計量設備與用于管理和提供從能量產生單元獲得的比較少量的能量的方法
【專利摘要】計量設備(2)包括能量產生單元(12)，其用于在運行周期期間產生比較少量的能量；能量存儲單元(24，26)，其用于緩沖產生的量的能量；控制單元(14)，其用于確定當前狀態信息(I)的項目；和處理單元(16)，其用于進一步處理當前狀態信息(I)，其中控制單元(14)的能量需求和顯示單元(16)的能量需求是不同的，并且根據不同的能量需求調節有限量的能量向控制單元(14)和處理單元(16)的分配。
【專利說明】計量設備與用于管理和提供從能量產生單元獲得的比較少量的能量的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及計量設備，譬如計量分配器，并且涉及管理和提供從能量產生單元獲得的比較少量的能量的方法。
【背景技術】
[0002]所謂的“能量收集”已知是為了以分散的方式并且以不依賴電壓源的方式為電子結構單元提供非常少量的能量。在該能量收集的情況下，環境中提供的能量，例如，機械動能或振動能量、熱等等，一般通過合適的能量產生器的方式被轉換至電能量。所謂的壓電產生器被周知為用于將機械振動或動能轉換至電能。這些產生器使用壓電效應將機械能轉換至電能。
[0003]基于壓電效應，能夠產生的能量的量相對較小。在運行周期(例如壓電彎曲換能器的機械偏轉)期間使用壓電產生器產生的能量的量典型地僅在少許100 μ J的范圍內。如果尋求電子結構單元的完全的自發能量供給，則需要高的能量效率。自發能量供給使得可以無需電壓源，譬如市電電源或電池，并且同時確保設備的功能。
[0004]計量分配器，尤其是用于醫療制品的手動操作的藥物分配器，例如用于吸入醫療藥物的鼻用噴霧器或哮喘噴霧器，通常具有補給存儲器(安瓿)，例如，特別是可替換的補給存儲器，包括借由例如霧化噴嘴霧化的醫療藥物。為了給用戶提供關于仍然可用的剩余量的信息，例如，這樣的計量分配器經常具有顯示元件，其指示，例如，可用的剩余量或已經給予的劑量數或仍然可用的劑量數(例如參見W02007/137991 Al和US 2005/0284471)。在這樣的計量分配器中，例如，鼻用噴霧器、哮喘噴霧器或用于眼藥水的其它分配器，藥物被分配，尤其是在有利的一次性的藥物分配器的情況下，通過用戶機械地致動計量按鈕。
【發明內容】
[0005]以此為基礎，本發明基于使得如上所述的手動操作的藥物分配器能夠使用能量產生單元根據能量收集原理在無需另外的電壓源(諸如電池或電源連接)、并且具有高水平的能量效率的情況下進行自治操作的目的。
[0006]根據本發明，該目的通過具有權利要求1的特征的裝置和利用具有權利要求17的特征的方法來實現。關于裝置所陳述的特征和優選的開發還能夠類似地應用于方法。
[0007]出于該目的，計量設備，譬如手動操作的計量和藥物分配器，包括基于能量收集原理的能量產生單元，用于產生非常少量的能量。特別地，能量產生單元能夠包括至少一個壓電產生器。計量設備還包括能量存儲單元，用于緩沖產生的能量的量。計量設備還包括控制單元，用于確定關于計量設備的當前狀態信息的項目，譬如計數器讀數，例如已經給予的劑量數或已經給予的量或剩余量或剩余劑量數。計量設備最后還包括處理單元，其中由控制單元確定的當前狀態信息被進一步處理。在該情況中，特別地，進一步的處理單元是顯示單元。顯示單元優選地具有雙穩態顯示元件，譬如雙穩態IXD顯示器。這是因為在該雙穩態顯示元件的情況下僅需要能量來改變顯示。一次顯示的信息將保持到下一次改變。該雙穩態顯示元件因此是特別能量有效的。
[0008]控制單元用于確定當前狀態信息的能量消耗和處理單元的能量消耗通常是非常不同的，并且在運行周期中在時間上也是部分偏移的。為允許高效率的能量管理，本發明提供一方面為控制單元并且另一方面為處理單元所進行的預定義的運行周期可用的有限量的能量的分配根據它們不同的能量需求被調節。這應當理解為為不同的單元針對每個運行周期提供的能量在時間和數量方面優選地是有限的，以這樣一種方式，在一方面，在同時不損害其它單元的功能的情況下保證各個單元的功能。否則在沒有調節的情況下，這會存在一個單元，特別是控制單元，在顯示單元真正開始其工作之前的運行周期的開始就已經消耗了可用量的能量的風險。
[0009]在該情況中，運行周期被理解為意味著一系列永久地預定義的運行步驟。運行周期通常開始于計量設備或至少能量產生單元的致動和一系列從而在控制單元和顯示單元中觸發的運行步驟。在藥物分配器的情況中，計量按鈕的每個手動致動開始這樣的一個運行周期。因此，僅在運行周期的開始時通過致動能量產生單元(例如，壓電產生器)產生的能量的量是在運行周期期間可用的。
[0010]在優選的改進中，還因此據此提供致動元件，尤其是連接至能量產生單元的計量按鈕。為盡可能高效的能量產生，能量產生單元優選地根據在W02013/083990 Al中描述的實施例變形當中的一個被設計。該申請的公開內容因此伴隨包括在本申請的主題中。
[0011]關于尋求的對可用的能量的調節和分配，能量存儲單元包括第一能量存儲器和第二能量存儲器，它們分別僅連接至控制單元和處理單元，用于向其供應能量。例如，這確保了提供的能量的量保持對于每個單元是可用的，并且例如不被其它單元所消耗。
[0012]在該情況中，能量存儲器優選地由低損耗電容器形成。
[0013]為顧及兩個單元不同的能量需求，計量設備被得當地設計為，當在使用中時，將在運行周期中由能量存儲單元產生的能量的量不均衡地劃分給至少兩個能量存儲器。因此，當供給能量存儲器時，不同的能量需求已經得到考慮。
[0014]為實現這個目的，出于劃分針對每個運行周期產生的能量的量的目的，根據第一實施例變型提供功率分割器。在該情況中，功率分割器或能量分割器優選地由連接在以并聯方式布置的兩個能量存儲器上游的兩個二極管構成。該二極管防止能量存儲器之間的電壓均衡，并且因此防止包括在一個電容器當中的能量流回至另一個電容器。
[0015]根據一個優選的備選方案，能量產生單元包括兩個能量產生器，每個與各個單元中的僅僅一個相關聯。兩個能量產生器還得當地被設計為根據不同的能量需求產生不同量的能量。因此，能量產生器一般具有不同的設計。
[0016]事實是，電子單元，即一方面是控制單元并且另一方面是顯示單元，不必被永久供能，這對于裝置的運行總體上是尤其重要的。即，原則上，當控制單元已經確定當前狀態信息時控制單元是關閉的。然而，同時，當前狀態信息必須被保持。該信息因此得當地存儲在非易失性存儲器中。
[0017]如果使用雙穩態顯示元件，特別是優選使用的雙穩態IXD顯示器，控制單元用于確定當前狀態信息的能量需求通常顯著地高于處理單元的能量需求。然而，這是相對遲緩的，即比控制單元需要更長的時間。在顯示新的顯示內容之前，一般必須首先擦除舊的顯示內容。有利的發展據此規定在運行周期內用于控制單元的能量僅僅被提供比用于顯示器的能量更短的時間，并且規定控制單元已經被停用而顯示單元仍然是活動的。在該情況中，停用被理解為，意味著例如，控制單元轉換至備用模式或完全關閉。在該情況中，激活的顯示單元被理解為意味著由控制單元提供的當前狀態信息被顯示單元預處理以用于在顯示元件上顯示的情況。在顯示內容已被顯示之后，由于設計為雙穩態顯示元件，所以不再需要能量。
[0018]還做出如下規定，控制單元當使用中時，在運行周期的開始時確定當前狀態信息，以將所述信息寫入至非易失性存儲器，并且同時地輸出擦除信號至顯示單元，用來擦除在其上顯示的狀態信息的先前項目。為節能，還做出如下規定，控制單元當在使用中時，在擦除操作期間臨時改變至一模式，特別是備用模式，以至少能量減少能量消耗預定義的時間段，該時間段例如被永久地預定義，或基于源自顯示單元的反饋是可改變的，并且然后被再次激活。換句話說，控制單元首先發送擦除信號至顯示單元，隨后在備用模式之后在后來的步驟中將包括當前狀態信息的新信號轉發至顯示單元。
[0019]這些信號一般使用顯示單元的驅動器或所謂的驅動器電路轉換為用于顯示元件OXD顯示器)的控制信號。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]為使本發明得到更加充分的理解，其實施例將僅借由圖解的方式和參考附圖來進行描述，其中:
[0021]圖1示出了帶有集成顯示元件的藥物分配器的高度簡化的側視圖；
[0022]圖2示出了根據第一備選方案的用于闡釋裝置的功能結構的框圖；和
[0023]圖3示出了第二備選方案的用于闡釋動能結構的框圖。
【具體實施方式】
[0024]圖1中所示的計量或藥物分配器2包括外殼4，在外殼4中集成有能夠從外部讀數的顯示元件6。在其一個端部表面上，藥物分配器2具有計量元件8，例如在鼻用噴霧器或哮喘噴霧器的情況下，其是霧化器的形式。在對著計量元件8的端部，藥物分配器2具有作為致動元件的計量按鈕10。用于要被計量的物質的存儲容器，例如，帶有液體藥物的安瓿，包括在外殼中。
[0025]為分配藥物，藥物分配器2通過按壓計量按鈕10來手動致動。該機械致動，在一方面，使得預定劑量的藥物經由計量元件8被分配。同時，計量按鈕10的致動被評估，以便確定狀態信息項目I，即關于存儲容器中可用藥物的容量的信息項目。在這種情況下，狀態信息是，尤其是，例如，關于仍然剩余的計量單位(一個計量單位對應于計量按鈕10的一個致動)的計數值，或者是已被給出的計量單位的數值。該狀態信息I接著顯示在顯示元件6上。
[0026]藥物分配器2是能量自發設備，其不具有用于供應能量的電源連接或電池。該能量僅由能量產生單元12供應，所述能量產生單元12包括基于所謂的能量收集的壓電產生器。還為永久確保整個裝置的可靠的功能性，藥物分配器2具有用于高能量效率的特殊措施，如使用圖1和2在下文中更加詳細地闡釋的那樣。
[0027]在兩個實施例變型中，布置用于確定當前狀態信息I的控制單元14，和作為處理單元的顯示單元16，其在顯示元件6上顯示由控制單元14確定的狀態信息I。顯示元件6是顯示單元16的一部分，并且特別是雙穩態的IXD顯示器。
[0028]控制單元14是電子電路，其在采用圖1描述的藥物分配器2的情況中，確定和輸出當前計數值作為當前狀態信息I。存儲相應的當前狀態信息I的非易失性存儲器18與控制單元14相關聯。基于能量自發操作，控制單元14僅當計量按鈕10被致動時激活。否貝1J，其處于關閉狀態。除了非易失性存儲器18，在示范性實施例中，以存儲寄存器20形式的易失性存儲器也可以布置在控制單元14內部。
[0029]控制單元14連接至顯示單元16，用于確定信號的目的，此信號包括關于顯示內容的信息，并且特別是，狀態信息I。該信息由驅動電路形式的驅動器元件22進行預處理，用來將對應的信號傳送至顯示元件6。由于顯示元件6以所謂的“電子紙”的方式被配置為雙穩態數字顯示器，因此對于顯示單元16來說，僅需要少量的能量。同時，每個運行周期所需的總能量中相對更大的比例被控制單元14的電路所消耗。在當前的情況下，運行周期可以被理解為意味著周期開始于計量按鈕10的致動，直至在顯示元件6上顯示新的當前狀態信息I。
[0030]為考慮不同的能量需求，在根據圖2和3的兩個變型中，第一能量存儲器24關聯控制單元14，并且第二能量存儲器26關聯顯示單元16。在此情況中，兩個單元14，16僅能從與其相連的能量存儲器24，26獲取能量。在能量存儲器24，26之間的能量平衡是不可能的。尤其是，能量存儲器24，26是電容器的形式。由能量產生單元12提供的能量在兩個能量存儲器24，26當中劃分，并且根據單元14，16的不同的能量需求，優選地非對稱地分配，也就是說是不相等地分配。
[0031]在圖2的示例性實施例中，能量的不對稱分配由連接至能量產生單元12的下游并且將能量產生單元產生的能量分配至兩個能量存儲器24，26的功率分割器28實行。在電路方面，此處的功率分割器28由例如確保合適的分配的兩個二極管組成。能量產生單元12包括單個壓電產生器，在壓電產生器中使用壓電效應產生電能。一旦計量按鈕10致動，則壓電產生器被激活。
[0032]與此相反，在圖3的示例性實施例中，能量產生單元12由第一能量產生器30和第二能量產生器32形成，兩者均是壓電產生器的形式。兩個能量產生器30，32被設計為，例如，用來在每個運行周期產生不同量的能量。每個能量產生器30，32僅分別向與其關聯的能量存儲器24，26供能。在能量存儲器24，26之間也沒有啟用能量平衡。
[0033]兩個能量存儲器24，26的這種嚴格的分離和它們與兩個單元14，16的關聯確保了在不需要電池的情況下的可靠操作。
[0034]為在運行周期期間保持能量消耗盡可能低，當執行運行周期時執行以下的步驟:
[0035]在第一步中，通過計量按鈕10的致動由能量產生單元12產生預定義的非常少量的能量，在少量10yJ的范圍，并且在兩個能量存儲器24，26之間劃分；
[0036]在第二步中，控制電路開始其工作。它首先讀取最后存儲在非易失性存儲器18中的狀態信息(最后的計數器讀數)，并且確定當前狀態信息I。尤其是，其按單位增加或減少計數值并存儲該新的值，以在非易失性存儲器18中再次形成當前狀態信息I ;
[0037]在第三步中，控制單元14向顯示單元16發送擦除信號，結果是用于復位和擦除顯示元件6的數據被載入驅動器元件22 ；
[0038]由于復位操作需要一定量的時間，控制單元14被轉換至降低能量消耗的狀態，例如備用模式，或者出于節省能量的目的在第四步中完全關閉。在固定選取的預定的時間期滿之后，例如，或在來自于顯示單元16的對應觸發信號指示復位操作已經結束之后，控制單元14被再次激活，并且現在將當前狀態信息I (當前計數值)作為信號轉發至顯示單元16 ;以及
[0039]在第五步中，控制單元14于是再次轉換至降低能量消耗的狀態，例如關閉。僅有存儲寄存器仍然在目前時間保持在激活狀態，結果是顯示單元16仍然具有正確的控制信號，用于顯示當前狀態信息I足夠長的時間。在這段時間，來自第一能量存儲器24的能量可以隨后被消耗。
[0040]以并行的方式，持續采用來自第二能量存儲器26的能量供應顯示單元16，用來給顯示單元16足夠的時間來顯示新的當前狀態信息I。
[0041]帶有彼此隔絕的兩個能量存儲器24，26的專用結構因此確保，盡管不同的能量需求和在不同的時間，兩個單元14，16被可靠地供應針對每個運行周期提供的有限量的能量。兩個存儲器之間的電荷平衡通過所選的結構得以確保，例如，在變型I中通過功率分割器28的兩個二極管或通過兩個分離的能量產生器30，32。
[0042]在采用圖1描述的藥物分配器2的應用中，永久功能性因此得以提供。帶有相應需要的電池變化的電池的可能的自放電不再是關心的事。存儲穩定性僅依賴要計量的材料(藥物)。作為省略電池的結果，配置還得以顯著地簡化。
[0043]附圖標記列表
[0044]2藥物分配器
[0045]4 外殼
[0046]6顯示元件
[0047]8計量元件
[0048]10計量按鈕
[0049]12能量產生單元
[0050]14控制單元
[0051]16顯示單元
[0052]18非易失性存儲器
[0053]20存儲寄存器
[0054]22驅動器元件
[0055]23能量存儲器單元
[0056]24第一能量存儲器
[0057]26第二能量存儲器
[0058]28功率分割器
[0059]30第一能量產生器
[0060]32第二能量產生器
[0061]I狀態信息
【權利要求】
1.一種計量設備(2)，包括: 能量產生單元(12)，其用于在運行周期期間產生比較少量的能量； 能量存儲單元(24，26)，其用于緩沖所產生的量的能量； 控制單元(14)，其用于確定當前狀態信息(I)的項目；以及 處理單元(16)，其用于進一步處理當前狀態信息(I)， 其中控制單元(14)的能量需求和顯示單元(16)的能量需求是不同的，并且根據不同的能量需求調節所述有限量的能量向控制單元(14)和處理單元(16)的分配。
2.根據權利要求1所述的計量設備，其中計量設備是計量分配器。
3.根據權利要求1或2所述的計量設備，其中能量產生單元(12)包括壓電產生器。
4.根據權利要求1、2或3所述的計量設備，其中處理單元(16)是顯示單元。
5.根據任意一個先前權利要求所述的計量設備，其具有用于激活運行周期的致動元件(10)，所述致動元件(10)以這樣一種方式連接至能量產生單元(12)，所述方式即:對于每次致動，所述能量產生單元(12)被用于產生可用于所述運行周期的有限量的能量。
6.根據任意一個先前權利要求所述的計量設備，其中能量存儲單元(24，26)包括第一能量存儲器(24)和第二能量存儲器(26)，所述控制單元(14)僅連接至第一能量存儲器(24)，并且顯示單元(16)僅連接至第二能量存儲器(26)，以用于供應能量。
7.根據權利要求6所述的計量設備，其被布置為，當在使用中時，將由能量生產單元(12)產生的量的能量在能量存儲器(24，26)當中不均衡地劃分。
8.根據權利要求6或7所述的計量設備，包括于用于不均衡地劃分產生的量的能量的功率分割器(28)。
9.根據權利要求6或7所述的計量設備，其中能量產生單元(12)具有第一能量產生器(30)和第二能量產生器(32)，所述第一能量產生器(30)僅向第一能量存儲器(24)饋電，并且所述第二能量產生器(32)僅向第二能量存儲器(26)饋電。
10.根據任意一個先前權利要求所述的計量設備，包括用于存儲當前狀態信息(I)的非易失性存儲器(18)。
11.根據任意一個先前權利要求所述的計量設備，其被布置為，當在使用中時，使得在運行周期期間為控制單元(12)提供能量的時間短于為顯示單元(16)提供能量的時間，并且控制單元(12)已經停用的同時，顯示單元(16)仍然是活動的。
12.根據任意一個先前權利要求所述的計量設備，當從屬于權利要求6時，其被布置為，當在使用中時，使得針對每個運行周期為控制單元(12)提供的能量的量使得作為第一能量存儲器(24)中的能量儲量被耗盡的結果而實現停用。
13.根據任意一個先前權利要求所述的計量設備，當從屬于權利要求6時，其被布置為，當在使用中時，使得針對每個運行周期，在第一能量存儲器(30)中存儲的能量的量大于在第二能量存儲器(32)中存儲的能量的量。
14.根據任意一個先前權利要求所述的計量設備，其被布置為，當在使用中時，使得在運行周期的開始時，控制單元(12)確定當前運行狀態(I)并且輸出擦除信號至顯示單元(16)，以便擦除當前狀態信息的先前項目。
15.根據權利要求14所述的計量設備，其被布置為，當在使用中時，使得在運行周期期間，控制單元(14)在擦除期間被臨時轉換為備用模式預定義的時間段，并且隨后被重新激活。
16.根據任意一個先前權利要求所述的計量分配器，其中當前狀態信息(I)的項目是計數器讀數。
17.—種用于在計量設備中管理和提供比較少量的能量的方法，其中在運行周期中從能量產生單元(12)獲得能量，用于為控制單元(14)和連接至控制單元(14)的處理單元(16)供應能量，所述控制單元(14)被設計為，當在使用中時，確定當前狀態信息(I)的項目，并且處理單元(16)被設計為，當在使用中時，進一步處理當前狀態信息(I)，所述控制單元(14)和所述處理單元(16)具有不同的能量需求，并且根據不同的能量需求調節從能量產生單元(12)獲得的有限量的能量向控制單元(14)和處理單元(16)的分配。
【文檔編號】H02N2/18GK104519935SQ201380035552
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年7月4日 優先權日:2012年7月4日
【發明者】S·科隆普, M·呂特爾, K·范德林登 申請人:莊信萬豐催化劑(德國)有限公司