PL244907B1 - Two-phase device for generating a high-frequency rotating magnetic field with a closed magnetic circuit and ferrite transformers - Google Patents
Two-phase device for generating a high-frequency rotating magnetic field with a closed magnetic circuit and ferrite transformers Download PDFInfo
- Publication number
- PL244907B1 PL244907B1 PL438161A PL43816121A PL244907B1 PL 244907 B1 PL244907 B1 PL 244907B1 PL 438161 A PL438161 A PL 438161A PL 43816121 A PL43816121 A PL 43816121A PL 244907 B1 PL244907 B1 PL 244907B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- magnetic field
- ferrite
- generating
- magnetic
- coils
- Prior art date
Links
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 20
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 206010020843 Hyperthermia Diseases 0.000 description 3
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 3
- 230000036031 hyperthermia Effects 0.000 description 3
- 239000011553 magnetic fluid Substances 0.000 description 3
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 239000002122 magnetic nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 2
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002069 magnetite nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Magnetic Treatment Devices (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Przedmiotem wynalazku jest dwufazowe urządzenie generujące rotujące pole magnetyczne, wysokiej częstotliwości z zamkniętym obwodem magnetycznym i z transformatorami ferrytowymi. Urządzenie do generowania charakteryzuje się tym, że zawiera dwie pary cewek (1, 1') nawiniętych na rdzeniach ferrytowych (2) przylegających z jednej strony do jarzma ferrytowego (3), a z drugiej strony zakończonych nabiegunnikami (4) tak ukształtowanymi, aby linie sił pola magnetycznego skupiały się w środkowej części układu (5).The subject of the invention is a two-phase device generating a high-frequency rotating magnetic field with a closed magnetic circuit and ferrite transformers. The generating device is characterized by the fact that it contains two pairs of coils (1, 1') wound on ferrite cores (2) adjacent to the ferrite yoke (3) on one side, and on the other side ended with pole pieces (4) shaped so that the lines of force magnetic fields were concentrated in the central part of the system (5).
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest dwufazowe urządzenie generujące rotujące pole magnetyczne, wysokiej częstotliwości z zamkniętym obwodem magnetycznym i z transformatorami ferrytowymi.The subject of the invention is a two-phase device generating a high-frequency rotating magnetic field with a closed magnetic circuit and ferrite transformers.
Niniejszy wynalazek może być wykorzystany w tzw. magnetycznej hipertermii w onkologii, jako terapia wspomagająca dotychczasowe metody zwalczania komórek nowotworowych [1] S. Dutz, R. Hergt, Magnetic particie hyperthermia - a promising tumor therapy, Nanotechnology, 25 (2014) 452001. Dodatkowo na jego podstawie można zbudować aparaturę naukową do badań efektu kolorymetrycznego z udziałem nanocząstek magnetycznych.This invention can be used in the so-called magnetic hyperthermia in oncology, as a therapy supporting existing methods of combating cancer cells [1] S. Dutz, R. Hergt, Magnetic particie hyperthermia - a promising tumor therapy, Nanotechnology, 25 (2014) 452001. Additionally, on its basis it is possible to build scientific equipment for research on the colorimetric effect using magnetic nanoparticles.
W obu przypadkach mamy do czynienia z przekazywaniem energii szybkozmiennego pola magnetycznego do nanocząstek magnetycznych, w których ta energia zamieniana jest na ciepło [2] R. E. Rosensweig, Heating magnetic fluid with alternating magnetic field, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 252, (2002) 370-374. Ze względu na małe rozmiary nanocząstek rzędu 10:20 nm (najczęściej są to nanocząstki magnetytowe Fe304) dominującym mechanizmem wydzielanej energii cieplnej jest relaksacja magnetyczna.In both cases, we are dealing with the transfer of the energy of a rapidly changing magnetic field to magnetic nanoparticles, in which this energy is converted into heat [2] R. E. Rosensweig, Heating magnetic fluid with alternating magnetic field, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 252, (2002) 370-374. Due to the small size of the nanoparticles, around 10:20 nm (most often they are Fe304 magnetite nanoparticles), the dominant mechanism of the released thermal energy is magnetic relaxation.
Jak do tej pory w celu wywołania tego efektu stosowano najczęściej jednoosiowe, zmienne pole magnetyczne wysokiej częstotliwości. Jak jednak wskazują teorie i nieliczne eksperymenty wydajność cieplna przy użyciu rotującego pola jest około dwukrotnie większa, co pozwala w medycznych zabiegach wprowadzić do organizmu znacznie mniej nanocząstek, w celu wywołania takiego samego efektu nagrzewania.So far, a single-axis, high-frequency alternating magnetic field has been most often used to induce this effect. However, as theories and a few experiments indicate, the thermal efficiency using a rotating field is approximately twice as high, which allows for the introduction of much fewer nanoparticles into the body in medical treatments to produce the same heating effect.
W przypadku rotującego pole magnetycznego (w liniowym zakresie natężenia pola magnetycznego) wydzielona moc cieplna jest proporcjonalna zarówno do kwadratu częstotliwości jak i do kwadratu amplitudy natężenia pola magnetycznego P <x (f -H)2, [3] Yuriy L. Raikher, Victor I. Stepanov, Theory of Magneto-Inductive andHyperthermia under a rotating field, 8th International Conference on the Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers, edited by U. Hafeli, E. Schutt, M. Zborowski, © 2010 American Institute of Physics 978-0-7354-08661/10/$30.00.In the case of a rotating magnetic field (in the linear range of magnetic field strength), the generated thermal power is proportional to both the square of the frequency and the square of the amplitude of the magnetic field P < x (f -H) 2 , [3] Yuriy L. Raikher, Victor I . Stepanov, Theory of Magneto-Inductive and Hyperthermia under a rotating field, 8th International Conference on the Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers, edited by U. Hafeli, E. Schutt, M. Zborowski, © 2010 American Institute of Physics 978- 0-7354-08661/10/$30.00.
Znane są rozwiązania PL 237437 B1 i P.435411, które charakteryzują się dwufazowym układem cewek z otwartym obwodem magnetycznym lub z zamkniętym obwodem i z szeregową gałęzią indukcyjności cewki Ls i pojemności kondensatora elektrycznego Cs. Oba te układy zasilane były prostokątnym przebiegiem napięciowym. Spotykane w ostatnim czasie w literaturze podobne rozwiązania z dwufazowym układem cewek nie zawierają jednak elementów ferrytowych i transformatora ferrytowego, [4] M. Beković, M. Trelp, M. Jesenik, A. Hamler, A comparision of the heating effect of magnetic fluid between the alternating androtating magnetic field, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 355, (2014), [5] M. Beković, M. Trbusić, M. Trelp, M. Jesenik, A. Hamler, Magnetic fluids heating Power expose to a high-freguency rotating magnetic field, Advances In Materials Science and Engineering, 2018, Vol. Art. 6143697, 7 pages.There are known solutions PL 237437 B1 and P.435411, which are characterized by a two-phase coil system with an open magnetic circuit or a closed circuit and with a series branch of the coil inductance Ls and the capacity of the electric capacitor Cs. Both of these systems were powered by a rectangular voltage waveform. However, similar solutions with a two-phase coil system found recently in the literature do not contain ferrite elements and a ferrite transformer, [4] M. Beković, M. Trelp, M. Jesenik, A. Hamler, A comparison of the heating effect of magnetic fluid between the alternating and rotating magnetic field, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 355, (2014), [5] M. Beković, M. Trbusić, M. Trelp, M. Jesenik, A. Hamler, Magnetic fluids heating Power expose to a high -freguency rotating magnetic field, Advances In Materials Science and Engineering, 2018, Vol. Art. 6143697, 7 pages.
Istotą wynalazku jest urządzenie do generowania rotującego pola magnetycznego wysokiej częstotliwości charakteryzujące się tym, że zawiera dwie pary cewek nawiniętych na rdzeniach ferrytowych przylegających z jednej strony do jarzma ferrytowego, a z drugiej strony zakończonych nabiegunnikami tak ukształtowanymi, aby linie sił pola magnetycznego skupiały się w środkowej części układu, przy czym cewki uzwojenia głównego mają równe indukcyjności i są połączone równolegle z kondensatorami o równych pojemnościach z dokładnością ±1%, a utworzone obwody są zasilane poprzez transformatory z szerokopasmowych wzmacniaczy mocy, których wejścia połączone są z wyjściami A i B, 2-kanałowego generatora dwóch sinusoidalnych przebiegów o wzajemnie przesuniętych fazach o 1,57 radiana.The essence of the invention is a device for generating a high-frequency rotating magnetic field characterized by the fact that it contains two pairs of coils wound on ferrite cores, adjacent to the ferrite yoke on one side, and on the other side terminated with pole pieces shaped so that the magnetic field force lines are concentrated in the central part. system, where the main winding coils have equal inductances and are connected in parallel with capacitors of equal capacity with an accuracy of ±1%, and the created circuits are powered through transformers from broadband power amplifiers whose inputs are connected to the outputs A and B, 2-channel generator of two sinusoidal waveforms with phases shifted by 1.57 radians.
Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty technicznoużytkowe:Thanks to the use of the solution according to the invention, the following technical and utility effects were achieved:
• użycie torusa i 4 ferrytowych rdzeni oznacza, że uzyskane rotujące pole magnetyczne ma większą amplitudę niż w przypadku zastosowania tylko samych cewek powietrznych, • dzięki zastosowaniu ferrytowych elementów pole magnetyczne zlokalizowane jest we wnętrzu torusa, a nie jest rozpraszane na zewnątrz (brak zakłóceń), • zastosowanie transformatorów z rdzeniami ferrytowymi pozwala dopasować napięcie po stronie wtórnej, a zatem uzyskać pożądaną wartość natężenia pola magnetycznego w użytkowej części torusa, • użycie liniowych wzmacniaczy mocy zapewnia otrzymanie sinusoidalnych przebiegów strumieni magnetycznych i można wtedy zrezygnować z szeregowych filtrów pasmowo przepustowych.• the use of a torus and 4 ferrite cores means that the resulting rotating magnetic field has a greater amplitude than when using only air coils, • thanks to the use of ferrite elements, the magnetic field is located inside the torus and is not scattered outside (no interference), • the use of transformers with ferrite cores allows you to adjust the voltage on the secondary side, and therefore obtain the desired value of the magnetic field intensity in the usable part of the torus, • the use of linear power amplifiers ensures obtaining sinusoidal waveforms of magnetic fluxes and you can then dispense with serial band-pass filters.
PL 244907 Β1PL 244907 Β1
Na figurze 1 przedstawiono obwód magnetyczny, na figurze 2 pokazano czasowe przebiegi napięciowe A i B występujące na cewkach magnesujących.Figure 1 shows the magnetic circuit, Figure 2 shows the time courses of voltage A and B occurring on the magnetizing coils.
Obwód magnetyczny składa się z cewek 1,1' nawiniętych na rdzeniach ferrytowych 2 przylegających z jednej strony do jarzma ferrytowego 3, a z drugiej strony zakończone są nabiegunnikami 4. Każda z cewek połączona jest równolegle z kondensatorem elektrycznym 6 i 6' i zasilana jest z dwóch wzmacniaczy mocy 8 i 8' poprzez transformatory ferrytowe 7,7' podwyższających napięcie. Wzmacniacze mocy są sterowane dwoma sygnałami sinusoidalnymi z wzajemnie przesuniętymi fazami o 90° z generatora sygnałowego 9. W efekcie prądy płynące przez cewki magnesujące wytwarzają w środkowej części układu magnetycznego 5 strumienie o wzajemnie przesuniętych fazach, a ich superpozycja tworzy ratujące pole magnetyczne.The magnetic circuit consists of coils 1,1' wound on ferrite cores 2, adjacent on one side to the ferrite yoke 3, and on the other side terminated with pole pieces 4. Each coil is connected in parallel to an electric capacitor 6 and 6' and is powered by two power amplifiers 8 and 8' through ferrite transformers 7.7' increasing the voltage. The power amplifiers are controlled by two sinusoidal signals with mutually shifted phases by 90° from the signal generator 9. As a result, the currents flowing through the magnetizing coils produce fluxes with mutually shifted phases in the central part of the magnetic system 5, and their superposition creates a saving magnetic field.
Na figurze 2 pokazano czasowe przebiegi napięciowe A i B występujące na cewkach magnesujących 1,1' przesunięte wzajemnie o kąt fazowy π/2:Figure 2 shows the time waveforms of voltages A and B occurring on the magnetizing coils 1,1', mutually shifted by the phase angle π/2:
UA(t) - sin(ot) i UB(t) = sin(cot- π/2).U A (t) - sin(ot) and U B (t) = sin(cot- π/2).
W przypadku równych amplitud obu przebiegów napięciowych i przy zachowaniu równych reaktancji cewek magnesujących 1,1' strumienie magnetyczne obu faz tak e będą równe co jest korzystne, gdy ratujące pole magnetyczne będzie miało stałą amplitudę w całym okresie obrotu pola.In the case of equal amplitudes of both voltage waveforms and maintaining equal reactances of the magnetizing coils 1,1', the magnetic fluxes of both phases will also be equal, which is advantageous when the saving magnetic field will have a constant amplitude throughout the entire period of field rotation.
W niniejszym opisie wynalazku zarówno jarzmo 3 w kształcie torusa, jak i rdzenie ferrytowe 2, na których nawinięto uzwojenia cewek (Łp) magnesujących 1,1' skracają drogę strumienia w powietrzu co pozwala zmniejszyć reluktancję magnetyczną a zwiększyć natężenie pola magnetycznego.In this description of the invention, both the torus-shaped yoke 3 and the ferrite cores 2 on which the windings of the magnetizing coils (Ł p ) 1,1' are wound shorten the path of the flux in the air, which allows to reduce the magnetic reluctance and increase the magnetic field intensity.
Cewki uzwojeń głównych 1,1' są połączone równolegle z kondensatorami elektrycznymi (Cp) 6,6' co powoduje, ze impedancja takiego obwodu jest bardzo duża przy częstotliwości rezonansowej. Koniecznym warunkiem generacji ratującego pola jest jednak identyczność obu częstotliwości rezonansowych obwodów równoległych (LPCP) i przesunięcie fazowe między strumieniami magnetycznymi o 90 stopni kątowych. Wówczas wektor natężenia pola magnetycznego zatacza okrąg, co jest najkorzystniejszą sytuacją.The coils of the main windings 1,1' are connected in parallel with electric capacitors (C p ) 6,6', which causes the impedance of such a circuit to be very high at the resonant frequency. However, a necessary condition for generating the saving field is the identity of both resonant frequencies of parallel circuits (L P C P ) and a phase shift between the magnetic fluxes by 90 angular degrees. Then the magnetic field intensity vector circles, which is the most favorable situation.
Zasilanie obu obwodów magnetycznych odbywa się poprzez transformatory 7,7' z rdzeniami ferrytowymi 2 podłączonymi do wyjść wzmacniaczy mocy 8,8'.Dzięki temu dobierając przekładnię napięciową zmienia się wartość amplitudy natężenia pola magnetycznego w obszarze przestrzeni z ratującym polem magnetycznym.Both magnetic circuits are powered by transformers 7.7' with ferrite cores 2 connected to the outputs of power amplifiers 8.8'. Thanks to this, by selecting the voltage ratio, the value of the amplitude of the magnetic field intensity in the area of space with the saving magnetic field changes.
Wzmacniacze mocy 8,8' są sterowane z dwukanałowego generatora sygnałowego 9 przebiegami sinusoidalnymi, które są wzajemnie przesunięte o kąt fazowy 90°, jak pokazano na figurze 2. Dodatkowo dwukanałowy generator sygnałowy 9 wytwarza dwa przebiegi sterujące wzmacniaczami mocy (8,8') o równych amplitudach, lecz ich częstotliwość musi być równa częstotliwości rezonansowej obu obwodów LPCP. Indukcyjność Lp (zawarta w każdej z gałęzi A i B) nawinięta jest na dwóch rdzeniach ferrytowych 2 i zawiera w sobie obie indukcyjności własną i wzajemną. Określają one indukcyjność wypadkową Lp, która wraz z pojemnością elektryczną Cp bezpośrednio wpływa na częstotliwość rezonansową. Zarówno wartości indukcyjności cewek, jak i pojemności kondensatorów elektrycznych 6,6' są dobrane, tak aby rezonanse prądowe w obu obwodach występowały przy tej samej częstotliwości, z dokładnością lepszą niż ±1%.The power amplifiers 8,8' are controlled from a two-channel signal generator with 9 sinusoidal waveforms, which are mutually shifted by a phase angle of 90°, as shown in Figure 2. Additionally, the two-channel signal generator 9 produces two waveforms controlling the power amplifiers (8,8') with equal amplitudes, but their frequency must be equal to the resonant frequency of both circuits L P C P . The inductance L p (contained in each of the branches A and B) is wound on two ferrite cores 2 and contains both self and mutual inductance. They determine the net inductance L p , which, together with the electrical capacitance C p, directly affects the resonance frequency. Both the values of the inductance of the coils and the capacitance of the electric capacitors 6,6' are selected so that the current resonances in both circuits occur at the same frequency, with an accuracy of better than ±1%.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL438161A PL244907B1 (en) | 2021-06-15 | 2021-06-15 | Two-phase device for generating a high-frequency rotating magnetic field with a closed magnetic circuit and ferrite transformers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL438161A PL244907B1 (en) | 2021-06-15 | 2021-06-15 | Two-phase device for generating a high-frequency rotating magnetic field with a closed magnetic circuit and ferrite transformers |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL438161A1 PL438161A1 (en) | 2022-12-19 |
| PL244907B1 true PL244907B1 (en) | 2024-03-25 |
Family
ID=84487942
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL438161A PL244907B1 (en) | 2021-06-15 | 2021-06-15 | Two-phase device for generating a high-frequency rotating magnetic field with a closed magnetic circuit and ferrite transformers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL244907B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170119575A1 (en) * | 2010-06-16 | 2017-05-04 | The Trustees Of Dartmouth College | Method and apparatus utilizing magnetic nanoparticles for performing hyperthermal therapies |
| KR20190086213A (en) * | 2018-01-12 | 2019-07-22 | 원광대학교산학협력단 | Magnetic field driven therapy device and method |
| CN110652656A (en) * | 2019-10-30 | 2020-01-07 | 南京逐路电子科技有限公司 | Tumor Magnetic Induction Hyperthermia System |
| PL237437B1 (en) * | 2018-10-06 | 2021-04-19 | Univ Im Adama Mickiewicza W Poznaniu | Device for generating a rotating magnetic field |
-
2021
- 2021-06-15 PL PL438161A patent/PL244907B1/en unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170119575A1 (en) * | 2010-06-16 | 2017-05-04 | The Trustees Of Dartmouth College | Method and apparatus utilizing magnetic nanoparticles for performing hyperthermal therapies |
| KR20190086213A (en) * | 2018-01-12 | 2019-07-22 | 원광대학교산학협력단 | Magnetic field driven therapy device and method |
| PL237437B1 (en) * | 2018-10-06 | 2021-04-19 | Univ Im Adama Mickiewicza W Poznaniu | Device for generating a rotating magnetic field |
| CN110652656A (en) * | 2019-10-30 | 2020-01-07 | 南京逐路电子科技有限公司 | Tumor Magnetic Induction Hyperthermia System |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL438161A1 (en) | 2022-12-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Skumiel et al. | The comparison of magnetic circuits used in magnetic hyperthermia | |
| Lv et al. | Size dependent magnetic hyperthermia of octahedral Fe 3 O 4 nanoparticles | |
| Hadadian et al. | A versatile induction heating system for magnetic hyperthermia studies under different experimental conditions | |
| Lastowiecki et al. | Sliding transformer with long magnetic circuit for contactless electrical energy delivery to mobile receivers | |
| JPS60240111A (en) | Transformer | |
| Hurley et al. | Induction heating of circular ferromagnetic plates | |
| JP3737054B2 (en) | Magnetic flux irradiation device | |
| CN103219141A (en) | Alternating current inductor with controllable inductance value | |
| Wu et al. | An induction heating device using planar coil with high amplitude alternating magnetic fields for magnetic hyperthermia | |
| Martin | A resonant biaxial Helmholtz coil employing a fractal capacitor bank | |
| PL244907B1 (en) | Two-phase device for generating a high-frequency rotating magnetic field with a closed magnetic circuit and ferrite transformers | |
| Cai et al. | A high misalignment tolerance IPT system for unmanned aerial vehicles based on multiwinding combined coupling | |
| JPWO2005104622A1 (en) | Coil device and magnetic field generator | |
| Sebastian et al. | Analysis and control of heating of magnetic nanoparticles by adding a static magnetic field to an alternating magnetic field | |
| Zhang et al. | Theoretical analysis of the electrical and magnetic field distributions in a toroidal core with circular cross section | |
| PL230206B1 (en) | Device for generation of high frequency rotating magnetic field | |
| Nomura et al. | Design study on high-frequency magnets for magnetic hyperthermia applications | |
| PL237437B1 (en) | Device for generating a rotating magnetic field | |
| PL241950B1 (en) | A device for generating a rotating high-frequency magnetic field with electric filters in a 2-phase system | |
| PL246946B1 (en) | A device for generating a high-frequency rotating magnetic field with two pairs of coils wound in opposition on a closed ferrite core. | |
| ES2378160T3 (en) | Core for a controllable inductor device | |
| PL241951B1 (en) | A device for generating a rotating high-frequency magnetic field with electric filters in a 3-phase system | |
| PL246814B1 (en) | A device generating a rotating magnetic field in a 3-phase system with Gramme coils on a ferrite torus | |
| JPH01502954A (en) | Method and device for converting energy from the environment into electrical energy | |
| US10365336B2 (en) | Continuously digitally adjustable phase actuator |