CN114206503B - 用于电子调节定排量泵中的流量的机构 - Google Patents

Abstract

用于泵和电机的电子角度调节机构总体上包括底座和线性致动器。底座具有安装至电机的上部部分、安装至泵的下部部分以及铰链，铰链用于相对于下底座部分可枢转地移动上底座部分。线性致动器安装在附接板上，附接板还将电机附接至上底座部分。线性致动器可驱动柔性构件或连接至齿轮或蜗杆螺杆，以围绕铰链枢转并且改变上底座部分与下底座部分之间的角度。

Description

用于电子调节定排量泵中的流量的机构

本申请要求于2019年7月31日提交的美国临时专利申请序列第62/881,086号的优先权。

技术领域

本发明涉及用于以精准的流量分配少量流体的泵。具体地，本发明涉及一种对来自泵的流体以低流量分配进行电子调节的机构。

背景技术

无阀泵族在本领域中是已知的，这些无阀泵族在其中心处具有插入驱动电机与泵压头之间的专用安装装置(通常称为底座)。这些底座通常是注塑模制的塑料，并且结合了将上底座部分与下底座部分分离开的活动铰链。通过活动铰链的屈曲，上底座部分可以相对于下底座部分倾斜。上底座部分与下底座部分之间的相对角度决定了每转的泵输出体积。先前在共同所有的美国专利第5,020,980号和第4,941,809号以及美国专利申请公开文献第2016/0245275号中描述了这整个机构，其各自以其全文结合于此。

常规地，用于调节和设定角度的方法是通过与底座的两个部分中的枢转销相接合的调节螺钉来实现的，这两个枢转销被定位在底座的中心轴线的相对两侧上。某些应用需要具有每转相同目标输出的泵。这通过用固定的联动装置替代可调节的螺钉和枢转销来实现。固定连杆(link)由塑料树脂注塑模制，并且用于模制这些连杆的工具允许生产不同的长度，使得可以惯常地生产不同的目标泵排量。在共同所有的美国专利申请公开文献第2016/0245275号中公开了偏心衬套，该偏心衬套提供有调节螺钉和固定连杆的益处的组合。

通过调节上底座部分与下底座部分之间的角度来改变每转输出体积的这些常规方法都需要手动调节。这通常使得常规的泵仅便于以每转单一输出体积使用。

然而，存在对能够电子地调节每转输出体积将是有益的应用。这将允许电子系统调节这些泵而无需手动干预。美国专利第7,708,535号公开了一种用于对底座的角度进行电子调节的方法。然而，该专利中公开的设备使用刚性构件将线性运动转换成角运动。这导致相对于线性运动变化的角运动，当限定调节底座的两个部分之间的角度所需的线性运动时，这导致复杂的关系。

此外，由于将活塞联接至电机轴上的机构的特性，当电机以恒定速度旋转时，输出体积不是恒定流量。相反，通过泵压头的流量是正弦的，其中分配至出口端口的是正弦波的正部分，以及从入口端口的吸入的是正弦波的负部分。

然而，存在分配的正弦特性是不可接受的且恒定流量是所希望的应用。在这些情况下，常规的注射泵通常有利于它可以容易地提供的恒定流量。

还存在使用泵来分配小液量的应用。这有时意味着需要大量时间预充注(prime)从流体源到泵和分配尖端的管线。

在某些情况下，泵用于将流体抽吸到探针尖头中并且将所抽吸的流体的部分分配到其他容器中。定排量泵可以用于通过在相反方向上旋转电机来抽吸的这些情况。然而，由于定排量泵的设计，抽吸体积可能不与校准的分配体积相同。

常规注射泵的另一个缺点是使用线性致动器来移动柱塞以将流体抽入筒中和从筒将流体推出。注射泵的准确度通常与注射器筒的尺寸有关。注射器筒越大，其准确度和精度越低。为了在较小体积分配或抽吸下具有高准确度，必须使用较小的筒。这是由于在注射泵中行进的线性距离的最小可靠增量与正在移动的流体体积相关。随着筒尺寸增大，这种线性距离的增量涉及正在移动的更大体积的流体。

现有技术的泵的又一个缺点涉及需要预充注这种泵。为了尽可能减少预充注时间和限制注射泵的使用，一些系统包括具有注射泵的起动泵。起动泵比注射泵填充管线更快，并且为了增加注射泵的所需维护之间的时间还限制注射泵的使用。

因此，将希望的是提供一种用于远程调节定排量泵的每转输出体积的装置。还希望提供一种能够克服定排量泵的正弦输出的限制并且还能够改变每转输出体积的机构。还希望克服在定排量泵中相对于分配体积改变抽吸体积的问题并且克服与注射泵筒尺寸相关的准确度限制，同时还结合预充注能力。

发明内容

在本发明的第一实施例中，提供了一种用于泵和电机的电子角度调节机构。该机构总体上包括底座、线性致动器和柔性构件。底座具有用于安装电机的电机凸缘、用于安装泵的与电机凸缘相对的泵凸缘以及布置在电机凸缘与泵凸缘之间的铰链或铰链组件。泵凸缘可以一体地成形为附接至泵壳体的套环的一部分，或者可以成形为泵壳体的一部分。线性致动器安装至底座的电机凸缘或泵凸缘之一，并且柔性构件具有附接至线性致动器的近端以及与近端相反的远端，该远端连接至底座的电机凸缘或泵凸缘中的另一个上。当被致动时，线性致动器沿弯曲路径驱动柔性构件，致使电机凸缘和泵凸缘围绕铰链相对于彼此枢转，从而改变电机凸缘与泵凸缘之间的角度。

电子角度调节机构还可以包括凸轮块，凸轮块安装至电机凸缘或泵凸缘之一，其中凸轮块具有用于沿弯曲路径引导柔性构件的弯曲支撑表面。附接板可安装在电机凸缘与电机之间。附接板平行于电机凸缘的面从电机向外延伸，并且附接板被定尺寸为以容纳电子调节机构的安装。优选地，附接板一体地成形为电机凸缘的一部分。弯曲支撑表面具有围绕底座铰链的枢转点的曲率半径，该曲率半径由从枢转点到柔性构件与电机凸缘或泵凸缘中的另一个的连接点的距离来限定。

在第一实施例中，角度调节机构优选地包括邻近凸轮块的滚子轴承。滚子轴承施压柔性构件抵靠在凸轮块的弯曲表面。

柔性构件可以包括弹簧钢材料，使得柔性构件是可弯曲的，以用于将线性致动器的线性运动转换成电机凸缘和泵凸缘相对于彼此的枢转运动。

在本发明的第一实施例的另一个方面中，提供了一种电机和泵组件。电机和泵组件总体上包括底座、电机、泵、线性致动器和柔性构件。底座包括电机凸缘、与电机凸缘相对的泵凸缘以及布置在电机凸缘与泵凸缘之间的铰链。电机安装至底座的电机凸缘，并且电机具有可围绕旋转轴线旋转的轴。泵安装至底座的泵凸缘，并且泵具有活塞，活塞围绕旋转轴线可旋转并且可沿着旋转轴线线性平移，其中，泵活塞耦接至电机轴。线性致动器安装至底座的电机凸缘或泵凸缘之一，并且柔性构件具有附接至线性致动器的近端以及与近端相反的远端，该远端连接至底座的电机凸缘或泵凸缘中的另一个。当被致动时，线性致动器沿弯曲路径驱动柔性构件，致使电机凸缘和泵凸缘围绕铰链相对于彼此枢转，从而改变电机轴的旋转轴线与泵活塞的旋转轴线之间围绕铰链的角度。

在本发明的一个方面中，线性致动器包括驱动杆以及驱动杆耦接器，驱动杆沿着线性轴线可移动，驱动杆耦接器附接至驱动杆的远端，其中柔性构件附接至驱动杆耦接器。在这个方面，线性致动器优选地安装至电机凸缘，并且驱动杆平行于电机轴的旋转轴线延伸。线性致动器可以是DC、AC或无刷DC电机，更优选地是步进电机。

在本发明的另一个方面，提供了一种用于调节电机的电机轴与泵的泵活塞之间的角度取向的方法。方法总体上包括在电机与泵之间提供底座，其中底座包括用于安装电机的电机凸缘、用于安装泵的与电机凸缘相对的泵凸缘以及布置在电机凸缘与泵凸缘之间的铰链组件；以及用线性致动器驱动柔性构件沿弯曲路径抵靠电机凸缘或泵凸缘中的一个，该线性致动器安装在电机凸缘或泵凸缘中的另一个，从而改变电机轴与泵活塞之间围绕铰链组件的角度。

在电子调节机构的第二实施例中，泵和电机与上述的第一实施例中的相同。底座由上底座部分和下底座部分形成，上底座部分和下底座部分通过铰链或铰链组件可枢转地连接，但是使用不同的电子调节机构。在第二实施例中，附接板从电机向外延伸，侧壁向下延伸。电动机，优选地是DC、AC或无刷DC电机，更优选地是步进电机，附接至侧壁的外侧,并且电机轴穿过侧壁。具有多个齿的齿轮附接至电机轴的远端。套环附接至下底座部分。套环围绕下底座部分的外侧配合，并且通过夹具、螺钉、螺栓、粘合剂或其他已知的紧固装置附接。套环还可一体地成形为下底座部分或泵壳体的一部分，并且套环还可具有从外表面的至少一部分向外延伸的凸缘。在套环的一侧上，下底座部分通过铰链附接至上底座部分。与铰链相反地，具有两个平行构件(在其间具有槽)的支架从套环向外延伸。在两个平行构件的远端上，弧形构件附接在两个平行构件之间。弧形构件朝向套环向内弯曲并且具有带有多个齿的凹形表面。齿轮上的多个齿与弧形构件上的多个齿啮合，并且电机控制上底座部分相对于下底座部分的枢转运动。

在电子调节机构的第三实施例中，泵和电机与上述的第一实施例中的相同。底座由上底座部分和下底座部分形成，上底座部分和下底座部分通过铰链或铰链组件可枢转地连接，但是使用不同的电子调节机构。在第三实施例中，附接板从电机向外延伸，侧壁向下延伸。电动机，优选地是DC、AC或无刷DC电机，更优选地是步进电机，附接至构件的外侧，并且电机轴穿过侧壁。具有多个齿的齿轮附接至电机轴的远端。如上所述，套环附接至下底座部分。套环的一侧通过铰链附接至上底座部分。与铰链相反地，具有两个平行构件(在其间具有槽)的支架从套环向外延伸。在两个平行构件的远端上，弧形构件附接在两个平行构件之间。弧形构件背离套环向外弯曲，并且具有带有多个齿的凸形表面。齿轮上的多个齿与弧形构件上的多个齿啮合，并且电机控制上底座部分相对于下底座部分的枢转运动。

在电子调节机构的第四实施例中，泵和电机与上述的第一实施例中的相同。底座由上底座部分和下底座部分形成，上底座部分和下底座部分通过铰链或铰链组件可枢转地连接，但是使用不同的电子调节机构。在第四实施例中，附接板从电机向外延伸。电机，优选DC、AC或无刷DC电机，更优选步进电机，安装在附接板上，电机轴朝向泵穿过板向下延伸。蜗杆螺杆附接至电机轴的远端。如上所述，套环附接至下底座部分。套环的一侧通过铰链组件附接至上底座部分。与铰链组件相反地，具有两个平行构件的支架(具有在两个平行构件之间的槽)从套环向外延伸。在两个平行构件的远端上，弧形构件附接在两个平行构件之间。弧形构件背离套环向外弯曲，并且具有带有多个齿的凸形表面。蜗杆螺杆上的多个齿与弧形构件上的多个齿啮合，并且电机控制上底座部分相对于下底座部分的枢转运动。

因此，本发明利用线性致动器以允许对泵活塞与电机轴之间的角度进行电子调节。线性致动器安装至上底座部分并且可调节地连接至下底座部分。通过本发明，角度是可电子调节的，而不是手动调节的。

通过使活塞平面面向端口并且通过线性致动器来改变角度，泵可以“注射(syringe)”流体并且以接近恒定的流量分配或抽吸。当线性致动器延伸时，这将增加底座的各部分之间的角度，并且泵将穿过活动端口进行抽吸。当线性致动器缩回时，这将减小底座的各部分之间的角度，并且泵将通过活动端口进行分配。

具有电子调节角度的能力，可以手动地或自动地调节角度以在若干的每转输出体积之一下操作。例如，大角度将用于高的每转输出体积，以用于预充注或冲洗流体回路。然后，对于小体积临界分配，角度将被电子地调节到小的角度以达到低的每转输出体积。借助于“注射器”流体的能力，可以实现可预测且准确的抽吸和分配体积。

通过改变活塞平面与活动端口之间的角度，可以实现不同的筒尺寸。这意味着单个泵可以用于以相当于具有大筒尺寸的泵和具有小筒的泵的速率分配流体。

在又一个方面中，本发明可以像常规泵一样使用来预充注流体回路，然后像注射泵一样操作。这消除了对两个单独的泵的需要，并且将注射泵与起动泵组合。

本披露的特征将从结合附图考虑的以下详细说明中变得清楚。然而，应当理解，附图仅被设计为说明而不是作为本公开的限制的定义。

附图说明

图1是根据现有技术的利用可调节流动角硬件的常规电机/泵连接的立体图。

图2是根据现有技术的利用固定连杆的常规电机/泵连接的立体图。

图3是根据现有技术的液体泵的剖视图。

图4是根据本发明第一实施例的利用电子的角度调节机构的电机/泵连接的立体图。

图5是利用图4中所示的电子调节机构的电机/泵连接的主视图。

图6是沿着图5中的线6-6截取的利用电子调节机构的电机/泵连接的剖视图。

图7是根据本发明第二实施例的利用内齿轮的电子的角度调节机构的电机/泵连接的立体图。

图8是根据本发明的第三实施例的利用外齿轮的电子的角度调节机构的电机/泵连接的立体图。

图9是根据本发明的第四实施例的利用蜗杆螺杆的电子的角度调节机构的电机/泵连接的立体图。

具体实施方式

图1示出了通过底座14连接至泵12的常规现有技术电机10。电机10具有围绕旋转轴线旋转的轴，以及泵具有活塞，而且活塞围绕旋转轴线旋转并且还沿旋转轴线的方向平移。电机的轴耦接至泵的活塞，使得电机轴的旋转将引起泵活塞的旋转。而且，通过使泵活塞的旋转轴线相对于电机轴的旋转轴线倾斜，电机轴的旋转还将引起泵活塞以下面还详细描述的方式进行线性平移。在共同拥有的美国专利第4,941,809号和第5,020,980号示出和描述了这种类型的泵和电机支撑布置，出于所有目的其说明书通过引用以其全部内容结合于此。

图1示出了可调节底座14的一个现有技术实施例，该可调节底座包括附接至电机10的凸缘以及附接至泵12的相对的或匹配的凸缘。在两个凸缘之间是柔性活动铰链，柔性活动铰链允许凸缘相对于铰链进行角度枢转。与铰链相反的是两个凸台，在这两个凸台之间设置有可调节流动角硬件。在图1所示的实施例中，可调节流动角硬件是螺钉和螺母布置的形式，螺钉和螺母连接在插入底座的相应凸台中的枢转销之间。螺母相对于螺钉的旋转选择性地延长或缩短凸台的枢转销之间的长度，从而调节电机凸缘相对于泵凸缘的角度。

图2示出了利用底座的现有技术的电机/泵连接的替代实施例，该底座类似于图1所示的底座，但是利用设置在相对的凸台之间的固定连杆。具体地，图2中示出的底座14还包括在柔性欧文铰链的相对侧上的电机安装凸缘和泵安装凸缘。与铰链相反的是相对的凸台，在凸台之间设置固定连杆以设定泵和电机之间的角度。固定连杆的长度是基于由泵产生的所需的体积流量来选择的。在某些应用中，可以提供具有不同长度的各种固定连杆以便在预定范围内调节泵的体积。

现在参见图3，这种现有技术的泵和电机布置如下操作。泵12通常包括泵壳体101和活塞118。泵壳体101包括具有入口端口104和出口端口106的塑料泵罩102。泵罩102限定具有开口端110的圆柱形腔室108。在圆柱形腔室108中接收陶瓷活塞衬套112，该陶瓷活塞衬套112具有中心纵向孔114和与中心纵向孔114连通的横向孔116。横向孔116包括衬套入口端口116a和衬套出口端口116b，衬套入口端口116a与泵罩102的入口端口104流体连通，衬套出口端口116b与泵罩的出口端口106流体连通，使得液体可以以下述方式从衬套入口端口116a泵送穿过衬套到达衬套出口端口116b。

活塞118可在活塞衬套112的中心纵向孔114内轴向且可旋转地滑动。活塞118的一端延伸出泵罩102的开口端110并且包括用于与电机10的轴接合的联轴器120。活塞118在其相对端形成有与泵衬套的横向孔116相邻设置的减压或“切口”部分122。如下所述，减压部分122被设计成引导流体进入和离开泵12。

密封组件124设置在泵罩102的开口端110处以密封活塞118和圆柱形腔室108。密封组件124通过具有中心开口128的压紧螺母126保持在泵罩102的开口端110处以接收活塞118。压紧螺母126通过螺纹连接130附接至泵罩102。

在操作中，电机10驱动活塞118以在活塞衬套112的中心纵向孔114内轴向平移和旋转。为了将液体从入口端口104吸入横向孔116中，活塞118根据需要旋转以使减压部分122与衬套入口端口116a对准。然后，活塞118根据需要被抽回，以将期望体积的液体吸入泵衬套112的中心纵向孔114中。活塞118的抽出在横向孔116的衬套入口端口116a内产生负压，该负压从罩入口端口104吸入液体。然后旋转活塞118以使减压部分122与衬套出口端口116b对准。最后，活塞118被向前驱动所需距离，以迫使液体进入横向孔116的衬套出口端口116b，以产生所需的排出流。

因此，电机轴的每次旋转使泵的活塞旋转。由于泵与电机之间的角度取向，电机轴的每次旋转还使泵活塞在轴向方向上往复运动，以便交替地吸入和推出流体，进而在泵的入口与出口之间传输流体。活塞行程的振幅决定了在泵的入口与出口之间输送的流体的体积。通过改变泵相对于电机的角度，调节活塞的冲程，从而调节在入口与出口之间传输的流体的体积。

在这种现有技术的泵和电机布置中，泵12相对于电机10的角度可以通过底座14调节，以便在电机轴的每次旋转时提供泵的所希望的体积流量。因此，希望提供适于调节泵的轴线和电机轴之间的角度的底座14。

如本文所使用的，“步进电机(stepper motor)”，也称为步进电机(step motor)或步进电机(stepping motor)，是电动机，该电动机在从顺序切换的DC电源驱动时将全轴旋转划分成多个基本上均匀大小的步进。

如本文所使用的，术语“蜗杆传动”是齿轮布置，其中蜗杆(worm)或蜗杆螺杆(wormscrew)与具有多个齿的弧形(即，弯曲的)构件啮合。蜗杆螺杆和弧形构件沿着它们的纵向轴线平行布置并且蜗杆螺杆的螺纹与弧形构件的齿相啮合。蜗杆螺杆沿顺时针方向的旋转致使弧形构件沿第一方向移动，以及蜗杆螺杆沿逆时针方向的旋转致使弧形构件沿相反方向移动。

如本文所使用的，术语“铰链”、“铰链组件”和“活动铰链”是指具有一个或更多个部件的可移动接头或机构，一个或更多个部件连接上底座部分和下底座部分以改变它们的纵向轴线之间的角度关系。

如本文所使用的，术语“活动铰链”是指由初始材料(通常是塑料)的延展制成的一种类型的铰链。活动铰链“桥接件”是充当两个较大塑料区段(即，上底座部分和下底座部分)之间的连接件的塑料的薄区段。优选地，上底座部分和下底座部分以及活动铰链“桥接件”将由一片连续的塑料制成。由于活动铰链非常薄并且通常由柔性塑料制成，因此活动铰链还能够围绕轴旋转180度或更多。

现在参见图4至图6，示出了根据本发明的第一实施例的具有角度调节的线性致动器60的可调节泵和电机组件20。可调节泵和电机组件20包括常规的电机22，常规的电机22通过底座26连接至泵24(定排量泵，如上文参照图3所述)，底座26具有可枢转连接的上底座部分46和下底座部分48。电机22具有连接至主轴联轴器32的轴28，并且轴28使主轴联轴器32围绕旋转轴线旋转。泵24具有活塞30，活塞30还围绕旋转轴线旋转并且还沿其旋转轴线的方向平移。活塞30的一端连接至主轴联轴器32。

电机22的轴28通过主轴联轴器32耦接至泵24的活塞30，使得电机轴28的旋转将致使泵活塞30的旋转。而且，通过使泵活塞30的旋转轴线相对于电机轴28的旋转轴线倾斜，电机轴28的旋转还将引起泵活塞30的线性平移并且增大或减小在活塞30的远端处的腔室35的体积。

泵活塞30的更靠近电机轴28的一端被附接至销34，销34垂直于泵活塞30并且连接至球面轴承36。球面轴承36被保持或抓持在主轴联轴器32的中空部分中。当主轴联轴器32由电机轴28旋转时，球面轴承36和销34组件将主轴联轴器32的旋转运动转化至泵活塞30。主轴联轴器32的旋转使泵活塞30在泵24的缸体38内旋转并且在沿着泵活塞30的轴线的直线方向上往复运动。当泵活塞30线性地移动时，球面轴承36在主轴联轴器32的中空部分中旋转。泵活塞30在180度弧上的往复转动使活塞平面44在面向第一端口40的第一位置与面向第二端口42的第二位置之间切换。在第一位置中，活塞平面44允许流体从第一端口40流入腔室35中。当泵活塞30旋转180度时，第一端口40被关闭并且活塞平面44移动至第二位置并且穿过第二端口42分配来自腔室35的流体。当泵活塞30在缸体38中在相对的第一端口40、第二端口42之间往复地旋转时，活塞平面44一次仅对第一端口40、第二端口42中的一个开放。

对活塞平面44开放的第一端口40、第二端口42中的所述一个被认为是活动端口。往复运动将流体从活动端口吸入并从活动端口推出流体。往复运动和旋转被定时以将流体从一个端口吸入并且将流体从相对的端口推出。优选地，活塞平面44通过在第一端口40、第二端口42之间旋转约180度而往复运动。改变泵活塞30相对于电机轴28保持的角度来调节在泵活塞30的底部处的腔室35中的体积，使得每转的输出体积可以被校准到所希望的输出体积。

还如以上所讨论的，泵活塞30的轴线与电机轴28之间的角度是通过底座26来确定的，底座26具有通过铰链50可枢转地彼此连接的上底座部分46和下底座部分48。上底座部分46具有附接至电机22的电机凸缘52，以及下底座部分48具有泵凸缘54，泵凸缘54保持容纳活塞30和缸体38的泵24的压头。铰链50允许上底座部分46相对于下底座部分48在由图4中的箭头47表示的方向上倾斜。通常，包括上底座部分46和下底座部分48的底座26与活动铰链50一起注塑模制。然而，用销接铰链分开模制这些部分也在本发明的保护范围内。

活塞30延伸至缸体38中并且在活塞30的远端与缸体38的底部之间形成腔室35。腔室35的体积随着活塞30在缸体38中上下行进而改变。调节泵活塞30的轴线与电机轴28之间的角度来调节活塞30的行进距离并且确定腔室35的最大体积和流量。

对电机轴28与泵活塞30之间的角度的调节是利用根据图4-图6中所示的本发明的第一实施例的电子调节机构59来实现的。电子调节机构59包括附接至底座26的凸缘中的一个凸缘的线性致动器60。图4-图6涉及本发明的第一实施例，其中线性致动器60附接至上底座部分46的电机凸缘52。然而，可以想到线性致动器60附接至相对的泵凸缘54，其中本文所描述的其余相关联部件的布置将是颠倒的。

线性致动器60优选地是能够沿着平行于电机轴28的旋转轴线延伸的线性轴线64以精确增量平移线性致动器驱动杆62的电子设备。用于在本发明中使用的一种类型的线性致动器在本领域中被称为栓住螺母线性致动器。

上底座部分46上的电机凸缘52优选地通过附接板66附接至电机22。附接板66从电机22向外延伸并且被定尺寸和形状为允许将电子角度调节机构59的线性致动器60安装至附接板66的上表面68。线性致动器60和电机22在附接板66的上表面68上的安装以及电机凸缘52在附接板66的下表面70上的安装可以利用常规的紧固件来实现，诸如在相应部件中具有螺纹连接的螺栓。优选地，附接板66从电机22向外延伸并且由单个金属板形成并且被定形状为容纳电子角度调节机构59。

附接至线性致动器60的线性致动器驱动杆62的远端的是驱动杆耦接器72。驱动杆耦接器72从线性致动器60沿着纵向轴线64在轴向方向上向外延伸。驱动杆耦接器72还轴向地延伸穿过设置在附接板66中的在上表面与下表面之间的开口。附接至驱动杆耦接器72的与驱动杆62相对的远端的是柔性构件74。

柔性构件74优选地由一种材料制成，该材料具有将由驱动杆62沿着其纵向轴线64施加的线性力传递的强度、但还足够柔性以允许一些轻微的弯曲，如以下将还讨论的。例如用于柔性构件的合适的材料是弹簧钢。

柔性构件74具有附接至驱动杆耦接器的远端的第一端和与第一端相对的第二端，该第二端连接至底座26的泵凸缘54。因此，线性致动器驱动杆62的线性运动将致使柔性构件74沿相同方向线性运动。因为线性致动器60连接至上底座部分46，以及柔性构件74连接至下底座部分48，所以柔性构件74的线性运动将致使下底座部分48相对于上底座部分26围绕铰链50枢转。

柔性构件74最初从驱动杆耦接器72在沿着线性致动器驱动杆62的线性轴线64的方向上延伸。然而，允许柔性构件74在驱动杆耦接器72之外沿着纵向轴线64的一点开始弯曲。柔性构件74的这种弯曲是可取的，以补偿泵凸缘54的与底座铰链50相对的端部的弧形行进路径。

柔性构件74的弯曲可以通过凸轮块组件76和滚子轴承组件78来促成。凸轮块组件76包括支架80，支架80与底座铰链50相对地安装至底座26的泵凸缘54。可以使用任何附接装置。例如，接合在泵凸缘54中形成的螺纹孔中的常规螺钉紧固件将是足够的。

凸轮块组件76还包括由支架80支撑的凸轮块82。凸轮块82具有面向柔性构件74的弯曲支撑表面84。凸轮块82的弯曲支撑表面84具有围绕底座铰链50的枢转点的曲率半径，该曲率半径由从枢转点到柔性构件74与底座26的泵凸缘54的交点的距离来限定。在柔性构件74支承抵靠凸轮块82的弯曲支撑表面84的情况下，柔性构件74将围绕底座铰链50穿过一定弯曲路径，该弯曲路径与泵凸缘54的远端的路径一致。

滚子轴承组件78包括安装至附接板66上的支架86。支架86可旋转地支撑滚子轴承88，滚子轴承88被定位成与凸轮块82的弯曲支撑表面84相对。在这点上，滚子轴承88可以可旋转地安装在销上，销固定到滚子轴承组件支架86。在此滚子轴承88用于帮助将柔性构件74约束在弯曲支撑表面84上。一个或更多个弹簧(未示出)也可以被包括在滚子轴承组件78中，以在滚子轴承88上提供持续的偏置，进而将柔性构件74压靠在凸轮块82上。在没有滚子轴承88的情况下，柔性构件74将仅被驱动杆62约束，因此会容易向外弯曲。

如从以上描述可以理解的，本发明的至少一些实施例包括控制器，该控制器经由对应的电线90、92耦接至电机22和线性致动器60。控制器的这样的示例是计算机设备，计算机设备使得能够对线性致动器60进行动态控制并且致使电子调节机构59被精确地且可重复地修改。这样，被分配的流体的体积是极其准确的、可重复的和动态的。本领域的技术人员将认识到，本发明可以由一个或更多个计算设备和在各种系统配置(包括在网路配置中)中实施。

在图7中示出了本发明的电子调节机构259的第二实施例。附接板266安装在电机222与上底座部分226上的电机凸缘252之间，并且附接板266在电机222的一侧上向外延伸。上底座部分246和连接至泵224的下底座部分248通过铰链250可枢转地连接。附接板266的一侧上的侧壁268从电机222朝向泵224向下延伸。电机260附接至侧壁268的外侧并且电机轴262穿过侧壁268。具有多个齿276的齿轮274附接至电机轴262的远端。

套环254附接至下底座部分248，并且套环254的一侧通过铰链250附接至上底座部分246。与铰链250相反地，具有两个平行构件280、282的支架278从套环254向外延伸。在两个平行构件280、282的远端上，弧形构件284附接在两个平行构件280、282之间。弧形构件284朝向套环254向内弯曲，以及弧形构件284在向内凹形的表面上具有多个齿286。齿轮274上的多个齿276与弧形构件284上的多个齿286啮合，并且电机260控制上底座部分246相对于下底座部分248的枢转运动。

图8中示出了本发明的电子调节机构359的第三实施例。附接板366安装在电机322与上底座部分346上的电机凸缘352之间，并且附接板366在电机322的一侧上向外延伸。上底座部分346和连接至泵324的下底座部分348通过铰链350可枢转地连接。附接板366的一侧上的侧壁368从电机322朝向泵324向下延伸。电机360附接至侧壁368的外侧并且电机轴362穿过侧壁368。具有多个齿376的齿轮374附接至电机轴362的远端。

套环354附接至下底座部分348，并且套环354的一侧通过铰链350附接至上底座部分346。与铰链350相反地，具有两个平行构件380、382的支架378从套环354向外延伸。在两个平行构件380、382的远端上，弧形构件384附接在两个平行构件380、382之间。弧形构件384背离套环354向外弯曲，并且弧形构件384在向外凸形的表面上具有多个齿386。齿轮374上的多个齿376与弧形构件384上的多个齿386啮合，并且电机360控制上底座部分346相对于下底座部分348的枢转运动。

图9中示出了本发明的电子调节机构459的第四实施例。附接板466安装在电机422与上底座部分446上的电机凸缘452之间，并且附接板466在电机422的一侧上向外延伸。上底座部分446和下底座部分448通过铰链450可枢转地连接。电机460安装在附接板466上，其中电机轴462朝向泵424向下延伸穿过板466。具有连续螺旋螺纹476的蜗杆螺杆474附接至电机轴462的远端。

套环454附接至下底座部分448，并且套环454的一侧通过铰链450附接至上底座部分446。与铰链450相反地，具有两个平行构件480、482的支架478从套环454向外延伸。在两个平行构件480、482的远端上，弧形构件484附接在两个平行构件480、482之间。弧形构件484背离套环454向外弯曲，并且弧形构件484在向外凸形的表面上具有多个齿486。蜗杆螺杆474上的连续螺旋螺纹476啮合弧形构件484上的多个齿486，以及电机460控制上底座部分446相对于下底座部分448的枢转移动。

本发明的实施例包括一个或更多个计算机可读介质，其中，每个介质可以被配置成用于在其上包括数据或用于操纵数据的计算机可执行指令。计算机可执行指令包括数据结构、对象、程序、例程或可以由处理系统访问的其他程序模块，诸如与能够执行各种不同功能的通用计算机相关联的程序模块或与能够执行有限数量的功能的专用计算机相关联的程序模块。计算机可执行指令致使处理系统执行特定功能或功能组，并且计算机可执行指令是用于实现本文公开的方法的步骤的程序代码装置的示例。此外，可执行指令的特定序列提供了可用于实现这些步骤的对应动作的示例。计算机可读介质的示例包括随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)、可编程只读存储器(“PROM”)、可擦可编程只读存储器(“EPROM”)、电可擦可编程只读存储器(“EEPROM”)、光盘只读存储器(“CD-ROM”)或能够提供可以由处理系统访问的数据或可执行指令的任何其他设备或部件。

例如，计算机设备可以是个人计算机、笔记本计算机、个人数字助理(“PDA”)或其他手持式设备、工作站、小型计算机、大型机、超级计算机、多处理器系统、网络计算机、控制器、基于处理器的消费电子设备等。

作为本发明的结果，提供了一种用于远程调节定排量泵的每转输出体积的机构。通过延伸线性致动器，泵的角度和每转输出体积增加。通过缩回线性致动器，泵的角度和每转输出体积减小。

此外，通过使用柔性构件而不是刚性构件来连接线性致动器与上底座部分，在线性致动器的线性运动与上底座部分相对于下底座部分的角运动之间建立比例关系。而且，用于电子调节流量的能力允许定排量泵利用大的每转输出体积来预充注管线，然后切换至低的每转输出体积，以用于所需的小体积分配，而无需人工干预。

本发明还克服了相对于定排量泵中的分配体积而言改变抽吸体积的问题。常规地，这些泵仅用于通过主电机的旋转来移动流体。借助于电子调节底座的角度的能力，用注射运动来移动流体的新方法成为可能。在活塞平面对一个端口敞开的情况下，延伸线性致动器增大了底座的角度并且将流体抽入泵压头中。相反地，通过缩回线性致动器，底座的角度减小并且将流体推出泵压头。此外，由于柔性构件，线性运动具有与角运动成比例的关系，进而角运动具有与输出体积成比例的关系。这种延伸和缩回给出了来自活动端口的可预测的抽吸和分配体积。

此外，通过在无阀泵中引入注射功能的角度的电子调节，可以通过改变活塞平面相对于活动端口的角度来调节筒的尺寸。

而且，具有既作为常规注射泵又作为常规定排量泵操作的能力，可变排量泵可以像常规定排量泵一样操作来预充注管线，并且可变排量泵通过像常规注射泵一样操作来给定恒定流量分配。

虽然本文具体地阐明和/或描述了本发明的不同实施例，但应了解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以实现本发明的修改和变化。

Claims (31)

1.一种用于泵和电机的角度调节机构，包括：

底座，所述底座包括上底座部分、下底座部分以及铰链，所述上底座部分具有第二端和用于安装电机的第一端，所述下底座部分用于第二端和将泵安装在第一端上，所述铰链可枢转地连接所述上底座部分的所述第二端和所述下底座部分的所述第二端；

已安装的线性致动器，其中，所述线性致动器包括柔性构件；

附接板，所述附接板将所述电机附接至所述上底座部分的第一端，所述附接板从所述电机向外延伸以用于安装所述线性致动器；以及

其中，所述线性致动器的致动沿弯曲路径驱动所述柔性构件，致使所述下底座部分和所述上底座部分围绕所述铰链相对于彼此枢转，从而改变所述下底座部分和所述上底座部分之间的角度。

2.根据权利要求1所述的角度调节机构，其中，所述柔性构件具有附接至所述线性致动器的近端、以及连接至被附接至所述下底座部分的套环的远端。

3.根据权利要求2所述的角度调节机构，还包括安装至所述套环的凸轮块，所述凸轮块具有用于沿着所述弯曲路径引导所述柔性构件的弯曲支撑表面。

4.根据权利要求3所述的角度调节机构，还包括邻近所述凸轮块的滚子轴承，所述滚子轴承施压所述柔性构件抵靠所述凸轮块的所述弯曲支撑表面。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的角度调节机构，其中，所述线性致动器包括驱动杆和驱动杆耦接器，所述驱动杆是沿着线性轴线能移动的，所述驱动杆耦接器附接至所述驱动杆的远端，所述柔性构件附接至所述驱动杆耦接器。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的角度调节机构，其中，所述柔性构件包括弹簧钢材料，或者其中，所述柔性构件是能够弯曲的以用于将所述线性致动器的线性运动转换成所述上底座部分和所述下底座部分相对于彼此的枢转运动。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的角度调节机构，其中，所述上底座部分包括凸缘，并且所述凸缘将所述上底座部分附接至所述附接板。

8.根据权利要求2所述的角度调节机构，其中，所述附接板从所述电机向外延伸，并且所述附接板具有朝向所述泵向下延伸的侧壁，其中，所述线性致动器是安装至所述侧壁的致动电机，所述致动电机具有的轴平行于所述附接板延伸并且穿过所述侧壁延伸至所述轴的远端上的齿轮，其中，支架附接至所述套环并且从所述套环与所述铰链相反地向外延伸，所述支架具有两个平行构件以及固定在所述构件的远端之间的弧形构件，所述弧形构件在面向所述泵的凹形表面上具有多个齿，并且其中，所述齿轮啮合所述弧形构件上的多个齿，并且所述致动电机的操作改变所述上底座部分与所述下底座部分之间的角度。

9.根据权利要求8所述的角度调节机构，其中，所述上底座部分包括凸缘，并且所述凸缘将所述上底座部分附接至所述附接板。

10.根据权利要求8和9中任一项所述的角度调节机构，其中，所述致动电机是步进电机。

11.根据权利要求2所述的角度调节机构，其中，所述附接板从所述电机向外延伸，并且所述附接板具有朝向所述泵向下延伸的侧壁，其中，所述线性致动器是安装至所述侧壁的致动电机，所述致动电机具有的轴平行于所述附接板延伸并且穿过所述侧壁延伸至所述轴的远端上的齿轮，其中，支架附接至所述套环并且从所述套环与所述铰链相反地向外延伸，所述支架具有两个平行构件以及固定在所述构件的远端之间的弧形构件，所述弧形构件在背离所述泵的凸形表面上具有多个齿，并且其中，所述齿轮啮合所述弧形构件上的多个齿，并且所述致动电机的操作改变所述上底座部分与所述下底座部分之间的角度。

12.根据权利要求11所述的角度调节机构，其中，所述上底座部分包括凸缘，并且所述凸缘将所述上底座部分附接至所述附接板。

13.根据权利要求11和12中任一项所述的角度调节机构，其中，所述致动电机是步进电机。

14.根据权利要求2所述的角度调节机构，其中，所述附接板从所述电机向外延伸，其中，所述线性致动器是致动电机，所述致动电机安装至所述附接板的顶表面，所述致动电机具有的轴延伸穿过所述附接板的侧壁并且连接至所述轴的远端上的蜗杆螺杆，其中，支架附接至所述套环并且从所述套环与所述铰链相反地向外延伸，所述支架具有两个平行构件以及固定在所述构件的远端之间的弧形构件，所述弧形构件在背离所述泵的凸形表面上具有多个齿，并且其中，所述蜗杆螺杆啮合所述弧形构件上的多个齿，并且所述致动电机的操作改变所述上底座部分和所述下底座部分之间的角度。

15.根据权利要求14所述的角度调节机构，其中，所述上底座部分包括凸缘，并且所述凸缘将所述上底座部分附接至所述附接板。

16.根据权利要求14和15中任一项所述的角度调节机构，其中，所述致动电机是步进电机。

17.一种电机和泵组件，包括：

如权利要求1所述的用于泵和电机的角度调节机构；

电机，所述电机具有围绕旋转轴线可旋转的轴；

泵，所述泵安装至所述下底座部分的所述第一端，所述泵具有活塞，所述活塞能够围绕旋转轴线旋转并且能够沿着所述旋转轴线线性平移，所述泵活塞耦接至所述电机轴。

18.根据权利要求17所述的电机和泵组件，其中，所述柔性构件具有近端和与所述近端相对的远端，所述近端附接至所述线性致动器，所述远端连接至套环，所述套环附接至所述下底座部分，并且其中，所述线性致动器沿弯曲路径驱动所述柔性构件。

19.根据权利要求18所述的电机和泵组件，还包括安装至所述套环的凸轮块，所述凸轮块具有用于沿所述弯曲路径引导所述柔性构件的弯曲支撑表面。

20.根据权利要求19所述的电机和泵组件，还包括邻近所述凸轮块的滚子轴承，所述滚子轴承施压所述柔性构件抵靠所述凸轮块的所述弯曲支撑表面。

21.根据权利要求18所述的电机和泵组件，其中，所述线性致动器包括驱动杆和驱动杆耦接器，所述驱动杆能够沿着线性轴线移动，所述驱动杆耦接器附接至所述驱动杆的远端，所述柔性构件附接至所述驱动杆耦接器，其中，所述驱动杆平行于所述电机轴的所述旋转轴线延伸。

22.根据权利要求17至21中任一项所述的电机和泵组件，其中，所述上底座部分包括凸缘，并且所述凸缘将所述上底座部分附接至所述附接板。

23.根据权利要求18所述的电机和泵组件，其中，所述附接板从所述电机向外延伸，并且所述附接板具有朝向所述泵向下延伸的侧壁，其中，所述线性致动器是安装至所述侧壁的致动电机，所述致动电机具有的轴平行于所述附接板延伸并且穿过所述侧壁延伸至所述轴的远端上的齿轮，其中，支架附接至所述套环并且从所述套环与所述铰链相反地向外延伸，所述支架具有两个平行构件以及固定在所述构件的远端之间的弧形构件，所述弧形构件在面向所述泵的凹形表面上具有多个齿，并且其中，所述齿轮啮合所述弧形构件上的多个齿，并且所述致动电机的操作改变所述上底座部分与所述下底座部分之间的角度。

24.根据权利要求23所述的电机和泵组件，其中，所述上底座部分包括凸缘，并且所述凸缘将所述上底座部分附接至所述附接板。

25.根据权利要求23和24中任一项所述的电机和泵组件，其中，所述致动电机是步进电机。

26.根据权利要求18所述的电机和泵组件，其中，所述附接板从所述电机向外延伸，并且所述附接板具有朝向所述泵向下延伸的侧壁，其中，所述线性致动器是安装至所述侧壁的致动电机，所述致动电机具有的轴平行于所述附接板延伸并且穿过所述侧壁延伸至所述轴的远端上的齿轮，其中，支架附接至所述套环并且从所述套环与所述铰链相反地向外延伸，所述支架具有两个平行构件以及固定在所述构件的远端之间的弧形构件，所述弧形构件在背离所述泵的凸形表面上具有多个齿，并且其中，所述齿轮啮合所述弧形构件上的多个齿，并且所述致动电机的操作改变所述上底座部分与所述下底座部分之间的角度。

27.根据权利要求26所述的电机和泵组件，其中，所述上底座部分包括凸缘，并且所述凸缘将所述上底座部分附接至所述附接板。

28.根据权利要求26和27中任一项所述的电机和泵组件，其中，所述致动电机是步进电机。

29.根据权利要求18所述的电机和泵组件，其中，所述附接板从所述电机向外延伸，其中，所述线性致动器是致动电机，所述致动电机安装至所述附接板的顶表面，所述致动电机具有的轴延伸穿过所述附接板的侧壁并且连接至所述轴的远端上的蜗杆螺杆，其中，支架附接至所述套环并且从所述套环与所述铰链相反地向外延伸，所述支架具有两个平行构件以及固定在所述构件的远端之间的弧形构件，所述弧形构件在背离所述泵的凸形表面上具有多个齿，并且其中，所述蜗杆螺杆啮合所述弧形构件上的多个齿，并且所述致动电机的操作改变所述上底座部分和所述下底座部分之间的角度。

30.根据权利要求29所述的电机和泵组件，其中，所述上底座部分包括凸缘，并且所述凸缘将所述上底座部分附接至所述附接板。

31.根据权利要求29和30中任一项所述的电机和泵组件，其中，所述致动电机是步进电机。

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