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