CN102343116B - 带有可变缓冲的活塞泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及带有可变缓冲的活塞泵。本发明包括一种吸奶器设备，其包括流体连通地耦合在一起的真空泵和可变容积缓冲容积。该设备还包括连接于真空泵和缓冲容积的***接收部，从而真空泵可操作用于在***接收部处产生负压从而刺激挤出乳汁，以及可通过控制缓冲容积来控制产生于***接收部处的负压。

Description

带有可变缓冲的活塞泵
技术领域
本发明涉及一种用于吸奶器装置的泵设备，用于从母亲的***挤出乳汁，以及特别是涉及一种包括可变缓冲容积的泵设备。
背景技术
吸奶器是被设计成用于从母亲的***挤出乳汁至贮存容器例如奶瓶的装置，使得母亲在稍后或更加方便的时间喂养婴儿乳汁。吸奶器通常包括彼此耦合的用于接收妇女的***的漏斗部分和真空腔，以及真空泵，可操作用于在真空腔中重复的产生降低的压力，并因此在漏斗中产生降低的压力，以刺激妇女的***挤出乳汁至漏斗，从而被连接于真空腔/漏斗的贮存容器收集。在这种吸奶器设备中，典型地真空泵可以包括往复活塞或往复弹性膜。
从例如US 2001/038799中得知一种吸奶器设备，其包括往复弹性膜，用于产生真空。US 2009/099511公开了使用具有手动操作柄的泵机构，用于产生真空。从US 2001/038799和US 2009/099511得知的这两个吸奶器均包括位于装置的漏斗内调节真空的机构，特别是最低和最高水平的真空，其中该机构包括类似阀的结构，用于在一位置执行密封功能，而在另一位置允许空气排出。
WO 2005/067997也公开了具有手柄的泵机构的使用，用于产生真空，其中手柄连接于活塞，其适于在吸奶器装置内执行往复运动。在装置的漏斗中，布置了弹性膜，其在操作过程中膨胀以便对处于漏斗内的***进行按摩。
已知的吸奶器可以包括控制部件，其能够使得真空腔内由真空泵生成的压力深度，进而在***漏斗处的压力深度能够被调节。这种已知的控制部件包括改变往复活塞/弹性膜的冲程，要求马达(其驱动活塞/弹性膜)以及马达和活塞/弹性膜之间的传动装置能够以往复方式运转——即沿两个方向运转，从而使得活塞/弹性膜的往复运动的冲程可以改变。该机构的构造是复杂的并且因此导致相对高的制造花费，该构造包括马达和构造成用于以往复方式在两个方向运转的传动装置，以及马达控制***，用于控制该机构的结构。此外，马达和传动装置的往复运动不是高能效的，导致能耗增加，以及这种机构还可能导致机构部件的加快磨损。再之，能够沿两个方向运转的马达比只能沿单一方向运转的马达更昂贵。
提供一种适合用于吸奶器设备的泵装置将是有益的，其显著减轻或克服上面所提到的问题。
发明内容
因此，本发明提供了一种吸奶器设备，其包括：真空泵，其可操作用于在密闭容积内至少产生负压；***接收部，其被构造为接收从中挤出乳汁的妇女的***；以及缓冲容积，其中缓冲容积连接于真空泵和***接收部，这样在使用中，真空泵可操作用于在缓冲容积内和在***接收部处至少产生负压，以及其中缓冲容积是可变的，这样在使用中，真空泵产生的在***接收部处的压力深度，即在***接收部产生的负压的幅度，可通过控制缓冲容积来控制。通过本发明的吸奶器设备，泵产生的以及在***处承受到的压力变化的量值可以通过改变缓冲容积的容积来控制。因此，真空泵不需要提供压力深度控制，因此，如果真空泵由马达提供动力，吸奶器设备可包括单向马达和传动装置，一旦使用就在固定方向持续运转，从而避免了上面所描述的已知***的弊端。
吸奶器设备还可以包括隔膜腔和安装于隔膜腔内的弹性隔膜，该弹性隔膜将隔膜腔分为封闭侧和敞开侧，封闭侧与真空泵和缓冲容积流体连通，敞开侧与***接收部流体连通。在这一实施例中，彼此流体连通的真空泵、缓冲容积和隔膜腔的封闭侧可以形成封闭气动***。还是在这一实施例中，隔膜腔的封闭侧内产生的压力变化可能导致弹性隔膜偏转，因此传送该压力变化至隔膜腔的敞开侧和***接收部。
可替代地，***接收部、缓冲容积和真空泵可以彼此流体连通。在该实施例中，在使用中，当母亲的***被***接收部接收并且与之进行气密密封时，真空泵、缓冲容积和***接收部可以一起形成封闭气动***。
泵可以包括活塞或可以包括安装于壳体内的弹性膜。一旦得到马达驱动，泵可操作用于在***接收部和/或封闭气动***内产生负压。在泵包括活塞壳体内的活塞的实例中，在使用中，活塞可以在恒定的、固定的冲程距离内是可移动的。马达可为直流马达、或者是电子换向马达。此外，本发明并不局限于上述类型的真空泵，一些其他已知类型的泵都可以使用，诸如手动操作的泵(例如由手动操作水平或其他致动器操作的)、气囊泵、齿轮泵、风箱泵、内齿轮油泵、凸轮泵、或谐振线性致动泵。
缓冲容积可以包含容积可变腔，该容积可变腔可以包含活塞壳体和位于活塞壳体内的活塞，缓冲容积的容积可通过活塞在活塞壳体内的移动来改变。
泵可以被构造成产生基本恒定的负压，该负压可在封闭气动***里产生，缓冲容积的活塞可以被构造成在活塞壳体内往复运动，从而周期性的改变在***接收部处和/或在封闭气动***内的压力。因此，活塞运动可以确定在***接收部处和/或在封闭气动***内的压力变化频率。
缓冲容积的活塞由马达经由传动装置驱动，所述传动装置可包括偏心轮/凸轮元件，以及马达可为单向马达，从而活塞可在固定冲程距离上可移动。
可替代地，可变容积腔可以包括壳体，该壳体具有可动壁部，缓冲容积的容积可通过相对于壳体移动可动壁部来改变。
真空泵可以被构造成用于在***接收部处和/或在封闭气动***内周期性地产生变化的负压，以及可变容积腔的可动壁可以是可控制的以便确定在***接收部处和/或在封闭气动***内产生的负压变化的幅度。因此，泵可控制封闭气动***内的压力变化频率。
可动壁部可通过例如通过凸轮或偏心轮元件连接至活塞的马达来移动。可替代地，马达可以通过其他连接结构例如蜗轮来移动壁部以将马达轴的旋转运动转换为可动壁的平移运动。
缓冲容积的可变容积腔可以包括第一“泄漏”阀，当其中压力下降低于预定负压限的时候允许周围空气进入可变容积腔。此外，缓冲容积可以包括“过压”阀，当其中压力升高超过预定上压限(该预定高压限可为大气压)时使得可变容积腔内的空气排出到大气中。
作为其它替代，缓冲容积可以包括许多固定容积腔，每个都经由各自对应的阀与真空泵和/或与封闭气动***流体连通，与泵流体连通的缓冲容积的容积，和/或封闭气动***的容积，可通过如下方式改变：通过独立于每个其他阀选择性地开启或关闭每个阀，从而使固定容积腔可以选择性地与真空泵和/或封闭气动***隔离或流体连通于真空泵和/或封闭气动***。
每个固定容积腔可以具有不同于各其他固定容积腔的容积。泵可以被构造成用于在***接收部处和/或在封闭气动***内循环产生变化负压，以及固定容积腔的阀可独立控制，以确定产生于***接收部处和/或封闭气动***内的负压变化的幅度。
吸奶器设备还可以包括压力传感器，其与缓冲容积和/或封闭气动***流体连通；以及控制器，其连接到压力传感器和缓冲容积，缓冲容积和/或封闭气动***的容积可根据感测的压力来改变。
吸奶器设备可以被构造成使得在***接收部处承受的压力在相对大气压力为0毫巴的压力至-330毫巴的压力之间的范围内变化。然而，本发明并不局限于构造成操作于此压力范围内的设备，许多其他的压力范围都为本发明的范围所能预期的，诸如小些或大些的压力范围、在两负压之间变化的范围、在负压(其作为低压范围端值)和正压(即高于大气压，其作为高压范围端值)之间变化的压力范围。
真空泵可以由马达驱动，该马达可为单向马达，真空泵和/或缓冲容积的一个或多个活塞可以被构造成在恒定冲程距离上操作。该活塞或每个活塞可以由马达通过用以将马达轴的旋转运动转换为活塞平移运动的联接器驱动。该联接器可以包含偏心轮/凸轮元件。减速齿轮可用于马达和活塞之间的传动装置，以相对于驱动活塞的马达轴转动速度降低活塞往复速度。
本发明还提供了一种控制上述吸奶器设备的方法，该方法包括：操作真空泵以在缓冲容积内或在***接收部处至少产生负压，以及通过控制可变缓冲容积控制在***接收部处的压力深度，即产生于***接收部处的负压幅度。改变缓冲容积能改变封闭气动***的总容积。
缓冲容积可以包括可变容积腔，***接收部处的压力可以通过控制可变容积腔的容积来改变。封闭气动***的总容积可以通过控制可变容积腔的容积来改变。
可替代地，缓冲容积可以包括多个固定容积腔，其经由各自的阀与真空泵和/或与封闭气动***流体连通，以及该方法还可以包括通过独立于每个其他阀选择性地开启或关闭每个阀，使每个固定容积腔选择性地与真空泵和/或封闭气动***隔离或流体连通于真空泵和/或封闭气动***，从而改变与真空泵流体连通的缓冲容积的总容积，和/或改变封闭气动***的容积。
附图说明
现在将仅通过示例参照附图2-图4描述本发明的实施例，附图中：
图1示出了已知吸奶器构造的示意图；
图2示出了本发明的第一实施例的吸奶器构造的示意图；
图3a-图3c示出了本发明的第二实施例的吸奶器构造的三种变型的示意图；以及
图4示出了本发明的第三实施例的吸奶器构造的示意图。
具体实施方式
现在参照图1，已知吸奶器设备1的构造被示意性地示出，包括经由传动装置(未示出)连接到活塞3的马达2，其中传动装置转换马达2的旋转运动为活塞3的往复运动，使得活塞在冲程距离“S”上前后往复。适于此的传动装置可以包括凸轮或偏心轮旋转元件。活塞3气动连接至隔膜腔4，其中柔性弹性隔膜5将隔膜腔4的封闭活塞侧4a与隔膜腔4的敞开侧4b分隔开。活塞3的腔3a、隔膜腔4的封闭侧4a和连接管6一起形成了封闭气动***“P0”。
腔4的敞开侧4b与敞开于外界大气的漏斗部7流体连通，腔4的敞开侧4b也包含阀8。使用时，奶瓶(未示出)通过阀8连接至腔4来收集乳汁，乳汁从母亲***挤出至腔4的敞开侧4b并流经阀8。
使用时，母亲将其***放入漏斗部7，漏斗部7与***形成气密密封，隔绝漏斗部7与外界大气。瓶(未示出)通过阀8牢固连接于腔4，在腔4的敞开侧4b和瓶之间形成封闭空间。之后使用者启动马达2来驱动活塞3前后运动。活塞3的往复运动引起封闭气动***P0内(包括腔4的封闭侧4a)的压力循环改变，其引起隔膜5前后偏转。这样依次引起腔4的敞开侧4b内的压力、进而以及漏斗部7内的压力在周围压力和低于大气压的减压水平之间交替改变，从而刺激母亲的***内的排乳反射，使得乳汁被挤出至腔4的敞开侧4b，从这里乳汁流经阀8进入瓶中。阀8是单向阀并且只允许流体在进入瓶的方向上流动，以便在吸奶器1的操作过程中，最大化腔4的敞开侧4b和漏斗部7中所产生的压力差异。
可以认识到，上述装置中的交替压力改变由往复活塞3引起，以及压力差异幅度，即在封闭气动***P0内最大和最小压力水平之间的压力差异的大小，是受活塞3经过的冲程“S”的长度支配的。
还可以认识到，封闭气动***P0包括基本上固定的容积，只在弹性隔膜5的偏转和活塞3的运动时可变。因此，改变封闭气动***P0内产生的压力深度的唯一方法是改变活塞冲程“S”的距离。为使其成为可能，马达2和传动装置(未示出)需要为可逆的——即可在前后两个方向运转。这是因为只在一个方向驱动活塞(例如通过偏心凸轮)的马达，不能使得活塞的冲程改变。因此，对可逆马达、以及相应的可逆传动装置的需求导致了上述的固有弊端，即***复杂、制造的高花费、能效低下导致的能耗增加、机械元件的加速磨损、以及更加昂贵的马达。
本发明的第一实施例的吸奶器设备11的构造示意性地示于图2，并且如已知的示于图1的吸奶器构造，包括经由传动装置(未示出)连接到活塞13的马达12，其中传动装置转换马达12的旋转运动为活塞13在冲程距离“S”上的往复运动。马达12是单向马达，只可在一个方向运转。活塞13包括活塞腔13a，其经由连接管16气动连接至隔膜腔14的封闭侧14a，以及柔性弹性隔膜15将腔14的封闭活塞侧14a与敞开侧14b分隔开。
腔14的敞开侧14b与漏斗部17流体连通，漏斗部17敞开于***空气，敞开侧14b也包括阀18，使得在使用时，奶瓶(未示出)可通过阀18连接至腔14来收集乳汁，乳汁从母亲***挤出至腔14的敞开侧14b并流经阀18。
本发明第一实施例11不同于已知吸奶器构造的地方在于容积可变缓冲腔19(下文将被称为缓冲腔)布置于活塞13和隔膜腔14之间的连接管16中，使得活塞13的腔13a、缓冲腔19、隔膜腔14的封闭侧14a和连接管16一起形成了封闭气动***“P1”。此外，缓冲腔19具有可动壁20，从而缓冲腔19的容积可以改变。可动壁20连接到致动器21来实现可动壁20的运动。在所示的实施例中，致动器21包括第二马达22，其经由传动装置23连接至可动壁20。传动装置23可以包括任何可适用的联接器，例如，可以使用蜗轮装置。然而，用于使可动壁20移动的致动器21并不局限于这种具体的装置，其他机构的使用也在本发明的范围之内。例如，可动壁20可由连接至第二马达的第二活塞驱动运动。缓冲腔19也包括泄漏阀24和过压阀25。使用时，泄漏阀24被构造成当其中压力降低到低于预定最小压值时，允许周围空气进入缓冲腔19。类似地，过压阀配置为当其中压力超过预定最大压值(例如大气压)时，允许缓冲腔19内的空气从缓冲腔19流出到大气中。
在本发明的第一实施例中，“封闭”气动***P1之所以被限定为“封闭”，是由于缓冲容积19中的泄漏阀24和过压阀25都“封闭”了气动***P1与周围大气，尽管它们在一定条件下(下文描述)可操作用于允许空气进入气动***或从气动***排出，维持封闭气动***P1内已实现的压力范围从而维持调到用于挤出乳汁的值的最优范围。
现将描述本发明第一实施例的吸奶器设备11的操作。母亲将其***放入漏斗部17中使得与其形成气密密封，通过阀18将乳汁收集瓶(未示出)连至隔膜腔14。之后开启马达12，促使活塞13以固定冲程距离S前后往复运动，而马达12以单一方向旋转。活塞13的往复运动促使封闭气动***P1内的压力发生变化。当活塞13位于活塞腔13a内的位置“A”时，封闭气动***P1处于大约大气压；而当活塞13位于活塞腔13a内的位置“B”时，封闭气动***P1处于低于大气压的负压。隔膜腔14的封闭侧14a内的交替压力引起隔膜15随着压力交替前后偏转。这样依次产生腔14的敞开侧14b、进而漏斗部17内的压力改变，其引起母亲***内的排乳反射以使***挤出乳汁。使用时，***处的压力可以在相对大气压力约为0(“基线”压力)至-330毫巴压力的操作范围内变化，用于引起母亲***排出乳汁。然而，本发明不局限于被构造成操作于此压力范围内的设备，许多其他的压力范围都为本发明的范围所能预期的，诸如小些或大些的压力范围、在两负压之间变化的范围、或者在负压(其作为低压范围端值)和正压(即高于大气压的压力，其作为高压范围端值)之间变化的压力范围。
在上述的本发明第一实施例中，活塞13的运动速度确定了封闭气动***P1以及从而漏斗17内的压力变化频率。“真空深度”，即封闭气动***P1内产生的压力变化幅度或负压量值，取决于封闭气动***P1的总容积。这是因为在活塞13从位置A至位置B运动冲程距离S时，封闭气动***P1内产生的负压的量值，取决于从位置A至位置B活塞冲程容积(“摆动容积”)相对于隔膜腔14的封闭侧14a、缓冲腔19和连接管16的总容积的比例。例如，如果隔膜腔14的封闭侧14a、缓冲腔19和连接管16的总容积相近于或仅稍大于活塞13的摆动容积，则当活塞从位置A移动至位置B时封闭气动***P1的容积增加比例将会很大。因此，封闭气动***P1内的空气密度将会大大降低(即，封闭气动***P1内气体分子的数量将会分布在相对更大的总容积里)，从而显著的降低了封闭气动***P1内的压力。反之，如果隔膜腔14的封闭侧14a、缓冲腔19和连接管16的总容积比活塞13的摆动容积大很多，则当活塞从位置A移动至位置B时封闭气动***P1的容积增加比例将会很小。因此，封闭气动***P1内的空气密度将会仅降低很小的量(即，封闭气动***P1内气体分子的数量将会分布在仅相对稍大的总容积里)，从而仅稍稍降低了封闭气动***P1内的压力。
由于缓冲腔19的容积可通过由致动器21导致可动壁20的运动来改变，所以封闭气动***P1的容积是可变的。因此，装置产生的真空深度可通过控制缓冲腔19的容积来改变。如果要降低真空深度，通过增加缓冲腔19的容积来增加封闭气动***P1的容积。这通过操作致动器21使第二马达22和传动装置23向外移动可动壁20、扩大缓冲腔19来完成。增加的封闭气动***P1的容积意味着当活塞13在其运动范围两端之间运动时，封闭气动***P1内产生的压力变化会更不明显(即，因为活塞13的摆动容积相比于隔膜腔14的封闭侧14a、缓冲腔19和连接管16的总容积更小)。因此，弹性隔膜15相应地偏转更小的量，以及由此漏斗17内产生的压力变化大小将会相应地更小。
反之，如果要增加真空深度，通过操作致动器21使第二马达22和传动装置23向内移动可动壁20、减小缓冲腔19，从而减小封闭气动***P1的容积。减小的封闭气动***P1的容积意味着当活塞13在其运动范围两端之间运动时，封闭气动***P1内产生的压力变化会更加明显(即因为活塞13的摆动容积相比于隔膜腔14的封闭侧14a、缓冲腔19和连接管16的总容积更大)。因此，弹性隔膜15偏转相应更大的程度，以及由此漏斗17内产生的压力变化大小将会相应地增加。
可以认识到，由于气动***P1是封闭***(即不是自由敞开于大气)，当缓冲腔19的容积增加时，在活塞13位于位置“A”时，封闭气动***P1内的基线压力将会因此而减小，从而低于期望的上端压力范围值(例如大气压)。相应地，在活塞位于位置“B ”时所得到最大负压，将会减小到低于期望的下端压力范围值的水平。为阻止在缓冲腔19容积如上所述增加后的基线压力的过度“负偏移”，在活塞13朝向位置B移动，封闭气动***P1内负压超过预定最大负压时，泄漏阀24配置用于允许周围空气进入缓冲腔19，从而当活塞13位于位置B时，封闭气动***P1内的压力维持在预定的负压水平，以及其对应于活塞位于位置“A”时封闭气动***P1内期望的上端压力范围值(例如约为大气压)。然而，泄漏阀24配置为泵的常规操作并不使***空气通过其进入缓冲腔19，因此维持了气动***P1在常规操作下仍为“封闭”的***。泄漏阀24还包括气路限制部，其被构造成使得泄漏到缓冲腔19发生于受控的通道。
反之，如上所述，当使用者想增加所产生的如上所述的真空深度，缓冲腔19的容积减小时，由于气动***P1为封闭***，其内部的基线压力将会上升，因此在活塞13位于位置“A”时会超过期望的上端压力范围值(例如大气压)，以及相应地，当活塞位于位置“B”时所达到的最大负压将达不到期望的下端压力范围值的负压水平。为阻止在缓冲腔19容积如上所述减小后的基线压力的“正偏移”，在活塞13朝向位置A移动，封闭气动***P1内压力超过预定最大上端压力范围值(例如大气压)时，过压阀25允许缓冲腔19内的空气通过其流出至大气，从而当活塞13位于位置“A”时，封闭气动***P1内的压力维持在预定最大压力水平(例如大气压)。然而，过压阀25配置为使得泵的常规操作并不使缓冲腔19里的空气通过其逃逸出去，因此维持了气动***P1在常规操作下仍为“封闭”的***。
如上文所提到的，尽管所描述的操作范围在0(大气压)与预定负压之间，那些在操作范围低端的负压和压力范围的高端的正压(即高于大气压的压力)之间的操作压力范围都为本发明的范围所能预料到的。在这样的实施例中，当封闭气动***P1内实现了超过期望的正压的压力时，过压阀25被构造成仅仅允许空气逃逸到周围大气中。
在本发明的范围内，可以预料到致动器21可以自动控制，或者可以手动设定。例如，使用者可以选择在使用者输入单元26上的多个预定操作设定中的对应于某一真空深度的一个，以及控制器27可以控制第二马达22以便定位可动壁20来实现缓冲腔19的容积对应于使用者所选择的设定。可替代地，缓冲腔19可以包括压力传感器28，其连接至控制器27(如图2中虚线所示)，控制器27还可以根据所探测到的缓冲腔19内的真空深度和期望的设定，来控制第二马达22以便定位可动壁20来实现相对应的缓冲腔19的容积。作为其它替代的和简单的实施例(未示出)，致动器21可为完全人工控制的，以及简单地为控制杆或者类似的装置，其机械地连接于可动壁20，其中使用者所选定的控制杆的位置对应于多个预定可动壁20位置中的一个，其对应于期望的真空深度。在这样的实施例中，控制杆和可动壁之间的机械连接可包含任何适合的已知的装置，例如，偏心轮/凸轮或蜗轮。
本发明的第二实施例的可替代的吸奶器设备31的三种变型示意于图3a-图3c中，与图2中所示的本发明第一实施例的吸奶器设备11一样，第二实施例的所有变型均包含单向马达32，其经由传动装置(未示出)连接至活塞33，该传动装置将马达32的旋转运动转变为活塞33在固定冲程距离“S”上的往复运动。活塞33包括活塞腔33a，其通过连接管36气动连接至隔膜腔34的闭合侧34a。柔性弹性隔膜35将腔34的封闭活塞侧34a和敞开侧34b分隔开，该敞开侧与漏斗部37流体连通，而漏斗部37敞开于外界大气。腔34的敞开侧34b也包括阀38，使收集的乳汁经其而进入连接到腔34的瓶(未示出)。
本发明的第二实施例31不同于第一实施例的地方在于没有单一可变容积缓冲腔19。取而代之，管36包括许多离散固定容积缓冲容积39a-39d(之后将被称为“缓冲容积”)，其选择性地流体连通于管36。每个缓冲容积39a-39d通过独立的阀40a-40d连接至管，从而每个缓冲容积39a-39d可通过关闭各自的阀40a-40d来独立地切断与管36的流体连通，或者通过打开各自的阀40a-40d来流体连通于管36。
活塞33的腔33a、与管36流体连通的缓冲容积39a-39d、隔膜腔34的封闭侧34a、以及连接管36本身一起构成封闭气动***“P2”。阀40a-40d中的每一个都是独立可控的，从而缓冲容积39a-39d中的任何一个都可以通过关闭各自的一个或多个阀40a-40d来隔离于封闭气动***P2，或者可以通过打开各自的一个或多个阀40a-40d来流体连通于封闭气动***P2。
缓冲容积39a-39d中的每一个的容积有利地被构造成使得每一个容积为其前面那个容积的两倍。换言之，按照任意的容积比率单位，第一缓冲容积39a具有容积比率为1单位，则第二缓冲容积39b具有2单位的容积比率，第三缓冲容积39c具有4单位的容积比率，以及第四缓冲容积39d具有8单位的容积比率。采用此构造，封闭气动***P2的容积可以在0容积单位到15容积单位的范围内以离散的单个容积单位增量变动。例如，0容积单位要求所有的阀40a-40d关闭，而15容积单位要求所有的阀40a-40d打开，6容积单位要求第一和第四缓冲容积39a、39d(其分别为1和8容积单位)的阀40a、阀40d关闭、第二和第三缓冲容积39b、39c(其分别为2和4容积单位)的阀40b、阀40c打开。
现将描述本发明第二实施例的吸奶器设备31的操作。母亲将其***放入漏斗部37中与其形成气密密封，通过阀38将乳汁收集瓶(未示出)连至隔膜腔34。之后开启马达32，引起活塞33随着马达32以单一方向旋转以固定冲程距离“S”前后往复运动。活塞33的往复运动引起封闭气动***P2内的压力变化。当活塞33位于活塞腔33a内的位置“A”时，封闭气动***P2处于期望的上端压力范围值(例如，大气压附近)；而当活塞33位于活塞腔33a内的位置“B”时，封闭气动***P2处于期望的低于大气压的负压的下端压力范围值。隔膜腔34的封闭侧34a内的交替压力交替引起隔膜35随着压力交替前后偏转。这样依次使腔34的敞开侧34b、进而漏斗部37内的压力发生改变，其引起母亲***内的排乳反射以使***挤出乳汁。使用时，***处的压力可以在相对大气压力约为0(基线压力)至-330毫巴压力的操作范围内变化，用于引起母亲***排出乳汁。然而，本发明不局限于被构造成操作于此压力范围内的设备，许多其他的压力范围都为本发明的范围所能预期的，诸如小些或大些的压力范围、在两负压之间变化的范围、在负压(其作为低压范围端值)和正压(即高于大气压的压力，其作为高压范围端值)之间变化的压力范围。
在上述的本发明第二实施例中，活塞33的运动速度确定了封闭气动***P2以及由此漏斗37内的压力变化频率。“真空深度”，即封闭气动***P2内产生的压力变化幅度或负压量值，取决于封闭气动***P2的总容积(同理于上文所说明的与本发明第一实施例有关的内容)。因此，装置产生的真空深度，可以通过控制阀40a-40d，使得缓冲容积39a-39d中一个或多个或者流体连通于、或者隔离于封闭气动***P2，从而改变封闭气动***P2的容积来控制。
如果要降低真空深度，通过打开一个或多个阀40a-40d从而相应的一个或多个缓冲容积39a-39d被包含于封闭气动***P2中，增加了封闭气动***P2的容积。所增加的封闭气动***P2的容积相对于活塞33的摆动容积的比例，意味着当活塞33在其运动范围两端之间运动时，封闭气动***P2内产生的压力变化会更不明显，这在上文中已经解释说明。因此，弹性隔膜35偏转相对较小的量，以及由此漏斗37内产生的压力变化大小将会相应地变小。
反之，如果要增加真空深度，通过关闭一个或多个阀40a-40d从而相应的一个或多个缓冲容积39a-39d被隔离于封闭气动***P2中，减小了封闭气动***P2的容积。所减小的封闭气动***P2的容积相对于活塞33的摆动容积的比例，意味着当活塞33在运动范围两端之间运动时，封闭气动***P2内产生的压力变化会更加明显。因此，弹性隔膜35偏转相应较大的量，以及由此漏斗37内产生的压力变化大小将会相应地增加。
在本发明的范围内，可以预料到阀40a-40d可以自动控制，或者可以手动设定。例如，在图3a所示的本发明第二实施例的第一变型中，使用者可以选择使用者输入单元41上的多个预定操作设定中的对应于某一真空深度的一个，以及控制器42可以根据使用者选定的设定，控制每个阀40a-40d，使一个或多个缓冲容积39a-39d中的一些包含于封闭气动***P2中而隔离其他的缓冲容积39a-39d于封闭气动***P2，来实现封闭气动***P2的所需要的总容积。
本发明第二实施例的可替代的第二变型示于图3b，连接管36(其通常为封闭气动***P2的一部分)可以包括压力传感器43，其连接到控制器42，控制器42也可以控制每个阀40a-40d，根据所探测到的封闭气动***P2内的真空深度和控制器42内保持的期望的预定设定，来实现封闭气动***P2的总容积。
作为另一替代的，而且简化的，本发明第二实施例的第三变型示于图3c，阀40a-40d可以完全由手动致动器45来手动控制，其中使用者选定的致动器位置对应于多个预定阀40a-40d开启/关闭构造中的一个，其用于实现一个所期望的真空深度。
为防止上述本发明第二实施例中的真空水平的突然改变，需要开启或关闭缓冲容积39a-39d的阀40a-40d同步于活塞冲程S上处于封闭气动***P2内的压力位于所期望的上端压力范围值(例如0/大气压)的点。这最好选取活塞向内运动指示位置“A”的端点。因此，如果此时关闭阀40a-40d，之后将密封于封闭气动***P2其他部分的缓冲容积39a-39d内的压力将处于所需要的上端压力范围值(例如0/大气压)，以及由于相应的阀40a-40d关闭，密封的缓冲容积39a-39d内的压力将保持此水平直至阀40a-40d再次开启。此外，如上文所述的，如果一个或多个阀40a-40d仅在活塞33处于封闭气动***P2内的压力处于所期望的上端压力范围值(例如0/大气压)的位置时同步开启，阀40a-40d的开启使相应的缓冲容积39a-39d再次流体连通于封闭气动***P2的其他部分，不会引起任何压力变动，这是因为缓冲容积39a-39d和封闭气动***P2在此刻均处于相同压力下(即所期望的上端压力范围值，例如0/大气压)。阀40a-40d开启的同步可使用位于管36中的压力传感器43来实现，其示于图3b，压力传感器43连接到控制器42，控制器42连接到阀40a-40d，配置为仅在管36内感测压力处于所期望的上端压力范围值(例如0/大气压)时才开启/关闭阀40a-40d。或者，相同的控制器42，其连接到阀40a-40d并配置为开启/关闭它们，可以连接到替代的安装于马达32的轴上(如图3a实线所示)或者在活塞33上(如图3a上虚线所示)的传感器44，从而阀44a-44d仅在马达轴的位置或者活塞冲程位置对应于封闭气动***P2里的压力处于所期望的上端压力范围值(例如0/大气压)这一点时才开启/关闭。
尽管上文描述的本发明代表性的第二实施例中的各个缓冲容积39a-39d的相应的容积以两倍体积比率增加，本发明并不限制于此构造，并且多个缓冲容积39a-39d可以为不同的相对体积比率，例如，它们也可以全部相同，或者它们可以采用与上文描述不同的彼此相对体积比率而不同。
本发明第三实施例的另一替代的吸奶器构造51示意于图4，以及与图2中所示的本发明第一实施例的吸奶器构造11一样，包含单向马达52，其经过传动装置(未示出)连接至第一活塞53，该传动装置将马达52的旋转运动转变为第一活塞53在固定冲程距离“S”上的往复运动。第一活塞53包括活塞腔53a，其通过连接管56气动连接至隔膜腔54的闭合侧54a，并且柔性弹性隔膜55将腔54的封闭活塞侧54a与敞开侧54b分隔开。中间容积可变缓冲腔59(下文中将被成为“缓冲腔”)布置于第一活塞53和隔膜腔54之间的连接管56中，从而第一活塞53的腔53a、缓冲腔59、隔膜腔54的封闭侧54a、以及连接管56一起构成封闭气动***“P3”。
腔54的敞开侧54b与漏斗部57流体连通，而漏斗部57敞开于外界大气，以及还包括阀58，从而在使用时，奶瓶(未示出)通过阀58连接到腔54，用于收集乳汁，乳汁由母亲的***挤入腔54的敞开侧54b，流经阀58而进入奶瓶。
本发明的第三实施例51不同于本发明第一实施例吸奶器配置的地方在于缓冲腔59包含活塞腔，该活塞腔具有第二活塞60，其在活塞腔中往复运动从而可以改变缓冲腔59的容积。第二活塞60连接到致动器61来实现它的运动。图示的实施例中，致动器61包含第二马达62，其经由传动装置63连接至第二活塞60。传动装置63可包含任何适合的联接器来转换第二马达62的旋转驱动为第二活塞60的往复运动，诸如，像凸轮或偏心轮元件。第二活塞60在缓冲腔59中以固定冲程距离F运动。除上述之外，第一活塞腔53a包括单向流出阀64，其可操作用于使空气流出第一活塞腔53a，但阻止空气从***大气进入第一活塞腔53a。
现将描述本发明第三实施例的吸奶器设备51的操作。母亲将其***放入漏斗部57与其形成气密密封，通过阀58将乳汁收集瓶(未示出)连至隔膜腔54。之后开启马达52，引起第一活塞53随着马达52以单一方向旋转以固定冲程距离S前后往复运动。
本发明第三实施例51的马达52和第一活塞53的构造不同于上述本发明第一和第二实施例的相应配置的地方在于第一活塞53的往复运动不引起封闭气动***P3内的循环变化压力波动。而是，第一活塞53比***处所需要的压力波动循环的速率更快地前后往复运动。当第一活塞快速地从完全扩大位置“B”运动到完全收缩位置“A”时，短暂而又局部的压力增加使得流出阀64打开，第一活塞腔53a内的空气经流出阀64流出。然后，当第一活塞53反向运动时，流出阀64被强制关闭，第一活塞腔53a内进而封闭气动回路P3内产生真空。之后如上过程重复，第一活塞53的快速重复往复运动产生了封闭气动***P3内的基本上恒定基本水平的负压。第一活塞53的往复速度确定了封闭气动***P3内产生的基本水平负压的恒定“真空深度”。
给定封闭气动***P3内如上所述的产生上述恒定基本水平负压，交替压力循环随后通过第二活塞60的运动改变缓冲腔59的容积来产生。因此，第二马达62供能驱动第二活塞60往复运动，封闭气动***P3的容积随第二活塞60在其运动范围的端点之间往复运动而增加和减少。因此，第二活塞60往复运动的速度决定了封闭气动***P3内真空/压力循环变化的频率。由于第二活塞60仅被驱动用于确定压力波动频率，而并不确定压力波动的量值/幅度，第二马达62为单向马达而无需双向运转，以及第二活塞60的冲程F是恒定的。因此，可以避免前述双向马达和传动装置的弊端。
如前所述的本发明的第一和第二实施例，隔膜腔54的闭合侧54a内产生的交替真空水平促使隔膜55随着压力交替而前后偏转。这样依次使腔54的敞开侧54b、进而漏斗部57内的压力发生改变，其引起母亲***内的排乳反射以使***挤出乳汁。使用时，***处的压力可以在相对大气压力约为0(“基线”压力)至-330毫巴压力的操作范围内变化，用于引起母亲***排出乳汁。然而，本发明不局限于被构造成操作于此压力范围内的设备，许多其他的压力范围都为本发明的范围所能预期的，诸如小些或大些的压力范围、在两负压之间变化的范围、在负压(其作为低压范围端值)和正压(即高于大气压的压力，其作为高压范围端值)之间变化的压力范围。
可以认识到，封闭气动***P3内所达到的最大和最小压力是由第一活塞53所产生的基本水平负压深度确定的。因此，为使封闭气动***P3内的压力在期望的循环范围内变动，该变动频率由第二活塞60决定，压力传感器65被提供于缓冲腔59中并连接至控制器66。控制器66还连接到第一马达52，并根据缓冲腔59内感测到的压力水平控制第一马达52的速度。例如，如果感测到的缓冲腔59(进而封闭气动***P3作为一个整体)内所达到的负压范围为过大的负压，控制器66控制第一马达52降低速度，从而减小了封闭气动***P3内的基本水平负压深度，因此还减小了封闭气动***P3内所达到的超过交替压力循环范围的负压深度。
反之，如果感测到的缓冲腔59内所达到的负压范围不足，控制器66控制第一马达52增加速度，从而增加了封闭气动***P3内的基本水平负压深度，因此还增加了封闭气动***P3内所达到的超过交替压力循环范围的负压深度。
尽管在上述本发明第三实施例中，压力传感器65定位于缓冲腔59中用于探测封闭气动***P3内的压力，该传感器也可以选择定位在隔膜腔54的敞开侧54b来探测由隔膜55的偏转引起的压力变化，以及根据隔膜腔54的敞开侧54b中的负压变化是否符合预定标准来控制第一马达52的速度。
所有上文描述的本发明示范性实施例都包含了隔膜腔，其包括将腔分隔为两侧的弹性隔膜，与真空泵和缓冲腔/容积流体连通的一个封闭侧，以及与***接收漏斗部流体连通的敞开侧。在这些实施例中，漏斗部因此没有与缓冲腔/容积流体连通，以及封闭气动***仅包括了隔膜腔的封闭侧、缓冲腔/容积、真空泵和连接管。然而，根据本发明的范围可以预料到，吸奶器设备可以不包括隔膜腔，其具有分隔***接收漏斗部和缓冲腔/容积、真空泵的隔膜。在这个属于本发明范围的可变实施例中(未示出)，漏斗部可通过管直接与缓冲腔/容积流体连通。或者，可以在管和漏斗部之间设置中间腔，类似于其中不带有隔膜的隔膜腔，用于方便收集挤出的乳汁，但漏斗部仍将与缓冲腔/容积、真空泵流体连通。因此，真空泵产生并由缓冲腔/容积控制的负压将直接在漏斗部处作用于***，而不通过弹性隔膜传输到分隔的封闭空间。在这样的实施例中，当母亲将其***放入漏斗部时，将形成封闭气动***，因此关闭了该开口，封闭气动***将包括真空泵、管、缓冲腔/容积、漏斗部，以及(如果提供了)中间腔。
在上文所述本发明的具体示例性实施例中，真空泵被示意和描述为往复活塞泵。然而，如上文所述，其他类型的泵在本发明的范围之内使用作为真空源。例如，真空泵可以包括隔膜泵，其包括连接至小活塞的马达，该活塞连接到隔膜。活塞另一侧的泵腔由隔膜封闭，并经由第一阀连接到可变缓冲容积。马达运转操作活塞使隔膜沿第一方向偏转，来增加泵腔的容积，因此通过第一阀将空气从附加的缓冲容积中抽出。之后活塞反方向偏转隔膜，减小泵腔的容积。这关闭第一阀而开启泵腔中的第二阀从而使得空气被排出至周围大气。该过程伴随活塞往复运动而重复，从而产生附加缓冲容积内的真空。
在本发明范围之内可以使用的另一种泵为圆盘泵。这类似于上文所述的隔膜泵，但替代以马达和活塞驱动，驱动致动器包括由压电致动器驱动的超声圆盘。
可以认识到，本发明的所有实施例都包含了真空泵，以便在吸奶器设备中产生负压，但控制***所承受的负压波动可通过改变缓冲容积的容积来实现，而不依赖真空泵。该功能使得吸奶器设备中真空控制功能的实现更加简单、更加坚固、以及花销更少的设计。
在整个描述中，术语“真空”用于描述任何负压(即低于大气压的压力)，而无需意味着在给定空间里完全没有气体分子的“真空”，即无需意味着绝对真空。同样地，术语“真空泵”用于描述能够在封闭***中产生负压的泵装置，而无需可操作完全抽空封闭***以产生绝对真空的泵。
尽管本申请的权利要求书阐明了特征的具体结合，但应该认识到本发明所公开的范围还包括这里清楚或隐含公开的任意新特征或新特征的组合、或者其任意概括，而无论其涉及任意权利要求当前主张的同样发明、或其缓和了任何或全部本发明的相同技术问题。据此申请人告知，在本申请或任何进一步源于此的申请的的审查过程中，可由这些特征和/或这些特征的组合而形成新的权利要求。

Claims (13)

1.一种吸奶器设备(11、31、51)，其包括：
真空泵(13、33、53)，其可操作用于在封闭容积内至少产生负压；
***接收部(17、37、57)，其构造成接收妇女的***，将从中挤出乳汁；以及
缓冲容积(19、39a-39d，59)；
其中缓冲容积(19、39a-39d，59)连接至真空泵(13，33，53)和***接收部，从而在使用时，真空泵可操作用于在缓冲容积内和在***接收部处至少产生负压；以及，
其中缓冲容积是可变的，这样在使用时，真空泵产生的位于***接收部处的压力深度，即产生于***接收部处的负压幅度，能够通过控制缓冲容积来控制；
其中缓冲容积包括多个固定容积腔(39a-39d)，其中每个都经由各自相应的阀(40a-40d)与真空泵(33)流体连通，以及与真空泵(33)流体连通的缓冲容积的容积能够通过独立于每个其他阀选择性地开启或关闭每个阀(40a-40d)而被改变，从而固定容积腔(39a-39d)能够选择性地与真空泵(33)隔离或流体连通于真空泵(33)。
2.根据权利要求1所述的吸奶器设备(11、51)，其中缓冲容积(19、59)包括可变容积腔。
3.根据权利要求2所述的吸奶器设备(51)，其中可变容积腔包括活塞壳体和位于活塞壳体内的活塞(60)，以及缓冲容积的容积能够通过在活塞壳体内移动活塞来改变。
4.根据权利要求3所述的吸奶器设备(51)，其中真空泵(53)被构造成产生基本恒定的负压，以及活塞(60)被构造成在活塞壳体内往复运动，以循环地改变***接收部(57)处的压力。
5.根据权利要求2所述的吸奶器设备(11)，其中可变容积腔包括壳体，其具有可动壁部(20)，以及缓冲容积的容积能够通过相对于壳体移动可动壁部来改变。
6.根据权利要求5所述的吸奶器设备(11)，其中真空泵(13)被构造成在***接收部(17)处循环地产生变化的负压，以及可变容积腔的可动壁部(20)可控制用于确定***接收部(17)处的负压改变的幅度。
7.根据权利要求1所述的吸奶器设备(31)，其中每个固定容积腔(39a-39d)具有相对于其他各固定容积腔不同的容积。
8.根据权利要求7所述的吸奶器设备(31)，其中真空泵(33)配置为在***接收部(37)处循环地产生变化的负压，以及固定容积腔(39a-39d)的阀(40a-40d)独立可控制用于确定***接收部(37)处的负压变化的幅度。
9.根据前述任一权利要求所述的吸奶器设备(11、31、51)，还包括压力传感器(28、43、65)，其与缓冲容积(19、39a-39d、59)流体连通，以及控制器(27、42、66)，其连接到压力传感器和缓冲容积(19、39a-39d、59)，其中缓冲容积(19、39a-39d、59)的容积能够根据感测到的压力而改变。
10.根据权利要求1所述的吸奶器设备，还包括马达(12、32、52)，其中真空泵(13、33、53)包括由马达驱动的往复活塞或隔膜泵。
11.根据权利要求1所述的吸奶器设备(11、31、51)，还包括隔膜腔(14、34、54)和安装于其中的弹性隔膜(15、35、55)，所述弹性隔膜将隔膜腔分隔为封闭侧(14a、34a、54a)和敞开侧(14b、34b、54b)，封闭侧(14a、34a、54a)与真空泵(13、33、53)和缓冲容积(19、39、59)流体连通，其中***接收部(17、37、57)与隔膜腔的敞开侧(14b、34b、54b)流体连通，以便封闭侧(14a、34a、54a)中产生的压力改变引起弹性隔膜偏转，进而传递所述压力改变至敞开侧(14b、34b、54b)和***接收部(17、37、57)。
12.一种控制吸奶器设备(11、31、51)的方法，所述设备包括真空泵(13、33、53)，构造成接收妇女的***的***接收部(17、37、57)，其中从所述妇女的***挤出乳汁，以及连接到真空泵(13、33、53)和***接收部(17、37、57)的可变缓冲容积(19、39a-39d，59)；其中缓冲容积(39a-39d)包括多个固定容积腔，其经由各自的阀(40a-40d)与真空泵(33)流体连通；
所述方法包括：
操作真空泵以在缓冲容积内和***接收部处至少产生负压；以及
通过控制可变缓冲容积控制在***接收部处的压力深度，即产生于***接收部处的负压幅度，
通过独立于每个其他阀选择性地开启或关闭每个阀，使各固定容积腔选择性地与真空泵(33)隔离或流体连通于真空泵(33)，从而改变与真空泵(33)流体连通的缓冲容积的总容积。
13.根据权利要求12所述的方法，其中缓冲容积(19、59)包含可变容积腔，以及处于***接收部处的压力通过控制可变容积腔的容积来改变。
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