CN206175149U - 旋转计量泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开计量系统和方法。计量系统是包含用于存储胰岛素的柔性容器和用于将胰岛素输入皮下组织内的插管组件的更大流体子系统的一部分。计量系统从容器吸取小剂量的流体，然后沿插管将流体推入患者体内。流体剂量相对容器容积较小，从而使彻底排空容器需要很多次泵行程。

Description

旋转计量泵

技术领域

本实用新型总体上涉及在可穿戴式药物输注贴片中使用的计量系统。

背景技术

糖尿病是以胰岛素分泌缺陷、胰岛素作用障碍、或者两者共同所导致的高血糖水平为标志的一系列疾病。糖尿病能导致严重的健康并发症和提早死亡，但存在很多已知的产品帮助糖尿病患者控制疾病和降低并发症的风险。

糖尿病人的治疗选择包括特制的饮食、口服药物和/或胰岛素疗法。糖尿病治疗的首要目标是控制患者的血糖(糖)水平，从而提高零并发症生活的可能。但在实现良好的糖尿病管理的同时平衡好其他生活需求和状况通常并不容易。

目前，针对I型糖尿病的日常胰岛素疗法有两种主要模式。第一种模式包括每次注射都需要针头的注射器和胰岛素笔，通常每天三至四次。这些装置简单易用且相对低成本。另一种被广泛采用且有效的管理糖尿病的治疗方法是使用胰岛素泵。胰岛素泵能根据个人需求帮助使用者保持他们的血糖水平在目标范围内，通过以变化的速率提供连续的胰岛素输注更真实地模拟胰腺的行为。通过使用胰岛素泵，使用者能让他们的胰岛素疗法去适应他们的生活方式，而不是让他们的生活方式去适应胰岛素注射如何对他们起作用。

但是，常规的胰岛素泵有若干缺点。例如，在胰岛素泵中典型地被使用的螺杆与活塞式计量系统通常对使用者而言是笨重的，它们要求大高度和大占用空间。

常规胰岛素泵典型地还要求大量的零件和运动部件，因此增大了机械故障的风险。

常规胰岛素泵典型地还具有依赖于过多因素的过长的剂量准确性容差环，这些因素有时难以查明。这导致剂量准确性方面的损失。

常规胰岛素泵典型地还具有过于复杂的流体路径。这导致复杂的或不充分的预充和空气排出。

常规胰岛素泵典型地还要求高精度致动器，因此增加了常规贴片泵的成本。

部分胰岛素泵还存有在胰岛素贴片的容器和插管之间创造直接流体路径的风险。这能够导致使用者超剂量。

常规的胰岛素泵典型地还要求复杂的监测方案。这能够导致被增大的成本和被降低的准确性与可靠性。

常规胰岛素泵典型地还具有在升高的系统背压下容易发生泄漏的阀。这能够导致被降低的准确性与可靠性。

常规胰岛素泵典型地还要求被暴露给潜在高背压的大工作容积和大系统体积。这能够导致被降低的准确性与可靠性。

常规胰岛素贴片典型地还具有需要大型电池的低效马达，因此增大了胰岛素贴片的尺寸。

所以，需要一种相比常规螺杆与活塞式计量系统具有降低的高度与占用面积的计量系统，从而提高使用者的舒适度。

还需要一种相比常规胰岛素泵减少了零件和运动部件的数量的计量系统，从而提高胰岛素贴片的机械安全性。

还需要一种相比常规计量泵具有依赖于少量因素的短的剂量准确性容差环的计量系统，由此提高剂量准确性。

还需要一种相比常规计量系统具有简单流体路径的计量系统，由此简化预充和空气排出。

还需要一种相比常规计量系统采用低精度致动器的计量系统，由此降低胰岛素贴片的成本。

还需要一种相比常规计量系统在容器和插管之间没有直接流体路径的计量系统，由此更好地保障使用者不超剂量。

还需要一种相比常规计量系统具有简单监测方案的计量系统，由此降低成本并提高胰岛素贴片的准确性与可靠性。

还需要一种相比常规计量系统具有对于升高的系统背压下的泄漏而言是强健的阀的计量系统，由此提高胰岛素贴片的准确性与可靠性。

还需要一种相比常规计量系统具有被暴露给潜在高背压的小工作容积和小系统体积的计量系统，由此提高胰岛素贴片的准确性与可靠性。

还需要一种相比常规计量系统要求带小型电池的高效率马达的计量系统，由此缩小胰岛素贴片的尺寸。

实用新型内容

本实用新型的示范实施例的一个方面基本上解决了以上的和其他的问题，并提供一种小型且可靠的计量系统。

本实用新型的示范实施例的一个方面提供了一种相比常规的导螺杆与活塞式计量系统具有被减少的高度和占用面积的计量系统，从而提高使用者的舒适度。

本实用新型的示范实施例的另一个方面提供了一种相比常规胰岛素泵减少了零件和运动部件的数量的计量系统，从而提高胰岛素贴片的机械安全性。

本实用新型的示范实施例的另一个方面提供了一种相比常规计量泵具有依赖于少量因素的短的剂量准确性容差环的计量系统，由此提高剂量准确性。例如，在本实用新型的示范实施例中，剂量准确性容差环是短的，并只依赖于两个容易测量的维度：泵直径和螺旋槽的轴向尺寸。

本实用新型的示范实施例的另一个方面提供了一种相比常规计量系统具有简单流体路径的计量系统，由此简化预充和空气排出。

本实用新型的示范实施例的另一个方面提供了一种相比常规计量系统采用低精度致动器的计量系统，由此降低胰岛素贴片的成本。例如，在本实用新型的示范实施例中，一种机构能在行程的两个终点处超转(over-rotate)，并仍然保持剂量准确性。

本实用新型的示范实施例的另一个方面提供了一种相比常规计量系统在容器和插管之间没有直接流体路径的计量系统，由此更好地保障使用者不超剂量。

本实用新型的示范实施例的另一个方面是提供了一种相比常规计量系统具有简单监测方案的计量系统，由此降低成本并提高胰岛素贴片的准确性与可靠性。例如，在本实用新型的示范实施例中，监测方案基于接触式开关。

本实用新型的示范实施例的另一个方面提供了一种计量系统，其中泵的机械行程允许插管插入机构的简易触发。

本实用新型的示范实施例的另一个方面提供了一种相比常规计量系统具有对于升高的系统背压下的泄漏而言是强健的阀的计量系统，由此提高胰岛素贴片的准确性与可靠性。例如，在本实用新型的示范实施例中，当阀在不同状态间移动时没有容积变化。

本实用新型的示范实施例的另一个方面提供了一种相比常规计量系统具有被暴露给潜在高背压的小工作容积和小系统体积的计量系统，由此提高胰岛素贴片的准确性与可靠性。

本实用新型的示范实施例的另一个方面提供了一种相比常规计量系统使用带小型电池的高效率马达的计量系统，由此缩小胰岛素贴片的尺寸。

本实用新型的以上和/或其他的方面通过提供一种在可穿戴式胰岛素输注贴片中使用的计量系统被实现。例如，在本实用新型的示范实施例中，计量系统是包含用于存储胰岛素的柔性容器和用于将胰岛素输入皮下组织的插管组件的较大流体子系统的一部分。计量系统从容器中吸出小剂量的流体，然后顺着插管线路将其推入患者体内。流体剂量相对容器容积是小的，从而需要很多次泵行程以彻底排空容器。

本实用新型的额外和/或其他的方面和优点将在下面的描述中被给出，或者通过下面的描述而显见，或者可以通过实践本实用新型被领会。本实用新型可以包括具有以上方面的一个或多个、和/或特征的一个或多个、以及它们的组合的方法或设备或系统。例如，在后附权利要求中，本实用新型可以包括特征的一个或多个和/或以上所述的方面的组合。

附图说明

本实用新型的示范实施例的多种目标、优点和新颖特征将通过结合附图阅读下面的详细描述变得更容易理解，其中：

图1画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的架构图；

图2画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的流体和计量系统部件的布置图；

图3画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统的示意性分解图；

图4画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统的设计图；

图5画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统的示意性剖视图；

图6画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统在开始位置的多个视图；

图7画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统在吸入行程中的多个视图；

图8画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统在吸入行程后的阀状态改变期间的多个视图；

图9画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统在吸入行程停止位置的多个视图；

图10画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统在排出行程期间的多个视图；

图11画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统在排出行程后的阀状态改变期间的多个视图；

图12画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统在泵循环完成后的多个视图；

图13画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统的分解图；

图14画出了根据本实用新型的计量泵的示范实施例的泵组件的示意性分解图；

图15画出了根据本实用新型的计量泵的示范实施例的马达与齿轮箱组件的示意性分解图；

图16画出了展示根据本实用新型将活塞组装到套筒内的方法的多个示意图；

图17画出了展示根据本实用新型将塞子组装到套筒内的方法的多个示意图；

图18画出了展示根据本实用新型将套筒组装到歧管内的方法的多个示意图；

图19画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的泵组件的示意性剖视图；

图20画出了展示根据本实用新型的阀状态改变的方法的多个示意性剖视图；

图21画出了针对根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统中用于泵与套筒转动的限位开关的多个图；

图22画出了展示根据本实用新型的将泵组装到齿轮箱内的方法的多个示意性剖视图；

图23画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统在开始位置的多个图；

图24画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统在排出行程期间的多个图；

图25画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统在排出行程后的阀状态改变期间的多个图；

图26画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统在排出旋转停止位置的多个图；

图27画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统在吸入行程期间的多个图；

图28画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统在吸入行程后的阀状态改变期间的多个图；

图29画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统在吸入旋转停止位置的多个图；

图30画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的计量子系统在泵循环结束后的多个图；

图31画出了根据本实用新型的计量组件的示范实施例的马达与齿轮箱组件以及改良泵组件的多个图；

图32画出了根据本实用新型的计量组件的示范实施例的泵组件的分解图；

图33画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的活塞到套筒内的组装；

图34画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的套筒到歧管内的组装；

图35画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的套筒和歧管组件的剖视图；

图36画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的阀状态改变的多个剖视图；

图37画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的套筒旋转限位开关；

图38画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的具有分别被包覆模制到歧管和泵活塞上的弹性体端口和活塞密封件的泵组件的分解图；

图39画出了根据本实用新型的贴片泵的示范实施例的具有替代旋转限位开关设计的泵组件的分解图。

具体实施方式

如本领域技术人员所理解那样，有大量实现在本文中被公开的根据本实用新型的计量系统的示例、改进、以及布置的方式。尽管将参考在附图和下面的描述中被描绘的示范实施例，但是本文中所公开的实施例不意味着穷尽了本实用新型所涵盖的各种替代设计和实施例，在不脱离本实用新型的前提下能做出各种改动对本领域技术人员是显而易见的。

尽管很多人，包括但不限于患者或医疗专业人员，都能操作或使用本实用新型的示范实施例，但操作者或使用者在后文中都将被简称为“使用者”。

尽管在本实用新型的示范实施例中能采用多种流体，但注射装置中的所述液体在后文中都将被简称为“流体”。

根据本实用新型的示范实施例在图1-30中描绘。在按照本实用新型的示范实施例中，提供一种在可穿戴式胰岛素输注贴片中使用的计量系统。例如，在本实用新型的示范实施例中，计量系统是包含用于存储胰岛素的柔性容器和用于将胰岛素输入皮下组织的插管组件的较大流体子系统的一部分。计量系统从容器中吸出小剂量的流体，然后顺着插管线路将其推入患者体内。流体剂量相对容器容积是小的，从而需要很多次泵行程以彻底排空容器。

图1画出了根据本实用新型示范实施例的贴片泵100的架构图。贴片泵100包括流体子系统120、电子元件子系统140以及功率存储子系统160。

流体子系统120包括与容器124流体连通的加注端口122。容器124适合于经加注端口接收来自注射器的流体。

流体子系统120还包括被机械地连接到容器124的体积传感器126。体积传感器126适合于探测或确定容器内的流体体积。

流体子系统120还包括计量子系统130，计量子系统包括被机械地连接到泵与阀致动器134的集成式泵与阀系统132。集成式泵与阀系统132与流体子系统120的容器124流体连通，且由泵与阀致动器134致动。

流体子系统120还包括具有被机械地连接到插管129的展开致动器128的插管机构。展开致动器128适合于将插管129插入到使用者体内。插管129与计量子系统130的集成式泵与阀系统132流体连通。

流体子系统120还包括被机械地连接到在插管129和集成式泵与阀系统132之间的流体路径上的堵塞传感器136。堵塞传感器136适合于探测或确定在插管129和集成式泵与阀系统132之间的通路上的堵塞。

电子元件子系统140包括被电连接到流体子系统120的体积传感器126的体积感测电子元件142、被电连接到计量子系统130的泵与阀致动器134的泵与阀控制器144、被电连接到流体子系统120的堵塞传感器136的堵塞感测电子元件146、以及可选的被电连接到流体子系统的插管129的展开电子元件148。电子元件子系统140还包括被电连接到体积感测电子元件142、泵与阀控制器144、堵塞感测电子元件146、以及展开电子元件148的微控制器149。

功率存储子系统160包括电池162或现有技术中已知的任何其他电功率源。电池162适合于给贴片泵100的任意元件或电子部件供电。

图2画出了根据本实用新型的示范实施例的贴片泵200的流体和计量系统部件的布置图。贴片泵200包括计量子系统230、控制电子元件240、电池260、容器222、加注端口224以及插管机构226。贴片泵200的元件基本上类似于以相似的附图标记进行标示的示范贴片泵100的元件，并且基本类似于示范贴片泵100的元件互动。

图3是根据本实用新型的贴片泵的计量子系统300的分解图。计量子系统300包括被机械地连接到泵壳306内的泵活塞304的DC齿轮马达302。泵活塞304通过连接销310被机械地连接到泵体308。计量子系统300还包括在泵活塞304和泵体308之间的泵密封件312。计量子系统200还包括在被设置在阀壳318内的密封件托架316上的端口密封件314。

在本实用新型的示范实施例中，DC齿轮马达的输出轴320能沿任一方向旋转360°。泵活塞304能沿任一方向旋转360°，并能平移大约0.050英寸。泵体308能沿任一方向旋转180°。泵壳306、端口密封件314、密封件托架316和阀壳318优选地是固定的。

计量子系统300包括带有整体式流动控制阀&机械致动器和驱动系统的容积泵。泵包括活塞304和旋转致动的选择器阀。计量子系统将精确的胰岛素体积从柔性容器抽入活塞304和泵体308之间的泵容积320(参见图5)，然后将胰岛素体积经插管推入患者皮下组织，从而以不连续的小剂量给予胰岛素。泵行程在流体路径内创造了正压和负压梯度，从而引起流动。行程和泵容积的内径决定了剂量的名义大小和准确性。流体控制阀主动地在泵行程的每个终点处的容器和插管流体端口之间往返，从而交替地阻塞和打开该端口以确保流体流动的单向性(从容器到患者)，以及确保在容器和患者之间没有零流动的可能性。

图4是根据本实用新型的示范实施例的计量子系统300的组装图。还画出了马达到活塞连接件322、活塞到泵壳连接件324、容器端口326和插管端口328。

图5是根据本实用新型的示范实施例的计量系统300的剖视图。如图所示，泵容积320被形成在活塞和泵体308之间。泵体包括在马达302往复驱动所述泵时在容器端口326和插管端口328之间改变定向的侧面端口330，如将在下面详细描述那样。

在操作中，根据本实用新型的计量系统的示范循环包括4个步骤：180°泵吸入(逆时针)(从泵朝马达观察)；180°阀状态改变(逆时针)；180°泵排出(顺时针)(从泵朝马达观察)；180°阀状态改变(顺时针)。完整的循环要求沿每个方向的完整旋转(360°)。

图6A是计量子系统处于开始位置的等视图，图6B是剖视图。在开始位置，泵活塞302被完全伸出，泵体将插管端口328处的插管端口流动路径堵住，容器端口326连通泵体308的侧面端口330，旋转限位传感器332被接合。泵体308包括接收连接销310的螺旋槽334。活塞304与泵体308滑动接合，从而当活塞304在泵体308内旋转时(通过马达302的旋转力)，连接销310沿螺旋槽334滑动，从而驱动活塞304关于泵体308轴向地平移。在该实施例中，螺旋槽334被形成在泵体308上，且为连接销310提供180°的转动。

图7A是计量子系统300在吸入行程期间的等视图，图7B是剖视图。DC马达302转动泵活塞304，活塞通过连接销310沿泵体308的螺旋槽334被驱动(转动和平移)。泵活塞304朝着DC马达302平移，将流体吸入不断增大的泵容积320内。在吸入行程期间，密封件和泵体308的外径之间的摩擦力优选地足够高，从而保证泵体308不转动。泵体308是固定的，但泵容积320在增大。插管端口328被堵住，同时容器端口326对流入不断增大的泵容积320内的流体打开。在马达302和泵活塞304之间是滑动接合。

图8A是贴片泵在吸入行程后的阀状态改变期间的组装图，图8B是细节图，图8C是剖视图。转矩从马达302的驱动轴被传递到泵活塞304，然后通过连接销310传递到泵体308。当连接销310旋转到螺旋槽334的端部后，马达302的继续旋转使得连接销310在没有相对轴向平移的情况下将泵体308和泵活塞304作为一个整体一起转动。泵体308上的侧面端口330在容器端口326和插管端口328之间旋转。泵体308侧面端口330的表面张力将流体保持在泵容积320内。在马达302的180°旋转后，泵壳侧面端口330与容器端口326脱离对准并与插管端口328对准。在这期间，插管端口328和容器端口326都被堵住。连接销310在螺旋槽334的端部处并将转矩传递到泵体308。连接销310将泵活塞304和泵体308一起锁定，从而防止两个部件之间的相对轴向运动。因此，泵活塞304和泵体308作为一个整体而旋转，且不相对彼此平移。在泵容积230固定的同时,泵体308旋转，且泵活塞304旋转。密封件314、密封件托架和阀壳318优选地是固定的。

图9A是计量系统在吸入行程停止位置准备输注的组装图，图9B是剖视图。如图所示，泵体308的侧面端口330与插管端口328对准，泵容积320被增大，容器端口326被堵塞。旋转限位传感器332通过旋转泵体308上的特征被接合。马达302、泵活塞304、以及泵体308是固定的。

图10A是计量子系统300在排出行程期间的组装图，图10B是剖视图。在吸入行程的终点，泵体308接合限位开关332，这导致DC马达302改变转向。所以，马达302转动活塞304，并沿着泵体308的螺旋槽334驱动连接销310，使活塞304轴向平移。泵活塞304轴向平移离开DC马达302，将流体从泵容积320推出插管端口328到达插管。在排出行程期间，密封件314和泵体308的外径之间的摩擦优选地足够高，从而保证泵体308不转动。插管端口328对流出不断缩小的泵容积320的流体开放。容器端口326被堵塞。在泵容积320不断缩小的同时，泵体308是固定的，且泵活塞304以螺旋运动的方式转动和平移。马达被滑动地连接到活塞304，从而在活塞在螺旋槽334内转动时提供活塞的平移运动。

图11A是计量子系统300在排出行程后的阀状态改变期间的组装图，图11B是细节图，图11C是剖视图。转矩从马达302的驱动轴被传递到泵活塞304，然后经连接销310被传递到泵体308。泵体308和泵活塞304在没有相对轴向运动的前提下，作为一个整体转动。泵体308的侧面端口330在容器端口326和插管端口328之间转动，在旋转期间它们都被堵塞。泵体308侧面端口330的表面张力将流体保持在泵容积320中。连接销310将泵活塞304和泵体308锁定在一起，从而防止两个部件之间的相对轴向运动。因此，泵活塞304和泵体308作为一个整体而旋转，且不会相对彼此平移。泵体308旋转但泵容积是固定的。密封件314、密封件托架以及阀壳318优选是固定的。

图12A是计量子系统300在泵循环完成后的组装图，图12B是剖视图。泵机构(活塞304)完全伸出，从而完成泵循环。旋转限位传感器332被接合以使马达302倒转并再次开始泵循环。插管端口328被堵塞，同时容器端口326对来自容器的流动路径打开。

在前面的示范实施例中，泵活塞既旋转又平移，泵体转动，阀壳静止。但是，应当明白在其他实施例中，系统可以被配置，从而使得泵活塞转动，泵体转动且平移，阀壳平移，或者使得泵容积增大和缩小的任意其他的组合，以及使得与泵容积连通的端口从与容器端口对准移动到与插管端口对准的运动。

在前面的示范实施例中，泵行程和阀状态改变被配置为具有来自马达的180°旋转致动。但是，应当明白可以为泵循环的区间段选择任意合适的角度。

在前面的示范实施例中，在阀状态改变期间在插管端口和容器端口之间存在漏气(atmospheric break)。但是，应当明白在其他实施例中，密封件可以被配置，或者额外的密封件可以被添加，从而消除所述漏气并在状态改变期间密封泵与阀系统。

在前面的实施例中，DC齿轮马达被用于驱动泵与阀。但是，在其他实施例中，任意合适的驱动机构可以被提供，从而驱动泵与阀。例如，螺线管、镍钛诺丝、音圈致动器、压电马达、蜡马达、和/或任意其他类型的现有技术已知马达能被用于驱动泵。

在前面的示范实施例中，泵采用了完全排出行程。但是，应当明白在其他实施例中，具有顺序递增排出行程的系统可以被用于分配更精细的剂量。

在前面的示范实施例中，泵采用开/关式限位开关以确定系统在旋转行程的极限处的状态。但是，应当明白在其他实施例中，其他能确定中间状态的传感器(比如编码轮和光学传感器)可以被用于提高感测方案的分辨率。

应当明白泵的内径可以被调整以改变每次循环的名义输出。

在前面的示范实施例中，泵采用弹性体O环密封件。但是，应当明白其他方案也可以被采用。例如，流体密封件可以被直接模制到密封件托架上，可以使用其他的弹性体密封件比如星形环，或者可以使用其他密封材料比如特氟龙或聚乙烯唇状密封件。

在本实用新型的替代实施例中，泵的运动被用于启动或者触发插管的展开。

在前面的示范中，系统有利地采用双向致动。马达转动被逆转，从而在吸入和排出行程之间交替。这提供了在马达故障事件中防止失控的保险特征。马达必须往复运动，从而使泵能持续地输送来自容器的药物。但是，应当明白在其他实施例中，计量系统被设计为采用单向致动器。

在前面的示范实施例中，系统采用具有两个柔性壁的袋式容器。但是，在其他实施例中，容器能以任何合适的形式被形成，包括一个刚性壁一个柔性壁。

图13是根据本实用新型另一个示范实施例的贴片泵的计量子系统1300的分解图。计量子系统1300包括马达与齿轮箱组件1302，以及泵组件1304。

图14是泵组件1304的分解图。泵组件1304包括通过连接销1310被机械地连接到套筒1308的在泵歧管1312内的活塞1306。泵组件1304还包括端口密封件1314、塞子1316、套筒旋转限位开关1318和输出齿轮旋转限位开关1320。

活塞1306沿任一方向总共旋转196°并能平移大约0.038英寸。套筒1308和塞子1316沿任一方向一起(作为一对)旋转56°。泵歧管1312和端口密封件1314是静止的。

图15是马达与齿轮箱组件1302的分解图。马达与齿轮箱组件1302包括齿轮箱盖1322、组合齿轮1324、输出齿轮1326、轴1328、齿轮箱基部1330、马达小齿轮1322和DC马达1334。

图16A-16D展示了活塞1306、套筒1308和连接销1310的组装和操作。图16A展示了活塞1306，它包括接收连接销1310的压配孔1338以及紧密地将活塞密封在套筒1308内的活塞密封件1340。套筒1308包括螺旋槽1342。活塞1306被轴向地压入套筒1308内，然后连接销1310穿过螺旋槽1342被压入孔1338内。这提供了类似于之前所描述的实施例的操作，其中，由于连接销1310和螺旋槽1342的相互作用，活塞1306的旋转导致活塞1306相对于套筒1308的轴向平移。图16B展示了被组装的活塞1306、套筒1308和连接销1310，此时连接销1310被画出位于螺旋槽1342的下端处。图16C展示了由于螺旋槽1342所导致的活塞1306相对于套筒1308的轴向行程长度1344。图16D展示了优选被设置在螺旋槽1342的端部处的锥形面，从而使连接销1310位于槽1342的中心。

图17A展示了塞子1316与套筒1308的组装。如图所示，塞子1316包括键1346以及密封件1348。密封件1348在套筒1308内为塞子提供紧配合。套筒1308具有适合于接收键1346的凹槽1350。键1346将塞子1316锁定在与套筒1308旋转接合的状态。在组装期间，塞子1316被压在(在前的)活塞1306的端面上，从而使泵腔中的空气最少化。密封件1348和套筒1308的内表面之间的摩擦轴向地保持塞子1316。通过对密封件直径、挤压度、和材料的恰当选择，塞子1316也能够作为堵塞或超压传感器。泵压力大于阈值将会导致塞子1316轴向移动并与套筒旋转限位开关1318脱离。所述摩擦抵抗低于期望阈值的压力将塞子1316保持就位。图17B和17C展示了活塞1306在套筒1308内的轴向运动。图17B展示了活塞1306处于第一状态，且活塞1306和塞子1316之间的泵容积为最小或为零。如图所示，连接销1310邻靠在螺旋槽1342的最低端上。图17C展示了活塞1306处于第二状态，且活塞1306和塞子1316之间的泵容积1352为最大。如图所示，连接销1310邻靠在螺旋槽1342的最高端上。

图18A-18D展示了套筒1308到歧管1312内的组装。如图18A所示，歧管1312包括端口密封件1314以分别密封容器端口1354和插管端口1356。套筒上的小侧孔1358(参见图17B)在间隔56度的所述两个端口之间旋转地前后往返。如图18B中所示,套筒1308包括凸起1360，歧管1312包括对应的槽1362以允许套筒1308被组装到歧管1312内。图18C展示了被设置在歧管上的歧管窗口1364。在套筒1308被组装到歧管1312内后，凸起1360被容纳在窗口1364内并在其中行进。凸起1360和窗口1364相互作用以允许套筒1308在两个位置之间旋转，同时防止套筒1308相对于歧管1312的轴向平移。套筒1308在第一位置和第二位置之间旋转，在第一位置时侧孔1358与容器端口1354对准，在第二位置时侧孔1358与插管端口1358对准。图18D展示了被组装到歧管1312内的套筒1308，此时凸起1360位于歧管窗口1364内。

图19是组装后的计量系统的剖视图。如图所示，端口密封件1314是被压缩在套筒1308的外径和歧管1312上的凹窝之间的面密封件。还如图所示，凸起1360被定位在歧管窗口1364内，侧孔1358被画出在容器端口1354和插管端口1356之间的过渡部分中。输出齿轮1326包括接合旋转限位开关1320的凸轮特征1366，从而指示活塞1306和套筒1308沿任一方向的旋转运动的终点。

图20A-20E是画出了套筒1308在歧管1312内旋转从而将侧孔从与容器端口1354对准移动到与插管端口1356对准的剖视图。图20A展示了与容器端口1354对准的侧孔1358。同时在该位置，活塞1306离开塞子1316从而用来自容器的流体装填容积1352。图20B展示了开始朝着插管端口1356转动的套筒1308。在这个位置，侧孔1358被容器端口1354上的密封件1314密封。因此，密封件1314和侧孔1358的直径优选地被选择以使得密封件1314覆盖侧孔1358的开度。图20C展示了在容器端口1354的密封件1314和插管端口1356的密封件1314之间的套筒1308的侧孔1358。在这个位置，没有密封件1314堵塞侧孔1358，但液体的表面张力将液体保持在泵腔中。图20D展示了侧孔1358继续旋转到插管端口1356的密封件1314覆盖侧孔1358的开度的位置。最后，图20E展示了侧孔1358旋转到与插管端口1356对准。在这个位置，活塞1306轴向平移以缩小容积1352，迫使流体离开插管端口1356和插管。

图21A-21C展示了限位开关的操作。如图21A中所示，塞子1316包括与限位开关1318相互作用的凸轮特征1368。当套筒1308和塞子1316旋转时，凸轮特征1368导致限位开关1318的弹片彼此接触，直到塞子1316彻底地旋转到下一个位置为止。当塞子1316处于塞子旋转的任一终点时，在弹片之一上的隆起1370靠在凸轮特征1368上，如图21C所示。每个旋转周期的限位开关1318打开和关闭指示了塞子1316保持与限位开关1318的正确对准。在超压或堵塞条件下，增大的压力将导致塞子1316滑出套筒1308，并脱离与限位开关1318的对准。因此，超压条件被探测到。限位开关1320在旋转周期的每个终点处被输出齿轮1326的凸轮特征1366接合。这告知马达1344要改变转向。如图所示，利用两个金属弹片不可能通过限位开关确定哪一种旋转周期被完成。但是，将明白的是，第三弹片将允许确定接合的方向。

图22A-22C展示了马达与齿轮箱1302和泵组件1304的组装。如图22A和22B所示，马达与齿轮箱1302包括接收旋转限位开关1320的开口1372。通过这种方式，齿轮箱壳体内的输出齿轮1326能接近并接合限位开关1320的弹片。马达与齿轮箱1302还包括轴向保持卡扣1374，从而使泵组件1304可以被扣到马达与齿轮箱1302上。马达与齿轮箱1302包括在泵接收插槽1378内的旋转键1376，从而接收泵组件1304，并防止泵组件1304相对马达与齿轮箱1302转动。输出齿轮1326包括适合于接收活塞1306上的凸块1382(图22C)的槽1380(图22B)。在组装后，凸块1382被接收在槽1380内，所以输出齿轮1326能给活塞1306传递转矩。当输出齿轮1326旋转时，泵活塞凸块1382在槽内旋转且轴向滑动。马达连接件和限位开关上的金属弹簧弹片被用于在最终组装期间与电路板上的垫片形成电接触。

在操作中，前述实施例的泵循环包括五个步骤。首先，大约120°泵排出(从泵朝齿轮箱观察是逆时针)；56°阀状态改变(逆时针)；140°泵吸入(顺时针)；56°阀状态改变(顺时针)；以及大约20°手动调节(jog)以重置限位开关。总泵循环需要输出齿轮沿每个方向旋转196度。

图23A-23C展示了泵循环。为了清晰，只有齿轮箱组件1302 的输出齿轮1326在图中被画出。

图23A展示了开始位置。如图所示，输出齿轮1326的凸轮1366没有接触旋转限位开关1320，从而使弹片不彼此接触。泵活塞1306被收缩，如图22C中连接销1310在螺旋槽1342内的位置所示。在这个位置，套筒1308堵塞容器流动路径，插管端口1356对套筒1308的侧孔1358打开，旋转限位开关1320和套筒传感器1318(参见图23B)都打开。

图24A和24B展示了在排出行程期间的计量子系统。输出齿轮1326沿第一旋转方向(参见图24B中的箭头)转动泵活塞1306，活塞通过连接销1310沿着套筒1308上的螺旋槽1342的螺旋路径被驱动(参见图24A)。泵活塞1306平移离开齿轮箱，同时旋转，以将来自泵腔1352流体排出插管端口1356。在排出行程期间，端口密封件1314和套筒1308的外径之间的摩擦应当足够高，以保证套筒1308在这段循环期间不转动。

图25A-25C展示了在排出行程后的阀状态改变期间的计量子系统。如图25A所示，在连接销1310到达螺旋槽1342的远端后，转矩继续从输出齿轮1326被传递到泵活塞1306，然后通过连接销1310传递到套筒1308。套筒1308和泵活塞1306作为没有相对轴向运动的整体被转动。套筒1308上的侧孔1358(图25A-25C中未画出)在容器端口1354和插管端口1356之间移动。凸块1360沿箭头所示方向在歧管1312的窗口1364内移动。如图25B所示，套筒限位开关1318被塞子1316的凸轮表面闭合。

图26A和26B画出了在排出旋转停止位置的计量子系统。套筒的侧孔1358(在图26A或26B中未画出)与容器端口1354对准，泵容积1352被缩小，插管端口1356被堵塞。塞子1316在停止位置，套筒限位开关1318被打开。输出齿轮凸轮1366接触旋转限位开关1320以指示旋转的终点，从而输出齿轮1326停止以改变方向。

图27A和27B画出了在吸入行程期间的计量子系统。输出齿轮1326沿图27B中箭头所示方向转动泵活塞1306。由于在螺旋槽1364 内的连接销1310的相互作用，活塞1306相对于套筒1308轴向平移。泵活塞1306朝着齿轮箱平移，将流体从容器吸入泵腔1352内。在吸入行程期间，密封件和套筒1308的外径之间的摩擦应当足够高，以保证套筒1308相对歧管1312不转动。

图28A至28C画出了在吸入行程后的阀状态改变期间的计量子系统。连接销1310到达螺旋槽1342的上端，马达1302继续输送转矩，从而导致套筒1308和活塞1306一起旋转。套筒1308上的凸块1360沿图28A中所示的方向在歧管1312的窗口1364内移动。当塞子1316随套筒1308一起旋转时，塞子1316的凸轮表面1368使套筒限位开关1318闭合。套筒1308和泵活塞1306作为没有相对轴向运动的整体转动。在所述转动期间，套筒1308的侧孔1358在容器端口1354和插管端口1356之间移动。

图29A和29B画出了处于吸入旋转停止位置的计量子系统。在这个位置，套筒1308的侧孔1358与插管端口1356对准，泵容积1352增大，容器端口1354被堵塞。输出齿轮1326的凸轮1366接合旋转限位开关1320以指示旋转结束。马达1302停止以改变方向。套筒限位开关1318被打开。

图30A-30C画出了在泵循环完成后的计量子系统。输出齿轮凸轮1366被手动调节离开旋转开关1320并准备另一次循环。

图31A-31C展示了根据本实用新型示范实施例的另一种计量系统3100a。图31A画出了马达与齿轮箱组件3101以及改进的泵组件3100。马达与齿轮箱组件3101基本上类似于之前结合图13-30C被展示和描述的马达与齿轮箱组件。

图32是泵组件3100的分解图。泵组件3100包括泵歧管3102、端口密封件3104、密封件保持器3106、能转动±196°和轴向平移±0.038″的活塞3108、连接销3110、带有导电片的套筒3112、以及具有弹片臂3128的套筒旋转限位开关3114。带有导电片的套筒3112能旋转±56°，如图所示。

泵组件3100包括作为旋转行程限位开关3114被操作的三个弹片臂3128。旋转行程限位开关3114将在下面被更详细地描述。旋转行程限位开关3114直接感测套筒3112的位置，而不是感测输出齿轮的位置。这允许套筒3112关于歧管3102和插管端口的更精确的角对准。

图33A-33B展示了活塞3108到套筒3112内的组装。在该实施例中，套筒3112的内壁3113形成泵腔的端面。活塞套筒上的特征被设计为具有容差，从而使活塞3108的端面和套筒内壁3113的面之间的间隙最小。

图34A-34E展示了套筒3108到歧管3102内的组装。如图所示，端口密封件3104、密封件保持器3106、以及套筒3112被插入到歧管3102内。套筒3112上的小侧孔3115(参见图34E)在优选间隔56度的容器端口和插管端口之间旋转往返。套筒3112被插入越过歧管3102上的保持凸块3116(参见图34D)，然后被旋入就位，从而防止轴向移动。因为该实施例防止或最小化塞子的轴向位移，所以通常不提供塞子的位移所引起的堵塞感测。

图35展示了穿过端口密封件3104且穿过歧管3102的侧端口的轴线的套筒3112与歧管3102组件的剖视图。到歧管3102的侧端口包括插管端口3118和容器端口3120。端口密封件3104是面密封件，它被压缩在套筒3112外径和歧管3102上的凹窝之间。

图36A-36C是套筒3112从容器端口3120旋转到插管端口3118时穿过侧端口的轴线的剖视图，从而展示了阀状态改变。在图36A所示的初始位置，套筒侧孔3115对容器端口3120打开。在该位置，插管端口3118被堵塞。在图36B所示的中间位置，套筒侧孔3115在过渡期间被端口密封件3104堵塞。在图36C所示的最终位置，套筒侧孔3115对插管端口3118打开。在该位置，容器端口3120被堵塞。

图37A-37D展示了套筒旋转限位开关3114的操作。三接触开关式设计允许贴片泵系统通过切换输入信号来辨别两个旋转限位，而不是通过软件跟踪套筒的角方位进行。歧管3102优选地包括歧管安装柱3122。开关触点3114利用粘合剂、超声波焊接、热熔柱、或者任意其他合适的结合方法被结合到柱3122上。套筒3112包括在套筒3112的端部上的导电片3124。这些可以是打印或包围注模金属插件，或者可以通过任意其他合适的手段来提供。套筒旋转限位开关3114包括用于弹片的间隔与安装结构的塑料包覆模制件

3126。套筒旋转限位开关3114还包括三个金属弹片3128。歧管3102具有接收弹片3128的对准槽3130。在第一位置，图37B中所示，套筒3112上的侧孔3115对准插管端口3118。在该位置，套筒3112上的导电片3124桥接中间与右侧触点3128a，3128b。在中间位置，图37C中所示，套筒3112上的侧孔3115位于端口3118和3120之间。在该位置，开关3114的两侧都打开。在最终位置，图37D所示，套筒3112上的侧孔3115对准容器端口3120。在该位置，套筒3112上的导电片3124桥接中间与左侧触点3128b，3128c。

以上所描述的泵具有改进的操作顺序。操作顺序基本上与之前所描述的一样，除了不再需要手动回调20°。利用三触点开关设计不需要手动回调，完整的泵循环由四个步骤构成。首先，是大约140°泵排出，从泵朝齿轮箱观察是逆时针方向。其次，是56°阀状态改变，也是逆时针。第三，140°顺时针泵吸入。第四，56°顺时针阀状态改变。总的泵循环要求输出齿轮沿每个方向旋转196度。

图38A和38B展示了泵组件的另一种类型的分解图，其具有被分别包覆模制到歧管和泵活塞上的弹性体端口和活塞密封件。这种类型的泵以一种基本上与之前所述的泵相同的方式工作，但是具有更少的独立部件且更容易组装。将密封件直接包覆模制到歧管和活塞上减少了影响密封压缩的因素的数量，允许密封性能上更紧密的控制和更少的变动。

图39A展示了具有替代性旋转限位开关设计的泵组件3900的分解图。这种类型的泵组件包括套筒旋转限位开关的两触点设计。利用这种设计，泵将在泵循环的终点处正确地手动回调，所以接触开关3902将在休息状态中打开。如图39B中所示，在第一位置，套筒上的侧孔3115对准插管端口。在该位置，套筒上的第一肋3904强迫触点闭合。在图39C中所示的中间位置，套筒上的侧孔3115在端口中间，肋3904,3096都不接触所述接触开关3902，所以开关打开。在图39D中所示的第三位置，套筒上的侧孔3115对准容器端口。在该位置，套筒上的第二肋3906又强迫接触开关3902闭合。

图40是计量组件4000的另一种示范实施例的分解图。该实施例中与之前所描述的实施例基本相似，所以下面的描述着重于区别。计量组件4000包括具有螺旋槽4004的套筒4002、塞子4006、密封件4008、柱塞4010、连接销4012、歧管4014、端口密封件4016、以及柔性互锁件4018。图41展示了在组装形式下的计量组件。密封件4008优选地由弹性体材料形成，且在结构上是整体的。一个密封件4008被安装到塞子4006上，另一个密封件4008被安装到柱塞4010上。塞子4006优选地通过胶合、熔焊、或任意其他合适的手段被固定到套筒4002内。塞子的端面形成泵容积的一个表面。柱塞4010被插入套筒4002，连接销4012被压配到柱塞4010内并伸入螺旋槽4004，从而在柱塞被马达(未示出)转动时提供柱塞4010的轴向平移。柱塞4010的端面形成泵容积的对置表面。端口密封件4016优选地是单个的弹性体材料模制件。该实施例减少了零件的数量，并提高了可生产性。图42是组装后的计量组件的剖视图。

图43A-43C展示了互锁件4018与套筒4002的相互作用。如图41中所示，互锁件4018在互锁件4018的任何一端被安装到歧管4014上。如图43A中所示，套筒4002的端面包括当计量组件处于第一位置时(侧孔与容器泵对准)在互锁件4018的隆起4022附近的棘突4020。在某些条件下，比如背压，柱塞4010与套筒4008之间的摩擦可能足以在柱塞4010和连接销4012到达螺旋槽4004的任何端部之前引起套筒旋转。这能够导致每次行程被泵出液体体积的不完整。为了防止这种情况，互锁件4018阻止套筒4002旋转，直到转矩超过预定阈值。这确保了柱塞4010在套筒4008内充分地旋转，直到连接销4012到达螺旋槽4004的端部。一旦连接销到达螺旋槽4004的端部，马达的继续转动使套筒上的转矩增加到阈值以上，导致互锁件弯曲并允许棘突4020经过隆起4022。这在图43B中被展示。在套筒4008的旋转完成从而侧孔与插管端口定向时，棘突4020移动越过互锁件4018上的隆起4022。这在图43C中被展示。

图44展示了计量系统4400的另一种示范实施例的剖视图。计量系统4400包括具有构成泵容积的一个表面的面4404的改进套筒4402。该实施例中消除了之前实施例中对塞子的需要，简化了生产。

尽管本实用新型的示例示范实施例已经在前面被详细地描述，但本领域技术人员将容易理解，在不实质地脱离本实用新型的新颖教导和优点的前提下，在示范实施例中的很多改动是可行的，示范实施例的各种组合是可行的。所以，所有的这些修改都被包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (18)

1.一种旋转计量泵，其特征在于，所述旋转计量泵包括：

歧管，所述歧管包括与流体容器流体连通的容器端口和与插管流体连通的插管端口；

包括侧孔的套筒，所述套筒能够在歧管内在所述侧孔与容器端口对准的第一方位以及所述侧孔与插管端口对准的第二方位之间轴向旋转，套筒还包括具有第一端和第二端的螺旋沟槽；

能够在套筒内旋转和轴向平移的柱塞，其中柱塞在套筒内的轴向平移改变了泵容积，泵容积与套筒的侧孔流体连通，柱塞还包括连接构件，所述连接构件能够在螺旋沟槽内在螺旋沟槽的第一端和第二端之间移动，从而在柱塞被转动时使柱塞在套筒内轴向平移；

马达，所述马达能够在套筒处于第一方位时沿第一方向转动柱塞以使得泵容积增大，以及在连接构件到达螺旋沟槽的第一端时同时转动套筒和柱塞，从而使套筒转动到第二方位。

2.根据权利要求1所述的旋转计量泵，其特征在于，柱塞还包括凸块，歧管包括窗口，凸块在窗口内移动，从而当套筒在歧管内转动时防止套筒相对于歧管轴向平移。

3.根据权利要求1所述的旋转计量泵，其特征在于，所述旋转计量泵还包括旋转限位开关，在套筒旋转以使侧孔与插管端口对准后，旋转限位开关使马达改变旋转方向。

4.根据权利要求3所述的旋转计量泵，其特征在于，在套筒上的结构接合旋转限位开关。

5.根据权利要求1所述的旋转计量泵，其特征在于，所述旋转计量泵还包括被插入套筒内以形成与柱塞对置的泵容积的表面的塞子。

6.根据权利要求1所述的旋转计量泵，其特征在于，套筒包括形成与柱塞对置的泵容积的表面的面止挡。

7.根据权利要求1所述的旋转计量泵，其特征在于，所述旋转计量泵还包括在所述柱塞和所述塞子上的密封件，从而在柱塞和套筒之间、以及在塞子和套筒之间形成液体密封。

8.根据权利要求1所述的旋转计量泵，其特征在于，塞子被固定在套筒内，其中塞子包括凸轮表面，当套筒在第一方位和第二方位之间旋转时，所述凸轮表面操作套筒开关。

9.根据权利要求1所述的旋转计量泵，其特征在于，马达包括输出齿轮，所述输出齿轮具有接收柱塞的凸块的狭槽，在马达转动柱塞时狭槽允许柱塞相对于马达轴向移动。

10.根据权利要求1所述的旋转计量泵，其特征在于，套筒还包括第一导电片和第二导电片，计量系统还包括第一电触点、第二电触点和第三电触点，其中当套筒处于第一方位时第一导电片电连接第一电触点和第二电触点，当套筒处于第二方位时第二导电片电连接第二电触点和第三电触点。

11.根据权利要求10所述的旋转计量泵，其特征在于，当套筒在第一方位和第二方位之间转动时，第一电触点、第二电触点和第三电触点彼此电绝缘。

12.根据权利要求3所述的旋转计量泵，其特征在于，旋转限位开关包括两个常开的柔性导电构件，所述两个常开的柔性导电构件在被套筒上的结构接合后被迫形成电接触。

13.根据权利要求12所述的旋转计量泵，其特征在于，旋转限位开关包括常开的柔性的第三导电构件，其中当套筒沿第一方向旋转时，第一导电构件、第二导电构件和第三导电构件被迫按第一顺序形成电接触，当套筒沿第二方向旋转时，第一导电构件、第二导电构件和第三导电构件被迫按第二顺序形成电接触。

14.根据权利要求1所述的旋转计量泵，其特征在于，所述旋转计量泵还包括互锁件，在被施加给套筒的转矩低于预定阈值时所述互锁件防止套筒旋转，其中在转矩超过预定阈值时互锁件允许套筒旋转。

15.根据权利要求14所述的旋转计量泵，其特征在于，套筒包括棘突，所述棘突接合互锁件上的隆起以防止套筒转动，其中当被施加给套筒的转矩超过预定极限时互锁件发生弯曲以允许棘突移动越过互锁件上的隆起。

16.根据权利要求1所述的旋转计量泵，其特征在于，所述旋转计量泵还包括在套筒和容器端口之间形成液密密封的至少一个端口密封件。

17.根据权利要1所述的旋转计量泵，其特征在于，所述旋转计量泵还包括在套筒和插管端口之间形成液密密封的至少一个端口密封件。

18.根据权利要1所述的旋转计量泵，其特征在于，端口密封件是单一弹性体零件。