시되지는 않았지만, 상기 손잡이 기구 포스트(330), 혼(334) 및 팁(340)은 종종 도관들과 함께 형성된다. 이러한 도관들은 종합적으로 상기 팁 헤드(344)로부터 상기 손잡이 기구(310)의 중앙(proximal end)으로의 유체 흐름 통로를 한정한다. 손잡이 기구(310)가 동작 중일 때, 흡입이 이러한 도관들을 통해 이루어진다. 이러한 흡입은 상기 슬리브(sleeve)(350)를 통해 상기 팁이 투입되는 위치로부터 멀리 방출된 세척액을 빨아들인다. 이러한 세척액에 혼입된 것들은 상기 팁(340)의 작동의 결과로서 발생된 잔해들이다. 상기 흡입은 또한 상기 팁 헤드(344) 쪽으로의 조직을 빨아들인다. 상기 팁 헤드 및 상기 조직 사이의 거리의 단축은 상기 팁 헤드로부터 상기 조직으로의 기계적인 진동들의 전달을 개선시킨다.
흡입을 수행할 수 있는 시스템(40)의 손잡이 기구(310)는 때때로 흡인기 또는 초음파 흡인기라 불리운다.
손잡이 기구(310)는 또한 도 3에 블록으로서 도시된 메모리(338)를 포함한다. 메모리(338)는 상기 손잡이 기구의 특성들을 나타내는 데이터를 포함한다. 메모리(338)는 EPROM, EEPROM 또는 RFID 태그(tag)의 형태를 취할 수도 있다. 상기 메모리의 구조는 본 발명의 부분이 아니다. 상기 메모리(338)는 상기 손잡이 기구(310)를 확인하는 데이터를 포함한다. 메모리(338)는 또한 상기 손잡이 기구 구동기들(324)에 공급될 수 있는 구동신호의 특성들을 나타내는 데이터를 포함한다. 본 발명의 대부분의 손잡이 기구들(310)은 판독되어질 수 있는 데이터를 포함하는 것뿐만 아니라, 상기 손잡이 기구(310)의 제조 후에 메모리에 기록된 데이터를 저장할 수 있는 메모리를 포함한다. 예시되지 않은 부수적인 구성요소들은 상기 메모리로부터의 데이터의 판독 및 상기 메모리에의 데이터의 기록을 용이하게 하기 위해 상기 손잡이 기구에 장착된다. 이러한 구성요소들은 다음의 구성요소들 중 하나 이상으로 구성된다: 도체들; 노출된 접촉부들/접촉 핀들; 코일/안테나; 또는 절연회로.
이제 도 1 및 도 3을 참조하여 설명된, 제어 계기반(control console)(50)도 또한 본 발명의 시스템(40)의 부분이다. 제어 계기반(control console)(50)은 손잡이 기구(310)가 연결되는 케이블(304) 상에서 구동신호들을 공급한다. 상기 손잡이 기구(310)가 초음파 손잡이 기구인 본 발명의 실시예들에서, 케이블(304) 및 손잡이 기구(310)를 단일 장치로서 조립하는 것은 통상적이지만, 필수 사항은 아니다. 상기 구동신호들은 상기 구동기들(324)에 공급된다. 특정 순간에, 동일한 구동신호는 각각의 구동기(324)에 공급된다. 상기 구동신호들의 이러한 인가(印加)는 상기 구동기들이 동시에 그리고 주기적으로 확장 및 수축하도록 야기한다. 한 꾸러미의 구동기들(324)의 길이는 종종 1cm 내지 5cm이다. 상기 구동기들의 단일 확장/수축 싸이클에 걸친 운동의 거리, 크기는 1 micron 내지 10 micron일 수도 있다. 혼(33 4)은 이러한 운동을 증폭시킨다. 결과적으로, 완전히 수축된 위치로부터 완전히 확장된 위치까지 이동할 때, 상기 혼(horn)(334)의 말단, 더 나아가, 팁 헤드(344)는 전형적으로 최대 1000 microns 및 종종 500 microns 미만만큼 이동한다. 일부의 팁들(340)이 추가로 구성되어 상기 팁 줄기부(342)의 세로 방향의 확장/수축은 또한 상기 헤드(344)에서의 회전 운동을 유도한다. 이러한 회전 운동은 때때로 비틀림 운동이라 불리운다. 손잡이 기구(310)가 상기 팁의 주기적인 운동을 야기하도록 동작될 때, 상기 헤드(344)는 진동하고 있는 것으로 고려된다.
상기 제어 계기반(50)에 내부적인 구성요소들, 도 3에 일반적으로 도시된, 은 전원(power supply)(52)을 포함한다. 전원(power supply)(52)은 설정될 수 있는 레벨의 직류 전압을 출력한다. 이러한 전압은 전형적으로 25 내지 250 VDC이다. 상기 전원(power supply)(52)으로부터의 신호의 전압은 상기 전원에 공급된 POWER_SUPPLY_CONTROL (PS_CNTRL) 신호에 근거하여 설정된다. 전원(power supply)(52)에 의한 신호 출력은 변압기(250)의 1차 권선(252)의 중앙 탭에 공급된다. 변압기 1차 권선(252)의 반대편의 단부들은 선형 증폭기(58)에 연결된다. 증폭기(58)는 전위 및 주파수의 둘다 모두에서 변하는 교류신호들을 상기 변압기 1차 권선(252)의 단부들에 공급한다. 제어신호로서 증폭기(58)에 공급된 BASE 신호는 상기 증폭기(58)에 의한 신호 출력의 주파수 및 전위를 조절한다. 시스템(40)이 초음파 손잡이 기구(310)를 포함하는 본 발명의 실시예들에서, 상기 1차 권선에 걸리게 되는 교류신호는 10 kHz 내지 100　kHz의 주파수를 갖는다. 이러한 신호는 적어도 200 Volts 및 보다 바람직하게는, 적어도 300 Volts의 피크투피크(peak to peak) 전압을 갖는다.
상기 전원(power supply)(52) 및 상기 선형 증폭기(58)의 구조는 본 발명의 부분이 아니다. 이러한 부-조립체들의 추가적인 이해는 PCT 특허출원 PCT/US2016/0 31651호(PCT Pat. App. No. PCT/US2016/031651)에서 얻어질 수 있고, 이 내용들은 WO 2016/183084　A1/US Pat. Pub. No.　___________에 포함되어 있으며, 이 둘다 모두의 출원들은 참고자료로서 여기에 명백하게 포함되어 있다.
변압기(250)의 상기 1차 권선(252)에 걸려 있는 교류신호는 상기 변압기(25 0)의 상기 2차 권선(264)에 걸친 교류신호를 유도한다. 상기 변압기(250)의 상기 2차 권선(264)에 걸친 이러한 신호는 케이블(304)상에서 상기 손잡이 기구 구동기들(324)에 공급된 구동신호이다. 상기 구동신호가 초음파 구동기들을 작동시키는데 사용되는 본 발명의 실시예들에서, 상기 구동신호는 전형적으로 적어도 500　VAC 및 종종 적어도 1000　VAC의 전압을 갖는다.
변압기(250)는 감지 권선(sense winding)(256)을 포함한다. 때때로, 감지 권선(sense winding)(256)은 티클러 코일(tickler coil)이라 불리운다. 감지 권선(sense winding)(256)에 걸쳐 존재하는 신호의 전압은 전압 측정회로(66)에 공급된다. 감지 권선(sense winding)(256)에 걸친 신호에 근거하여, 전압 측정회로(66)는 상기 구동기들(324)에 걸친 구동신호의 전위 V S 의 크기 및 위상을 나타내는 신호를 발생시킨다. 제어 계기반(50)에 배치된, 코일(86)은 또한 상기 변압기 2차 권선(26 4)으로부터 연장되어 있는 도체들 중 하나에 아주 근접하게 위치된다. 코일(86)에 걸려 있는 신호는 전류 측정회로(68)에 공급된다. 전류 측정회로(68)는 전류 i S , 상기 손잡이 기구 구동기들(324)에 공급된 구동신호의 전류, 의 크기 및 위상을 나타내는 신호를 발생시킨다.
손잡이 기구(310)에 공급된 구동신호의 전압 및 전류를 나타내는 신호들은 상기 제어 계기반(50)에 내부적인 프로세서(80)에 공급된다. 제어 계기반(50)은 또한 메모리 판독기(78)를 포함한다. 메모리 판독기(78)는 손잡이 기구 메모리(338)에서의 데이터를 판독할 수 있다. 메모리 판독기(78)의 구조는 상기 손잡이 기구 메모리(338)를 보완한다. 그러므로, 메모리 판독기는 다음일 수 있다: EPROM 또는 EEPROM 에서의 데이터를 판독할 수 있는 조립체 또는 RFID 태그(tag)로부터의 데이터를 획득 및 판독할 수 있는 조립체. 상기 메모리(338)로부터 판독된 데이터가 구동신호가 상기 손잡이 기구(310)에 공급되는 도체들 상에서 판독되는 본 발명의 실시예들에서, 상기 메모리 판독기(78)는 절연회로를 포함할 수도 있다. 상기 메모리 판독기(78)에 의해 판독된 데이터는 프로세서(80)에 공급된다.
제어 계기반(50)에 연결된 것은 온/오프 스위치이다. 도 1 및 도 3에서, 상기 온/오프 스위치는 발 페달(foot pedal)(54)에 의해 도시되어 있다. 상기 발 페달(foot pedal)(54)의 상태는 프로세서(80)에 의해 감시된다. 상기 온/오프 스위치는 상기 시스템(40)의 온/오프 상태를 조절하는 사용자 작동 제어부재이다. 도 1에서, 발 페달(foot pedal)(54)은 복수의 페달들(pedals)을 포함하는 발 페달 조립체의 부분인 것으로 도시되어 있다. 부가된 페달들은 관개(灌漑)용 펌프(irrigation pump), 흡입 펌프 또는 조명장치(light)와 같은 장치들을 제어하는데 사용될 수도 있다. 이러한 보조장치들은 본 발명의 부분이 아니다.
제어 계기반(50)은 슬라이드 스위치(56)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 발 페달(foot pedal)(54)처럼, 스위치(56)의 상태는 프로세서(80)에 의해 감시된다. 스위치(56)는 의사에 의해 팁 헤드(344)의 진동들의 진폭의 크기를 제어하도록 설정된다. 발 페달(foot pedal)(54) 및 스위치(56)는 시스템(40)에 대한 온/오프 및 진폭 설정 명령들을 입력하기 위한 수단의 일반적인 표기들인 것으로 이해된다. 상기 시스템의 일부의 구성들에서, 단일 제어부재가 둘다 모두의 기능들을 수행할 수도 있다. 그러므로 상기 시스템(40)은, 레버(lever) 또는 발 페달(foot pedal)이 초기에 처음으로 눌러질 때, 상기 시스템은 팁 헤드가 상대적으로 작은 진폭을 갖는 진동 싸이클을 경험하게 하도록 구성될 수도 있다. 상기 레버(lever) 또는 발 페달(foot pedal)의 계속적인 누름의 결과로서, 상기 제어 계기반은 팁 헤드(344)가 더욱 큰 크기를 갖는 진동 사이클들을 경험하도록 야기하기 위해 상기 손잡이 기구에 공급된 구동신호를 재설정한다.
표시장치(82)는 제어 계기반(50)에 내장되어 있다. 표시장치(82)상의 이미지는 프로세서(80)에 의해 발생되는 것으로 도시되어 있다. 표시장치(82)상에 표시된 정보는 상기 손잡이 기구 및 아마도 상기 팁을 확인하는 정보 및 상기 시스템의 동작율의 특성들을 나타내는 정보를 포함한다. 표시장치(82)는 터치 스크린 표시장치(touch screen display)일 수도 있다. 본 발명의 이러한 실시예들에서, 상기 표시장치(82)상에 제공된 버튼들의 이미지들을 누름으로써, 명령이 프로세서(80)에 입력될 수 있다. 도시되지 않은 것들은 상기 표시장치상의 이미지들의 제공 및 상기 프로세서로의 명령들의 입력을 용이하게 하는 상기 표시장치(82) 및 상기 프로세서(80) 사이의 인터페이스 성분들이다.
상기 프로세서(80)는 상기 제어 계기반(50)으로부터의 구동신호들의 출력을 조절한다. 상기 프로세서(80)가 상기 구동신호들을 설정하는 의사-제어된 입력들은 상기 온/오프 페달(54)의 상태 및 상기 슬라이드 스위치(56)의 상태이다. 상기 표시장치(82)를 통해 입력된 명령들은 또한 상기 구동신호의 설정을 제어하는데 사용될 수도 있다. 상기 구동신호의 특성들은 또한 상기 손잡이 기구 메모리(338)로부터 판독된 데이터에 근거하여 설정된다. 상기 구동신호의 특성들은 또한 상기 구동신호의 설정에 추가로 기여하는 궤환신호들로서 상기 제어반에 의해 사용된다. 이러한 복수의 입력들에 근거하여, 프로세서(80)는 상기 구동신호를 제어하는 신호들을 출력한다. 이러한 신호들은 전원(52)에 공급된 POWER_SUPPLY_CONTROL 신호 및 증폭기(58)에 공급된 BASE 신호이다.
본 발명의 변압기(250)의 동작의 이론의 이해는 도 4를 참조하여 얻어진다. 도 4는 변압기(250)의 전기적으로 능동적인 구성요소들뿐만 아니라 상기 구성요소들에 의해 발생된 구동신호가 공급되는 구성요소들의 개략도이다. 상기 변압기는 그러므로 코어(core)(270)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 상기 코어(core)(270)의 좌측으로는, 상기 변압기(250)는 1차 권선(252)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 도 3으로부터 상기 1차 권선(252)의 반대편의 단부들은 선형 증폭기(58)에 연결되는 것으로 이해된다. 전원(52)에 의한 전압 출력은 상기 1차 권선(252)의 중앙 탭에 공급된다. 도면의 복잡성을 감소시키기 위해, 감지 권선(sense winding)(256)은 도 4에는 도시되어 있지 않다.
2차 권선(264)은 코어(core)(270)의 우측상의 상기 1차 권선(252)의 반대편에 직접 도시되어 있다. 도 4에서, 구동기들(324)은 그 전기적인 등가물, 커패시터CD , 로서 도시되어 있다. 저항 RHP은 커패시터CD 와 병렬로 도시되어 있다. 저항 RHP은 상기 손잡이 기구(310) 및 팁(340)의 임피던스의 기계적인 등가물을 나타낸다. 이러한 임피던스는 실제로 저항 성분, 용량 성분 및 유도 성분을 가질 수도 있다. 도체(278)는 2차 권선(264)을 상기 구동기들(324)에 연결하며 상기 제어반(50), 케이블(304) 및 상기 손잡이 기구(310)에 내부적인 상측 도체들을 나타낸다. 도체(2 84)는 상기 구동기들(324) 및 상기 2차 권선(264) 사이의 하측 도체, 귀로용 도체이다. 상기 2차 권선(264)으로부터 상기 구동기들까지의 전류 흐름들은 전류i HP 이다. 전류i HP 는 구동신호의 전압 및 손잡이 기구의 임피던스, 커패시터CD 및 임피던스의 기계적인 등가물 RHP의 병렬회로의 임피던스의 함수이다.
또한 도 4에 도시된 것은 누설전류 분석 및 시험을 위한 인체를 나타내는 회로가 고려된 것이다. 이 회로는 IEC 60601에 포함된 표준 규격들에 근거하고 있다. 이 회로는 2개의 지로(支路)들을 갖는 병렬회로로 구성된다. 상기 회로의 제1 지로(支路)는 저항 RT1이다. 상기 모델의 제2 지로(支路)는 커패시터 CT와 병렬로 연결된 제2 저항 RT2이다. 이 모델에서, 수술용 도구는 이 회로의 일단에 투입된다. 상기 회로의 타단은 접지되는 것으로 고려된다. 조직에 대한 손상을 방지하기 위해, 상기 수술용 도구로부터 상기 조직으로의 전류 흐름, 이 회로를 통한 누설전류 i L 는 0이 되어야 한다. 상기 전류i HP 는 상기 구동신호의 결과이기 때문에, 이러한 전류 모두는 상기 상측 도체(278)로부터 상기 구동기들(324)을 통해 흐르고 하측 도체를 통해 다시 뒤로 흐른다. 그러므로 전류i HP 는 누설전류 i L 에는 기여하지 않는다.
구동신호가 상기 2차 권선(264)으로부터 상기 구동기들(324)로 공급되는 상기 회로는 또한 기생용량들을 갖는다. 이러한 용량들은 직렬로 연결된 커패시터들 CPH와 CPL로서 표시된다. 커패시터들 CPH와 CPL, 상기 도체들 및 그것들이 연결되는 지면는 물리적으로 회로에 존재하지 않기 때문에 그것들은 점선의 구성요소들로서 도시되어 있다. 커패시터들 CPH와 CPL의 결합은 접지된다. 커패시터 CPH, 상기 상측 도체(278)에 연결된 커패시터, 는 상기 상측 도체 및 지구 접지(Earth ground) 사이의 기생용량을 나타낸다. 커패시터 CPL, 상기 하측 도체(284)에 연결된 커패시터, 는 상기 하측 도체(284) 및 지구 접지(Earth ground) 사이의 기생용량을 나타낸다.
이러한 기생용량들의 존재는 상기 시스템(40)의 전기적으로 전도성의 구성요소들을 통한 기생전류 흐름을 야기한다. 특히, 커패시터 CPH를 통한 상기 기생전류는 기생전류 i PH 이다. 커패시터 CPL를 통한 상기 기생용량은 기생전류 i PL 의 존재를 초래한다. 만일 상기 기생전류들이 상기 하측 도체(284)를 통해 흐르면, 이러한 전류들은 누설전류i L 의 구성요소들을 형성할 것이다. 다시, 조직에 대한 손상을 방지하기 위해, 누설전류i L 는 0 또는 가능한한 적어도 0에 가까워야 한다.
상기 하측 도체(284)를 통한 기생전류의 흐름을 방지하기 위해, 변압기(250)에 대한 내부적인 구성요소는 가변 정합 전류원이다. 이러한 전류원은, 상기 상측 용량 CPH에 기인하여 존재하는, 상기 전류 i PH 와 크기에서는 동일하고 방향에서는 반대이며, 상기 하측 도체(284)에 공급되는 정합 전류i M 를 발생시킨다. 이러한 정합 전류i M 의 공급은 도체(284)상에서 조직(380)으로의 기생전류의 흐름에 2가지의 영향들을 끼친다. 첫째로, 상기 정합 전류i M 는 기생전류 i PH 와 동일하거나 실질적으로 동일하기 때문에, 만일 실질적으로 제거되지 않는다면, 기생전류 i PH 가 상기 조직에 공급된 상기 전류i L 의 존재에 기여하는 정도는 감소된다. 본 발명의 목적을 위해, 만일 상기 정합 전류가 상기 기생전류를 상기 변압기(250)가 일체화되는 상기 시스템에 대한 표준규격들의 아래인 누설전류를 초래하는데 필요한 정도까지 상쇄한다면, 정합 전류i M 는 기생전류 i PH 와 실질적으로 동일한 것으로 간주된다. 상기 변압기(250)가 IEC 60601 바디 플로우팅 표준규격들(body floating standards)을 만족해야만 하는 수술용 도구 시스템(40)의 부분인 제어반(50)내에 포함될 때, 만일 상기 정합 전류가 상기 기생전류 i PH 의 100 μAmps 의 이내에 있다면, 상기 정합 전류는 상기 기생전류와 실질적으로 동일하다고 간주된다. 상기 변압기(250)가 IEC 606 01 카디악 플로우팅 표준규격들(cardiac floating standards)을 만족해야만 하는 수술용 도구 시스템(40)의 부분인 제어반(50)내에 포함될 때, 만일 상기 정합 전류가 상기 기생전류 i PH 의 10 μAmps 의 이내에 있다면, 상기 정합 전류는 상기 기생전류와 실질적으로 동일하다고 간주된다.
상기 정합 전류i M 의 존재는 또한 상기 하측 기생전류i PL 에 대한 효과를 갖는다. 특히, 상기 정합 전류i M 가 상기 상측 기생전류 i PH 와 실질적으로 동일하기 때문에, 기생 커패시터 CPL에 걸려 있는 전압은 실질적으로 0이다. 이러한 전압 등가화의 결과로서, 만일 임의의 하측 기생전류 i PL 가 상기 조직(380)을 통한 누설전류i L 에 기여한다면, 거의 없다.
상기 정합 전류원은 2개의 구성요소들, 누설 제어권선(246) 및 커패시터(24 8), 로 구성되며, 상기 둘다 모두의 구성요소들은 상기 변압기(250)에 일체형으로 구성된다. 상기 기생전류는 실질적으로, 전적으로는 아니지만, 누설전류iL 를 포함하기 때문에 권선(246)은 누설 제어권선이라 불리운다. 상기 누설 제어권선(246)의 일단은 접지에 연결된다. 커패시터(248)는 상기 누설 제어권선(246)의 자유단 및 상기 하측 도체(284) 사이에 직렬로 연결된다. 상기 권선(246)에 걸린 전압은 상기 1차 권선(252)에 걸린 전압에 따라 변한다. 따라서, 권선(246) 및 커패시터(248)에 의해 형성된 상기 정합 전류원은 가변 전압원으로 간주될 수 있다.
도 4에서, 상기 제어반의 접지부는 접지되어 있는 것으로 도시되어 있다. 이러한 연결은 커패시터Cg를 통해서이다. 커패시터Cg는 상기 제어반 및 접지(Earth ground) 사이의 기생용량을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 기본 변압기(250)의 구조를 예시하는 도면이다. 변압기(2 50)는 페라이트(ferrite)로부터 형성된 E-형상의 코어(270)로부터 형성된다. 상기 코어(270)는 기부(基部)(base)(272)를 갖도록 형성된다. 3개의 병렬 레그들(legs)은 상기 기부(基部)(base)(272)로부터 바깥쪽으로 연장되어 있다. 제1 레그, 중심 레그(274), 는 상기 기부(基部)(base)(272)의 중심으로부터 바깥쪽으로 연장되어 있다. 변압기(250)는, 상기 중심 레그(274)를 통해, 도 5에서의 세로축, 수평축 주위로 대칭적인 것으로 이해된다. 외부 레그들(275), 1개는 도시됨, 은 상기 기부(基部)(base)의 반대단들로부터 바깥쪽으로 연장되어 있다. 권선들(246), (252), (256) 및 (264)은 상기 중심 레그(274)의 주위에 권선되어 있으며 상기 외부 레그들(275)의 반대편의 내면들에 의해 한정된 원의 주위내에 포함되어 있다.
변압기(250)는 코어 중심 레그(274)에 가장 근접한 권선이 1차 권선(252)이도록 구성된다. 본 발명의 예시된 실시예에서, 상기 1차 권선(252)은 2개의 층의 턴들(turns)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 상기 권선들의 층들은 유전, 절연 랩(wrap)(276)에 의해 분리된다. 아래에 설명된 바와 같이, 변압기(250)는 복수의 절연 랩들(wraps)(276)을 포함한다. 랩들(wraps)(276)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지 시트(polyethylene terephthalate resin sheet)로부터 형성된다. 1개의 이러한 수지는 듀퐁 테이진 필름즈(Dupont Teijin Films)에 의해 마일러(Mylar)라는 상표로 판매되고 있다. 이러한 랩(wrap)은 적어도 0.005 mm의 두께 그리고 종종 적어도 0.008　mm의 두께를 갖는다. 상기 1차 권선(252)을 형성하는 권선들의 층들 사이의 상기 랩(wrap)(276)은 상기 코어(270)의 기부(基部)(base)(272)로 연장되어 있지 않는 것으로 도시되어 있다. 이것은 상기 1차 권선(252)을 형성하는 턴들(turns)의 층들이 함께 연결되어 있음을 나타낸다. 1차 권선(252)의 외층위에 위치한 상기 절연층(276)은 권선들이 배치되는 상기 코어에 의해 한정된 공간의 길이의 전체에 걸쳐 연장되어 있는 것으로 도시되어 있다. 이것은 상기 1차 권선이 다음의 바깥쪽으로 인접한 권선으로부터 절연되어 있음을 나타낸다.
상기 감지 권선(256)은 상기 1차 권선(252)위의 가까이에 배치된 권선이다. 감지 권선(256)은 상기 권선들(windings) 중 임의의 것의 가장 적은 턴들(turns)을 갖는다. 이러한 이유로, 상기 감지 권선(256)은 비교적 적은 개별적인 턴들(turns)을 포함하는 턴들(turns)의 단일층으로 구성되는 것으로 도 5, 도 7, 및 도 9에 도시되어 있다. 본 발명의 다수의 실시예들에서, 상기 권선들의 상기 턴들(turns)의 상대적인 방향은 상기 변압기(250)가 적절하게 기능하는 것을 보장하기 위해 적절히 설정되어야 한다. 도 5의 변압기(250)는 상기 감지 권선(256)의 턴들(turns)이 상기 1차 권선(252)의 턴들(turns)과 유사한 방향에 있도록 구성된다.
절연층(276)은 상기 감지 권선(256)의 위에 연장되어 있다.
상기 누설 제어권선(246)은 상기 감지 권선(256)의 위에 배치되는 권선이다. 본 발명의 다수의 실시예들에서, 상기 누설 제어권선(246)은 상기 감지 권선(256)보다는 더욱 많은 턴들(turns)의 선(wire) 및 상기 1차 권선(252)보다는 더욱 적은 턴들(turns)의 선(wire)으로 구성된다. 상기 누설 제어권선을 형성하는 선(wire)의 턴들(turns)은 상기 1차 권선(252)을 형성하는 와이어 턴들(wire turns)이 권선되는 반대의 방향으로 상기 코어 중심 레그(274)의 주위에 권선되어 있다. 절연층(276)은 상기 누설 제어권선(246)의 위에 연장되어 있다.
내부 전도성 랩(wrap)(280)은 상기 누설 제어권선(246)위 위에 배치된 상기 절연층(276)의 주위에 연장되어 있다. 랩(wrap)(280)은 구리와 같은 전기적으로 전도성의 물질로 형성되며 적어도 거의 0.002 mm의 두께 및 종종 적어도 0.003　mm의 두께를 갖는다. 이러한 랩(wrap)(280)뿐만 아니라 아래에 설명된 전도성 랩들(288, 290)은 단락되어 있지 않다. 이것은 상기 랩의 반대 단(端)들이 함께 연결되어져서는 안됨을 의미한다. 절연층(276)은 상기 전도성 랩(wrap)(280)의 위에 배치된다.
2차 권선(264)은 내부 전도성 랩(wrap)(280)의 위에 배치된 상기 절연층(27 6)의 위에 배치된 권선이다. 상기 2차 권선은 전형적으로 가장 많은 개별적인 선(wire)의 턴들(turns)뿐만 아니라 변압기(250)의 권선들의 가장 많은 턴들(turns)의 층들을 갖는다. 도 5, 도 7 및 도 9에서, 이것은 턴들(turns)의 4개의 층들을 갖는 상기 2차 권선(264)에 의해 기호적으로 예시되어 있다. 변압기(250)는 상기 2차 권선의 턴들(turns)이 상기 1차 권선(252)을 형성하는 상기 선의 턴들(turns)이 권선되는 방향의 반대의 방향으로 상기 코어 중심 레그(274)의 주위에 권선되도록 형성되어 있다. 상기 권선들이 배치되는 상기 코어내의 공간의 완전한 길이 사이에 연장되지 않는 절연층들(276), 1개의 층은 도시됨, 에는 2차 권선(264)의 턴들(turns)이 끼워져 있는 것으로 도시되어 있다.
제어반(50)은 상기 2차 권선의 가장 많은 턴들(turns)의 내부층의 단부를 형성하는 상기 선의 단말(terminal end)이 상기 하측 도체(284)에 연결되는 상기 2차 권선의 단말이도록 구성된다. 변압기(250)의 2차 권선(264)은 상기 1차 권선(252)이 권선되는 방향의 반대의 방향으로 코어 중심 레그(274)의 주위에 권선된다.
절연층(276)은 상기 2차 권선(264)의 턴들(turns)의 최외곽층의 길이의 전체에 걸쳐 배치되도록 도시되어 있다.
제2 전도성 랩(wrap), 랩(wrap)(290), 은 상기 2차 권선(264)의 위에 배치된 상기 절연층(276)의 위에 배치된다. 절연층(276)은 상기 제2 전도성 랩(wrap)(290)의 위에 배치된다.
상기 변압기(250)의 권선들 사이의 전기적인 연결들의 이해는 도 6을 참조하여 얻어진다. 도 6 및 도 8 및 도 10에서, 상기 1차 권선(252)은 실제로 두줄 권선(bifilar winding)으로서 구성된 것으로 도시되어 있다. 상기 두줄 권선(bifilar winding)중 각각의 일단은 상기 가변 전원(52)에 연결된다. 각각의 두줄 권선(bifilar winding)중 반대편의 단(端)들은, 2개의 전류 싱크들(current sinks)로서 도식적으로 표기된, 선형 증폭기(58)에 연결된 것으로 도시되어 있다.
상기 감지 권선(256)의 일단은 상기 누설 제어권선(246)의 단부에 연결된다. 이러한 2개의 공통 권선 단부들은 접지되어 있다. 상기 감지 권선(256)의 자유단은 상기 전압 측정회로(66)에 부착된 권선의 단부이다. 상기 누설 제어권선(246)의 자유단, 상기 권선(256)의 상측, 은 상기 내부 전도성 랩(280)에 연결된다.
외부 전도성 랩(290)은 상기 하측 도체(264)에 연결되는 상기 2차 권선(264)의 단부에 연결된다. 상기 외부 전도성 랩(290)은 그러므로 상기 변압기 권선들의 외부의 주위의 전자기 차폐(electromagnetic shield)로서 기여한다.
도 5, 도 7, 도 9에서, 상기 하측 도체(284)는 차폐(shield)(306)에 연결된 것으로 도시되어 있다. 이러한 차폐(shield)(306)는 케이블(304)에 내부적이다. 상기 상측 도체(278)는 상기 차폐(shield)(306)를 통해 연장되어 있는 것으로 도시되어 있다.
본 발명의 시스템(40)이 작동될 때, 상기 제어 계기반(50)은 교류 전압이 상기 1차 권선(252)에 걸리도록 야기한다. 이러한 전압의 결과로서 형성되는 전자장(電磁場)은 다른 권선들(246, 256, 264)에서의 전압들을 유도한다. 2차 권선(264)에 유도된 전압은 구동신호로서 상기 손잡이 기구 구동기들(324)에 인가된다. 상기 감지 권선(256)에 걸리는 전압은 상기 구동신호의 전압의 측정으로서 상기 전압 측정회로(66)에 인가된다.
상기 누설 제어권선(246)에 걸리는 전압은 내부 전도성 랩(280)에 인가된다. 이러한 랩은 2　mm 이내이며, 더욱 바람직하게는, 상기 2차 권선(264)을 형성하는 선의 턴들(turns)의 인접한 내부 랩의 1　mm 이내이다. 내부 전도성 랩(280)은 이러한 와이어 랩들(wire wraps) 사이에 위치한 절연층(276)에 의해 상기 2차 권선(26 4)의 이러한 인접한 턴들(turns)로부터 분리되어 있다. 그러므로, 상기 내부 전도성 랩(280), 상기 2차 권선의 턴들(turns)의 인접한 랩 및 이러한 랩들 사이의 절연층(276)은 시스템(40)의 정합 전류원의 커패시터(248)로서 기능한다. 이상적으로, 상기 시스템을 형성하는 구성요소들은 이러한 전류원에 의해 발생된 전류가 상기 상측 기생용량의 결과로서 존재하는 전류i PH 와 동일하고 반대이도록 구성된다. 만일 상기 시스템으로부터 상기 조직으로의 누설전류i L 의 흐름을 제거하지 않으면, 이러한 누설전류i PH 의 상쇄는 감소한다.
본 발명의 변압기(250)의 추가적인 특징은 커패시터(248)에 걸린 전압이 500 Volts 및, 더욱 바람직하게는, 커패시터 또는 변압기 자체의 파손을 야기하지 않는 적어도 1000　Volts를 초과할 수 있다는 점이다. 이것은 변압기(250)가 적어도 500 Volts 및, 더욱 바람직하게는, 적어도 1000　Volts인 상기 2차 권선(264)에 걸린 구동신호를 출력할 수 있음을 의미한다. 이러한 전압들을 갖는 구동신호들은 상기 시스템(40)의 초음파 손잡이 기구(310)와 같은 임의의 전기 구동의 수술용 도구들의 발전장치들을 구동시키는데 필요하다.
도 7은 본 발명의 시스템(40)의 제어 계기반(50)에 장착될 수 있는 대체적인 변압기(250a)의 구조를 예시하는 도면이다. 불필요한 중복을 최소화하기 위해, 상기 코어의 부분들, 대체적인 변압기(250a) 및 아래에 설명된 대체적인 변압기들(2 50b, 250c)와 관련된 권선들 및 절연층들과 관련된 도면부호들은 이러한 구성요소들이 변압기(250)의 구성요소들과 동일한 경우에 동일할 것이다. 또한, 불필요한 중복, 및 도면 복잡성을 최소화하기 위해, 상기 1차 권선들의 층들 및 상기 2차 권선들의 층들 사이의 절연층들(276)은 도 7 및 도 9에 도시되어 있지 않다.
변압기(250a)는 본 발명의 제1 실시예에서처럼 상기 코어(270)의 상기 중심 레그(274)에 가장 근접되게 권선된 상기 1차 권선(252)을 갖도록 구성된다. 절연층(276)은 상기 1차 권선의 외부층 위에 배치된다. 상기 내부 전도성 랩(280)은 상기 1차 권선을 에워싸는 상기 절연층(276)의 위에 배치된다.
상기 내부 전도성 랩(280)은 절연층(276)에 의해 에워 싸여진다. 상기 감지 권선(256)은 상기 내부 전도성 랩(280)의 주위에 둘러 싸여진 상기 절연층(276)의 주위에 권선된다. 상기 감지 권선(256)을 형성하는 선의 턴들(turns)은 상기 1차 권선(252)을 형성하는 선의 턴들(turns)의 동일한 방향으로 권선되어 있다.
상기 2차 권선(264)은 상기 감지 권선(256)의 위에 배치된 상기 절연층(276)의 주위에 권선된다. 변압기(250a)는 2차 권선(264)을 형성하는 선의 턴들(turns)이 상기 1차 권선을 형성하는 선의 턴들(turns)이 권선되는 방향의 반대의 방향으로 권선되도록 구성된다. 절연층(276)은 상기 2차 권선을 형성하는 턴들(turns)의 상기 외부층의 위에 배치된다.
상기 외부 전도성 랩(290)은 상기 2차 권선(264)의 위에 배치된 상기 절연층(276)의 위에 배치된다. 절연층(276)은 상기 외부 전도성 랩(290)의 위에 배치된다.
상기 누설 제어권선(246)은 상기 외부 전도성 랩(290)을 에워싸는 상기 절연층의 위에 배치된다. 변압기(250a)는 상기 누설 제어권선(246)의 턴들(turns)이 상기 1차 권선(252)의 턴들(turns)이 권선되는 방향의 반대의 방향으로 권선되도록 형성된다. 절연층(276)은 권선 부-조립체의 외피를 변압기(250a)와 일체형으로 형성하기 위해 상기 누설 제어권선(246)의 주위에 에워 싸여진다.
도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 변압기(250a)는 상기 내부 전도성 랩(28 0)이 상기 누설 제어권선(246)의 상측 단자에 연결되도록 구성된다. 상기 누설 제어권선(246)의 하측은 접지된다. 또한 접지된 것은 감지 권선(256)의 하측이다. 상기 감지 권선의 상측은 상기 전압 측정회로(66)에 연결된다.
외부 전도성 랩(290)은 2차 권선(264)의 하측에 연결된다. 상기 2차 권선(2 64)의 하측은 또한 케이블(304)에 내부적인 차폐(306)에 연결된다.
변압기(250a)는 내부 전도성 랩(280)이 커패시터(248)의 1개의 판으로서 기능하도록 구성된다. 커패시터(248)의 제2 판은 2차 권선(264)의 가장 많은 턴들(turns)의 내층이다. 커패시터(248)의 유전층은 상기 감지 권선(256)의 반대측들의 주위에 위치된 절연층들(276)로 구성된다. 본 발명의 이 실시예에서, 상기 감지 권선(256)은 상기 커패시터(248)를 형성하는 변압기(250a)의 구성요소들 사이에 배치된다. 상기 감지 권선(256)에 걸린 전압은 비교적 낮으며, 전형적으로 상기 2차 권선(264)에 걸린 전압의 5　% 미만이다. 더 나아가 감지 권선(256)의 주위에 형성된 전장(電場)도 또한 비교적 낮다. 따라서, 커패시터(248)를 형성하는 변압기(250a)의 2개의 구성요소들 사이의 상기 감지 권선(256)의 존재는 커패시터(248)의 기능에 눈에 띄게 영향을 끼치지 않는다. 이것은 커패시터(248)가, 상기 커패시터의 판들 사이에 배치된 감지 권선(256)이 있어도, 상기 누설 제어권선(246)과 결합하여, 실질적으로 기생전류i PH 와 정합하는 전류를 발생시킬 수 있음을 의미한다.
외부 전도성 랩(290)은 상기 랩(290)내에 배치된 권선들(252, 256 및 258)의 주위의 차폐(shield)로서 기여한다.
변압기(250a)의 이러한 실시예들은 제1 변압기(250)가 동작하는 동일한 일반적인 방식으로 동작한다. 상기 1차 권선(252)에 인가되어지는 교류신호의 결과로서, 상기 구동신호는 상기 2차 권선(264)에 걸린다. 전압도 또한 상기 누설 제어권선(246)에 걸린다. 이러한 전압, 커패시터(248)를 통해 상기 하측 도체(284)로 인가될 때, 은 상기 상측 도체 및 접지(Earth ground) 사이에 걸리는 기생전류와 동일하고 반대인 상기 하측 도체상의 전류의 존재를 초래한다. 이러한 정합 전류는,만일 제거하지 않으면, 이러한 기생전류가 상기 손잡이 기구가 투입되는 조직에 입력되는 누설전류에 기여하는 정도, 를 감소시킨다.
변압기(250a)의 추가적인 특징은 상기 누설 제어권선(246)이 상기 변압기의 최외곽 권선이라는 점이다. 이것은 다른 권선들이 가동 중에 있음에도 불구하고, 상기 변압기는 시험 고정부(test fixture)에 위치될 수 있다는 점을 의미한다. 상기 1차 권선에 전압들을 공급하고 상기 시험 고정부(test fixture)를 통한 전류 및 상기 시험 고정부(test fixture)에 걸린 전압들을 측정함으로써, 얼마나 많은 선들의 턴들(turns)이 상기 정합 전류원에 의해 발생된 전류가 상기 상측 누설전류와 가능한 밀접하게 정합하는 것을 보장하기 위해 상기 누설 제어권선을 구성하는데 사용되어야 하는지에 관한 결정이 이루어질 수 있다.
본 발명의 대체적인 제2 변압기(250b)는 이제 도 9를 참조하여 처음으로 설명된다. 제2 변압기(250b)는, 변압기(250)에서처럼, 상기 1차 권선(252)이 상기 코어 중심 레그(272)에 가장 근접되게 위치된 권선이도록 구성된다. 절연층(276)은 상기 1차 권선(252)의 주위에 배치된다. 상기 감지 권선(256)은 상기 1차 권선(25 2)의 주위에 에워 싸여진 상기 절연층(276)의 주위에 권선된다. 감지 권선(256)은 상기 1차 권선(252)이 권선되는 방향과 동일한 방향으로 권선된다. 절연층(276)은 상기 감지 권선(256)의 주위에 에워 싸여진다.
상기 내부 전도성 랩(280)은 상기 감지 권선(256)의 주위에 배치된 상기 절연층(276)의 위에 배치된다. 절연층(276)은 상기 감지 권선(256)의 주위에 배치된다. 상기 2차 권선(264)은 상기 감지 권선(256)의 위에 배치된 상기 절연층(276)의 위에 배치된다. 변압기(250b)는 2차 권선(264)이 1차 권선(252)과 유사한 방향으로 권선되도록 구성된다. 절연층(276)은 상기 2차 권선(264)의 위에 배치된다.
중간 전도성 랩(288)은 상기 2차 권선(264)의 주위에 에워 싸여진 상기 절연층(276)의 위에 배치된다. 절연층(276)은 상기 중간 전도성 랩(288)의 위에 배치된다. 상기 외부 전도성 랩(290)은 상기 중간 전도성 랩(288)의 위에 배치된 상기 절연층(276)의 위에 배치된다. 절연층(276)은 상기 외부 전도성 랩(290)의 위에 배치된다.
상기 누설 제어권선(246)은 상기 외부 전도성 랩(290)을 에워 싸는 상기 절연층의 위에 배치된다. 누설 제어권선(246)은 상기 1차 권선(252)이 권선되는 방향과 동일한 방향으로 상기 코어 중심 레그의 주위에 권선된다. 절연층(276)은 상기 권선 부-조립체의 외피를 변압기(250b)와 일체형으로 형성하기 위해 상기 누설 제어권선(246)의 주위에 에워 싸여진다.
도 10에 도시된 바와 같이, 변압기(250b)는 상기 내부 전도성 랩(280) 및 중간 전도성 랩(288)의 둘다 모두는 변압기 2차 권선(264)의 하측에 연결되도록 구성된다. 랩들(280, 288)은 그러므로 종합적으로 커패시터(248)의 1개의 판을 형성한다. 상기 외부 전도성 랩(290)은 상기 누설 제어권선(246)의 상측에 연결된다. 외부 전도성 랩(290)은 그러므로 변압기(250b)에서의 커패시터(248)의 제2 판을 형성한다. 상기 전도성 랩들(288, 290)사이의 절연층(276)은 커패시터(248)의 유전층의 일부로서 기능한다.
변압기(250b)는 상기 커패시터(248)의 둘다 모두의 판들이 전도성 랩들로부터 형성되도록 구성된다. 상기 판들 중 1개, 상기 2차 권선(264)에 연결된 판, 는 실제로 2개의 전도성 랩들, 랩들(280, 288), 로부터 형성된다. 따라서, 변압기들(2 50, 252a)의 커패시터들(248)과 비교하여, 변압기(250b)의 커패시터(248)는 더욱 높은 용량을 갖는다. 이것은 실질적으로 기생전류i PH 와 동일한 전류를 발생시키는 정합 전류원을 여전히 제공하면서도 상기 누설 제어권선의 크기를 감소 가능하게 한다.
도 11은 본 발명의 시스템(40)에 포함될 수도 있는, 대체적인 제3 변압기, 변압기(250c), 의 개략도이다. 변압기(250c)에는 이미 설명된 권선들(252, 258 및 264) 및 전도성 랩들(280, 288, 290)이 제공되어 있다. 변압기(250c)의 상기 권선들(252, 258 및 264) 및 전도성 랩들(280, 288, 290)은 변압기(250b)의 동일한 상기 권선들 및 전도성 랩들과 유사한 순서로 코어(270)의 중심 레그(274)에 대해 배열된다.
변압기들(250b, 250c)간의 차이점은, 단일 누설 제어권선 대신, 변압기(250 c)가 3개의 변압기 제어 부(副)-권선들(246a, 246b 및 246c)을 갖는다는 점이다. 물리적으로, 부(副)-권선들(246a, 246b 및 246c)은 단일 권선(246)이 변압기(250b)에서 동일한 권선들에 대해 위치되는 동일한 위치에 권선들(252, 256 및 264)에 대해 위치된다. 본 발명의 모든 실시예들이 아닌, 일부의 실시예에서, 상기 누설 제어권선들(246a, 246b 및 246c)을 형성하는 선의 턴들(turns)은 상기 단일 누설 제어권선(246a)과 유사한 수의 권선 턴들(winding turns)의 층들을 점유한다.
도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 감지 권선(256)의 상측은 상기 전압 측정회로(66)에 연결된다. 상기 감지 권선(256)의 하측은 접지된다. 상기 내부 전도성 랩 및 중간 전도성 랩(280 및 288)은 각각 2차 권선(264)의 하측에 연결된다.
변압기(250c)와 일체형으로 구성된 것은 스위치 배열(294)이다. 스위치 배열(294)은 물리적으로 변압기(250c)에 부착될 수도 있거나 변압기(250c)로부터 분리될 수도 있다. 상기 부(副)-권선들(246a, 246b 및 246c)중 각각의 반대편의 단부들은 상기 스위치 배열(294)에 연결된다. 또한 상기 스위치 배열(294)에 연결된 것은 외부 전도성 랩(290)이다. 스위치 배열(294)은 또한 접지부를 갖는다. 스위치 배열(294)에 내부적인 것들은 미도시된 다수의 스위치들이다. 상기 스위치 배열(2 94)에 내부적인 스위치는 : 상기 부(副)-권선들(246a, 246b 및 246c)중 임의의 것의 상측을 상기 외부 전도성 랩(290)에 연결; 상기 부(副)-권선들의 하측을 상기 외부 권선들의 상측들에 연결; 그리고 상기 부(副)-권선들중 임의의 것의 하측을 접지하도록 구성된다.
변압기(250c)는, 변압기(250b)처럼, 전도성 랩들(280 및 288)이 커패시터(24 8)의 1개의 위치로서 기능하도록 구성된다. 전도성 랩(290)은 커패시터(248)의 제2 판으로서 기능한다.
변압기(250c)는 스위치들의 선택적인 설정에 의해 스위치들이 스위치 배열들(294, 296)을 형성하도록 추가로 형성된다. 스위치 배열(294)중 스위치들을 선택적으로 설정함으로써, 상기 부(副)-권선들(246a, 246b 및 246c)중 임의의 하나, 상기 부(副)-권선들중 2개의 또는 모든 3개의 부(副)-권선들의 결합은 상기 외부 전도성 랩(290) 및 접지 사이에 연결될 수도 있다. 이것은 상기 부(副)-권선들(246a, 246b 및 246c)중 임의의 하나, 2개 또는 모든 것이 상기 정합 전류원의 상기 누설 제어권선으로서 기능할 수 있음을 의미한다. 본 발명의 이러한 특징은 상기 정합 전류원에 의한 전류 iM 출력이 실질적으로 상측 기생용량 CPH의 결과로서 존재하는 전류와 동일함을 보장하기 위해 변압기(250c)의 상기 정합 전류원의 조정을 용이하게 한다. 이러한 조정 과정은 전형적으로 상기 변압기(250c)가 상기 제어반(50)의 나머지 부분에 조립 또는 설치된 후에 수행된다.
상기 설명은 본 발명의 특정 실시예에 관한 것이다. 본 발명의 대체적인 실시예들은 위에 설명되어진 특징들과는 다른 특징들을 가질 수도 있다.
예컨대, 본 발명의 다른 실시예들의 특징들은 결합될 수도 있다. 그러므로 변압기(250c)의 상기 누설 제어 부(副)-권선들(246a, 246b 및 246c) 및 스위치 배열(294)은 변압기들(250, 250a 및 250b)에 포함될 수도 있다.
상기 정합 전류원을 형성하기 위해 선택적으로 함께 결합되는 복수의 누설 제어권선들이 있는 본 발명의 실시예들에서, 2개 또는 4개 또는 그 이상의 개별적인 권선들이 있을 수도 있다.
본 발명을 형성하는 구성요소들의 구조들은 또한 이미 설명되어진 구조들과는 다를 수도 있다. 예컨대, 본 발명의 일부의 실시예들은 E/I 코어 조립체(core assembly), U 코어 조립체(core assembly), U/I 코어 조립체(core assembly) 또는 I 코어(core)를 갖는 변압기를 포함할 수도 있다.
본 발명의 일부의 실시예들에서, 내부 감지코일을 갖는 변압기를 제공하는 것이 필요하지 않을 수도 있다.
상기 정합 전류원과 일체형으로 구성되는 커패시터(248)를 형성하기 위한 다른 조립체들도 또한 가능하다. 그러므로, 본 발명의 일부의 실시예들에서, 전도성 랩이 상기 2차 권선(264)의 하측에 부착될 수도 있다. 이러한 전도성 랩은 상기 전도성 랩이 커패시터(248)의 제1 판으로서 기여하고 상기 누설 제어권선의 부분이 커패시터(248)의 제2 판으로서 기여하는 상기 누설 제어권선(246)의 상측의 일부에 충분히 근접되게 형성될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 모든 실시예들에서, 전압을 이러한 권선의 중앙 탭에 인가하고 상기 권선의 반대편의 단부들을 주기적으로 접지시킴으로써 교류전압이 변압기 1차 권선에 걸리도록 상기 제어반이 구성될 필요는 없다. 본 발명의 대체적인 실시예들에서, 교류 전압원은 변압기 1차 권선(252)의 반대편의 단부들에 인가되는 교류 신호원일 수도 있다. 이와 같이, 본 발명의 모든 구성들에서, 상기 변압기의 특정 사용에 따라, 상기 변압기에 인가된 또는 유도된 상기 교류 전압은 일정할 수도 있다.
본 발명의 대부분의 실시예들에서, 상기 변압기는 적어도 하나의 전도성 랩을 가질 것인 반면, 본 발명의 모든 실시예들에서는, 상기 변압기는 복수의 전도성 랩들을 포함할 필요는 없다. 단일 전도성 랩이 존재할 때, 이러한 랩은 전형적으로, 항상 그렇지는 않지만, 상기 정합 전류원의 커패시터(248)의 1개의 판을 형성한다. 만일 3개의 전도성 랩들이 존재하면, 각각의 랩이 상기 커패시터(248)의 부분을 형성할 필요는 없다. 상기 랩들중 2개는 상기 커패시터(248)의 1개의 판 또는 복수의 판들을 형성할 수도 있고; 제3 랩은 차폐(shield)이다. 이와 같이, 4개 이상의 판들을 갖는 변압기들은 본 발명의 범위내에 있다. 그러므로 변압기가 5개의 전도성 랩들을 포함하고, 특히 다음의 조립체를 포함한다: 2개의 랩들은 커패시터(248)의 제1 판을 형성하고; 2개의 랩들은 커패시터(248)의 제2 판을 형성하며; 그리고 단일 랩은 상기 커패시터의 외부 권선들의 주위의 차폐(shield)로서 기능하는 것은 본 발명의 범위내에 속한다.
이와 같이, 상기 코어(270)의 중심에 대한 상기 권선들(246, 252, 256 및　2 64)의 순서는 이미 설명되어진 순서와는 다르다.
모든 특징들이 본 발명의 모든 실시예들에 존재하지 않을 수도 있다. 예컨대, 본 발명의 대체적인 제어반은 상기 변압기에 전체적으로 내장되지 않는 정합 전류원을 포함할 수도 있다. 본 발명의 일부의 실시예들에서, 상기 변압기는 상기 권선들을 선택적으로 함께 연결하는 스위치들뿐만 아니라 누설전류 권선들(246a, 246b 및 246c)의 세트를 포함할 수도 있다. 본 발명의 이러한 실시예들에서, 상기 정합 전류원과 일체형으로 형성된 커패시터(248)는 상기 변압기(250)로부터 분리될 수도 있다.
도시되지는 않았지만, 본 발명의 일부의 실시예들에서, 트랜지스터들, 전형적으로 FET들, 은 상기 스위치 배열(294)의 개별적인 스위치들로서 기능할 수도 있음이 이해된다.
선택적으로 함께 연결되는 복수의 누설전류 권선들을 갖는 상기 정합 전류원을 제공하는 특징에 관하여는, 잠재적이면서도 선택적으로 함께 연결될 수 있는 3개의 부-권선들이 항상 존재할 필요는 없다고 이해되어야 한다. 본 발명의 일부의 실시예들에서, 단지 2개의 부-권선들만이 존재할 수도 있다. 본 발명의 또 다른 실시예들에서, 선택적으로 함께 연결될 수 있는 4개 이상의 부-권선들이 존재할 수도 있다. 또한, 복수의 부-권선들 중 하나가 항상 상기 누설 제어권선의 부(副)-권선인 본 발명의 구성들이 존재할 수도 있다.
본 발명의 대부분의 실시예들에서, 커패시터 판으로서 기능하는 전도성 랩은 하부 변압기 권선 또는 권선들의 주위에 원주 방향으로, 360º, 연장되어 있다. 본 발명의 일부의 실시예들에서, 이러한 전도층은 상기 하부 변압기 권선 또는 권선들의 주위에 완전하게 연장하지 않을 수도 있다. 대체적으로, 상기 전도성 랩들은 상기 권선들 주위로 360º이상으로 연장할 수도 있다. 상기 랩이 상기 권선들 주위에 연장하는 범위와 상관없이, 상기 랩의 반대측들은 전기적으로 서로 연결되어서는 안된다고 이해되어야 한다. 이것은 상기 전도성 랩이 단락되는 것을 방지한다.
이와 같이, 본 발명의 제어반의 실시예들이 구동신호를 공급하는 전기 구동의 수술용 도구들이 발전장치가 초음파 변환기들의 세트를 포함하는 도구들에 제한되지 않는다고 이해되어야 한다. 본 발명의 다른 시스템들은 발광하는(광 에너지) 장치인 도구 발전장치에 구성될 수도 있다. 본 발명의 다른 하나의 시스템은 단극 또는 양극 조립체중 어느 하나를 갖는 손잡이 기구를 포함할 수도 있다. 시스템의 이러한 형태에서, 상기 손잡이 기구를 통해 연장되는 상기 도체들은 발전장치로 간주될 수 있다. 조직에 투입되는 전극 또는 전극들은 에너지 투입이 될 것이다. 이러한 형태의 시스템은 전류를 상기 조직에 공급함으로써 동작한다. 상기 전류는 상기 조직의 의도된 삭마(削磨) 또는 소작(燒灼)(cauterization)을 야기하도록 상기 조직을 가열한다.
또한, 본 발명의 상기 제어 계기반뿐만 아니라 본 발명의 변압기는 비교적 낮은 누설전류를 갖는 교류신호를 전기 구동의 수술용 손잡이 기구 이외의 장치에 인가하는 목적의 이외의 목적들을 위해 사용될 수도 있다. 상기 장치들은 양극 겸자(forceps)를 포함한다. 이러한 형태의 조립체에서, 상기 겸자의 팁들은 손잡이 기구의 에너지 투입기로 고려될 수도 있다. 상기 겸자의 암들(arms)과 일체형으로 형성되며 교류신호가 그위에서 상기 팁들에 인가되는 도체들은 상기 손잡이 기구의 발전장치로 고려될 수도 있다.
따라서, 첨부된 청구항들의 목적은 본 발명의 참된 정신 및 범위내에 속하는 모든 상기 수정들 및 변경들을 포함하는 것이다.

Claims (25)

  1. 수술용 도구의 발전장치에 구동신호를 공급하기 위한 제어 계기반으로서, 상기 제어 계기반은 :
    교류전압이 인가되는 1차 권선, 및 상기 수술용 도구의 상기 발전장치에 구동신호가 공급되도록 상기 구동 신호가 유도되는 2차 권선을 포함하는 변압기; 및
    상기 1차 권선에 존재하는 교류전압이 전압을 유도하는 누설 제어권선, 및 상기 누설 제어권선과 상기 2차 권선 사이에 연결된 커패시터를 포함하는 정합 전류원을 포함하되,
    상기 정합 전류원은 기생 커패시턴스의 결과로서 상기 구동신호에 존재하는 누설전류를 적어도 부분적으로 상쇄하는 전류를 발생하도록 설계되고,
    상기 정합 전류원의 상기 누설 제어권선 및 상기 커패시터 둘 다는 상기 변압기 내부에 있으며,
    상기 커패시터는 상기 변압기의 상기 1차 권선 및 상기 2차 권선들 중 적어도 하나의 주위를 에워 싸는 전도성 물질의 층으로 형성된 적어도 하나의 판(板)을 포함하는,
    제어 계기반.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 물질의 층은 상기 커패시터의 제1 판으로서 기능하고,
    상기 변압기의 상기 1차 권선 및 상기 2차 권선들 중 적어도 하나의 턴들(turns)의 세트는 상기 커패시터의 제2 판으로서 기능하는,
    제어 계기반.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2차 권선의 턴들(turns)의 세트는 상기 커패시터의 상기 제2 판으로서 기능하는, 제어 계기반.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 변압기의 상기 1차 권선 및 상기 2차 권선 중 적어도 하나를 에워 싸는 전도성 물질의 복수의 층들을 더 포함하는,
    제어 계기반.
  5. 제4항에 있어서,
    전도성 물질의 상기 복수의 층들은 전도성 물질의 제1 층 및 전도성 물질의 제2 층을 포함하고,
    전도성 물질의 상기 제1 층은 상기 커패시터의 판으로서 기능하며,
    전도성 물질의 상기 제2 층은 차폐(shield)로서 기능하도록 상기 2차 권선의 하측에 연결되는,
    제어 계기반.
  6. 제4항에 있어서,
    전도성 물질의 상기 복수의 층들은 전도성 물질의 제1 층 및 전도성 물질의 제2 층을 포함하고,
    전도성 물질의 상기 제1 층은 상기 커패시터의 제1 판으로서 기능하며,
    전도성 물질의 상기 제2 층은 상기 커패시터의 제2 판으로서 기능하도록 상기 2차 권선의 하측에 연결되는,
    제어 계기반.
  7. 제4항에 있어서,
    전도성 물질의 상기 복수의 층들은, 상기 커패시터의 단일 판으로서 기능하도록 함께 연결된 전도성 물질의 적어도 2개의 층들을 포함하는, 제어 계기반.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    감지 권선이 상기 변압기 내에 배치되는, 제어 계기반.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 감지 권선은 상기 1차 권선 및 상기 2차 권선 사이에 위치되는, 제어 계기반.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 누설 제어권선은 상기 감지 권선의 바깥쪽으로 위치되며,
    상기 2차 권선은 상기 누설 제어권선의 바깥쪽으로 위치되는, 제어 계기반.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 누설 제어권선은 상기 1차 권선의 바깥쪽으로 위치되는, 제어 계기반.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 누설 제어권선은 상기 2차 권선의 바깥쪽으로 위치되는, 제어 계기반.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 1차 권선은 직류전압이 인가되는 중앙 탭(tap)을 갖고,
    상기 1차 권선의 반대편 단부들은, 교류전압이 상기 1차 권선에 걸리도록 야기하기 위해, 상기 1차 권선의 상기 단부들을 선택적으로 접지시키는 회로에 연결되는,
    제어 계기반.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 누설 제어권선은 복수의 부-권선들을 포함하고;
    스위치들의 세트가, 상기 1차 권선에 걸리는 주어진 전압에 대해, 상기 누설 제어권선에 걸리는 전압을 설정하기 위해 상기 누설 제어권선의 상기 부-권선들을 선택적으로 함께 연결하는,
    제어 계기반.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터의 적어도 하나의 판을 형성하는 전도성 물질의 상기 층은 상기 변압기의 상기 1차 권선 및 상기 2차 권선 중 적어도 하나의 주위에 원주 방향으로 연장되어 있는,
    제어 계기반.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제14항에 있어서,
    감지 권선은 상기 변압기에 배치되는, 제어 계기반.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 감지 권선은 상기 1차 권선 및 상기 2차 권선 사이에 위치되는, 제어 계기반.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 누설 제어권선의 상기 부-권선들은 상기 감지 권선의 바깥쪽으로 위치되며,
    상기 2차 권선은 상기 누설 제어권선의 바깥쪽으로 위치되는, 제어 계기반.
  22. 제14항에 있어서,
    상기 누설 제어권선의 상기 부-권선들은 상기 2차 권선의 바깥쪽으로 위치되는, 제어 계기반.
  23. 제14항에 있어서,
    상기 누설 제어권선은 3개의 부-권선들을 포함하는, 제어 계기반.
  24. 제14항에 있어서,
    상기 1차 권선은 직류전압이 인가되는 중앙 탭(tap)을 갖고,
    상기 1차 권선의 반대편 단부들은 교류전압이 상기 1차 권선에 걸리도록 야기하기 위해 상기 1차 권선의 상기 단부들을 선택적으로 접지시키는 회로에 연결되는,
    제어 계기반.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 1차 권선의 중앙 탭에 인가되는 직류전압을 생성하도록 구성된 가변 직류 전원을 더 포함하는,
    제어 계기반.
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