CN112714868A - 可变输出液相色谱泵驱动器 - Google Patents

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J·米基恩兹
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Abstract

本发明公开了一种液相色谱溶剂泵，该液相色谱溶剂泵包括马达、第一活塞、第二活塞和可变输出驱动系统，该可变输出驱动系统将马达联接到第一活塞和第二活塞中的至少一者。可变输出驱动系统包括齿轮箱，该齿轮箱被构造成在来自马达的输入与递送到第一活塞和第二活塞中的至少一者的输出之间提供非等比率。第一活塞和第二活塞被构造成在液相色谱系统中递送溶剂流。

Description

可变输出液相色谱泵驱动器
相关申请
本申请是要求2018年9月18日提交的、名称为“Variable Output LiquidChromatography Pump Drive”的美国临时专利申请号62/732,625的优先权的非临时专利申请，该美国临时专利申请以引用方式并入本文。
技术领域
本发明整体涉及液相色谱系统。更具体地讲，本发明涉及液相色谱泵驱动系统及其相关使用方法。
背景技术
色谱法是将混合物分离成其组分的一组技术。在液相色谱系统中，一个或多个泵吸入液体溶剂的混合物并且将其递送到样品管理器，在该样品管理器中注入的样品等待其到达。液相色谱泵系统需要用于驱动泵并注入溶剂和/或样品的驱动系统。用于液相色谱系统的现有驱动系统是直接驱动系统，即，在具有或不具有齿轮箱的情况下直接联接到旋转-线性运动转换器。当前驱动系统被设计成处理非常特定的流速和压力。当使用者在理想范围之外操作时，这些驱动系统快速降级（即，如果流速增加到理想范围之外，则压力可降低）。例如，当前驱动系统配备有大型马达以处理高端速度和负载。然而，当这些大型马达系统以较低速度运行时，其流动分辨率受到影响。由于马达在设计范围内更精确和准确地运行，因此当要求马达在其理想范围之外执行时，流速和压力输出的精度和分辨率将受到影响。
因此，本领域将很好地接收包括泵驱动系统的改进的液相色谱系统及其相关使用方法。
发明内容
在一个实施方案中，液相色谱溶剂泵包括：马达；第一活塞；第二活塞；可变输出驱动系统，该可变输出驱动系统将马达联接到第一活塞和第二活塞中的至少一者，该可变输出驱动系统包括齿轮箱，该齿轮箱被构造成在来自马达的输入与递送到第一活塞和第二活塞中的至少一者的输出之间提供非等比率，其中第一活塞和第二活塞被构造成在液相色谱系统中递送溶剂流。
除此之外或另选地，第一活塞是主活塞，并且第二活塞是蓄能器活塞。
除此之外或另选地，齿轮箱包括齿轮级，该齿轮级包括：太阳齿轮；多个行星齿轮，该多个行星齿轮与太阳齿轮啮合并围绕该太阳齿轮，并且被构造成围绕太阳齿轮旋转；和环形齿轮，该环形齿轮与多个行星齿轮啮合并围绕该多个行星齿轮，其中多个行星齿轮被构造成在环形齿轮内旋转。
除此之外或另选地，液相色谱溶剂泵包括支架，该支架连接多个行星齿轮，其中马达向太阳齿轮提供输入，其中支架包括来自多个行星齿轮的输出。
除此之外或另选地，支架向第一活塞和第二活塞中的至少一者提供输出。
除此之外或另选地，齿轮箱还包括：固定外壳，该固定外壳被构造成与环形齿轮接合，以防止环形齿轮的旋转，其中环形齿轮被构造成与固定外壳脱离接合，以提供环形齿轮围绕固定外壳的自由旋转。
除此之外或另选地，液相色谱溶剂泵包括第二级齿轮，该第二级齿轮包括：第二太阳齿轮；第二多个行星齿轮，该第二多个行星齿轮与第二太阳齿轮啮合并围绕该第二太阳齿轮，并且被构造成围绕第二太阳齿轮旋转；第二环形齿轮，该第二环形齿轮与第二多个行星齿轮啮合并围绕该第二多个行星齿轮，其中第二多个行星齿轮被构造成在第二环形齿轮内旋转；和第二支架，该第二支架连接第二多个行星齿轮，其中支架向第二太阳齿轮提供输入；并且其中第二支架向第一活塞、第二活塞和第三级齿轮的第三太阳齿轮中的至少一者提供输出。
除此之外或另选地，液相色谱溶剂泵包括固定外壳，该固定外壳被构造成与环形齿轮和第二环形齿轮接合，以选择性地且独立地防止环形齿轮和第二环形齿轮的旋转，其中环形齿轮和第二环形齿轮各自被构造成选择性地且独立地与固定外壳脱离接合，以提供环形齿轮和第二环形齿轮围绕固定外壳的选择性自由旋转。
除此之外或另选地，可变输出驱动系统、第一活塞和第二活塞被构造成以一定速率和准确度递送流，使得能够在分析液相色谱系统和制备液相色谱系统两者中使用液相色谱溶剂泵。
除此之外或另选地，齿轮箱被构造成在来自马达的输入与递送到第一活塞和第二活塞中的至少一者的输出之间提供相等比率，并且其中相等比率和非等比率能够由液相色谱溶剂泵的操作者选择。
在另一个实施方案中，一种在液相色谱系统中泵送溶剂的方法，该方法包括：提供液相色谱溶剂泵，该液相色谱溶剂泵包括联接马达和至少一个活塞的可变输出驱动系统，该可变输出驱动系统包括齿轮箱，该齿轮箱被构造成在来自马达的输入与递送到至少一个活塞的输出之间提供非等比率；以及在来自马达的输入与递送到至少一个活塞的输出之间将输出从相等比率改变为非等比率。
除此之外或另选地，该方法包括由至少一个活塞以至少部分地由输出确定的流速在液相色谱系统中递送溶剂流。
除此之外或另选地，该方法包括：在分析液相色谱系统中使用该液相色谱溶剂泵；以及在制备液相色谱系统中使用该液相色谱溶剂泵。
除此之外或另选地，齿轮箱包括齿轮级，该齿轮级包括：太阳齿轮；多个行星齿轮，该多个行星齿轮与太阳齿轮啮合并围绕该太阳齿轮，并且被构造成围绕太阳齿轮旋转；环形齿轮，该环形齿轮与多个行星齿轮啮合并围绕该多个行星齿轮，其中多个行星齿轮被构造成在环形齿轮内旋转；支架，该支架连接多个行星齿轮；和固定外壳，该方法还包括：由马达向太阳齿轮提供输入；以及由支架提供通过多个行星齿轮的输出。
除此之外或另选地，该方法包括使环形齿轮与固定外壳接合，以防止环形齿轮的旋转，使得在来自马达的输入与递送到至少一个活塞的输出之间存在第一比率。
除此之外或另选地，该方法包括使环形齿轮与固定外壳脱离接合，以提供环形齿轮围绕固定外壳的自由旋转，使得在来自马达的输入与递送到至少一个活塞的输出之间存在第二比率。
除此之外或另选地，齿轮箱还包括第二级齿轮，该第二级齿轮包括：第二太阳齿轮；第二多个行星齿轮，该第二多个行星齿轮与第二太阳齿轮啮合并围绕该第二太阳齿轮，并且被构造成围绕第二太阳齿轮旋转；第二环形齿轮，该第二环形齿轮与第二多个行星齿轮啮合并围绕该第二多个行星齿轮，其中第二多个行星齿轮被构造成在第二环形齿轮内旋转；和第二支架，该第二支架连接第二多个行星齿轮，该方法还包括：由支架向第二太阳齿轮提供输入；以及由第二支架向第一活塞、第二活塞和第三级齿轮的第三太阳齿轮中的至少一者提供输出。
除此之外或另选地，该方法包括使环形齿轮和第二环形齿轮选择性地且独立地与固定外壳接合，以选择性地且独立地防止环形齿轮和第二环形齿轮的旋转。
除此之外或另选地，该方法包括使环形齿轮和第二环形齿轮选择性地且独立地与固定外壳脱离接合，以选择性地且独立地允许环形齿轮和第二环形齿轮围绕固定外壳自由旋转。
在另一个实施方案中，液相色谱系统包括：溶剂递送系统，该溶剂递送系统包括：泵，该泵包括：马达；第一活塞；第二活塞；和可变输出驱动系统，该可变输出驱动系统将马达联接到第一活塞和第二活塞中的至少一者，该可变输出驱动系统包括齿轮箱，该齿轮箱被构造成在来自马达的输入与递送到第一活塞和第二活塞中的至少一者的输出之间提供非等比率，其中第一活塞和第二活塞被构造成在液相色谱系统中递送溶剂流；样品递送系统，该样品递送系统与溶剂递送系统流体连通；液相色谱柱，该液相色谱柱位于溶剂递送系统和样品递送系统下游；和检测器，该检测器位于液相色谱柱下游。
附图说明
通过结合附图参考下面的描述，可以更好地理解本发明的上述优点和其他优点，附图中相同的附图标号是指各个附图中相同的元件和特征。为清楚起见，并非每个元件都在每个附图中标记。附图不一定按比例绘制，而重点在于示出本发明的原理。
图1描绘了根据一个实施方案的包括泵送系统的液相色谱系统的示意图。
图2描绘了根据一个实施方案的图1的泵送系统的示意图。
图3A描绘了根据一个实施方案的图1和图2的泵送系统的齿轮箱的第一示意图。
图3B描绘了根据一个实施方案的图3A的齿轮箱的第二示意图。
图4描绘了根据一个实施方案的图3A和图3B的齿轮箱的透视图。
图5描绘了根据一个实施方案的两级溶剂泵齿轮箱的示意图。
图6描绘了根据一个实施方案的图5的溶剂泵齿轮箱的横截面透视图，其中环形齿轮与外壳接合。
图7描绘了根据一个实施方案的图5和图6的溶剂泵齿轮箱的横截面透视图，其中环形齿轮与外壳脱离接合。
图8A描绘了根据一个实施方案的溶剂泵齿轮箱的示意图。
图8B描绘了根据一个实施方案的溶剂泵齿轮箱的示意图。
图8C描绘了根据一个实施方案的溶剂泵齿轮箱的示意图。
图8D描绘了根据一个实施方案的溶剂泵齿轮箱的示意图。
图8E描绘了根据一个实施方案的溶剂泵齿轮箱的示意图。
具体实施方式
在本说明书中提到“一个实施方案”或“实施方案”表示结合实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在本教导的至少一个实施方案中。对本说明书内的特定实施方案的引用不一定都指代相同的实施方案。
现在将参考如附图所示的本教导的示例性实施方案来更详细地描述本教导。虽然结合各种实施方案和示例描述了本教导，但是本教导不旨在限制于此类实施方案。相比之下，本教导涵盖各种替代、修改和等同物，如本领域的技术人员将理解。能够使用本文教导的普通技术人员将认识到在如本文所述的本公开的范围内的附加实施方式、修改和实施方案，以及其他使用领域。
本发明涉及液相色谱泵驱动系统及其使用方法。本文公开了泵驱动系统，该泵驱动系统包括马达、或在驱动系统上产生机械旋转的其他设备。本文所述的液相色谱泵驱动系统包括齿轮箱，该齿轮箱提供要在驱动系统的旋转与提供给泵的输出之间实现的各种输入-输出比率。本文所述的齿轮箱包括被构造成产生各种输入-输出转换比率的一个或多个行星齿轮系统。外壳或其他机构可充当离合器或基座以选择性地防止行星齿轮系统的一个或多个部件的旋转。设想行星齿轮系统的一个或多个级以实现变化的可能的输入-输出比率。由于驱动系统实现了各种输出，本文所述的本发明的实施方案可允许单个泵和泵驱动系统适应利用各种柱尺寸的各种液相色谱系统。此外，本文所述的本发明的实施方案可允许相同的泵和泵驱动系统适应制备色谱技术和分析色谱技术两者。本文所述的泵驱动系统允许以各种显著不同的流速实现高准确度。
图1描绘了根据一个实施方案的液相色谱系统的示意图，该液相色谱系统包括溶剂递送系统，该溶剂递送系统包括图1的溶剂储存器过滤器。图1示出了用于将混合物分离成其组分的液相色谱系统10的实施方案。液相色谱系统10包括溶剂递送系统12，该溶剂递送系统通过管材16与样品管理器14（也称为注射器或自动取样机）流体连通。样品管理器14与色谱柱18流体连通并且与样品组织器19机械连通。样品组织器19可被构造成储存样品并且使用自动化、机器人或其他机械移动过程将储存的样品提供给样品管理器14。检测器21例如质谱仪与柱18流体连通以接收洗脱。
溶剂递送系统12包括泵送系统20，该泵送系统与溶剂贮存器22流体连通，泵送系统20通过管材24从该溶剂贮存器抽取溶剂（液体）。在所示的实施方案中，泵送系统20体现为低压混合梯度泵送系统。在低压梯度泵送系统中在泵之前发生溶剂的混合，并且溶剂递送系统12具有混合器26，该混合器与溶剂贮存器22流体连通以按计量比例接收各种溶剂。溶剂（移动相）组合物的这种混合随时间而变化（即，梯度）。在其他实施方案中，液相色谱系统10可以为高压混合系统。
泵送系统20与混合器26流体连通，以从其中抽取连续梯度流以便递送到样品管理器14。可以用于实现溶剂递送系统12的溶剂递送系统的示例包括但不限于由马萨诸塞州米尔福德的沃特世公司（Waters Corp. of Milford, Mass）制造的ACQUITY二元溶剂管理器和ACQUITY四元溶剂管理器。
样品管理器14可包括注射器阀28，该注射器阀具有样品环30。样品管理器14可在两种状态中的一种状态下操作：装载状态和注射状态。在装载状态下，注射器阀28的位置使得样品管理器将样品32装载到样品环30中。从由样品瓶支架或被构造成承载样品瓶的任何设备（诸如孔板、样品瓶支架等）容纳的瓶中抽取样品32。在注射状态下，注射器阀28的位置改变，使得样品管理器14将样品环30中的样品从溶剂递送系统引入到连续流动移动相中。因此，移动相将样品载送到柱18中。在其他实施方案中，可利用流通针式（FTN）代替固定定量环样品管理器。使用FTN方法，可将样品拉入针中，然后可将针移动到密封件中。然后可切换阀以使针与溶剂递送系统成一直线。
液相色谱系统10还可包括数据系统34，该数据系统与溶剂递送系统12、样品管理器14和/或样品组织器19进行信号通信。数据系统34可包括处理器36和交换机38（例如以太网交换机），以用于处理溶剂递送系统12、样品管理器14和样品组织器19之间的信号通信，以及以其他方式控制液相色谱系统10的这些部件。主机计算系统40与数据系统34通信，技术人员可以通过该数据系统将各种参数和配置文件（例如，进气速度配置文件）下载到数据系统34。
图2描绘了根据一个实施方案的泵送系统20的示意图。虽然图2的泵送系统20被示出为包括在图1的液相色谱系统10中，但泵送系统20也可适用于任何液相色谱系统，诸如高效液相色谱系统（HPLC）、超高效液相色谱系统（UPLC）、超高效液相色谱系统（UHPLC）等。泵送系统20可适用于分析液相色谱系统和制备液相色谱系统两者。由于本文所述的结构和/或方法的优点，泵送系统20能够在各种类型的液相色谱系统下以所需的精度、分辨率、流速和/或压力操作。因此，可以设想的是，由于不同的输出比，结合本公开的一些或所有方面的相同泵送系统可被构造成与制备液相色谱系统和分析液相色谱系统一起操作。还可以设想的是，结合了本公开的一些或所有方面的相同泵送系统可被构造成以2000微升/分钟流速与分析液相色谱系统一起操作，或者对于较小纳米流柱或微米流柱而言具有小于100微升/分钟的低得多的流速。
所示的泵送系统20包括马达50、可变输出驱动系统51，该可变输出驱动系统包括连接到齿轮箱52的输入56。齿轮箱52连接到输出53，该输出连接到蓄能器活塞54和主活塞55。虽然在图2中未示出，但马达50也可被认为是可变输出驱动系统51的特征部所涵盖。另外，齿轮箱52的输出53虽然被示出为连接到蓄能器活塞54和主活塞55两者，但也可以仅连接到蓄能器活塞54或主活塞55中的单个或另一个。例如，齿轮箱52可仅向蓄能器活塞54提供输出，而另一个马达（未示出）可向主活塞提供功率。另一马达可包括或可不包括与齿轮箱52类似或相同的齿轮箱。因此，可以设想的是，可提供单个齿轮箱52以用于向蓄能器活塞54和主活塞55中的一者或另一者提供变化的输出比。
可变输出驱动系统51可被构造成在输入56和输出53之间提供非等比率。可变输出驱动系统51可为输出53提供相对于由马达50递送的输入56的多个输出比。可变输出驱动系统51可被构造成首先递送相对于由马达50递送的输入56的1:1比率。例如，如果马达50以200rpm递送输入56，则可变输出驱动系统51可包括设置，由此也以200rpm递送输出53，从而提供1:1输出比。可变输出驱动系统51还可被构造成具有一个或多个附加设置，由此马达50以小于或大于1:1输出比递送输入56。例如，可变输出驱动系统51可被构造成使得马达50以200rpm递送输入56，并且输出53由齿轮箱增大或减小到大于或小于200rpm输出。例如，输出比可以是1:2，由此由马达递送的200rpm的输入56被齿轮箱52转换为400rpm输出53。输出比可以是1:0.5，由此由马达递送的200rpm的输入56被齿轮箱52转换为100rpm输出53。在一些实施方案中，齿轮箱52可被构造成提供不同于或除了1:1输出比之外的多个不同输出比。在其他实施方案中，齿轮箱52可提供两种设置：1:1输出比以及大于或小于1:1输出比的第二比率。
在一个实施方案中，齿轮箱52可被构造成提供除了1:1比率之外的三种附加输出比：1:9、1:45和1:405。这些输出比可对应于齿轮箱52在分别具有2.1毫米直径柱、1毫米直径柱和0.3毫米直径柱的液相色谱系统中的操作。齿轮箱52可提供泵送系统20能够在三个柱尺寸中的每一者上操作的能力，但不改变马达50。在另一个实施方案中，齿轮箱52可被构造成提供除了1:1比率之外的四个附加输出比：1:9、1:45、1:405和1:1080。这些输出比可对应于齿轮箱52在分别具有2.1毫米直径柱、1毫米直径柱、0.3mm直径柱和0.15mm直径柱的液相色谱系统中的操作。应当理解，这些是示例性比率，并且本文设想的齿轮箱可提供将增加它们在其内操作的泵系统的功能的任何适当比率。齿轮箱52可提供泵送系统20能够在这些四个柱尺寸中的多于一者上操作的能力，但不改变马达50。在各种其他实施方案中，可通过改变环形齿轮61、行星齿轮系统62和太阳齿轮63中的每一者的齿数来提供任何输出比。
利用齿轮箱52，泵送系统20的实施方案可被构造成递送等于或大于1500微升/分钟的流体流速，同时还被构造成以更准确的方式递送等于或小于1微升/分钟的流体流速。在其他实施方案中，泵送系统20可被构造成递送等于或大于750微升/分钟的流体流速，同时还被构造成以更准确的方式递送等于或小于5微升/分钟的流体流速。在其他实施方案中，泵送系统20可被构造成递送等于或大于1000微升/分钟的流体流速，同时还被构造成以更准确的方式递送等于或小于2微升/分钟的流体流速。这些示例意指为示例性的，并且可设想各种其他工作范围。
在齿轮箱52提供1:9的输入-输出比率的一个示例性实施方案中，所提供的最大流量可为2500微升/分钟。在该操作流速下，分辨率可为13纳升/马达步长。在齿轮箱提供1:1080的输入-输出比率的另一个示例性实施方案中，最大流量可为20,000微升/分钟。在该操作流速下，分辨率可0.1纳升/马达步长。应当理解，这些最大流速和分辨率是示例性的，并且本发明的原理可应用于产生能够提供各种速率和分辨率的准确流的液相色谱泵系统。在各种实施方案中，最小流速可为最大流速的0.1%。在其他实施方案中，最小流速可为最大流速的1%。在其他实施方案中，最小流速可为最大流速的10%。在一个示例中，马达50中的每秒最大转数可为100或更大，并且最小值可小于1。例如，马达的每秒最大转数可为95，并且最小值可为0.15。马达50可被构造成在由泵送系统20提供的各种输入-输出比率和流速下保持在该工作范围内。
输出53被示出为从齿轮箱延伸，并且被构造成将来自马达50以及齿轮箱52的旋转运动转换成用于驱动蓄能器活塞54和主活塞55的线性运动。在一个实施方案中，输出53可经由滚珠螺杆旋转运动到线性运动。在另一个实施方案中，输出53可为具有附接到其的多个驱动凸轮的轴，该多个驱动凸轮与蓄能器活塞54和主活塞55整合以在活塞54、55中提供线性运动。输出53可被构造成允许活塞54、55串联操作：当一个活塞填充时，另一个活塞递送。输出53和活塞54、55构型能够提供来自泵送系统20的恒定流量和压力输出。
主活塞55和蓄能器活塞54可被构造成将溶剂流体泵送到液相色谱系统10中。主活塞55和蓄能器活塞54可被构造成串联操作并且均可由来自齿轮箱52的输出53驱动。主活塞55可被构造成在主活塞55的压缩冲程期间以期望流速递送流。在主活塞55的进气冲程期间，蓄能器活塞54可以期望流速的两倍递送压缩冲程。在蓄能器活塞54的压缩冲程期间，由蓄能器活塞54递送的流的一半可被提供给主活塞的室，然而另一半保持期望流速。这可被构造成通过泵送系统20保持恒定的期望流速和压力。
虽然蓄能器活塞54和主活塞55可以沿流体路径串联定位，但是本文所述的齿轮箱52可适用于活塞并行放置于其中的两个活塞泵。另外，本文所述的齿轮箱52的实施方案和方面可连同液相色谱样品注射器一起应用于液相色谱领域之内和之外的各种其他流体泵设计。
图3A描述了根据一个实施方案的泵送系统20的齿轮箱52的第一示意图。齿轮箱52可包括围绕环形齿轮61的外壳60、行星齿轮系统62和太阳齿轮63。行星齿轮系统62包括多个单独的行星齿轮。行星齿轮系统62与太阳齿轮63啮合并围绕该太阳齿轮。行星齿轮系统62被构造成围绕太阳齿轮63旋转。环形齿轮61可与行星齿轮系统62啮合并围绕该行星齿轮系统，使得行星齿轮系统62被构造成围绕环形齿轮62旋转。环形齿轮与外壳60啮合或以其他方式附接到该外壳。外壳60是固定外壳，从而在环形齿轮62与外壳60啮合时防止环形齿轮62的运动。
在所示的实施方案中，输入56直接连接到太阳齿轮63，以驱动或旋转太阳齿轮63。环形齿轮62固定到外壳60并且因此不旋转。在该实施方案中，行星齿轮系统62以一定速率围绕太阳齿轮63旋转，根据下式，该速率取决于太阳齿轮63和环形齿轮62的齿数，以及由来自马达50的输入56提供的太阳齿轮63的旋转速度：
Ωplanet = Ωsun (nsun) / (nring + nsun)
其中Ω是旋转速度，并且n是齿数。因此，行星齿轮系统62的输出速度可与太阳齿轮的输入速度不同。与下文所述和图8A至图8E所示的其他实施方案相比，当输入56直接连接到太阳齿轮63并且输出53在环形齿轮62被固定的情况下连接到行星齿轮系统62时，齿轮箱52的扭矩可为高的，但输出速度可为低的。该实施方案特别有利于为输出流提供高精度分辨率。
图3B描绘了根据一个实施方案的齿轮箱52的第二示意图。图3B与图3A的示意图的区别在于环形齿轮62已与外壳60分离并允许自由旋转。在该实施方案中，环形齿轮61、行星齿轮系统62和太阳齿轮63的整体可附连在一起并以输入56的速率旋转。因此，输出53的旋转速度将等于输入56的旋转速度，从而产生1:1输入-输出比率。如图3A和图3B所示，外壳60是固定的并且被构造成在环形齿轮61和外壳60啮合时防止环形齿轮61的旋转。环形齿轮61被构造成与外壳60脱离接合，以提供环形齿轮61围绕保持固定的外壳60的自由旋转。
如图3A和图3B所示，输出53附接到行星齿轮系统62。输出53可为提供旋转运动的任何支架界面。例如，输出53可为支架，该支架附接到行星齿轮系统62的多个行星齿轮中的每个行星齿轮或以其他方式与该行星齿轮系统的多个行星齿轮中的每个行星齿轮整合。在行星齿轮系统62包括三个行星齿轮的情况下，输出53可以为支架夹具，该支架夹具包括三个延伸的插针，每个插针装配到三个行星齿轮中的每个行星齿轮的中心中。夹具的基座可被构造成附接到输出53的凸轮轴。无论实施方案如何，输出53均可采取行星齿轮围绕太阳齿轮63的旋转，并且以可被转换成活塞54、55的线性运动的方式提供该旋转运动。
图4描绘了根据一个实施方案的齿轮箱52的透视图。图4示出了对应于图3A所示示意图的齿轮箱52的位置，在该位置处，环形齿轮61与外壳60啮合并固定到该外壳。因此，外壳60还可包括被构造成与环形齿轮61的齿啮合的内齿。在一个实施方案中，外壳60的内齿被构造成回缩到外壳60的主体中，以允许环形齿轮61围绕外壳60自由旋转。在另一个实施方案中，外壳60和环形齿轮61可相对于彼此轴向移动以从外壳60释放环形齿轮61。
如图4所示，行星齿轮系统62包括三个行星齿轮（第一行星齿轮62a、第二行星齿轮62b和第三行星齿轮62c）。行星齿轮62a、62b、62c各自包括对应的中心开口66a、66b、66c，该中心开口可接收支架或输出53的插针。如图所示，太阳齿轮63仅包括六个齿，而环形齿轮包括48个齿。行星齿轮各自包括21个齿。该实施方案是示例性的，并且设想了太阳齿轮63、行星齿轮62a、62b、62c和环形齿轮61中的任一个的更多或更少的齿。此外，在其他实施方案中设想了多于或少于三个行星齿轮。
图5描绘了根据一个实施方案的两级溶剂泵齿轮箱152的示意图。两级溶剂泵齿轮箱152可类似于上文所述的齿轮箱52。然而，两级溶剂泵齿轮箱152可以包括连续的两个单独的行星齿轮系统，而不是如在齿轮箱52所示的单个行星齿轮系统。示出的两级溶剂泵齿轮箱152包括外壳160、第一环形齿轮161、第一行星齿轮系统162和第一太阳齿轮163。第一行星齿轮系统162包括第一多个单独的行星齿轮。第一行星齿轮系统162与第一太阳齿轮163啮合并围绕该第一太阳齿轮。第一行星齿轮系统162被构造成围绕第一太阳齿轮163旋转。第一环形齿轮161与第一行星齿轮系统162啮合并围绕该第一行星齿轮系统，使得第一行星齿轮系统162被构造成围绕第一环形齿轮162旋转。第一环形齿轮161与外壳160啮合或以其他方式附接到该外壳。外壳160是固定外壳，从而在第一环形齿轮162与外壳160啮合时防止第一环形齿轮162的运动。
在所示的实施方案中，输入156直接连接到太阳齿轮163，以驱动或旋转太阳齿轮163。环形齿轮162固定到外壳160并且因此不旋转。与齿轮箱52类似，行星齿轮系统162围绕太阳齿轮163旋转，输入56直接连接到太阳齿轮63，并且输出157连接到行星齿轮系统62，其中环形齿轮62被固定。与齿轮箱52不同，输出157不驱动活塞54、55，而是充当第二行星齿轮级的输入。
第二行星齿轮级被示出为包括第二环形齿轮171、第二行星齿轮系统172和第二太阳齿轮173。第二行星齿轮系统172包括第二多个单独的行星齿轮。第二行星齿轮系统172与第二太阳齿轮173啮合并围绕该第二太阳齿轮。第二行星齿轮系统172被构造成围绕第二太阳齿轮173旋转。第二环形齿轮171与第二行星齿轮系统172啮合并围绕该第二行星齿轮系统，使得第二行星齿轮系统172被构造成围绕第二环形齿轮172旋转。第二环形齿轮171与外壳160啮合或以其他方式附接到该外壳。如图所示，输出153连接到第二行星齿轮系统172。该输出153可为提供给活塞54、55的输出。
外壳160是固定外壳，并且第二环形齿轮171被示出为与外壳160断开连接。第一环形齿轮161和第二环形齿轮171中的每一者被构造成选择性地附连到外壳160。第一环形齿轮161和第二环形齿轮171可各自选择性地且独立地附接到固定外壳160，以防止运动并且将第一环形齿轮161和第二环形齿轮171固定在适当位置。在该实施方案中，齿轮箱162可包括四个单独的输入-输出比率：在第一环形齿轮161和第二环形齿轮171两者附连到外壳160的情况下的一个输入-输出比率，在第一环形齿轮161和第二环形齿轮171两者被允许围绕外壳160自由旋转的情况下的一个输入-输出比率，在第一环形齿轮161固定到外壳160但第二环形齿轮171被允许围绕外壳160自由旋转的情况下的一个输入-输出比率，并且在第二环形齿轮171固定到外壳但第一环形齿轮161被允许围绕外壳160自由旋转的情况下的一个输入-输出比率。
图6描绘了根据一个实施方案的溶剂泵齿轮箱152的横截面透视图，其中第二环形齿轮171与外壳160接合，并且第一环形齿轮161与外壳160脱离接合。在该视图中，第二行星齿轮级的一部分被移除以显示出第一行星齿轮级。虽然未示出，但第一级的第一太阳齿轮163可包括接口，该接口连接到系统的输入156并且由马达驱动。因为第一环形齿轮161被示出为不与外壳160啮合，所以第一组行星齿轮162a、162b向第二级的旋转输出可与由输入156提供给第一太阳齿轮163的旋转输入相同。第一级的输出157连接到第二级的第二太阳齿轮173。虽然未示出，但输出157可包括插针，该插针被构造成被行星齿轮162a、162b中的每一者的开口166a接收。虽然图6示出了第一级中的两个行星齿轮162a、162b，但第三行星齿轮隐藏在输出157后面。图6所示的第二行星齿轮级包括第二太阳齿轮173。虽然图6示出了第二级中的两个行星齿轮172a、172b，但第三行星齿轮被移除以暴露第一级齿轮。两个行星齿轮各自包括对应的中心开口176a、176b，该中心开口可连接到提供给活塞54、55的输出153。第二环形齿轮171被示出为与外壳160的内齿啮合以将第二环形齿轮171附连到该内齿。因此，第二级的行星齿轮将提供不为1:1的输入-输出比率，但该输入-输出比率由第二太阳齿轮173上的输入旋转以及第二太阳齿轮173和第二环形齿轮171的齿的速度确定。
图7描绘了根据一个实施方案的溶剂泵齿轮箱152的横截面透视图，其中第一环形齿轮161与外壳160接合，并且第二环形齿轮171与外壳160脱离接合。与先前的图6类似，第二行星齿轮级的一部分被移除以显示出第一行星齿轮级。与图6不同，第一环形齿轮161与外壳160啮合。因此，第一组行星齿轮162a、162b向第二级的旋转输出不同于由输入156提供给第一太阳齿轮163的旋转输入。第二环形齿轮171被示出为围绕外壳160自由旋转。因此，第二级的行星齿轮将提供1:1输入-输出比率，即输出157提供的任何旋转将是该构型中齿轮箱152的总输出153。
图8A至图8E描绘了可提供的溶剂泵齿轮箱的各种示意图。相对于这些系统，可通过将输入和输出连接到行星齿轮系统或级的各种齿轮部件来实现各种扭矩和速度特性。虽然这些变型形式相对于单级系统示出，但这些变型形式也适用于多级系统。
图8A描绘了根据一个实施方案的溶剂泵齿轮箱252的示意图。溶剂泵齿轮箱252包括外壳260、环形齿轮261、行星齿轮系统262和太阳齿轮263。输入256向行星齿轮系统提供旋转运动输入，并且输出253将旋转运动输出载送到泵系统的活塞（未示出）。溶剂泵齿轮箱252可代替上文所述的溶剂泵齿轮箱52，并且结合到泵送系统20和任何类型的适当或期望的液相色谱系统中。
与齿轮箱52不同，溶剂泵齿轮箱252的输入256附接行星齿轮系统262或以其他方式整合进该行星齿轮系统中，该行星齿轮系统可包括多个单独的行星齿轮。当系统被构造成提供输入-输出齿轮比的变化时，环形齿轮261可移除地固定到外壳。太阳齿轮263通过行星齿轮系统262旋转以产生到活塞的输出253。如果要使输出速度最大化并且要使最大输出扭矩最小化，则该实施方案可能是特别有益的。
图8B描绘了根据一个实施方案的溶剂泵齿轮箱352的示意图。溶剂泵齿轮箱352包括外壳360、环形齿轮361、行星齿轮系统362和太阳齿轮363。输入356向行星齿轮系统提供旋转运动输入，并且输出353将旋转运动输出载送到泵系统的活塞（未示出）。溶剂泵齿轮箱352可代替上文所述的溶剂泵齿轮箱52，并且结合到泵送系统20和任何类型的适当或期望的液相色谱系统中。
该实施方案示出了附接到行星齿轮系统的不同特征部的输入356和输出353。具体地，该实施方案中的输入356附接到外环齿轮361，该外环齿轮被构造成旋转。太阳齿轮363可移除地固定外壳360。行星齿轮系统362被构造成在固定太阳齿轮363和旋转外环齿轮361之间旋转，以产生到活塞的输出353。如果期望最小扭矩为高并且期望最小输出速度为低，则该实施方案可为特别有益的。
图8C描绘了根据一个实施方案的溶剂泵齿轮箱452的示意图。溶剂泵齿轮箱452包括外壳460、环形齿轮461、行星齿轮系统462和太阳齿轮463。输入456向行星齿轮系统提供旋转运动输入，并且输出453将旋转运动输出载送到泵系统的活塞（未示出）。溶剂泵齿轮箱452可代替上文所述的溶剂泵齿轮箱52，并且结合到泵送系统20和任何类型的适当或期望的液相色谱系统中。
该实施方案还示出了附接到行星齿轮系统的不同特征部的输入456和输出453。具体地，该实施方案中的输入456附接到行星齿轮系统462，该行星齿轮系统被构造成旋转。太阳齿轮463可移除地固定外壳460。环形齿轮461被构造成旋转以产生到活塞的输出453。如果期望最小速度为高并且期望最小扭矩为低，则该实施方案可为特别有益的。
图8D描绘了根据一个实施方案的溶剂泵齿轮箱552的示意图。溶剂泵齿轮箱552包括外壳560、环形齿轮561、行星齿轮系统562和太阳齿轮563。输入556向行星齿轮系统提供旋转运动输入，并且输出553将旋转运动输出载送到泵系统的活塞（未示出）。溶剂泵齿轮箱552可代替上文所述的溶剂泵齿轮箱52，并且结合到泵送系统20和任何类型的适当或期望的液相色谱系统中。
该实施方案还示出了附接到行星齿轮系统的不同特征部的输入556和输出553。具体地，该实施方案中的输入556附接到太阳齿轮563，该太阳齿轮被构造成旋转。行星齿轮系统562可移除地固定到外壳560。在该实施方案中，外壳560可被构造成允许行星齿轮系统562的行星齿轮在固定且不可移动的轴线上自由转动或旋转。因此，外壳560可防止行星齿轮系统562的行星齿轮围绕太阳齿轮563旋转。在该实施方案中，环形齿轮561被构造成旋转以产生到活塞的输出553。该实施方案可特别有益于低速和高扭矩操作要求。
图8E描绘了根据一个实施方案的溶剂泵齿轮箱652的示意图。溶剂泵齿轮箱652包括外壳660、环形齿轮661、行星齿轮系统662和太阳齿轮663。输入656向行星齿轮系统提供旋转运动输入，并且输出653将旋转运动输出载送到泵系统的活塞（未示出）。溶剂泵齿轮箱652可代替上文所述的溶剂泵齿轮箱52，并且结合到泵送系统20和任何类型的适当或期望的液相色谱系统中。
该实施方案还示出了附接到行星齿轮系统的不同特征部的输入656和输出653。具体地，该实施方案中的输入656附接到环形齿轮661，该环形齿轮被构造成旋转。行星齿轮系统662可移除地固定到外壳660。在该实施方案中，外壳660可被构造成允许行星齿轮系统662的行星齿轮在固定且不可移动的轴线上自由转动或旋转。因此，外壳660可防止行星齿轮系统662的行星齿轮围绕太阳齿轮663旋转。在该实施方案中，太阳齿轮663被构造成旋转以产生到活塞的输出653。该实施方案可特别有益于高速和低扭矩操作要求。
虽然图8A至图8E所示的以上示意性实施方案描绘了单级系统，但本发明的实施方案可应用于具有两个级、三个级、四个级、五个级、六个级等的齿轮箱。级数越大，齿轮箱可提供越多可能的输入-输出齿轮比。如果例如使用具有小的最佳输出范围的马达，则这可能是特别有利的，该小的最佳输出范围需要非常接近于相同的速度运行以保持分辨率、精度或效率。
还设想了使用泵送系统诸如泵送系统20在液相色谱系统诸如液相色谱系统10中泵送溶剂的方法。在一个实施方案中，在液相色谱系统中泵送溶剂的方法可包括提供液相色谱溶剂泵，该液相色谱溶剂泵包括联接马达（诸如马达50）以及至少一个活塞（诸如活塞54、55）的可变输出驱动系统（诸如可变输出驱动系统51）。可变输出驱动系统可包括齿轮箱（诸如齿轮箱52），该齿轮箱被构造成在来自马达的输入（诸如输入56）与递送到至少一个活塞的输出（诸如输出53）之间提供非等比率。该方法可包括在来自马达的输入与递送到至少一个活塞的输出之间将输出从相等比率改变为非等比率。该方法还可包括由至少一个活塞以至少部分地由输出确定的流速在液相色谱系统中递送溶剂流。该方法可包括在分析液相色谱系统中使用液相色谱溶剂泵，以及在制备液相色谱系统中使用液相色谱溶剂泵。该方法可包括在齿轮箱中提供第一级的行星齿轮。该方法可包括由马达向第一级的行星齿轮的太阳齿轮（诸如太阳齿轮63、163）提供输入。该方法可包括由支架提供通过多个行星齿轮（诸如行星齿轮系统62、162、172中的一者）的输出（诸如输出53、153、157中的一者）。
该方法可包括使环形齿轮（诸如环形齿轮61、161、171）与固定外壳（诸如外壳60、160）接合，以防止环形齿轮的旋转，使得在来自马达的输入与递送到至少一个活塞的输出之间存在第一比率。该方法可包括使环形齿轮与固定外壳脱离接合，以提供环形齿轮围绕固定外壳的自由旋转，使得在来自马达的输入与递送到至少一个活塞的输出之间存在第二比率。该方法可包括在齿轮箱中提供第二级的行星齿轮。该方法可包括由第二支架（诸如输出157）向第二太阳齿轮（诸如第二太阳齿轮173）提供输入。该方法可包括由第二支架向活塞或第三级齿轮的第三太阳齿轮提供输出。该方法可包括使环形齿轮和第二环形齿轮选择性地且独立地与固定外壳接合，以选择性地且独立地防止环形齿轮和第二环形齿轮的旋转。该方法还可包括使环形齿轮和第二环形齿轮选择性地且独立地与固定外壳脱离接合，以选择性地且独立地允许环形齿轮和第二环形齿轮围绕固定外壳自由旋转。
虽然本文出于说明的目的描述了本发明的实施方案，但许多修改和更改对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。因此，所附权利要求书旨在涵盖落入本发明的真实实质和范围内的所有此类修改和更改。
对本发明的各种实施方案的描述是为了进行示意性的说明，但并非旨在穷举或限于所公开的实施方案。在不脱离所述实施方案的范围和实质的情况下，许多修改和变型对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。选择本文所用的术语是为了最好地解释实施方案的原理、相对于市场上存在的技术的实际应用或技术改进，或者使得本领域的其他普通技术人员能够理解本文所公开的实施方案。

Claims (20)

1.一种液相色谱溶剂泵，所述液相色谱溶剂泵包括：
马达；
第一活塞；
第二活塞；
可变输出驱动系统，所述可变输出驱动系统将所述马达联接到所述第一活塞和所述第二活塞中的至少一者，所述可变输出驱动系统包括齿轮箱，所述齿轮箱被构造成在来自所述马达的输入与递送到所述第一活塞和所述第二活塞中的至少一者的输出之间提供非等比率，
其中所述第一活塞和所述第二活塞被构造成在液相色谱系统中递送溶剂流。
2.根据权利要求1所述的液相色谱溶剂泵，其中所述第一活塞是主活塞，并且所述第二活塞是蓄能器活塞。
3.根据权利要求1所述的液相色谱溶剂泵，其中所述齿轮箱包括齿轮级，所述齿轮级包括：
太阳齿轮；
多个行星齿轮，所述多个行星齿轮与所述太阳齿轮啮合并围绕所述太阳齿轮，并且被构造成围绕所述太阳齿轮旋转；和
环形齿轮，所述环形齿轮与所述多个行星齿轮啮合并围绕所述多个行星齿轮，其中所述多个行星齿轮被构造成在所述环形齿轮内旋转。
4.根据权利要求3所述的液相色谱溶剂泵，所述液相色谱溶剂泵还包括支架，所述支架连接所述多个行星齿轮，其中所述马达向所述太阳齿轮提供输入，其中所述支架包括来自所述多个行星齿轮的输出。
5.根据权利要求4所述的液相色谱溶剂泵，其中所述支架向所述第一活塞和所述第二活塞中的至少一者提供所述输出。
6.根据权利要求4所述的液相色谱溶剂泵，其中所述齿轮箱还包括：
固定外壳，所述固定外壳被构造成与所述环形齿轮接合，以防止所述环形齿轮的旋转，其中所述环形齿轮被构造成与所述固定外壳脱离接合，以提供所述环形齿轮围绕所述固定外壳的自由旋转。
7.根据权利要求4所述的液相色谱溶剂泵，所述液相色谱溶剂泵还包括第二级齿轮，所述第二级齿轮包括：
第二太阳齿轮；
第二多个行星齿轮，所述第二多个行星齿轮与所述第二太阳齿轮啮合并围绕所述第二太阳齿轮，并且被构造成围绕所述第二太阳齿轮旋转；
第二环形齿轮，所述第二环形齿轮与所述第二多个行星齿轮啮合并围绕所述第二多个行星齿轮，其中所述第二多个行星齿轮被构造成在所述第二环形齿轮内旋转；和
第二支架，所述第二支架连接所述第二多个行星齿轮，其中所述支架向所述第二太阳齿轮提供输入；并且其中所述第二支架向所述第一活塞、所述第二活塞和第三级齿轮的第三太阳齿轮中的至少一者提供输出。
8.根据权利要求7所述的液相色谱溶剂泵，所述液相色谱溶剂泵还包括固定外壳，所述固定外壳被构造成与所述环形齿轮和所述第二环形齿轮接合，以选择性地且独立地防止所述环形齿轮和所述第二环形齿轮的旋转，其中所述环形齿轮和所述第二环形齿轮各自被构造成选择性地且独立地与所述固定外壳脱离接合，以提供所述环形齿轮和所述第二环形齿轮围绕所述固定外壳的选择性自由旋转。
9.根据权利要求1所述的液相色谱溶剂泵，其中所述可变输出驱动系统、所述第一活塞和所述第二活塞被构造成以一定速率和准确度递送所述流，使得能够在分析液相色谱系统和制备液相色谱系统两者中使用所述液相色谱溶剂泵。
10.根据权利要求1所述的液相色谱溶剂泵，其中所述齿轮箱被构造成在来自所述马达的输入与递送到所述第一活塞和所述第二活塞中的至少一者的输出之间提供相等比率，并且其中所述相等比率和所述非等比率能够由所述液相色谱溶剂泵的操作者选择。
11.一种在液相色谱系统中泵送溶剂的方法，所述方法包括：
提供液相色谱溶剂泵，所述液相色谱溶剂泵包括联接马达和至少一个活塞的可变输出驱动系统，所述可变输出驱动系统包括齿轮箱，所述齿轮箱被构造成在来自所述马达的输入与递送到所述至少一个活塞的输出之间提供非等比率；以及
在来自所述马达的所述输入与递送到所述至少一个活塞的所述输出之间将所述输出从相等比率改变为所述非等比率。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括由所述至少一个活塞以至少部分地由所述输出确定的流速在液相色谱系统中递送溶剂流。
13.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
在分析液相色谱系统中使用所述液相色谱溶剂泵；以及
在制备液相色谱系统中使用所述液相色谱溶剂泵。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述齿轮箱包括齿轮级，所述齿轮级包括：
太阳齿轮；
多个行星齿轮，所述多个行星齿轮与所述太阳齿轮啮合并围绕所述太阳齿轮，并且被构造成围绕所述太阳齿轮旋转；
环形齿轮，所述环形齿轮与所述多个行星齿轮啮合并围绕所述多个行星齿轮，其中所述多个行星齿轮被构造成在所述环形齿轮内旋转；
支架，所述支架连接所述多个行星齿轮；和
固定外壳，
所述方法还包括：
由所述马达向所述太阳齿轮提供输入；以及
由所述支架提供通过所述多个行星齿轮的输出。
15.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括使所述环形齿轮与所述固定外壳接合，以防止所述环形齿轮的旋转，使得在来自所述马达的所述输入与递送到所述至少一个活塞的所述输出之间存在第一比率。
16.根据权利要求15所述的方法，所述方法还包括使所述环形齿轮与所述固定外壳脱离接合，以提供所述环形齿轮围绕所述固定外壳的自由旋转，使得在来自所述马达的所述输入与递送到所述至少一个活塞的所述输出之间存在第二比率。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述齿轮箱还包括第二级齿轮，所述第二级齿轮包括：
第二太阳齿轮；
第二多个行星齿轮，所述第二多个行星齿轮与所述第二太阳齿轮啮合并围绕所述第二太阳齿轮，并且被构造成围绕所述第二太阳齿轮旋转；
第二环形齿轮，所述第二环形齿轮与所述第二多个行星齿轮啮合并围绕所述第二多个行星齿轮，其中所述第二多个行星齿轮被构造成在所述第二环形齿轮内旋转；和
第二支架，所述第二支架连接所述第二多个行星齿轮，
所述方法还包括：
由所述支架向所述第二太阳齿轮提供输入；以及
由所述第二支架向所述第一活塞、所述第二活塞和第三级齿轮的第三太阳齿轮中的至少一者提供输出。
18.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括使所述环形齿轮和所述第二环形齿轮选择性地且独立地与所述固定外壳接合，以选择性地且独立地防止所述环形齿轮和所述第二环形齿轮的旋转。
19.根据权利要求18所述的方法，所述方法还包括使所述环形齿轮和所述第二环形齿轮选择性地且独立地与所述固定外壳脱离接合，以选择性地且独立地允许所述环形齿轮和所述第二环形齿轮围绕所述固定外壳自由旋转。
20.一种液相色谱系统，所述液相色谱系统包括：
溶剂递送系统，所述溶剂递送系统包括；
泵，所述泵包括：
马达；
第一活塞；
第二活塞；和
可变输出驱动系统，所述可变输出驱动系统将所述马达联接到所述第一活塞和所述第二活塞中的至少一者，所述可变输出驱动系统包括齿轮箱，所述齿轮箱被构造成在来自所述马达的输入与递送到所述第一活塞和所述第二活塞中的至少一者的输出之间提供非等比率，
其中所述第一活塞和所述第二活塞被构造成在液相色谱系统中递送溶剂流；
样品递送系统，所述样品递送系统与所述溶剂递送系统流体连通；
液相色谱柱，所述液相色谱柱位于所述溶剂递送系统和所述样品递送系统下游；和
检测器，所述检测器位于所述液相色谱柱下游。
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