具体实施方式

参照附图，微型泵1包括泵模块2，该泵模块2包括定子4和转子6，转子6由旋转驱动器3驱动，该旋转驱动器3包括电机5，电机5在转子上围绕旋转轴线A施加旋转运动。转子6轴向偏置，例如由弹簧9偏置，使得凸轮系统(其包括转子上的凸轮轨道46，凸轮轨道46与定子上的互补凸轮从动件48接合)根据转子旋转时其角位置的变化向转子施加相对于定子的轴向位移Ax。转子相对于定子的轴向位移和旋转位移导致第一阀门V1和第二阀门V2(将在下文中更详细地描述)打开和关闭以实现泵送作用。该通用功能原理本身是已知的，并且例如在EP1803934中进行了描述。

在实施例中，旋转驱动器3可以是用于联接至泵模块2的可重复使用的部件的形式，泵模块2可以是单次使用的一次性部件的形式。例如，在药物输送应用中，泵模块可以集成在包含流体药物和流体输出口(例如针头或导管管子)的单次使用的一次性部件中，并且旋转驱动器可以集成在包含电源、控制电子设备和用户界面的可重复使用部件中，从而可将可重复使用部件联接到一次性部件，然后在使用该一次性部件之后将其移除并重新联接到新的一次性部件。

在实施例中，泵入口14可以形成在转子的轴端部，而出口16可以朝向转子的包括凸轮的端部设置。出口16可径向延伸穿过定子。根据转子相对于定子的旋转方向和阀门密封件结构，入口和出口可以颠倒。此外，在某些实施例中，泵还可以被配置为双向的，由此流体流动的方向取决于转子的旋转方向。在转子的轴端部处形成的入口或出口也可以被径向地引导穿过定子，而不是从定子的端部轴向地穿过。技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以根据连接到流体源和流体输送位置的需要来构造用于入口和出口的各种流体通道。

转子6具有拥有第一直径D1的第一延伸部24和拥有第二直径D2的第二延伸部26，第一直径和第二直径具有不同的值。在所示的实施例中，第二延伸部26的直径D2大于第一延伸部24的直径D1。与转子的轴向位移Ax相关联的第一直径和第二直径的差值限定了转子每转的泵送体积。

微型泵包括形成在转子第一延伸部分和定子之间的第一阀门V1以及形成在转子第二延伸部和定子之间的第二阀门V2。第一阀门V1和第二阀门V2控制相应的入口14或出口16的打开和关闭。

第一阀门V1由安装在定子上的第一阀门密封件18和安装在转子上的第一通道42形成，第一通道42被构造成当第一阀门密封件处于打开位置时，允许流体越过第一阀门密封件连通，并且当第一阀门V2处于关闭位置时，不允许流体越过第一阀门密封件连通。第二阀门V2由定子4上的第二阀门密封件20和形成在转子6上的第二通道44形成，当第二阀门V2处于打开位置时，第二通道44允许流体越过第二阀门密封件连通，并且当第二阀门V2处于关闭位置时，不允许流体越过第二阀门密封件连通。在转子6与定子4之间以及在第一阀门密封件18与第二阀门密封件20之间，形成有泵室8。

泵室密封件21在周向上限定(circumscribes)第二延伸部26，并将泵室8与泵外部环境分隔开。

在所示的实施例中，流体通道42、44被示为在其相应的第一转子延伸部24和第二转子延伸部26中轴向延伸的凹槽。然而，在变型中，可以实现其他流体通道构造，例如，该通道可以不是凹槽而是被埋在转子内并且在转子表面上具有孔口，该孔口允许越过相应的密封件连通。还可以注意到，第一阀门密封件18可以具有与第二阀门密封件20不同的角度取向，使得转子通道44、42的位置将相应地改变。

定子可以是注入型部件，例如注入型聚合物，例如在两步注入工艺中将密封件注入其中。如本领域本身所已知的，密封件可以注入弹性体材料中。转子6也可以被注入聚合物，定子和转子因此形成低成本的一次性部件。

转子6相对于定子4的完整360度旋转所泵送的流体的体积由转子轴12的轴向行程以及第一直径D1和第二直径D2的差值来限定。通过为转子轴提供第一直径和第二直径的较小差异，可以在泵送循环中泵送少量流体。然而，转子的轴向行程应具有足够大的振幅，以使制造公差对轴向位移精度的影响最小化。在某些应用中，例如对于浓缩药物的给药或药物的缓慢给药，尽管根据本发明的实施例的微型泵可以被提供以便在每个循环精确地泵送小至两微升的量，但是与通过转子轴的完整旋转进行管理相比，会存在输送的流体增量甚至更少的优势。

转子6的轴向位移是转子角位移的函数，该轴向位移由包括偏置机构9和凸轮系统的轴向位移系统施加。凸轮系统包括凸轮轨道22、22’和通过偏置机构偏置抵靠在凸轮轨道上的凸轮从动件36、36’。在所示的实施例中，凸轮轨道22、22’设置在转子头10上，而凸轮突起36、36’设置在定子4上。然而，可以理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，凸轮轨道和凸轮突起的功能可以颠倒，使得凸轮突起在转子上，而凸轮轨道在定子上。

凸轮轨道22、22’根据转子相对于定子的角位置来限定转子相对于定子的轴向位置。因此，转子的轴向位移是转子的旋转位移的函数，其由凸轮轨道的轮廓限定。图5示出了根据本发明的实施例的凸轮轨道22、22’的360度展开轮廓的示例。

如图4b最佳所示，凸轮系统可包括一对凸轮轨道和相应的一对凸轮从动件36、36’。存在具有曲率半径为R1的径向向外凸轮轨道22和具有曲率半径为R2的径向向内凸轮轨道22’，其中R2小于R1。第一凸轮从动件36定位成与径向向外凸轮轨道22接合，第二凸轮从动件36’定位成与径向向内凸轮轨道22’接合。径向向外凸轮轨道和径向向内凸轮轨道可以与相应的一对凸轮从动件36、36’一起，根据转子的角位移限定基本相同的轴向位移轮廓。径向向内凸轮轨道和径向向外凸轮轨道的同心的径向位置确保径向向外凸轮突起36仅与径向向外凸轮轨道22接合，而径向向内凸轮突起36’仅与径向向内凸轮轨道22’接合。

在优选实施例中，径向向内凸轮轨道与径向向外凸轮轨道在直径方向相对，由此与相应的一对凸轮从动件接合的一对凸轮轨道增加了转子6的稳定性。特别地，由偏置机构9施加在转子上的偏置力F产生与转子轴线A对准的合力，并且该合力因此与对应的凸轮轨道上的凸轮从动件的反作用力抵消。该偏置力产生的力矩将倾向于使转子倾斜，从而导致摩擦力增加以及可能不希望的振动。该对凸轮轨道22、22’和对应的凸轮从动件36、36’提供了一对在直径方向相对的凸轮接触点，它们显著减小了转子上的倾斜力矩，从而提高了稳定性，并减少了潜在的振动和磨损问题。

然而，可以注意到，在本发明的范围内，凸轮系统可以包括多于两个的凸轮轨道，例如三个或四个凸轮轨道以及相应地三个、四个相关联的凸轮从动件，每个凸轮轨道以及凸轮从动件限定在360°上展开的基本相同的轮廓，目的在于提供多个转子支撑点以减少转子的倾斜。各种凸轮轨道可以具有不同的半径，使得每个凸轮从动件仅接合一个相关联的凸轮轨道。这些凸轮轨道和凸轮从动件可以围绕转子轴线均匀地间隔开一定角度(例如，对于三个凸轮轨道每120°间隔一个)。

特别参照图5，凸轮轨道22、22’轮廓包括呈斜面形式的进气区32，该进气区32从阀门关闭空腔室区30延伸到阀门关闭满腔室区28。进气区32与凸轮从动件的接合因此引起转子的轴向位移，同时进气阀门V1打开并且排气阀门V2关闭以填充泵室8。一旦泵室8充满，在泵送循环的排出阶段之前，在特定角度范围内，入口阀门V1关闭并且出口阀门V2保持关闭。因此，入口阀门和出口阀门都在限定的角度范围内关闭，以确保入口阀门和出口阀门永远不会同时打开，从而防止了在泵转子静止时流体通过泵的情况。在排出阶段开始时，出口阀门V2打开，而入口阀门V1保持关闭，凸轮轨道的排出区34与凸轮从动件接合。排出区34包括排出斜面部分34a，该排出斜面部分34a引起转子从阀门关闭满腔室区28到阀门关闭空腔室区30的轴向位移。

根据本发明的一方面，排出区34设置有至少一个排出保持位置34b。排出保持位置34b位于阀门关闭满腔室区28和阀门关闭空腔室区30之间的中间角度和轴向位置，并允许转子6停止并稳定地保持在中间位置。

因此，在图5所示的实施例中，流体的输送可以分成两个部分输送阶段，以便以两个部分输送增量来管理泵送循环的全容积。

在变型中，可以提供两个或更多个排出保持位置，以便以三个或更多个部分输送增量来管理泵送循环的全容积。如图6a和图6b的示例所示，凸轮轨道的排出区设置有由排出斜面部分34a隔开的两个排出保持位置34b，从而限定了泵送循环的总排出体积的三个部分输送增量。

有利地，排出区34设置有一个或多个排出保持位置34b，以在多个阶段中准确且可靠地输送完整泵送循环容积的部分，允许以时间为增量输送非常小的流体剂量。在完整泵送循环的部分输送阶段中操作微型泵来控制一段时间内流体药物的给药速度可能是特别有用的。例如，这允许模拟药物的受控缓慢准连续输送(例如，输送基础速率)。泵送循环容积的这种部分输送对于精确量流体的非常精确的输送也可能是有用的，例如对应于多个泵送循环加上泵送循环的一部分。例如，如果完整的泵送循环输送体积为2μl，并且凸轮轨道在轴向上处于阀门关闭满腔室区28和阀门关闭空腔室区30之间的中间位置具有一个排出保持位置34b，如图5所示(即两个部分输送阶段)，则可以输送对应于奇整数的体积。例如，为了输送7μl，可通过以下方式操作泵以输送3.5个泵送循环体积：旋转转子三次，然后在第四次旋转期间当凸轮从动件接合到排出保持位置34b时停止转子。

在有利的实施例中，排出保持位置34b可以包括平台，该平台限定基本垂直于旋转轴线A的表面。排出保持部分34b的角弧长度可以有利地延伸至少15度，以便提供精确的(定义了排出体积的)中间轴向位置，该位置针对转子相对于定子的角停止位置具有一定的公差。

在变型中，排出斜面部分34a可构造成具有允许转子相对于定子的反向旋转(反向旋转与对应于正常泵送操作的正向旋转相反)的斜率。转子的反向旋转可用于泵的特殊操作，这些特殊操作包括用于药物复原的双向流动、用于致动药物输送装置的针头的缩回的反向转子运动，或其他特殊操作。排出斜面部分34a的斜率优选相对于阀门关闭满腔室区28或阀门关闭空腔区30具有大约45度或更小的角度β。然而，在不提供转子反向旋转的变型中，排出斜面部分34a可以相对于满腔室区28和空腔室区30具有45度至90度之间的角度。

凸轮从动件36、36'可以有利地设置有斜切的向前前端角38a，并且对于允许反向旋转的变型，设置有斜切的反向前端角38b，以便当从由阀门关闭满腔室区28和空腔室区30与排出保持位置34b限定的平台行进到随后的斜面部分时，确保凸轮从动件36、36’在相关联的凸轮轨道22、22’上的平稳过渡。

当在360度旋转展开，针对曲率半径R1，R2进行调整时，在直径方向相对的凸轮从动件36、36’和相关的在直径方向相对的凸轮轨道22、22’可以具有相同的接合轮廓。

在本发明的实施例中，旋转驱动器3的电机5可以有利地为步进电机的形式，该步进电机包括以小于凸轮轨道22的排出区34的角度范围的增量成角度地分隔开的步进。通过步进电机接合的转子6可以在步进电机的选定步进处停止，以在凸轮从动件沿着凸轮轨道的排出区接合时停止并保持转子。因此，例如，如图7所示，一个或多个中间排出保持位置34b可以由电机的步进限定，以输送泵送循环的全容积的一部分。可以注意到，步进电机以及步进电机与转子6之间的任何减速齿轮系统可以包括在限定的排出保持位置34b之间的多个位置。旋转驱动器可以包括行程传感器(未示出)，该行程传感器用于测量转子6相对于定子的轴向位移。行程传感器可以包括光或磁位置传感器，或本身在位置感测领域中众所周知的其他已知位置传感器。行程传感器可以连接至旋转驱动器的控制电子设备，以控制步进电机，特别是在选定的排出保持位置停止。行程传感器还可以用于检测对于微型泵的错误操作。

在变型中，微型泵可以包括排出保持位置34b(其包括平台)和微型泵的旋转驱动器中的步进电机的控制的组合，以限定另外的中间排出保持位置。

图示特征清单

微型泵1

泵模块2(一次性部件)

定子4

入口14

出口16

第一阀门V1

第一阀门密封件18

第二阀门V2

第二气门密封件20

泵室密封件21

凸轮系统

凸轮从动件36、36’

转子6

转子头部10

变速器输入联接器

凸轮系统

凸轮轨道22、22’

径向向外凸轮轨道22

曲率半径R1

径向向内凸轮轨道22'

曲率半径R2

(R2<R1)

转子轴12

第一延伸部(具有第一直径D1)24

第一通道42

第二延伸部(具有第二直径D2)26

第二通道44

泵室8

轴向位移系统

偏置机构9

凸轮轨道22、22’

阀门关闭满腔室区28

阀门关闭空腔室区30

进气区32

排出区34

排出斜面部分34a

排出保持部分34b

凸轮从动件36、36’

前端角38a，38b

旋转驱动器3(可重复使用部件)

电机5

步进电机

联接器7

偏置机构9

行程传感器