CN101484700B - 泵元件和具有这种泵元件的泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泵元件(10)，其包括限定泵室(18)的泵元件外壳(14)，所述泵室具有入口(20)和出口(22)，和至少第一可移动元件(24)，所述第一可移动元件在泵室内第一和第二位置之间是可移动的。在第一可移动元件在从第一到第二位置的方向上的移动过程中，从第一可移动元件通过入口的流动路径的流动阻力比泵元件外壳和第一可移动元件之间流动路径的流动阻力大。在第一可移动元件在从第二位置到第一位置的方向上移动过程中，从第一可移动元件通过出口的流动路径的流动阻力比泵元件外壳和第一可移动元件之间的流动路径的流动阻力小。因而，在可移动元件在第一和第二位置之间往复移动的过程中，发生通过出口的净流量。

Description

泵元件和具有这种泵元件的泵

本发明总体涉及一种泵元件和一种具有这种泵元件的泵。在现有技术中，已知很多泵可以用于驱动流体。泵的尺寸是多样化的，从微型技术制造的泵到具有高抽吸功率的大尺寸泵，例如用在发电站中的大尺寸泵。

现有技术的泵具有复杂的结构，包括控流结构、驱动装置和可能设有的控制或调节装置。高的生产成本几乎排除了这样的泵在单一用途中的应用，这是已知的泵的高复杂度的缺点。还有，在复杂的结构中，为获得高的可靠性所付出的努力也增加了。

在许多泵中，为分别驱动或运行泵需要辅助物质，例如润滑剂或油脂，它们也可能与流体接触。这禁止了其在医疗或加工技术领域中的应用。

因而，需要一种泵元件和一种泵，它们尤其也可以用在医疗和加工技术应用以及单一用途的消费应用中。

根据本发明，通过根据权利要求1和20的泵元件和具有各自的根据权利要求27的泵元件的泵实现这个目标。

本发明的实施例提供一种泵元件，包括：

泵元件外壳，所述泵元件外壳限定泵室；

通入泵室的入口；

泵室的出口；和

第一可移动元件，所述第一可移动元件在泵室内在第一位置和第二位置之间是可移动，

其中，在所述第一可移动元件在从所述第一位置到所述第二位置的方向上的移动过程中，从所述第一可移动元件通过所述入口的流动路径的流动阻力高于所述泵元件外壳和所述第一可移动元件之间的流动路径的流 动阻力，和

其中在所述第一可移动元件在从所述第二位置朝向所述第一位置的方向上的移动过程中，从所述第一可移动元件通过所述出口的流动路径的流动阻力小于所述泵元件外壳和所述第一可移动元件之间的流动路径的流动阻力，

以致于在所述第一可移动元件在所述第一和所述第二位置之间往复移动过程中发生通过所述出口的净流量。

因而，在本发明的实施例中，在所述可移动元件在从所述第一位置到所述第二位置的方向上移动的过程中，在朝向所述泵室的所述出口的方向上被压迫通过所述第一可移动元件的流体比通过所述入口离开所述泵室的流体多。在本发明的实施例中，所述入口在所述可移动元件在从所述第一位置到所述第二位置的方向上移动的过程中能够被关闭，或至少在这个移动的大部分过程中能够被关闭，例如通过第二可移动元件被关闭。

此外，在本发明的实施例中，由于所述限定的流动阻力，在所述第一可移动元件在从所述第二位置到所述第一位置的方向上的移动过程中，通过所述出口喷射的流体比在朝向所述入口的方向上移动通过所述可移动元件的流体多。因而，通过可移动元件的往复移动，能够发生通过所述出口的净流量。

本发明的实施例提供一种泵元件，其包括：

泵元件外壳，所述泵元件室限定具有入口和出口的泵室；

第一可移动元件，所述第一可移动元件在所述泵室内在第一位置和第二位置之间是可移动的，其中当所述第一可移动元件在所述第一位置时所述出口是关闭的；

第二可移动元件，所述第二可移动元件在所述泵室内在第三位置和第四位置之间是可移动的；

第一弹簧，所述第一弹簧偏压所述第一可移动元件到所述第一位置；和

第二弹簧，所述第二弹簧偏压所述第二可移动元件到所述第三位置，

其中，在所述第一可移动元件在所述第一和所述第二位置之间以及所述第二可移动元件在所述第三和所述第四位置之间往复移动的过程中，发 生通过所述出口的净流量。

在本发明的实施例中，泵能够具有各自的泵元件和驱动单元，所述驱动单元用于驱动所述第一可移动元件从所述第一位置到所述第二位置和/或驱动所述第二可移动元件从所述第三位置到所述第四位置。

本发明的实施例还涉及微型泵或微泵，其中每次泵行程抽吸的流体量在微升范围、纳升范围或皮升范围。本发明的实施例涉及用于流体的泵，例如浸剂、润滑剂、食品或清洁流体，其中泵元件和驱动单元可以分离地设计。泵元件可以成本有效地例如通过塑料注射模制被制造，并且在使用后可以处理掉。驱动单元可以再利用，其中，在本发明的实施例中，驱动单元不和将被抽吸的流体接触。在本发明的实施例中，流体的抽吸量可以从泵行程的数量直接地确定。此外，在本发明的实施例中，泵元件可以具有用于控制流体流量的一体的锁止阀。在本发明的实施例中，一体的锁止阀可以在所述泵元件的非运行状态中锁止通过所述泵元件的流体流动。

本发明的泵的实施例可以用于多种用途，具体地，用于医疗、加工技术和研究领域。一个实例是在人体医学中的自动药物定量装置。

在本发明的实施例中，在所述第一可移动元件在从所述第一到所述第二位置的方向上移动的过程中，发生从设置在所述第一可移动元件背离所述出口的一边的区域通过所述可移动元件到设置在所述第一可移动元件面对所述出口的一边的区域的流体输送。在这个移动过程中，为了实现通过所述入口的尽可能低的回流以及通过与之相关的所述出口的吸入，所述入口可以关闭。在所述第一可移动元件在从所述第一到所述第二位置的方向上移动的过程中，流体(例如液体或气体)能够通过所述第一可移动元件输送。

在本发明的实施例中，在所述第一可移动元件在从所述第二位置到所述第一位置的方向上移动的过程中，要被抽吸的所述流体被所述第一可移动元件移动并且通过所述出口输出。同时，流体通过所述入口吸入。因而，该移动阶段也可以称为输送阶段。通过交替输送状态和抽吸状态，在从所述入口到所述出口的方向上发生净流量。

在本发明的实施例中，泵元件可以执行使得在运行过程中，所述第二可移动元件从所述第三到所述第四位置的移动比所述第一元件从所述第 一到所述第二位置的移动更快。在本发明的实施例中，所述第二可移动元件在所述第四位置关闭所述入口。因而，在将要被抽吸的流体通过所述第一可移动元件输送的阶段中，通过所述入口的回流能够减小或最小化。在本发明的实施例中，为了实现所述第二可移动元件的更快的移动，所述第二弹簧可以具有比所述第一弹簧更低的弹簧常数。在本发明的实施例中，分离的驱动单元可以设置用于所述第一可移动元件和所述第二可移动元件。在驱动单元实现所述第一可移动元件从所述第一到所述第二位置的移动之前，用于所述第二可移动元件的驱动单元能够实现从所述第三位置到所述第四位置的相同的移动。在可选的实施例中，驱动单元和/或所述第一可移动元件和所述第二可移动元件能够被执行使得施加更大的作用力到所述第二可移动元件，使得所述第二可移动元件向所述第四位置的移动比所述第一可移动元件向所述第二位置的移动更快。

本发明的实施例允许所述泵元件的控流结构和其驱动装置形成为彼此分离。实际的泵元件可以包括一些元件并且以成本有效的方式例如通过塑料注射模制生产。本发明的实施例能实现所述泵元件在使用后被处理掉，使得单一用途可能处于经济的方式。在本发明的实施例中，成本更高的包括控制或调整装置的驱动单元能用于几个泵元件或跨过几个泵元件寿命周期。因此，在重要的应用中，例如医疗技术或食品技术，意味着控流元件与要被抽吸的流体进行接触的泵元件能够在每次应用后进行调换，而不需要替换所述成本更高的驱动单元。

在本发明的实施例中，泵功能可以通过两个金属的可移动元件执行，例如保持在泵室中由两个弹簧限定的位置中的球或活塞，所述泵室也可以被称作沟槽。分别在第一或第三位置上，所述第一可移动元件关闭从所述泵室的所述出口，而所述第二可移动元件开通到所述泵室的入口，所述泵室连接到要被抽吸的流体的储存装置，其中泵室通过入口充满流体。在本发明的实施例中，可移动元件能够分别通过由一个或多个集成在所述驱动单元上的线圈产生的磁作用力对抗弹簧作用力而被移动到所述第二或所述第四位置。因而，在实施例中，首先所述第二可移动元件关闭所述入口，同时所述可移动元件开通所述出口，并且包含在泵室中的流体、液体或空气被压迫通过所述第一可移动元件(输送阶段)。在关闭磁作用力后，弹 簧压迫所述第一可移动元件后退，由此在所述第一可移动元件前面的流体至少部分通过后面的出口输送。因而，通过所述可移动元件和压力室壁之间的间隙发生泄露流动，在抽吸移动过程中通过这种方式一定量的液体会流回。泄流的量由所述第一可移动元件和泵室壁之间的间隙决定，也就是，所述第一可移动元件和所述泵室壁之间的流动路径的流动阻力。在本发明的实施例中，所述第一可移动元件在所述抽吸移动结束时再密封所述出口。在本发明的实施例中，所述第二可移动元件几乎在同时打开所述入口，借此所述外壳再次被充满。定量的体积流量可以通过抽吸行程的次数和速度来控制。重要的是，在抽吸循环之间，泵能够锁止流体流动，而不会泄露。

在本发明的实施例中，具有不同排量的泵元件可以通过泵设计来实现。为了调整每次泵行程排出的流体量，可以调整例如控流结构的横截面，也就是控流结构的泵室沟槽，泵行程的长度和可移动元件与沟槽壁之间的间隙尺寸。因而，是可能(例如)用一个或仅用很少的不同的驱动单元覆盖很大的排出体积范围。例如，相同的驱动单元可以驱动具有不同排量的泵元件。

此外，有利地，本发明的实施例允许仅在额外的一点努力下通过监测单元应用泵，监测单元能够监测泵的状态，也就是能够确定所述第一可移动元件的位置和/或如果存在，监测所述第二可移动元件的位置。在本发明的实施例中，驱动单元可以具有驱动线圈，其中另一个测量线圈可以集成在驱动单元中。通过由驱动线圈产生叠置的磁交变场，在附加的测量线圈中感应产生电压。感应的电压依赖于可移动元件的位置，可移动元件的材料具有磁导率。因而，通过合适的测量装置，泵元件的状态能够进行确定，这就允许监测泵的功能。

附图说明

下面结合附图对本发明的典型的实施例进行描述，在附图中：

图1a和1b是本发明泵的实施例的示意性截面图；

图2和3是用于显示泵元件外壳和第一可移动元件之间的流动路径的实施例的示意性截面图；

图4和5是允许泵元件外壳和第一可移动元件之间的流动路径的可变的流动阻力的实施例的示意性视图；

图6a和6b是用于显示本发明泵的还一实施例的示意性截面图；

图7到9是本发明泵的还一实施例的示意性截面图；和

图10是本发明泵元件的实施例的示意性截面图。

在不同的视图中，用相同的附图标记表示相同或功能相同的元件，其中对各个元件的重复的描述被省略了。

具体实施方式

图1a显示处于静止状态的本发明的泵的实施例的截面图，并且图1b显示处于运行状态的泵。泵包括泵元件10和驱动单元12。泵元件10包括泵元件外壳14，并且驱动单元12包括驱动单元外壳16。泵元件外壳14和驱动单元外壳16被形成为分离的外壳，使得它们可以相互连接并且可以相互分离。能够以可逆的方式连接驱动单元外壳16和泵元件外壳14的合适的装置对本领域技术人员来说是显而易见的，并且包括(例如)搭锁连接器、螺纹接头、挂钩、夹具、维可牢(Velcro)紧固件和类似的装置，并且不需要更多的解释。

泵元件外壳14限定泵室18、入口20和出口22。泵元件外壳14能够例如通过塑料注射模制以成本有效的方式实现，其中入口20和出口22能被注入。表示第一可移动元件的第一球24和表示第二可移动元件的第二球26在泵室18内。弹簧28在球24和26之间。第二弹簧30在第二球26和泵室外壳14之间。第一弹簧28和第二弹簧30偏压第一球24和第二球26到图1a所示的位置上。在示出的实施例中，弹簧28和30用螺旋型弹簧形成。

在示出的实施例中，弹簧组件定位第一球24而不需要外力，使得出口关闭，其中第一弹簧28保持第一球24在这个位置上。弹簧组件定位第二球26，使得入口20打开并且在外壳14内的泵室18被流体充满。

入口20能够通过合适的流体管线连接到流体储存装置(未示出)，同时出口22能够通过合适的流体管线连接到目标区域(未示出)。基于这个目的，入口20和出口22可以具有(例如)连接结构32。

此外，为了提高第一球24在出口22上的密封作用，设置另一个弹簧34，例如片簧的形状，弹簧34将第一球24压在形成于出口22上的密封座上。在示出的实施例中，片簧34产生的作用力垂直于由弹簧28和30产生的作用力。球12可以用(例如)金属球形成，同时弹簧可以用(例如)非磁性非铁金属形成。

驱动单元12包括一个或多个驱动线圈40作为对金属球24的电磁驱动，驱动线圈环绕铁磁芯42。为了增大作用在可移动元件上的磁性作用力，铁磁芯42也可以具有轭的形状，且在可移动元件的位置具有合适的极靴，这可以显著地改善磁回流，下面将要参考图5和7进行详细的讨论。此外，驱动单元12包括控制装置44，控制装置连接到驱动线圈40以选择地和循环地通过一个或几个线圈40外加电流，用于产生电磁作用力施加到金属球24和26上。

由于产生的电磁作用力，第二球26在朝向入口20的方向上移动，抵抗第二弹簧30的作用力，使得入口被密封，如图1b所示。通过分别增大通过一个或多个驱动线圈40的电流强度，作用在球24上的磁性作用力能够增大，只要铁磁芯42和极靴(如果存在)还没有达到磁饱和。为了将第二球26从图1a中示出的静止位置移动到图1b中示出的密封位置，需要移动距离s₂。这需要磁性作用力F_magnet(s₂)。弹簧F_vor的偏压可以进行调整，使得第一球24不移动直到第二球26已经密封入口20。为了最终将第一球24带到图1b示出的位置，抵抗具有弹簧常数c₁的第一弹簧28的作用力，需要移动距离s₁。为了克服弹簧作用力，至少需要磁性作用力

F_magnet(s₁)＝F_magnet(s₂)+c₁*s₁+F_flow    [N]

因而，出口22打开，并且在第二球24移动过程中流体流动通过第二球，也就是流动通过第一球24和泵元件外壳14之间的流动路径。流动作用力F_flow主要依赖于第二球24和泵元件外壳14之间的间隙的间隙宽度和第一球24移动的速度v。

为了描述图1a和图1b的功能性：弹簧14和17的弹簧常数和弹簧偏压因而优选地选择为使得在启动磁性作用力后，在由于流体作用而移动球24、使出口22开通之前，球26首先移动并且密封入口20。如果电磁作用 力关闭，两个球实际上能够同时移动，因为通过入口流入的流体支持弹簧30。第二球26的直径可以稍小于第一球24的直径

图2示意地示出沿图1b中的线II-II的截面图，其中可以看到各自的环形间隙46，类似于技术座(technical seat)，这在第一球24和在泵室内的内部泵室壁之间形成具有环形内部截面的流动路径。因而，球在泵室内具有侧向间隙，这形成了流动间隙。环形间隙的间隙宽度优选地显著小于直径并且依赖于球的直径。例如，依赖于球的直径，间隙宽度可以小于100μm、小于50μm或小于20μm。在图2中，球以居中的方式示出，其中该位置实际上是可以根据实际情况偏离所示的位置，这意味着例如对准，使得在球的一侧没有间隙。

可选择地，可以使用另一个内部截面，例如正方形内部截面。图3示出了带有具有圆形泵室截面的泵元件外壳14a的可选择的实施例的示意性截面图。形状为圆柱形活塞的可移动元件24a具有一个或几个沟槽46a，在可移动元件24a和泵元件外壳14a之间形成一个或几个流动路径，如图3所示。虽然在图3中示出了四个沟槽46a，在可选择的实施例中可以设置不同数量的沟槽，例如只有一个沟槽。

再次参见图1b，示出在磁性作用力F_magnet≥F_magnet(S₁)作用的过程中泵的设置。控制装置44被执行用来向驱动线圈40供以使得各磁性作用力施加到第一球24上的电流。

因此，通过运行驱动单元12，实现球24和26从图1a所示的位置到图1b所示的位置的移动。因而，在泵室18内的球24从出口22移动离开，其中流体分别沿一个或几个流动路径46或46a从球24背离出口22的一侧输送到球面对出口22的一侧，如它们例如在图2和3中所示。如果通过控制装置44关断通过驱动线圈40的电流、从而关断通过驱动单元12的磁性作用力，由于第一弹簧28的作用力球24压迫流体通过出口22流出泵室18，然后在此球24最终再次密封出口22。在球24的移动过程中，第二球26开通入口20，使得新的流体通过入口20再次流入泵室。因而，球24和26由于弹簧28和30的偏压回到图1a中示出的位置上。从这种状态开始，驱动单元再次运行，使得通过循环运行驱动单元，并且执行具有已知体积的一定数量的抽吸循环/抽吸行程，可以抽吸限定的流体体积。

抽吸体积通过几何形状给出，具体地，通过球24的尺寸、抽吸行程的尺寸(也就是球24的移动距离s₁)以及球24和泵元件外壳14之间的流动间隙46的尺寸。通过调整几何形状，可以调整每抽吸行程抽吸的体积。基于抽吸行程的数量，可以确定排除体积。

为了获得泵的精确定量，本发明的实施例中流体的抽吸量之间的比率，例如液体的量与在球24的抽吸移动过程中通过间隙46流回的流体的量之间的比率，变得尽可能的大是有利的。

因而，在本发明的实施例中，在抽吸移动过程中间隙46的流动阻力可以充分大。这可以通过各自的窄的间隙46或其他方式来获得。在这点上，图4示出了泵元件外壳14b的图示，其中设置可移动元件24b。形成在泵元件外壳14b中的泵室18a的横截面图可以是(例如)圆形的，其中可移动元件24b可以是圆柱形活塞的形状，使得在泵元件外壳14b的内部壁和可移动元件24b之间形成流动间隙46b。可移动元件24b具有密封元件50，密封元件安装在可移动元件上并且改变对在可移动元件24b和泵室外壳14b的沟槽壁之间依赖于移动方向的被抽吸的流体的流动阻力。

密封元件50以可变形的方式设计，并且适于与可移动元件24b连接，例如仅通过销52连接。因此，对于通过的流体，密封元件50提供的流动阻力在图4中的可移动元件24b向右的移动过程中比图4中的可移动元件24b向左的移动过程中更低。换句话说，在向右移动过程中密封元件提供更高的挠性，因为流体可以从可移动元件24b被反射走，同时密封元件在可移动元件24b向左移动过程中压迫流体。因而，可移动元件具有附加的阀门功能。

附加的密封元件50可以用任何弹性材料形成，例如橡胶，它可以依赖于可移动元件24b的移动方向改变其控流有效几何形状，并且因而允许改变用作产生所需的阀门功能的流动阻力。

用于获得可移动元件的动力阀效应的可选择实施例在图5中示意地示出。图5示意地显示了泵元件外壳14c和设置其中的可移动元件24c。此外，图5示意地显示了磁性驱动单元的极靴56和58。在图5中示出的实施例中，可移动元件24c形成为使得可移动元件实现控流有效间隙46c的、依赖于其在流动沟槽中的位置的不同流动阻力，也就是形成在泵元件外壳 14c中的泵沟槽18b。在示出的实施例中，这可以通过用旋转运动覆盖可移动元件24c的平移移动而获得，旋转运动增加或减少控流间隙46c，使得实现不同的流动阻力。在图5显示的实例中，元件24c可以是例如在两侧或几个边侧变平的球，它可以围绕其中心轴线转动。此外，可移动元件24c可用永磁性材料制成，使得当可移动元件在极靴56和58以平移的移动60移动的时候，可移动元件24c可发生转动，如图5中虚线所示。优选地，在可移动元件46c在朝向泵出口的方向上抽吸移动的过程中间隙46c的截面能够减小，而在背离泵出口的方向上填充移动过程中能够增大，这就产生了动力阀效应。

图6a和6b示出本发明泵的还一实施例，表示图1a和1b中所示的实施例的变更实施方式，其中参考图1a和1b已经描述的元件和功能性的讨论和叙述被省略。

在图6a和6b中示出的泵元件完全对应于图1a和1b中的一个实施例，其中图6a显示处于静止状态的两个球24和26，并且图6b显示处于运行状态的两个球。在图6a和6b中示出的实施例中，驱动单元12a与图1a和1b中所述的不同，在图6a和6b中设置了用于探测球的位置的传感装置。这个传感装置包括传感线圈70和探测装置72。探测装置72可以集成在控制装置44内或与控制装置分离设置。探测装置72连接到传感线圈70并且还可以连接到驱动线圈40。控制装置44或探测装置72可以形成以发送通过驱动线圈40的这样的交变电流：即，所述交变电流使得交变的磁场，例如磁***变场被叠置，磁***变场的改变在传感线圈70中感生电压U_ind。由于球24和26的材料的磁导率，这个电压也随着球在泵元件中的位置的改变而改变。探测装置72被执行以探测电压U_ind，并评价电压U_ind的改变用于产生有关球在泵元件中的位置的结论。因而，球24和26在泵元件10内的位置可以确定，使得泵元件的状态和功能可以监控。在这个实施例中，是能够放大由通过位于线圈上的磁轭和极靴而在线圈70中感生的电压表示的测量信号的。

允许有效磁作用力增大或测量信号增大的组件的实施例将分别在下面参考图7到9更详细地讨论。

图7到8每一个显示具有泵元件外壳80的泵元件，在泵元件外壳中形成泵室82、入口84和出口86。第一可移动球88和第二可移动球90设置在泵室82内，它们通过第一弹簧92和第二弹簧94偏压到所示位置。

在图7所示的实施例中，设置两个分离的驱动单元102a和102b用于第一球88和第二球90。驱动单元102a和102b可以具有类似的结构，其中驱动单元102a的特征用字母“a”示出，同时驱动单元102b的特征用字母“b”示出。驱动单元具有可以以可逆的方式连接到泵元件的驱动单元外壳部件104a和104b。驱动单元102a具有一个或几个驱动线圈106a和一个或几个传感线圈108a。驱动单元102b具有一个或几个驱动线圈106b。驱动单元102a具有控制装置44a和探测装置72。驱动单元102b也具有控制装置44b并且还可以可选地具有一个或几个传感线圈和探测装置。

正如在图7中可看到的，驱动线圈106a和108a围绕铁磁轭110a缠绕，并且驱动线圈106b围绕铁磁轭110b缠绕。极靴112a和114a连接到铁磁轭110a，铁磁轭传导磁流量使得在运行状态中在极靴112a和112b之间推动球88。还有，极靴112b和114b连接到轭110b，轭110b传导磁流量使得在运行状态中在极靴112b和114b之间推动球90。

通过应用由(例如)铁磁材料组成的轭和极靴，可移动元件，在示出的实施例中的球88和90，能够变成磁环路中的一部分，这能显著地增大有效磁作用力。此外，在传感线圈108a中感生的和通过探测装置72探测的测量信号能够显著的增强。

轭和极靴的结构实施依赖于泵元件各自的设计。这里，应该说明的是，在实施例中所示的泵元件的几何形状设计仅仅是为了说明目的的示例。此外，还应该说明的是，入口和出口能够设置在任何合适的位置，其中具体地，图7和8中的入口的位置纯粹是示意性的并且当然是在允许流体，也就是液体或气体流入泵室的合适的位置。

图7中示出的实施例的功能性大部分与上面所述的参见图1a和1b的实施例的功能性对应。在这点上，为在运行过程中在球88从所示位置移动到运行位置之前实现球90关闭入口84，能够调整弹簧92和94的弹簧常数、注入到驱动线圈106a和106a中的电流的时间控制和/或施加到驱动线圈106a和106b的电流量(以及由此产生的磁场)。

图8显示了实施例的示意图，其中为第一球88和第二球90设置共同的驱动单元。驱动单元120具有能够再次可逆地连接到泵元件的驱动单元外壳122。此外，驱动单元包括控制装置44和探测装置72，其能够连接到一个或几个驱动线圈106和一个或几个传感线圈108，类似上面所述。驱动线圈106和传感线圈108，如图所示，围绕由铁磁材料组成的轭110缠绕。轭110具有用于引导磁流以运行第一球88的第一极靴124和126和用于引导磁流以运行第二球90的第二极靴128和130。

有关图8中示出的实施例的功能性，可以参见上面有关图1a、1b、6a和6b的说明，其中可以通过轭110和连接到轭的极靴再次获得磁作用力和测量信号的增强。

用于运行两个球88和90的驱动单元140的可选择的实施例如图9所示。驱动单元140包括驱动单元外壳142，其中再设置控制装置44、探测装置73、一个或几个驱动线圈106和一个或几个传感线圈108。正如在图9中所示的实施例看到的，在这个实施例中，驱动线圈106和传感线圈108设置在轭44上，轭设置在极靴124，126，128和130之间。因而，图9中示出的实施例实现了非常紧凑的驱动单元的结构，其还能够以可逆的方式连接到泵元件外壳上。

图10显示了根据本发明可选择的实施例的泵元件150。泵元件150包括泵元件外壳152，在其中还形成有泵室154、入口156、出口158。此外，泵元件150具有第一球160、第二球162、第一弹簧164和第二弹簧166。弹簧挡件168设置在弹簧之间。弹簧164和166偏压球160和162到如图10所示的位置。

通过应用各自的驱动单元(未示出)，球160能够在弹簧164的作用力的作用下从出口158移动离开，用于打开出口并通过球输送流体，同时通过球162关闭入口156。为了实现各自的驱动单元，极靴能够设置成在入口156的方向上从球轻微转移。

在关断磁作用力后，弹簧164驱动球回到图10所示的位置，其中流体从出口158被驱除出去。与弹簧166一起，球162形成单向阀，其允许通过入口156的流体的回流。弹簧166、球162和入口156上的密封座可以互相匹配，使得当球160在朝向出口158抽吸移动时由此形成的单向阀 在通过方向上立即打开，并且当球160在背离出口158填充移动时单向阀在阻塞方向上立即关闭。

因而，在图10所示的实施例中，弹簧164与球160一起形成泵驱动装置，其中弹簧164以及球160和泵外壳152的密封座或通过泵外壳的出口158分别匹配，使得只要磁驱动装置被关闭，也就是只要***处于静止状态，出口158通过元件160可靠地密封。通过这种结构，通过出口158从入口156的静止流动能够被有效地抑制，而且从出口158回到入口156的回流可以被抑制。

在根据图10的实施例中，弹簧164和166是分离开的并且通过固定的挡件168支撑。两个弹簧作用力主要由球160和弹簧挡件168之间的距离或球162和弹簧挡件168之间的距离来分别确定，并且因此彼此完全隔离。

当球160处于朝向出口158的抽吸移动时，为了保持入口156的打开，可以设置附加的磁驱动用于球162，可以独立于用于球160的磁驱动进行附加的磁驱动的控制。

总之，本发明的实施例提供用于流体的泵，泵具有第一外壳和入口和出口和第二外壳，第二外壳可以以可分离的方式机械地连接到第一外壳。第一外壳包括第一移动元件和至少第一弹簧，其中第一弹簧将第一可移动元件限定在密封出口的位置上。外壳包括第二可移动元件和至少第二弹簧，其中第二弹簧将第二可移动元件限定在打开入口的位置上。第二外壳包括至少一个线圈、铁磁芯和控制装置，其用于产生磁场并因此将可移动元件限定在与弹簧的有效作用力相对的第二位置，其中入口通过第二可移动元件密封并且出口通过第一可移动元件打开。在关断磁作用力后，可移动元件可以通过弹簧被带回静止位置，使得包含在第一外壳中的流体至少部分从出口排出。

如上面所述，本发明的实施例包括两个可移动元件。在本发明的实施例中，两个可移动元件可以通过驱动单元进行运行。在可选择的实施例中，仅第一可移动元件可以通过驱动单元驱动，同时另一可移动单元可以有效地作为单向阀并且基本上仅通过流入的流体驱动。正如可选的应用可移动元件的单向阀，如已经描述的那样，参见图10，入口也可以设置有常规的 单向阀，例如止回阀，它在第一可移动元件的抽吸移动过程中打开入口并且在输送移动过程中关闭入口，其中流体传输通过第一可移动元件。作为另一可选择的实施例，入口完全不用必须设置有阀门，只要通过入口来自第一可移动元件的流动阻力比第一可移动元件和内部泵元件外壳壁之间的流动阻力更高，因为在那种情况下，仍然能够实现通过出口的净抽吸效果。

有益的是，泵元件外壳的外壳部件可以由塑料形成并且可以(例如)通过应用注射模制技术制造。然而，外壳部件也可以通过应用其他合适材料制造，例如，通过微结构技术使用半导体或陶瓷材料或非铁磁金属制造。可移动元件能够有利地用铁磁性、软磁性或永磁性材料实现。

在本发明的实施例中，第一可移动元件可以是永磁性的并且可以作为磁偶极子应用，其中偶极子的磁轴线被取向为使得当施加由驱动单元产生的外磁场时，可移动元件除了平移移动外，还能执行旋转移动，其中第一可移动元件位于泵元件外壳内，使得其控流有效的几何形状从阀的角度来说被改变，正如上面参考图5进行的讨论。

本发明所述的实施例具有可移动元件，其具有球或活塞的形状。然而，很明显，可移动元件可以具有提供与各自的泵元件外壳相关的所述功能性的任何形状。

正如参照图4讨论的，可以将还一密封元件连接到可移动元件上，密封元件由弹性材料组成并且随可移动元件的移动方向的改变而改变控流有效的几何形状，其中可移动元件具有与密封元件相关的阀功能，借助阀功能，能够增大排出的流体量与在抽吸移动过程中通过可移动元件和泵元件外壳之间的流动路径流回的流体量的比率。

在本发明的实施例中，将第一可移动元件偏压在位置上和/或将第二可移动元件偏压在第三位置上的弹簧可以由任何合适的材料组成，例如非磁性不含铁的金属。在本发明的实施例中，驱动单元形成在分离的外壳上使得驱动单元可以放置在不同的泵元件外壳上，使得能够用一个驱动单元控制几种类型的泵。

在本发明的实施例中，在运行过程中泵的排出速度能够通过改变抽吸频率或通过改变第一可移动元件的抽吸行程来调整。在本发明的实施例中，抽吸频率能够通过改变由控制装置施加到驱动线圈中的电流的频率来调整。在本发明的实施例中，第一可移动元件的抽吸行程能够通过改变所施加的电流以及因此改变所产生的磁作用力来改变。根据本发明的实施例，还可以通过改变第一可移动元件和泵元件外壳之间的间隙和改变弹簧偏压F_vor来调整排出速度，例如在泵的设计过程之前。

在本发明的实施例中，每次抽吸行程抽吸限定的量的流体。为了获得所需量的剂量，所需数量的抽吸行程能够被进行计算和执行。如上面参见图7到9所进行的描述，磁流能够通过铁磁轭和安装其上的铁磁性极靴特定地引导到可移动元件中。重要的是，能够通过改变在可移动元件的移动区域内的泵外壳的横截面而具体地调整通过球的磁流。

在本发明的实施例中，磁性驱动装置可以由两个基本上一样的单元实现，其中每个单元具有其自身的控制装置并且因此能够单独地控制各自的可移动元件。在可选的实施例中，磁性驱动装置可以包括单元，其中通过铁磁轭和极靴，磁流同时地通过两个可移动元件。在其他可选的实施例中，磁性驱动装置可以包括一个单元，其中铁磁轭由两个部分实现，极靴安装在其上，其中驱动线圈安装在轭的两个可移动元件之间的区域中。

最后，如上面参见图6a和6b所进行的描述，在本发明的实施例中，包括驱动单元的第二外壳可以具有另一线圈和探测装置，其中磁***变场叠置在驱动线圈上，磁***变场在另一线圈中感生电压，感生电压通过探测装置测量和评估，其中在另一线圈中的感生电压依赖于可移动元件在泵元件外壳中的位置，并且其中探测装置能够确定可移动元件的位置并且因此确定泵的状态和功能。

虽然在所述实施例中，当第一可移动元件在第一位置时，第一可移动元件关闭出口，然而在可选的实施例中，当第一可移动元件在第一位置时，出口可能不会完全关闭，其中仍然可以获得净抽吸效应。

除了所述的磁驱动装置，在可选的实施例中，可以将其他驱动装置用于可移动元件，例如静电驱动装置或气动装置。

Claims (15)

1.一种泵元件(10；150)，所述泵元件包括：

限定泵室(18；82；154)的泵元件外壳(14；14a；14c；80；152)；

进入所述泵室的入口(20；84；156)；

出自泵室的出口(22；86；158)；

第一可移动元件(24；24a；24b；24c；88；160)，所述第一可移动元件在所述泵室内能够在第一和第二位置之间移动，

其中，在所述第一可移动元件在从所述第一到所述第二位置的方向上移动的过程中，从所述第一可移动元件通过所述入口的流动路径的流动阻力比泵元件外壳和所述第一可移动元件之间的流动路径(46；46a；46b；46c)的流动阻力大，和

其中，在所述第一可移动元件在从所述第二到所述第一位置的方向上移动的过程中，从所述第一可移动元件通过所述出口的流动路径的流动阻力比泵元件外壳和所述第一可移动元件之间的流动路径的流动阻力小，

使得在所述第一可移动元件在所述第一和所述第二位置之间往复移动过程中发生通过出口的净流量，

其特征在于，当所述第一可移动元件处于所述第一位置时，所述第一可移动元件(24；24a；24b；24c；88；160)关闭出口。

2.如权利要求1所述的泵元件，所述泵元件具有第二可移动元件(26；80；162)，通过所述第二可移动元件，能够改变从所述第一可移动元件(24；24a；24b；24c；88；160)通过所述入口(20；84；156)的流动路径的流动阻力。

3.如权利要求2所述的泵元件，其中所述泵元件外壳(14；80)有助于确定用于所述第二可移动元件(26；80)从第三位置到第四位置的移动的路径，其中，当所述第二可移动元件处于所述第三位置时，所述第一可移动元件通过所述入口的流动路径的流动阻力比当所述第二可移动元件处于所述第四位置时的流动阻力小。

4.如权利要求1所述的泵元件，其中在所述泵元件外壳(14b；14c)和所述第一可移动元件(24b；24c)之间的流动路径(46b；46c)上，在所述第一可移动元件在从所述第一到所述第二位置的方向上移动的过程中比在所述第一可移动元件从所述第二到所述第一位置的移动过程中的流动阻力小。

5.如权利要求4所述的泵元件，其中所述第一可移动元件(24c)具有第一状态和第二状态，其中在泵元件外壳(14c)和在第一状态中的所述第一可移动元件(24c)之间的流动路径的流动阻力比所述第一可移动元件在所述第二状态中的流动阻力小。

6.如权利要求4所述的泵元件，其中所述第一可移动元件(24b)具有可变形密封元件(50)，所述密封元件在从所述第一位置到所述第二位置的移动过程中提供第一挠性，和在从所述第二位置到所述第一位置的移动过程中提供第二挠性，所述第二挠性低于所述第一挠性。

7.一种泵元件(10；150)，其包括：

泵元件外壳(14；14a；14b；14c；80；152)，所述泵元件外壳限定具有入口(20；84；156)和出口(22；86；158)的泵室(18；82；154)；

第一可移动元件(24；24a；24b；24c；88；160)，所述第一可移动元件在泵室内第一位置和第二位置之间是可移动的，其中当所述第一可移动元件处于所述第一位置时所述出口关闭；

其特征在于，

第二可移动元件(26；80；162)，所述第二可移动元件在泵室内第三和第四位置之间是可移动的；

第一弹簧(28；92；164)，所述第一弹簧偏压所述第一可移动元件到所述第一位置；

第二弹簧(30；94；166)，所述第二弹簧偏压所述第二可移动元件到所述第三位置；

其中，在所述第一可移动元件在所述第一和所述第二位置之间和所述第二可移动元件在所述第三和所述第四位置之间往复移动过程中发生通过所述出口的净流量。

8.如权利要求7所述泵元件，其中所述第一和所述第二弹簧(164，166)设置在所述第一和所述第二可移动元件(160，162)之间，和其中弹簧挡件(168)设置在所述第一和所述第二弹簧之间，

其中当所述第二可移动元件(162)处于所述第三位置时所述入口(156)关闭，和其中当所述第二可移动元件(162)处于所述第四位置时所述入口(156)打开。

9.一种具有如权利要求1所述的泵元件(10；150)和驱动单元(12；12a；102a，102b；120；140)的泵，所述驱动单元用于驱动所述第一可移动元件从所述第一到所述第二位置。

10.如权利要求9所述的泵，其中所述驱动单元(12；12a；102a；102b；120；140)和所述泵元件(10；150)是分离地构建的并且能够以可逆的方式相互连接，

其中所述驱动单元(12；12a；102a；102b；120；140)和所述泵元件(10；150)被实施成使得，在抽吸过程中，所述驱动单元不与要抽吸的流体接触。

11.如权利要求9所述的泵，其中所述驱动单元(12；12a；102a；102b；120；140)包括用于产生磁场的装置，通过所述磁场所述第一可移动元件(24；24a；24b；24c；88；160)被驱动到所述第二位置和/或所述第二可移动元件(26；80；162)被驱动到所述第四位置，和其中所述第一和/或第二可移动元件具有铁磁性、软磁性或永磁性材料。

12.如权利要求11所述的泵，其中用于产生磁场的所述装置包括用于产生磁场的第一装置(106a)，通过所述第一装置所述第一可移动元件(88)被驱动到所述第二位置，和用于产生磁场的第二装置(106b)，通过所述第二装置所述第二可移动元件(90)被驱动到所述第四位置，其中能够分离地控制用于产生磁场的所述第一和所述第二装置。

13.如权利要求9所述的泵，其还包括用于探测所述第一和/或所述第二可移动元件的位置的装置(70，72；108；108a，108b)。

14.一种用于调节如权利要求9到13中的任一个所述的泵的排出速度的方法，所述方法包括下面步骤中的至少一个：

调节第一和，如果存在，第二可移动元件来回移动的频率；

调节所述第一可移动元件在所述第一和所述第二位置之间的移动的行程；

调节所述第一可移动元件和所述泵元件外壳之间的流动路径的流动阻力；和

改变偏压所述第一可移动元件到所述第一位置的弹簧偏压和/或偏压所述第二可移动元件到所述第三位置的弹簧偏压。

15.一种用于运行如权利要求9到13中的任一个所述泵的方法，其中在可移动元件的往复移动过程中，已知量的流体从出口排出，其中计算所述第一可移动元件的往复移动的次数，用于通过出口输出限定量的剂量。

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