СИСТЕМА МОЛОКООТСОСА
BREAST PUMP SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системе молокоотсоса.
Уровень техники изобретения
Система молокоотсоса содержит молокоотсос, действующий в качестве выжимающего блока, и операционный блок, чтобы управлять молокоотсосом. Выжимающий блок имеет раструб, который принимает грудь, и емкость, в которой собирается выжатое молоко. Операционный блок содержит вакуумный насос, приводимый в действие мотором. При использовании вакуумный насос применяет вакуум к груди, что предоставляет возможность выжимания молока. Вакуум применяется к груди либо непосредственно, либо через мембрану, расположенную в выжимающем блоке, которая деформируется, и, таким образом, вызывает формирование вакуума в раструбе.
Известна система молокоотсоса, в которой к груди применяется вакуум с циклическим перепадом давления. Это достигается посредством вакуумного насоса, формирующего вакуум, воздействующего на грудь. После этого давление из вакуума отпускается посредством использования соленоидного клапана, который временно открывается. После того, как вакуум был снят, соленоидный клапан закрывается, так что вакуумный насос может снова создавать вакуум. Открытие и закрытие соленоидного клапана повторяется так, что система молокоотсоса использует циклический профиль давления для того, чтобы выжимать молоко из груди.
Соленоидный клапан системы молокоотсоса сконфигурирован так, чтобы закрываться, когда вакуум применяется к груди. Однако, если соленоидному клапану не удается открыться так, чтобы снимать вакуум, нагнетание вакуумного насоса будет продолжаться, чтобы наращивать вакуумметрическое давление до максимального вакууметрического давления, допустимого системой молокоотсоса. Это максимальное вакууметрическое давление обычно ограничивается посредством клапана избыточного вакуума.
DE 3820211 A1 раскрывает способ и устройство для ограничения уменьшенного давления аспиратора, работающего в фазе аспирации и фазе вентиляции.
US 5795328 A раскрывает вакуумную систему и способ работы вакуумной системы. Система содержит вакуумный трубопровод, насос, мотор насоса, модуль регулирования давления, датчик давления и средство управления. Насос соединяется с вакуумным трубопроводом для вытягивания жидкостей из него, а мотор соединяется с насосом, чтобы приводить в действие насос. Модуль регулирования давления соединяется с вакуумным трубопроводом для проведения жидкости в этот трубопровод с регулируемой скоростью. Датчик давления соединяется с вакуумным трубопроводом, чтобы формировать сигнал давления, представляющий давление в вакуумном трубопроводе. Средство управления принимает сигнал давления и формирует сигнал управления системой, который используется, чтобы регулировать давление в вакуумном трубопроводе.
Сущность изобретения
Целью изобретения является предоставление системы молокоотсоса, которая практически смягчает или преодолевает проблемы, упомянутые выше.
Согласно настоящему изобретению предоставляется система молокоотсоса, содержащая соленоидный клапан, источник питания, выполненный с возможностью подавать электрическую энергию соленоидному клапану так, чтобы предоставлять возможность соленоидному клапану перемещаться между первым и вторым положением, и контроллер, сконфигурированный, чтобы обнаруживать изменение в индуктивности соленоидного клапана, которое указывает перемещение соленоидного клапана из первого во второе положение, и резистор, который соединяется последовательно с соленоидным клапаном и источником питания, при этом контроллер выполнен с возможностью обнаруживать напряжение на резисторе, когда резистор соединяется с опорным напряжением или заземлением, или обнаруживать напряжение в узле между соленоидным клапаном и резистором, когда резистор соединяется с заземлением.
Это обеспечивает преимущество в том, что местоположение соленоида может быть определено. Например, изменение в индуктивности может указывать, что соленоидный клапан находится в открытом положении с тем, чтобы высвобождать вакуум. Таким образом, обнаружение изменения в индуктивности может быть использовано в качестве входных данных для мер безопасности для систем молокоотсоса.
Дополнительно, это обеспечивает преимущество в том, что может быть обнаружено отклонение от нормального профиля тока.
В одном варианте осуществления контроллер может быть сконфигурирован, чтобы обнаруживать изменение в индуктивности посредством обнаружения отклонения от нормального профиля тока, протекающего через соленоидный клапан.
Преимуществом этой конфигурации является то, что изменение в индуктивности может быть легко обнаружено.
Предпочтительно, соленоидный клапан может содержать первую и вторую клемму, первая клемма соединяется с источником питания, а вторая клемма соединяется с резистором.
Система молокоотсоса может дополнительно содержать усилитель, соединенный с резистором, при этом усилитель выполнен с возможностью усиливать напряжение, обнаруженное на резисторе.
Это обеспечивает преимущество в том, что резистор, соединенный с соленоидным клапаном, может быть очень низкоомным резистором, чтобы обеспечивать лишь небольшое обнаруживаемое напряжение. Небольшое обнаруживаемое напряжение может тогда быть усилено с помощью усилителя.
В некоторых вариантах осуществления система молокоотсоса может содержать контроллер широтно-импульсной модуляции, выполненный с возможностью переключать ток через соленоидный клапан согласно схеме управления широтно-импульсной модуляции, и усилитель конфигурируется, чтобы дополнительно действовать как низкочастотный фильтр.
Это обеспечивает преимущество в том, что контроллер широтно-импульсной модуляции управляет напряжением на соленоидном клапане, а низкочастотный фильтр предоставляет возможность сквозного прохождения низких частот, но отфильтровывает высокие частоты, сформированные контроллером широтно-импульсной модуляции, с тем, чтобы формировать более стабильное напряжение и устранять шум.
Предпочтительно, контроллер может содержать аналого-цифровой преобразователь, чтобы измерять напряжение, обнаруженное на резисторе.
Это обеспечивает преимущество в том, что обнаруженное напряжение может быть измерено и, таким образом, сравнено с другими показаниями напряжения. Таким образом, измерение изменения в индуктивности может быть использовано в качестве входных данных для мер безопасности для систем молокоотсоса.
В альтернативном варианте осуществления электрическая энергия, подаваемая к соленоидному клапану, может быть уменьшена, когда было обнаружено изменение в индуктивности.
Это обеспечивает преимущество в том, что, когда изменение в индуктивности указывает перемещение соленоидного клапана из первого во второе положение с тем, чтобы открывать воздушный проход для того, чтобы уменьшать вакуум в выжимающем блоке, меньше энергии требуется, чтобы задействовать систему молокоотсоса. Она также является более энергоэффективной.
Предпочтительно, система молокоотсоса может дополнительно содержать вакуумный насос, сконфигурированный, чтобы управляться посредством контроллера, при этом контроллер выполнен с возможностью выключать вакуумный насос, когда контроллер не обнаруживает изменение в индуктивности соленоидного клапана.
Это обеспечивает преимущество в том, что вариант осуществления, в котором изменение в индуктивности указывает на перемещение соленоидного клапана из первого во второе положение с тем, чтобы открывать воздушный проход, контроллер может быть сконфигурирован, чтобы выключать вакуумный насос, когда контроллер не обнаруживает изменение в индуктивности соленоидного клапана, так что вакуум, сформированный посредством вакуумного насоса, не будет продолжать увеличиваться. Эта конфигурация, таким образом, останавливает вакуумный насос от нарастания вакуума в противоположность системам молокоотсоса, которые используют клапан избыточного вакуума, чтобы предотвращать нарастание вакуума за границу безопасности. Системы молокоотсоса, использующие клапан избыточного вакуума, продолжают наращивать вакуум, пока не будет достигнута граница безопасности системы. Граница безопасности обычно является уровнем вакуума, не комфортным для пользователя.
Контроллер может сравнивать напряжение, обнаруженное в узле, с предварительно определенным значением, и если напряжение ниже упомянутого предварительно определенного значения, контроллер может определять, что соленоидный клапан открыт.
В другом варианте осуществления контроллер может обнаруживать напряжение в узле в предварительно определенном временном окне и может сравнивать обнаруженное напряжение с предварительно определенным значением, и если напряжение ниже упомянутого предварительно определенного значения, контроллер может определять, что соленоидный клапан открыт.
В еще одном варианте осуществления соленоидный клапан может содержать корпус, имеющий множество отверстий и шток, расположенный в корпусе, шток является подвижным в корпусе, когда соленоидный клапан перемещается между своим первым и вторым положениями в ответ на подачу источником питания электрической энергии к соленоидному клапану, так что шток перенаправляет воздушный поток в одно или более отверстий.
Предпочтительно, соленоидный клапан может быть четырехпортовым двухпозиционным клапаном.
Это обеспечивает преимущество в том, что в выжимающем блоке может быть использована сильно деформируемая мембрана. Кроме того, используемый вакуумный насос может быть меньше, так что общий размер системы молокоотсоса уменьшается, и вакуумный насос использует меньше энергии. Кроме того, вакуумный насос может быть сконфигурирован, чтобы работать непрерывно для выжимания молока.
В другом варианте осуществления система молокоотсоса может дополнительно содержать выжимающий блок и вакуумный насос, при этом первое положение соленоидного клапана предоставляет возможность вакуумному насосу уменьшать давление в выжимающем блоке, а второе положение соленоидного клапана предоставляет возможность вакуумному насосу увеличивать давление в выжимающем блоке.
Предпочтительно, соленоидный клапан может быть первым соленоидным клапаном, и система молокоотсоса может содержать второй соленоидный клапан, имеющий корпус, сформированный с множеством отверстий и штоком, расположенным в корпусе, шток является подвижным в корпусе, когда второй соленоидный клапан перемещается между первым и вторым положениями, так что шток перенаправляет воздушный поток в одно или более отверстий.
Предпочтительно, каждый из первого и второго соленоидных клапанов может быть трехпортовым двухпозиционным клапаном.
Это обеспечивает преимущество в том, что в выжимающем блоке может быть использована сильно деформируемая мембрана. Кроме того, используемый вакуумный насос может быть меньше, так что общий размер системы молокоотсоса уменьшается, и вакуумный насос использует меньше энергии. Кроме того, вакуумный насос может быть сконфигурирован, чтобы работать непрерывно для выжимания молока.
Система молокоотсоса может дополнительно содержать выжимающий блок и вакуумный насос, при этом первый и второй соленоидные клапаны находятся в своем первом положении, вакуумному насосу предоставляется возможность уменьшать давление в выжимающем блоке, а когда первый и второй соленоидные клапаны находятся в своем втором положении, вакуумному насосу предоставляется возможность повышать давление в выжимающем блоке.
Согласно другому аспекту изобретения предоставляется система молокоотсоса, содержащая источник питания и соленоидный клапан с корпусом, имеющим множество отверстий и шток, подвижно расположенный в корпусе, соленоидный клапан конфигурируется, чтобы перемещаться между первым и вторым положениями в ответ на подачу источником питания электрической энергии соленоидному клапану, и шток конфигурируется, чтобы перемещаться в ответ на перемещение соленоидного клапана, так что шток перенаправляет воздушный поток в одно или более отверстий.
Система молокоотсоса может содержать выжимающий блок и операционный блок.
В одном варианте осуществления система молокоотсоса дополнительно содержит любой из признаков, заявленных в пп. 11-15.
Эти и другие аспекты изобретения должны становиться очевидными и должны истолковываться со ссылкой на описанные далее варианты осуществления.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения будут сейчас описаны, только в качестве примера, со ссылкой на сопутствующие чертежи, на которых:
Фиг. 1 показывает схематичную иллюстрацию системы молокоотсоса согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 показывает соленоидный клапан молокоотсоса, показанного на фиг. 1;
Фиг. 3 показывает схематичную иллюстрацию соленоидного клапана согласно другому варианту осуществления;
Фиг. 4 показывает схематичную иллюстрацию соленоида, показанного на фиг. 3;
Фиг. 5 показывает схематичный график нормального профиля тока, когда ток увеличивается, при этом y-ось представляет ток, а x-ось представляет время, а пунктирные линии представляют изменения в нормальном профиле тока;
Фиг. 6 показывает схематичный график нормального профиля тока, когда ток уменьшается, при этом y-ось представляет ток, а x-ось представляет время, а пунктирные линии представляют изменения в нормальном профиле тока;
Фиг. 7 показывает схематичный график уровня тока (y-ось), протекающего через соленоидный клапан со временем (x-ось);
Фиг. 8 показывает схематичную принципиальную схему согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 9 показывает 4/2-соленоидный клапан в первом положении;
Фиг. 10 показывает 4/2-соленоидный клапан на фиг.9 во втором положении;
Фиг. 11 показывает схематичную иллюстрацию системы молокоотсоса, содержащую 4/2-соленоидный клапан, при этом 4/2-соленоидный клапан находится в своем первом положении, как иллюстрировано на фиг. 9;
Фиг. 12 показывает схематичную иллюстрацию системы молокоотсоса, содержащую 4/2-соленоидный клапан, при этом 4/2-соленоидный клапан находится в своем втором положении, как иллюстрировано на фиг. 10;
Фиг. 13 показывает первый и второй 3/2-соленоидные клапаны в их первом положении;
Фиг. 14 показывает первый и второй 3/2-соленоидные клапаны на фиг. 13 в их втором положении;
Фиг. 15 показывает схематичную иллюстрацию системы молокоотсоса, содержащей два 3/2-соленоидных клапана, при этом 3/2-соленоидные клапаны находятся в своем первом положении, как иллюстрировано на фиг. 13; и
Фиг. 16 показывает схематичную иллюстрацию системы молокоотсоса, содержащей два 3/2-соленоидных клапана, при этом 3/2-соленоидные клапаны находятся в своем втором положении, как иллюстрировано на фиг. 14.
Подробное описание вариантов осуществления
Обращаясь теперь к чертежам, система молокоотсоса согласно варианту осуществления показана на фиг. 1. Система 1 молокоотсоса содержит выжимающий блок 2 и операционный блок 3, которые соединяются через трубку 4. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается такой конфигурацией. В альтернативном варианте осуществления операционный блок 3 непосредственно устанавливается и соединяется с основной частью 7.
Выжимающий блок 2 формируется с основной частью 7, раструбом 5 для приема груди пользователя и емкостью 6 для сбора выжатого молока. Раструб 5 и емкость 6 соединяются с основной частью 7. Основная часть содержит вакуумную камеру (не показана). Гибкая мембрана или диафрагма (не показана) размещается в вакуумной камере. Мембрана предотвращает протекание выжатого молока в трубку 4, ведущую к операционному блоку 3, или в случае, когда операционный блок 3 непосредственно устанавливается и соединяется с основной частью 7, мембрана предотвращает протекание выжатого молока непосредственно в операционный блок 3.
Операционный блок 3 содержит контроллер 24, источник 14 питания, мотор (не показан) и вакуумный насос 27. Контроллер управляет работой источника 24 питания, мотора и вакуумного насоса 27. Операционный блок 3 дополнительно содержит соленоидный клапан 8, 29. Варианты осуществления соленоидного клапана показаны на фиг. 2, 3 и 4.
При использовании вакуумный насос 27 применяет вакуум к мембране, расположенной в соединительном элементе 7, так что она деформируется. Гибкая мембрана деформируется, чтобы создавать вакуум в раструбе 5, который, в свою очередь, применяет вакуум к груди, что предоставляет возможность выжимать молоко. В одном варианте осуществления мембрана выворачивается, когда мембрана деформируется. Однако в альтернативном варианте осуществления мембрана не выворачивается.
Хотя система 1 молокоотсоса описывается как содержащая мембрану, так что вакуум применяется опосредованно к груди, следует понимать, что в альтернативном варианте осуществления вакуум применяется непосредственно к груди пользователя. В этом варианте осуществления система молокоотсоса не содержит мембрану, и вакуум, сформированный посредством вакуумного насоса, применяется непосредственно к груди.
Вакуум применяется к груди с интервалами. Т.е. перепад давления применяется на циклической основе. После того, как вакуум был установлен, давление из вакуума высвобождается посредством использования соленоидного клапана 8, который временно открывается. Соленоидный клапан 8, 29 является электромеханически управляемым клапаном, сконфигурированным, чтобы открывать и закрывать воздушный канал 9, который соединяет вакуумную сторону вакуумного насоса с окружающим воздухом, так что когда соленоидный клапан 8, 29 находится в первом положении, т.е. закрыт, вакуумный насос формирует вакуум в выжимающем блоке, который предоставляет возможность выжимания молока из груди пользователя. Когда соленоидный клапан 8, 29 находится во втором положении, т.е. открыт, вакуум, сформированный посредством вакуумного насоса 27, высвобождается, когда окружающий воздух протекает по направлению к вакууму или отрицательному давлению, сформированному посредством вакуумного насоса, так что давление, оказываемое на грудь пользователя, частично или полностью уменьшается.
Вариант осуществления соленоидного клапана 8 будет сейчас описан подробно со ссылкой на фиг. 2. Соленоидный клапан 8 содержит магнитный элемент, например, в форме штока 11. Магнитный элемент, или шток, формируется из магнитного материала, имеющего северный и южный полюс. Соленоидный клапан 8 дополнительно содержит металлическую катушку 20, расположенную вокруг штока 11. Соленоидный клапан 8 управляется посредством электрического тока, протекающего через катушку 20. Когда электрический ток проходит через катушку 20 в первом направлении, испускается электромагнитное поле, имеющее временные северный и южный полюса. Северный полюс магнитного штока 11 притягивается к южному полюсу электромагнитного поля, испускаемого от катушки 20, а южный полюс магнитного штока 11 притягивается к северному полюсу электромагнитного поля, испускаемого от катушки 20. Таким образом, вследствие притягивания магнитного штока 11 и электромагнитного поля, испускаемого от катушки 20, магнитный шток движется относительно упомянутой катушки 20. В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, соленоидный клапан 8 дополнительно содержит пружину 13, расположенную вокруг штока 11, которая поджимает шток 11 по направлению к первому положению, которое находится напротив воздушного канала 9, соединяющего вакуумную сторону с окружающим воздухом, так что воздушный канал 9 закрывается. Таким образом, пневматическое уплотнение формируется между штоком 11 и воздушным каналом 9, и предотвращается протекание воздуха через воздушный канал 9. Кроме того, когда воздушный канал 9 закрывается, вакуумный насос формирует вакуум в раструбе 5 выжимающего блока, так что давление оказывается на грудь, тем самым, предоставляя возможность выжимания молока. Когда контроллер задействует источник питания, так что ток проходит через катушку 20 соленоидного клапана 8, шток движется через катушку 20 и от воздушного канала 9 по направлению ко второму положению, так что воздушный канал 9 открывается. Когда воздушный канал 9 открыт, воздух протекает из окружающего воздуха через воздушный канал 9, чтобы балансировать отрицательное давление или вакуум, сформированный посредством вакуумного насоса в раструбе 5 выжимающего блока 2.
Альтернативный вариант осуществления соленоидного клапана схематично иллюстрируется на фиг. 3 и 4. Хотя не показано на фиг. 3 и 4, выжимающий блок 2 соединяется с воздуховодом 28b в операционном блоке 3, а вакуумный насос 27 соединяется с другой стороной воздуховода 28b. Воздушный канал 28a ответвляется от воздуховода 28b, соединяющего выжимающий блок 2 и вакуумный насос 27. Соленоидный клапан 29 размещается на открытом конце 28c воздушного канала 28a, который соединяется с окружающим воздухом. Соленоидный клапан 29 содержит магнитный элемент, который является полым штоком 25b, сформированным из магнитного материала. Соленоидный клапан 29 дополнительно содержит металлическую катушку 25a, расположенную вокруг штока 25b. Соленоидный клапан 29 приводится в действие и функционирует аналогично соленоидному клапану 8, описанному со ссылкой на фиг. 2, и, таким образом, подробное описание будет опущено. Однако в варианте осуществления, показанном на фиг. 3 и 4, полый шток 25b может содержать элемент (не показан), однако это необязательно. Когда полый шток 25b содержит элемент, элемент может быть неподвижно присоединен к полому штоку 25b. Элемент целиком формируется или присоединяется к гибкой мембране 26. На фиг. 3 и 4 мембрана 26 иллюстрируется как расположенная напротив открытого конца 28c воздушного канала 28a, однако следует понимать, что мембрана 26 может протягиваться через и присоединяться к любой части операционного блока 3 с тем, чтобы делить операционный блок на различные герметичные секции.
Шток 25b смещается по направлению к открытому концу 28c воздушного канала 28a посредством мембраны 26, поджимающей шток 25b по направлению к концу 28c воздушного канала 28a. Таким образом, мембрана 26 действует как пружина. Когда шток 25b смещается относительно конца 28c воздушного канала 28, он находится в своем первом положении. Во время первого положения мембрана 26 зацепляет воздушный канал 28 так, что она формирует пневматическое уплотнение и предотвращает протекание воздуха через конец 28c канала 28a.
Работа соленоидного клапана 29 будет сейчас описана со ссылкой на схематичные чертежи на фиг. 3 и 4. Фиг. 3 иллюстрирует шток 25b в его первом положении. Когда шток 25b находится в своем первом положении, и вакуумный насос 27 нагнетает воздух в направлении от выжимающего блока 2, вакуум формируется в выжимающем блоке 2, поскольку нет другого впускного или выпускного воздушного отверстия. Чтобы высвобождать вакуум в выжимающем блоке 2, контроллер приводит в действие соленоидный клапан 29, так что формируется электромагнитное поле, которое имеет достаточную силу, чтобы поджимать шток 25b относительно усилия мембраны 26 и вакуума, сформированного в выжимающем блоке 2, по направлению к его второму положению, как видно на фиг. 4. Когда шток 25b находится в своем втором положении, конец 28c канала 28a открывается, так что воздух из окружающего воздуха протекает через канал 28a по направлению к вакууму или отрицательному давлению в выжимном блоке 2, так что вакуум частично или полностью уменьшается.
Следует понимать, что соленоидный клапан 29 не ограничивается конфигурацией, показанной на фиг. 3 и 4. Соленоидный клапан 28 может быть расположен где-либо еще в операционном блоке.
Настоящее изобретение не ограничивается соленоидными клапанами 8, 29, описанными выше, и, таким образом, какая-либо ссылка на соленоидный клапан в описании ниже должна пониматься как включающая в себя любой соленоидный клапан, содержащий катушку, которая формирует магнитное поле, когда ток протекает через нее, и магнитный элемент, который перемещается в ответ на испускаемое электромагнитное поле.
Когда контроллер приводит в действие источник питания с тем, чтобы открывать соленоидные клапаны 8, 29, электрический ток проходит через катушку 20, 25a, как описано ранее. Поскольку катушка 20, 25a имеет индуктивность, ток будет расти с некоторой задержкой и, таким образом, сила электромагнитного поля, сформированного посредством соленоидного клапана 8, 29, также будет расти с некоторой задержкой. Как только сила электромагнитного поля становится достаточно высокой, шток 11, 25b будет начинать перемещаться от соответствующего воздушного канала 9 или конца 28c воздушного канала 28a с тем, чтобы открывать упомянутый воздушный канал 9, 28a. Перемещение штока 11, 25b через катушку 20, 25a изменяет индуктивность соленоидного клапана 8, 29, и, таким образом, изменение в индуктивности указывает, что шток 11, 25b переместился из первого положения во второе, более конкретно, что воздушный канал 9, 28a открылся.
Посредством измерения изменения в индуктивности соленоидного клапана 8, 29 может быть определено или указано, когда шток 11, 25b переместился из первого во второе положение, так что воздушный канал 9, 28a открылся. Преимуществом определения того, что воздушный канал 9, 28a открылся, является то, что контроллер 24 может затем продолжать задействовать вакуумный насос 27 и делать это безопасно без превышения границы безопасности. Если не может быть определено, что шток 11, 25b переместился так, что воздушный канал 9, 28a открылся, или контроллер определяет, что шток остался в своем первом положении, закрывающем воздушный канал 9, 28a, контроллер будет прекращать работу вакуумного насоса 27, чтобы не давать давлению превышать границу безопасности.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения контроллер конфигурируется, чтобы обнаруживать изменение в индуктивности соленоидного клапана 8, которое указывает перемещение штока 11, 25b из его первого в его второе положение так, чтобы открывать воздушный канал 9, 28a.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения контроллер 24 конфигурируется, чтобы обнаруживать изменение в индуктивности посредством обнаружения изменения в токе, протекающем через соленоидный клапан. Изменение в токе должно пониматься как отклонение от нормального профиля тока. Нормальный профиль тока для тока, I(t), когда шток 11 размещается в своем втором положении, выражается как:
0
При этом I представляет обнаруженный ток, I представляет установившийся ток, идущий через катушку в зависимости от приложенного напряжения и характеристик катушки, e представляет экспоненциальную функцию, t представляет время, а τ представляет константу на основе характеристик катушки. Эта функция представляет экспоненциальное увеличение напряжения.
В альтернативном варианте осуществления нормальный профиль тока для тока выражается следующим образом:
0
При этом I представляет обнаруженный ток, I представляет установившийся ток, идущий через катушку в зависимости от приложенного напряжения и характеристик катушки, e представляет экспоненциальную функцию, t представляет время, а τ представляет константу на основе характеристик катушки. Эта функция представляет экспоненциальное уменьшение напряжения.
Нормальный профиль тока должен пониматься как ожидаемое увеличение или уменьшение в токе, протекающем через соленоидный клапан 8, 29, относительно фактического приложения тока к соленоидному клапану 8, 29. Изменение или отклонение от нормального профиля тока может быть резким увеличением или уменьшением, таким как провал или всплеск в обнаруженном токе, когда ток увеличивается, как иллюстрировано пунктирными линиями в схематичной иллюстрации на фиг. 5. Альтернативно, изменение или отклонение от нормального профиля тока может быть резким увеличением или уменьшением, таким как провал или всплеск в обнаруженном токе, когда ток уменьшается, как иллюстрировано пунктирными линиями в схематичной иллюстрации на фиг. 6.
Схематичный график тока, протекающего через соленоидный клапан 8, 29, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, показан на фиг. 7, при этом y-ось представляет ток, а x-ось представляет время. В этом варианте осуществления отклонение от нормального профиля тока обнаруживается как резкое уменьшение или падение в общем увеличивающемся токе.
В точке 'A' на фиг.7 соленоидный клапан 8, 29 закрыт. Электрический ток или напряжение затем прикладывается к соленоидному клапану 8, что вызывает увеличение тока, как представлено точкой 'B'. В точке 'C' ток достиг максимума, который показывает, что шток 11, 25b перемещается в свое второе положение, так что воздушный канал 9, 28 открывается. Когда воздушный канал 9, 28 открывается, шток 11, 25b перемещается через катушку 20, 25a в свое второе положение, и это заставляет индуктивность соленоидного клапана 8, 29 изменяться. Это, в свою очередь, заставляет ток уменьшаться, как представлено точкой 'D'. Ток после этого достигает минимума (точка 'E'), который представляет, что шток полностью переместился в свое второе положение. Точка 'F' представляет ток, увеличивающийся до устойчивого уровня.
Контроллер 24 конфигурируется, чтобы обнаруживать отклонение или изменение в токе, протекающем через соленоидный клапан 8, 29, по сравнению с нормальным профилем тока соленоидного клапана 8, 29, согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 8. Фиг. 8 представляет электрическую схему и компоненты для обнаружения отклонения или изменения в токе, протекающем через соленоидный клапан 8, 29.
Электрическая схема содержит источник 14 тока, прикладывающий напряжение к схеме. Соленоидный клапан 8, 29 содержит первую и вторую клемму, из которых первая клемма соединяется с источником 14 питания. Вторая клемма соленоидного клапана 8 в предпочтительном варианте осуществления соединяется с двумя резисторами 15, 16, которые соединяются с опорным напряжением, которое может быть низким напряжением или напряжением ниже 0 В или заземлением, как показано на фиг. 8. Однако два резистора могут быть заменены одним или более чем двумя резисторами. Соленоидный клапан 8, 29, источник 14 питания и резисторы 15, 16 соединяются последовательно.
Кроме того, соленоидный клапан 8 соединяется с двумя резисторами 15, 16 через полевой транзистор (FET) 17. Контроллер 18 широтно-импульсной модуляции также соединяется с FET 17 и выполнен с возможностью переключать ток через соленоидный клапан 8, 29 согласно схеме управления широтно-импульсной модуляции. FET 17 гарантирует, что желаемое напряжение прикладывается на соленоидном клапане 8, 29.
Контроллер выполнен с возможностью обнаруживать напряжение 21 на резисторах 15, 16, когда резисторы соединяются с опорным напряжением или заземлением. В альтернативном варианте осуществления контроллер выполнен с возможностью обнаруживать напряжение 21 в узле 19 между соленоидным клапаном 8, 29 и резисторами 15, 16, когда резисторы 15, 16 соединяются с заземлением.
Аналого-цифровой преобразователь (ADC) (не показан) выполнен с возможностью измерять напряжение, обнаруженное в узле 19 или обнаруженное на резисторах 15, 16. ADC может быть частью показанной электрической схемы, или он может формировать часть контроллера.
Электрическая схема дополнительно содержит усилитель 22, соединенный между ADC и узлом 19. Усилитель выполнен с возможностью усиливать напряжение 21, обнаруженное в узле 19 или на резисторах 15, 16, до уровня, обнаруживаемого или измеряемого посредством ADC. В одном варианте осуществления, как показано на фиг. 8, усилитель функционирует как низкочастотный фильтр. Низкочастотный фильтр выполнен с возможностью иметь частоту среза, более низкую, чем частота переключения FET 17. Кроме того, низкочастотный фильтр предоставляет возможность низким частотам проходить насквозь, но отфильтровывает, по меньшей мере, высокие частоты, сформированные контроллером широтно-импульсной модуляции, с тем, чтобы создавать более стабильное напряжение и менее шумное напряжение. Напряжение затем обнаруживается контроллером, который представлен числом 24 на фиг. 8.
В варианте осуществления, в котором резисторы 15, 16 соединяются с опорным напряжением, может быть использован дифференциальный усилитель.
В одном варианте осуществления контроллер обнаруживает напряжение в узле 19 или на резисторах 15, 16 в предварительно определенном временном окне. Предварительно определенное временное окно конфигурируется, чтобы простираться через изменение или отклонение в токе от нормального профиля тока. Например, при увеличении тока с тем, чтобы перемещать шток 11, 25b соленоидного клапана 8, 29 из его первого положения (закрывающего воздушный канал 9, 28) в его второе положение (открывающего воздушный канал 9, 28), предварительно определенное временное окно конфигурируется, чтобы начинаться, после того как напряжение достигло пика (когда индуктивность изменяется благодаря перемещению штока 11, 25b в катушке 20, 25a), и заканчиваться, после ожидаемого резкого уменьшения напряжения (когда шток 11, 25b полностью находится в своем втором положении). Контроллер 24 затем сравнивает обнаруженные показатели напряжения с предварительно определенным значением. Если какой-либо из показателей напряжения ниже предварительно определенного значения, контроллер 24 определяет, что шток 11, 25b переместился в свое второе положение.
Альтернативно, контроллер 24 определяет разницу между наибольшим показанием напряжения и наименьшим показанием напряжения и сравнивает эту разницу с предварительно определенным значением. Если разница между наибольшим и наименьшим показаниями напряжения выше предварительно определенного значения, контроллер определяет, что шток 11, 25b переместился в свое второе положение.
В еще одном альтернативном варианте осуществления контроллер преобразует напряжение, обнаруженное в узле 19 или на резисторах 15, 16, в ток и сравнивает либо ток, обнаруженный во время предварительно определенного временного окна (см. T1 на фиг. 7) и с предварительно определенным значением (см. C1 на фиг. 7), либо сравнивает разницу максимального и минимального обнаруженного тока с предварительно определенным значением. Аналогично, если обнаруженный ток ниже предварительно определенного значения C1 в течение предварительно определенного временного окна T1, или если разница между максимальным или минимальным обнаруженным током больше предварительно определенного значения, контроллер определяет, что шток 11, 25b переместился в свое второе положение, в котором воздушный канал 9, 28 открывается.
Следует понимать, что изобретение не ограничивается электрической схемой, описанной со ссылкой на фиг. 8. Например, в альтернативной электрической схеме используется только один резистор 15, который соединяется с соленоидным клапаном 8, 29 через FET. Кроме того, в другом варианте осуществления электрическая схема не содержит контроллер широтно-импульсной модуляции, поскольку постоянное напряжение прикладывается к системе, и, таким образом, также FET исключается из электрической схемы. В этом варианте осуществления электрический переключатель будет использоваться, чтобы переключать источник питания, чтобы включать или выключать соленоидный клапан 8, 29.
Кроме того, также следует понимать, что вышеописанная электрическая схема может быть модифицирована так, что ток мотора может быть обнаружен посредством измерения напряжения на моторе.
Преимущественно, когда изменение в индуктивности было обнаружено посредством контроллера, электрическая энергия, подаваемая к соленоидному клапану 8, 29, может быть уменьшена. Это обусловлено тем, что давление от вакуума диктует мощность, требуемую, чтобы перемещать шток 11, 25b из его первого положения, в котором он закрывает воздушный канал 9, 28, в его второе положение, в котором он открывает воздушный канал 9, 28. Таким образом, когда контроллер 24 определил, что шток 11, 25b находится в своем втором положении, давление вакуума выпускается, и, таким образом, меньше энергии требуется для приведения в действие соленоидного клапана 8, 29.
Когда контроллер обнаруживает изменение в индуктивности и сравнивает напряжение или ток, или разницу в напряжении или токе с предварительно определенным значением в предварительно определенном временном окне и определяет, что шток 11, 25b переместился в свое второе положение, так что соленоидный клапан 8, 29 открылся, система молокоотсоса функционирует нормально, и контроллер 24 продолжает задействовать систему молокоотсоса. Если контроллер 24 не обнаруживает изменение в индуктивности, таким образом, контроллер 24 не обнаруживает уменьшение или увеличение в напряжении или токе в течение предварительно определенного времени, контроллер 24 конфигурируется, чтобы выполнять действие. В одном варианте осуществления контроллер 24 останавливает вакуумный насос 27 с тем, чтобы предотвращать дальнейшее оказание давления на грудь пользователя. Это может быть достигнуто посредством контроллера 24, выключающего подачу электрической энергии к вакуумному насосу 27. Следует понимать, что могут быть выполнены альтернативные действия, если контроллер 24 не обнаруживает уменьшение или увеличение в напряжении или токе. Например, контроллер может обнаруживать второе показание напряжения с тем, чтобы подтверждать состояние соленоидного клапана 8, 29 перед определением, продолжать ли задействовать или останавливать вакуумный насос 27.
Хотя вышеприведенные варианты осуществления ссылаются на изменение индуктивности, когда шток 11, 25b перемещается из своего первого положения, в котором воздушный канал 9 закрыт, в свое второе положение, в котором воздушный канал 9, 28 открыт, следует понимать, что система молокоотсоса может быть сконфигурирована так, что когда шток находится в своем первом положении, он открывает воздушный канал, и когда шток находится в своем втором положении, шток закрывает воздушный канал. В этом варианте осуществления изменение в индуктивности обнаруживается, когда шток перемещается через катушку из своего первого в свое второе положение, так что изменение в индуктивности указывает, что воздушный канал закрывается. Альтернативно, контроллер может быть сконфигурирован, чтобы обнаруживать изменение в индуктивности соленоидного клапана, которое указывает, что шток перемещается из первого во второе положение, при этом первое и второе положения не ассоциируются с открытием или закрытием воздушного канала, но могут инициировать или останавливать другое механическое перемещение или операцию или направлять воздушный поток в первом и втором направлении.
Вышеприведенное описание ссылается на варианты осуществления, описанные со ссылкой на фиг. 2-4, а также на другие соленоидные клапаны, содержащие катушку и магнитный элемент, который является подвижным между первым положением и вторым положением в ответ на ток, протекающий через катушку. Следует понимать, что когда шток соленоида описывается выше как находящийся в своем первом положении, соленоидный клапан также находится в своем первом положении. Аналогично, когда шток описывается выше как находящийся в своем втором положении, соленоидный клапан также находится в своем втором положении. Первое и второе положения соленоидного клапана могут быть, когда шток либо открывает, либо закрывает воздушный канал. Альтернативно, первое положение соленоидного клапана может быть, когда шток находится в своем первом положении, чтобы направлять воздушный поток в первом направлении, а второе положение может быть, когда шток находится в своем втором положении, в котором он направляет воздушный поток во втором направлении. В еще одном варианте осуществления первое положение соленоидного клапана может быть, когда шток находится в своем первом положении, инициирующем или останавливающем механическое перемещение или работу, а второе положение соленоидного клапана может быть, когда шток находится в своем втором положении, инициирующем или останавливающем механическое перемещение или работу.
Кроме того, следует понимать, что варианты осуществления соленоидного клапана настоящего изобретения не ограничиваются наличием штока. Соленоидный клапан может содержать магнитный элемент различных форм, который перемещается относительно катушки, когда снабжается током. Более того, магнитный элемент может намагничиваться посредством воздействия на него внешнего магнитного поля. Вследствие магнитных свойств магнитного элемента магнитный элемент формирует либо временный, либо постоянный магнит, после того, как внешнее поле было применено и убрано.
Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения, который сейчас будет описан, соленоидный клапан 8, 29 не закрывает или открывает воздушный канал, соединяющий вакуумную сторону вакуумного насоса с окружающим воздухом, вместо этого соленоидный клапан имеет первое и второе положения, при этом два положения направляют воздушный поток в различных направлениях.
Один вариант осуществления иллюстрируется на фиг. 9-12, и в этом варианте осуществления операционный блок содержит четырехпортовый двухпозиционный (4/2) соленоидный клапан 30. Соленоидный клапан содержит корпус, имеющий четыре отверстия, как лучше иллюстрировано на фиг. 5 и 6. Вакуумный насос представляется числом 37 на фиг. 11 и 12. Выпускное отверстие вакуумного насоса 37 соединяется с первым отверстием 31, а впускное отверстие вакуумного насоса 37 соединяется со вторым отверстием 32. Третье отверстие 33 соединяется с выжимающим блоком 2, а четвертое отверстие 34 соединяется с окружающим воздухом, как лучше видно на фиг. 9 и 10.
Соленоидный клапан дополнительно содержит шток 35, аналогичный штоку вариантов осуществления, описанных со ссылкой на фиг. 2-4. Шток 35 размещается в корпусе, и он имеет конец, который протягивается из корпуса и через катушку (не показана). Шток 35 является подвижным между первым и вторым положением через катушку, когда снабжается электрическим током, как описано со ссылкой на фиг. 2-4 выше. В альтернативном варианте осуществления шпулька размещается в корпусе, и конец шпульки прикрепляется к штоку, расположенному в катушке, так что, когда катушка снабжается током, шток перемещается, что, в свою очередь, вынуждает шпульку перемещаться в корпусе.
На фиг. 9 и 11 шток 35 размещается в своем первом положении, и когда вакуумный насос 37 задействуется посредством контроллера 24, воздух всасывается из выжимающего блока 2, соединенного с отверстием 33, в корпус соленоидного клапана 30 и выходит через отверстие 32, соединенное с впускным отверстием вакуумного насоса, как указывается стрелкой на фиг. 9. Вакуумный насос нагнетает воздух в корпус через отверстие 31, и воздух выходит из корпуса через отверстие 34, соединенное с окружающим воздухом.
Когда контроллер задействует соленоидный клапан 30, так что шток 35 перемещается в свое второе положение, как показано на фиг. 10 и 12, вакуумный насос всасывает воздух из окружающего воздуха, соединенного с отверстием 34, и через корпус и наружу через отверстие 32, соединенное с впускным отверстием вакуумного насоса. Воздух затем нагнетается в корпус через отверстие 31, соединенное с выпускным отверстием вакуумного насоса, и воздух выходит из корпуса через отверстие 33, соединенное с выжимающим блоком 2. Стрелки на фиг. 9 и 10 представляют направление воздушного потока.
Эта конфигурация предоставляет возможность вакуумному насосу 37 нагнетать в одном направлении и нагнетать непрерывно на всем протяжении использования системы молокоотсоса. Как описано выше, когда шток 35 находится в своем первом положении, как показано на фиг. 9 и 11, давление в выжимающем блоке уменьшается так, что вакуум применяется к груди, принятой в раструб 5 выжимающего блока 2. Когда шток 35 перемещается в свое второе положение, как показано на фиг. 10 и 12, вакуумный насос направляет воздух из окружающего воздуха в раструб 5 выжимающего блока 2, так что давление увеличивается в выжимающем блоке. Таким образом, вакуум, первоначально сформированный посредством вакуумного насоса, уменьшается частично или полностью. Соленоидный клапан 30, или более конкретно шток 35, непрерывно перемещается между своими первым и вторым положениями, так что циклический профиль давления применяется к груди.
Согласно еще одному варианту осуществления изобретения система молокоотсоса содержит два соленоидных клапана, которые конфигурируются, чтобы быть в первом и втором положениях с тем, чтобы направлять воздушный поток в различных направлениях.
Один такой вариант осуществления иллюстрируется на фиг. 13-16, и в этом варианте осуществления операционный блок содержит первый и второй соленоиды, которые являются трехпортовыми двухпозиционными (3/2) соленоидными клапанами 41, 42. Каждый соленоидный клапан содержит корпус, имеющий три отверстия, как лучше иллюстрировано на фиг. 13 и 14. Вакуумный насос представляется числом 47 на фиг. 15 и 16. Выпускное отверстие вакуумного насоса 47 соединяется с первым отверстием 43 первого соленоидного клапана 41, а впускное отверстие вакуумного насоса 47 соединяется с первым отверстием 44 второго соленоидного клапана 42. Второе отверстие 45 первого соленоидного клапана 41 и второе отверстие 46 первого соленоидного клапана 42, каждое, соединяются с выжимающим блоком 2. Третье отверстие 48 первого соленоидного клапана 41 и третье отверстие 49 второго соленоидного клапана 42, каждое, соединяются с окружающим воздухом. Это лучше видно на фиг. 13 и 14.
Шток 51, 52 размещается в каждом корпусе соленоидных клапанов 41, 42, и штоки 51, 52 являются подвижными между первым и вторым положением. Каждый шток имеет конец, который протягивается из соответствующего корпуса и через катушку (не показано). Каждый шток 51, 52 является подвижным между первым и вторым положением через соответствующую катушку, когда снабжается электрическим током, как описано со ссылкой на фиг. 2-4 выше. В альтернативном варианте осуществления шпулька размещается в каждом корпусе, и конец каждой шпульки прикрепляется к штоку, расположенному в каждой катушке, так что, когда каждая катушка снабжается током, каждый шток перемещается, который, в свою очередь, вынуждает каждую шпульку перемещаться в соответствующем корпусе.
На фиг. 12 и 15 штоки 51, 52 каждого соленоидного клапана 41, 42 размещаются в своих первых положениях, и когда вакуумный насос 47 задействуется посредством контроллера, воздух всасывается из выжимающего блока 2, соединенного со вторым отверстием 45 первого соленоидного клапана 41, в его корпус и выходит через первое отверстие 43, соединенное с впускным отверстием вакуумного насоса, как указывается стрелкой на фиг. 13. Затем, вакуумный насос нагнетает воздух в корпус через первое отверстие 44 второго соленоидного клапана 42, и воздух выходит из корпуса второго соленоидного клапана 42 через третье отверстие 49, которое соединяется с окружающим воздухом.
Когда контроллер задействует каждый соленоидный клапан 41, 42, так что штоки 51, 52 перемещаются в свои вторые положения, как показано на фиг. 14 и 16, вакуумный насос 47 всасывает воздух из окружающего воздуха, соединенного с третьим отверстием 48 первого соленоидного клапана 41, и через корпус и выходит через первое отверстие 43 первого солениодного клапана 41, соединенное с впускным отверстием вакуумного насоса 47. Воздух затем нагнетается в корпус второго соленоидного клапана 42 через первое отверстие 44 второго соленоидного клапана 42, соединенное с выпускным отверстием вакуумного насоса, и воздух выходит из корпуса через второе отверстие 46, соединенное с выжимающим блоком. Стрелки на фиг. 13 и 14 представляют направление воздушного потока.
Конфигурация 3/2-соленоидных клапанов 41, 42 предоставляет возможность вакуумному насосу нагнетать в одном направлении и нагнетать непрерывно на всем протяжении использования системы молокоотсоса. Как описано выше, когда штоки 51, 52 находятся в своих первых положениях, как показано на фиг. 13 и 15, давление в выжимающем блоке уменьшается так, что вакуум формируется в раструбе 5 выжимающего блока 2. Когда штоки перемещаются в свое второе положение, как показано на фиг. 14 и 16, вакуумный насос нагнетает воздух из окружающего воздуха в раструб 5 выжимающего блока 2, так что давление в выжимающем блоке увеличивается. Вакуум в выжимающем блоке, таким образом, частично или полностью уменьшается. Соленоидные клапаны 41, 42, или более конкретно - штоки 51, 52, непрерывно перемещаются между своими первым и вторым положениями, так что циклический профиль давления применяется к груди.
Преимущественно, соленоидный клапан или множество соленоидных клапанов, как описано выше, которые содержат корпус, имеющий множество отверстий и шток, расположенный в нем, предоставляют возможность использования меньшего по размеру насоса, так что общий размер операционного блока может быть уменьшен. Эта конфигурация также уменьшает количество используемой энергии и, таким образом, является более дешевой в эксплуатации. Кроме того, вакуумный насос 37, 47 может включаться для непрерывного выжимания молока.
Варианты осуществления системы молокоотсоса, имеющей 4/2-соленоидный клапан или два 3/2-соленоидных клапана, могут быть сконфигурированы так, что контроллер реализуется с возможностью обнаруживать изменение в индуктивности соленоидного клапана, когда шток перемещается через катушку. Изменение в индуктивности будет указывать, что соленоидный клапан(ы) переместился из своего первого в свое второе положение.
Кроме того, следует понимать, что контроллер может быть сконфигурирован, чтобы обнаруживать изменение в индуктивности посредством обнаружения изменения или отклонения в токе, протекающем через соленоидный клапан, как описано выше со ссылкой на фиг. 2-4. Однако изменение, обнаруженное в токе, будет указывать, что соленоидный клапан(ы), или более конкретно, шток(и) соленоидного клапана(ов), переместился из своего первого в свое второе положение.
Следует понимать, что термин "содержащий" не исключает других элементов или этапов, элементы, указанные в единственном числе, не исключают множества. Один процессор может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Простой факт того, что определенные меры упомянуты во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает того, что комбинация этих мер не может быть использована для получения преимущества. Любые ссылочные символы в формуле изобретения не должны истолковываться как ограничивающие рамки формулы изобретения.
Хотя формула изобретения была сформулирована в этой заявке для конкретных комбинаций признаков, следует понимать, что рамки раскрытия настоящего изобретения также включают в себя любые новые признаки или любые новые комбинации признаков, раскрытых в данном документе либо явно, либо неявно, или любое их обобщение, относится ли оно или нет к тому же изобретению, которое в настоящее время заявляется в каком-либо пункте формулы, и смягчает ли оно или нет какую-либо или все те же технические проблемы, как это делает родительское изобретение. Заявители, таким образом, предупреждают, что новые пункты формулы могут быть сформулированы для таких признаков и/или комбинаций признаков во время выполнения настоящей заявки или какой-либо дальнейшей заявки, выведенной из этой.