СИСТЕМА МОЛОКООТСОСА С ПРИВОДОМ
BREAST PUMP SYSTEM WITH DRIVE

Настоящее изобретение относится к молокоотсосам. В частности, настоящее изобретение относится к прерыванию подачи электропитания в предварительно заданный один из множества компонентов в системе молокоотсоса.
Молокоотсосы применяются матерями для отжима грудного молока в удобное время, чтобы хранить для последующего его потребления  ребенком. Молокоотсос работает посредством создания вакуума, имитирующего действие ребенка при кормлении. Традиционные молокоотсосы можно классифицировать как механические, в которых пользовательница вручную приводит в действие вакуумный насос для создания необходимого вакуума, или электрические, в которых вакуумный насос приводится в движение электродвигателем. Как известно, электрические системы в молокоотсосах могут неожиданно и неуправляемо отключаться.
В электрических системах молокоотсосов, в общем, желательно повысить надежность данных систем. Желательно также уменьшить потребление энергии, например, максимально увеличить срок службы батареи.
Целью изобретения является создание системы молокоотсоса, которая значительно облегчает или устраняет одну или более вышеупомянутых проблем.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается система молокоотсоса, содержащая насосный блок, привод для приведения в движение насосного блока, источник питания, выполненный с возможностью подачи электропитания во множество компонентов, включающих в себя привод, модуль обнаружения напряжения, выполненный с возможностью обнаружения выходного напряжения источника питания, и модуль прерывания питания, выполненный с возможностью приостановки подачи электропитания в предварительно заданный один из множества компонентов в ответ на обнаруженное снижение выходного напряжения ниже первого порогового напряжения и возобновления подачи электропитания в предварительно заданный один из множества компонентов в ответ на обнаруженное восстановление выходного напряжения выше второго порогового напряжения. Вышеописанный подход обладает преимуществом повышения надежности электрической системы молокоотсоса. Кроме того, можно предотвратить неуправляемое отключение системы молокоотсоса вследствие отказа привода.
Система молокоотсоса может дополнительно содержать переключатель, подключенный между источником питания и приводом, при этом модуль прерывания питания может быть выполнен с возможностью приостановки подачи электропитания в привод посредством размыкания переключателя, чтобы отсоединять привод от источника питания. Данный подход можно использовать в системах, не имеющих широтно-импульсной модуляции, чтобы изолировать привод от источника питания.
Источник питания может быть выполнен с возможностью подачи электропитания в привод с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Кроме того, модуль прерывания питания может быть выполнен с возможностью приостановки подачи электропитания в привод посредством настройки коэффициента заполнения импульса ШИМ на нуль. В системах с управлением методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ-управлением), приведенный подход дает преимущество в том, что дополнительные компоненты для изоляции привода не требуются, поскольку привод можно отсоединять от источника питания посредством поддержки разомкнутым того же переключателя, который используется для ШИМ-управления, например, транзистора с p-n-переходами или полевого транзистора (FET).
Модуль прерывания питания может включать в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для измерения напряжений в пределах предварительно заданного диапазона входных напряжений, и система молокоотсоса может дополнительно содержать модуль адаптации напряжения для адаптации выходного напряжения до адаптированного напряжения, находящегося в пределах диапазона входных напряжений АЦП, при этом модуль прерывания питания может быть выполнен с возможностью обнаружения снижения выходного напряжения ниже первого порогового напряжения посредством обнаружения снижения адаптированного напряжения ниже соответствующего адаптированного порогового напряжения. Адаптация напряжения приведенным образом может допускать использование АЦП, которые имеют адаптированный входной диапазон напряжений.
Модуль адаптации напряжения может содержать первое и второе сопротивления, подключенные последовательно между выходным напряжением и первым опорным напряжением, чтобы получать адаптированное напряжение в узле между первым и вторым сопротивлениями. Это предлагает недорогое решение для адаптации напряжения.
Модуль адаптации напряжения может дополнительно содержать конденсатор, подключенный между вторым опорным напряжением и узлом между первым и вторым сопротивлениями, чтобы фильтровать адаптированное напряжение. Фильтрация адаптированного напряжения может быть полезна, например, для предотвращения срабатывания модуля адаптации напряжения при небольшом/кратковременном повышении или понижении напряжения.
Выходное напряжение может быть напряжением, подаваемым в привод. В качестве альтернативы, выходное напряжение может быть напряжением, подаваемым в один или более других компонентов в системе молокоотсоса, которые также снабжаются электропитанием от источника питания, в таком случае первое пороговое напряжение может быть выше, чем минимальное рабочее напряжение, требуемое одним или более другими компонентами. Когда источник питания также питает другие компоненты заодно с приводом, контроль напряжения, подаваемого в другие компоненты, и настройка соответствующего порога может обеспечивать, что, во время выброса тока электродвигателя, привод может быть изолирован до того, как напряжение источника питания снижается до уровня, который может вызвать нестабильность системы.
Один или более других компонентов могут включать в себя клапан сброса вакуума, созданного вакуумным насосом, модуль стабилизации напряжения и/или контроллер с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ-контроллер) для управления приводом. Когда один и тот же источник питания также снабжает электропитанием клапан сброса, модуль стабилизации напряжения и/или ШИМ-контроллер, изоляция привода, когда обнаруживается снижение напряжения, может повысить стабильность системы посредством предоставления источнику питания возможности продолжать стабильную подачу питания в клапан сброса, модуль стабилизации напряжения и ШИМ-контроллер. Это особенно выгодно в случае с клапаном сброса, отказ которого может привести к развитию высокого вакуума на молочной железе.
Модуль прерывания питания может быть выполнен с возможностью дискретизации выходного напряжения с частотой дискретизации выше, чем 1000 отсчетов в секунду. Это может допускать быстрое отключение привода после того, как выходное напряжение уменьшилось ниже первого порогового напряжения. Кроме того, это может также допускать, чтобы модуль прерывания питания быстро повторно подсоединял привод после того, как выходное напряжение восстановилось выше второго порогового напряжения.
Система молокоотсоса может дополнительно содержать модуль индикации ошибок, выполненный с возможностью указывать состояние ошибки в ответ на обнаруженное выходное напряжение. Указание ошибки может информировать пользовательницу, что привод приближается к концу своего срока службы, предоставляя пользовательнице время для замены электродвигателя или всей системы молокоотсоса до того, как происходит отказ. Например, в щеточном электродвигателе постоянного тока (DC), к концу срока службы электродвигателя может происходить снижение выходного напряжения, так как угольные щетки сильно стираются и их сопротивление уменьшается, вызывая увеличение тока, отбираемого электродвигателем.
Источник питания может включать в себя батарею, выполненную с возможностью подачи входного напряжения, подлежащего преобразованию в выходное напряжение, и система молокоотсоса может дополнительно содержать модуль управления источником питания, выполненный с возможностью обнаружения входного напряжения и управления подачей питания в зависимости от обнаруженного входного напряжения, чтобы обеспечивать выходное напряжение на предварительно заданном уровне напряжения. Данное решение может предотвратить снижение выходного напряжения источника питания по мере того, как входное напряжение, обеспечиваемое батареей, снижается с течением времени, что повышает стабильность системы посредством выдерживания более стабильного выходного напряжения от источника питания.
Система молокоотсоса может дополнительно содержать модуль индикации ошибок, выполненный с возможностью указывать состояние ошибки в ответ на обнаруженное пребывание выходного напряжения ниже третьего порогового напряжения в течение предварительно заданного периода времени, при этом третье пороговое напряжение выше, чем первое пороговое напряжение.
Источник питания может быть выполнен с возможностью подачи электропитания в привод с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), и модуль управления источником питания может быть выполнен с возможностью определения коэффициента заполнения импульса ШИМ на основании обнаруженного входного напряжения и предварительно заданного уровня напряжения. ШИМ-управление может допускать снижение высокого входного напряжения батареи до требуемого выходного напряжения посредством соответствующего изменения коэффициента заполнения импульса ШИМ. Данный подход позволяет применять батареи с высокими входными напряжениями относительно требуемого выходного напряжения, с увеличением полезного эксплуатационного времени, которое может обеспечиваться отдельной батареей до того, как входное напряжение падает ниже минимального требуемого уровня.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается также способ применения системы молокоотсоса, содержащей насосный блок, привод для приведения в движение насосного блока, источник питания, выполненный с возможностью подачи электропитания во множество компонентов, включающих в себя привод, при этом способ содержит этап обнаружения выходного напряжения источника питания, этап приостановки подачи электропитания в предварительно заданный один из множества компонентов в ответ на обнаруженное снижение выходного напряжения ниже первого порогового напряжения и этап возобновления подачи электропитания в предварительно заданный один из множества компонентов в ответ на обнаруженное восстановление выходного напряжения выше второго порогового напряжения.
Источник питания может включать в себя батарею, выполненную с возможностью подачи входного напряжения, подлежащего преобразованию в выходное напряжение, и способ может дополнительно содержать этап обнаружения входного напряжения и этап управления подачей питания в привод в зависимости от обнаруженного входного напряжения, чтобы обеспечивать выходное напряжение на предварительно заданном уровне напряжения.
Система молокоотсоса может дополнительно содержать модуль индикации ошибок, при этом способ дополнительно содержит этап указания ошибки в ответ на обнаруженное пребывание выходного напряжения ниже третьего порогового напряжения в течение предварительно заданного периода времени, причем третье пороговое напряжение выше, чем первое пороговое напряжение.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается также система молокоотсоса, содержащая источник питания, выполненный с возможностью подачи электропитания в компоненты в системе молокоотсоса, при этом источник питания включает в себя батарею, выполненную с возможностью подачи входного напряжения, подлежащего преобразованию в выходное напряжение источника питания, модуль обнаружения напряжения, выполненный с возможностью обнаружения выходного напряжения, и модуль управления источником питания, выполненный с возможностью управления источником питания в зависимости от обнаруженного входного напряжения, чтобы обеспечивать выходное напряжение на предварительно заданном уровне напряжения. Источник питания может быть выполнен с возможностью подачи электропитания в электродвигатель с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), и модуль управления источником питания может быть выполнен с возможностью определения коэффициента заполнения импульса ШИМ на основании обнаруженного входного напряжения и предварительно заданного уровня напряжения.
Приведенные и другие аспекты изобретения будут очевидны из ссылки на нижеописанные варианты осуществления.
Варианты осуществления изобретения описаны ниже исключительно для примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - изображение системы молокоотсоса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 - подробная схема функционального блока системы молокоотсоса, показанной на фиг. 1;
Фиг. 3 - изображение щеточного электродвигателя постоянного тока (DC) для применения в системе молокоотсоса;
Фиг. 4 - схематическое изображение системы молокоотсоса, в которой один и тот же источник питания обеспечивает электропитание других компонентов в дополнение к электродвигателю, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 5 - способ для применения в системе молокоотсоса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 6 - схематическое изображение модуля адаптации напряжения для адаптации выходного напряжения источника питания системы молокоотсоса, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 7 - схематическое изображение модуля адаптации напряжения, содержащего конденсатор в качестве фильтра низких частот, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 8 - схематическое изображение системы молокоотсоса, включающей в себя модуль индикации ошибок для указания, когда электродвигатель приближается к концу своего срока службы, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 9 - схематическое изображение системы молокоотсоса, в которой источник питания содержит перезаряжаемую батарею, и контроллер источника питания управляет источником питания по обнаруженному входному напряжению, обеспечиваемому батареей, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и
Фиг. 10 - изображение способ с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ-способ) для управления источником питания по обнаруженному входному напряжению, обеспечиваемому батареей, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 1 и 2 показана система молокоотсоса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, система 100 молокоотсоса включает в себя молокоотсос 110, известный также как отжимной блок, и функциональный блок 120, подсоединенный трубкой 130 к молокоотсосу 110. Трубка 130 обеспечивает сообщение по текучей среде между молокоотсосом 110 и функциональным блоком 120. Трубку 130 можно также использовать для обеспечения электрического соединения между молокоотсосом 110 и функциональным блоком 120. Например, трубка может подавать рабочий сигнал или электропитание между молокоотсосом и функциональным блоком. Хотя в настоящей конструкции функциональный блок 130 расположен на расстоянии от молокоотсоса 110, следует понимать, что функциональный блок может быть сформирован в одно целое с молокоотсосом 110.
Молокоотсос 110 имеет основной корпус 111, воронку 112, сборную емкость 113 и диафрагму 114, соединенную с вакуумной линией 130. Сборная емкость 113 или коллектор собирает молоко, отжимаемое из молочной железы пользовательницы, и может иметь форму бутылочки для кормления или пакета. Сборная емкость 113 прикреплена к основному корпусу 111 посредством резьбового фитинга, хотя следует понимать, что можно использовать альтернативные разъемные средства крепления, например, зажимы (не показанные). Воронка 112, вмещающая молочную железу, сконфигурирована с возможностью вмещения молочной железы пользовательницы и имеет раструб и соединительную часть. Раструб открыт на внешнем конце воронки 112, и воронка 112 сужается от внешнего конца к соединительной части для формирования пустотелой выемки, в которую вмещается молочная железа. Основной корпус 111 соединяет по текучей среде воронку 112 со сборной емкостью 113. Проход для текучей среды формируется через основной корпус 111 от пространства для вмещения молочной железы в воронке 112 до сборной емкости 113. Основной корпус 111 сформирован из внешней оболочки. Основной корпус 111 сформирован в одно целое с воронкой 112, однако следует понимать, что воронка 112 может быть отсоединяемой.
Функциональный блок 120 содержит вакуумный блок и электродвигатель для приведения в движение насосного блока (не показанного на фиг. 1). Электродвигатель действует как привод. Насосный блок сконфигурирован с возможностью создания и сброса понижения давления в вакуумном канале. Понижение давления в вакуумном канале может создаваться в соответствии с концепцией одного хода поршня или концепцией нескольких ходов поршня. Средство для создания понижения давления и средство для сброса понижения давления являются отдельными компонентами. В частности, в настоящем варианте осуществления насосный блок содержит вакуумный насос (не показанный на фиг. 1) и клапан сброса давления (не показанный на фиг. 1). Вакуумный насос действует как средство понижения давления. Клапан сброса давления действует как средство для сброса понижения давления. Вакуумный насос соединен по текучей среде с основным корпусом 111 посредством трубки 130. Клапан сброса сконфигурирован с возможностью циклического открытия, чтобы сбрасывать понижение давления, создаваемое вакуумным насосом. Это вызывает формирование циклического перепада давлений. Однако следует понимать, что возможно также применение другой системы создания вакуума. Например, следует понимать, что средство для создания понижения давления и средство для сброса понижения давления могут быть сформированы как одно целое.
В основном корпусе 111 молокоотсоса 110 сформирована камера. Камера сформирована вдоль прохода для текучей среды и имеет вакуум-порт. Вакуум-порт сообщает с трубкой 130 таким образом, что вакуумный насос способен вызывать понижение давления в камере.
В настоящем варианте осуществления, в камере вмещается мембрана. Мембрана или диафрагма является гибкой. Мембрана разделяет камеру на первое пространство и второе пространство. Первое пространство сообщается по текучей среде с вакуум-портом. Следовательно, понижение давления создается в первом пространстве вакуумным насосом. Второе пространство сообщается по текучей среде с проходом для текучей среды между пространством для вмещения молочной железы в воронке 112 и сборной емкостью 113. Следовательно, второе пространство непосредственно сообщается по текучей среде с молочной железой, вмещенной в воронку. Между камерой и сборной емкостью 113 расположен однопутевой клапан. Когда в первом пространстве создается понижение давления, мембрана деформируется и втягивается в направлении первого пространства. Следовательно, понижение давления создается во втором пространстве камеры вследствие деформации мембраны. Когда молочная железа вмещается в раструб воронки, в воронке формируется понижение давления, которое действует на молочную железу пользовательницы и вынуждает молоко отжиматься из нее.
Вышеописанная конструкция косвенным образом создает вакуум на молочной железе пользовательницы. Следует понимать, что вакуум на молочной железе пользовательницы можно также создавать посредством исключения мембраны таким образом, что непосредственное соединение по текучей среде формируется между вакуумным насосом и воронкой. Кроме того, хотя в настоящем варианте осуществления обеспечены отдельные молокоотсос и функциональный блок, в других вариантах осуществления компоненты системы молокоотсоса, например сборник, воронка, вакуумный насос, электродвигатель и источник питания, могут быть размещены в одном корпусе. Например, компоненты функционального блока могут быть встроены в основной корпус молокоотсоса, что снимает потребность в отдельном функциональном блоке.
Функциональный блок 120 подробно представлен на фиг. 2 и содержит вакуумный насос 221, щеточный электродвигатель 222 постоянного тока (DC) для приведения в движение вакуумного насоса 221, источник 223 питания подачи электропитания в электродвигатель 222, модуль 224 обнаружения напряжения для обнаружения выходного напряжения источника 223 питания и модуль 225 прерывания питания. Источник питания обеспечивает питание множества компонентов в системе молокоотсоса, включая электродвигатель 222, и модуль 225 прерывания питания может прерывать подачу электропитания в один или более предварительно заданных компонентов из множества компонентов, когда обнаруживается снижение выходного напряжения источника 223 питания перед тем, как выходное напряжение снижается настолько, что это может привести к нестабильности системы. Прерывание подачи электропитания в один или более компонентов приведенным способом может временно уменьшать нагрузку на источник питания таким образом, что может поддерживаться стабильная работа системы молокоотсоса.
В настоящем варианте осуществления модуль 225 прерывания питания выполнен с возможностью прерывания подачи электропитания в электродвигатель 222 посредством управления переключателем 226, в данном случае полевым транзистором (FET), подключенным между электродвигателем 222 и источником 223 питания. Следовательно, в настоящем варианте осуществления модуль 225 прерывания питания можно называть модулем приостановки электродвигателя. В вариантах осуществления, в которых источник питания 223 выполнен с возможностью подачи питания с использованием способа широтно-импульсной модуляции (ШИМ), транзистор FET 226 может быть тем же транзистором FET, который управляется ШИМ-контроллером для включения или выключения напряжения питания с требуемой частотой переключения и коэффициентом заполнения цикла. Модуль 225 прерывания питания может управлять транзистором FET 226 непосредственно, как показано на фиг. 2, или может посылать сигнал в ШИМ-контроллер (не показанный на фиг. 2). ШИМ-контроллер может реагировать на сигнал прерывания посредством настройки коэффициента заполнения цикла на нуль. Однако в вариантах осуществления, которые не имеют ШИМ-управления, может быть обеспечен отдельный транзистор FET 226 или другой подходящий переключатель.
Модуль 225 прерывания питания выполнен с возможностью приостановки подачи электропитания в электродвигатель 222 в ответ на обнаруженное снижение выходного напряжения ниже первого порогового напряжения и возобновления подачи электропитания в электродвигатель 222 в ответ на обнаруженное восстановление выходного напряжения выше второго порогового напряжения. Таким образом, электродвигатель может быть изолирован от источника питания, когда происходит выброс тока, что предотвращает потерю мощности в электродвигателе 222, пока сохраняется ситуация, вызывающая выброс тока. Если ситуация, вызывающая выброс тока, еще существует, когда электродвигатель 222 повторно подключается после того, как выходное напряжение восстановилось, то выходное напряжение снова уменьшится ниже первого порогового напряжения, и электродвигатель 222 снова отсоединится. Процесс может продолжаться, пока не устранена причина выброса тока, после чего источник 223 питания продолжит подачу электропитания в электродвигатель 222, пока не происходит другой выброс тока, приводящий к снижению выходного напряжения, или пока система не выключается.
В настоящем варианте осуществления первое пороговое напряжение меньше, чем второе пороговое напряжение. Однако следует понимать, что в альтернативном варианте осуществления первое пороговое напряжение равно второму пороговому напряжению.
Хотя в настоящем варианте осуществления модуль прерывания питания выполнен с возможностью приостановки подачи электропитания в электродвигатель, в альтернативном варианте осуществления приостанавливается подача питания в один или более других компонентов, вместо или в дополнение к приостановке подачи питания в электродвигатель. Например, подача питания в клапан сброса вакуума, например, электромагнитный клапан, может прерываться вместо или в дополнение к прерыванию подачи питания в электродвигатель. Компонент или компоненты, питание которых подлежит приостановке, когда выходное напряжение снижается ниже порога, может(могут) определяться предварительно по важности компонента и/или типичному уровню потребления энергии компонента. Подачу питания может понадобиться приостанавливать только на короткое время, и поэтому предварительно задаваемый(ые) компонент или компоненты можно выбирать подбором одного или более компонентов, которые могут допускать прерывание источника питания в данном масштабе времени. Например, подача питания в электродвигатель и/или клапан сброса вакуума может прерываться на короткое время, например, несколько миллисекунд, без ущерба для безопасной работы системы молокоотсоса.
Щеточный электродвигатель 222 постоянного тока (DC) более подробно показан на фиг. 3. Электродвигатель 222 содержит обмотку 301 из провода, намотанного на якорь, который не показан на фиг. 3 для ясности. Постоянные магниты 302, 303 расположены с противоположных сторон обмотки 301, которая подсоединена к источнику питания через коллекторные пластины 304 и угольные щетки 305. Специалист может знать принципы работы щеточного электродвигателя постоянного тока (DC), и, по существу, его подробное описание далее опускается для краткости. Коллекторные пластины 304 разделены воздушным зазором 306. Хотя на фиг. 3 показаны две коллекторные пластины 304, обеспечено может быть, в общем, любое число из двух или более пластин.
Исследования, выполненные исследователями, обнаружили, что, когда в системе молокоотсоса, например, системе, показанной на фиг. 1, применяется щеточный электродвигатель постоянного тока (DC), выбросы тока в электродвигателе 222 могут приводить к падению выходного напряжения источника питания вследствие повышения мощности, отбираемой электродвигателем. Выбросы тока могут происходить, когда механический износ угольных щеток 305 в электродвигателе 222 приводит к отделению частиц угля и вызывает короткое замыкание посредством перекрытия зазора 306 между соседними коллекторными пластины 304. Варианты осуществления настоящего изобретения могут приостанавливать подачу электропитания в электродвигатель 222, когда происходит выброс тока, исключая потерю мощности в электродвигателе 222. Подача электропитания в электродвигатель 222 может возобновляться, как только выходное напряжение восстановилось. Как оказалось, восстановление обычно происходит в течение 1 миллисекунды (мс) после того, как подача питания в электродвигатель приостанавливается. В предпочтительном варианте выходное напряжение можно дискретизировать с частотой выше 1000 отсчетов в секунду, чтобы система могла быстро реагировать и восстанавливать подачу питания в электродвигатель, как только выходное напряжение восстановилось. Это предотвращает отсоединение электродвигателя на большее время, чем необходимо.
Хотя настоящие варианты осуществления относятся к системе молокоотсоса, содержащей щеточный электродвигатель постоянного тока (DC), следует понимать, что настоящее изобретение применимо также к системам молокоотсоса, содержащим альтернативные типы электродвигателя. Например, в другой конструкции, содержащей бесщеточный электродвигатель постоянного тока (DC), падение напряжения может вызываться неплотной проволокой или другим повреждением.
Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают более стабильную систему, в которой один и тот же источник питания обеспечивает питание других компонентов, а также электродвигателя. Фигура 4 поясняет систему молокоотсоса, в которой источник 423 питания подает питание в электродвигатель 422, а также в модуль 427 ШИМ-управления и клапан 428 сброса. Модуль 427 ШИМ-управления может быть осуществлен в виде микроконтроллера, который нуждается в некотором минимальном напряжении для стабильной работы. Клапан 428 сброса также может нуждаться в минимальном напряжении для стабильной работы, которое может быть таким же, как или иным, чем минимальное напряжение, необходимое микроконтроллеру. Например, клапан сброса может быть электромагнитным клапаном сброса, который нуждается в минимальном напряжении для срабатывания электромагнита и открытия клапана.
В таком варианте осуществления, который показан на фиг. 4, выходное напряжение, обнаруживаемое модулем обнаружения напряжения, может быть выходным напряжением, подаваемым источником питания в другой компонент в системе молокоотсоса. Например, вместо выходного напряжения, подаваемого в электродвигатель 422, может обнаруживаться выходное напряжение, подаваемое в модуль 427 ШИМ-управления или в клапан 428 сброса. Модуль прерывания питания сравнивает обнаруженное выходное напряжение с подходящим первым пороговым напряжением, которое установлено выше, чем минимальное напряжение, необходимое для стабильной работы конкретного компонента, в который подается обнаруживаемое выходное напряжение. При этом подача электропитания в электродвигатель может приостанавливаться до того, как обнаруженное выходное напряжение падает до уровня, достаточно низкого, чтобы вызвать нестабильную работу системы молокоотсоса. Следовательно, варианты осуществления настоящего изобретения могут повышать стабильность системы молокоотсоса, в которой один источник питания обеспечивает питание множества компонентов, включая щеточный электродвигатель постоянного тока (DC).
На фиг. 5 поясняется способ применения системы молокоотсоса, включающей в себя щеточный электродвигатель постоянного тока (DC), в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Способ может выполняться такой системой, как система, показанная на фиг. 2. На первом этапе S501 обнаруживают выходное напряжение источника питания в системе молокоотсоса. Затем, на этапе S502, обнаруженное выходное напряжение сравнивают с предварительно заданным первым пороговым напряжением. Если напряжение не меньше, чем первое пороговое напряжение, то процедура может вернуться на этап S501 и продолжаться для контроля выходного напряжения. С другой стороны, если напряжение меньше, чем первое пороговое напряжение, то процедура переходит на этап S503 и прерывает подачу электропитания в предварительно заданный один из множества компонентов, которые получают питание от источника питания. Например, в системе с ШИМ-управлением подача питания в электродвигатель может прерываться посредством настройки коэффициента заполнения импульса ШИМ электродвигателя на нуль. В качестве альтернативы, между электродвигателем и источником питания может быть обеспечен специальный переключатель, чтобы электродвигатель от источника питания.
Затем, на этапе S504 проверяется, восстановилось ли выходное напряжение выше предварительно заданного второго порогового напряжения. Если выходное напряжение не восстановилось, то подача электропитания в электродвигатель продолжает оставаться прерванной, пока выходное напряжение не восстановится. Как только на этапе S504 определяется, что выходное напряжение восстановилось выше второго порогового напряжения, то есть повысилось выше второго порогового напряжения после снижения ниже первого порогового напряжения на этапе S502, процедура переходит на этап S505 и возобновляет подачу электропитания в предварительно заданный один из множества компонентов. После возобновления подачи электропитания процедура может вернуться на этап S501, чтобы продолжать контроль выходного напряжения для обнаружения любых последующих падений напряжения.
Способ, который показан на фиг. 5, может уменьшать потребление энергии в системе молокоотсоса, которая включает в себя щеточный электродвигатель постоянного тока (DC). В частности, когда в щеточном электродвигателе постоянного тока (DC) происходит выброс тока, который приводит к снижению выходного напряжения источника питания вследствие броска отбора мощности электродвигателем, упомянутый выброс может обнаруживаться, так как контролируется выходное напряжение источника питания. Следует понимать, что способ, показанный на фиг. 5, не ограничен системой молокоотсоса, которая включает в себя щеточный электродвигатель постоянного тока (DC), и может относиться к альтернативным типам электродвигателя. Подача электропитания в электродвигатель и/или один или более других компонентов может приостанавливаться, допуская продолжение стабильной работы других компонентов посредством настройки первого и второго пороговых напряжений для обеспечения того, чтобы источник питания продолжал обеспечивать минимальное требуемое рабочее напряжение в другие компоненты.
Далее на фиг. 6 поясняется модуль адаптации напряжения для адаптации выходного напряжения источника питания системы молокоотсоса, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Модуль адаптации напряжения может допускать использование компонентов в модуле обнаружения напряжения, которые не способны измерять напряжения в диапазоне нормального уровня напряжения выходного напряжения. Например, модуль обнаружения напряжения может быть аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 624, который показан на фиг. 6, и любой данный АЦП будет иметь конкретный диапазон входных напряжений, которые он способен измерять. Модуль 600 адаптации напряжения может снижать выходное напряжение до уровня, который находится в пределах диапазона входных напряжений АЦП 624. Модуль адаптации напряжения не требуется в вариантах осуществления, в которых модуль обнаружения напряжения способен обнаруживать напряжения на нормальном рабочем уровне выходного напряжения.
DET
Модуль 600 адаптации напряжения может быть сконфигурирован с возможностью снижения выходного напряжения источника питания системы молокоотсоса. В данной конструкции модуль 600 адаптации напряжения подсоединен к линии 601 выходного напряжения источника питания системы молокоотсоса. Линия 601 выходного напряжения непосредственно или непрямо подсоединена к электродвигателю. Однако линия 601 выходного напряжения может быть подсоединена к другому компоненту в системе молокоотсоса посредством источника питания. Как показано на фиг. 2, модуль адаптации напряжения может быть подключен между источником 223 питания и модулем 224 обнаружения напряжения. Модуль 600 адаптации напряжения дополнительно содержит первое сопротивление 602 и второе сопротивление 603, подключенные последовательно между выходным напряжением и опорным напряжением, в настоящем случае заземлением. Однако в других вариантах осуществления может применяться другое опорное напряжение, при условии, что опорное напряжение ниже, чем выходное напряжение. Пониженное напряжение, которое можно назвать напряжением V обнаружения, получают в общем узле 604 первого и второго сопротивлений 602, 603, то есть в узле 604 соединения между первым и вторым сопротивлениями 602, 603. Модуль обнаружения напряжения, в настоящем варианте осуществления АЦП 624, подсоединен к узлу 604 для приема пониженного напряжения.
Когда обнаруживается пониженное напряжение вместо обнаружения непосредственно выходного напряжения, пороговое напряжение, используемое для сравнения в модуле прерывания электродвигателя, может быть соответствующим пониженным пороговым напряжением. То есть пониженное пороговое напряжение можно настроить так, что, когда выходное напряжение находится у порогового напряжения, пониженное напряжение находится у пониженного порогового напряжения. Если, например, требуемое пороговое напряжение для выходного напряжения выше, чем минимальное требуемое напряжение для стабильной работы других компонентов в системе молокоотсоса, то, возможно, пониженное пороговое напряжение может быть меньше, чем минимальное требуемое напряжение. Следует понимать, что это будет зависеть от предела, до которого выходное напряжение снижается модулем 600 адаптации напряжения.
Далее на фиг. 7 поясняется модуль адаптации напряжения, содержащий конденсатор в качестве фильтра низких частот, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Модуль 700 адаптации напряжения похож на модуль 600 адаптации напряжения на фиг. 6 и содержит первое и второе сопротивления 702, 703, подключенные последовательно между линией 701 выходного напряжения и опорным напряжением, при этом общий узел 704 сопротивлений 702, 703 подсоединен к модулю 724 обнаружения напряжения. Однако модуль 700 адаптации напряжения на фиг. 7 дополнительно содержит конденсатор 705, подключенный между узлом 704 и опорным напряжением, которое может таким же опорным напряжением, к которому подсоединено второе сопротивление 703, или отличающимся опорным напряжением. Линия 701 выходного напряжения непосредственно или непрямо подсоединена к электродвигателю. Однако линия 701 выходного напряжения может быть подсоединена к другому компоненту в системе молокоотсоса посредством источника питания.
DET
DET
Скорость, с которой модуль 724 обнаружения напряжения и, следовательно, модуль прерывания электродвигателя реагирует на изменения пониженного напряжения V, может определяться емкостью конденсатора 705, который функционирует как фильтр нижних частот. Меньшая емкость будет обеспечивать сокращение времени срабатывания, а более высокая емкость будет обеспечивать удлинение времени срабатывания. Конденсатор может отфильтровывать высокочастотный шум в пониженном напряжении V. Например, в системе с ШИМ-управлением выходное напряжение быстро переключается между некоторым уровнем напряжения и нулем Вольт. Конденсатор может сглаживать данное переключательное колебание пониженного напряжения посредством отфильтровывания сигналов на частоте переключения ШИМ. Это гарантирует, что модуль прерывания электродвигателя не приостанавливает подачу электропитания в электродвигатель в течение каждого цикла переключения, когда выходное напряжение временного переключается в нуль Вольт. Хотя конденсатор 705 применяется как фильтр в модуле 700 адаптации напряжения 700 на фиг. 7, следует понимать, что в других вариантах осуществления можно подставлять фильтры других типов. Например, в одном варианте осуществления конденсатор может быть заменен активным фильтром нижних частот, содержащим операционный усилитель с соединением обратной связи между выходом и инвертированным входом. Однако в некоторых вариантах осуществления фильтрация может не требоваться. Например, АЦП 724 может иметь частоту дискретизации, достаточно низкую для того, чтобы колебания в масштабе времени переключения ШИМ нельзя было обнаружить, или другие компоненты, используемые в модуле прерывания электродвигателя, не могут работать с достаточно высокими скоростями, чтобы обладать способностью реагирования на колебания в масштабе времени переключения ШИМ.
На фиг. 8 схематически изображена система молокоотсоса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Система молокоотсоса включает в себя модуль 825 индикации ошибок для указания, когда электродвигатель отбирает слишком большой ток в течение слишком долгого времени. Это может указывать, когда электродвигатель приближается к концу своего срока службы. В настоящем варианте осуществления модуль 825 индикации ошибок содержится в функциональном блоке 820, похожем на функциональный блок, показанный на фиг. 2, содержащем вакуумный насос 821, электродвигатель 822, например, щеточный электродвигатель постоянного тока (DC), источник 823 питания, модуль 824 обнаружения напряжения и модуль прерывания электродвигателя (не показанный на фиг. 8). В других вариантах осуществления модуль 825 индикации ошибок может быть обеспечен в сборном блоке или компонентах функционального блока 820, и сборный блок может быть встроен в основной корпус молокоотсоса.
Модуль 825 индикации ошибок подсоединен к модулю 824 обнаружения напряжения, который может быть тем же модулем обнаружения напряжения, к которому подсоединен модуль прерывания электродвигателя (не показанный), или может быть отдельным модулем обнаружения напряжения. Модуль 825 индикации ошибок сравнивает обнаруженное выходное напряжение с третьим пороговым напряжением, которое может быть выше, чем первое пороговое напряжение, используемое модулем прерывания электродвигателя. Предполагается, что продолжающееся состояние низкого напряжения является результатом более высокого тока, отбираемого электродвигателем, когда он приближается к концу его эксплуатационного срока службы, поскольку угольные щетки сильно изношены, и их сопротивление снизилось. Поэтому, если модуль 825 индикации ошибок определяет, что обнаруженное выходное напряжение было ниже третьего порогового напряжения в течение, по меньшей мере, предварительно заданного периода времени, то модуль 825 индикации ошибок указывает состояние ошибки, чтобы сигнализировать, что электродвигатель находится вблизи конца его эксплуатационного срока службы. Третье пороговое напряжение можно выбирать равным уровню, который обычно имеет место за некоторое время перед отказом электродвигателя, например, за один месяц перед отказом в режиме нормального применения, чтобы дать пользователю системы время на замену электродвигателя или получение новой системы молокоотсоса. Указание ошибки может обеспечиваться, например, визуально посредством дисплея, или посредством высвечивания светоизлучающего диода (СД), или может обеспечиваться звуком посредством динамика.
Далее на фиг. 9 схематически изображена система молокоотсоса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Система молокоотсоса включает в себя модуль 925 управления источником питания для управления источником питания в зависимости от обнаруженного входного напряжения, чтобы обеспечивать выходное напряжение на предварительно заданном уровне напряжения. В настоящем варианте осуществления модуль 925 управления источником питания содержится в функциональном блоке 920, похожем на функциональный блок, показанный на фиг. 2, содержащем вакуумный насос 921, электродвигатель 922, например, щеточный электродвигатель постоянного тока (DC), источник 923 питания, например, батарею, модуль 924 обнаружения напряжения и модуль прерывания электродвигателя (не показанный на фиг. 9). В некоторых вариантах осуществления модуль 925 управления источником питания может быть обеспечен в системе молокоотсоса, которая не включает в себя модуль прерывания электродвигателя. Например, модуль управления источником питания можно применять к системам, которые не используют щеточные электродвигатели постоянного тока (DC), в которых модуль прерывания электродвигателя не требуется.
D
В более подробном изложении источник питания включает в себя перезаряжаемую батарею 923, выполненную с возможностью обеспечения входного напряжения, подлежащего преобразованию в выходное напряжение источника питания. Модуль 924 обнаружения напряжения выполнен с возможностью обнаружения входного напряжения, обеспечиваемого перезаряжаемой батареей, которое можно также называть напряжением батареи. Модуль 925 управления источником питания соединен с модулем 924 обнаружения напряжения и выполнен с возможностью управления источником питания в зависимости от обнаруженного входного напряжения. Входное напряжение, обеспечиваемое перезаряжаемой батареей, может значительно снижаться по мере того, как энергия, хранящаяся в батарее, расходуется с течением времени, и, посредством контроля входного напряжения, модуль 925 управления источником питания может управлять источником питания, при необходимости, чтобы обеспечивать выдерживание стабильного рабочего напряжения. В настоящем варианте осуществления источник питания управляется с использованием ШИМ посредством переключения транзистора FET 226, подключенного между источником 923 питания и электродвигателем 922. Модуль 925 управления источником питания выполнен с возможностью получения коэффициента  заполнения импульса ШИМ:
D=VO/VIN
,
VO
VIN
где  означает требуемое выходное напряжение, и  означает входное напряжение, обеспечиваемое батареей. Если обнаруженное входное напряжение с течением времени, то модуль 925 управления источником питания может определять новый коэффициент заполнения импульса соответственно и управлять транзистором FET 226 на основании нового коэффициента заполнения импульса, чтобы обеспечивать электропитание в электродвигатель 922 с требуемым выходным напряжением.
Настоящие варианты осуществления относятся к системе молокоотсоса, содержащей единственный источник питания. Однако следует понимать, что настоящее изобретение применимо также к системам молокоотсоса, включающим в себя два или более источников питания. Например, в другой конструкции, включающей в себя щеточный электродвигатель постоянного тока (DC), второй источник питания, в частности, конденсатор, соединен с печатной платой (PCB), чтобы локально буферизировать источник питания для ослабления выброса. В некоторых вариантах осуществления, вместо использования ШИМ для преобразования входного напряжения в выходное напряжение, система молокоотсоса может дополнительно включать в себя преобразователь постоянного тока, например, линейный регулятор или импульсный источник питания, для преобразования входного напряжения батареи в требуемое выходное напряжение. Модуль управления источником питания может управлять преобразователем постоянного тока соответственно, по обнаруженному входному напряжению.
Далее на фиг. 10 поясняется способ широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для управления источником питания молокоотсоса по обнаруженному входному напряжению, обеспечиваемому перезаряжаемой батареей, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Сначала, на этапе S1001, обнаруживают входное напряжение, обеспечиваемое перезаряжаемой батареей. Затем, на этапе S1002, выполняется определение, изменилось ли входное напряжение со времени предыдущего измерения. В данном случае можно проверить, изменилось ли входное напряжение на какую-либо величину, или изменилось ли более чем на предварительно заданную величину. Если входное напряжение не изменилось, то процедура возвращается на этап S1001 и продолжает контролировать входное напряжение. Однако если входное напряжение изменилось, то на этапе S1003 вычисляют новый коэффициент заполнения импульса, который может обеспечить требуемое выходное напряжение, при данном текущем значении входного напряжения, как изложено выше со ссылкой на фиг. 9. Затем, на этапе S1004, источник питания управляется с использованием нового коэффициента заполнения импульса ШИМ, чтобы продолжать обеспечение питания с требуемым выходным напряжением, несмотря на изменение входного напряжения.
Хотя в вышеописанных вариантах осуществления насосный блок снабжен отдельными средствами для создания понижения давления в вакуумном канале и сброса понижения давления в вакуумном канале, следует понимать, что упомянутые средства могут быть объединены. В другом варианте осуществления насосный блок содержит поршень, вмещенный с возможностью скольжения в поршневой(ом) камере или цилиндре. Поршень работает как элемент, совершающий возвратно-поступательные движения. Поршень формирует жидкостное уплотнение в камере. Поршневая камера формирует часть вакуумного канала. Поршень приводится в действие возвратно-поступательно, например, посредством коленчатого вала и электродвигателя. Когда поршень вытягивается вдоль поршневой камеры, перемещение поршня оказывает действие по созданию понижения давления в вакуумном канале. Тем самым возможно создание вакуума на молочной железе пользовательницы. Когда поршень перемещается противоположно во время своего возвратного хода, понижение давления в камере сбрасывается. Однако в случае, если, например, заклинивает поршень или отказывает электродвигатель, то поршень не будет сбрасывать понижение давления в вакуумном канале. То есть насосный блок не будет сбрасывать понижение давления в вакуумном канале. Если это происходит, то отверстие утечки, обеспеченное в вакуумном канале, будет допускать управляемый сброс понижения давления в вакуумном канале.
В вышеописанном варианте осуществления следует понимать, что вакуумный канал формируется между поршнем и молочной железой пользовательницы, когда систему молокоотсоса собирают, и молочную железу пользовательницы вмещают в воронку. Насосный блок может располагаться в функциональном блоке или может размещаться в молокоотсосе.
В варианте осуществления насосный блок формируется мембраной и средством механического деформирования мембраны. Мембрана работает как элемент, совершающий возвратно-поступательные движения. Например, к деформируемой мембране может быть прикреплен шток, который является возвратно-поступательно перемещаемым посредством электродвигателя. В приведенной конструкции деформирование мембраны из ее нейтрального состояния создает понижение давления в вакуумном канале. Затем возврат мембраны в ее нейтральное состояние сбрасывает понижение давления в вакуумном канале. В данном варианте осуществления следует понимать, что вакуумный канал формируется между мембраной и молочной железой пользовательницы, когда систему молокоотсоса собирают, и молочную железу пользовательницы вмещают в воронку. Однако в случае, если мембрана не возвратится в свое нейтральное состояние, например, вследствие отказа электродвигателя, то мембрана не сбросит понижение давления в вакуумном канале. То есть насосный блок не будет сбрасывать понижение давления в вакуумном канале. Если это происходит, то отверстие утечки, обеспеченное в вакуумном канале, будет допускать управляемый сброс понижения давления в вакуумном канале. Мембрана может быть мембраной, описанной в вышеприведенных вариантах осуществления, или может быть другой мембраной, расположенной отдельно.
В вышеописанных двух вариантах осуществления следует понимать, что никакого клапана сброса давления не требуется, так как понижение давления сбрасывается посредством клапана или мембраны, возвращающегося(ейся) в его(ее) нейтральное положение.
Следует понимать, что хотя варианты осуществления настоящего изобретения описаны и изображены как включающие в себя некоторые элементы, которые могут называться компонентами, модулями или блоками, показанные конструкции являются только примерными. Изображенные элементы могут быть физически отдельными аппаратными компонентами или могут быть встроенными в один модуль, выполняющий функции отдельных модулей, показанных в любом из вариантов осуществления. Например, описание модуля 224 обнаружения напряжения и модуля 225 прерывания электродвигателя со ссылкой на фиг. 2 не подразумевает, что упомянутые модули являются физически отдельными. В варианте осуществления оба модуля могут быть осуществлены в одной микросхеме, включающей в себя АЦП в качестве модуля 224 обнаружения напряжения и дополнительную аппаратуру, выполненную с возможностью выполнения функции модуля 225 прерывания электродвигателя. В некоторых вариантах осуществления функции одного или более компонентов могут выполняться процессором, выполняющим команды системы программного обеспечения.
Следует также понимать, что термин «содержащий» не исключает другие элементы или этапы, и что признак единственного числа в форме неопределенного артикля в оригинале не исключает множественного числа. Единственный процессор может выполнять функции нескольких элементов в формуле изобретения. Очевидное обстоятельство, что некоторые признаки упомянуты во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает невозможность применения комбинации упомянутых признаков в подходящем случае. Никакие позиции в формуле изобретения нельзя считать ограничивающими объем изобретения.
Хотя формула изобретения составлена в настоящей заявке для конкретных комбинаций признаков, следует понимать, что объем раскрытия настоящего изобретения включает в себя также любые новые признаки или любые новые комбинации признаков, раскрытые в настоящей заявке либо явно, либо косвенным образом, либо любое их обобщение, относится ли он или нет к одному и тому же изобретению, заявленному настоящим образом в любом пункте формулы изобретения, и устраняет ли он или нет любые или все те же технические проблемы, как устраняет основное изобретение. Заявители настоящим предупреждают, что для упомянутых признаков и/или комбинаций признаков может быть составлена новая формула изобретения во время рассмотрения настоящей заявки или любой дополнительной заявки, выведенной из нее.