CN107438439A - 用于吸乳泵的泵单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于吸乳泵的泵单元，吸乳泵用于从人类乳房吸取乳汁，包括：马达，用于驱动泵单元，其中马达被配置成提供马达反馈信号；控制单元，用于提供用于控制马达的控制信号；和估计器，用于基于马达反馈信号和控制信号来估计由泵单元提供的压力；其中控制单元被配置成基于估计压力来调节控制信号。

Description

用于吸乳泵的泵单元

技术领域

本发明涉及用于从人类乳房吸取乳汁的吸乳泵的泵单元和相应方法及计算机程序。

背景技术

吸乳泵是众所周知的用于从人类乳房吸取乳汁的装置。如果婴儿不能自已吸取乳汁或者如果母亲与婴儿分离、例如如果在工作中而远离婴儿，则可以使用吸乳泵。吸取乳汁的吸乳泵的使用也可以对刺激具有低乳汁供给的女性的泌乳有帮助。

吸乳泵可以手动操作、例如通过挤压手柄或者也可以由小型电动马达电驱动。电驱动的吸乳泵典型地包括用于应用至乳房的一个或两个挤出套件。挤出套件经由管系统被连接至泵单元。本发明涉及具有电驱动的泵单元的吸乳泵。

吸乳泵典型地在乳房处生成用以挤出乳汁的循环真空，其中真空分布有利地模仿婴儿的吸吮。挤出的乳汁被收集在诸如婴儿喂食奶瓶等的容器中。母亲可以通过调节诸如真空水平、分布和循环速度的一个或多个泵设定来设置其优选的真空。真空水平的调节事关安全和质量。首先，真空水平必须不能变得太低以至于不能保护妈妈。其次，应该以可再现的方式施加期望的真空水平。

电动吸乳泵市场可以分成两组，单冲程和多冲程泵。在单冲程泵中，大气缸生成真空。真空典型地通过调节大气缸的冲程来控制。大冲程对应于深度真空。

在多冲程泵中，使用小且紧凑的真空泵。泵多次排空小体积以减小在乳房处的压力。施加至乳房的真空可以通过调节诸如泵马达有效时间间隔的泵设定和通过调节泵马达的速度来调节。零售的吸乳泵典型地使用低成本的有刷DC马达。马达的速度可以通过调节马达的供给电压、最通常的是通过脉冲宽度调制(PWM)来控制。

然而，这样的系统存在有诸多限制。系统没有考虑使用装置的女性的个体解剖结构。因此，取决于乳房和乳头的大小，即使施加相同的诸如时间间隔和供给电压的泵设定，要排空的体积和因此施加在乳房处的真空水平也可能不同。一些制造商因而使用诸如可调节拨盘的压力设定概念，其中未设置绝对值。

此外，在医院设定下，女性可能不得不使用不同的吸乳泵。然而，归因于在相同类型的不同吸乳泵之间的装置扩展，相同的泵设定可能会造成不同的真空水平。克服这样的装置扩展的一个解决方案是在生产过程期间进行广泛的测试和校准。然而，所有装置离开生产线的个体测试和校准耗时且成本高。

此外，在泄漏的情况下，即使对于由同一女性使用相同的设定应用的相同吸乳泵，也可能出现不同的真空水平。

准确地设置期望真空水平的已知解决方案是使用专用压力传感器来确定并调节由泵单元提供的真空水平。压力传感器不得不与挤出套件的真空线流体连通。

例如，US 8,052,635和US 8,137,305公开一种电吸乳泵，其利用附接至真空线的真空传感器连续地监测施加至乳汁收集系统的真空压力。可以使用固态压力传感器或压阻式压力传感器。相应地，US 8,070,715公开一种具有压力换能器的吸乳泵，以用于检测实际压力。压力换能器被附接至真空线。

然而，使用附接至真空线的附接压力传感器的缺点是增加了成本和复杂性。压力传感器是可能会失效的附加部件。这在吸乳泵要求使用寿命长和耐用性的医院设定下是个问题。此外，传感器必须正确地附接至真空线，这会使得吸乳泵的处理更加不方便，并且可能由于附加的传感器开口而对系统卫生具有消极影响。

US 2011/0054810 Al涉及一种用于确定局部负压(TNP)系统中的压力的设备和方法。局部负压治疗有助于伤口的闭合和愈合。提供流量计来代替压力传感器。使用泵速度、压力和测得的流量之间的已知关系来计算在流量计所位于的部位处的压力。

WO 2014/044472 Al公开一种在具有功率供给控制模块的吸乳泵系统中的致动器控制。真空马达电流的水平被用作真空压力的指标。如果马达电流超过预定阈值电流值，该预定阈值电流值指示预存在的真空条件，则功率供给控制被布置成降低泵马达的速度。

US 5,676,525公开一种真空限制医用泵。电流限制单元被提供以限制所创建的部分真空。附加位置检测装置确定泵气缸单元的抽吸体积。

WO 01/71190 A1公开一种振荡电枢隔膜泵。在没有驱动器生效的时间期间，为了测量施加到线圈的两个相继的驱动器电压之间的流率，检测线圈上存在的电压并从中生成流率测量信号。

发明内容

因而，本发明的目的是提供一种用于吸乳泵的泵单元，以基本上减轻或克服上面提到的问题。特别地，本发明的目的是提供一种用于吸乳泵的泵单元，以在装置的使用寿命中，准确地、高可靠性并且以成本有效的方式来控制由泵单元提供的压力。

根据本发明的一方面，提供一种用于吸乳泵的泵单元，以用于从人类乳房吸取乳汁，其中泵单元包括：

-马达，用于驱动泵单元，其中马达被配置成提供马达反馈信号；

-控制单元，用于提供用于控制马达的控制信号；和

-估计器，用于基于马达反馈信号和控制信号来估计由泵单元提供的压力；

其中控制单元被配置成基于估计压力来调节控制信号。

在本发明的进一步的方面中，呈现一种用于控制由用于吸乳泵的泵单元生成的压力的方法，吸乳泵用于从人类乳房吸取乳汁，方法包括如下步骤：

-提供用于控制马达的控制信号，马达用于驱动泵单元；

-接收用于驱动泵单元的马达的马达反馈信号；

-基于马达反馈信号和控制信号来估计由泵单元提供的压力；和

-基于估计压力来调节控制信号。

在本发明的又进一步的方面中，提供有一种计算机程序以及一种非暂时性计算机可读记录介质，该计算机程序包括程序代码手段，以用于当在计算机上执行所述计算机程序时，使得计算机执行本文中所公开的方法的步骤，在非暂时性计算机可读记录介质中存储了当由处理器执行时，使得执行本文中所公开的方法的计算机程序产品。

在从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。应理解的是，所要求保护的方法、计算机程序和介质具有与所要求保护和如从属权利要求中所限定的泵单元类似和/或同样的优选实施例。

本发明基于这样的思想，即要由泵单元生成的压力可以被看作负载，该负载不得不由泵单元克服。压力可以被看作泵单元的气动负载。此外，操作泵单元的例如归因于摩擦的机械阻力也可以被看作不得不由泵单元克服的机械负载。不同的负载进而将对泵单元并且特别是对泵单元的马达具有不同的影响。换言之，与驱动较重负载相比，驱动较低负载要求较少的由马达提供的作用力。负载基本上取决于压力特别是负压或真空，泵单元的马达不得不竭力抵抗该压力特别是负压或真空。因此，代替使用附接至吸乳泵的真空线的压力传感器，建议基于马达反馈信号和用于控制马达的控制信号来直接估计由泵单元提供的压力。

如本文中所使用的用于控制马达的“控制信号”可以是指施加至马达的电压和/或电流，包括但不限于脉冲宽度调制(PWM)控制信号。控制信号可以是指包括用于控制马达的信息的信息，其可以被提供至功率电子器件，依赖于接收到的控制信号，该功率电子器件继而向马达供电。换言之，用于控制马达的控制信号可以是指指示了用于驱动泵单元的马达的期望状态或操作模式的信号。

如本文中所使用的“马达反馈信号”可以是指包括以下信息的信号，该信息指示了用于驱动泵单元的马达的实际状态或操作模式，其受到由马达驱动的负载的影响。

基于马达反馈信号和控制信号，在不使用分离的压力传感器的情况下，泵单元的估计器可以估计由泵单元提供的压力。估计可以包括以下中间步骤：估计由马达驱动的负载、基于此确定气动负载并使气动负载与压力阀匹配。有利地，控制单元和估计器可以在微控制器中实施。因此，控制和估计算法可以以低成本实施。

此外，因为没有分离的不得不附接至吸乳泵的真空线的压力传感器，吸乳泵的处理可以被简化。这也对卫生具有积极影响，因为在真空线中没有附加的传感器开口。

换言之，代替利用压力传感器实际测量的压力，用于控制马达的给定控制信号预计在母亲的乳房处造成一定水平的真空。然而，归因于装置扩展并且由于要排空的体积取决于母亲的乳房的个体解剖结构，这样的估计的准确度受到限制。装置扩展和个体解剖结构是未知参数。

根据本发明的一方面，为了更准确地估计由泵单元提供的压力，因而建议进一步使用来自马达的反馈，其中马达反馈信号取决于由泵单元提供的压力。控制单元继而可以基于估计压力来调节用于控制马达的控制信号。控制单元也可以基于期望压力和估计压力来调节控制信号。

例如，用于驱动泵的马达由诸如给定功率、电压或电流的控制信号驱动，并且诸如马达速度的反馈信号由马达提供。作为反馈信号的测得的速度和所施加的控制信号两者被提供至估计器。由泵单元提供的压力可以由估计器基于此而被估计。用于估计的数学模型的细节取决于吸乳泵模型、特别是取决于泵和挤出套件。估计压力可以进而用来调节用于控制用于驱动泵单元的马达的控制信号。因此，例如在医院设定下，泵单元可以适于不同用户。

根据实施例，用于驱动泵单元的马达是无刷马达、特别是无刷DC马达(BLDC)。与传统吸乳泵中使用的有刷DC马达相比，这样的无刷马达的缺点在于它们通常更昂贵且要求更复杂的控制电子器件。然而，本发明人发现无刷马达、特别是无刷DC马达的使用提供了协同效应。例如，BLDC也可以称为电子换向马达。BLDC可以包括具有永久磁体的转子，永久磁体通过外部旋转电磁场驱动。BLDC可以由控制单元来供电，控制单元包括集成逆变器/切换功率供给，该功率供给产生作为驱动马达的控制信号的交流电信号，以用于生成外部场。为了确定马达的角位置和/或为了施加与马达的转子的转动基本上同步的电场，马达可以将马达反馈信号提供至控制单元。因此，BLDC典型地具有用于电子换向的固有速度测量。

本发明人认识到，这样的马达反馈信号可以与控制信号组合地使用，以估计由泵单元提供的压力。因此，实现了协同效应，因为已经在无刷马达中可得到的控制信号和马达反馈信号被进一步用于估计由泵单元提供的压力。

作为BLDC的可选方案，可以使用无刷AC(交流)同步马达。在这样的马达中，所产生的电流是生成的扭矩的函数，并且由于协同效应，其可以作为用于估计由吸乳泵的泵单元提供的压力的马达反馈来用于控制。

在细化中，所述马达反馈信号是用于电子切换无刷马达的马达反馈信号，并且由泵单元提供的压力的所述估计是基于用于电子切换无刷马达的马达反馈信号。该实施例的优点在于，正常情况下，由马达提供至控制单元的用于无刷马达的常规操作的马达反馈信号也用于估计由泵单元提供的压力。因此，不需要使用附加传感器。特别是不存在用于专用压力传感器的成本

无刷马达的进一步优点是使用寿命长和对机械磨损的敏感度较低，因为马达没有可以磨损的电刷。医院吸乳泵通常要求使用寿命长。无刷马达通常要求较少的维护或者有时不要求维护。

在实施例中，马达进一步包括用于提供马达反馈信号的马达传感器。示例性马达传感器是速度传感器、用以确定每分钟转数的rpm传感器、测速计、霍尔传感器、用于确定转子的旋转角度的诸如旋转编码器的角度传感器。任选地，马达反馈信号可以通过确定泵的诸如活塞、膜或偏心挺杆的可动部件的位置而间接地获得。此外，马达反馈信号可以通过对电流/电压/功率进行评价来提供，例如借助于频谱分析以确定旋转马达速度或者通过对其瞬态行为进行评价以确定角位置。

在实施例中，马达反馈信号包括马达速度、电流、扭矩和马达转子的角位移中的至少一个。应注意的是，术语角位移可以是指转子在马达中的位置并且也可以通过评价随时间推移的角位移来用来确定马达速度。

在实施例中，估计器被配置成基于用于控制马达的控制信号来估计估计马达参数，以基于马达反馈信号来确定实际马达参数；并且基于估计马达参数与实际马达参数之间的差异来估计由泵单元提供的压力。有利地，估计马达参数是估计马达速度并且实际马达参数是实际马达速度。例如，当给定电压被施加至马达时，预计马达以一定的马达速度转动。然而，取决于负载，马达速度可以不同。基于该差异，可以导出必须由马达驱动的负载，并且可以基于该差异估计出由泵单元提供的压力。诸如角位置的可选参数可以被评价。

根据进一步的实施例，控制单元被配置成获得期望的压力并且基于期望压力与估计压力之间的差异来调节控制信号。期望压力可以是泵单元中预设的值。可选地或附加地，提供任选的界面、特别是用户界面，以用于设置要由泵单元提供的期望压力。代替只是具有例如拨盘来增加或减小压力、即用于改变相对压力，根据本发明的一方面的泵单元包括用于估计由泵单元提供的压力的估计器。估计压力可以由控制单元作为反馈使用，以用于调节控制信号，并由此控制由泵单元提供的实际压力。实质上，经由拨盘或按钮来减小或增加压力可以被看作其中由用户设置控制变量的开环控制器。然而，根据本发明的一方面的泵单元可以被看作闭环控制系统。估计器提供估计压力，该估计压力接着可以通过控制单元与期望的压力进行比较。控制单元接着可以基于此来调节由泵单元提供的实际压力。

在该实施例的进一步的细化中，控制单元被配置成调节控制信号以使期望压力与估计压力之间的差异最小化。因此，即使没有设置在泵单元中的压力传感器，由泵单元提供的压力也可以通过估计器估计并用作用于调节泵单元的反馈信号，使得估计压力基本上对应于期望的压力。

在实施例中，估计器包括吸乳泵的至少一部分的模型。估计器作为输入信号接收马达反馈信号和用于控制马达的控制信号，并且基于吸乳泵的至少一部分的模型，估计器确定由泵单元提供的压力的估计。模型可以包括泵的特性、流体模型、冲程体积、要排空的体积等，并且特别是所使用的挤出套件的模型。由于泵单元不包括压力传感器，所以不能通过直接观察来确定由泵单元提供的压力。然而，如上面所描述的，压力可以被看作影响由马达提供的马达反馈信号的状态。知道马达反馈信号与物理状态压力之间的关系，估计器可以估计出泵单元提供的压力。

根据进一步的实施例，估计器包括卡尔曼滤波器、特别是扩展卡尔曼滤波器和/或无损卡尔曼滤波器。已发现，由泵单元提供的压力与马达反馈信号之间的关系可能遭受重非线性动力学。因而，使用能够应对重非线性动力学的无损卡尔曼滤波器是有利的。也可以使用能够应对非线性的可选滤波器。

根据进一步的实施例，估计器被配置成在启动时将估计压力初始化为环境压力。该上下文中的启动可以是指泵马达的第一转。在这样的初始阶段期间，由泵马达看到的负载不是由真空所引起的气动阻力来确定，而是由在使用活塞泵时例如归因于活塞的摩擦的机械负载来确定。归因于生产扩展，一个模型的不同装置可以展现出不同的初始机械负载。通过在启动时确定该初始机械负载，可以针对环境压力校准泵。负载上的随后的增加接着可以归因于在吸乳泵中建立的真空。因此，机械负载和归因于真空的气动负载的贡献可以被分离，使得可以以可靠的方式估计由泵单元提供的压力。

根据实施例，控制单元被进一步配置成基于马达反馈信号和/或估计压力来限制马达的马达速度。如上面所说明的，马达速度取决于必须由泵单元克服的负载。因此，马达速度随着真空水平而改变。在挤出阶段开始时，母亲可以接通系统并且接着仅将ii放在乳房上。在这样的非吸乳状况下，负载可能非常低并且因而可能导致高的马达速度。高的马达速度导致高的泵吞吐量并且具有可以快速排空挤出套件的优点。然而，高的马达速度可能生成令人不愉快的声音或噪声。可听频率可以对应于马达速度或以转数/秒为单位[Hz]的频率。因而建议限制马达速度以提供更期望的声音分布。此外，当吸乳泵被放在乳房上时，泵单元快速排空挤出套件。真空并因此泵单元处的负载增加。由于马达速度取决于负载，所以泵单元的声音或噪声迅速改变。通过限制马达速度，在将挤出套件放在乳房上时可以生成更期望的声音分布。

此外，也可以限制马达速度的增加、即马达速度的加速度。这可以进一步防止也是令人不愉快的噪声的突然增加。

根据进一步的实施例，控制单元被配置成基于估计压力来确定其中吸乳泵未附接至人类乳房的状态。这也可以称为非吸乳状况。例如，当吸乳泵被附接至人类乳房时，马达速度可以在该状态下被进一步降低并且接着切换或改变至常规操作。附接到乳房可以通过观察估计压力并且确定估计压力何时改变、特别是估计压力何时下降到低于与环境压力相比的预定阈值来确定。

附图说明

本发明的这些及其他方面将从下文中所描述的实施例中显而易见并参照这些实施例得以阐述。在以下附图中：

图1示出吸乳泵的第一实施例的立体图；

图2示出根据进一步的实施例的挤出套件的顶部部分的截面；

图3示出根据实施例的泵单元的示例性框图；

图4A示出用于控制用于驱动泵单元的马达的控制信号的示例性图表；

图4B示出由泵单元提供的压力的示例性图表；

图4C示出马达速度的示例性图表；

图5示出根据实施例的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出吸乳泵的实施例。吸乳泵在本文中全部用附图标记1来表示。

吸乳泵1包括挤出套件10和泵单元20。挤出套件10包括乳房接收漏斗11和呈婴儿喂食奶瓶形式的容器12。泵单元20包括真空泵21和控制单元23(示意性地示出在图3中)，真空泵21具有用于驱动泵单元的马达22，控制单元23用于提供用于控制真空泵21的马达22的控制信号。泵单元20的真空泵21经由管13连接至挤出套件10。泵单元20因此可以与挤出套件10局部地相互远离布置、例如在桌面上或在任何其他合适的位置。然而，这并不旨在限制性的。包括真空泵21和控制单元23的泵单元20也可以布置在挤出套件10处。管13连接至包含在挤出套件10的外壳中的真空室14。真空室14具有将由泵单元20的真空泵21生成的真空给予乳房接收漏斗11的功能。吸乳泵11可以包括用于设置期望的真空水平、分布和/或循环的用户界面40。有利地，泵单元20在乳房处生成循环真空，其中真空分布优选地模仿婴儿的吸吮。

图2更详细地示出根据进一步的实施例的挤出套件10的顶部部分15的截面。挤出套件的顶部部分15包括乳房接收漏斗11、真空室14、乳汁出口16和用于连接至真空管13的连接器17。

挤出套件的顶部部分15可以借助于乳房接收漏斗11被附接至女性的乳房30。乳房接收漏斗的中心布置在乳房30的乳头上。在吸取乳汁期间，泵单元20在真空室14中生成负压或真空。由此，乳汁被从乳房30中挤出。挤出的乳汁可以通过乳汁出口16朝向容器12离开挤出套件10的顶部部分15。

要在各循环期间排空的真空室14的体积基本上取决于乳房30和乳头的大小和形状。这样的差异通过不同的乳房30和30’被指示在图2中。对于乳房30，必须排空较大体积并且对于乳房30’，必须排空较小体积。因此，如果施加相同的泵设定，例如泵单元20的泵马达22有效时间间隔和泵马达22的速度，则将会达到不同的真空水平。较小体积被更快地排空，并且对于相同的泵设定实现了较低的真空水平。

除单个产品中的可控性之外，吸乳泵的制造商还关注于不同产品之间的性能的扩展。传统开环控制不允许系统补偿相同类型的不同吸乳泵的真空性能上的扩展。对于零售而言，产品扩展不太重要，因为母亲很可能仅使用她自己的吸乳泵，所以与相同类型的其他吸乳泵相比不是大问题。然而，医院的吸乳泵通常由不同的母亲使用并且一个母亲可能会使用相同类型的不同吸乳泵。确保泵上的一个设定引起同样的真空性能并因此是相同的乳汁吸取和用户体验对于用户来说是个巨大的益处。

图3示出根据本发明的一方面的泵单元20的实施例。泵单元20包括具有马达22的真空泵21、控制单元23和估计器24。

马达22被配置成提供马达反馈信号25。控制单元23被配置成提供用于控制马达22的控制信号26。通过控制马达22，控制信号26影响由泵单元20提供的实际压力27。估计器24被配置成基于马达反馈信号25和控制信号26来估计由泵单元20提供的压力28。因此，估计器24提供估计压力28而不是测得的实际压力27。控制单元23被进一步配置成基于估计压力28来调节控制信号26。因此，即使实际压力27不是由压力传感器直接测得，也可以借助于从马达反馈信号25和控制信号26导出的估计压力28向控制单元23提供反馈。任选地，可以提供期望压力29作为控制信号23的输入。期望压力29可以是用户经由如图1中所示的用户界面40设置的期望压力水平、分布和/或循环。

将参照图4A至图4C更详细地描述根据本发明的基础概念。

图4A示出由控制单元23提供的控制信号26的示例性图表。横轴表示以秒为单位的时间t，而纵轴表示以伏特为单位的供给电压E。在该非限制性实施例中，控制信号26是向用于驱动泵单元20的马达22供电的供给电压，该供给电压以周期性方式接通和关断。当然，可以使用控制信号26的不同的分布或曲线来创建期望的真空分布。

图4B示出由泵单元20响应于如图4A中所示的控制信号26而提供的实际压力27的示例性图表。横轴再次表示以秒为单位的时间t，而纵轴表示以巴为单位的真空压力p。如上面关于本发明的背景所提到的，根据现有技术的吸乳泵使用专用压力传感器或压力换能器直接测量实际压力27。

然而，根据本发明的一方面的泵单元20遵循显著不同的途径。本发明人认识到，实际压力27可以被看作必须由泵单元20的真空泵21克服的负载。因此，实际压力27可以被看作泵单元20的气动负载，其进而对泵单元20的马达22具有影响。真空泵21的可变气动负载通过箭头41被指示在图3中。代替直接测量实际压力27，首先马达22被配置成提供反馈信号25，并且其次估计器24被提供用于基于反馈信号25和施加至马达22的控制信号26来估计出由泵单元20提供的压力28。

图4C示出作为响应于如图4A中所示的控制信号26和如图4B中所示的实际压力27而由马达22提供的作为示例性反馈信号25的马达速度的示例性图表。图4C中的横轴再次表示以秒为单位的时间t，而纵轴表示以弧度/秒为单位的马达速度ω。如可以从图4C看到的，马达22展现出负载依赖的马达速度ω。当施加图4A中的控制信号26时，图4C中的马达速度ω迅速增加。用于控制马达的给定的控制信号26预计造成一定的马达速度ω。

然而，随着图4B中的真空27建立，图4C中的马达速度ω再次减小。估计器24因此被配置成基于所述马达反馈信号25和控制信号26来估计出由泵单元20提供的压力28。马达反馈信号25和控制信号26被馈送到估计器24，估计器24含有控制信号26、马达反馈信号25与所生成的估计压力28之间的关系的数学模型。应注意的是，数学模型的具体细节取决于系统的实施，诸如马达22、真空泵21、挤出套件10等的特性。本领域技术人员将领会到，物理系统上的改变导致数学估计模型上的改变。示出的示例要理解为非限制性实施例。估计压力28进而由控制单元23使用以调节供给至马达22的控制信号26。因此可以实现闭环控制，而不用测量由泵单元20提供的实际压力27。

再次参见图3，马达22可以是无刷DC马达(BLDC)。BLDC的使用具有BLDC通常已经具有用于电子换向的固有马达速度测量的优点。该马达速度测量通常可作为传感器信号而容易得到。另外，BLDC没有可能导致时变摩擦扭矩的电刷，所以很好地限定了速度-扭矩特性。这两个性质使得BLDC非常适合于估计所施加的马达扭矩，该马达扭矩作为必须由真空泵21克服的负载的指标并因此是系统中的估计压力28的指标。

可选地或附加地，泵单元21可以包括诸如速度传感器的马达传感器42，以用于将马达速度ω作为马达反馈信号25提供至估计器24。

控制单元23和估计器24可以有利地借助于微控制器来实施。

归因于装置扩展，对于相同类型的不同泵单元20来说，用以驱动泵单元20的机械负载可能不同。机械负载也可能在装置的使用寿命内例如因为磨损而改变。在实施例中，控制单元23因此被配置成在启动时基于控制信号26和马达反馈信号25来确定初始机械负载。因此，环境压力下的负载可以被确定，以用于泵单元20的校准。例如，参见图4A至图4C，可以使用就在控制信号26的电压的发动之后的初始马达速度ω来用于校准。

参见图3，控制单元23可以被进一步配置成基于马达反馈信号和/或估计压力来限制马达的马达速度。因此，可以如上面所说明地生成更令人愉悦的声音分布。

此外，如上面所说明的，控制单元23可以被配置成在没有乳房的状况下降低马达速度。

鉴于安全考虑，可以设置的最大真空水平应受到限制。由于真空水平基本上取决于乳房和乳头的大小，所以没有反馈的传统泵单元被设计成在最坏情况场景下(即对于要排空小体积而言)不超过这样的安全限值。因此，可以由用户设置的泵设定的范围被人为地限制。然而，假设女性的个体解剖结构提供要排空的较大体积，则可以达到的最大真空水平可以显著低于安全限值。结果，可能甚至不会达到对于吸取可能最好的真空水平。利用根据本发明的一方面的泵单元20，由泵单元提供的压力可以基于马达反馈信号和控制信号来估计。控制单元23因而可以被配置成基于估计压力来调节用于控制泵马达22的控制信号，使得估计压力不超过预定安全限值。因此，通过使用估计压力作为反馈，可以使用更宽范围的泵设定。应注意的是，在该状况下，甚至由泵单元提供的压力的粗略估计也可以提高挤出效率。

再次参见图2，乳汁出口16可以任选地包括阀18、特别是止回阀或单向阀，使得挤出的乳汁可以离开真空室14而阻止从容器12朝向真空室14的回流。在吸取乳汁期间，依照如例如图4中所示的由泵单元20生成的时间变化的负压，单向阀可以自动地打开和关闭。在负压循环开始时，将在真空室14中创建负压，这使得单向阀关闭并从乳房30吸取乳汁。如果压力接着在所述循环期间返回至例如大气压力，则单向阀打开并且乳汁通过重力流到乳汁容器12中。

任选地，如图2中所示，真空室14借助于卫生防护件19被分离成真空室的第一部分14’和第二部分14”。第一部分14’借助于连接器17和管13被直接连接至泵单元20。第二部分14”被直接连接至乳房接收漏斗11和乳汁出口16。卫生防护件19可以例如是透气且不透液的呼吸膜。可选地，卫生防护件19可以是不可渗透的弹性隔膜。这样的弹性隔膜的运动被示例性地示出在图2中并用箭头示出。由于卫生防护件19是透气的或可动的，所以施加至真空室的第一部分14’的真空也引起第二部分14”中的真空，以用于从人类乳房30中吸取乳汁。卫生防护件19阻止乳汁进入真空线13和/或泵单元20。

图5总结了用于控制由用于吸乳泵1的泵单元20生成的压力27的方法，吸乳泵1用于从人类乳房30吸取乳汁。在第一任选步骤101中，母亲经由吸乳泵1的用户界面40来选择期望的压力。在第二步骤102中，控制单元23提供控制信号26，以用于控制马达22来驱动泵单元20。在第三步骤103中，接收用于驱动泵单元20的马达22的马达反馈信号25。在第四步骤104中，基于马达反馈信号25和控制信号26来估计由泵单元20提供的压力28。在步骤105中，基于估计压力28来调节控制信号26。因此，提供了闭合控制环路，以用于基于估计压力28来控制马达22并因此控制由泵单元20提供的实际压力27。特别地，可以控制实际压力27以对应于母亲的期望压力29。应注意的是，诸如步骤102和103的步骤也可以以不同的顺序执行或者也可以并行地执行，视情况而定。

虽然已在附图和上述描述中详细地图示出并描述了本发明，但是这样的图示和描述应该被视为说明性或示例性的并且不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员可以在实践所要求保护的本发明时从对附图、公开和随附权利要求的研究中理解并实现对所公开的实施例做出的其他变化。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件其他单元可以满足权利要求中所记载的若干项目的功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施这个纯粹的事实不表明这些措施的组合不能有利地使用。

计算机程序可以存储/分布在合适的非暂时性介质上，诸如与其他硬件一起或作为其他硬件的一部分供给的光学存储介质或固态介质，但也可以以其他形式分布，诸如经由互联网或其他有线或无线电信系统。

权利要求中的任何附图标记都不应该解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于吸乳泵(1)的泵单元(20)，以用于从人类乳房(30)吸取乳汁，所述泵单元(20)包括：

-马达(22)，用于驱动所述泵单元(20)，其中所述马达被配置成提供马达反馈信号(25)；

-控制单元(23)，用于提供控制信号(26)，以用于控制所述马达(22)；和

-估计器(24)，用于基于所述马达反馈信号(25)和所述控制信号(26)来估计由所述泵单元(20)提供的压力(28)；

其中所述控制单元(23)被配置成基于估计压力(28)来调节所述控制信号(26)。

2.根据权利要求1所述的泵单元，其中所述马达(22)是无刷马达、特别是无刷DC马达。

3.根据权利要求2所述的泵单元，其中所述马达反馈信号(25)是用于电子切换所述无刷马达(22)的马达反馈信号(25)，并且其中由所述泵单元(20)提供的所述压力(28)的所述估计是基于用于电子切换所述无刷马达(22)的所述马达反馈信号(25)。

4.根据权利要求1所述的泵单元，其中所述马达(22)进一步包括用于提供所述马达反馈信号(25)的马达传感器(42)。

5.根据权利要求1所述的泵单元，其中所述马达反馈信号(25)包括马达速度、电流、扭矩和所述马达的转子的角位移中的至少一个。

6.根据权利要求1所述的泵单元，其中所述估计器(24)被配置成基于用于控制所述马达的所述控制信号来估计估计马达参数，基于所述马达反馈信号(25)来确定实际马达参数，并且基于所述估计马达参数与所述实际马达参数之间的差异来估计由所述泵单元(20)提供的所述压力(28)。

7.根据权利要求6所述的泵单元，其中所述估计马达参数是估计马达速度，并且其中所述实际马达参数是实际马达速度。

8.根据权利要求1所述的泵单元，其中所述控制单元(23)被配置成获得期望压力(29)，并且基于所述期望压力(29)与所述估计压力(28)之间的差异来调节所述控制信号(26)。

9.根据权利要求8所述的泵单元，其中所述控制单元(23)被配置成调节所述控制信号(26)以使所述期望压力(29)与所述估计压力(28)之间的所述差异最小化。

10.根据权利要求1所述的泵单元，其中所述估计器(24)包括所述吸乳泵(1)的至少部分的模型。

11.根据权利要求1所述的泵单元，其中所述估计器(24)包括卡尔曼滤波器、特别是扩展卡尔曼滤波器和/或无损卡尔曼滤波器。

12.根据权利要求1所述的泵单元，其中所述估计器(24)被配置成在启动时将所述估计压力(28)初始化为环境压力。

13.根据权利要求1所述的泵单元，其中所述控制单元(23)被进一步配置成基于所述马达反馈信号(25)和/或所述估计压力(28)来限制所述马达的马达速度。

14.一种用于控制由用于吸乳泵(1)的泵单元(20)生成的压力(27)的方法，所述吸乳泵(1)用于从人类乳房(30)吸取乳汁，所述方法包括如下步骤：

-提供用于控制马达(22)的控制信号(26)，所述马达(22)用于驱动所述泵单元(20)；

-接收用于驱动所述泵单元(20)的所述马达(20)的马达反馈信号(25)；

-基于所述马达反馈信号(25)和所述控制信号(26)来估计由所述泵单元(20)提供的压力(27)；和

-基于估计压力(28)来调节所述控制信号(26)。

15.一种计算机程序，包括程序代码手段，以用于当在计算机上执行所述计算机程序时，使得所述计算机执行如权利要求14所述的方法的所述步骤。