CC BY
31
УДК 621.313.84:61 ББК 31.264.36 Л 53
Кашин Яков Михайлович
Кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой электротехники и электрических машин Кубанского государственного технологического университета, профессор кафедры авиационного и радиоэлектронного оборудования Краснодарского высшего военного авиационного училища летчиков им. А.К. Серова, Краснодар, e-mail: jlms@mail.ru Копелевич Лев Ефимович
Доцент, кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники и электрических машин Кубанского государственного технологического университета, Краснодар, e-mail: kkllev@mail.ru Самородов Александр Валерьевич
Кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники и электрических машин Кубанского государственного технологического университета, доцент кафедры физики и электротехники Краснодарского высшего военного авиационного училища летчиков им. А.К. Серова, Краснодар, e-mail: alex.samorodoff@gmail.com Шкода Валентин Васильевич
Доцент, кандидат педагогических наук, доцент кафедры физики и электротехники Краснодарского высшего военного авиационного училища летчиков им. А.К. Серова, Краснодар, e-mail: vshkoda@mail.ru
Сидоренко Вера Степановна
Кандидат педагогических наук, профессор, преподаватель кафедры физики и электротехники Краснодарского высшего военного авиационного училища летчиков им. А.К. Серова, Краснодар, e-mail: vera_sidorenko_47@mail.ru
Лечебно-реабилитационный комплекс на основе аксиального электромеханического преобразователя энергии
(Рецензирована)
Аннотация. Рассматриваются устройства для воздействия на организм человека вращающимся магнитным полем: существующие конструкции и предлагаемая конструкция магнитотурботрона аксиального типа.
Ключевые слова: электрическая машина, вращающееся магнитное поле, магнитотурботрон, пациент, воздействие на организм.
Kashin Yakov Mikhaylovich
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Electrical Engineering and Electrical Machines, Kuban State University of Technology, Professor of the Department of Aviation and Radioelectronic Equipment, Krasnodar Air Force Institute for Pilots named after A.K. Serov, Krasnodar, e-mail: jlms@mail.ru Kopelevich Lev Efimovich
Associate Professor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Electrical Engineering and Electrical Machines, Kuban State University of Technology, Krasnodar, e-mail: kkllev@mail.ru
Samorodov Aleksandr Valeryevich
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Electrical Engineering and Electrical Machines, Kuban State University of Technology, Associate Professor of the Department of Physics and Electrical Engineering, Krasnodar Air Force Institute for Pilots named after A.K. Serov, Krasnodar, e-mail: alex.samorodoff@gmail.com Shkoda Valentin Vasilyevich
Associate Professor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Physics and Electrical Engineering, Krasnodar Air Force Institute for Pilots named after A.K. Serov, Krasnodar, email: vshkoda@mail.ru
Sidorenko Vera Stepanovna
Candidate of Pedagogical Sciences, Professor, Lecturer of the Department of Physics and Electrical Engineering, Krasnodar Air Force Institute for Pilots named after A.K. Serov, Krasnodar, e-mail: ve-ra_sidorenko_4 7@m ail.ru
Treatment and rehabilitation complex based on axial electromechanical power converter
Abstract. The paper examines the device to affect the human body with rotating magnetic field: the existing constructions and the proposed design of magnetic turbotron of axial type.
Keywords: an electric machine, a rotating magnetic field, a magnetic turbotron, a patient, an effect on the body.
В настоящее время в мировой практике широко используются методы применения магнитного поля для лечения тех или иных заболеваний. В некоторых случаях - для оказания определенного воздействия на организм человека факторов магнитного поля [1, 2].
Недостаточная эффективность современных способов и средств медицины, используемых для лечения некоторых заболеваний, а также специальных разделов медицины определяет поиск новых нетрадиционных методов воздействия на человеческий организм. При этом основной тенденцией, ведущей к поиску новых направлений, является повышение эффекта применения магнитного поля при одновременном снижении, а в идеале - отсутствии побочного эффекта.
Одним из путей реализации указанной тенденции является использование низкочастотных магнитных полей, воздействующих на весь организм человека, напряженность которых плавно изменяется от нуля до максимума и обратно по определенному закону [1, 2].
Вместе с тем ни один из всех известных в специальной медицинской практике физических факторов не вызвал до настоящего времени столько споров, восторгов и неприятия, как магнитное поле (МП). Последнее обусловлено особенностями взаимодействия его с биологическими системами, а именно: прозрачность любых биологических объектов для МП, не-ощущаемость человеком и др. Применяемая во многих странах мира практика общей магни-тотерапии, основанная на воздействии низкочастотным, порядка 100 Гц, магнитным полем на весь организм человека, показала хорошие результаты.
Однако общепринятая практика и методика воздействия МП на весь организм человека как для лечебных, так и для действий противоположного направления, не позволяет осуществить направленное воздействие на определенный орган человеческого организма или группы людей.
В настоящее время в России и в мире известны аппараты, оказывающие электромагнитное воздействие на организм находящегося в определенном (горизонтальном) положении человека (магнитотурботроны - МТТ). Данный вид аппаратов характеризуется воздействием на организм человека вращающимся магнитным полем (ВМП) с неизменными, то есть постоянными параметрами. При сравнительной простоте конструкции данные аппараты зарекомендовали себя с хорошей стороны как профилактическое и лечебное средство некоторых заболеваний.
Тем не менее, если учесть, что каждый человек - это индивидуум, принадлежащий к определенной возрастной, расовой и этнической группе, то становятся очевидными следующие недостатки указанных аппаратов:
- невозможность индивидуального подхода к человеку в зависимости от его особенностей и состояния в определенные временные интервалы;
- невозможность оказывать локальное влияние на строго определенные органы человека;
- невозможность оказывать влияние ВМП на группу людей, объединенных по определенным признакам (пол, возраст, раса, этнос и т.д.).
Таким образом, на повестке дня стоит вопрос по разработке такого аппарата, который позволит оказывать определенное воздействие на человека (группу людей), находящегося в любом положении, с учетом его индивидуальных особенностей.
В основном установки для воздействия МП на организм человека представляют собой несколько электромагнитов, закрепляемых на теле человека. Они имеют ряд недостатков. Основные из них - это неудобство использования и неравномерность создаваемого МП.
На кафедре электротехники и электрических машин Кубанского государственного технологического университета предложены и исследованы ряд установок МТТ, которые имеют, на наш взгляд, определенные преимущества перед существующими установками для воздействия магнитного поля на организм человека [3-10].
Магнитотурботрон относится к медицинской технике и используется преимущест-
венно в онкологии при лечении злокачественных новообразований, а также других заболеваний неонкологического профиля путем воздействия на организм больного вращающимся магнитным полем.
Магнитотерапевтическая установка (рис. 1) содержит трехфазный преобразователь частоты, цилиндрический индуктор с трехфазной обмоткой, охватывающей рабочую камеру, в которой размещена каретка для пациента, установленная неподвижно в расточке цилиндрического индуктора. Каретка выполнена в виде поверхности для горизонтального размещения пациента.
Рис. 1. Схема МТТ с цилиндрическим индуктором.
1 - индуктор; 2 - пазы индуктора; 3 - неферромагнитная подвижная в строго аксиальном положении каретка; 4 - трехфазная обмотка; 5 - пациент
С позиций электромеханики индуктор МТТ представляет собой статор асинхронной машины и специфичный немагнитный невращающийся (заторможенный относительно поля индуктора) ротор, в качестве которого предполагаются пациенты. Это означает, что индуктор МТТ совместно с пациентами выступают в роли заторможенной (неподвижной) активно-индуктивно-емкостной системы. Причем активно-индуктивную составляющую этой системы представляет собой индуктор (статор), а активно-емкостную - пациенты.
МТТ работает следующим образом: на обмотку 4 индуктора 1 подается переменное трехфазное напряжение, величина и частота которого зависят от требуемой скорости движения и интенсивности магнитного поля. Возникающее вращающееся магнитное поле, проходя через тела пациентов 5, оказывает лечебное воздействие на все органы и системы пациентов.
Данная конструкция МТТ при достаточной простоте изготовления обладает одним существенным недостатком - небольшой пропускной способностью, так как воздействовать ВМП возможно только на одного пациента.
Для увеличения пропускной способности была предложена конструкция магнитотурбо-трона аксиального типа.
Устройство позволяет одновременно воздействовать на большое количество пациентов. Это достигается тем, что ферромагнитный магнитопровод индуктора выполнен в виде статора аксиального (торцевого) асинхронного двигателя с радиально расположенными пазами для трехфазной обмотки, на котором в радиальном направлении располагается несколько, например шесть, десять, двенадцать и т. д., пациентов, над которым расположен щит, выполненный в виде эластичного одеяла из ферромагнитного порошка и позволяющего повторять контуры тела человека, что сводит воздушные зазоры до минимума и тем самым значительно улучшает энергетические показатели (КПД, соб^) и повышает производительность установки в целом.
На рисунке 2 приведена конструкция разработанной магнитотерапевтической установки (вид сверху). На рисунке 3 показан разрез аксиального магнитопровода магнитотерапев-
тической установки (вид А-А) [3, 5-7].
Магнитотерапевтическая установка (рис. 2) состоит из аксиального магнитопровода индуктора 1 с радиально расположенными пазами 2, в которые укладывается трехфазная обмотка 3, как в известном аксиальном трехфазном двигателе переменного тока, которая покрыта компаундом 4. Для удобства размещения пациентов предусмотрена подстилка 5 (рис. 2), например поролоновый матрац. Пациенты 6 располагаются на этом матраце непосредственно над магнитопроводом в радиальном направлении, причем ногами к центру, а головой к периферии. Для увеличения воздействия магнитного поля на все системы и органы пациентов, а также обеспечения сквозного прохождения магнитного потока через их тела сверху устанавливается щит 7 (ярмо), выполненный в виде эластичного одеяла из ферромагнитного порошка и позволяющего повторять контуры тела пациента. Для удобства размещения пациентов ярмо выполняется подъемным с возможностью регулирования расстояния между ним и магнитопроводом с помощью устройства 8 (рис. 2 и 3).
A
Бн
___—г
и Бвл
Бв
Бн
A
Рис. 2. Магнитотурботрон аксиальной конструкции (вид сверху)
A-A
6 х5 7
Г#1 F 1 ^
J I L IMII
6
4
1
Рис. 3. Магнитотурботрон аксиальной конструкции (в разрезе)
Магнитотерапевтическая установка работает следующим образом: на зажимы обмотки 3 индуктора 1 подается переменное трехфазное напряжение, величина которого, а также частота зависят от требуемой скорости движения и интенсивности магнитного поля. Возникающее вращающееся (бегущее) магнитное поле проходит через тела пациентов 6 и, замыкаясь с помощью ярма 7, оказывает лечебное воздействие на все органы и системы пациентов.
Данная конструкция магнитотерапевтической установки при достаточной простоте изготовления обладает приемлемой производительностью. Кроме того, новая конструкция ярма обеспечивает сведение до минимума потоков рассеяния, что значительно улучшает энергетические показатели установки в целом. Магнитопровод установки, используемый в качестве ложа пациентов, создает магнитное поле, оказывающее лечебное воздействие на все органы и системы человека.
Примечания:
1. Бахмутский Н.Г., Бодня В.Н. Влияние вихревого магнитного поля на периферические лимфатические узлы в эксперименте // Медицинская физика. 2011. № 4 (52). С. 50-57.
2. Сфероидообразование, пролиферативная активность, апоптоз клеток рака легкого при воздействии вихревого магнитного поля in vitro / В. А. Пор-ханов, Н.Г. Бахмутский, В.Н. Бодня, И.С. Поляков // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2012. № 1. С. 126-130.
3. Гайтова Т.Б., Кашин Я.М. Нетрадиционные электротехнические комплексы (теория, расчет, конструкции): монография. Краснодар: КВАИ, 2004. 402 с.
4. Конструкция и особенности математического моделирования аксиального индуктора магнитотур-ботрона / Б.Х. Гайтов, А.В. Самородов, Л.Е. Копе-левич, Я.М. Кашин // Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник): науч. мультидисцип-лин. журнал. 2013. № 1-2. С. 66-69.
5. Ермак А.А., Самородов А.В., Копелевич М.Л. Магнитотурботрон аксиальной конструкции // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8-2. С. 194-195.
6. Магнитотерапевтическая установка / Б. Х. Гайтов, С.Д. Синицкий, Т.Б. Гайтова, А.В. Самородов, Б. Т. Эльмутаз. Патент на изобретение RUS 2153368, 31.03.1999.
7. The device for influence of rotating magnetic field on the human organism / B.Kh. Gaitov, A.V. Samorodov, Ya.M. Kashin, L.E. Kopelevich // GLOBAL SCIENCE AND INNOVATION: materials of the V International Scientific Conference. Accent Graphics communications, Strategic Studies Institute, Article writers. 2015. P. 344-347.
8. Гайтова Т.Б., Кашин Я.М., Эльмутаз Б.Т. Разработка конструкции и математическая модель аксиального индуктора магнитотурботрона // Энергоснабжение и водоподготовка. Научно-технический журнал. 2008. № 2 (52). С. 74-77.
9. Гайтов Б.Х., Кашин Я.М., Копелевич Л.Е. Устройство и математическая модель аксиального магни-тотурботрона для лечения онкозаболеваний // Наука. Техника. Технологии (политехнический вестник): науч. мультидисциплин. журнал. 2014. № 1. С. 95-102.
10. Конструкция индуктора магнитотурботрона / Б. Х. Гайтов, А.В. Самородов, Я.М. Кашин, Л.Е. Копе-левич, А. В. Тонконогов // Технические и технологические системы ТТС-15: сб. материалов VII междунар. научн. конф. 2015. С. 135-136.
References:
1. Bakhmutsky N.G., Bodnya V.N. Influence of the vortex magnetic field on the peripheral lymph nodes in the experiment // Medical Physics. 2011. No. 4 (52). P. 50-57.
2. Spheroid formation, proliferative activity, apoptosis of lung cancer cells when exposed to a vortex magnetic field in vitro / V.A. Porkhanov, N.G. Bakhmutsky, V.N. Bodnya, I.S. Polyakov // News of Higher Educational Institutions. North-Caucasian Region. Natural Sciences. 2012. No. 1. P. 126-130.
3. Gaytova T.B., Kashin Ya.M. Innovative electrical systems (theory, calculation and construction): monograph. Krasnodar: RVAI Publishing House, 2004. 402 рp.
4. Construction and features of mathematical modeling of the axial magnetoturbotron inductor / B.Kh. Gay-tov, A.V. Samorodov, L.E. Kopelevich, Ya.M. Kashin // Science. Equipment. Technologies (Polytechnical Bulletin): Scientific Multidisciplinary Journal. 2013. No. 1-2. P. 66-69.
5. Ermak A.A., Samorodov A.V., Kopelevich M.L. Magnetoturbotron of an axial construction // Modern High Technology. 2013. No. 8-2. P. 194-195.
6. Magnetotherapeutic device / B.Kh. Gaytov, S.D. Si-nitsky, T.B. Gaytova, A.V. Samorodov, B.T. Elmutaz. Patent for invention RUS 2153368, 31.03.199.
7. The device for influence of rotating magnetic field on the human organism / B.Kh. Gaitov, A.V. Samorodov, Ya.M. Kashin, L.E. Kopelevich // GLOBAL SCIENCE AND INNOVATION: materials of the V International Scientific Conference. Accent Graphics communications, Strategic Studies Institute, Article writers. 2015. P. 344-347.
8. Gaytova T.B., Kashin Ya.M., Elmutaz B.T. Design and mathematical model of democratic magnetotur-botron axial inductor // Energy and Water Treatment. Scientific and Technical Journal. 2008, No. 2 (52). Р. 74-77
9. Gaytov B.Kh., Kashin Ya.M., Kopelevitch L.E. Device and mathematical model of axial magnetotur-botron for treatment of oncological diseases // Multid-isciplinary Scientific Journal. Science. Technique. Technology (Polytechnical Bulletin). 2014. No. 1. Р. 95-102.
10. Design of magnetoturbotron inductor / B.Kh. Gaytov, A.V. Samorodov, Ya.M. Kashin, L.E. Kopelevitch, A.V. Tonkonogov // TTC-15 technical and technological systems: proceedings of the VII international scient. conf. 2015. Р. 135-136.
