JP6158922B2 - 搾乳器システム及びその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は搾乳器システムに関する。より具体的には、本発明は、搾乳器システムにおいて複数の構成要素のうちの所定の一つへの電力の供給を遮断することに関する。

搾乳器は、都合の良いときに母乳を圧搾するために母親によって使用される。圧搾された母乳は子供が後に摂取するために貯蔵される。搾乳器は、子供の摂食行動を再現するように真空（陰圧）を発生させることによって動作する。従来の搾乳器は、必要な真空を発生させるために使用者が真空ポンプを手で操作する機械式、又は真空ポンプが電動モータによって駆動される電動式として分類されることができる。搾乳器の電動システムは、予期せずかつ制御されずに運転停止することがあり得ることが知られている。

電動式の搾乳器システムにおいて、そのようなシステムの信頼性を改善することが一般的に望ましい。また、電力消費を低減すること、例えば電池寿命を最大化することも望ましい。

本発明の一つの目的は、上述の問題の一つ以上を実質的に軽減又は克服する搾乳器システムを提供することである。

本発明によれば、ポンプユニット、ポンプユニットを駆動するためのアクチュエータ、アクチュエータを含む複数の構成要素（コンポーネント）に電力を供給するように構成された電源、電源の出力電圧を検出するように構成された電圧検出モジュール、及び検出された出力電圧が第一の閾値電圧より低く落ちることに応答して複数の構成要素のうちの所定の一つへの電力の供給を一時停止し、検出された出力電圧が第二の閾値電圧より高く回復することに応答して複数の構成要素のうちの所定の一つへの電力の供給を再開するように構成された電力遮断モジュールを有する、搾乳器システムが提供される。

上記のアプローチは、電動式の搾乳器システムの信頼性を改善するという利点を有する。その上に、アクチュエータの不具合による搾乳器システムの制御されない運転停止が防止され得る。

搾乳器システムは、電源とアクチュエータとの間に接続された開閉器（スイッチ）を更に有してもよく、電力遮断モジュールは、開閉器を開き、電源からアクチュエータの接続を断つことによってアクチュエータへの電力の供給を一時停止するように構成されていてもよい。このアプローチは、非ＰＷＭシステムにおいてアクチュエータを電源から絶縁するために使用されることができる。

電源は、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用してアクチュエータへ電力を供給するように構成されてもよい。その上に、電力遮断モジュールは、ＰＷＭデューティーサイクルをゼロに設定することによってアクチュエータへの電力の供給を一時停止するように構成されてもよい。ＰＷＭ制御のシステムにおいて、このアプローチは、アクチュエータを絶縁するために追加的な構成要素が必要とされないという利点を有する。なぜなら、ＰＷＭ制御のために使用される同一の開閉器を開いた状態に保持することによってアクチュエータが電源からの接続が切られ得るためである。開閉器は、例えば、接合トランジスタ又は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。

電力遮断モジュールは、所定の入力電圧範囲内で電圧を測定するためのアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を有してもよい。そして、搾乳器システムは、ＡＤＣの入力電圧範囲内に含まれる適合電圧まで、出力電圧を適合させるための、電圧適合モジュールを更に有してもよい。電力遮断モジュールは、対応する適合された閾値電圧よりも低く適合電圧が落ちることを検出することによって、出力電圧が第一の閾値電圧よりも低く落ちることを検出するように構成されていてもよい。この方法で電圧を適合させることは、適合された電圧入力範囲を有するＡＤＣの使用を可能にすることができる。

電圧適合モジュールは、第一の抵抗器と第二の抵抗器との間のノードにおいて適合電圧を得るために、出力電圧と第一の基準電圧との間に直列に接続された第一の抵抗器及び第二の抵抗器を有してもよい。この構成は、電圧を適合させるための低コストの解決策を提示する。

電圧適合モジュールは、第二の基準電圧と、第一の抵抗器と第二の抵抗器との間のノードとの間に接続された蓄電器（キャパシタ）を更に有してもよい。適合された電圧をフィルターにかけることは、例えば、電圧適合モジュールが小さな／短い電圧のピーク又は一時的な低下に従うことを防止するために、有利であり得る。

出力電圧は、アクチュエータへ供給される電圧であってもよい。代替的に、出力電圧は、同様に電源によって電力を供給される搾乳器システム内の一つ以上の他の構成要素へ供給される電圧であってもよい。この場合、第一の閾値電圧は、一つ以上の構成要素によって要求される最小の動作電圧よりも高くてもよい。電源がアクチュエータと同様に他の構成要素へも電力を供給する場合、他の構成要素へ供給される電圧を監視し、対応する閾値を設定することは、モータの電流が急上昇（スパイク）する間に、システムの不安定性をもたらし得るレベルまで電源電圧が低下する前にアクチュエータが絶縁されることを確かにすることができる。

一つ以上の他の構成要素は、真空ポンプによって生成された真空を解放するための弁、電圧安定化モジュール及び／又はアクチュエータを制御するためのＰＷＭ制御部を含んでもよい。同一の電源が弁、電圧安定化モジュール及び／又はＰＷＭ制御部にも電力を供給する場合は、電圧の低下が検出されたときにアクチュエータを絶縁することは、電源が解放弁、電圧安定化モジュール及びＰＷＭ制御部に安定的に電力を供給し続けることを可能にすることによってシステムの安定性を改善することができる。この構成は、解放弁の場合に特に有利である。解放弁の不具合は、胸部に高度の真空が作り出されることにつながり得る。

電力遮断モジュールは、１０００サンプル毎秒よりも高いサンプリング速度で出力電圧をサンプリングするように構成されてもよい。この構成は、出力電圧が第一の閾値電圧よりも下に低下した後にアクチュエータが迅速にスイッチを切られることを可能にすることができる。その上に、この構成はまた、出力電圧が第二の閾値電圧よりも高く回復した後に電力遮断モジュールが迅速にアクチュエータを再接続することを可能にすることができる。

搾乳器システムは、検出された出力電圧に応答してエラー状態を表示するように構成された、エラー表示モジュールを更に有してもよい。エラー表示は、アクチュエータがその寿命の終わりに近づいていることを使用者に知らせ、不具合が起こる前に使用者がモータ又は搾乳器システム全体を取り換えるための時間を与えることができる。例えば、直流（ＤＣ）ブラシ付モータにおいて、カーボンブラシが激しく摩耗してそれらの抵抗が低下することで、モータによって取り出される電流の増大を引き起こすにつれて、モータの寿命の終わりの少し前に出力電圧の低下が起こり得る。

電源は、出力電圧に変換される入力電圧を供給するように構成された電池を有してもよい。そして、搾乳器システムは、入力電圧を検出し、検出された入力電圧に応じて電力の供給を制御して、所定の電圧レベルで出力電圧を提供するように構成された電源制御モジュールを更に有してもよい。この構成は、電池によって提供される電圧が時間と共に低下するにつれて電源の出力電圧が低下することを回避し、電源からのより安定した出力電圧を維持することによってシステムの安定性を改善することができる。

搾乳器システムは、検出された出力電圧が、所定の期間の間、第三の閾値電圧よりも低く留まっていることに応答してエラー状態を表示するように構成されたエラー表示モジュールを更に有してもよく、第三の閾値電圧は、第一の閾値電圧よりも高い。

電源は、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用してアクチュエータへ電力を供給するように構成されていてもよい。そして、電源制御モジュールは、検出された入力電圧及び所定の電圧レベルに基づいてＰＷＭデューティーサイクルを決定するように構成されていてもよい。ＰＷＭ制御は、ＰＷＭデューティーサイクルを相応に変化させることによって、高い電池からの入力電圧が、要求される出力電圧まで低減されることを可能にすることができる。これは、要求される出力電圧と比較して高い入力電圧を有する電池の使用を可能にし、入力電圧が最小の要求されるレベルよりも低く落ちる前に個別の電池によって提供され得る有用な動作時間を増大させる。

本発明によれば、搾乳器システムを使用するための方法も提供される。搾乳器システムはポンプユニット、ポンプユニットを駆動するためのアクチュエータ、及びアクチュエータを含む複数の構成要素に電力を供給するように構成された電源を有し、当該方法は、電源の出力電圧を検出するステップ、検出された出力電圧が第一の閾値電圧より低く落ちることに応答して複数の構成要素のうちの所定の一つへの電力の供給を一時停止するステップ、及び検出された出力電圧が第二の閾値電圧より高く回復することに応答して複数の構成要素のうちの所定の一つへの電力の供給を再開するステップを含む。

電源は、出力電圧に変換される入力電圧を供給するように構成された電池を有してもよく、当該方法は、入力電圧を検出するステップ、及び所定の電圧レベルで出力電圧を提供するように、検出された入力電圧に応じてアクチュエータへの電力の供給を制御するステップを更に含んでもよい。

搾乳器システムは、エラー表示モジュールを更に有してもよく、当該方法は、検出された出力電圧が、所定の期間の間、第三の閾値電圧よりも低く留まっていることに応答してエラーを表示するステップを更に含み、第三の閾値電圧は、前記第一の閾値電圧よりも高い。

また、本発明によれば、搾乳器システムであって、搾乳器システム内の複数の構成要素へ電力を供給するように構成された電源であり、電源の出力電圧に変換される入力電圧を供給するように構成された電池を含む電源、出力電圧を検出するように構成された電圧検出モジュール、及び、所定の電圧レベルで出力電圧を提供するように、検出された入力電圧に応じて電源を制御するように構成された電源制御モジュールを有する搾乳器システムも提供される。電源は、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して電動モータに電力を供給するように構成されてもよい。また、電源制御モジュールは、検出された入力電圧及び所定の電圧レベルに基づいてＰＷＭデューティーサイクルを決定するように構成されてもよい。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、本明細書において以下に記述される複数の実施形態から明らかになり、それらの実施形態を参照して説明されるであろう。

本発明の複数の実施形態が、例示のみの目的で、添付の図面を参照して、これから記述される。
図１は、本発明の一つの実施形態による搾乳器システムを示す。 図２は、図１に示される搾乳器システムの動作ユニットを示す。 図３は、搾乳器システムで使用するためのＤＣブラシ付電動モータを示す。 図４は、本発明の一つの実施形態による、同一の電源が電動モータに加えて複数の他の構成要素に電力を供給する搾乳器システムを示す。 図５は、本発明の一つの実施形態による、搾乳器システムを使用するための方法を示す。 図６は、本発明の一つの実施形態による、搾乳器システム電源の出力電圧を適合させるための、電圧適合モジュールを示す。 図７は、本発明の一つの実施形態による、低域通過フィルターとしての蓄電器を有する電圧適合モジュールを示す。 図８は、本発明の一つの実施形態による、電動モータがその動作寿命の終わりに近づいている場合に表示をするためのエラー表示モジュールを有する搾乳器システムを示す。 図９は、本発明の一つの実施形態による、電源が再充電可能な電池を有する搾乳器システムを示し、電源制御部は、電池によって提供された、検出された入力電圧に基づいて、電源を制御する。 図１０は、本発明の一つの実施形態による、電池によって提供された、検出された入力電圧に基づいて電源を制御するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）方法を示す。

これから図１及び図２を参照すると、本発明の一つの実施形態による搾乳器システムが示されている。図１に示されるように、搾乳器システム１００は、圧搾ユニットとも呼ばれる搾乳器（ブレストポンプ）１１０、及び管１３０によって搾乳器１１０に接続された動作ユニット１２０を有する。管１３０は、搾乳器１１０と動作ユニット１２０との間に流体連通を提供する。管１３０はまた、搾乳器１１０と動作ユニット１２０との間に電気的接続を提供するために使用されてもよい。例えば、管は、搾乳器と動作ユニットとの間で操作信号又は電力を供給してもよい。図示された配置では動作ユニット１２０は搾乳器１１０から離間しているが、動作ユニットは搾乳器１１０と一体的に形成されてもよいことが理解されるであろう。

搾乳器１１０は、本体１１１、漏斗１１２、収集容器１１３、及び真空ライン１３０に結合されたダイアフラム１１４を有する。収集容器１１３又はレセプタクルは、使用者の胸部から圧搾された乳を収集し、哺乳瓶又は袋の形式を取ってもよい。収集容器１１３はねじ込み取り付けによって本体１１１に取り付けられるが、クリップ（図示なし）のような代替的な解放可能な取り付け手段が使用され得ることが理解されるであろう。胸部受容漏斗１１２は、使用者の胸部（乳房）を受容するように構成されており、口状部及びスロート（喉状部）を有する。口状部は漏斗１１２の外側の端で開いており、漏斗１１２は、胸部を受容する中空の凹部を形成するように、外側の端からスロートに向かって収束する。本体１１１は、漏斗１１２を収集容器１１３に流体的に接続する。流体通路は、漏斗１１２の胸部受容空間から収集容器１１３へ、本体１１１を貫通して形成される。本体１１１は、外側の殻部で形成される。本体１１１は漏斗１１２と一体的に形成されるが、漏斗１１２は取り外し可能であってもよいことが理解されるであろう。

動作ユニット１２０は、真空ユニット及びポンプユニット（図１には示されていない）を駆動するための電動モータを有する。電動モータは、アクチュエータとして働く。ポンプユニットは、真空経路内の減圧を生成及び解放するように構成される。真空経路内の減圧は、単一ストロークの方法又は多数ストロークの方法によって生成され得る。減圧を生成する及び減圧を解放する方法は、別個の構成要素であってもよい。具体的には、本実施形態において、ポンプユニットは真空ポンプ（図１には示されていない）及び圧力解放弁（図１には示されていない）を有する。真空ポンプは、減圧手段として働く。圧力解放弁は、減圧を解放するための手段として働く。真空ポンプは、管１３０を経由して本体１１１に流体的に接続されている。解放弁は、真空ポンプによって発生させられた圧力の低減状態を解放するために周期的に開くように構成されている。この構成は、周期的な圧力差が生成される原因となる。しかしながら、異なる圧力発生システムも使用され得ることが理解されるであろう。例えば、減圧を発生させるための手段と減圧を解放するための手段が一体的に形成されてもよい。

搾乳器１１０の本体１１１内にチャンバーが形成されている。チャンバーは、流体の通路に沿って形成され、真空ポートを有する。真空ポートは管１３０に通じており、真空ポンプはチャンバー内に減圧を生じさせることができる。

本発明において、チャンバー内に膜が受容されている。膜又はダイアフラムは、柔軟である。膜は、チャンバーを第一の空間と第二の空間に区画する。第一の空間は、真空ポートと流体連通している。従って、真空ポンプによって第一の空間内に減圧が発生させられる。第二の空間は、漏斗１１２の胸部受容空間と収集容器１１３との間の流体通路と流体連通している。従って、第二の空間は漏斗内に受容された胸部と直接的に流体連通している。チャンバーと収集容器１１３との間に、一方向弁が配置されている。第一の空間内に減圧が発生させられた場合に、膜は変形して第一の空間の方向に引き込まれる。従って、膜の変形によってチャンバーの第二の空間内に減圧が生み出される。漏斗の口状部内に胸部が受容された場合に、漏斗内に減圧が形成されて使用者の胸部に働き、胸部から乳が圧搾されるように刺激する。

上記の構成は、使用者の胸部に間接的に真空を発生させる。真空ポンプと漏斗の間に直接的な流体接続が形成されるように、膜を省略することによって使用者の胸部に真空を発生させることも可能であることが理解されるであろう。その上に、本実施形態においては別個の搾乳器及び動作ユニットが提供されているが、他の実施形態において、収集器、漏斗、真空ポンプ、電動モータ及び電源のような搾乳器システムの構成要素は、単一の物体の中に収納されてもよい。例えば、別個の動作ユニットに対する必要性を除けば、動作ユニットの複数の構成要素は、搾乳器の本体内に一体化されてもよい。

動作ユニット１２０は、図２により詳細に示されている。動作ユニットは、真空ポンプ２２１、真空ポンプ２２１を駆動するための直流（ＤＣ）ブラシ付き電動モータ２２２、電動モータ２２２に電力を供給するための電源２２３、電源２２３の出力電圧を検出するための電圧検出モジュール２２４、及び電力遮断モジュール２２５を有する。電源は、電動モータ２２２を含む搾乳器システム内の複数の構成要素に電力を提供する。そして、電力遮断モジュール２２５は、電源２２３の出力電圧の低下が検出された場合に、出力電圧がシステムの不安定化につながり得る程度まで低下する前に、複数の構成要素のうちの一つ以上の所定の構成要素への電力の供給を遮断することができる。この方法による一つ以上の構成要素への電力の供給の遮断は電源への負荷を一時的に軽減することができ、搾乳器システムの安定した動作が維持されることができる。

本実施形態において、電力遮断モジュール２２５は、開閉器（スイッチ）２２６を制御することによってモータ２２２への電力の供給を遮断するように構成されている。この場合においては、電動モータ２２２と電源２２３との間に接続された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を制御するように構成されている。故に、本実施形態において、電力遮断モジュール２２５はモータ遮断モジュールとも呼ばれる。電源２２３がパルス幅変調（ＰＷＭ）法を使用して電力を供給するように構成された実施形態において、ＦＥＴ２２６は、ＰＷＭ制御部によって制御されて要求された周波数及びデューティーサイクルで供給電圧オン又はオフに切り替える、同一のＦＥＴであってもよい。モータ遮断モジュール２２５は、図２に示されるようにＦＥＴ２２６を直接的に制御することができ、又はＰＷＭ制御部（図２には示されていない）へ遮断信号を送信することができる。ＰＷＭ制御部は、デューティーサイクルをゼロに設定することによって、その遮断信号に応答することができる。しかしながら、ＰＷＭ制御をされていない実施形態において、別個のＦＥＴ２２６又はその他の適切な開閉器が提供されてもよい。

モータ遮断モジュール２２５は、検出された出力電圧が第一の閾値電圧より低く落ちることに応答して電動モータ２２２への電力の供給を一時停止し、検出された出力電圧が第二の閾値電圧より高く回復することに応答して電動モータ２２２への電力の供給を再開するように構成されている。この方法によって、電流の急上昇（スパイク）が起こった場合にモータは電源から絶縁されることができ、電流の急上昇を生じさせる状況が続く間に電力がモータ２２２で浪費されることを回避する。出力電圧が回復した後にモータ２２２が再接続したときに、電流の急上昇を生じさせる状況がまだ存在する場合には、出力電圧は再び第一の閾値電圧よりも低く低下し、モータ２２２は再び接続が切られることになる。この一連の過程は、電流の急上昇の原因が取り除かれるまで継続することができる。その時点で、電源２２３は、別の電力の急上昇が起こり結果として出力電圧の低下が生じるまで、又はシステムのスイッチが切られるまで、モータ２２２への電力供給を継続することができる。

本実施形態において、第一の閾値電圧は第二の閾値電圧よりも低い。しかしながら、一つの代替的な実施形態において、第一の閾値電圧は第二の閾値電圧と等しいことが理解されるであろう。

本実施形態において、電力遮断モジュールはモータへの電力の供給を一時停止するように構成されたが、一つの代替的な実施形態においては、モータへの電力の供給を一時停止することに代わり又はこれに加えて、一つ以上の他の構成要素への電力の供給が一時停止される。例えば、電磁弁のような真空解放弁への電力の供給が、モータへの電力の供給を一時停止することに代わり又はこれに加えて、遮断されることができる。出力電圧が閾値より低く低下した場合に電力が一時停止される一つの構成要素又は複数の構成要素は、構成要素の重要性及び／又は構成要素の標準的な電力消費レベルに基づいて予め定められることができる。電力の供給を短い時間の間一時停止するだけでよいかも知れず、そのためその所定の構成要素又は所定の複数の構成要素は、この時間スケールの電力供給遮断に耐えることができる一つ以上の構成要素を選択することによって選ばれることができる。例として、モータ及び／又は真空解放弁への電力の供給は、搾乳器システムの安全な動作を損なうことなく、短い時間、例えば数ミリ秒の間遮断されてもよい。

ＤＣブラシ付電動モータ２２２が、図３により詳細に示されている。電動モータ２２２は、電機子（アマチュア）の回りに巻き付けられたワイヤのコイル３０１を有する。明瞭さのために、図３において電機子は省略されている。永久磁石３０２，３０３は、コイル３０１の対向する両側に配置されている。コイル３０１は、複数の整流子断片３０４及びカーボンブラシ３０５を通じて電源に接続されている。当業者は、ＤＣブラシ付電動モータの動作原理に精通しているであろう。そして、簡潔さを維持するため、それ自体は詳細な記述が本明細書において省略される。複数の整流子断片３０４は空隙３０６によって隔てられている。図３には二つの整流子断片３０４が示されているが、一般的に、二つ又はそれ以上の如何なる数の断片が設けられてもよい。

発明者らによる研究は、ＤＣブラシ付電動モータが図１に示されるもののような搾乳器システムに使用される場合に、電動モータ２２２の電流の急上昇は、電動モータによって取り出されている電力の増大によって、結果として電源の出力電圧の低下を生じ得ることを明らかにした。電流の急上昇は、モータ２２２内のカーボンブラシ３０５の機械的な摩耗が炭素の小片を離脱させ、隣接する複数の整流子断片３０４の間の空隙３０６を橋渡しすることによって短絡を生じさせた場合に起こり得る。本発明の複数の実施形態は、電流の急上昇が生じたときにモータ２２２への電力の供給を一時停止することができ、モータ２２２で電力が浪費されることを回避する。モータ２２２への電力の供給は、ひとたび出力電圧が回復すれば再開されることができる。回復は、典型的な例ではモータへの電力の供給が一時停止された後に１ミリ秒（ｍｓ）以内に起こることが発見された。好ましくは、出力電圧が回復するとすぐにシステムが迅速に応答し、そしてモータへの電力の供給を再開することができるように、出力電圧は１０００サンプル毎秒よりも高い速度でサンプリングされることができる。これは、モータが必要以上に長く接続を遮断されることを回避することができる。

本明細書に示される実施形態はＤＣブラシ付電動モータを有する搾乳器システムに関係するが、本発明はまた、代替的な種類のモータを有する搾乳器システムに適用可能であることが理解されるであろう。例えば、ＤＣブラシレス電動モータを含む一つの他の構成において、緩んだワイヤ又は異なる障害によって電圧降下が生じ得る。

本発明の複数の実施形態は、同一の電源がモータだけでなく複数の他の構成要素へも電力を供給する、より安定なシステムを提供する。図４は、電源４２３が電動モータ４２２と同時にＰＷＭ制御モジュール４２７及び解放弁４２８に電力を供給する搾乳器システムを示す。ＰＷＭ制御モジュール４２７は、マイクロコントローラとして具体化されることができる。マイクロコントローラは、安定した動作のために若干の最小電圧を要求し得る。解放弁４２８も、安定した動作のために最小電圧を要求し得る。解放弁４２８によって要求される最小電圧はマイクロコントローラによって要求される最小電圧と同じであってもよく、又は異なっていてもよい。例えば、解放弁は、電磁弁を起動して弁を開くために最小電圧を要求する電磁弁であってもよい。

図４に示されるもののような一つの実施形態において、電圧検出モジュールによって検出される出力電圧は、電源によって搾乳器システムの他の構成要素に供給される出力電圧であってもよい。例えば、ＰＷＭ制御モジュール４２７又は解放弁４２８に供給される出力電圧が、モータ４２２に供給される出力電圧の代わりに検出されてもよい。モータ遮断モジュールは、検出された出力電圧を適切な第一の閾値電圧と比較する。第一の閾値電圧は、検出された出力電圧が供給される特定の構成要素によって、安定した動作のために要求される最小電圧よりも高くなるように設定されている。この方法により、検出される出力電圧が搾乳器システムの不安定な動作を引き起こすのに足りるほど低いレベルまで低下する前に、モータへの電力の供給が一時停止されることができる。故に、本発明の複数の実施形態は、一つの電源がＤＣブラシ付電動モータを含む複数の構成要素に電極を供給する搾乳器システムの安定性を改善することができる。

ここで図５を参照すれば、本発明の一つの実施形態による、ＤＣブラシ付電動モータを含む搾乳器システムにおいて使用するための方法が示されている。この方法は、図２に示されるもののようなシステムによって実行されることができる。第一のステップＳ５０１において、搾乳器システム内の電源の出力電圧が検出される。その後、ステップＳ５０２において、出された出力電圧が所定の第一の閾値電圧と比較される。電圧が第一の閾値電圧よりも低くない場合は、工程はステップＳ５０１に戻り、出力電圧の監視を継続する。一方で、電圧が第一の閾値電圧よりも低い場合は、工程はステップＳ５０３に進み、電源によって電力供給されている複数の構成要素のうちの所定の一つへの電力の供給を遮断する。例えば、ＰＷＭシステムにおいて、電動モータへの電力の供給は、ＰＷＭデューティーサイクルをゼロに設定することによって遮断されることができる。代替的に、電動モータを電源から絶縁するために、電動モータと電源との間に専用の開閉器が設けられてもよい。

次に、ステップＳ５０４において、出力電圧が所定の第二の閾値電圧よりも高く回復したかどうかが確認される。出力電圧が回復していない場合は、モータへの電力の供給は出力電圧が回復するまで遮断され続ける。ステップＳ５０４において、出力電圧が第二の閾値電圧よりも高く回復した、すなわち、ステップＳ５０２において第一の閾値電圧よりも低く低下した後に第二の閾値電圧よりも高く上昇したとひとたび決定されると、工程はステップＳ５０５に進み、複数の構成要素のうちの所定の一つへの電力の供給を再開する。電力の供給を再開した後に、工程はステップＳ５０１に戻り、次の電圧降下を検出するために、出力電圧の監視を継続してもよい。

図５に示されるような方法は、ＤＣブラシ付電動モータを含む搾乳器システムにおける電力消費を低減することができる。具体的には、モータによって取り出される電力のサージにより、結果として電源の出力電圧の低下を生じるＤＣブラシ付電動モータでの電流の急上昇が生じた場合に、電源の出力電圧が監視されているために、これは検出されることができる。図５に示される方法は、ＤＣブラシ付電動モータを含む搾乳器システムに限定されず、代替的な種類のモータに関連してもよいことが理解されるであろう。モータ及び／又は一つ以上の構成要素への電力の供給は一時停止されることができ、電源が他の構成要素への最小の要求動作電圧の供給を継続することを確かにするように第一の閾値電圧及び第二の閾値電圧を設定することによって、他の構成要素の安定した動作が継続することを可能にする。

ここで図６を参照すれば、本発明の一つの実施形態による、搾乳器システム電源の出力電圧を適合させるための電圧適合モジュールが示されている。電圧適合モジュールは、出力電圧の通常の電圧レベルの範囲で電圧を測定することができない電圧検出モジュール内の構成要素の使用を可能にすることができる。例えば、電圧検出モジュールは、図６に示されるようなアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）６２４であってもよい。そして、如何なる既知のＡＤＣでも、測定することができる入力電圧の特定の範囲を有するものである。電圧適合モジュール６００は、ＡＤＣ６２４の入力電圧範囲内に含まれるレベルまで出力電圧を低下させることができる。電圧適合モジュールは、電圧検出モジュールが出力電圧の通常の動作レベルで電圧を検出することが可能な実施形態においては、必要ではない。

電圧適合モジュール６００は、搾乳器システム電源の出力電圧を低減するように構成されていてもよい。そのような一つの構成において、電圧適合モジュール６００は、搾乳器システム電源の出力電圧ライン６０１に接続されている。出力電圧ライン６０１は、直接的又は間接的にモータに接続されている。しかしながら、出力電圧ライン６０１は、電力供給に関して搾乳器システムの他の構成要素に接続されてもよい。図２に戻って参照すれば、電圧適合モジュールは、電源２２３と電圧検出モジュール２２４との間に接続されることができる。電圧適合モジュール６００は、出力電圧と第一の基準電圧、この場合ではグランドとの間に直列に接続された第一の抵抗器６０２及び第二の抵抗器６０３を更に有する。しかしながら、他の実施形態において、基準電圧が出力電圧よりも低ければ、異なる基準電圧が使用されてもよい。検出電圧Ｖ_ＤＥＴとも呼ばれる低減された（低下した）電圧は、第一の抵抗器６０２及び第二の抵抗器６０３の共通のノード６０４、すなわち、第一の抵抗器６０２と第二の抵抗器６０３との間に接続されたノード６０４で得られる。電圧検出モジュール、本実施形態においてＡＤＣ６２４は、低減された電圧を受けるためにノード６０４に接続されている。

低減された電圧が検出された場合、出力電圧を直接的に検出する場合とは対照的に、モータ遮断モジュールにおける比較のために使用される閾値電圧は、対応する低減された閾値電圧であってもよい。すなわち、低減された閾値電圧は、出力電圧が閾値電圧に等しい場合に、低減された電圧が低減された閾値電圧に等しくなるように設定されてもよい。例えば、出力電圧に対する所望の閾値電圧が、搾乳器システム内の他の構成要素の安定した動作のための最小要求電圧よりも高い場合は、低減された閾値電圧が最小要求電圧よりも低くなることが可能であり得る。これは、電圧適合モジュール６００によって出力電圧が低減される程度に依存することが明確に理解されるであろう。

ここで図７を参照すれば、本発明の一つの実施形態による、低域通過フィルターとしての蓄電器（キャパシタ）を有する電圧適合モジュールが示されている。電圧適合モジュール７００は、図６の電圧適合モジュール６００に類似しており、出力電圧ライン７０１と基準電圧との間に直列に接続された第一の抵抗器７０２及び第二の抵抗器７０３、並びに、電圧検出モジュール７２４に接続された第一の抵抗器７０２及び第二の抵抗器７０３の共通のノード７０４を有する。しかしながら、図７の電圧適合モジュール７００は、ノード７０４と基準電圧との間に接続された蓄電器７０５を更に有する。その基準電圧は、第二の抵抗器７０３が接続されている基準電圧と同一であってもよく、又は異なる基準電圧であってもよい。出力電圧ライン７０１は、直接的又は間接的にモータに接続されている。しかしながら、出力電圧ライン７０１は、電力供給に関して搾乳器システムの他の構成要素に接続されてもよい。

電圧検出モジュール７２４及びそれ故にモータ遮断モジュールが低減された電圧Ｖ_ＤＥＴの変化に反応する速度は、蓄電器７０５の静電容量（キャパシタンス）によって決定され得る。蓄電器７０５は、低域通過フィルターとして機能する。静電容量が小さいほど短い反応時間をもたらすことができ、静電容量が大きいほど長い反応時間をもたらすことができる。蓄電器は、低減された電圧Ｖ_ＤＥＴ内の高周波ノイズを除去することができる。例えば、ＰＷＭ制御されるシステムにおいて、出力電圧はある電圧レベルとゼロボルトとの間で急速に切り替えられる。蓄電器は、ＰＷＭ切り替え周波数で信号を除外することによって、低減された電圧内でこのスイッチング変化を平滑化させることができる。これは、全てのスイッチングサイクルの間に、出力電圧が一時的にゼロボルトに切り替わる場合に、モータ遮断モジュールがモータへの電力の供給を一時停止しないことを確かにすることができる。図７の電圧適合モジュール７００において蓄電器７０５はフィルターとして使用されているが、他の実施形態において他の種類のフィルターが代わりに使用され得ることが明確に理解されるであろう。例えば、一つの実施形態において、蓄電器は、出力及び反転入力との間にフィードバック接続を備えた演算増幅器（オペアンプ）を有する能動低域通過フィルターによって置き換えられ得る。しかしながら、いくつかの実施形態において、フィルタリングは必要とされなくてもよい。例えば、ＡＤＣ７２４は、ＰＷＭスイッチング時間スケールが検出され得ない、十分に低いサンプリング速度を有してもよい。または、モータ遮断モジュールにおいて使用される他の構成要素が、ＰＷＭスイッチング時間スケールの変化に反応することが可能となる程十分に早い速度で動作しなくてもよい。

ここで図８を参照すれば、本発明の一つの実施形態による、搾乳器システムが示されている。搾乳器システムは、電動モータが長すぎる時間にわたって大きすぎる電流を引き込んでいる場合に、表示をするためのエラー表示モジュール８２５を有する。このモジュールは、電動モータがその動作寿命の終わりに近づいている場合に、表示をすることができる。本実施形態において、エラー表示モジュール８２５は図２の動作ユニットに類似した動作ユニット８２０内に含まれている。動作ユニット８２０は、真空ポンプ８２１、例えばＤＣブラシ付電動モータのような電動モータ８２２、電源８２３、電圧検出モジュール８２４及びモータ遮断モジュール（図８には示されていない）を有する。他の実施形態において、エラー表示モジュール８２５は収集ユニット又は動作ユニット８２０の構成要素の中に設けられてもよく、収集ユニットは搾乳器本体内に一体化されてもよい。

エラー表示モジュール８２５は、電圧検出モジュール８２４に接続されている。電圧検出モジュール８２４は、モータ遮断モジュール（図示なし）が接続された電圧検出モジュールと同一であってもよく、又は別個の電圧検出モジュールであってもよい。エラー表示モジュール８２５は、検出された出力電圧を第三の閾値電圧と比較する。第三の閾値電圧は、モータ遮断モジュールによって使用される第一の閾値電圧よりも高くてもよい。継続する低電圧状態は、モータがその動作寿命に近いときに、カーボンブラシが重度に摩耗し、それらの抵抗値が低下したことにより、モータに高い電流が引き込まれる結果であると考えられる。したがって、エラー表示モジュール８２５が、検出された出力電圧が少なくとも所定の期間の間、第三の閾値電圧より低かったと決定した場合は、エラー表示モジュール８２５はモータがその動作寿命の終わりに近づいていることを伝えるためのエラー状態を表示する。第三の閾値電圧は、システムの使用者にモータを交換するか又は新たな搾乳器システムを得るための時間を与えるために、モータの故障のある時間前、例えば、通常の使用状態下での故障の１ヵ月前に典型的に生じるレベルであるように選ばれてもよい。エラー表示は、例えば、ディスプレイを通して若しくは発光ダイオード（ＬＥＤ）を光らせることによって視覚的に提供されてもよく、又は拡声器を通じて音声で提供されてもよい。

ここで図９を参照すれば、本発明の一つの実施形態による、搾乳器システムが示されている。搾乳器システムは、検出された入力電圧に応じて電源を制御して、所定の電圧レベルで出力電圧を提供するための電源制御モジュール９２５を含む。本実施形態において、電源制御モジュール９２５は図２の動作ユニットに類似した動作ユニット９２０内に含まれている。動作ユニット９２０は、真空ポンプ９２１、例えばＤＣブラシ付電動モータのような電動モータ９２２、例えば電池のような電源９２３、電圧検出モジュール９２４及びモータ遮断モジュール（図９には示されていない）を有する。いくつかの実施形態において、電源制御モジュール９２５は、モータ遮断モジュールを有しない搾乳器システムに設けられることができる。例えば、電源制御モジュールは、モータ遮断モジュールが必要とされない、ＤＣブラシ付電動モータを使用しないシステムに適用されることができる。

より詳細には、電源は、電源の出力電圧に変換されるための入力電圧を提供するように構成された、再充電可能な電池９２３を有する。電圧検出モジュール９２４は、電池電圧とも呼ばれ得る、再充電可能な電池によって提供される入力電圧を検出するように構成される。電源制御モジュール９２５は、電圧検出モジュール９２４に接続され、検出された入力電圧に応じて電源を制御するように構成されている。再充電可能な電池によって提供される入力電圧は電池に蓄えられたエネルギーが時間と共に失われるにつれて有意に低下し、入力電圧を監視することによって、電源制御モジュール９２５は必要に応じて電源を制御し、安定した動作電圧が維持されることを確かにすることができる。本実施形態において、電源は、電源９２３と電動モータ９２２との間に接続されたＦＥＴ２２６をスイッチングすることによって、ＰＷＭを用いて制御される。電源制御モジュール９２５は、以下のようにＰＷＭデューティーサイクルＤを得るように構成されている。
［数１］ Ｄ＝Ｖ_Ｏ／Ｖ_ＩＮ
ここで、Ｖ_Ｏは所望の出力電圧であり、Ｖ_ＩＮは電池によって提供される入力電圧である。検出された入力電圧が時間と共に変化した場合、電源制御モジュール９２５はそれに応じて新たなデューティーサイクルを決定し、新たなデューティーサイクルに基づいてＦＥＴ２２６を制御して、所望の出力電圧でモータ９２２に電力を供給することができる。

本実施形態は、単一の電源を有する搾乳器システムに関する。しかしながら、本発明はまた、二つ以上の電源を有する搾乳器システムにも適用可能であることが理解されるであろう。例えば、ＤＣブラシ付電動モータを含む一つの他の構成において、第二の電源、より具体的には蓄電器が、局所的に電源を緩衝してスパイク（急激な上昇）を軽減するために、プリント回路基板（ＰＣＢ）に接続されている。いくつかの実施形態において、入力電圧を出力電圧に変換するためにＰＷＭを使用することの代わりに、搾乳器システムは、直流・直流変換器、例えば電池入力電圧を所望の出力電圧に変換するためのリニアレギュレータ又はスイッチモード電源を含んでもよい。電源制御モジュールは、検出された入力電圧に基づき、それに応じて直流・直流変換器を制御することができる。

ここで図１０を参照すれば、本発明の一つの実施形態による、再充電可能な電池によって提供され、検出された入力電圧に基づいて搾乳器システムを制御するための、パルス幅変調（ＰＷＭ）法が示されている。第一に、ステップＳ１００１において、電池によって提供された入力電圧が検出される。その後に、ステップ１００２において、前の測定から入力電圧が変化したかどうかが決定される。ここで、如何なる量であっても入力電圧が変化したかどうかが確認されてもよく、又はある所定の量よりも大きく変化したかどうかが確認されてもよい。入力電圧が変化していない場合は、工程はステップＳ１００１に戻り、入力電圧の監視を継続する。しかしながら、入力電圧が変化している場合は、その後ステップＳ１００３において、図９を参照して上述したように、入力電圧の電流値を所与として、所望の出力電圧を提供可能な新たなデューティーサイクルが計算される。次に、ステップＳ１００４において、新たなデューティーサイクルを使用して電力供給が制御され、入力電圧の変化に関わらず所望の出力電圧で電力を提供することを継続する。

上述の複数の実施形態においては、ポンプユニットに真空経路内に減圧を発生させるため及び真空経路内の減圧を解放するための独立した手段が設けられていたが、それらは一体化されてもよいことが理解されるであろう。他の実施形態において、ポンプユニットは、ピストンチャンバー又はシリンダー内に摺動可能に受容されたピストンを有する。ピストンは往復動要素の機能を果たす。ピストンはチャンバー内の流体シールを形成する。ピストンチャンバーは真空経路の一部を形成する。ピストンは、例えばクランクシャフト及びモータによって往復動させられる。ピストンがピストンチャンバーに沿って引かれたときに、ピストンの移動は真空経路内に減圧を発生させるように働く。したがって、使用者の胸部に真空が生み出される。ピストンがその戻り行程で反対に移動するときに、チャンバー内の減圧は解放される。しかしながら、例えばピストンが動かない又はモータが故障した場合は、その後ピストンは真空経路内の減圧を解放することができない。すなわち、ポンプユニットは真空経路内の減圧を解放することができない。この状況が発生した場合、その後真空経路内に漏出口を設けることが、真空経路内の減圧の制御された解放を可能にすることができる。

上記の実施形態において、搾乳器システムが組み立てられ、使用者の胸部が漏斗内に受容された場合に、真空経路はピストンと使用者の胸部との間に形成されることが理解されるであろう。ポンプユニットは、動作ユニット内に配置されてもよく、又は搾乳器内に収納されてもよい。

他の実施形態において、ポンプユニットは、膜及び膜を機械的に変形させる手段によって形成される。膜は、往復動要素の機能を果たす。例えば、電動モータによって往復動する方式で移動可能なロッドが、変形可能な膜に取り付けられてもよい。そのような配置により、その中間的な状態からの膜の変形は、真空経路内に減圧を発生させる。続いて、膜がその中間的な状態への復帰は、真空経路内の減圧を解放する。本実施形態において、搾乳器システムが組み立てられ、使用者の胸部が漏斗内に受容された場合に、真空経路は膜と使用者の胸部との間に形成されることが理解されるであろう。しかしながら、例えば電動モータの故障により、膜がその中間的な状態に復帰しない場合は、その後膜は真空経路内の減圧を解放することができない。すなわち、ポンプユニットは真空経路内の減圧を解放することができない。この状況が発生した場合、その後真空経路内に漏出口を設けることが、真空経路内の減圧の制御された解放を可能にすることができる。膜は、上述の複数の実施形態において記述された膜であってもよく、又は別個に配置された他の膜であってもよい。

上記の二つの実施形態において、圧力解放弁が必要とされないことが理解されるであろう。なぜなら、圧力の低減はバルブ又は膜がその中間的な位置に復帰することによって解放されるからである。

本発明の複数の実施形態は、構成要素、モジュール又はユニットとも呼ばれ得る、ある複数の要素を含むものとして記述及び説明されたが、示された構造は単なる例示に過ぎないことが明確に理解されるであろう。説明された複数の要素は物理的に独立したハードウェア構成要素であってもよく、又は単一のモジュールの中に一体化されて、単一のモジュールが複数の実施形態のいずれかにおいて示された複数の個々のモジュールの機能を実行してもよい。例えば図２において、電圧検出モジュール２２４及びモータ遮断モジュール２２５の記述は、これらのモジュールが物理的に別個であるという意味を含まない。一つの実施形態において、両方のモジュールは、電圧検出モジュール２２４としてのＡＤＣ及びモータ遮断モジュール２２５の機能を実行するように構成された追加的なハードウェアを含む単一のチップ内に具体化されることができる。いくつかの実施形態において、一つ以上の構成要素の機能は、複数のソフトウェア命令を実行するプロセッサによって実現されてもよい。

また、用語“有する”は、他の要素又はステップを排除しないこと及び不定冠詞に対応する“一つ”又は“ある”並びに数が示されていない場合は複数であることを排除しないことが明確に理解されるであろう。単一のプロセッサは、特許請求の範囲において列挙されるいくつかの項目の複数の機能を実行してもよい。ある複数の手段が互いに異なる複数の従属請求項に列挙されたという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用されることができないことを示さない。特許請求の範囲における如何なる参照符号も、特許請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

本出願において、特許請求の範囲は複数の特徴の具体的な組み合わせに対して策定されたが、本発明の開示の範囲は、本明細書において開示された如何なる新規な特徴又は如何なる新規な複数の特徴の組合せであっても含むことが理解されるべきである。開示は、明示的又は黙示的又はそれらの如何なる一般化であってもよい。その開示は、いずれかの請求項において現に特許請求される発明と同一の発明に関連していても、関連していなくてもよい。また、その開示は、親発明が解決する技術的課題と同一の技術的課題のいずれか又は全てを軽減してもよく、軽減しなくてもよい。出願人は、本出願の出願経過の間又は本出願から由来する如何なる更なる出願の出願経過の間に、そのような複数の特徴及び／又は特徴の複数の組合せに対して新たな特許請求の範囲が策定され得ることをここに予告する。

Claims (15)

1. 搾乳器システムであって、
   ポンプユニット、
   前記ポンプユニットを駆動するための電動モータ、
   前記電動モータを含む複数の構成要素に電力を供給するように構成された電源、
   前記電源の出力電圧を検出するように構成された電圧検出モジュール、及び
   検出された前記出力電圧が第一の閾値電圧より低く落ちることに応答して前記電動モータへの電力の供給を一時停止し、検出された前記出力電圧が第二の閾値電圧より高く回復することに応答して前記電動モータへの電力の供給を再開するように構成された電力遮断モジュール、
   を有する、搾乳器システム。
2. 前記電源と前記電動モータとの間に接続された開閉器を更に有し、
   前記電力遮断モジュールは、前記開閉器を開き、前記電源から前記電動モータの接続を断つことによって前記電動モータへの電力の供給を一時停止するように構成されている、請求項１記載の搾乳器システム。
3. 前記電源は、パルス幅変調を使用して前記電動モータへ電力を供給するように構成されており、
   前記電力遮断モジュールは、パルス幅変調デューティーサイクルをゼロに設定することによって前記電動モータへの電力の供給を一時停止するように構成されている、
   請求項１又は請求項２記載の搾乳器システム。
4. 前記電圧検出モジュールは、所定の入力電圧範囲内で電圧を測定するためのアナログ・デジタル変換器を有し、
   当該搾乳器システムは、アナログ・デジタル変換器の入力電圧範囲内に含まれる適合電圧まで、前記出力電圧を適合させるための、電圧適合モジュールを更に有し、
   前記電力遮断モジュールは、前記適合電圧が、対応する適合された閾値電圧よりも低く落ちることを検出することによって、前記出力電圧が前記第一の閾値電圧よりも低く落ちることを検出するように構成されている、
   請求項１、請求項２又は請求項３記載の搾乳器システム。
5. 前記電圧適合モジュールは、前記出力電圧と第一の基準電圧との間に直列に接続された第一の抵抗器及び第二の抵抗器を有し、前記第一の抵抗器と前記第二の抵抗器の間のノードにおいて前記適合電圧を得る、請求項４記載の搾乳器システム。
6. 前記出力電圧は、前記電動モータへ供給される電圧である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の搾乳器システム。
7. 前記出力電圧は、前記複数の構成要素のうちの一つ以上へ供給される電圧であり、前記第一の閾値電圧は、前記の一つ以上の構成要素によって要求される最小の動作電圧よりも高い、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の搾乳器システム。
8. 前記の一つ以上の他の構成要素は、真空ポンプによって生成された真空を解放するための弁及び／又は前記電動モータを制御するためのパルス幅変調制御部を含む、請求項７記載の搾乳器システム。
9. 検出された前記出力電圧に応答してエラー状態を表示するように構成された、エラー表示モジュールを更に有する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の搾乳器システム。
10. 前記電源は、前記出力電圧に変換される入力電圧を供給するように構成された電池を有し、
    当該搾乳器システムは、前記入力電圧を検出し、検出された前記入力電圧に応じて電力の供給を制御して、所定の電圧レベルで前記出力電圧を提供するように構成された電源制御モジュールを更に有する、
    請求項１乃至８のいずれか一項に記載の搾乳器システム。
11. 検出された前記出力電圧が、所定の期間の間、第三の閾値電圧よりも低く留まっていることに応答してエラー状態を表示するように構成されたエラー表示モジュールを更に有し、
    前記第三の閾値電圧は、前記第一の閾値電圧よりも高い、
    請求項１０記載の搾乳器システム。
12. 前記電源は、パルス幅変調を使用して前記電動モータへ電力を供給するように構成されており、
    前記電源制御モジュールは、検出された前記入力電圧及び所定の電圧レベルに基づいてパルス幅変調デューティーサイクルを決定するように構成されている、
    請求項１０記載の搾乳器システム。
13. ポンプユニット、前記ポンプユニットを駆動するための電動モータ、及び前記電動モータを含む複数の構成要素に電力を供給するように構成された電源を有する搾乳器システムを使用するための方法であって、当該方法は、
    前記電源の出力電圧を検出するステップ、
    検出された前記出力電圧が第一の閾値電圧より低く落ちることに応答して前記電動モータへの電力の供給を一時停止するステップ、及び
    検出された前記出力電圧が第二の閾値電圧より高く回復することに応答して前記電動モータへの電力の供給を再開するステップ、
    を含む、方法。
14. 前記電源は、前記出力電圧に変換される入力電圧を供給するように構成された電池を有し、当該方法は、
    前記入力電圧を検出するステップ、及び
    所定の電圧レベルで前記出力電圧を提供するように、検出された前記入力電圧に応じて電力の供給を制御するステップ、
    を更に含む、請求項１３記載の方法。
15. 前記搾乳器システムは、エラー表示モジュールを更に有し、
    当該方法は、検出された前記出力電圧が、所定の期間の間、第三の閾値電圧よりも低く留まっていることに応答してエラーを表示するステップを更に含み、
    前記第三の閾値電圧は、前記第一の閾値電圧よりも高い、
    請求項１３又は請求項１４記載の方法。

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