KR20220053555A

KR20220053555A - 고정식 변위 펌프에서의 유동들의 전자적 조정을 위한 메커니즘

Info

Publication number: KR20220053555A
Application number: KR1020227003508A
Authority: KR
Inventors: 프란시스 동일 서; 조셉 에르빈 미들턴; 데이비드 라이오넬 롤링스
Original assignee: 플루드 미터링, 아이엔씨.
Priority date: 2019-07-31
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2022-04-29
Also published as: JP2022542402A; CN114206503B; US20220213884A1; WO2021022034A1; EP4003597A4; EP4003597A1; CA3148925A1; CN114206503A

Abstract

펌프 및 모터를 위한 전자 각도 조절 기구는 일반적으로 베이스와 선형 액추에이터를 포함한다. 베이스는 모터에 장착된 상부 베이스 부분, 펌프에 장착된 하부 베이스 부분, 및 하부 베이스 부분에 대해 상부 베이스 부분을 피벗가능하게 이동시키기 위한 힌지를 갖는다. 선형 액추에이터는 모터를 상부 베이스 부분에 또한 부착하는 부착 플레이트에 장착된다. 선형 액추에이터는 가요성 부재를 구동하거나 또는 기어 휠 또는 웜 스크류에 연결하여 힌지에 관해 피벗하고 상부 및 하부 베이스 부분들 사이의 각도를 변경한다.

Description

정용량형 펌프에서 유동의 전자 조절용 기구

본 출원은 2019년 7월 31일에 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 62/881,086호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 정확한 유량(flow rate)으로 소량의 유체들을 분배하기 위해 사용되는 펌프에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 저유량으로 펌프로부터 유체들의 분배를 전자적으로 조절하는 기구에 관한 것이다.

구동 모터와 펌프 헤드 사이에 개재되고 일반적으로 베이스라고 불리는 특정 장착 수단을 핵심으로 하는 밸브 없는 펌프들의 제품군은 본 기술 분야에 공지되어 있다. 이러한 베이스들은 일반적으로 사출 성형된 플라스틱이며 상부 베이스 부분을 하부 베이스 부분으로부터 분리하는 리빙 힌지(living hinge)를 통합한다. 상부 베이스 부분은 리빙 힌지의 굴곡(flexure)에 의해 하부 베이스 부분에 대해 경사질 수 있다. 상부 베이스 부분과 하부 베이스 부분 사이의 상대 각도는 회전당 펌프 출력 용량(output volume)을 설정한다. 이러한 전체 기구는 공동 소유의 미국 특허 제5,020,980호 및 제4,941,809 및 미국 특허 출원공개공보 제2016/0245275호에 이미 설명되어 있고, 이들 각각은 그 전체로서 본 명세서에 합체되었다.

통상적으로, 각도를 조절하고 설정하는 방법은 베이스의 중심축의 반대편 측면 상에 위치된 베이스의 두 부분들에서 피벗(pivot) 핀들과 맞물리는 조절 스크류에 의해 달성된다. 특정 적용들은 회전당 동일한 타겟(target) 출력을 갖는 펌프들을 요구하다. 이것은 조절가능한 스크류와 피벗 핀들을 위한 고정된 연결 수단을 대체함으로써 달성된다. 고정된 링크들은 플라스틱 수지로 사출 성형되고, 이러한 링크들을 성형하기 위해 사용되는 도구는 다양한 타겟 펌프 변위들이 일상적으로 생산할 수 있도록 다양한 길이들로 생산되게 한다. 조절 스크류와 고정된 링크의 이점들의 조합을 제공하는 편심 부싱은 공동 소유의 미국 특허출원공개공보 제2016/0245275호에 설명되어 있다.

상부 베이스 부분과 하부 베이스 부분 사이의 각도를 조절함으로써 회전당 출력 용량을 변경하기 위한 이러한 통상적인 방법은 모두 수동 조절을 필요로 한다. 이것은 회전당 단일 출력 용량으로 사용하기 위해서만 편리한 일반적으로 통상적인 펌프들을 만든다.

그러나, 회전당 출력 용량을 전자적으로 조절할 수 있는 것이 유용한 적용들이 있다. 이것은 전자 시스템이 수동 개입 없이 이러한 펌프들을 조절하는 것을 허용한다. 미국 특허 7,708,535호는 베이스의 각도를 전자적으로 조절하는 방법을 설명하고 있다. 그러나, 이 특허에 설명된 장치는 선형 운동을 각 운동(angular motion)으로 변환하기 위해 강성 부재들을 사용한다. 이것은 선형 운동에 대해 다양한 각 운동으로 유도되며, 이는 베이스의 두 부분들 사이의 각도를 조절하기 위해 요구되는 선형 운동을 한정할 때 복잡한 관계로 이어진다.

더욱이, 피스톤을 모터 샤프트에 연결하는 기구의 특성으로 인해, 출력 용량은 모터가 일정한 속도로 회전할 때 유량이 일정하지 않다. 대신에, 펌프 헤드를 통한 유량은 사인파의 양의 부분(positive portion)인 출구 포트로의 분배 및 사인파의 음의 부분(negative portion)인 입구 포트로부터의 흡인을 갖는 사인 곡선이다.

그러나, 분배의 사인 곡선 특성이 허용되지 않고 일정한 유량이 요구되는 적용들이 있다. 이들 경우에, 통상적인 시린지 펌프(syringe pump)는 쉽게 제공할 수 있는 일정한 유량을 위해 일반적으로 선호된다.

펌프가 작은 용량을 분배하기 위해 사용되는 적용들도 또한 있다. 이는 때때로 유체 소스로부터 펌프로 및 분배 팁으로 라인(line)을 프라이밍(prime)하기 위해 상당한 길이의 시간이 걸린다는 것을 의미한다.

특정 경우들에서, 펌프는 유체를 프로브 팁으로 흡인하고 흡인된 유체의 부분들을 다른 리셉터클(receptacles)들에 분배하기 위해 사용된다. 정용량형 펌프(fixed displacement pump)는 이러한 경우을 위해 모터를 역방향으로 회전시켜서 흡인하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 정용량형 펌프의 설계로 인해, 흡인 용량은 보정된 분배 용량과 동일하지 않을 수 있다.

통상적인 시린지 펌프들의 또 다른 단점은 선형 액추에이터가 플런저를 이동시켜서 유체를 배럴(barrel) 안으로 끌어당기고 유체를 배럴 밖으로 밀어내기 위해 사용되는 것이다. 시린지 펌프의 정확도는 일반적으로 시린지 배럴의 크기와 관련이 있다. 시린지 배럴이 클수록 정확도와 정밀도가 낮아진다. 더 적은 용량의 분배 또는 흡인에서 높은 정확도를 가지기 위하여, 더 작은 배럴이 사용되어야 한다. 이것은 이동되는 유체의 용량과 관련되는 시린지 펌프에서 이동되는 선형 거리의 가장 작게 신뢰할 수 있는 증분으로 인한 것이다. 배럴 크기가 증가하면, 선형 거리의 이러한 증분은 이동되는 유체의 더 큰 용량과 관련이 있다.

종래 기술의 펌프들이 갖는 또 다른 단점은 이러한 펌프를 프라이밍할 필요성에 관한 것이다. 프라이밍 시간을 감소시키고 가능한 한 시린지 펌프의 사용을 제한하기 위하여, 일부 시스템들은 시린지 펌프를 갖는 프라이밍 펌프(priming pump)를 포함한다. 프라이밍 펌프는 시린지 펌프보다 더 빠르게 라인을 채우고 시린지 펌프의 유지 관리에 필요한 시간을 증가시키기 위해 시린지 펌프의 사용을 또한 제한한다.

따라서, 정용량형 펌프의 회전당 출력 용량의 원격 조절을 위한 수단을 제공하는 것이 바람직하다. 정용량형 펌프의 사인파 출력의 제한을 극복할 수 있고 또한 회전당 출력 용량을 변경할 수 있는 기구를 제공하는 것이 더 바람직하다. 또한 정용량형 펌프의 분배 용량들과 관련된 다양한 흡인 용량들의 문제를 극복하고 프라이밍 능력을 통합하면서 시린지 펌프 배럴 크기와 관련된 정확도 제한을 극복하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제1 실시예에서, 펌프 및 모터를 위한 전자 각도 조절 기구가 제공된다. 이 기구는 일반적으로 베이스, 선형 액추에이터 및 가요성 부재를 포함한다. 베이스는 모터를 장착하기 위한 모터 플랜지, 펌프를 장착하기 위한 모터 플랜지 반대편에 있는 펌프 플랜지 및 모터 플랜지와 펌프 플랜지 사이에 배치된 힌지 또는 힌지 어셈블리를 갖는다. 펌프 플랜지는 펌프 하우징에 부착된 칼라의 일부로서 일체로 형성되거나 펌프 하우징의 일부로 형성될 수 있다. 선형 액추에이터는 베이스의 모터 플랜지 또는 펌프 플랜지 중 하나에 장착되고, 가요성 부재는 선형 액추에이터에 부착된 근위 단부와 베이스의 모터 플랜지 또는 펌프 플랜지 중 다른 하나에 연결된 근위 단부 반대편에 있는 원위 단부를 갖는다. 작동시, 선형 액추에이터는 가요성 부재를 곡선 경로에서 구동하여 모터 플랜지와 펌프 플랜지를 힌지에 관해 서로에 대해 피벗시키고, 이에 의해 모터 플랜지와 펌프 플랜지 사이의 각도를 변경한다.

전자 각도 조절 기구는 또한 모터 플랜지 또는 펌프 플랜지 중 하나에 장착된 캠 블록을 포함할 수 있으며, 여기서 캠 블록은 가요성 부재를 곡선 경로에서 안내하기 위한 곡선 지지 표면을 갖는다. 모터 플랜지와 모터 사이에 부착 플레이트가 장착될 수 있다. 부착 플레이트는 모터 플랜지의 면에 평행한 모터로부터 외향으로 연장하고 전자 조절 기구의 장착을 수용할 수 있는 크기이다. 바람직하게는, 부착 플레이트는 모터 플랜지의 일부로서 일체로 형성된다. 곡선 지지 표면은 피벗 지점으로부터 모터 플랜지 또는 펌프 플랜지 중 다른 하나를 갖는 가요성 부재의 연결 지점까지의 거리에 의해 한정된 베이스 힌지의 피벗 지점에 관한 곡률 반경을 갖는다.

제1 실시예에서, 각도 조절 기구는 바람직하게는 캠 블록에 인접한 롤러 베어링을 포함한다. 롤러 베어링은 캠 블록의 곡선 표면에 대해 가요성 부재를 가압한다.

가요성 부재는 스프링 강 재료를 포함하여 가요성 부재가 서로에 대해 선형 액추에이터의 선형 운동을 모터 플랜지 및 펌프 플랜지의 피벗팅 운동(pivoting motion)으로 전환하기 위해 구부릴 수 있다.

본 발명의 제1 실시예의 다른 양태에서, 모터 및 펌프 어셈블리가 제공된다. 모터 및 펌프 어셈블리는 일반적으로 베이스, 모터, 펌프, 선형 액추에이터, 및 가요성 부재를 포함한다. 베이스는 모터 플랜지, 모터 플랜지 반대편에 있는 펌프 플랜지 및 모터 플랜지와 펌프 플랜지 사이에 배치된 힌지를 포함한다. 모터는 베이스의 모터 플랜지에 장착되고, 회전 축을 중심으로 회전가능한 샤프트를 갖는다. 펌프는 베이스의 펌프 플랜지에 장착되고 회전 축을 중심으로 회전가능하고 회전 축을 따라 선형으로 병진 이동가능한 피스톤을 가지며, 펌프 피스톤은 모터 샤프트에 결합된다. 선형 액추에이터는 베이스의 모터 플랜지 또는 펌프 플랜지 중 하나에 장착되고, 가요성 부재는 선형 액추에이터에 부착된 근위 단부 및 베이스의 모터 플랜지 또는 펌프 플랜지의 다른 하나에 연결된 근위 단부 반대펴에 있는 원위 단부를 갖는다. 작동시, 선형 액추에이터는 곡선 경로에서 가요성 부재를 구동하고 모터 플랜지와 펌프 플랜지가 힌지에 관해 서로에 대해 피벗하도록 하여, 힌지에 대한 모터 샤프트의 회전 축과 펌프 피스톤의 회전 축 사이의 각도를 변경한다.

본 발명의 일 양태에서, 선형 액추에이터는 선형 축을 따라 이동가능한 구동 로드, 및 구동 로드의 원위 단부에 부착된 구동 로드 커플러를 포함하고, 여기서 가요성 부재는 구동 로드 커플러에 부착된다. 이러한 양태에서, 선형 액추에이터는 바람직하게는 모터 플랜지에 장착되고, 구동 로드는 모터 샤프트의 회전 축과 평행하게 연장한다. 선형 액추에이터는 DC, AC, 또는 브러시리스(brushless) DC 모터일 수 있으며, 더 바람직하게는 스테퍼(stepper) 모터일 수 있다.

본 발명의 다른 양태에서, 모터의 모터 샤프트와 펌프의 펌프 피스톤 사이의 각도 배향을 조절하는 방법이 제공된다. 이 방법은 일반적으로 모터와 펌프 사이에 베이스를 제공하는 단계로서, 베이스는 모터를 장착하기 위한 모터 플랜지, 펌프를 장착하기 위한 모터 플랜지 반대편에 있는 펌프 플랜지 및 모터 플랜지와 펌프 플랜지 사이에 배치된 힌지 어셈블리를 포함하는, 상기 베이스를 제공하는 단계, 및 모터 플랜지 또는 펌프 플랜지 중 하나에 대해 곡선 경로에서 가요성 부재를 모터 플랜지 또는 펌프 플랜지 중 다른 하나에 장착된 선형 액추에이터로 구동함으로써 힌지 어셈블리에 대한 모터 샤프트와 펌프 피스톤 사이의 각도를 변경하는 단계를 포함한다.

전자 조절 기구의 제2 실시예에서, 펌프 및 모터는 전술한 제1 실시예에서와 동일하다. 베이스는 힌지 또는 힌지 어셈블리에 의해 피벗가능하게 연결된 상부 베이스 부분과 하부 베이스 부분에 의해 형성되지만 다른 전자 조절 기구가 사용된다. 제2 실시예에서, 부착 플레이트는 모터로부터 외측으로 연장되고 측벽은 하향으로 연장된다. 전기 모터, 바람직하게는 DC, AC, 또는 브러시리스 DC 모터, 보다 바람직하게는 스테퍼 모터는 측벽의 외측에 부착되고 모터 샤프트는 측벽을 통과한다. 복수의 치형부들을 갖는 기어 휠은 모터 샤프트의 원위 단부에 부착된다. 칼라는 하부 베이스 부분에 부착된다. 칼라는 하부 베이스 부분의 외측 둘레에 끼워지고 클램프, 스크류, 볼트, 접착제, 또는 다른 공지된 고정 장치에 의해 부착된다. 칼라는 또한 하부 베이스 부분 또는 펌프 하우징의 일부로서 일체로 형성될 수 있고 또한 외부 표면의 적어도 일부로부터 외향으로 연장되는 플랜지를 가질 수 있다. 칼라의 일 측면 상에서, 하부 베이스 부분은 힌지에 의해 상부 베이스 부분에 부착된다. 힌지의 반대편에는, 두 개의 평행한 부재들을 갖고 이들 사이의 슬롯을 갖는 브래킷은 칼라로부터 외향으로 연장한다. 2개의 평행한 부재들의 원위 단부 상에는 아치형 부재가 2개의 평행한 부재들 사이에 부착된다. 아치형 부재는 칼라를 향해 내향으로 굽혀지고 복수의 치형들을 갖는 오목한 표면을 갖는다. 기어 휠 상의 복수의 치형부들은 아치형 부재 상의 복수의 치형부와 맞물리고 모터는 하부 베이스 부분에 대한 상부 베이스 부분의 피벗 운동을 제어한다.

전자 조절 기구의 제3 실시예에서, 펌프 및 모터는 전술한 제1 실시예와 동일하다. 베이스는 힌지 또는 힌지 어셈블리에 의해 피벗가능하게 연결된 상부 베이스 부분과 하부 베이스 부분에 의해 형성되지만 다른 전자 조절 기구가 사용된다. 제3 실시예에서, 부착 플레이트는 모터로부터 외향으로 연장되고 측벽은 하향으로 연장된다. 전기 모터, 바람직하게는 DC, AC, 또는 브러시리스 DC 모터, 더욱 바람직하게는 스테퍼 모터가 부재의 외측에 부착되고 모터 샤프트는 측벽을 통과한다. 복수의 치형부들을 갖는 기어 휠은 모터 샤프트의 원위 단부에 부착된다. 전술한 바와 같이 칼라는 하부 베이스 부분에 부착된다. 칼라의 일 측면은 힌지에 의해 상부 베이스 부분에 부착된다. 힌지의 반대편에는, 두 개의 평행한 부재를 갖고 그들 사이의 슬롯을 갖는 브래킷은 칼라로부터 외향으로 연장한다. 2개의 평행한 부재들의 원위 단부 상에서, 아치형 부재는 2개의 평행한 부재들 사이에 부착된다. 아치형 부재는 칼라로부터 멀어지게 외향으로 구부러지고 복수의 치형부들을 갖는 볼록한 표면을 갖는다. 기어 휠 상의 복수의 치형부들은 아치형 부재 상의 복수의 치형부들과 맞물리고 모터는 하부 베이스 부분에 대한 상부 베이스 부분의 피벗 운동을 제어한다.

전자 조절 기구의 제4 실시예에서, 펌프 및 모터는 전술한 제1 실시예와 동일하다. 베이스는 힌지 또는 힌지 어셈블리에 의해 피벗가능하게 연결된 상부 베이스 부분과 하부 베이스 부분에 의해 형성되지만 다른 전자 조절 기구가 사용된다. 제4 실시예에서, 부착 플레이트는 모터로부터 외향으로 연장된다. 모터, 바람직하게는 DC, AC, 또는 브러시리스 DC 모터, 보다 바람직하게는 스테퍼 모터는 부착 플레이트에 장착되어 모터 샤프트가 플레이트를 통해 펌프를 향해 하향으로 연장된다. 모터 샤프트의 원위 단부에 웜 스크류가 부착된다. 전술한 바와 같이 칼라는 하부 베이스 부분에 부착된다. 칼라의 일 측면은 힌지 어셈블리에 의해 상부 베이스 부분에 부착된다. 힌지 어셈블리의 반대쪽에는, 두 개의 평행한 부재들을 갖고 그들 사이의 슬롯을 갖는 브래킷은 칼라로부터 외향으로 연장한다. 두 개의 평행한 부재들의 원위 단부에서 두 개의 평행한 부재들 사이에 아치형 부재가 부착되어 있다. 아치형 부재는 칼라로부터 멀어지게 외향으로 구부러지고 복수의 치형부를 갖는 볼록한 표면을 갖는다. 웜 스크류 상의 복수의 치형부들은 아치형 부재의 복수의 치형부들과 맞물리고 모터는 하부 베이스 부분에 대한 상부 베이스 부분의 피벗 운동을 제어한다.

따라서, 본 발명은 펌프 피스톤과 모터 샤프트 사이의 각도의 전자 조절을 허용하기 위해 선형 액추에이터를 사용한다. 선형 액추에이터는 상부 베이스 부분에 장착되고 하부 베이스 부분에 조절가능하게 연결된다. 본 발명에서, 각도는 수동이 아닌 전자적으로 조절된다.

피스톤 플랫(piston flat)을 포트로 향하게 하고 선형 액추에이터에 의해 각도를 변경함으로써, 펌프는 유체를 "시린지(syringe)"할 수 있고 거의 일정한 유량으로 분배하거나 흡인할 수 있다. 선형 액추에이터가 팽창되면, 이는 베이스의 부분들 사이의 각도가 증가되고 펌프는 활성 포트를 통해 흡인한다. 선형 액추에이터가 수축되면, 이는 베이스의 부분들 사이의 각도가 감소되고 펌프는 활성 포트를 통해 분배된다.

각도를 전자적으로 조절하기 위한 능력에 대해, 각도는 회전당 여러 출력 용량들 중 하나에서 작동하도록 수동 또는 자동으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 유체 회로를 프라이밍하거나 플러싱하기(flushing) 위한 회전당 높은 출력 용량을 위해 큰 각도가 사용될 수 있다. 그런 다음, 각도는 소량의 임의의 분배를 위해 회전당 낮은 출력 용량을 위한 작은 각도로 전자적으로 조절된다. 유체를 "시린지"하는 능력에 대해, 예측가능하고 정확한 흡입 및 분배량이 달성될 수 있다.

피스톤 플랫(piston flat)과 활성 포트(active port) 사이의 각도를 변경함으로써, 다양한 배럴 크기들이 달성될 수 있다. 이것은 단일 펌프가 사용되어 큰 배럴 크기를 갖는 펌프들 및 작은 배럴을 갖는 펌프들과 동일한 속도로 유체를 분배할 수 있는 것을 의미한다.

또 다른 양태에서, 본 발명은 유체 회로를 프라이밍하기 위해 통상적인 펌프처럼 사용될 수 있고, 그런 다음 시린지 펌프처럼 작동될 수 있다. 이것은 두 개의 개별 펌프들을 필요로 하지 않고 시린지 펌프와 프라이밍 펌프가 조합된다.

본 명세서의 특징은 첨부된 도면과 함께 설명되는 이하의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다. 그러나, 도면들은 본 명세서의 제한을 한정하는 것이 아니고 단지 예시로서 설명되었음을 이해해야 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 조절가능한 유동 각도 하드웨어를 활용하는 통상적인 모터/펌프 연결부의 사시도.
도 2는 종래 기술에 따른 고정 링크를 활용하는 통상적인 모터/펌프 연결의 사시도.
도 3은 종래 기술에 따른 액체 펌프의 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자식 각도 조절 기구를 활용하는 모터/펌프 연결부의 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 전자 조절 기구를 활용하는 모터/펌프 연결부의 정면도.
도 6은 도 5의 선 6-6을 따라 취한 전자 조절 기구를 활용하는 모터/펌프 연결부의 단면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 내접 기어, 전자 각도 조절 기구를 활용하는 모터/펌프 연결부의 사시도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 외접 기어, 전자 각도 조절 기구를 활용하는 모터/펌프 연결부의 사시도.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 웜 스크류, 전자 각도 조절 기구를 활용하는 모터/펌프 연결부의 사시도.

도 1은 베이스(14)를 통해 펌프(12)에 연결된 종래 기술의 모터(10)를 도시한다. 모터(10)는 회전 축에 관해 회전하는 샤프트를 갖고, 펌프는 회전 축에 관해 회전하고 또한 회전 축 방향으로 병진 이동하는 피스톤을 갖는다. 모터의 샤프트는 펌프의 피스톤에 결합되어 모터 샤프트의 회전이 펌프 피스톤의 회전을 야기한다. 또한, 모터 샤프트의 회전 축에 대해 펌프 피스톤의 회전 축을 경사지게함으로써, 모터 샤프트의 회전은 하기에서 더 상세히 설명되는 방식으로 펌프 피스톤의 선형 병진 이동을 야기할 것이다. 이러한 유형의 펌프 및 모터 지지 구성은 공동 소유의 미국 특허 제4,941,809호 및 제5,020,980호에 도시되고 및 설명되어 있으며, 그 명세서는 모든 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 참조를 위해 합체되었다.

도 1은 모터(10)에 부착된 플랜지와 펌프(12)에 부착된 마주보는 또는 결합하는 플랜지를 포함하는 조절가능한 베이스(14)의 종래 기술의 하나의 실시예를 도시한다. 두 플랜지들 사이에는 힌지에 대해 플랜지들의 각도 피벗팅(angular pivoting)을 허용하는 가요성 리빙 힌지가 있다. 힌지의 반대편에는 두 개의 보스들이 있고, 그 사이에 조절가능한 유동 각도 하드웨어가 제공된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 조절가능한 유동 각도 하드웨어는 베이스의 각 보스들에 삽입된 피벗 핀들 사이에 연결된 스크류 및 너트 구성의 형태이다. 스크류에 대한 너트의 회전은 보스의 피벗 핀들 사이의 길이를 선택적으로 길게하거나 또는 짧게함으로써, 펌프 플랜지에 대한 모터 플랜지의 각도를 조절한다.

도 2는 도 1에 도시된 베이스와 유사한 종래 기술의 베이스를 활용하나, 반대편 보스들 사이에 제공된 고정된 링크를 활용하는 종래 기술의 모터/펌프 연결부의 대안적인 실시예를 도시한다. 구체적으로, 도 2에 도시된 베이스(14)는 가요성 리빙 힌지의 반대편 측면들 상에서 모터 장착 플랜지와 펌프 장착 플랜지를 포함한다. 힌지 반대편에는 펌프와 모터 사이의 각도를 설정하기 위해 고정된 링크가 제공되는 마주보는 보스들이 있다. 고정된 링크의 길이는 펌프에 의해 생산되는 원하는 용량 유동에 기초하여 선택된다. 특정 적용 분야에서, 다른 길이들의 다양한 고정된 링크가 미리 결정된 범위로 펌프의 용량(volume)을 조절하기 위해 제공될 수 있다.

이제 도 3을 참조하면, 종래 기술의 펌프 및 모터 구성은 다음과 같이 작동한다. 펌프(12)는 일반적으로 펌프 하우징(101) 및 피스톤(118)을 포함한다. 펌프 하우징(101)은 입구 포트(104)와 출구 포트(106)를 갖는 플라스틱 펌프 케이싱(102)을 포함한다. 펌프 케이싱(102)은 개방 단부(110)를 갖는 원통형 챔버(108)를 형성한다. 원통형 챔버(108) 내에는 중앙 길이방향 보어(114) 및 길이방향 보어(114)와 연통하는 횡방향 보어(116)를 갖는 세라믹 피스톤 라이너(liner)(112)가 수용된다. 횡방향 보어(116)는 펌프 케이싱(102)의 입구 포트(104)와 유체 연통하는 라이너 입구 포트(116a) 및 펌프 케이싱의 출구 포트(106)와 유체 연통하는 라이너 출구 포트(116b)를 포함하여 액체가 라이너를 통해 입구 포트(116a)로부터 출구 포트(116b)로 하기에 설명되는 방식으로 펌핑될 수 있다.

펌프 피스톤(118)은 피스톤 라이너(112)의 중앙 보어(114) 내에서 축방향으로 회전가능하게 슬라이드가능하다. 피스톤(118)의 일 단부에는 펌프 케이싱(102)의 개방 단부(110)로부터 연장하고 모터(10)의 샤프트와 결합하기 위한 커플링(120)을 포함한다. 그 반대편 단부에서, 피스톤(118)은 펌프 라이너의 횡방향 보어(116)에 인접하게 배치된 감소된 또는 "절단" 부분(122)이 형성되어 있다. 하기에 설명되는 바와 같이, 감소된 부분(122)은 유체를 펌프(12) 안팎으로 안내하도록 설계된다.

밀봉 어셈블리(124)는 펌프 케이싱(102)의 개방 단부(110)에 제공되어 피스톤(118)과 펌프 챔버(108)를 밀봉된다. 밀봉 어셈블리(124)는 중앙 개구(128)를 갖는 글랜드 너트(gland nut)(126)에 의해 펌프 케이싱(102)의 개방 단부(110)에 유지되어 피스톤(118)을 수용한다. 글랜드 너트(126)는 나사식 연결부(130)로 펌프 케이싱(102)에 부착된다.

작동시, 모터(10)는 피스톤(118)을 구동하여 피스톤 라이너(112)의 중앙 보어(114) 내에서 축방향으로 병진 이동하고 회전한다. 입구 포트(104)로부터 횡방향 보어(116) 내로 액체를 끌어들이기 위해, 피스톤(118)은 감소된 부분(122)을 라이너 입구 포트(116a)와 정렬하기 위해 필요에 따라 회전된다. 그런 다음 피스톤(118)은 펌프 라이너(112)의 중앙 보어(114) 내로 원하는 용량의 액체를 도입하기 위해 필요한 만큼 뒤로 당겨진다. 피스톤(118)의 수축은 횡방향 보어(116)의 라이너 입구 포트(116a) 내에 부압을 생성하여, 케이싱 입구 포트(104)로부터 액체를 끌어들인다. 그런 다음 피스톤(118)은 감소된 부분(122)을 라이너 출구 포트(116b)와 정렬시키기 위해 회전된다. 마지막으로, 피스톤(118)은 필요한 거리만큼 전방으로 구동되어 횡방향 보어(116)의 출구 포트(116b) 내로 액체를 가압하여 원하는 배출 유동을 생성한다.

따라서, 모터 샤프트의 각각의 회전은 펌프의 피스톤을 회전시킨다. 펌프와 모터 사이의 각도 배향으로 인해, 모터 샤프트의 각각의 회전은 펌프 피스톤이 축 방향으로 왕복 운동하여 펌프의 입구와 출구 사이에 유체를 전달하기 위해 유체를 교대로 흡인하고 배출한다. 피스톤 행정의 진폭은 펌프의 입구와 출구 사이에 전달되는 유체의 용량을 결정한다. 모터에 대해 펌프의 각도를 변경함으로써, 피스톤의 행정은 조절되고, 이에 의해 입구와 출구 사이에 전달되는 유체의 용량이 조절된다.

이러한 종래 기술의 펌프 및 모터 구성들에서, 모터(10)에 대한 펌프(12)의 각도는 베이스(14)를 통해 조절되어 모터 샤프트의 각각의 회전에 따라 펌프의 원하는 용량 유동을 제공한다. 따라서, 펌프의 축과 모터 샤프트 사이의 각도를 조절하도록 구성된 베이스(14)를 제공하는 것이 바람직하다.

본 명세서에 사용된 바와 같은, 스텝 모터 또는 스테핑 모터로 알려진 "스테퍼 모터(stepper motor)"는 순차적으로 스위치되는 DC 전원 공급부로부터 구동될 때 전체 샤프트 회전을 본질적으로 균일한 크기(magnitude)의 여러 단계들로 나누는 전기 모터이다.

본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 "웜 구동(worm drive)"은 웜 또는 웜 스크류가 복수의 치형부들을 갖는 아치형(즉, 곡선형) 부재와 맞물리는 기어 구성이다. 웜 스크류와 아치형 부재는 길이방향 축을 따라 평행하게 배열되고 웜 스크류의 나사산들은 아치형 부재의 치형부들과 맞물린다. 시계 방향으로의 웜 스크류의 회전은 아치형 부재를 제1 방향으로 이동시키고 반시계 방향으로의 웜 스크류의 회전은 아치형 부재를 반대 방향으로 이동시킨다.

본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 "힌지", "힌지 어셈블리" 및 "리빙 힌지"는 상부 베이스 부분과 하부 베이스 부분을 연결하여 그들의 길이방향 축들 사이의 각도 관계를 변경하는 하나 이상의 구성요소를 갖는 이동가능한 조인트 또는 기구를 지칭한다.

본 명세서에 사용된 바와 같은, 용어 "리빙 힌지(living hinge)"는 모재(통상적으로 플라스틱)의 연장부로 만들어진 힌지의 유형을 지칭한다. 리빙 힌지 "브릿지(bridge)"는 두 개의 더 큰 플라스틱 섹션들, 즉 상부 베이스 부분과 하부 베이스 부분 사이에서 연결부로서 작용하는 얇은 플라스틱 섹션이다. 바람직하게는, 상부 및 하부 베이스 부분들과 리빙 힌지 "브릿지"는 하나의 연속적인 플라스틱 부분으로 만들어진다. 매우 얇고 통상적으로 가요성 플라스틱으로 만들어지기 때문에, 리빙 힌지는 한 축에 관해 180도 이상 회전할 수도 있다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 각도 조절 액추에이터(60)를 갖는 조절가능한 펌프 및 모터 어셈블리(20)가 도시되어 있다. 조절가능한 펌프 및 모터 어셈블리(20)는 피벗가능하게 연결된 상부 베이스 부분(46) 및 하부 베이스 부분(48)을 갖는 베이스(26)를 통해 정용량형 펌프(24)(도 3을 참조하여 전술한 바와 같음)에 연결된 통상적인 모터(22)를 포함한다. 모터(22)는 스핀들 커플링(32)에 연결된 샤프트(28)를 갖고, 샤프트(28)는 회전 축을 중심으로 스핀들 커플링(32)을 회전시킨다. 펌프(24)는 또한 회전 축을 중심으로 회전하고 또한 회전 축의 방향으로 병진 이동하는 피스톤(30)을 갖는다. 피스톤(30)의 일 단부는 스핀들 커플링(32)에 연결된다.

모터(22)의 샤프트(28)는 스핀들 커플링(32)을 통해 펌프(24)의 피스톤(30)에 결합되어 모터 샤프트(28)의 회전이 펌프 피스톤(30)의 회전을 일으킨다. 또한, 모터 샤프트(28)의 회전 축에 대해 펌프 피스톤(30)의 회전 축을 경사지게함으로써, 모터 샤프트(28)의 회전은 또한 펌프 피스톤(30)의 선형 병진 이동을 야기하고 피스톤(30)의 원위 단부에서 챔버(35)의 용량을 증가 또는 감소시킨다.

모터 샤프트(28)에 더 가까운 펌프 피스톤(30)의 단부는 펌프 피스톤(30)에 수직이고 구형 베어링(36)에 연결된 핀(34)에 부착된다. 구형 베어링(36)은 스핀들 커플링(32)의 중공 부분에 유지되거나 포착된다. 스핀들 커플링(32)이 모터 샤프트(28)에 의해 회전될 때, 구형 베어링(36)과 핀(34) 어셈블리는 스핀들 커플링(32)의 회전 운동을 펌프 피스톤(30)에 전달한다. 스핀들 커플링(32)의 회전은 펌프 피스톤(30)의 축을 따라 선형 방향으로 펌프(24)의 실린더(38) 내측에서 펌프 피스톤(30)를 회전시키고 왕복 운동시킨다. 펌프 피스톤(30)이 선형으로 이동할때, 구형 베어링(36)은 스핀들 커플링(32)의 중공 내에서 회전한다. 180도 원호(arc)에 걸쳐 펌프 피스톤(30)의 왕복 이동 회전은 제1 포트(40)를 향한 제1 위치와 제2 포트(42)를 향한 제2 위치 사이에서 피스톤 플랫(flat)(44)을 스위치시킨다. 제1 위치에서, 피스톤 플랫(44)은 제1 포트(40)로부터 챔버(35) 내로 유체를 유동시킨다. 펌프 피스톤(30)이 180도 회전하면, 제1 포트(40)는 닫히고 피스톤 플랫(44)은 제2 위치로 이동하여 유체를 챔버(35)로부터 체2 포트(42)를 통해 분배한다. 펌프 피스톤(30)이 반대편 포트들(40, 42) 사이의 실린더(38) 내에서 왕복 이동가능하게 회전할때, 피스톤 플랫(44)은 한 번에 하나의 포트(40, 42)만을 개방한다.

피스톤 플랫(44)에 대해 개방되는 포트들(40, 42)은 활성 포트로 고려된다. 왕복 이동 운동은 유체를 활성 포트로부터 끌어오고 활성 포트 밖으로 밀어낸다. 왕복 이동 및 회전은 하나의 포트에서 유체를 끌어오고 반대편 포트로 유체를 밀어내도록 시간이 정해진다. 바람직하게는, 피스톤 플랫(44)은 포트들(40, 42) 사이에서 약 180도 회전함으로써 왕복 이동한다. 펌프 피스톤(30)이 모터 샤프트(28)에 대해 유지되는 각도 수정은 펌프 피스톤(30)의 바닥에서 챔버(35) 내의 용량을 조절하여 회전당 출력 용량을 원하는 출력 용량으로 보정할 수 있다.

또한 위에서 언급된 바와 같이, 펌프 피스톤(30)의 축과 모터 샤프트(28) 사이의 각도는 힌지(50)를 통해 서로 피벗가능하게 연결된 상부 베이스 부분(46) 및 하부 베이스 부분(48)을 갖는 베이스(26)에 의해 결정된다. 상부 베이스 부분(46)은 모터(22)에 부착되는 플랜지(52)를 갖고, 하부 베이스 부분(48)은 피스톤(30)과 실린더(38)를 수용하는 펌프 헤드(24)를 유지하는 플랜지(54)를 갖는다. 힌지(50)는 상부 베이스 부분(46)을 도 4에서 화살표 47로 지시된 방향으로 하부 베이스부(48)에 대해 경사지게 한다. 통상적으로 상부 베이스 부분(46)과 하부 베이스 부분(48)을 포함하는 베이스(26)는 리빙 힌지(50)와 함께 사출 성형된다. 그러나, 본 발명의 범위 내에서 이들 부분들을 위해 고정된 힌지 내에서 개별적으로 성형될 수 있다.

피스톤(30)은 실린더(38) 내로 연장되어 피스톤(30)의 원위 단부와 실린더(38)의 바닥 사이에 챔버(35)를 형성한다. 챔버(35)의 용량은 피스톤(30)이 실린더(38) 내에서 상하로 이동함에 따라 변경된다. 펌프 피스톤(30)의 축과 모터 샤프트(28) 사이의 각도 조절은 피스톤(30)의 이동 거리를 조절하고 챔버(35)의 최대 용량 및 유량을 결정한다.

모터 샤프트(28)와 펌프 피스톤(30) 사이의 각도의 조절은 도 4 내지 도 6에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 조절 기구(59)에 의해 달성된다. 전자 조절 기구(59)은 베이스(26)의 플랜지들 중 하나에 부착된 선형 액추에이터(60)를 포함한다. 도 4 내지 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 관한 것이고, 선형 액추에이터(60)가 상부 베이스 부분(46)의 모터 플랜지(52)에 부착된다. 그러나, 액추에이터(60)가 반대편 펌프 플랜지(54)에 부착되는 것을 고려할 수 있어서, 본 명세서에 설명된 나머지 관련된 구성 요소들의 구성이 역전될 수 있다.

선형 액츄에이터(60)는 바람직하게는 모터 샤프트(28)의 회전 축과 평행하게 연장되는 선형 축(64)을 따라 정확한 증분으로 선형 액츄에이터 구동 로드(62)를 병진 이동시킬 수 있는 전자 장치이다. 본 발명에서 사용하기 위한 선형 액츄에이터의 한 유형은 캡티브(captive) 너트 선형 액츄에이터로서 본 기술 분야에 공지되어 있다.

상부 베이스부(46) 상의 모터 플랜지(52)는 바람직하게는 부착 플레이트(66)에 의해 모터(22)에 부착된다. 부착 플레이트(66)는 모터(22)로부터 외향으로 연장되고 전자 각도 조절 기구(59)의 선형 액추에이터(60)를 부착 플레이트(66)의 상부 표면(68)에 장착하는 것을 허용하는 크기 및 형상이다. 부착 플레이트(66)의 상부 표면(68) 상에 선형 액추에이터(60) 및 모터(22)의 장착 및 부착 플레이트(66)의 하부 표면(70)에 모터 플랜지(52)의 장착은 각각의 구성요소들에서 나사식 연결부들을 갖는 볼트들과 같은 통상적인 패스너들로 달성될 수 있다. 바람직하게는, 부착 플레이트(66)는 모터(22)로부터 외향으로 연장되고 단일 금속 시트(sheet)로 형성되어 전자 각도 조절 기구(59)을 수용하도록 성형된다.

선형 액츄에이터(60)의 선형 액츄에이터 구동 로드(62)의 원위 단부에는 구동 로드 커플러(72)가 부착되어 있다. 구동 로드 커플러(72)는 길이방향 축(64)을 따라 선형 액츄에이터(60)로부터 축 방향으로 외향으로 연장된다. 구동 로드 커플러(72)는 상부 표면과 하부 표면 사이에서 부착 플레이트(66)에 제공된 개구를 통해 축방향으로 더 연장된다. 구동 로드(62) 반대편에 있는 구동 로드 커플러(72)의 원위 단부에는 가요성 부재(74)가 부착된다.

가요성 부재(74)는 길이방향 축(64)을 따라 구동 로드(62)에 의해 부여된 선형력을 전달하는 강도를 갖지만, 하기에서 더 설명되는 바와 같이 약간의 굽힘을 허용하기에 충분히 가요성을 갖는 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 가요성 부재를 위해 적합한 재료는 스프링 강(spring steel)이다.

가요성 부재(74)는 구동 로드 커플러의 원위 단부에 부착된 제1 단부 및 베이스(26)의 하부 플랜지(54)에 연결된 제1 단부 반대편의 제2 단부를 갖는다. 따라서, 선형 액추에이터 구동 로드(62)의 선형 운동은 가요성 부재(74)의 선형 운동을 동일한 방향으로 야기할 것이다. 선형 액추에이터(60)가 상부 베이스 부분(46)에 연결되고 가요성 부재(74)가 하부 베이스 부분(48)에 연결되기 때문에, 가요성 부재(74)의 선형 운동은 하부 베이스 부분(48)이 상부 베이스 부분(46)에 대해 힌지(50)에 관해서 피벗하는 것을 야기할 것이다.

가요성 부재(74)는 초기에 선형 액추에이터 구동 로드(62)의 선형 축(64)을 따른 방향으로 구동 로드 커플러(72)로부터 연장된다. 그러나, 가요성 부재(74)는 구동 로드 커플러(72)를 지나서 길이방향 축(64)을 따른 지점에서 구부러지기 시작하도록 허용된다. 가요성 부재(74)의 이러한 굽힘은 베이스 힌지(50) 반대편의 하부 플랜지(54) 단부의 원호(arc) 형상 이동 경로를 보상하기 위해 바람직하다.

가요성 부재(74)의 굽힘은 캠 블록 어셈블리(76) 및 롤러 베어링 어셈블리(78)에 의해 촉진될 수 있다. 캠 블록 어셈블리(76)는 베이스 힌지(50) 반대편에 있는 베이스(26)의 하부 플랜지(54)에 장착된 브래킷(80)을 포함한다. 임의의 부착 수단이 사용될 수 있다. 예를 들어, 하부 플랜지(54)에 형성된 나사식 구멍에 맞물리는 통상적인 스크류 패스너가 충분할 것이다.

캠 블록 어셈블리(76)는 브래킷(80)에 의해 지지되는 캠 블록(82)을 더 포함한다. 캠 블록(82)은 가요성 부재(74)를 향하는 곡선 지지 표면(84)을 갖는다. 캠 블록(82)의 곡선 지지 표면(84)은 피벗 지점으로부터 베이스(26)의 하부 플랜지(54)를 갖는 가요성 부재(74)의 교차 지점까지의 거리에 의해 한정된 베이스 힌지(50)의 피벗 지점에 관한 곡률 반경을 갖는다. 가요성 부재(74)가 캠 블록(82)의 곡선 지지 표면(84)에 대해 지지되면, 가요성 부재(74)는 베이스 힌지(50)에 관해 하부 플랜지(54)의 원위 단부의 경로와 일치하는 곡선 경로를 횡단할 것이다.

롤러 베어링 어셈블리(78)는 부착 플레이트(66)에 장착된 브래킷(86)을 포함한다. 브래킷(86)은 캠 블록(82)의 캠 표면(84) 반대편에 위치된 롤러 베어링(88)을 회전가능하게 지지한다. 이와 관련하여, 롤러 베어링(88)은 롤러 베어링 어셈블리 브래킷(86)에 고정된 핀에 회전가능하게 장착된다. 여기서 롤러 베어링(88)은 곡선 지지 표면(84)에 대해 가요성 부재(74)를 구속하는 것을 돕기 위해 사용된다. 하나 이상의 스프링(도시 생략)은 또한 롤러 베어링 어셈블리(78)를 포함하여 캠 블록(82)에 대해 가요성 부재(74)를 가압하기 위해 롤러 베어링(88)에 지속적인 바이어스(ongoing bias)를 제공한다. 롤러 베어링(88) 없이, 가요성 부재(74)는 구동 로드(62)에 의해서만 구속될 것이고, 따라서 외향으로 구부러지기 쉬울 것이다.

위의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 적어도 일부 실시예들은 각각의 전기 라인들(90, 92)을 통해 모터(22) 및 선형 액추에이터(60)에 결합되는 제어기를 포함한다. 제어기의 이러한 일예는 컴퓨터 장치이고, 이는 선형 액츄에이터(60)의 동적 제어를 가능하게 하고 전자 조절 기구(59)를 정확하고 반복적으로 수정되도록 한다. 따라서 분배된 유체의 용량은 매우 정확하고, 반복가능하며, 동적이다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 하나 이상의 컴퓨팅 장치에 의해 그리고 네트워크 구성을 포함하는 다양한 시스템 구성들로 실시될 수 있음을 이해할 것이다.

본 발명의 전자 조절 기구(259)의 제2 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 부착 플레이트(266)는 상부 베이스 부분(246) 상의 모터(222)와 모터 플랜지(252) 사이에 장착되고 모터(222)의 일측에서 외향으로 연장된다. 펌프(224)에 연결된 하부 베이스 부분(248) 및 상부 베이스 부분(246)은 힌지(250)에 의해 피벗가능하게 연결된다. 부착 플레이트(266)의 일 측면 상에 있는 측벽(268)은 모터(222)로부터 펌프(224)를 향해 하향으로 연장한다. 전기 모터(260)는 측벽(268)의 외측에 부착되고 모터 샤프트(262)는 측벽(268)을 통해 통과한다. 복수의 치형부들(276)을 갖는 기어 휠(274)이 모터 샤프트(262)의 원위 단부에 부착된다.

칼라(254)는 하부 베이스 부분(248)에 부착되고 칼라(254)의 일 측면은 힌지(250)에 의해 상부 베이스 부분(246)에 부착된다. 힌지(250)의 반대측에서 2개의 평행한 부재들(280, 282)을 갖는 브래킷(278)은 칼라(254)로부터 외향으로 연장한다. 2개의 평행한 부재들(280, 282)의 원위 단부에서, 아치형 부재(284)는 2개의 평행한 부재들(280, 282) 사이에 부착된다. 아치형 부재(284)는 칼라(254)를 향해 내향으로 굽혀지고 오목한 안쪽 표면 상에서 복수의 치형부들(286)을 갖는다. 기어 휠(274) 상의 복수의 치형부들(276)은 아치형 부재(284) 상의 복수의 치형부들(286)과 맞물리고 모터(260)는 하부 베이스 부분(248)에 대한 상부 베이스 부분(246)의 피벗 운동을 제어한다.

본 발명의 전자 조절 기구(359)의 제3 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 부착 플레이트(366)는 상부 베이스 부분(346) 상의 모터 플랜지(352)와 모터(322) 사이에 장착되고 모터(322)의 일 측면 상에서 외향으로 연장한다. 펌프(324)에 연결된 하부 베이스 부분(348) 및 상부 베이스 부분(346)은 힌지(350)에 의해 피벗가능하게 연결된다. 부착 플레이트(366)의 일 측면 상에 있는 측벽(368)은 모터(322)로부터 펌프(324)를 향해 하향으로 연장된다. 전기 모터(360)는 측벽(368)의 외측에 부착되고 모터 샤프트(362)는 측벽(368)을 통과한다. 복수의 치형부들(376)을 갖는 기어 휠(374)은 모터 샤프트(362)의 원위 단부에 부착된다.

칼라(354)는 하부 베이스 부분(348)에 부착되고 칼라(354)의 일 측면은 힌지(350)에 의해 상부 베이스 부분(346)에 부착된다. 힌지(350)의 반대편에서 2개의 평행한 부재들(380, 382)을 갖는 브래킷(378)은 칼라(354)로부터 외향으로 연장한다. 2개의 평행한 부재들(380, 382)의 원위 단부에서, 아치형 부재(384)는 2개의 평행한 부재들(380, 382) 사이에 부착된다. 아치형 부재(384)는 칼라(354)로부터 멀어지게 외향으로 구부러지고, 볼록한 외향 표면 상에서 복수의 치형부들(386)을 갖는다. 기어 휠(374) 상의 복수의 치형부들(376)은 아치형 부재(384) 상의 복수의 치형부들(386)과 맞물리고 모터(360)는 하부 베이스 부분(348)에 대한 상부 베이스 부분(346)의 피벗 운동을 제어한다.

본 발명의 전자 조절 기구(459)의 제4 실시예가 도 9에 도시되어 있다. 부착 플레이트(466)는 상부 베이스 부분(446) 상의 모터 플랜지(452)와 모터(422) 사이에 장착되고 모터(422)의 일 측면 상에서 외향으로 연장한다. 상부 베이스 부분(446)과 하부 베이스 부분(448)은 힌지(450)에 의해 피벗가능하게 연결된다. 모터(460)는 플레이트(466)를 통해 펌프(424)를 향해 하향으로 연장하는 모터 샤프트(462)를 갖는 부착 플레이트(466) 상에 장착된다. 연속 나선형 나사산(476)을 갖는 웜 스크류(474)는 모터 샤프트(462)의 원위 단부에 부착된다.

칼라(454)는 하부 베이스 부분(448)에 부착되고 칼라(454)의 일 측면은 힌지(450)에 의해 상부 베이스 부분(446)에 부착된다. 힌지(450)의 반대편에서 2개의 평행한 부재들(480, 482)을 갖는 브래킷(478)은 칼라(454)로부터 외향으로 연장한다. 2개의 평행한 부재들(480, 482)의 원위 단부에서, 아치형 부재(484)는 2개의 평행한 부재들(480, 482) 사이에 부착된다. 아치형 부재(484)는 칼라(454)로부터 멀어지게 외향으로 구부러지고 볼록한 외향 표면 상에서 복수의 치형부들(486)을 갖는다. 웜 스크류(474) 상의 연속 나선형 나사산(476)은 아치형 부재(484)의 복수의 치형부들(486)과 맞물리고 모터(460)는 하부 베이스 부분(448)에 대한 상부 베이스 부분(446)의 피벗 운동을 제어한다.

본 발명의 실시예는 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하고, 여기서 각각의 매체는 데이터 또는 데이터를 관리하기 위한 컴퓨터 실행가능한 명령을 포함하거나 포함하도록 구성될 수 있다. 컴퓨터 실행가능한 명령은 데이터 구조들, 객체들, 프로그램들, 루틴들, 또는 다양한 기능을 수행할 수 있는 범용 컴퓨터와 관련된 것들 또는 제한된 수의 기능들을 수행할 수 있는 특수 목적 컴퓨터와 관련된 것들과 같은 처리 시스템에 의해 액세스될 수 있는 다른 프로그램 모듈들을 포함한다. 컴퓨터 실행가능한 명령은 처리 시스템이 특정 기능 또는 기능 그룹을 수행하게 하고, 본 명세서에 기재된 방법의 단계들을 실행하기 위한 프로그램 코드 수단의 실예이다. 더욱이, 실행가능한 명령의 특정 시퀀스는 이러한 단계들을 실행하기 위해 사용될 수 있는 해당하는 동작의 실예를 제공한다. 컴퓨터 판독가능한 매체의 실예로는 랜덤 액세스 메모리("RAM"), 판독 전용 메모리("ROM"), 프로그래밍가능한 판독 전용 메모리("PROM"), 소거가능 프로그래밍가능한 판독 전용 메모리("EPROM"), 전기적으로 소거가능 프로그램가능한 판독 전용 메모리("EEPROM"), 콤팩트 디스크 판독 전용 메모리("CD-ROM"), 또는 처리 시스템에 의해 액세스할 수 있는 데이터 또는 실행가능한 명령을 제공할 수 있는 임의의 다른 장치 또는 구성 요소를 포함한다.

예를 들어, 컴퓨터 장치는 개인용 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기("PDA"), 또는 다른 휴대용 장치, 워크스테이션(workstation), 미니컴퓨터, 메인프레임, 슈퍼컴퓨터, 다중 프로세서 시스템, 네트워크 컴퓨터, 제어기, 프로세서 기반 소비자 전자 장치(processor-based consumer electronic device) 등일 수 있다.

본 발명의 결과로서, 정용량형 펌프의 회전당 출력 용량의 원격 조절을 위한 기구가 제공된다. 선형 액추에이터를 팽창시키면, 펌프의 회전당 각도와 출력 용량이 증가한다. 선형 액추에이터를 수축시키면, 펌프의 회전당 각도와 출력 용량이 감소한다.

더욱이, 선형 액츄에이터와 상부 베이스 부분 사이를 연결하기 위해 강성 부재 대신에 가요성 부재를 사용함으로써, 선행 액츄에이터의 선형 운동과 하부 베이스 부분에 대한 상부 베이스 부부의 각 운동(angular motion) 사이에 비례 관계가 설정된다. 또한, 유동의 전자적 조절을 위한 성능은 정용량형 펌프가 회전당 큰 출력 용량을 활용하여 라인들을 프라이밍한, 다음에 수동 개입 없이 필요한 소량 분배를 위해 회전당 낮은 출력 용량으로 전환할 수 있다.

본 발명은 정용량형 펌프에서 분배 용량에 대해 흡인 용량을 변화시키는 문제를 추가로 극복한다. 통상적으로, 이러한 펌프들은 메인 모터의 회전에 의해 유체를 이동시키기 위해서만 사용되었다. 베이스의 각도를 전자적으로 조절할 수 있는 성능에 대해, 시린지(syringe) 동작으로 유체를 이동시키는 새로운 방법이 가능하다. 피스톤 플랫이 하나의 포트에 대해 개방된 상태에서, 선형 액추에이터를 팽창시키면 베이스의 각도가 증가하고 유체를 펌프 헤드로 끌어들이다. 대조적으로, 선형 액추에이터를 수축시키면, 베이스의 각도가 감소하고 유체를 펌프 헤드 밖으로 밀어낼 수 있다. 더욱이, 가요성 부재로 인해, 선형 운동은 각 운동에 비례하는 관계를 가지며, 이는 다시 출력 용량에 비례하는 관계를 갖는다. 이러한 팽창과 수축은 활성 포트로부터 예측가능한 흡인 및 분배 용량을 제공한다.

또한, 밸브없는 펌프들의 시린지 기능에 의한 각도의 전자 조절을 도입함으로써, 활성 포트에 대해 피스톤 플랫의 각도를 변경하여 배럴 크기를 조절할 수 있다.

또한, 통상적인 시린지 펌프와 통상적인 정용량형 펌프 양자로서 작동할 수 있는 성능에 대해, 가변 용량형 펌프는 통상적인 정용량형 펌프처럼 작동함으로써 라인을 프라이밍하고 통상적인 시린지 펌프처럼 작동함으로써 일정한 유량 분배를 제공할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예가 본 명세서에 구체적으로 기재되고 및/또는 설명된 한편, 본 발명의 수정 및 변형은 본 발명의 사상 및 의도된 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 수행될 수 있음을 이해해야 한다.

20: 펌프 및 모터 어셈블리 22: 모터
24: 펌프 26: 베이스
28: 모터 샤프트 30: 펌프 피스톤
32: 스핀들 커플링 34: 핀
35: 챔버 36: 구형 베어링
38: 실린더 46: 상부 베이스 부분
48: 하부 베이스부분 50: 힌지
52: 모터 플랜지 54: 펌프 플랜지
59: 전자 각도 조절 기구 60: 선형 액추에이터
62: 구동 로드 66: 부착 플레이트
72: 구동 로드 커플러 74: 가요성 부재
76: 캠 블록 어셈블리 78: 롤러 베어링 어셈블리
80, 86: 브래킷 82: 캠 블록
88: 롤러 베어링

Claims

펌프 및 모터를 위한 각도 조절 기구로서,
모터를 장착하기 위한 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 상부 베이스 부분, 제1 단부와 제2 단부 상에 펌프를 장착하기 위한 하부 베이스 부분, 및 상기 상부 베이스 부분의 상기 제2 단부와 상기 하부 베이스 부분의 상기 제2 단부를 피벗가능하게 연결하는 힌지(hinge)를 포함하는 베이스;
장착된 선형 액추에이터; 및
상기 상부 베이스 부분의 상기 제1 단부에 상기 모터를 부착하는 부착 플레이트로서, 상기 부착 플레이트는 상기 선형 액추에이터를 장착하기 위해 상기 모터로부터 외향으로 연장하는, 상기 부착 플레이트;를 포함하고,
상기 선형 액추에이터의 작동은 곡선 경로에서 가요성 부재를 구동하여 상기 하부 베이스 부분과 상부 베이스 부분을 상기 힌지를 중심으로 서로에 대해 피벗하도록 하고, 이에 의해 상기 하부 베이스 부분과 상기 상부 베이스 부분 사이의 각도를 변경하는, 각도 조절 기구.
제1 항에 있어서, 상기 선형 액추에이터는 상기 선형 액추에이터에 부착된 근위 단부 및 상기 하부 베이스 부분에 부착된 칼라(collar)에 연결된 원위 단부를 갖는 가요성 부재를 포함하는, 각도 조절 기구.
제2 항에 있어서, 상기 칼라에 장착된 캠 블록을 추가로 포함하고, 상기 캠 블록은 상기 곡선 경로를 따라 상기 가요성 부재를 안내하기 위한 곡선 지지 표면을 갖는, 각도 조절 기구.
제3 항에 있어서, 상기 캠 블록에 인접한 롤러 베어링을 추가로 포함하고, 상기 롤러 베어링은 상기 캠 블록의 상기 곡선 표면에 대해 상기 가요성 부재를 가압하는, 각도 조절 기구.
제2 항에 있어서, 상기 선형 액추에이터는 선형 축을 따라 이동가능한 구동 로드 및 상기 구동 로드의 원위 단부에 부착된 구동 로드 커플러를 포함하고, 상기 가요성 부재는 상기 구동 로드 커플러에 부착되는, 각도 조절 기구.
제2 항에 있어서, 상기 가요성 부재는 스프링 강 재료를 포함하고, 또는 상기 가요성 부재는 상기 선형 액추에이터의 선형 운동을 상기 상부 베이스 부분과 하부 베이스 부분의 서로에 대한 피벗팅 운동(pivoting motion)으로 전환시키기 위해 굽힘가능한, 각도 조절 기구.
제2 항에 있어서, 상기 상부 베이스 부분은 플랜지를 포함하고, 상기 플랜지는 상기 상부 베이스 부분을 상기 부착 플레이트에 부착하는, 각도 조절 기구.
제1 항에 있어서, 상기 부착 플레이트는 상기 모터로부터 외향으로 연장하고 상기 펌프를 향해 하향으로 연장하는 측벽을 가지며, 상기 선형 액추에이터는 상기 부착 플레이트에 평행하게 그리고 상기 측벽을 통해 샤프트의 원위 단부 상의 기어 휠까지 연장하는 상기 샤프트를 갖는 상기 측벽에 장착된 액추에이팅 모터이고, 브래킷은 상기 힌지의 반대편에 있는 칼라에 부착되어 상기 칼라로부터 외향으로 연장하며, 상기 브래킷은 2개의 평행한 부재들 및 상기 펌프를 향해 오목한 표면 상의 복수의 치형부들을 갖는 상기 부재들의 원위 단부들 사이에 고정된 아치형 부재를 갖고, 상기 기어 휠은 상기 아치형 부재 상의 상기 복수의 치형부들과 맞물리고 상기 액추에이팅 모터의 작동은 상기 상부 베이스 부분과 하부 베이스 부분 사이의 각도를 변경하는, 각도 조절 기구.
제8 항에 있어서, 상기 상부 베이스 부분은 플랜지를 포함하고, 상기 플랜지는 상기 상부 베이스 부분을 상기 부착 플레이트에 부착하는, 각도 조절 기구.
제8 항에 있어서, 상기 액추에이터 모터는 스테퍼 모터(stepper motor)인, 각도 조절 기구.
제1 항에 있어서, 상기 부착 플레이트는 상기 모터로부터 외향으로 연장하고 상기 펌프를 향해 하향으로 연장하는 측벽을 갖고, 상기 선형 액추에이터는 상기 부착 플레이트에 평행하게 그리고 상기 측벽을 통해 샤프트의 원위 단부 상의 기어 휠까지 연장하는 상기 샤프트를 갖는 상기 측벽에 장착된 액추에이팅 모터이고, 브래킷은 상기 힌지의 반대편에 있는 칼라에 부착되어 상기 칼라로부터 외향으로 연장하며, 상기 브래킷은 2개의 평행한 부재들 및 상기 펌프로부터 멀어지는 볼록한 표면 상의 복수의 치형부들을 갖는 상기 부재들의 원위 단부들 사이에 고정된 아치형 부재를 갖고, 상기 기어 휠은 상기 아치형 부재 상의 상기 복수의 치형부들과 맞물리고 상기 액추에이팅 모터의 작동은 상기 상부 베이스 부분과 하부 베이스 부분 사이의 각도를 변경하는, 각도 조절 기구.
제11 항에 있어서, 상기 상부 베이스 부분은 플랜지를 포함하고, 상기 플랜지는 상기 상부 베이스 부분을 상기 부착 플레이트에 부착하는, 각도 조절 기구.
제11 항에 있어서, 상기 액추에이터 모터는 스테퍼 모터인, 각도 조절 기구.
제1 항에 있어서, 상기 부착 플레이트는 상기 모터로부터 외향으로 연장하고, 상기 선형 액추에이터는 상기 측벽을 통해 연장하고 샤프트의 원위 단부 상의 웜 스크류(worm screw)에 연결된 상기 샤프트를 갖는 상기 부착 플레이트의 상부 표면에 장착되는 액추에이팅 모터이고, 브래킷은 상기 힌지의 반대편에 있는 칼라에 부착되어 상기 칼라로부터 외향으로 연장하며, 상기 브래킷은 2개의 평행한 부재들 및 상기 펌프로부터 멀어지는 볼록한 표면 상의 복수의 치형부들을 갖는 상기 부재들의 원위 단부들 사이에 고정된 아치형 부재를 갖고, 상기 웜 스크류는 상기 아치형 부재 상의 상기 복수의 치형부들과 맞물리고 상기 액추에이팅 모터의 작동은 상기 상부 베이스 부분과 하부 베이스 부분 사이의 각도를 변경하는, 각도 조절 기구.
제14 항에 있어서, 상기 상부 베이스 부분은 플랜지를 포함하고, 상기 플랜지는 상기 상부 베이스 부분을 상기 부착 플레이트에 부착하는, 각도 조절 기구.
제14 항에 있어서, 상기 액추에이터 모터는 스테퍼 모터인, 각도 조절 기구.
모터 및 펌프 어셈블리로서,
제1 단부와 제2 단부를 갖는 상부 베이스 부분, 제1 단부와 제2 단부를 갖는 하부 베이스 부분, 및 상기 상부 베이스 부분과 상기 하부 베이스 부분을 피벗가능하게 연결하는 힌지를 포함하는 베이스;
상기 상부 베이스 부분의 상기 제1 단부에 장착된 부착 플레이트를 갖고, 회전 축에 대해 회전가능한 샤프트를 갖는 모터;
상기 하부 베이스 부분의 상기 제1 단부에 장착된 펌프로서, 상기 펌프는 회전 축에 대해 회전가능하고 상기 회전 축을 따라 선형으로 병진 이동가능한 한 피스톤을 갖고, 상기 펌프 피스톤은 상기 모터 샤프트에 결합된, 상기 펌프; 및
상기 부착 플레이트에 장착된 선형 액추에이터;를 포함하고,
상기 선형 액추에이터의 작동은 상기 힌지를 중심으로 상기 하부 베이스 부분에 대해 상기 상부 베이스 부분을 피벗시키고, 이에 의해 상기 모터 샤프트의 상기 회전 축과 상기 펌프 피스톤의 상기 회전 축 사이의 각도를 변경하는, 모터 및 펌프 어셈블리.
제17 항에 있어서, 근위 단부를 갖는 가요성 부재는 상기 선형 액추에이터에 부착되고, 상기 근위 단부 반대편의 원위 단부는 상기 하부 베이스 부분에 부착된 칼라에 연결되고, 상기 선형 액추에이터는 곡선 경로에서 상기 가요성 부재를 구동시키는, 모터 및 펌프 어셈블리.
제18 항에 있어서, 상기 칼라에 장착된 캠 블록을 추가로 포함하고, 상기 캠 블록은 상기 곡선 경로에서 상기 가요성 부재를 안내하기 위한 곡선 지지 표면을 갖는, 모터 및 펌프 어셈블리.
제19 항에 있어서, 상기 캠 블록에 인접한 롤러 베어링을 추가로 포함하고, 상기 롤러 베어링은 상기 캠 블록의 상기 곡선 표면에 대해 상기 가요성 부재를 가압하는, 모터 및 펌프 어셈블리.
제18 항에 있어서, 상기 선형 액추에이터는 선형 축을 따라 이동가능한 구동 로드, 및 상기 구동 로드의 원위 단부에 부착된 구동 로드 커플러를 포함하고, 상기 가요성 부재는 상기 구동 로드 커플러에 부착되고, 상기 구동 로드는 상기 모터 샤프트의 상기 회전 축과 평행하게 연장하는, 모터 및 펌프 어셈블리.
제17 항에 있어서, 상기 상부 베이스 부분은 플랜지를 포함하고, 상기 플랜지는 상기 상부 베이스 부분을 상기 부착 플레이트에 부착하는, 모터 및 펌프 어셈블리.
제17 항에 있어서, 상기 부착 플레이트는 상기 모터로부터 외향으로 연장하고 상기 펌프를 향해 하향으로 연장하는 측벽을 가지며, 상기 선형 액추에이터는 상기 부착 플레이트에 평행하게 그리고 상기 측벽을 통해 샤프트의 원위 단부 상의 기어 휠까지 연장하는 상기 샤프트를 갖는 상기 측벽에 장착된 액추에이팅 모터이고, 브래킷은 상기 힌지의 반대편에 있는 칼라에 부착되어 상기 칼라로부터 외향으로 연장하며, 상기 브래킷은 2개의 평행한 부재들 및 상기 펌프를 향하는 오목한 표면 상의 복수의 치형부들을 갖는 상기 부재들의 원위 단부들 사이에 고정된 아치형 부재를 갖고, 상기 기어 휠은 상기 아치형 부재 상의 상기 복수의 치형부들과 맞물리고 상기 액추에이팅 모터의 작동은 상기 상부 베이스 부분과 하부 베이스 부분 사이의 각도를 변경하는, 모터 및 펌프 어셈블리.
제23 항에 있어서, 상기 상부 베이스 부분은 플랜지를 포함하고, 상기 플랜지는 상기 상부 베이스 부분을 상기 부착 플레이트에 부착하는, 모터 및 펌프 어셈블리.
제23 항에 있어서, 상기 액추에이터 모터는 스테퍼 모터인, 모터 및 펌프 어셈블리.
제17 항에 있어서, 상기 부착 플레이트는 상기 모터로부터 외향으로 연장하고 상기 펌프를 향해 하향으로 연장하는 측벽을 갖고, 상기 선형 액추에이터는 상기 부착 플레이트에 평행하게 그리고 상기 측벽을 통해 샤프트의 원위 단부 상의 기어 휠까지 연장하는 상기 샤프트를 갖는 상기 측벽에 장착된 액추에이팅 모터이고, 브래킷은 상기 힌지의 반대편에 있는 칼라에 부착되어 상기 칼라로부터 외향으로 연장하며, 상기 브래킷은 2개의 평행한 부재들 및 상기 펌프로부터 멀어지는 볼록한 표면 상의 복수의 치형부들을 갖는 상기 부재들의 원위 단부들 사이에 고정된 아치형 부재를 갖고, 상기 기어 휠은 상기 아치형 부재 상의 상기 복수의 치형부들과 맞물리고 상기 액추에이팅 모터의 작동은 상기 상부 베이스 부분과 하부 베이스 부분 사이의 각도를 변경하는, 모터 및 펌프 어셈블리.
제26 항에 있어서, 상기 상부 베이스 부분은 플랜지를 포함하고, 상기 플랜지는 상기 상부 베이스 부분을 상기 부착 플레이트에 부착하는, 모터 및 펌프 어셈블리.
제26 항에 있어서, 상기 액추에이터 모터는 스테퍼 모터인, 모터 및 펌프 어셈블리.
제17 항에 있어서, 상기 부착 플레이트는 상기 모터로부터 외향으로 연장하고, 상기 선형 액추에이터는 상기 측벽을 통해 연장하고 샤프트의 원위 단부 상의 웜 스크류에 연결된 상기 샤프트를 갖는 상기 부착 플레이트의 상부 표면에 장착되는 액추에이팅 모터이고, 브래킷은 상기 힌지의 반대편에 있는 칼라에 부착되어 상기 칼라로부터 외향으로 연장하며, 상기 브래킷은 2개의 평행한 부재들 및 상기 펌프로부터 멀어지는 볼록한 표면 상의 복수의 치형부들을 갖는 상기 부재들의 원위 단부들 사이에 고정된 아치형 부재를 갖고, 상기 웜 스크류는 상기 아치형 부재 상의 상기 복수의 치형부들과 맞물리고 상기 액추에이팅 모터의 작동은 상기 상부 베이스 부분과 하부 베이스 부분 사이의 각도를 변경하는, 모터 및 펌프 어셈블리.
제29 항에 있어서, 상기 상부 베이스 부분은 플랜지를 포함하고, 상기 플랜지는 상기 상부 베이스 부분을 상기 부착 플레이트에 부착하는, 모터 및 펌프 어셈블리.
제29 항에 있어서, 상기 액추에이터 모터는 스테퍼 모터인, 모터 및 펌프 어셈블리.