CN111527307B - 微型泵 - Google Patents

Abstract

一种泵，包括：‑定子(4)；‑转子(6)，其至少部分可滑动且可旋转地安装在定子中，转子包括具有第一直径(D1)的第一轴向延伸部和具有第二直径(D2)的第二轴向延伸部(26)，第二直径大于第一直径；‑第一阀门，其由第一阀门密封件(18)与转子中的第一通道(42)一起形成，该第一阀门密封件围绕第一轴向延伸部安装在定子上，该第一通道构造成当第一阀门处于打开位置时，允许流体越过第一阀门密封件连通，‑第二阀门，由第二阀门密封件(20)与转子中的第二通道(44)一起形成，该第二阀门密封件围绕第二轴向延伸部安装在定子上，该第二通道构造成当第二阀门处于打开位置时，允许流体越过第二阀门密封件连通，以及‑泵室，其形成于转子和定子之间以及第一阀门密封件和第二阀门密封件之间。该泵还包括起动致动器(30)，该起动致动器安装在定子的壳体上并且可从锁定运行位置移动到起动位置移，该起动致动器构造成与转子接合，并将转子从第一阀门和第二阀门中的至少一个关闭的运行位置轴向地移动到第一阀门和第二阀门均打开的起动位置。

Description

微型泵

技术领域

本发明涉及一种微型泵。微型泵可用于分配少量流体，特别是用于医疗应用，例如在药物输送装置中。与本发明有关的微型泵还可以用于需要高精度输送少量流体的非医疗应用中。

背景技术

在EP1803934和EP1677859中描述了一种用于输送少量流体的微型泵，该微型泵特别地可以用于医疗和非医疗应用。前述文献中描述的微型泵包括具有不同直径的第一轴向延伸部和第二轴向延伸部的转子，该第一轴向延伸部和第二轴向延伸部与定子的第一密封件和第二密封件接合以形成第一阀门和第二阀门，该第一阀门和第二阀门根据转子的角位移和轴向位移而打开和关闭越过相应密封件的流体连通。在定子的第一密封件和第二密封件之间形成泵室，由此，转子的每个旋转周期所泵送的流体体积是第一转子轴向延伸部和第二转子轴向延伸部之间的直径差以及转子的轴向位移的函数，转子的轴向位移是根据转子相对于定子的角位置而通过凸轮系统来实现的。根据转子的旋转位移和轴向位移来控制每个循环的泵送体积的能力以及旋转延伸部之间的直径差，使得能够以高精度在转子的每转中泵送非常少量的流体。

上述专利中描述的泵的有利特征之一是在入口和出口之间不存在直接的流体连通，因为入口阀门和出口阀门永远不能同时打开。该特性确保了泵的安全运行，特别是在医疗应用中，从而使得仅在泵运行时才可进行药物给送，并且当泵在泵的任何位置停止运行时，均会自动防止流体通过。

然而，该泵系统的缺点之一是，泵的起动操作可能很慢，并且在当泵是空的并因此干燥时，初始运行时，在泵轴和阀门密封件之间会发生摩擦。

在某些应用中，例如用于通过导管管子进行药物输注的应用中，与如EP1803934和EP1677859中所述的泵的泵循环体积相比，需要使用大量的流体体积来起动和去除输液器中的空气。因此，起动程序不是很有效。

发明内容

鉴于前述内容，本发明的目的是提供一种微型泵，该微型泵允许快速且可靠的起动，但其运行准确且安全。

特别有利地，提供了一种微型泵，其允许与泵下游的流体输送系统(例如输液器)一起快速起动。

有利地，提供了一种易于使用且制造经济的泵。

在药物输送应用中，有利地，提供了一种泵，该泵可以精确、可靠且安全性高地输送少量流体。

本发明的目的通过下文所述的微型泵来实现。

本文公开了一种泵，包括

-定子，

-至少部分可滑动且可旋转地安装在定子中的转子，该转子包括具有第一直径的第一轴向延伸部和具有第二直径的第二轴向延伸部，第二直径大于第一直径，

-第一阀门，其由第一阀门密封件与转子中的第一通道一起形成，该第一阀门密封件围绕第一轴向延伸部安装在定子上，该第一通道构造成当第一阀门处于打开位置时，允许流体越过第一阀门密封件连通，

-第二阀门，其由第二阀门密封件与转子中的第二通道一起形成，该第二阀门密封件围绕第二轴向延伸部安装在定子上，该第二通道构造成当第二阀门处于打开位置时，允许流体越过第二阀门密封件连通，以及

-泵室，其形成于转子和定子之间以及第一阀门密封件和第二阀门密封件之间。

根据本发明，该泵还包括起动致动器，该起动致动器安装在定子的壳体上并且可从起动位置移动到锁定运行位置，该起动致动器构造成与转子接合并将转子从第一阀门和第二阀门均打开的起动位置轴向地移动到第一阀门和第二阀门中的至少一个关闭的运行位置。

起动致动器可以在初次使用之前定位在锁定运行位置，并且可以从锁定运行位置移动到起动位置，该起动致动器构造成与转子接合并且使转子从第一阀门和第一阀门中的至少一个关闭的运行位置轴向移动到第一阀门和第二阀门都打开的起动位置。在该实施例中，锁定机构是可释放的以允许转子从运行位置移动到起动位置。

在备选实施例中，锁定机构是不可逆的，以防止转子从运行位置移动到起动位置，从而在首次使用之前，使转子处于起动位置。

在有利的实施例中，起动致动器可滑动地安装在定子的壳体上。

在有利的实施例中，起动致动器包括锁定机构，该锁定机构包括锁定肩，该锁定肩在泵运行位置中与定子壳体上的互补锁定肩接合。

在有利的实施例中，锁定机构包括可枢转的闩锁。

在有利的实施例中，可枢转的闩锁包括可手动接合的按钮，该可手动接合的按钮通过整体形成的铰链连接至起动致动器。

在有利的实施例中，转子包括在转子轴的端部处形成的转子头部，转子头部包括在其周围延伸的致动边缘，该致动边缘包括可与起动致动器的致动肩接合的内部轴向肩。

在有利的实施例中，致动边缘包括外部轴向肩，该外部轴向肩构造成当起动致动器处于锁定运行位置且转子不处于运行位置时，与设置在起动致动器上的边缘轴向控制肩相干涉以阻止泵的运行。

在有利的实施例中，凸轮轨道设置在致动边缘的内部径向部分上，并且可通过致动肩接合的内部轴向肩设置在致动边缘的外部径向部分上。

在有利的实施例中，转子第一延伸部包括靠近第一延伸部的自由端的凹部，该凹部构造成增大用于流体流向入口的通道截面。

在有利的实施例中，起动致动器包括头部，该头部部分地在转子的头部上方延伸，以阻止转子从定子上移出。

在有利的实施例中，泵的入口经由第一阀门连接至泵室，并且泵的出口经由第二阀门连接至泵室，并且其中，入口位于转子轴的轴向自由端。

在实施例中，入口可从转子沿大致径向延伸，并且出口可从转子沿大致径向延伸。

在有利的实施例中，定子由注入型聚合物制成，聚合物包括用于形成定子本体的第一聚合物以及用于形成阀门密封件的具有弹性的第二聚合物。

在实施例中，转子由注入型聚合物制成。在另一实施例中，转子由金属制成，优选地由钢制成。

通过权利要求书、详细描述和附图，本发明的其他目的和有利特征将变得显而易见，在附图中：

附图说明

图1是根据本发明实施例的微型泵的泵模块的立体图；

图2是图1的泵模块的爆炸立体图；

图3a是图1的泵模块的横截面图；

图3b是类似于图3a的视图，其中泵模块的转子处于起动位置；

图4a是图1的微型泵的立体局部横截面图；

图4b是类似于图4a的视图，其中泵模块的转子处于起动位置；

图5a是根据本发明实施例的泵模块的泵室和转子轴部分的详细局部视图；

图5b是类似于图5a的视图，其示出了处于起动位置的转子。

具体实施方式

参考附图，微型泵包括泵模块2，该泵模块2包括定子4和由旋转驱动器(未示出)驱动的转子6，该旋转驱动器在转子上施加围绕旋转轴线A的旋转运动。转子6例如通过弹簧(未示出)轴向地偏置，使得凸轮系统根据转子在其旋转时的角位置对转子施加相对于定子的轴向位移Ax，该凸轮系统包括转子上的凸轮轨道46，该凸轮轨道与定子上的互补凸轮从动件48接合。转子相对于定子的轴向位移和旋转位移导致第一阀门和第二阀门(将在下文中更详细地描述)打开和关闭，以实现泵送作用。该通用的功能原理本身是已知的，并且例如在EP1803934中进行了描述。

在实施例中，泵入口14可以形成在转子的轴向端部，而出口16可以朝向转子的包括凸轮的端部设置。出口16可径向延伸穿过定子。根据转子相对于定子的旋转方向和阀门密封件结构，入口和出口可以颠倒。此外，在某些实施例中，泵还可以被构造为双向的，由此流体流动的方向取决于转子的旋转方向。在转子的轴向端部处形成的入口或出口也可以被引导径向穿过定子而不是从定子的端部轴向地被引导。技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以根据与流体源和流体输送位置的连接需要来构造入口和出口的各种流体通道。

转子6具有第一延伸部24和第二延伸部26，第一延伸部24具有第一直径D1，第二延伸部26具有第二直径D2，第一直径和第二直径具有不同的值。在所示的实施例中，第二延伸部26的直径D2大于第一延伸部24的直径D1。第一直径和第二直径的差值与转子的轴向位移相结合，定义了转子每转的泵送体积。

微型泵包括第一阀门V1和第二阀门V2，第一阀门V1形成于转子第一延伸部和定子之间，第二阀门V2形成于转子第二延伸部和定子之间。第一阀门V1和第二阀门V2控制相应的入口14或出口16的打开和关闭。

第一阀门V1由安装在定子上的第一阀门密封件18和安装在转子上的第一通道42形成，第一通道42构造成当第一阀门密封件处于打开位置时，允许流体越过第一阀门密封件连通，并且当第一阀门V1处于关闭位置时，不允许流体越过第一阀门密封件连通。第二阀门V2由定子4上的第二阀门密封件20和形成在转子6上的第二通道44形成，当第二阀门V2处于打开位置时，第二通道44允许流体越过第二阀门密封件连通，并且当第二阀门V2处于关闭位置时，不允许流体穿过第二阀门密封件连通。在转子6与定子4之间以及在第一阀门密封件18与第二阀门密封件20之间形成有泵室8。泵室密封件22在周向上限定(circumscrubes)第二延伸部26并将泵室8和泵外部环境分隔开来。

在本发明的范围内，第一阀门密封件18和第二阀门密封件20可具有各种构造和形状，只要密封件中存在倾斜或轴向偏移，该倾斜或轴向偏移可使第一通道和第二通道由于转子的角度和轴向位移而分别越过各自的密封件，以便在填充和排出阶段过程中根据需要打开和关闭第一阀门和第二阀门，而又不允许流体直接在入口和出口之间流通。

在所示的实施例中，流体通道42、44被示为在其各自的第一转子延伸部24和第二转子延伸部26中轴向延伸的凹槽。然而，在变型中，可以实现其他的流体通道构造，例如，该通道可以不是凹槽，而是埋在转子内并且在转子表面上具有孔口，该孔口允许越过相应的密封件连通。还可以注意到，与所示的实施例相比，第一阀门密封件18相对于第二阀门密封件20可以具有不同的角度取向，并且转子通道44、42的位置将相应地改变。

定子可以是注入型部件，例如注入型聚合物，注入型聚合物具有例如在两步注入工艺中注入其中的密封件。密封件可以注入如本领域本身所已知的弹性体材料中。转子6也可以被注入聚合物，定子和转子因此形成低成本的一次性部件。然而，转子6也可以由更耐用的材料制成，例如钢或另外的金属。金属转子在某些应用中可能有利于减少磨损或摩擦和/或增加转子的尺寸精度，从而增加泵循环体积的精度。

根据本发明的一方面，泵模块2还包括起动致动器30，该起动致动器30可移动地安装到定子4的壳体。起动致动器30可以从如图1、图3a、图4a、图5a所示的锁定位置移动到如图3b、图4b、图5b所示的起动位置。

在锁定位置，可以如上所述通过旋转转子来驱动泵模块以给送流体。在泵的运行过程中，第一阀门和第二阀门永远不会同时打开，并且因此，当转子未被驱动时，不考虑转子的旋转位置如何，流体都可能不会从入口14自由流到出口16，反之亦然。

在最初使用泵之前，或者在泵被停止后的初次运行之后，可以进行起动操作，以填充通过泵的流体通道以及泵的上游和下游的流体通道。通道包括入口14、泵室8和出口16，以及泵下游或上游的流体通道。例如，在将泵用于经由导管管子给送药物的医疗应用中，通向患者的通道中的流体体积可能明显大于泵室8的体积，因此，仅仅依靠通过转子6旋转的泵运行的起动操作可能会耗费时间。

根据本发明，起动操作打开阀门V1、V2，以允许流体快速通过泵模块2以及上游和下游流体通道。起动致动器30构造成接合转子6，以沿增加泵室8的容积的方向轴向地移动转子6，直到入口阀门V1和出口阀门V2都打开。当第一转子延伸部24中的第一通道42穿过第一阀门密封件18时，入口阀门V1打开，且当第二转子延伸部26中的第二通道44穿过第二阀门密封件20时，出口阀门V2打开。

为了减小对流体通流(fluid through-flow)的阻力，转子的第一延伸部24可以有利地在转子轴12的自由端处设置有截切(cut away)部分或凹部241。

起动致动器30包括导轨52a，该导轨52a接合在定子壳体上的互补导轨52b中，从而允许起动致动器30相对于定子壳体轴向滑动。起动致动器还包括可释放的锁定机构32，该锁定机构在所示的实施例中为按钮闩锁34的形式，该按钮闩锁34包括锁定肩36，该锁定肩36与定子壳体上的锁定肩37接合。

在如图3a、图4a和图5a所示的泵模块运行期间，起动致动器处于锁定位置，以防止转子6轴向移出其运行位置。对于起动操作，锁定机构32可被致动以将其锁定肩36从壳体锁定肩37脱离开，随后在起动方向P+上相对于定子壳体移动起动致动器30。起动致动器被移动，直到起动致动器30上的致动肩40接合转子头部10上的互补肩57并沿起动方向P+将转子从定子上轴向抬离定子，该方向P+对应于增加泵室容积的方向，如图3b和图4b所示。

在所示的实施例中，转子头部10包括致动边缘50，该致动边缘50具有内部轴向肩57，该内部轴向肩57构造成被起动致动器30的致动肩40接合。如图3b最佳所示，转子上的凸轮轨道46被抬离定子上的互补凸轮从动件48一定距离。如图5b最佳所示，流体可直接从入口14经由转子第一延伸部24中的第一通道42进入泵室8，再经由出口16流出。因此，在起动操作期间，可以使用通过重力或通过压力发生器主动作用在进入入口14的流体上的压力来通过泵快速输送流体。

一旦起动操作完成，通过起动致动器30相对于定子壳体反向轴向滑动，起动致动器30可在锁定方向P-上移动回到图3a所示的锁定位置。

定子壳体可以设置有致动止动件39，该致动器止动件39构造成与设置在起动致动器上的互补止动件38接合。锁定机构32的锁定肩36也可以被构造成接合定子上的致动器止动件39，使得起动致动器的轴向位移受到限制，并且起动致动器保持组装到定子壳体并且不能从定子壳体上移除。

可以注意到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以提供其他的止动件和闩锁布置，其允许在运行位置将起动致动器锁定到定子壳体，并且将其解锁并移位到起动位置。本领域技术人员理解，可以在致动器和定子壳体上的不同位置设置止动件，并且存在各种可用于将安装的第一部件固定到第二部件的锁定机构。在所示的实施例中，起动致动器30被示为可滑动地安装到定子壳体并且被提供为与定子壳体分开的部分。然而，在一种变型中，起动致动器可以以这样的方式可旋转地安装在定子壳体上，即使得起动致动器相对于定子壳体的旋转引起起动致动器的轴向位移，该起动致动器继而接合转子以将其从运行位置抬起到起动位置。

在所示的实施例中，起动致动器30包括头部分54，该头部分54包括大致U形的部件，该U形部件部分地围绕转子的头部10并且装配在定子壳体的圆柱形空腔中。头部分54包括转子轴向阻挡肩60，该转子轴向阻挡肩60在转子头部10的边缘61上方延伸，从而确保转子6不会从定子4上移出。头部分54还提供了起动致动器30稳定且牢固地锚固到定子壳体。

可释放锁定机构32的铰链41可以是整体模制的腹板的形式，该腹板将锁定机构的按钮连接至起动致动器30的其余部分。为了将转子6从运行位置移动到起动位置，闩锁按钮可以由用户按下并同时在起动方向P+上推动，使得起动致动器30被解锁并且从运行位置轴向移位到起动位置。

在所示的实施例中，转子头部上的凸轮轨道46关于边缘50的外周设置在内部径向位置上，边缘50的外侧部分用于与起动致动器30的致动肩40接合。由于凸轮轨道46根据转子的角位置限定了变化的轴向轮廓，所以转子6相对于定子4的轴向位移由凸轮轨道46压在凸轮从动件48上而产生。

外部轴向控制肩58可以设置在致动边缘50上，用于确保在泵模块正常运行之前，转子6处于正确的轴向工作位置。在这方面，起动致动器30设置有轴向控制肩56，该轴向控制肩56允许转子在其运行位置旋转，但是如果转子头部边缘的外部轴向肩58处于错误的轴向位置中，则该轴向控制肩56接合转子头部边缘的外部轴向肩58，在该错误的轴向位置，凸轮轨道46不会偏压抵靠凸轮从动件48。

根据本发明的变型(未示出)，当泵处于使用条件下时，转子可以在首次使用之前被提供在起动位置，并且可以在起动之后或不起动的情况下移动到锁定的运行位置。在这种变型中，用于转子的锁定机构可以是可逆的或不可逆的。在具有不可逆的锁定机构的变型中，在转子被从起动位置移动到运行位置之后，其不再能够被从运行位置释放。可以实施各种不可逆的锁定闩锁和锁定系统以实现单向锁定功能。

图示特征清单

微型泵

泵模块2

定子4

进口14

出口16

互补锁定机构33

锁定肩37

致动器止动件39

互补导轨52b

起动致动器30

导轨52a

头部54

转子轴向阻挡肩60

边缘轴向控制肩56

锁定机构32

按钮闩锁(可枢转)34

锁定肩36

铰链41

止动件38

致动肩40

第一阀门V1

第一阀门密封件18

第二阀门V2

第二气门密封件20

泵室密封件22

转子6

联接接口7

转子头部10

致动边缘50

外部轴向肩58

内部轴向肩57

凸轮轨道46

转子轴12

(具有第一直径的)第一延伸部24

第一通道42

凹部241

(具有第二直径的)第二延伸部26

第二通道44

(与第一延伸部连接的)端部45

(在转子和定子之间形成的)泵室8

轴向位移系统

凸轮系统

转子上的凸轮轨道46

定子上的互补凸轮从动件48

旋转驱动器。

Claims (15)

1.一种泵，包括：

-定子(4)，

-转子(6)，其至少部分能够滑动且能够旋转地安装在定子中，转子包括具有第一直径(D1)的第一轴向延伸部(24)和具有第二直径(D2)的第二轴向延伸部(26)，所述第二直径大于第一直径；

-第一阀门(V1)，其由第一阀门密封件(18)与所述转子中的第一通道(42)一起形成，所述第一阀门密封件围绕所述第一轴向延伸部安装在所述定子上，所述第一通道构造成当所述第一阀门处于打开位置时，允许流体越过所述第一阀门密封件连通，

-第二阀门(V2)，其由第二阀门密封件(20)与所述转子中的第二通道(44)一起形成，所述第二阀门密封件围绕所述第二轴向延伸部安装在所述定子上，所述第二通道构造成当所述第二阀门处于打开位置时，允许流体越过所述第二阀门密封件连通，以及

-泵室(8)，其形成在所述转子和所述定子之间以及所述第一阀门密封件和所述第二阀门密封件之间，

其特征在于，

所述泵还包括起动致动器(30)，所述起动致动器(30)安装在所述定子的壳体上，并且能够从起动位置移动到锁定运行位置，所述起动致动器(30)构造成与转子接合，并将所述转子从所述第一阀门和所述第二阀门均打开的起动位置轴向地移动到所述第一阀门和所述第二阀门中的至少一个关闭的运行位置。

2.根据权利要求1所述的泵，其中，所述起动致动器(30)包括锁定机构，所述锁定机构包括锁定肩(36)，在泵运行位置，锁定肩(36)与定子壳体上的互补锁定肩(37)接合。

3.根据权利要求2所述的泵，其中，所述锁定机构是能够释放的，以允许所述转子从运行位置移动到起动位置，所述起动致动器构造成与所述转子接合，并使所述转子从所述运行位置轴向地移动到所述起动位置。

4.根据权利要求3所述的泵，其中，在首次使用之前，所述起动致动器被定位在锁定运行位置。

5.根据权利要求2所述的泵，其中，所述锁定机构包括能够枢转的闩锁(34)。

6.根据权利要求5所述的泵，其中，所述能够枢转的闩锁(34)包括能够手动接合的按钮，所述能够手动接合的按钮经由一体成形的铰链(41)连接至所述起动致动器(30)。

7.根据权利要求2所述的泵，其中，所述锁定机构是不可逆的，以防止所述转子从运行位置移动到起动位置，从而在首次使用之前，所述转子处于起动位置。

8.根据权利要求1所述的泵，其中，所述起动致动器能够滑动地安装在所述定子的壳体上。

9.根据权利要求1所述的泵，其中，所述转子包括形成在转子轴(12)的端部的转子头部(10)，所述转子头部包括在其周围延伸的致动边缘(50)，所述致动边缘包括内部轴向肩(57)，所述内部轴向肩(57)能够与所述起动致动器(30)的致动肩(40)接合。

10.根据权利要求9所述的泵，其中，所述致动边缘(50)包括外部轴向肩(58)，所述外部轴向肩(58)构造成当所述起动致动器处于锁定运行位置并且转子不处于运行位置时，与设置在所述起动致动器(30)上的边缘轴向控制肩干涉，以阻止所述泵的运行。

11.根据权利要求9所述的泵，其中，凸轮轨道(46)设置在所述致动边缘的内部径向部分上，并且能够由致动肩(40)接合的所述内部轴向肩(57)设置在所述致动边缘的外部径向部分上。

12.根据权利要求1所述的泵，其中，转子第一轴向延伸部包括靠近所述第一轴向延伸部(24)的自由端部的凹部(241)，所述凹部(241)构造成增加用于使流体流向入口的通道截面。

13.根据权利要求1所述的泵，其中，所述起动致动器(30)包括头部(54)，所述头部(54)部分地在所述转子的转子头部(10)上方延伸，以阻止所述转子从所述定子上移出。

14.根据权利要求1所述的泵，其中，所述泵的入口(14)通过所述第一阀门(V1)连接至所述泵室(8)，并且所述泵的出口(16)通过所述第二阀门(V2)连接至所述泵室，并且其中，所述入口位于所述转子的转子轴(12)的轴向自由端部处。

15.根据权利要求14所述的泵，其中，所述入口从所述转子沿大致径向延伸，并且所述出口从所述转子沿大致径向延伸。

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