RU2122363C1 - Electromagnetic shock-wave generator with reflector - Google Patents
Electromagnetic shock-wave generator with reflector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2122363C1 RU2122363C1 RU96110847A RU96110847A RU2122363C1 RU 2122363 C1 RU2122363 C1 RU 2122363C1 RU 96110847 A RU96110847 A RU 96110847A RU 96110847 A RU96110847 A RU 96110847A RU 2122363 C1 RU2122363 C1 RU 2122363C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reflector
- inductor
- coil
- focus
- capacitive storage
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Surgical Instruments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицинской техники и может найти применение в устройствах для неинвазивного разрушения почечных и желчных камней. The invention relates to the field of medical technology and can find application in devices for non-invasive destruction of kidney and gallstones.
Известны электромагнитные генераторы ударных волн, содержащие плоский индуктор с металлической мембраной, включенный в разрядный контур, состоящий из последовательно включенных емкостного накопителя, управляемого разрядника и катушки индуктора, акустическую фокусирующую линзу и звукопровод [1]. Known electromagnetic shock wave generators containing a flat inductor with a metal membrane included in the discharge circuit, consisting of a series-connected capacitive storage device, a controlled arrester and inductor coil, an acoustic focusing lens and sound duct [1].
Недостатком этих устройств является невысокий КПД, обусловленный, в частности, довольно большим поглощением в линзе и отражениями от граничных поверхностей линзы. The disadvantage of these devices is the low efficiency, due, in particular, to a rather large absorption in the lens and reflections from the boundary surfaces of the lens.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является электромагнитный генератор ударных волн с рефлектором, содержащий полый цилиндрический индуктор с катушкой и металлической оболочкой, соосно установленный внутри осесимметричного рефлектора, и разрядный контур, соединенный с катушкой индуктора [2]. Closest to the proposed device is an electromagnetic shock wave generator with a reflector, containing a hollow cylindrical inductor with a coil and a metal shell, coaxially mounted inside the axisymmetric reflector, and a discharge circuit connected to the inductor coil [2].
В этом устройстве потери при передаче звукового импульса от индуктора в фокальную зону рефлектора значительно ниже, чем в генераторе ударных волн с акустической линзой. Однако имеются ограничения по эффективности преобразования электрической энергии в энергию ударно-волнового акустического импульса, обусловленные электрической прочностью изолирующего зазора между катушкой индуктора и металлической оболочкой. Стремление повысить эффективность преобразования за счет уменьшения этого зазора приводит к снижению надежности и долговечности устройства. В известном устройстве катушка намотана на диэлектрическом каркасе, который уплотняется в металлическом основании. Это позволяет исключить электрический контакт металлической оболочки с рефлектором. Однако при этом приходится вводить в конструкцию сложную систему вакуумного уплотнения торцевых частей металлической оболочки. В конечном счете это приводит к снижению надежности и долговечности устройства. In this device, the loss in the transmission of a sound pulse from the inductor to the focal zone of the reflector is much lower than in a shock wave generator with an acoustic lens. However, there are limitations on the efficiency of converting electric energy into energy of an acoustic shock wave due to the electric strength of the insulating gap between the inductor coil and the metal shell. The desire to improve the conversion efficiency by reducing this gap leads to a decrease in the reliability and durability of the device. In the known device, the coil is wound on a dielectric frame, which is sealed in a metal base. This eliminates the electrical contact of the metal shell with the reflector. However, in this case, it is necessary to introduce into the design a complex system of vacuum sealing of the end parts of the metal shell. Ultimately, this leads to a decrease in the reliability and durability of the device.
Технический результат от использования предлагаемого технического решения заключается в повышении надежности и долговечности устройства. The technical result from the use of the proposed technical solution is to increase the reliability and durability of the device.
Технический результат достигается тем, что в электромагнитном генераторе ударных волн с рефлектором, содержащем полый цилиндрический индуктор с катушкой и металлической оболочкой, соосно установленный внутри осесимметричного рефлектора, и разрядный контур, соединенный с катушкой индуктора, отличающийся тем, что индуктор закреплен в рефлекторе посредством диэлектрического фланца с возможностью совмещения их осей, разрядный контур содержит емкостный накопитель, подключенный одним из выводов к катушке индуктора, вторым - к управляемому разряднику, при этом образующая рабочей поверхности рефлектора описывается выражением
в полярной системе координат с центром в точке геометрического фокуса,
где r - расстояние от фокуса до точки на поверхности рефлектора;
d - внешний диаметр индуктора;
f -расстояние от фокуса до плоскости выходного отверстия рефлектора;
L - высота рефлектора;
θ - угол,
D - диаметр выходного отверстия рефлектора.The technical result is achieved in that in an electromagnetic shock wave generator with a reflector containing a hollow cylindrical inductor with a coil and a metal shell, coaxially mounted inside an axisymmetric reflector, and a discharge circuit connected to the inductor coil, characterized in that the inductor is fixed in the reflector by means of a dielectric flange with the possibility of combining their axes, the discharge circuit contains a capacitive drive connected by one of the terminals to the inductor coil, the second to the controlled at the arrester, while forming the working surface of the reflector is described by the expression
in the polar coordinate system centered at the point of geometric focus,
where r is the distance from the focus to the point on the surface of the reflector;
d is the outer diameter of the inductor;
f is the distance from the focus to the plane of the outlet of the reflector;
L is the height of the reflector;
θ is the angle
D is the diameter of the outlet of the reflector.
Предлагается также цилиндрический индуктор выполнить с отношением длины к диаметру, определяемым по выражению
где
корень системы уравнений
Предлагается также в разрядный контур дополнительно включить понижающий импульсный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена с катушкой индуктора, а первичная одним выводом соединена с разрядником, а вторым - с емкостным накопителем, с возможностью образования ими разрядного контура.It is also proposed to perform a cylindrical inductor with a ratio of length to diameter, determined by the expression
Where
root of the system of equations
It is also proposed to additionally include a step-down pulse transformer in the discharge circuit, the secondary winding of which is connected to the inductor coil, and the primary winding is connected to the spark gap by one output and the capacitive storage device by the second, so that they can form a discharge circuit.
Предлагается также подключить дополнительные емкостные накопители параллельно основному накопителю посредством низкоиндуктивных контактных выключателей. It is also proposed to connect additional capacitive drives in parallel with the main drive through low-inductance contact switches.
Предлагается также металлическую оболочку индуктора подключить к концу спиральной катушки индуктора и к одному выводу емкостного накопителя. It is also proposed to connect the metal shell of the inductor to the end of the spiral coil of the inductor and to one terminal of the capacitive storage.
Конструкция устройства иллюстрируется чертежами. The design of the device is illustrated by drawings.
На фиг. 1 показана конструктивная схема электромагнитного генератора ударных волн с рефлектором, на которой приведены все существенные элементы по п. 1 формулы изобретения; на фиг. 2 показана электрическая схема разрядного контура индуктора; на фиг. 3 показана электрическая схема разрядного контура индуктора, содержащая импульсный понижающий трансформатор и дополнительные емкостные накопители; на фиг. 4 - зависимость соотношения размеров индуктора от апертуры рефлектора в диапазоне углов 30 - 65o; на фиг. 5 - схема включения индуктора в разрядный контур в случае соединения металлической оболочки с одним концом катушки.In FIG. 1 shows a structural diagram of an electromagnetic shock wave generator with a reflector, which shows all the essential elements of claim 1; in FIG. 2 shows an electric circuit of a discharge circuit of an inductor; in FIG. 3 shows an electric circuit of a discharge circuit of an inductor comprising a pulse step-down transformer and additional capacitive storage devices; in FIG. 4 - dependence of the ratio of the size of the inductor on the aperture of the reflector in the range of angles 30 - 65 o ; in FIG. 5 is a diagram of the inclusion of an inductor in a discharge circuit in the case of connecting a metal shell with one end of the coil.
Устройство содержит (фиг. 1) полый цилиндрический индуктор 1, состоящий из цилиндрической спиральной катушки 2, обратного токопровода 3 и металлической оболочки 4, отделенной от катушки индуктора изоляционным слоем. Индуктор закреплен с возможностью соосной установки в диэлектрическом фланце 5, который устанавливается на рефлекторе 6. Обратный токопровод подключен к одному из выводов емкостного накопителя 7, второй вывод которого подключен к одному электроду разрядника 8, а к другому его электроду подключен вывод спиральной катушки индуктора. The device comprises (Fig. 1) a hollow cylindrical inductor 1, consisting of a cylindrical
На эквивалентной электрической схеме разрядного контура индуктора (фиг. 2) величина емкости емкостного накопителя обозначена Co, индуктивность катушки индуктора, экранированной металлической оболочкой, - Li, а паразитная индуктивность контура, включающая индуктивность токоподводов, индуктивность разрядника и индуктивность конденсатора, - Ls.On the equivalent electric circuit of the discharge circuit of the inductor (Fig. 2), the capacitance value of the capacitive storage is denoted by C o , the inductance of the inductor coil shielded by a metal sheath is L i , and the parasitic inductance of the circuit, including current lead inductance, spark gap inductance and capacitor inductance, L s .
На эквивалентной электрической схеме с импульсным понижающим трансформатором (фиг. 3) дополнительно к обозначениям фиг. 2 показаны индуктивность первичной обмотки трансформатора L1, индуктивность вторичной обмотки трансформатора L2, дополнительные емкостные накопители C1, C2 и C3.On an equivalent circuit with a pulsed step-down transformer (FIG. 3), in addition to the notation of FIG. 2 shows the inductance of the primary winding of the transformer L 1 , the inductance of the secondary winding of the transformer L 2 , additional capacitive storage C 1 , C 2 and C 3 .
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Конденсатор 7, заряженный до напряжения U, при подаче запускающего импульса на разрядник 8, разряжается через катушку 2 индуктора 1. Импульс тока через катушку индуктора возбуждает в металлической оболочке 4 вихревой ток. Силовое взаимодействие токов в катушке индуктора с токами в металлической мембране вызывает ударное ускорение металлической оболочки. Движущаяся металлическая оболочка возбуждает в окружающей жидкости расходящийся цилиндрический ударно-волновой импульс, который при отражении от поверхности рефлектора 6 фокусируется в его фокальной зоне F. Фокусирование расходящегося цилиндрического ударно-волнового импульса обеспечивается выбором формы поверхности рефлектора в виде поверхности тела вращения, образующая которого в полярной системе координат с центром в фокусе F описывается выражением
где r - расстояние от фокуса до точки поверхности рефлектора;
d - внешний диаметр индуктора;
f - расстояние от фокуса до плоскости выходного отверстия рефлектора;
L - высота рефлектора, а угол θ меняется в пределах
где D - диаметр выходного отверстия рефлектора.The capacitor 7, charged to a voltage U, when a start pulse is applied to the arrester 8, is discharged through the
where r is the distance from the focus to the point on the surface of the reflector;
d is the outer diameter of the inductor;
f is the distance from the focus to the plane of the outlet of the reflector;
L is the height of the reflector, and the angle θ varies within
where D is the diameter of the outlet of the reflector.
Для рефлектора с заданной апертурой выходного отверстия существует оптимальное соотношение размеров индуктора (отношение длины индуктора к его диаметру). Это следует из выражения для электромагнитной силы, ускоряющей металлическую оболочку и геометрических соотношений для лучей, идущих от внутреннего конца индуктора, отражающихся от поверхности рефлектора и попадающих в фокус при условии, что индуктор не затеняет этих лучей. Так как электромагнитная сила монотонно увеличивается с увеличением произведения L • d, геометрические соотношения показывают, что при максимальной глубине рефлектора, соответствующей рефлектору без внутреннего отверстия, d стремится к нулю, и аналогично при стремлении диаметра индуктора к максимальному диаметру, равному диаметру выходного отверстия рефлектора, длина индуктора стремится к нулю, то максимального значения произведение L • d достигает при каких-либо промежуточных углах. Эти углы можно найти из условия равенства нулю производной Выражение для L • d имеет следующий вид
где
Легко найти производную и, приравняв ее нулю, получаем уравнения, которым удовлетворяет угол θ для максимального значения L • d
Эти уравнения легко решаются численно для конкретных значений геометрических параметров рефлектора и для полученных оптимальных значений φ оптимальное соотношение размеров индуктора L/d находится из выражения
Для углов A в диапазоне от 30 до 65o выражение для L/d в зависимости от A с хорошей точностью можно аппроксимировать квадратным полиномом
Закрепление индуктора в диэлектрическом фланце позволяет реализовать режим работы, когда металлическая оболочка не заземлена и ее емкость относительно Земли значительно меньше емкости относительно катушки. В этом случае для обеспечения электрической прочности зазора между оболочкой и катушкой должно выполняться соотношение U < 2 • Eb • h, где Eb - напряженность поля пробоя изоляционного промежутка между оболочкой и катушкой, h - толщина промежутка, а не U < Eb • h, когда оболочка заземлена. Т.е. в случае незаземленной оболочки характеристики генератора по надежности и КПД примерно в два раза выше, чем в случае заземленной. Еще более высокие результаты достигаются, когда оболочка разрезана на отдельные цилиндрические кольца, каждый из которых закрывает 2-3 витка катушки индуктора.For a reflector with a given aperture of the outlet, there is an optimal ratio of the dimensions of the inductor (the ratio of the length of the inductor to its diameter). This follows from the expression for the electromagnetic force accelerating the metal shell and geometric relationships for rays coming from the inner end of the inductor, reflected from the surface of the reflector and falling into focus, provided that the inductor does not obscure these rays. Since the electromagnetic force increases monotonically with an increase in the product L • d, the geometric relationships show that at the maximum depth of the reflector corresponding to the reflector without an internal hole, d tends to zero, and similarly, when the inductor diameter tends to the maximum diameter equal to the diameter of the reflector outlet, the length of the inductor tends to zero, then the product L • d reaches its maximum value at any intermediate angles. These angles can be found from the condition that the derivative vanish The expression for L • d has the following form
Where
Easy to find derivative and equating it to zero, we obtain equations that the angle θ satisfies for the maximum value of L • d
These equations are easily solved numerically for specific values of the geometric parameters of the reflector, and for the obtained optimal values of φ, the optimal ratio of inductor sizes L / d is found from the expression
For angles A in the range from 30 to 65 o, the expression for L / d depending on A can be approximated with good accuracy by a square polynomial
Fixing the inductor in the dielectric flange allows you to implement a mode of operation when the metal shell is not grounded and its capacity relative to the Earth is much less than the capacity relative to the coil. In this case, to ensure the electric strength of the gap between the shell and the coil, the relation U <2 • E b • h, where E b is the breakdown field strength of the insulation gap between the shell and the coil, h is the gap thickness, and not U <E b • h when the sheath is grounded. Those. in the case of an ungrounded casing, the characteristics of the generator in terms of reliability and efficiency are approximately two times higher than in the case of a grounded one. Even better results are achieved when the shell is cut into separate cylindrical rings, each of which closes 2-3 turns of the inductor coil.
Включение понижающего трансформатора в разрядный контур индуктора позволяет снизить разрядный ток через разрядник и повысить рабочее напряжение, что обеспечивает более высокую стабильность срабатывания разрядника и значительно повышает его ресурс. Кроме того, при одинаковом энергозапасе в контуре требуется емкость меньшей величины, чем в контуре без трансформатора. Снижение разрядного тока и уменьшение емкости позволяют реализовать генератор с изменяемой в процессе работы длительностью импульса, что достигается введением в разрядный контур дополнительных емкостных накопителей, подключаемых с помощью контактных выключателей. The inclusion of a step-down transformer in the discharge circuit of the inductor allows you to reduce the discharge current through the arrester and increase the operating voltage, which provides higher stability of operation of the arrester and significantly increases its service life. In addition, with the same energy reserve, a smaller capacity is required in the circuit than in the circuit without a transformer. Reducing the discharge current and decreasing the capacitance make it possible to realize a generator with a pulse duration that changes during operation, which is achieved by introducing additional capacitive storage devices into the discharge circuit that are connected using contact switches.
При соединении оболочки 4 и катушки 2 и их последовательном включении в разрядный контур (фиг. 5) удаляется в некоторой степени снизить индуктивность индуктора и тем самым увеличить разрядный ток в индукторе, что также приводит к повышению эффективности устройства. When connecting the shell 4 and the
Ультразвуковой датчик, размещенный в полости индуктора с возможностью соосного перемещения, позволяет обеспечить достаточно простое и точное нанесение фокуса генератора на камень. An ultrasonic sensor placed in the cavity of the inductor with the possibility of coaxial movement allows for a fairly simple and accurate application of the focus of the generator to the stone.
Таким образом, предлагаемое устройство по ряду технических показателей превосходит известные устройства аналогичного назначения. Thus, the proposed device surpasses the known devices of a similar purpose in a number of technical indicators.
Источники информации
1. Патент ФРГ N 3703335, кл. A 61 B 17/22, 1988.Sources of information
1. The patent of Germany N 3703335, CL A 61 B 17/22, 1988.
2. Патент США N 5058569, кл. A 61 B 17/22, 1991. 2. US Patent N 5058569, cl. A 61 B 17/22, 1991.
Claims (4)
в полярной системе координат с центром в точке геометрического фокуса,
где r - расстояние от фокуса до точки на поверхности рефлектора;
d - внешний диаметр индуктора;
f - расстояние от фокуса до плоскости выходного отверстия рефлектора;
L - высота рефлектора;
θ - угол,
D - диаметр выходного отверстия рефлектора.1. An electromagnetic shock wave generator with a reflector, comprising a hollow cylindrical inductor with a coil and a metal shell, coaxially mounted inside the axisymmetric reflector, and a discharge circuit connected to the inductor coil, characterized in that the inductor is fixed in the reflector by means of a dielectric flange with the possibility of aligning their axes , the discharge circuit contains a capacitive storage connected to one of the leads to the inductor coil, the second to the control spark gap, while forming a working erhnosti reflector described by
in the polar coordinate system centered at the point of geometric focus,
where r is the distance from the focus to the point on the surface of the reflector;
d is the outer diameter of the inductor;
f is the distance from the focus to the plane of the outlet of the reflector;
L is the height of the reflector;
θ is the angle
D is the diameter of the outlet of the reflector.
где
корень системы уравнений
3. Генератор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в разрядном контуре дополнительно включен понижающий импульсный трансформатор, вторичная обмотка которого соединена с катушкой индуктора, а первичная одним выводом соединена с разрядником, а вторым - с емкостным накопителем с возможностью образования ими разрядного контура.2. The generator according to claim 1, characterized in that the cylindrical inductor is made with a ratio of length to diameter, determined by the expression
Where
root of the system of equations
3. The generator according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that a step-down pulse transformer is additionally included in the discharge circuit, the secondary winding of which is connected to the inductor coil, and the primary winding is connected to the spark gap by one output and the capacitive storage device by the second, with the possibility of forming a discharge circuit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96110847A RU2122363C1 (en) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | Electromagnetic shock-wave generator with reflector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96110847A RU2122363C1 (en) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | Electromagnetic shock-wave generator with reflector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96110847A RU96110847A (en) | 1998-08-10 |
RU2122363C1 true RU2122363C1 (en) | 1998-11-27 |
Family
ID=20181261
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96110847A RU2122363C1 (en) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | Electromagnetic shock-wave generator with reflector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2122363C1 (en) |
-
1996
- 1996-05-24 RU RU96110847A patent/RU2122363C1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2310964C1 (en) | Electrical energy transmission method and device | |
JPH02274242A (en) | Percussion wave generator | |
RU2122363C1 (en) | Electromagnetic shock-wave generator with reflector | |
JPH0636808Y2 (en) | Shock source | |
US4796608A (en) | Shock wave generator for an apparatus for non-contacting disintegration of calculi in the body of a life form | |
US4782821A (en) | Shock wave generator for an installation for non-contacting disintegration of calculi in the body of a life form | |
RU2382488C1 (en) | Device for generating subnanosecond pulses | |
RU2206175C1 (en) | Subnanosecond pulse shaper | |
CN109859963B (en) | Integrated electromagnetic drive switch for subnanosecond square wave generator | |
US4766888A (en) | Shock wave generator for an apparatus for non-contacting disintegration of calculi in the body of a life form | |
JPS63285020A (en) | Electric pulse generator with saturable inductance coil | |
CN2741517Y (en) | Shock wave generator | |
RU2094646C1 (en) | High-frequency electrically discharging ignition system | |
RU2139687C1 (en) | Electromagnetic generator of focused impact waves | |
EP3624569A1 (en) | Pulse power generating device | |
RU96110847A (en) | ELECTROMAGNETIC GENERATOR OF SHOCK WAVES WITH REFLECTOR | |
RU2181925C2 (en) | High-voltage pulse generator | |
SU799168A1 (en) | Pulsed x-ray generator | |
RU2027528C1 (en) | Shock-wave generator | |
Andriyanov et al. | An electromagnetic generator of focused shock waves with a coaxial radiator excited by the axial current | |
RU2061419C1 (en) | Device for fracturing concretions in the body of biological object | |
RU2156026C2 (en) | Method and device for explosive cumulation of magnetic energy | |
RU2218655C2 (en) | Device for receiving and converting electromagnetic energy pulse | |
SU643984A1 (en) | Pulsed high-voltage capacitor | |
RU2164052C2 (en) | Electromagnetic energy pulse generating and converting device |