CN112740028A - 连续可变输出液相色谱泵驱动器 - Google Patents

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M·埃格森
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Abstract

本发明提供了一种液相色谱溶剂泵，该液相色谱溶剂泵包括至少一个马达、第一活塞、第二活塞和连续可变输出驱动系统，该连续可变输出驱动系统将至少一个马达联接到第一活塞和第二活塞中的至少一者。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

连续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“Continuously Variable OutputLiquid Chromatography Pump Drive”的美国临时专利申请号62/732,635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系统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的使用和组装方法。
发明内容
在一个实施方案中，液相色谱溶剂泵包括：至少一个马达；第一活塞；第二活塞；和连续可变输出驱动系统，该连续可变输出驱动系统将至少一个马达联接到第一活塞和第二活塞中的至少一者，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，连续可变输出驱动系统包括齿轮箱，该齿轮箱被构造成在来自至少一个马达的至少一个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连续可变输出比。
除此之外或另选地，至少一个马达为第一马达和第二马达。
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，第一马达和第二马达被构造成在不反转方向的情况下操作第一活塞和第二活塞中的至少一者。
除此之外或另选地，第一马达被构造成向环形齿轮提供输入，并且其中第二马达被构造成向太阳齿轮提供输入。
除此之外或另选地，液相色谱溶剂泵还包括第二级齿轮，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，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，第一活塞是主活塞，并且其中第二活塞是蓄能器活塞，并且其中连续可变输出驱动系统将至少一个马达联接到蓄能器活塞。
除此之外或另选地，连续可变输出驱动系统、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，连续可变输出驱动系统、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，使得能够在具有大于或等于1.5mm的色谱柱的液相色谱系统和具有小于或等于0.4mm的色谱柱的系统中使用液相色谱溶剂泵。
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递送等于或大于1500微升/分钟且等于或小于1微升/分钟的准确流速。
除此之外或另选地，液相色谱溶剂泵还包括连接多个行星齿轮的支架，其中支架包括来自多个行星齿轮的输出。
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至少一个马达和至少一个活塞的连续可变输出驱动系统，该连续可变输出驱动系统包括齿轮箱；以及连续地改变从齿轮箱到至少一个活塞的输出。
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，该液相色谱溶剂泵还包括：第一马达；和第二马达，并且其中齿轮箱还包括：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，该方法还包括：利用第一马达向环形齿轮提供输入；以及利用第二马达向太阳齿轮提供输入。
除此之外或另选地，该液相色谱溶剂泵还包括：第一马达；和第二马达，并且其中齿轮箱还包括：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，该方法还包括：利用第一马达和第二马达在不通过第一马达和第二马达反转方向的情况下操作第一活塞和第二活塞中的至少一者。
除此之外或另选地，该方法还包括：由至少一个活塞在具有大于或等于1.5mm的色谱柱的液相色谱系统中递送溶剂流；以及由至少一个活塞在具有小于或等于0.4mm的色谱柱的液相色谱系统中递送溶剂流。
除此之外或另选地，该方法还包括：由至少一个活塞以大于或等于1500微升/分钟的速率递送溶剂流；以及由至少一个活塞以小于或等于1微升/分钟的速率递送溶剂流。
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：至少一个马达；第一活塞；第二活塞；和连续可变输出驱动系统，该连续可变输出驱动系统将至少一个马达联接到第一活塞和第二活塞，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3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示意图。
图4描绘了根据一个实施方案的图1的泵送系统的透视图。
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溶剂泵齿轮箱的示意图。
图7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，该泵驱动系统包括一个或多个马达、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。在一些实施方案中，可提供两个马达：一个马达可向太阳齿轮、行星齿轮或环形齿轮提供第一输入，并且另一个马达可向太阳齿轮、行星齿轮或环形齿轮中的另一者提供第二输入。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。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。两个马达可独立地操作以在宽范围内提供连续可变输出。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在宽的连续范围内以各种显著不同的流速实现高准确度和流动分辨率。
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包括连续可变输出驱动系统51，该连续可变输出驱动系统包括第一马达50a、第二马达50b、将第一马达50a连接到齿轮箱52的第一输入端56a、以及将第二马达50b连接到齿轮箱52的第二输入端56b。齿轮箱52连接到输出端53，该输出端连接到蓄能器活塞54和主活塞55。在本文中，“连续可变的”意指包括无级改变输入-输出齿轮比的能力的驱动系统、离合器等，从而提供在一系列有效齿轮比之间无缝改变的能力。连续可变驱动系统51可能包括离合器以适应某些功能，但无论实施方案如何，可以不利用任何提供的一个或多个离合器的方式改变连续可变驱动系统51的齿轮比，如下文所述。另外，齿轮箱52的输出端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。
连续可变输出驱动系统51可被构造成为输出端53提供大的连续多个输出比和旋转速度。与马达50a、50b被构造成通过直接输出提供相比，这种大的连续多个输出比和旋转速度可提供大得多的工作输出范围。例如，马达50a、50b可被构造成各自提供介于50rpm和200rpm之间的工作输出范围。在该范围之外，马达50a、50b可能效率低下，提供较差或不可接受的准确度、精度、分辨率等。在由马达提供的旋转速度的该150rpm范围的情况下，连续可变驱动系统51可被构造成例如在马达50a、50b的工作输出范围内提供低至1rpm且高达1500rpm的rpm。
输出端53的旋转速度可取决于来自第一马达50a的第一输入端56a的旋转速度和来自第二马达50b的第二输入端56b的旋转速度。输出端53的连续范围可取决于第一马达50a的第一输入端56a和来自第二马达50b的第二输入端56b的工作范围。例如，第一马达50a和第二马达50b可各自包括介于50转/分钟（rpm）和200转/分钟（rpm）之间的理想工作旋转速度范围。
输出端53被示出为从齿轮箱延伸，并且被构造成将来自第一马达50a和第二马达50b以及齿轮箱52的旋转运动转换成用于驱动蓄能器54和主活塞55的线性运动。在一个实施方案中，输出端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，输出端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。输出端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。输出端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的输出端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3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。第一输入端56a被构造成向环形齿轮62提供旋转运动，而第二输入端56b被构造成向太阳齿轮63提供旋转运动。行星齿轮系统62可附接或以其他方式连接到输出端53。因此，无论行星齿轮系统62的旋转速度如何，都可以是齿轮箱52的旋转输出端63。
在该实施方案中，外壳60为固定外壳。外壳60被构造成在环形齿轮62与外壳60啮合时防止环形齿轮62的运动。当外壳60变得与环形齿轮62啮合、接合或以其他方式附接到该环形齿轮时，防止环形齿轮62运动。当齿轮箱52的期望或需要的输出端53在马达50a、50b中的一者的理想工作旋转速度范围内时，这在操作环境中可能是期望的。当与环形齿轮62接合时，外壳60将齿轮箱52转换成单输入齿轮箱，该单输入齿轮箱使驱动马达50a、50b中的单个马达处于操作状态并且驱动齿轮箱62。在这种状态下，齿轮箱52在输入端56b和输出端53之间提供单个输入-输出齿轮比。
在其他操作实施方案中，可使输入56a为零，而不将外壳60附接或接合到环形齿轮61。在这种状态下，离合器或其他保持机构可保持行星齿轮系统62相对于太阳齿轮63固定。在这种状态下，齿轮箱52在输入端56b和输出端53之间提供1:1的输入与输出齿轮比：通过第二输入端56b的太阳齿轮63的旋转提供与行星齿轮系统62和环形齿轮61中的每一者的等效旋转。
在所示的实施方案中，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，由来自第一马达50a的第一输入端56a提供的环形齿轮61的旋转速度，以及由来自第二马达50b的第二输入端56b提供的太阳齿轮63的旋转速度：
Ωplanet = (Ωsun (nsun) + Ωring (nring)) / (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和输出端53的旋转速度可与太阳齿轮61和环形齿轮63的输入速度不同。输出端53可以高精度被调制为系统工作范围内的任何特定输出旋转速度。
如图3所示，输出端53附接到行星齿轮系统62。输出端53可为提供旋转运动的任何支架界面。例如，输出端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，输出端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端53的凸轮轴。无论实施方案如何，输出端53均可采取行星齿轮围绕太阳齿轮63的旋转，并且以可被转换为活塞54、55的线性运动的方式提供该旋转运动。
在一个实施方案中，齿轮箱52可被构造成提供输出比，该输出比能够促进泵送系统20的操作，该泵送系统具有不同直径的柱的液相色谱系统。例如，齿轮箱52可被构造成提供输出比，该输出比能够促进泵送系统20操作，该泵送系统具有直径为2.1毫米、1毫米、0.3毫米和/或0.15毫米的柱。为了适应这四个系统中的每一者所需的输出范围的分布，齿轮箱52可被构造成提供跨度在单个马达输入的1:1至单个马达输入的约1:1080或更大之间的输出比。为了适应2.1毫米柱和1毫米柱中的每一者所需的输出范围的分布，齿轮箱52可被构造成提供跨度在单个马达输入的1:1至单个马达输入的约1:9或更大之间的输出比。为了适应2.1毫米系统、1毫米柱和0.3毫米柱中的每一者所需的输出范围的分布，齿轮箱52可被构造成提供跨度在单个马达输入的1:1至单个马达输入的约1:405或更大之间的输出比。在上述示例的每一个中，齿轮箱52可被构造成在由齿轮箱52提供的工作范围内提供许多输出比。例如，在跨度范围在1:1至1:9之间的情况下，齿轮箱52还可被构造成提供1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9的单独附加输出比。齿轮箱52可具有足够的设置，使得可提供跨度介于1.1和1.9之间的数百或甚至数千的输出比。因此，齿轮箱52可提供泵送系统20可在多个不同柱上可操作但不改变马达50的能力。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分布。
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，同时还被构造成以准确的方式递送等于或小于1微升/分钟的流体流速，同时能够递送该范围内的连续可变流速。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，同时还被构造成以高精度方式递送等于或小于5微升/分钟的流体流速，同时能够递送该范围内的连续可变流速。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，同时还被构造成以高精度方式递送等于或小于2微升/分钟的流体流速，同时能够递送该范围内的连续可变流速。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。具体地讲，泵送系统20被构造成通过改变由两个马达50a、50b提供的输入速度来提供最小流速与最大流速之间的连续工作流速范围。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50a、50b中的每秒最大转数可各自为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50a、50b可各自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。
图4描述了根据一个实施方案的泵送系统20的透视图，该泵送系统包括第一电机50a和第二电机50b中的每一者。在所示的实施方案中，两个马达50a、50b各自为具有重复的工作输出范围、输出功率、扭矩等的重复马达。然而，设想的其他实施方案包括两个马达50a、50b是不同的并且具有不同的工作输出范围、输出功率、扭矩等。
第一马达50a和第二马达50b可被构造成在不反转方向的情况下操作泵送系统20中的蓄能器活塞54和/或主活塞55。例如，马达50a可在第一方向上向第一输入端56a提供旋转速度，并且马达50b可在与第一方向相反的第二方向上向第二输入端56b提供旋转速度，第二输入端56b的反向旋转的减慢和加速可提供输出端53的旋转方向的切换，但不改变输入端56a、56b或马达50a、50b的方向。这可防止齿隙并改善齿轮箱52的各种齿轮的齿的寿命。在其他实施方案中，输入端56a、56b和马达50a、50b两者可被构造成在相同旋转方向上提供旋转输入。
虽然该实施方案示出了附接到环形齿轮61的第一马达50a和第一输入端56a以及附接到太阳齿轮63的第二马达和第二输入端56b。具体地，第一输入端56a在与驱动齿轮57相同的轴线上示出。驱动齿轮57可与惰轮58啮合。惰轮58可被构造成改变环形齿轮61的方向，使得环形齿轮61在与驱动齿轮57相同的方向上旋转。在一些实施方案中，惰轮58可被构造成相对于驱动齿轮57具有不同的齿数。在所示的实施方案中，惰轮58包括与驱动齿轮58相同的齿数。在该实施方案中，输出端53（图4中未示出）可附接到行星齿轮系统62。在其他实施方案中，输入端56a、56b可附接到环形齿轮61、行星齿轮系统62和太阳齿轮63中的任两者，而输出端53可附接到第三者。例如，输入端56a、56b可附接到环形齿轮61，并且行星齿轮系统62和输出端53可附接到太阳齿轮63。输入端56a、56b可附接到太阳齿轮63和行星齿轮系统62，并且输出端53可附接到环形齿轮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端53的插针（未示出）。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4示出了附接到环形齿轮61的第一输入端56a和附接到太阳齿轮63的第二输入端56b，输入端56a、56b可以分别通过马达50a、50b的输出的操作产生环形齿轮61和太阳齿轮63的强制旋转的任何方式附接。输入端56a、56b是齿轮箱52的输入，但也可分别被认为是马达50a、50b的输出。
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被示为与外壳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。
在所示实施方案中，第一输入端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，输入端56直接连接到太阳齿轮63，并且输出端157连接到行星齿轮系统62，其中环形齿轮62被固定。输出端157不驱动活塞54、55，而是充当第二行星齿轮级的输入端。
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，输出端153连接到第二行星齿轮系统172。该输出端153可为提供给活塞54、55的输出。
外壳160是固定外壳，并且还可围绕第二环形齿轮172。然而，所示的示意图不包括连接到第二环形齿轮172的外壳160。外壳160可以为结构保护外壳，但可不被构造成与环形齿轮161、171、行星齿轮系统162、172或太阳齿轮163、173在功能上集成以防止其旋转。然而，在其他实施方案中，第一环形齿轮161和第二环形齿轮171中的一者或两者可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。
两级溶剂泵齿轮箱152还包括第二输入端156b，该第二输入端附接到、连接到或以其他方式向第二级的第二环形齿轮171提供旋转扭矩。在其他实施方案中，第二输入端156b可附接到、连接到第一环形齿轮161或以其他方式向该第一环形齿轮提供旋转扭矩。如在上文所述的泵送系统20中，第一输入端156a和第二输入端156b的旋转速度可以为可独立控制的。第一输入端156a可被构造成在第一旋转方向上提供旋转，而第二输入端156b可被构造成在相反的第二旋转方向上提供旋转。在其他实施方案中，两个输入端156a、156b可被构造成在相同旋转方向上提供旋转输入。
图6和图7示出了可提供的溶剂泵齿轮箱的各种示意图。相对于这些系统，可通过将输入端和输出端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两级系统示出，但这些变型形式也适用于其他多级系统。
图6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、第一级行星齿轮，该第一级行星齿轮包括第一环形齿轮261、第一行星齿轮系统262和第一太阳齿轮263。溶剂泵齿轮箱252包括第二级行星齿轮，该第二级行星齿轮包括第二环形齿轮271、第二行星齿轮系统272和第二太阳齿轮273。第一输入端256a向第一级行星齿轮提供旋转运动输入，并且第二输入端256b向第二级行星齿轮提供旋转运动输入，而输出端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152或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152不同，溶剂泵齿轮箱252的第一输入端256a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。此处，输出支架257接收来自第一级的第一太阳齿轮263的输入，并且向第二级的第二环形齿轮271提供该旋转运动。第二输入端256b应用于第二级的第二太阳齿轮273。当系统的第一级被构造成提供输入-输出齿轮比的变化时，环形齿轮261可移除地固定到外壳260。行星齿轮系统253基于施加到第二环形齿轮271和第二太阳齿轮273的输入旋转运动而旋转，以产生到液相色谱溶剂泵系统的活塞的输出253。
图7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、第一级行星齿轮，该第一级行星齿轮包括第一环形齿轮361、第一行星齿轮系统362和第一太阳齿轮363。溶剂泵齿轮箱352包括第二级行星齿轮，该第二级行星齿轮包括第二环形齿轮371、第二行星齿轮系统372和第二太阳齿轮373。第一输入端356a向第一级行星齿轮提供旋转运动输入，并且第二输入端356b向第二级行星齿轮提供旋转运动输入，而输出端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152或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152不同，溶剂泵齿轮箱352的第一输入端356a附接第一环形齿轮361或以其他方式整合进该第一环形齿轮中。此处，输出支架357接收来自第一级的第一行星齿轮系统362的其输入，并且向第二级的第二环形齿轮371提供该旋转运动。第二输入端356b应用于第二级的第二太阳齿轮373。当系统的第一级被构造成提供输入-输出齿轮比的变化时，太阳齿轮363可移除地固定到外壳360。行星齿轮系统353基于施加到第二环形齿轮371和第二太阳齿轮373的输入旋转运动而旋转，以产生到液相色谱溶剂泵系统的活塞的输出353。
虽然图6和图7中示出的上述示意性实施方案描述了示例性两级系统，但设想到任何双输入到单输出的两个行星齿轮级齿轮箱系统。另外，可以设想的是，两个输入端附接到第一级的两个行星部件，而通过输出支架（诸如输出支架157、257、357）向第二级提供单个输入和单个输出。此外，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。如果例如使用各自具有小的最佳输出范围的两个马达，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。
在另一个实施方案中，可提供仅使用单个马达的连续可变输出驱动系统。此类连续可变输出驱动系统可包括可变直径滑轮或带，例如，其驱动来自单个输入的连续可变输出。另外，设想的其他实施方案可包括泵系统，该泵系统包括单个活塞，而不是两个活塞。此外，还设想到具有多于两个马达的实施方案，诸如用于多于一个级的齿轮。
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系统，该液相色谱溶剂泵系统包括联接至少一个马达诸如第一马达50a和第二马达50b以及至少一个活塞诸如主活塞55和蓄能器活塞54的连续可变输出驱动系统诸如连续可变输出驱动系统51，该连续可变输出驱动系统包括齿轮箱，诸如齿轮箱52。方法还可包括连续地改变从齿轮箱到至少一个活塞的输出。
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。另外，方法可包括在分析液相色谱系统中使用液相色谱溶剂泵，并且还在制备液相色谱系统中使用液相色谱溶剂泵。
方法还可包括利用第一马达诸如第一马达50a向环形齿轮诸如环形齿轮61提供输入诸如第一输入56a，以及利用第二马达诸如第二马达50b向太阳齿轮诸如太阳齿轮63提供输入诸如第二输入56b。
方法还可包括利用第一马达诸如第一马达50a和第二马达诸如第二马达50b在不通过第一马达和第二马达反转方向的情况下操作第一活塞和第二活塞诸如活塞54、55中的至少一者。
方法还可包括由至少一个活塞在具有大于或等于1.5mm的色谱柱的液相色谱系统中递送溶剂流，以及由至少一个活塞在具有小于或等于0.4mm的色谱柱的液相色谱系统中递送溶剂流。
方法还可包括由至少一个活塞以大于或等于1500微升/分钟的速率递送溶剂流，以及由至少一个活塞以小于或等于1微升/分钟的速率递送溶剂流。
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：
至少一个马达；
第一活塞；
第二活塞；和
连续可变输出驱动系统，所述连续可变输出驱动系统将所述至少一个马达联接到所述第一活塞和所述第二活塞中的至少一者，
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，其中所述连续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至少一个马达的至少一个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连续可变输出比。
3.根据权利要求2所述的液相色谱溶剂泵，其中所述至少一个马达为第一马达和第二马达。
4.根据权利要求3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。
5.根据权利要求4所述的液相色谱溶剂泵，其中所述第一马达和所述第二马达被构造成在不反转方向的情况下操作所述第一活塞和所述第二活塞中的至少一者。
6.根据权利要求4所述的液相色谱溶剂泵，其中所述第一马达被构造成向所述环形齿轮提供输入，并且其中所述第二马达被构造成向所述太阳齿轮提供输入。
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，并且其中所述第二活塞是蓄能器活塞，并且其中所述连续可变输出驱动系统将所述至少一个马达联接到所述蓄能器活塞。
9.根据权利要求1所述的液相色谱溶剂泵，其中所述连续可变输出驱动系统、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，其中所述连续可变输出驱动系统、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，使得能够在具有大于或等于1.5mm的色谱柱的液相色谱系统和具有小于或等于0.4mm的色谱柱的系统中使用所述液相色谱溶剂泵。
11.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递送等于或大于1500微升/分钟且等于或小于1微升/分钟的准确流速。
12.根据权利要求6所述的液相色谱溶剂泵，所述液相色谱溶剂泵还包括连接所述多个行星齿轮的支架，其中所述支架包括来自所述多个行星齿轮的输出。
13. 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至少一个马达和至少一个活塞的连续可变输出驱动系统，所述连续可变输出驱动系统包括齿轮箱；以及
连续地改变从所述齿轮箱到所述至少一个活塞的输出。
14.根据权利要求13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。
15. 根据权利要求13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。
16. 根据权利要求13所述的方法，其中所述液相色谱溶剂泵还包括：
第一马达；和
第二马达，
并且其中所述齿轮箱还包括：
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，
所述方法还包括：
利用所述第一马达向所述环形齿轮提供输入；以及
利用所述第二马达向所述太阳齿轮提供输入。
17. 根据权利要求13所述的方法，其中所述液相色谱溶剂泵还包括：
第一马达；和
第二马达，
并且其中所述齿轮箱还包括：
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，
所述方法还包括：
利用所述第一马达和所述第二马达在不通过所述第一马达和所述第二马达反转方向的情况下操作所述第一活塞和所述第二活塞中的至少一者。
18. 根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括：
由所述至少一个活塞在具有大于或等于1.5mm的色谱柱的液相色谱系统中递送溶剂流；以及
由所述至少一个活塞在具有小于或等于0.4mm的色谱柱的液相色谱系统中递送溶剂流。
19. 根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括：
由所述至少一个活塞以大于或等于1500微升/分钟的速率递送溶剂流；以及
由所述至少一个活塞以小于或等于1微升/分钟的速率递送溶剂流。
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：
至少一个马达；
第一活塞；
第二活塞；和
连续可变输出驱动系统，所述连续可变输出驱动系统将所述至少一个马达联接到所述第一活塞和所述第二活塞，
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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