JP2018512217A - 搾乳器のためのポンプユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、人間の胸部から母乳を抽出するための搾乳器のためのポンプユニットであって、モータフィードバック信号を供給するよう構成された、前記ポンプユニットを駆動するためのモータと、前記モータを制御するための制御信号を供給するための制御ユニットと、前記モータフィードバック信号及び前記制御信号に基づいて前記ポンプユニットにより供給される圧力を推定するための推定器と、を有し、前記制御ユニットは、前記推定された圧力に基づいて前記制御信号を調節するよう構成された、ポンプユニットに関する。

Description

本発明は、人間の胸部から母乳を抽出するための搾乳ポンプのためのポンプユニット、並びに対応する方法及びコンピュータプログラムに関する。

搾乳器は、人間の胸部から母乳を抽出するための良く知られた装置である。搾乳器は、乳児が母乳を自分で抽出することができない場合、又は例えば母親が仕事で乳児から遠い所にいる場合のように、母親が乳児から離れている場合に用いられ得る。母乳を抽出するための搾乳器の使用は、母乳の供給量が少ない女性における授乳を促進するためにも有用となり得る。

搾乳器は例えば、例えばハンドル部を押し潰すことによって手動で動作されられても良いし、又は小型の電気モータにより電気的に駆動されても良い。電気駆動型の搾乳器は一般に、胸部に当てるための１つ又は２つの圧搾具を有する。該圧搾具は、管システムを介してポンプユニットに接続される。本発明は、電気駆動されるポンプユニットを持つ搾乳器に関する。

搾乳器は一般に、母乳を圧搾するため胸部において周期的な真空を生成し、該真空のプロファイルが有利にも、乳児の吸引を模倣する。圧搾された母乳は、哺乳瓶のような容器に集められる。母親は、真空レベル、プロファイル及び周期速度のような１つ以上のポンプ設定を調節することにより、好みの真空を設定することができる。真空レベルの調節は、安全及び品質の問題である。第１に、真空レベルは、母親を保護するため、過度に強くならない必要がある。第２に、望ましい真空レベルが、再現可能な態様で利用されるべきである。

電動搾乳器の市場は、２つの群、即ち単一ストローク型の搾乳器と複数ストローク型の搾乳器とに分けられ得る。単一ストローク型の搾乳器においては、大型のシリンダが真空を生成する。真空は一般に、該大型のシリンダのストロークを調節することにより制御される。大きなストロークは、強い真空に対応する。

複数ストローク型の搾乳器においては、小型でコンパクトな真空ポンプが用いられる。該ポンプは、胸部における圧力を低減するため、複数回にわたって小さな体積を抜く。胸部にかけられる真空は、ポンプがアクティブとなる間の時間間隔のようなポンプ設定を調節することにより、又はポンプのモータの速度を調節することにより、調節されることができる。市販の搾乳器は一般に、低コストのブラシ付きＤＣモータを用いる。該モータの速度は、最も一般的にはパルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて、モータの供給電圧を調節することにより制御されることができる。

しかしながら、斯かるシステムの幾つかの制限がある。該システムは、該装置を利用する女性の個々の生体構造を考慮しない。それ故、時間間隔及び供給電圧のような同じポンプ設定が適用される場合であっても、胸部及び乳頭のサイズに依存して、抜かれるべき体積及び従って胸部に印加される真空レベルは異なり得る。それ故、幾つかの製造者は、絶対値が設定されない、調節可能なダイアルのような、圧力設定概念を用いている。

更に、病院の設定においては、女性は異なる搾乳器を用いる必要がある場合がある。しかしながら、同じタイプの異なる搾乳器の間で多様な装置のため、同じポンプ設定であっても、異なる真空レベルに帰着し得る。斯くして装置のばらつきを克服するための１つの方法は、製造工程の間の多くの試験及び較正である。しかしながら、製造ラインを離れた全ての装置の個々の試験及び較正は、時間を消費しコストがかかる。

更に、同じ設定を用いる同じ女性により利用される同じ搾乳器に対しても、漏れの場合には、異なる真空レベルが生じ得る。

望ましい真空レベルを正確に設定するための既知の方法は、ポンプユニットにより提供される真空レベルを決定及び調節するための専用の圧力センサを用いることである。該圧力センサは、圧搾具の真空線と流体連通している必要がある。

例えば、米国特許US8,052,635及び米国特許US8,137,305は、真空線に装着された真空センサを用いて母乳収集システムに印加された真空圧力を継続的に監視する電動搾乳器を開示している。固体圧力センサ又はピエゾ抵抗圧力センサが利用されることができる。対応して、米国特許US8,070,715は、実際の圧力を検出するための圧力トランスデューサを備えた搾乳器を開示している。該圧力トランスデューサは、真空線に装着される。

しかしながら、真空線に装着された付加的な圧力センサを用いる欠点は、追加されるコスト及び複雑さである。圧力センサは、潜在的に故障し得る付加的な部分である。このことは、搾乳器が長い寿命と堅固さを必要とする、病院の設定において特に問題となる。更に、センサが真空線に正確に装着される必要があり、このことは搾乳器の取り扱いをより不便なものとし、付加的なセンサ開口によりシステムの衛生に悪影響を及ぼし得る。

米国特許出願公開US2011/0054810A1は、局所的負圧（ＴＮＰ）システムにおける圧力を決定するための装置及び方法に関する。局所的負圧治療は、傷の縫合及び治癒を支援する。圧力センサの代わりに、流量計が備えられる。ポンプ速度、圧力及び測定される流量の間の既知の関係が、流量計が配置された位置における圧力を算出するために用いられる。

国際特許出願公開WO2014/044472A1は、電力供給制御モジュールを備えた搾乳器システムにおけるアクチュエータの制御を開示している。ポンプモータ回路のレベルが、真空圧力のインジケータとして用いられる。既存の真空状態を示す所定の閾値電流値をモータ電流が超過した場合、電源制御が、ポンプモータの速度を減少させるよう構成される。

米国特許US5,676525は、真空制限医療ポンプを開示している。生成される不完全真空を制限するため、電流制限ユニットが備えられる。付加的な位置検出装置が、ポンプシリンダユニットの吸引体積を決定する。

国際特許出願公開WO01/71190A1は、振動電機子膜ポンプを開示している。駆動が実行されない時間の間のコイルへの駆動電圧の２回の連続する印加の間の流量を測定するため、コイルに存在する電圧が検出され、該電圧から流量測定信号が生成される。

それ故、本発明の目的は、上述した問題を著しく軽減する又は克服する、搾乳器のためのポンプユニットを提供することにある。特に、本発明の目的は、装置の寿命に亘って、高い信頼性で、コスト効果の良い態様で、正確に、ポンプユニットにより提供される圧力を制御する、搾乳器のためのポンプユニットを提供することにある。

本発明の一態様によれば、人間の胸部から母乳を抽出するための搾乳器のためのポンプユニットであって、
モータフィードバック信号を供給するよう構成された、前記ポンプユニットを駆動するためのモータと、
前記モータを制御するための制御信号を供給するための制御ユニットと、
前記モータフィードバック信号及び前記制御信号に基づいて前記ポンプユニットにより供給される圧力を推定するための推定器と、
を有し、前記制御ユニットは、前記推定された圧力に基づいて前記制御信号を調節するよう構成された、ポンプユニットが提供される。

本発明の更なる態様においては、人間の胸部から母乳を抽出するための搾乳器のためのポンプユニットにより生成される圧力を制御するための方法であって、
前記ポンプユニットを駆動するためのモータを制御するための制御信号を供給するステップと、
前記ポンプユニットを駆動するためのモータのモータフィードバック信号を受信するステップと、
前記モータフィードバック信号及び前記制御信号に基づいて前記ポンプユニットにより供給される圧力を推定するステップと、
前記推定された圧力に基づいて前記制御信号を調節するステップと、
を有する方法が提示される。

本発明の更なる態様においては、コンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されたときに、ここで開示された方法のステップをコンピュータに実行させるためのプログラムコード手段を有するコンピュータプログラム、及び、プロセッサにより実行されたときに、ここで開示された方法が実行されるようにするコンピュータプログラム製品を保存した持続性のコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。

本発明の好適な実施例は、従属請求項において定義される。請求される方法、コンピュータプログラム及び媒体は、請求されるポンプユニット及び従属請求項において定義されたものと同様の及び／又は同一の好適な実施例を持つことは、理解されるべきである。

本発明は、ポンプユニットにより生成されるべき圧力は、ポンプユニットにより克服される必要がある負荷とみなされ得るという着想に基づくものである。圧力は、ポンプユニットの空気の負荷とみなされ得る。更に、例えば摩擦によるポンプユニットを動作させるための力学抵抗もまた、ポンプユニットにより克服される必要がある力学的な負荷とみなされ得る。異なる負荷は、ポンプユニットに対する、及び特にポンプユニットのモータに対する、異なる影響に帰着する。換言すれば、より小さな負荷を駆動することは、より大きな負荷を駆動するよりも、モータによる労力を必要としない。負荷は、ポンプユニットのモータが抗して動作する必要がある圧力特に負圧又は真空に、大きく依存する。それ故、搾乳器の真空線に装着された圧力センサを用いる代わりに、モータフィードバック信号及びモータを制御するための制御信号に基づいて、ポンプユニットにより供給される圧力を間接的に推定することが提案される。

ここで用いられるモータを制御するための「制御信号」は、限定するものではないが、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御信号を含む、モータに印加される電圧及び／又は電流を示し得る。制御信号は、受信された制御信号に依存してモータに電力供給する電力回路に供給されることができる、モータを制御するための情報を有する信号を示し得る。換言すれば、モータを制御するための制御信号は、ポンプユニットを駆動するためのモータの動作の所望の状態又はモードを示す信号を示し得る。

ここで用いられる「モータフィードバック信号」は、モータにより駆動される負荷により影響を受ける、ポンプユニットを駆動するためのモータの動作の実際の状態又はモードを示す情報を有する信号を示し得る。

該モータフィードバック信号及び該制御信号に基づいて、該ポンプユニットの推定器が、別個の圧力センサを用いることなく、該ポンプユニットにより供給される圧力を推定することができる。該推定は、モータにより駆動される負荷を推定する中間ステップと、これに基づいて空気の負荷を決定する中間ステップと、該空気の負荷を圧力値に照合する中間ステップと、を有しても良い。有利にも、該制御ユニット及び該推定器は、マイクロコントローラにおいて実装されることができる。それ故、制御及び推定アルゴリズムは、低コストで実装されることができる。

更に、別個の圧力センサが搾乳器の真空線に装着される必要がないため、搾乳器の取り扱いが簡便化され得る。真空線に付加的なセンサ開口がないため、このことは衛生面にも良い影響を及ぼす。

換言すれば、圧力センサを用いて圧力を実際に測定する代わりに、モータを制御するための所与の制御信号が、母親の胸部における真空の特定のレベルに帰着することが予測される。しかしながら、装置のばらつきのため、及び抜かれるべき体積は母親の胸部の個々の生体構造に依存するため、斯かる推定の精度は制限される。装置のばらつき及び個々の生体構造は、未知のパラメータである。それ故、本発明の一態様によれば、モータからのフィードバックを用いることが提案され、ここで前記モータフィードバック信号は、前記ポンプユニットにより供給される圧力に依存し、これにより、前記ポンプユニットにより供給される圧力をより正確に推定する。前記制御ユニットは次いで、該推定された圧力に基づいて、モータを制御するための制御信号を調節しても良い。該制御ユニットはまた、望ましい圧力及び該推定された圧力に基づいて、制御信号を調節しても良い。

例えば、前記ポンプを駆動するためのモータは、所与のパワー、電圧又は電流のような制御信号により駆動され、モータ速度のようなフィードバック信号が、モータにより供給される。フィードバック信号としての測定された速度、及び適用される制御信号の両方が、推定器に供給される。ポンプユニットにより供給される圧力は、これに基づいて推定器により推定されることができる。推定のための数値モデルの詳細は、搾乳器のモデル、特にポンプ及び圧搾具に依存する。推定された圧力は次いで、ポンプユニットを駆動するためのモータを制御するための制御信号を調節するために用いられることができる。それ故、例えば病院の設定において、ポンプユニットが異なるユーザに適合させられることができる。

一実施例によれば、前記ポンプユニットを駆動するための前記モータは、ブラシレスモータであり、特にブラシレスＤＣ（直流）モータ（ＢＬＤＣ）である。斯かるブラシレスモータの欠点は、一般に高価であり、従来の搾乳器において用いられているブラシ付きモータよりも複雑な制御回路を必要とする点である。しかしながら、本発明者は、ブラシレスモータ、特にブラシレスＤＣモータの使用が、相乗効果をもたらすことを見出した。例えば、ＢＬＤＣは、電気整流モータとも呼ばれ得る。ＢＬＤＣは、外部の回転する電磁場により動かされる永久磁石を備えた回転子を有し得る。ＢＬＤＣは、モータを駆動するための制御信号として外部の場を生成するための交流電気信号を生成する、内蔵されたインバータ／スイッチング電源を有する制御ユニットにより、電力供給され得る。モータの角度位置を決定するため、及び／又はモータの回転子の回転と略同期した電場を印加するため、モータは、モータフィードバック信号を制御ユニットに供給しても良い。それ故、ＢＬＤＣは一般に、電気整流のために用いられる固有速度測定を持つ。

本発明者は、斯かるモータフィードバック信号が、制御信号と組み合わせて、ポンプユニットにより供給される圧力を推定するために用いられることができることを認識した。それ故、ブラシレスモータにおいて既に利用可能である制御信号及びモータフィードバック信号が、ポンプユニットにより供給される圧力を推定するために更に利用されるという相乗効果が実現される。

ＢＬＤＣに対する代替として、ブラシレスＡＣ（交流）共時モータが用いられても良い。斯かるモータにおいては、引かれる電流は、生成されるトルクの関数であり、搾乳器のポンプユニットにより供給される圧力制御するために用いられ、相乗効果として、該圧力を推定するためのモータフィードバック信号としても用いられ得る。

改善例においては、前記モータフィードバック信号は、前記ブラシレスモータの電気的な切り換えのためのモータフィードバック信号であり、前記ポンプユニットにより供給される圧力の前記推定は、前記ブラシレスモータの電気的な切り換えのための前記モータフィードバック信号に基づく。本実施例の利点は、ブラシレスモータの通常の動作のための、制御ユニットに対してモータにより通常供給されるモータフィードバック信号が、ポンプユニットにより供給される圧力を推定するためにも用いられる点である。それ故、付加的なセンサを利用する必要がない。特に、専用の圧力センサのためのコストは必要とされない。

ブラシレスモータの更なる利点は、該モータは摩耗し得るブラシを持たないため、長寿命であることと、機械的な摩耗に対する影響の受け易さが小さい点である。病院の搾乳器は、一般に長い寿命を要求される。ブラシレスモータは一般に、あまり保守を必要とせず、時には保守を必要としない。

一実施例においては、前記モータは更に、前記モータフィードバック信号を供給するためのモータセンサを有する。モータセンサの例は、速度センサ、毎分の回転数を決定するためのｒｐｍセンサ、タコメータ、ホールセンサ、回転エンコーダのような回転子の回転角を決定するための角度センサである。任意に、前記モータフィードバック信号は、ピストン、膜又は偏心タペットのような、前記ポンプの可動部分の位置を決定することにより、間接的に得られても良い。更に、前記モータフィードバック信号は、例えば回転モータ速度を決定するためのスペクトル解析により、又は角度位置を決定するための遷移挙動を評価することにより、電流／電圧／パワーを評価することによって供給されても良い。

一実施例においては、前記モータフィードバック信号は、モータ速度、電流、トルク、及び前記モータの回転子の角度変位のうち少なくとも１つを有する。角度変位なる用語は、モータにおける回転子の位置を示し得、時間経過に対する角度変位を評価することによりモータ速度を決定するために用いられ得る。

一実施例においては、前記推定器は、前記モータを制御するための制御信号に基づいて推定モータパラメータを推定し、前記モータフィードバック信号に基づいて実際のモータパラメータを決定し、前記推定モータパラメータと前記実際のモータパラメータとの間の差に基づいて前記ポンプユニットにより供給される圧力を推定するよう構成される。有利にも、前記推定モータパラメータは、推定されるモータ速度であり、前記実際のモータパラメータは、実際のモータ速度である。例えば、所与の電圧がモータに供給される場合、該モータは特定のモータ速度で回転することが予測される。しかしながら、負荷に依存して、モータの速度は異なり得る。この差に基づいて、モータにより駆動される必要がある負荷が導出されることができ、当該差に基づいて、ポンプユニットにより供給される圧力が推定されることができる。角度位置のような代替のパラメータが評価されても良い。

更なる実施例によれば、前記制御ユニットは、所望の圧力を取得し、前記所望の圧力と前記推定された圧力との間の差に基づいて、前記制御信号を調節するよう構成される。該所望の圧力は、ポンプユニットにおいて予め設定された値であっても良い。代替として、又はこれに加えて、ポンプユニットにより供給されるべき所望の圧力を設定するための、任意のインタフェース、特にユーザインタフェースが備えられる。単に例えば圧力を上昇又は減少させるための、即ち相対的な圧力変化のためのダイアルを持つ代わりに、本発明の一態様によるポンプユニットは、ポンプユニットにより供給される圧力を推定するための推定器を有する。推定された圧力は、制御信号を調節し、それによりポンプユニットにより供給される実際の圧力を調節するため、制御ユニットによるフィードバックとして用いられることができる。基本的に、ダイアル又は押しボタンを介して圧力を減少又は増大させることは、制御変数がユーザにより設定される、開ループコントローラとみなされ得る。しかしながら、本発明の一態様によるポンプユニットは、閉ループ制御システムとみなされ得る。該推定器は、次いで制御ユニットにより所望の圧力と比較され得る推定圧力を供給する。制御ユニットは次いで、これに基づいて、ポンプユニットにより供給される実際の圧力を調節することができる。

本実施例の更なる改善例においては、前記制御ユニットは、前記所望の圧力と前記推定された圧力との間の差を最小化するよう前記制御信号を調節するよう構成される。それ故、ポンプユニットに圧力センサが備えられていなくても、ポンプユニットにより供給される圧力が前記推定器により推定されることができ、推定された圧力が所望の圧力に略対応するよう、ポンプユニットを調節するためのフィードバック信号として用いられることができる。

一実施例においては、前記推定器は、前記搾乳器の少なくとも一部のモデルを有する。前記推定器は、前記モータフィードバック信号及び前記モータを制御するための制御信号を入力信号として受信し、前記搾乳器の少なくとも一部のモデルに基づいて、前記ポンプユニットにより供給される圧力の推定値を決定する。該モデルは、前記ポンプの特性、流体モデル、ストローク体積、抜き出されるべき体積等、及び特に使用される圧搾具のモデルを有しても良い。ポンプユニットは圧力センサを有さないため、ポンプにより供給される圧力は直接の観測により決定されることはできない。しかしながら、以上に説明されたように、圧力はモータにより供給されるモータフィードバック信号に影響を与える状態であるとみなされ得る。モータフィードバック信号と物理的な状態圧力との間の関係が既知であれば、該推定器は、ポンプユニットにより供給される圧力を推定することができる。

更なる実施例によれば、前記推定器は、カルマンフィルタを有し、特に拡張カルマンフィルタ及び／又はアンセンテッド（unscented）カルマンフィルタを有する。ポンプユニットにより供給される圧力とモータフィードバック信号との間の関係は、大きな非線形の力学により影響を受けてしまうことが見出されている。それ故、大きく非線形である力学に対応可能なアンセンテッドカルマンフィルタを用いることが有利である。非線形性に対応可能な代替のフィルタが用いられても良い。

更なる実施例によれば、前記推定器は、周囲の圧力として、起動時における推定圧力を初期化するよう構成される。本文脈において起動とは、ポンプモータの最初の回転を示し得る。斯かる初期段階の間、ポンプモータにより見られる負荷は、真空により引き起こされる空気抵抗により決定されるのではなく、例えばピストンポンプを用いる場合のピストンの摩擦のような力学的な負荷により決定される。製造のばらつきにより、１つのモデルの異なる装置が、異なる初期力学的負荷を呈し得る。起動時に当該初期の力学的負荷を決定することにより、ポンプが周囲圧力に対して較正されることができる。以降の負荷の上昇はこのとき、該搾乳器において構築される真空に帰することができる。それ故、力学的負荷と真空による空気の負荷の寄与とは分離されることができ、それによりポンプユニットにより供給される圧力が信頼性高い態様で推定されることができる。

一実施例によれば、前記制御ユニットは、前記モータフィードバック信号及び／又は前記推定された圧力に基づいて、前記モータのモータ速度を制限するよう構成される。以上に説明されたように、モータ速度は、ポンプユニットにより克服される必要がある負荷に依存する。それ故、モータ速度は、真空レベルとともに変化する。圧搾セッションの最初において、母親は該システムをスイッチオンし、単に胸部に当てる。斯かる胸部に押し付けられていない状況においては、負荷は非常に小さく、それ故高いモータ速度に導き得る。高いモータ速度は、高いポンプのスループットに導き、圧搾具が迅速に空気を抜かれることができる利点を持つ。しかしながら、高いモータ速度は、不快な音声又は雑音を生成し得る。可聴の周波数は、モータ速度又は毎秒の回転の周波数［Ｈｚ］に対応し得る。それ故、モータ速度を、より望ましい音声プロファイルを提供するよう制限することが提案される。更に、該搾乳器が胸部に当てられると、ポンプユニットが迅速に圧搾具から空気を抜く。真空、及び従ってポンプユニットにおける負荷が増大する。モータ速度は負荷に依存するため、ポンプユニットの音声又は雑音が急速に変化する。モータ速度を制限することにより、圧搾具を胸部に当てたときに、より望ましい音声プロファイルが生成され得る。

更に、モータ速度の増大、即ちモータ速度の加速も制限されても良い。このことは、不快なものとなり得る急激なノイズの増大を更に防止し得る。

更なる実施例によれば、前記制御ユニットは、前記推定された圧力に基づいて、前記搾乳器が人間の胸部に装着されていない状態を決定するよう構成される。この状態は、非胸部状態とも呼ばれ得る。例えば、当該状態においてはモータ速度が更に低下させられても良く、次いで、該搾乳器が人間の胸部に装着されたときに、通常の動作に切り換えられることとなる。胸部への装着は、推定される圧力を観測し、該推定される圧力がいつ変化したか、特に推定される圧力がいつ周囲の圧力に比べて所定の閾値より下回ったかを決定することにより、決定されても良い。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施例を参照しながら説明され明らかとなるであろう。

搾乳器の第１の実施例の斜視図を示す。 更なる実施例による圧搾具の上部の断面図を示す。 実施例によるポンプユニットのブロック図の例を示す。 ポンプユニットを駆動するためのモータを制御するための制御信号のグラフの例を示す。 ポンプユニットにより供給される圧力のグラフの例を示す。 モータ速度のグラフの例を示す。 実施例による方法のフロー図を示す。

図１は、搾乳器の実施例を示す。該搾乳器はここでは、全体が参照番号１により示される。

搾乳器１は、圧搾具１０及びポンプユニット２０を有する。圧搾具１０は、胸部受容漏斗１１、及び哺乳瓶の形をとる容器１２を有する。ポンプユニット２０は、該ポンプユニットを駆動するためのモータ２２を備えた真空ポンプ２１と、真空ポンプ２１のモータ２２を制御するための制御信号を供給するための制御ユニット２３と、を有する（図３に模式的に示される）。ポンプユニット２０の真空ポンプ２１は、管１３を介して圧搾具１０に接続される。ポンプユニット２０は斯くして、例えば机の上又はその他のいずれかの適切な位置において、圧搾具１０から局所的に離れて配置され得る。しかしながら、このことは限定を意図するものではない。ポンプユニット２０は、真空ポンプ２１を有し、制御ユニット２３は、圧搾具１０に配置されても良い。管１３は、圧搾具１０の筐体内に含まれる真空室１４に接続される。真空室１４は、ポンプユニット２０の真空ポンプ２１により生成される真空を胸部受容漏斗１１に与える機能を持つ。搾乳器１は、所望の真空レベル、プロファイル及び／又はサイクルを設定するためのユーザインタフェース４０を有しても良い。有利にも、ポンプユニット２０は、胸部において周期的な真空を生成し、真空のプロファイルは好適には乳児の吸引を模倣する。

図２は、更なる実施例による圧搾具１０の上部１５の断面図をより詳細に示す。該圧搾具の上部１５は、胸部受容漏斗１１、真空室１４、母乳出口１６、及び真空管１３への接続のためのコネクタ１７を有する。

該圧搾具の上部１５は、胸部受容漏斗１１により、女性の胸部３０に装着されることができる。該胸部受容漏斗の中心は、胸部３０の乳頭の上に配置される。母乳の抽出の間、ポンプユニット２０は、真空室１４において減圧又は真空を生成する。それにより、母乳が胸部３０から圧搾される。圧搾された母乳は、母乳出口１６を通り圧搾具１０の上部１５から出て、容器１２へと向かう。

各サイクルの間に空気を抜かれるべき真空室１４の体積は、胸部３０及び乳頭のサイズ及び形状に略依存する。斯かる差異は、異なる胸部３０及び３０'により図２に示されている。胸部３０については大きな体積の空気が抜かれる必要があり、胸部３０' については小さな体積の空気が抜かれる必要がある。それ故、ポンプユニット２０のポンプモータ２２が作動する時間間隔及びポンプモータ２２の速度のような同じポンプ設定が適用される場合には、異なる真空レベルが到達されることとなる。小さな体積はより迅速に空気を抜かれ、同じポンプ設定に対して、より大きな真空レベルが到達される。

単一の製品における制御可能性に加え、搾乳器の製造者は、異なる製品間の性能のばらつきにも関心を持つ。従来の開ループ制御は、同じタイプの別の搾乳器の真空性能におけるばらつきをシステムが補償することを可能としなかった。小売りについては、母親は自身の搾乳器のみを用いる見込みが高く、従って同じタイプの別の搾乳器に対する比較は大きな問題ではないため、製品のばらつきはあまり重要ではない。しかしながら、病院の搾乳器は一般に異なる母親により利用され、或る母親が同じタイプの別の搾乳器を潜在的に利用し得る。ポンプに対する或る設定が、同一の真空性能に帰着し、従って同じ母乳抽出及びユーザ体験に帰着することは、ユーザにとって大きな利益となる。

図３は、本発明の一態様によるポンプユニット２０の実施例を示す。ポンプユニット２０は、モータ２２を備えた真空ポンプ２１、制御ユニット２３、及び推定器２４を有する。

モータ２２は、モータフィードバック信号２５を供給するよう構成される。制御ユニット２３は、モータ２２を制御するための制御信号２６を供給するよう構成される。モータ２２を制御することにより、制御信号２６は、ポンプユニット２０により提供される実際の圧力２７に影響を与える。推定器２４は、モータフィードバック信号２５及び制御信号２６に基づいてポンプユニット２０により供給される圧力２８を推定するよう構成される。それ故、推定器２４は、推定圧力２８を供給し、測定された実際の圧力２７は供給しない。制御ユニット２３は更に、推定圧力２８に基づいて制御信号２６を調節するよう構成される。それ故、実際の圧力２７が圧力センサにより直接測定されなくても、モータフィードバック信号２５及び制御信号２６から導出された推定圧力２８により、フィードバックが制御ユニット２３に供給されることができる。任意に、制御ユニット２３への入力として、所望の圧力２９が供給されても良い。所望の圧力２９は、図１に示されるようなユーザインタフェース４０を介してユーザにより設定されるものであっても良い、所望の圧力レベル、プロファイル及び／又はサイクルであっても良い。

本発明の一態様による内在する概念は、図４Ａ乃至４Ｃを参照しながら、より詳細に以下に説明される。

図４Ａは、制御ユニット２３により供給される制御信号２６のグラフの例を示す。横軸は時間ｔを秒で表し、縦軸は供給電圧Ｅをボルトで表す。限定するものではない当該実施例においては、制御信号２６は、周期的な態様でスイッチオン及びオフされるポンプユニット２０を駆動するための、モータ２２に電力供給するための供給電圧である。勿論、所望の真空プロファイルを生成するため、異なるプロファイル及び曲線の制御信号２６が用いられても良い。

図４Ｂは、図４Ａに示される制御信号２６に応答して、ポンプユニット２０により供給される実際の圧力２７のグラフの例を示す。ここでも横軸は時間ｔを秒で表し、縦軸は真空圧力ｐをバールで表す。先行技術による搾乳器は、本発明の背景に関して上述したように、実際の圧力２７を直接に測定するため、専用の圧力センサ又は圧力トランスデューサを用いる。

しかしながら、本発明の一態様によるポンプユニット２０は、かなり異なる手法をとる。本発明者は、実際の圧力２７が、ポンプユニット２０の真空ポンプ２１により克服されるべき負荷とみなされ得ることを認識した。それ故、実際の圧力２７は、ポンプユニット２０のモータ２２に影響を与える、ポンプユニット２０の空気の負荷とみなされ得る。真空ポンプ２１の変化する空気の負荷は、図３において矢印４１により示されている。実際の圧力２７を直接に測定する代わりに、最初にモータ２２が、フィードバック信号２５を供給するよう構成され、次いで推定器２４が、モータ２２に供給されたモータフィードバック信号２５及び制御信号２６に基づいてポンプユニット２０により供給された圧力２８を推定するよう備えられる。

図４Ｃは、図４Ａに示された制御信号２６及び図４Ｂに示された実際の圧力２７に応答してモータ２２により供給されるフィードバック信号２５の例として、モータ速度のグラフの例を示す。図４Ｃにおける横軸は、ここでもまた時間ｔを秒で表し、縦軸はモータ速度ωをラジアン毎秒で示す。図４Ｃに示されるように、モータ２２は、負荷に依存するモータ速度ωを呈する。図４Ａにおける制御信号２６が供給されると、図４Ｃにおけるモータ速度ωが急速に増大する。モータを制御するための所与の制御信号２６は、特定のモータ速度ωに帰着することが予期される。

しかしながら、図４Ｂにおいて真空２７が構築されるにつれて、図４Ｃにおけるモータ速度ωは再び低下する。従って推定器２４は、モータフィードバック信号２５及び制御信号２６に基づいてポンプユニット２０により供給される圧力２８を推定するよう構成される。モータフィードバック信号２５及び制御信号２６は推定器２４に送られ、該推定器２４は、制御信号２６、モータフィードバック信号２５及び結果の推定圧力２８の間の関係の数値モデルを含む。該数値モデルの特定の詳細は、モータ２２、真空ポンプ２１、圧搾具１０等の特性のような、該システムの実装に依存することは、留意されるべきである。当業者は、物理的なシステムにおける変化が、該数値推定モデルにおける変化をもたらすことを理解するであろう。図示される例は、限定するものではない実施例として理解されるべきである。推定圧力２８は次いで、モータ２２に供給される制御信号２６を調節するため、制御ユニット２３により用いられる。斯くして、ポンプユニット２０により供給される実際の圧力２７を測定することなく、閉制御ループが実現されることができる。

再び図３を参照すると、モータ２２はブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣ）であっても良い。ＢＬＤＣの使用は、ＢＬＤＣがしばしば既に電子的整流のために用いられる固有のモータ速度測定を持つという利点を持つ。当該モータ速度測定はしばしば、センサ信号として容易に利用可能である。更に、ＢＬＤＣは、時間変化する摩擦トルクに導き得るブラシを持たず、そのため速度−トルク特性が良く定義される。これら２つの特性は、ＢＬＤＣを、真空ポンプ２１により克服される必要がある負荷、即ち該システムにおける推定圧力２８のインジケータとしての、供給されるモータトルクを推定するために、好適なものとする。

代替として、又はこれに加えて、ポンプユニット２１は、モータフィードバック信号２５としてモータ速度ωを推定器２４に供給するための速度センサのようなモータセンサ４２を有しても良い。

制御ユニット２３及び推定器２４は有利にも、マイクロコントローラにより実装されても良い。

装置のばらつきのため、ポンプユニット２０を駆動するための力学的な負荷は、同じタイプの別のポンプユニット２０について異なり得る。力学的な負荷はまた、例えば摩耗によって、装置の寿命の間にも変化し得る。従って一実施例においては、制御ユニット２３は、起動時に、制御信号２６及びモータフィードバック信号２５に基づいて、初期の力学的負荷を決定するよう構成される。それ故、周囲の圧力における負荷が、ポンプユニット２０の較正のために決定され得る。例えば、図４Ａ乃至４Ｃを参照すると、制御信号２６の電圧の出現の直後の初期モータ速度ωが、較正のために用いられても良い。

図３を参照すると、制御ユニット２３は更に、モータフィードバック信号及び／又は推定圧力に基づいて、モータのモータ速度を制限するよう構成されても良い。それ故、以上に説明されたように、より快適な音声プロファイルが生成され得る。

更に、制御ユニット２３は、以上に説明されたように、非胸部状態においてモータ速度を低下させるよう構成されても良い。

安全の考慮の観点から、設定され得る最大真空レベルは制限されるべきである。真空レベルは胸部及び乳頭のサイズに大きく依存するため、フィードバックのない従来のポンプユニットは、最悪のケースにおいて、即ち空気を抜かれるべき小さな体積について、斯かる安全制限を超過しないよう設計される。それ故、ユーザにより設定されることができるポンプ設定の範囲は、人為的に制限されている。しかしながら、女性の個々の生体構造が、空気を抜かれるべきより大きな体積をもたらすことを仮定すると、到達され得る最大の真空レベルは、安全制限よりもかなり低くなり得る。従って、抽出のために最適であり得る真空レベルが、到達され得ない可能性がある。本発明の一態様によるポンプユニット２０によれば、ポンプユニットにより供給される圧力が、モータフィードバック信号及び制御信号に基づいて推定されることができる。それ故、制御ユニット２３は、推定圧力が所定の安全制限を超えないよう、推定圧力に基づいてポンプモータ２２を制御するための制御信号を調節するよう構成され得る。それ故、該推定圧力をフィードバックとして用いることにより、より広い範囲のポンプ設定が用いられることができる。ポンプユニットにより供給される圧力の粗い推定であっても、当該状況における圧搾効率を改善し得ることは、留意されるべきである。

再び図２を参照すると、母乳出口１６は任意に、弁１８、特に、圧搾された母乳が、真空室１４から出ることができるが、容器１２から真空室１４に向かう逆流を防ぐような、逆止弁又は一方向弁を有しても良い。母乳の抽出の間、一方向弁は、例えば図４Ｂに示されるポンプユニット２０により生成される時間変化する減圧に従って自動的に開閉しても良い。減圧サイクルの最初において、真空室１４に減圧が生成され、一方向弁を閉じさせ、母乳を胸部３０から抽出する。次いで当該サイクルの間に圧力が例えば大気圧に戻ると、一方向弁が開き、母乳が重力により母乳容器１２へと流れる。

任意に、真空室１４は、図２に示されるように、衛生遮蔽１９により、真空室の第１の部分１４'と第２の部分１４''とに分離される。第１の部分１４'は、コネクタ１７及び管１３により、ポンプユニット２０に直接に接続される。第２の部分１４''は、胸部受容漏斗１１及び母乳出口１６に直接に接続される。衛生遮蔽１９は例えば、気体透過性で液体不透過性である、通気性膜であっても良い。代替としては、衛生遮蔽１９は、非透過性の弾力性のある隔膜であっても良い。斯かる弾力性のある隔膜の動きは、図２に例示されており、矢印で示されている。衛生遮蔽１９が気体透過性で可動であるため、真空室の第１の部分１４'に供給される真空は、人間の胸部３０から母乳を圧搾するための第２の部分１４''における真空をも引き起こす。衛生遮蔽１９は、母乳が真空管１３及び／又はポンプユニット２０に入ることを防止する。

図５は、人間の胸部３０から母乳を抽出するための搾乳器１のためのポンプユニット２０により生成される圧力２７を制御するための方法を要約する。第１の任意のステップ１０１において、搾乳器１のユーザインタフェース４０を介して、母親が所望の圧力を選択する。第２のステップ１０２において、制御ユニット２３が、ポンプユニット２０を駆動するためのモータ２２を制御するための制御信号２６を供給する。第３のステップ１０３において、ポンプユニット２０を駆動するためのモータ２２のモータフィードバック信号２５が受信される。第４のステップ１０４において、モータフィードバック信号２５及び制御信号２６に基づいて、ポンプユニット２０により供給される圧力２８が推定される。ステップ１０５において、推定された圧力２８に基づいて制御信号２６が調節される。それ故、モータ２２、及び従ってポンプユニット２０により供給される実際の圧力２７を、推定された圧力２８に基づいて制御するための、閉じた制御ループが提供される。特に、実際の圧力２７は、母親の所望の圧力２９に対応するよう制御されても良い。ステップ１０２及び１０３のようなステップは適宜、異なるシーケンスで実行されても良いし、又は並行して実行されても良いことは、留意されるべきである。

本発明は図面及び以上の記述において説明され記載されたが、斯かる説明及び記載は説明するもの又は例示的なものであって限定するものではないとみなされるべきであり、本発明は開示された実施例に限定されるものではない。図面、説明及び添付される請求項を読むことにより、請求される本発明を実施化する当業者によって、開示された実施例に対する他の変形が理解され実行され得る。

請求項において、「有する（comprising）」なる語は他の要素又はステップを除外するものではなく、「１つの（a又はan）」なる不定冠詞は複数を除外するものではない。単一の要素又はその他のユニットが、請求項に列記された幾つかのアイテムの機能を実行しても良い。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これら手段の組み合わせが有利に利用されることができないことを示すものではない。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又は他のハードウェアの一部として供給される光記憶媒体又は固体媒体のような適切な持続性媒体上で保存／配布されても良いが、インターネット又はその他の有線若しくは無線通信システムを介してのような、他の形態で配布されても良い。

請求項におけるいずれの参照記号も、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。

Claims (15)

1. 人間の胸部から母乳を抽出するための搾乳器のためのポンプユニットであって、
   モータフィードバック信号を供給するよう構成された、前記ポンプユニットを駆動するためのモータと、
   前記モータを制御するための制御信号を供給するための制御ユニットと、
   前記モータフィードバック信号及び前記制御信号に基づいて前記ポンプユニットにより供給される圧力を推定するための推定器と、
   を有し、前記制御ユニットは、前記推定された圧力に基づいて前記制御信号を調節するよう構成された、ポンプユニット。
2. 前記モータは、ブラシレスモータであり、特にブラシレス直流モータである、請求項１に記載のポンプユニット。
3. 前記モータフィードバック信号は、前記ブラシレスモータの電気的な切り換えのためのモータフィードバック信号であり、前記ポンプユニットにより供給される圧力の前記推定は、前記ブラシレスモータの電気的な切り換えのための前記モータフィードバック信号に基づく、請求項２に記載のポンプユニット。
4. 前記モータは更に、前記モータフィードバック信号を供給するためのモータセンサを有する、請求項１に記載のポンプユニット。
5. 前記モータフィードバック信号は、モータ速度、電流、トルク、及び前記モータの回転子の角度変位のうち少なくとも１つを有する、請求項１に記載のポンプユニット。
6. 前記推定器は、前記モータを制御するための制御信号に基づいて推定モータパラメータを推定し、前記モータフィードバック信号に基づいて実際のモータパラメータを決定し、前記推定モータパラメータと前記実際のモータパラメータとの間の差に基づいて前記ポンプユニットにより供給される圧力を推定するよう構成された、請求項１に記載のポンプユニット。
7. 前記推定モータパラメータは、推定されたモータ速度であり、前記実際のモータパラメータは、実際のモータ速度である、請求項６に記載のポンプユニット。
8. 前記制御ユニットは、所望の圧力を取得し、前記所望の圧力と前記推定された圧力との間の差に基づいて、前記制御信号を調節するよう構成された、請求項１に記載のポンプユニット。
9. 前記制御ユニットは、前記所望の圧力と前記推定された圧力との間の差を最小化するよう前記制御信号を調節するよう構成された、請求項８に記載のポンプユニット。
10. 前記推定器は、前記搾乳器の少なくとも一部のモデルを有する、請求項１に記載のポンプユニット。
11. 前記推定器は、カルマンフィルタを有し、特に拡張カルマンフィルタ及び／又はアンセンテッドカルマンフィルタを有する、請求項１に記載のポンプユニット。
12. 前記推定器は、周囲の圧力として、起動時における前記推定された圧力を初期化するよう構成された、請求項１に記載のポンプユニット。
13. 前記制御ユニットは、前記モータフィードバック信号及び／又は前記推定された圧力に基づいて、前記モータのモータ速度を制限するよう構成された、請求項１に記載のポンプユニット。
14. 人間の胸部から母乳を抽出するための搾乳器のためのポンプユニットにより生成される圧力を制御するための方法であって、
    前記ポンプユニットを駆動するためのモータを制御するための制御信号を供給するステップと、
    前記ポンプユニットを駆動するための前記モータのモータフィードバック信号を受信するステップと、
    前記モータフィードバック信号及び前記制御信号に基づいて前記ポンプユニットにより供給される圧力を推定するステップと、
    前記推定された圧力に基づいて前記制御信号を調節するステップと、
    を有する方法。
15. コンピュータ上で実行されたときに、請求項１４に記載の方法のステップをコンピュータに実行させるためのプログラムコード手段を有する、コンピュータプログラム。

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