(57)【要約】【課題】【解決手段】磁石によって駆動される液体ポンプには、汲み上げられた液体に接触しない（乾いた）１つ以上のセンサーを有し、さらに、通常は液体の流れる方向に向かって伸びる導管やチャンバーに取り付けられる固定シールを使用しない。センサーは、ポンプの内部の液体、及びフィードバック制御を監視する。センサーを、ポンプを制御する電気回路に結合することにより、モータハウジングの外部に配置されるワイヤの数を少なくし、アセンブリが剛性化される。これは、危険な環境や液浸させた状態で使用する場合に有利である。ポンプや流体システムは、従来のポンプ及びシステムと比較すると、さらに激しい汲み上げ条件における液漏れの回数を減らし、改善された性能を保つ。【選択図】  図２
2013530669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉されたポンプハウジングを含むポンプヘッドと；
前記ポンプハウジングの内部に配置される移動可能なポンプ部と；
前記ポンプ部に接続される被駆動磁石であって、該被駆動磁石によって誘発される動きによって前記ポンプ部の動きを誘発する被駆動磁石と；
前記ポンプハウジングに対応する部分であり且つ前記被駆動磁石を保持する磁石ハウジングであって、該磁石ハウジングにて前記被駆動磁石の動き誘発する際に、前記被駆動磁石及び前記磁石ハウジングの内部が前記ポンプ部の誘発された動きによって汲み上げられた液体に濡れる磁石ハウジングと；
前記磁石ハウジングの壁に対応して密閉して取り付けられ、液体に濡れないように構成されている少なくとも１つのセンサー要素と；
前記磁石ハウジングの外部に配置され且つ前記被駆動磁石と磁石的に結合される駆動磁石であって、該駆動磁石によって生成される変動磁場が前記被駆動磁石の動きを誘発することにより、前記ハウジングの前記ポンプ部の動きを誘発する駆動磁石と；
を備えるポンプアセンブリ。
【請求項２】
前記センサー要素は、前記磁石ハウジングの壁に統合されている請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項３】
前記センサー要素は、前記壁の中に密閉して取り付けられる請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項４】
前記センサー要素は、前記壁に密閉して取り付けられている請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項５】
前記センサー要素は、前記壁の内側に密閉して取り付けられている請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項６】
前記センサー要素は、変換器を含む請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項７】
前記磁石ハウジングの前記壁は、乾いた表面と濡れた表面とを含み、
前記濡れた表面は、前記磁石ハウジングの内部の液体と接触し、
前記センサー要素は、前記磁石ハウジングの内部の液体と接触しない請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項８】
前記センサー要素は、前記磁石ハウジングの前記壁のキャビティの内部に配置される請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項９】
さらに、前記センサー要素への電気的接続部を有する請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１０】
統合された前記センサー要素に、ワイヤレスで電気的接続がされている、請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１１】
前記ポンプ部は、駆動ギアと、前記駆動ギアとの組み合わせによって駆動される被駆動ギアと、を有し、
前記駆動ギアは、前記被駆動磁石に結合される請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１２】
前記磁石ハウジングは、円筒体と端壁とにより構成され、
前記センサー要素は前記端壁に統合され、
前記センサー要素はプリント基板に包囲されて前記センサー要素への剛性な接続部を有する請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１３】
さらに、前記センサー要素に電気的に接続されるプリント基板を有する、請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１４】
前記駆動磁石は、固定子を含む請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１５】
前記固定子を有するモータハウジングと；
前記モータハウジングに配置され且つ前記固定子に電気的に接続される、固定子を駆動する電気部と、を有する、請求項１２に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１６】
前記センサー要素は、圧力変換器、温度変換器、フローレート変換器、伝導度変換器、回転検出変換器、油溶性変換器、pH変換器、濁度変換器、溶解イオン変換器、光学吸着変換器、及びこれらの組み合わせのグループより少なくとも１つが選択される、請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１７】
前記センサー要素は、歪み変換器、容量変換器、抵抗変換器、圧電変換器、磁気的に結合された変換器、ホール効果変換器、及び電極のグループより選択される、請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１８】
前記センサー要素は、前記磁石ハウジングの前記壁に、直接溶接、レーザー溶接、別々の膜の接合、ろう付け、オーバーモールド、接着剤による取り付け、シールによる固定、クランプ、機械的な結合、溶接、及び鋳造によって直接統合のグループより選択して密閉して取り付けられる請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項１９】
前記ポンプ部は、ポンプギア、遠心分離器、ローブポンプ、ピストンのグループから選択される請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項２０】
さらに、前記ポンプハウジングの内部に耐圧部を有する請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項２１】
前記センサー要素は圧力変換器であり、
前記センサー要素は、インレットの圧力を感知するために磁石ハウジングのポンプインレット部に配置されている、またはアウトレットの圧力を感知するために磁石ハウジングのアウトレット部に配置されている、請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項２２】
前記ポンプハウジングの外部に配置され、前記センサー要素に電気的に接続されるセンサー電気回路と、
前記ポンプハウジングの外部に配置され、前記駆動磁石と接続される駆動回路と、
前記センサー電気回路と前記駆動回路とに電気的に接続されているコントローラであって、前記センサー電気回路から前記コントローラに提供されるデータを基に、前記駆動磁石を作動させ、前記ポンプ部を制御するように構成されている前記コントローラと、を有する請求項１に記載のポンプアセンブリ。
【請求項２３】
密閉されたポンプハウジングと；
前記ハウジングの内部に配置されるポンプ部と；
前記ハウジングに配置されて前記ポンプ部に接続され被駆動磁石であって、該被駆動磁石の誘発された動きによって、対応する前記ポンプ部の動きを誘発する被駆動磁石と；
前記ポンプハウジングに対応する部分であり、前記被駆動磁石を保持する磁石ハウジングであって、前記被駆動磁石の動きが該磁石ハウジング内で誘発され、前記被駆動磁石及び前記磁石ハウジングの内部が前記ポンプ部に誘発された動きにより汲み上げられた液体に濡れる磁石ハウジングと；
前記ポンプ部によって汲み上げられた液体のうち少なくとも１つのパラメータを感知し、前記磁石ハウジングの壁に対応して密閉して取り付けられる、少なくとも１つのセンサー要素と、を有するポンプヘッド。
【請求項２４】
前記センサー要素は、前記汲み上げられた液体の性質を測定する機能を有する、パラメータを感知する表面を含み、
前記センサー要素が前記磁石ハウジングの壁に統合して取り付けられることにより、前記パラメータを感知する表面が、前記磁石カップの内部に向かって配置される請求項２３に記載のポンプヘッド。
【請求項２５】
前記センサー要素は前記磁石ハウジングの前記壁に統合して取り付けられることにより、前記センサー要素が前記磁石カップの内部の液体に接触する濡れた表面に隣接することを特徴とする、請求項２３に記載のポンプヘッド。
【請求項２６】
磁石ハウジングを含むポンプハウジングによって、ポンプを駆動する電気コンポーネントから汲み上げられた液体を分離し、磁石によって駆動される流体システムを制御する方法であって：
前記センサーが液体に濡れないように、前記磁石ハウジングの壁に対応して取り付けられるセンサーを用意し、；
前記センサーを用いて、前記液体のうち少なくとも１つのパラメータを測定して測定信号を生成し；
前記測定信号を前記電子的コンポーネントの制御信号として供給し、前記制御信号は、前記パラメータの測定値の少なくとも１つの特徴を有しており、かつ前記電気コンポーネントが作動的に応答する信号であり；
前記制御信号に基づいて、前記電気コンポーネントを誘発し、前記ポンプに対応する駆動の変化を生成する；流体システムを制御する方法。
【請求項２７】
被駆動磁石手段に磁石的に結合されるポンプ要素手段と；
外部環境と分離して前記ポンプ要素手段を保管し且つ汲み上げられた液体と接触し、前記被駆動磁石手段のハウジング手段を有するポンプハウジング手段と；
前記ハウジング手段の外部に配置され、前記被駆動磁石手段の動きを誘発し、前記ハウジング手段内の前記ポンプ要素手段の動きを誘発する駆動磁石手段と；
前記ハウジング手段に結合し、前記液体に接触せずに少なくとも１つの要素を測定するパラメータ感知手段と；
前記パラメータ感知手段に接続され、前記測定された要素に関連するデータを受信し、対応するポンプ制御信号を生成するポンプ制御手段と；
前記ポンプ制御信号に対応し、前記ポンプの動作を調整する手段と、を有する液体ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、磁石で駆動する様々な種類のポンプに関する。更に詳しくは、ポンプギアなど、回転式または回転往復要素が、磁石ハウジング（磁石カップ）に保持され、ポンプにより汲み上げられた液体に濡れた磁石が、被駆動磁石に接続されるポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流体システムには、液体の流れを促す、１つ以上のポンプが含まれている。この様なシステムには、システム内を流れる液体の圧力、温度、伝導度などの様々なパラメータを測定するセンサーまたはインジケータを有している。従来のインジケータには、それぞれのパラメータを測定する、ブルドン管圧力計、ボール流量計、アナログ温度計及び同等の機器が含まれる。「センサー」は通常、感知されたパラメータ（例：圧力又は温度）を対応する信号（例：電気的又は光学的信号）に変換する変換器などを有している。この様なセンサーには、一般的には変換器からデータを直接受け取り、必要に応じて、例えばパラメータや制御回路で使用する測定値を、他の電子機器に使用されるデータに処理する電気回路が含まれている。この測定値は、例えばパラメータの表示（例：ＬＥＤ画面）に使用される。電気回路を制御する他の例としては、フィードバック制御またはモータの他の制御を実施するように接続及び構成されるコントローラ、またはポンプに電源を供給するアクチュエータ等が含まれる。
【０００３】
ポンプを含む流体システムにおいて、ポンプは一般的に分離したコンポーネントである、即ち、ポンプ及び他のコンポーネントは、他のコンポーネントや流動管等を製造会社（ＯＥＭ）の独自のシステムに組み込めるように、個別に製造及び販売される。同様に、センサーやインジケータも分離したコンポーネントであり、様々な用途に応じてＯＥＭ販売できるように構成及び販売されている。この様な構成は、特に空間が制約とならない、殆どの流体システムにおいて機能する。しかし、従来の分離したコンポーネントを流体回路に接続する際には、一般的に何等かの固定シールが必要となる。常置する用途で使用する場合は、コンポーネントが溶接により配置されてもよい。通常は機能性が高い固定シールを使用するが、溶接されたコンポーネントを取り除くのは非常に難しい、または不可能である。殆どの使用用途において、固定シールは、システムからコンポーネントを適宜取り外せるように構成されている。このような目的における固定シールの例として、エラストマーのOリング、リングシール、ガスケット等が挙げられる。しかし、これらは古典的な種類の固定シールであり、液漏れの発生を高めている。浸水して使用されるシステム、有害物を含む液体、または危険な環境及び安定した作動を長期間に渡って保つ必要があるシステムにおいては、液漏れのリスクは重要な問題である。
【０００４】
流体回路の使用形態によっては、ポンプ、インジケータ、センサー、導管、及び同様のコンポーネントを可能な限りコンパクト化するように要望される。他の使用形態においては、高い水準の剛性化がコンポーネントに望まれている。時には、コンパクト化と剛性化の両方を同時に達成する必要が発生する。しかし、コンパクト化を高めることによって、同時に剛性化を達成するのが課題となってくる。これは一般的な流体システムにおいてのみではなく、この様なシステムに使用されるポンプや他のコンポーネントにおいても課題となる。
【０００５】
流体システムをコンパクト化し、かつ剛性化を達成する努力によって、ポンプやセンサーなどの分離されたコンポーネントを使用する難度が大幅に上昇する。我々のチャレンジには、ポンプハウジングの内部を外部環境から分離する、または外側から流体フローの流路に向かって伸びる固定シールなど、適切なシールの定着及び保持が含まれる。もう一つのチャレンジには、コンポーネントをシステム内にもっと密着して配置及び接続させることが挙げられる。例えば、小型化されたポンプのインレット及びアウトレットにおけるスタンドアロン型の圧力センサーを配置することにより、空間を過剰に占拠し、配置が歪むため、実質的なコンポーネントが無理やり配置される構成となる。この様な配置はコンポーネント及び／またはそれぞれのハウジングに著しいストレスを与え、シールを犠牲にし、及びコンポーネントの全体的な信頼性及び／または寿命に影響を及ぼす。実際、小型化及び必須シールの使用は、流体システムの従来の流量センサーにおける使用が排除されることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１０−５３８２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明において開示されるポンプシステムは、ポンプの小型化及び剛性化が必要とされる特定の使用形態において改善を模索した結果、開発されたものである。特に、ポンプの物質的な圧力障壁（ハウジング）の一部に少なくとも１つ以上のセンサーを統合することによって、統合されたポンプとセンサーとが小型化され、かつ流体接続部を追加しなくてもよいため、液漏れが発生する可能性を緩和することが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
回転式ポンプ部（例えば、ギアポンプの駆動ギア及び駆動されるギアの組み合わせ）を磁石的に動作させるにあたり、回転式ポンプ部は、駆動磁石によって駆動される際に縦軸方向に回転するように構成される被駆動磁石と連結される。被駆動磁石は磁石ハウジング（磁石カップ）に密閉して配置されるため、磁石は駆動状態において汲み上げられた液体に浸し、かつ外部環境から孤立した状態となる。これによって、液体が流動する箇所がポンプの駆動箇所に限定され、液漏れを防ぐシールを使用する必要が無くなる。回転環境を固定子環境から切り離す能力は、磁石によって駆動するポンプの主要な利点である。
【０００９】
磁石によって駆動するポンプにセンサーを追加するにあたり、（フィードバック制御形式のセンサーにおける）ポンプの動作の制御、または（液体監視形式のセンサーにおける）データの保存及び／または通信において、センサーと電子部分との間の電気的な接続をどのようにするかの課題が一般的に残る。ワイヤによって電気接続を行う幾つかの液体センサーにおいては、電気接続ワイヤが液体を閉じ込めた壁の穴（貫通穴）を必ず通るように設計されているため、シールによって液体との接触及び電子機器のダメージを防ぐ必要性が発生する。貫通穴やシールを追加することによって、モータハウジングに追加されるワイヤの形成箇所から液体漏れを発生し、湿気や混入物質が電子モータに侵入する可能性が増えるため、結果としてポンプが脆弱になる。１つ以上のセンサー変換器を磁石カップに統合することにより、センサーとしての役割を果たす個別コンポーネントの必要性を減らし、結果として固定シールが不要となる。本開示の実施形態の磁石カップにおいては、１つ以上のセンサーが汲み上げられた液体に間接的に接触し、かつ通常はセンサーと共に、流体管やチャンバーに取り付けられて且つ流体通路に伸びて必要となる固定シールを使用しない。
【００１０】
更に、ハウジングを占拠するスタンドアロンコンポーネントによる容積を減らすことが可能となり、著しくコンパクト化されたアセンブリが形成される。例えば、磁石カップの端壁の外側のプリント基板のセンサー電子と統合することにより（センサー変換器がプリント基板に取り付けられ、磁石カップの端壁を通じてそれぞれのパラメータを感知（sensing）すると共に）、アセンブリがコンパクト化され、さらに信頼性が向上する。このため、センサーの電子部分は、ワイヤを最低限または全く使用しない形で直接結合され、例えば磁石により駆動する固定子を有するハウジングの中に配置されるプリント基板に配置される電子部分をモータによって制御する。磁石カップの壁にセンサーを統合することにより、モータハウジング内のワイヤの数が少ないため、ポンプのアセンブリ全体は従来のポンプシステムよりも剛性となっている。このような構成は、危険な環境や液浸させた形態で使用する場合に適している。
【００１１】
本発明において開示されるポンプシステムはギアポンプであるが、開示されているセンサー装置におけるポンプシステムは、ギアポンプに限られない。むしろ、本開示にはハウジングに収納される少なくとも１つの移動式ポンプ要素を有する様々な種類のポンプが含まれており、ポンプは、ハウジングの外側から発生する磁力によって駆動される永久磁石に接合し、ハウジングの壁を介して磁石に向けられる。磁石は、磁石ハウジング、つまり磁石カップと呼ばれるハウジングの部分に設置される。移動式要素が回転式要素であるポンプにおいては、磁石と磁石カップとは、回転磁場に設置される場合、磁石の縦軸方向に回転するように構成されている。最終的に、被駆動磁石は実質的に円筒上の形状であり、磁石カップは実質的にはキャビティを有する円筒上（カンの様な）形状を有しており、その中に被駆動磁石が保持される。被駆動磁石はモータの接極子に結合される駆動磁石によって駆動され、または磁石カップの外部に位置する駆動固定子によって駆動される。駆動磁石または固定子によって生成される磁力線は、磁石カップの壁を通過し、被駆動磁石に誘導結合される。ポンプの駆動時において、磁力線は被駆動磁石の軸方向の回転を促し、よって回転式ポンプ要素の回転を引き起こす。ギア状のポンプにおいて、回転式ポンプは「駆動ギア」と言われており、駆動されるギアと組み合わせになって駆動する。駆動ギアが回転すると、対応の駆動されるギアが反対方向に回転する。組み合わされたギアの回転により、ポンプのエネルギーが生成される。ギアポンプは、例えば従来から「キャビティスタイル型」として知られているものであり、又は、例えば「サクションシュー型」を含み、又はこれらの組み合わせである。
【００１２】
被駆動磁石に結合される移動式ポンプ要素を含む別の種類のポンプとしては、ピストンポンプが挙げられる。ピストンポンプの幾つかの形態として、ピストンは磁気的に駆動されると回転及び直線の往復運動を行う。他のポンプの例としては、遠心力ポンプ、ローブポンプ、またはハウジングの内部に耐圧性を有する部分を有するポンプが挙げられる。
【００１３】
上述の通り、ポンプハウジングには、ポンプの物理的な障壁の役割を果たしており、例えばポンプの内部と外部環境と（またはその反対）を分離する役割を果たしている。物理的な障壁の内部から液体が流出することによって、リーク（液漏れ）が発生する。本開示に記載されているポンプ及び流体システムは、従来のポンプ及びシステムと比較すると、さらに激しい汲み上げ条件における液漏れの回数を減らし、改善された性能を長期間に渡って保つ。
【００１４】
磁石カップはポンプハウジングの一部を形成するため、本発明の様々な実施形態においては少なくとも１つのセンサーが磁石カップの壁に統合されている。このため、汲み上げられた液体に濡れる心配がない。この様な「統合されたセンサー」は、分離したコンポーネントではなく、カップの一部として実質的に機能するため、磁石カップに結合されている。壁を介して、または磁石カップの壁の一部、または他の液状の障壁よりパラメータを感知して反応する様々な種類の統合されたセンサーは、磁石カップの壁に結合される。センサーは、圧力センサー、温度センサー、または例えば伝導度センサー、耐圧性センサー、濁度センサー、フローレート（粘度）センサー、pHセンサー、油溶性センサー等のセンサー、または濁度、溶解イオン、光学吸着等の液体可変センサー、またはポンプモーターの回転要素を検知するセンサーのうちの少なくとも１つ以上のセンサーである。伝導度センサーは、例えば「乾燥運転」状態が発生したときに、ポンプを停止する為に使用される。回転センサーは、例えば、モータ制御器がセンサーを有していない時、回転方向又はポンプ要素が駆動しているか否かを感知するように使用される。回転センサーの例としては、ホール効果が挙げられる。油溶性センサーは、ガス抜きを制御するシステムとして使用される。センサーの種類としては、歪みゲージセンサー、容量センサー、抵抗センサー、圧電センサー、及びイオン電極などの電極などが含まれる。センサーは、センサーの種類及び通常の形態によって従来のコンダクタ（ワイヤ、ピンまたは同等）によって、またはワイヤレス接続で他の電子部品と接続される。他のホール効果センサーは、１つ以上の内部磁石要素の機械的運動を検知する。誘導センサーは、例えば音声コイル及び／または精密位置移動を測定する音響信号を含む。別の例の誘導センサーは、ＲＦ信号を受信及び／または送信する。
【発明の効果】
【００１５】
本開示の実施形態においては、磁石カップの端壁に取り付けられるセンサーについて説明しているが、センサーの位置は磁石カップの特定の壁である必要はなく、また磁石カップに配置されていなくてもよい。例えば、センサーは磁石カップに配置されるポンプのインレット部（例えばインレットからの圧力を感知する）またはアウトレット部（例えばアウトレットからの圧力を感知する）に配置されていてもよい。磁石カップの壁、またはポンプハウジングの他の領域にセンサーを取り付けて統合されたセンサーを組み込む方法としては、例えば直接溶接、別々の膜の接合（separate membrane welded）、オーバーモールド、接着剤による取り付け、シールによる固定、クランプ、機械的な結合、及び溶接や鋳造によって壁に直接統合する方法が挙げられる。殆どの種類のセンサーは、ポンプ内の液体に接触しない。例えば、歪みゲージを基にした圧力センサーは、薄い壁麺の磁石カップまたは磁石カップの薄くなっている領域を通して、圧力を感知することができる。この様なセンサー変換器は、磁石カップの「穴の空いていない」壁に連結されてもよい。容量センサーを取り付ける好ましい方法は、磁力を有していない壁（例：端壁）または射出成型された重合体による磁石カップに、抵抗溶接する方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、ポンプヘッドとハウジングとを有し、磁石によって駆動するポンプの内部構造である。センサー変換器は磁石カップの壁に統合されており、プリント基板に接続されている。
【図２】図２は、ポンプヘッドとハウジングとを有し、磁石によって駆動する、コンパクト化されたポンプの内部構造である。センサー変換器は、磁石カップの壁に面した、乾いたキャビティに配置されており、汲み上げられた液体によって濡れない構造となっている。統合されたセンサー変換器は、隣接するプリント基板にワイヤによって接続される、または隣接する電気コンポーネントにワイヤを使用せずに接続される。
【図３】図３は、ポンプヘッドとハウジングとを有し、磁石によって駆動する、コンパクト化されたポンプの内部構造である。センサー変換器は磁石カップの壁に統合されており、センサー変換器の側壁の乾いた部分がプリント基板に接続されている。
【図４】図４は、図３の実施形態で使用される磁石カップの第１斜視図であり、統合されたセンサー変換器は軸的に配置されたプリント基板と接続される。
【図５】図５は、図４に図示される磁石カップの第２斜視図である。
【図６】図６は、図４に図示される磁石カップの端部のコンポーネントを示す第１断面図である。
【図７】図７は、図４に図示される磁石カップの第３斜視図であり、被駆動磁石が図示されている。
【図８】図８は、図４に図示される磁石カップの第２断面図であり、被駆動磁石が図示されている。
【図９】図９は、図４に図示される磁石カップの同軸となるコンポーネントを表した拡大斜視図である。
【図１０】図１０は、図２に図示される磁石カップの変形例の第１斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０に図示される磁石カップの第２斜視図である。
【図１２】図１２は、図１０の実施形態で使用される磁石カップの端部の第１断面図であり、センサー変換器は磁石カップの端壁に位置する乾いたキャビティの中に配置され、プリント基板の近くにワイヤで接続される。
【図１３】図１３は、図１０に図示される磁石カップの第３斜視図であり、被駆動磁石が図示されている。
【図１４】図１４は、図１０に図示される磁石カップの第２断面図であり、被駆動磁石の断面図が図示されている。
【図１５】図１５は、図１３に図示される磁石カップの同軸となるコンポーネントを表した拡大斜視図である。
【図１６】図１６は、磁石カップの実施例における斜視図であり、センサーが側壁に統合されている。
【図１７】図１７は、固定シールを用いて磁石カップの端部にセンサーが統合される磁石カップの側面図である。
【図１８】図１８は、図１７に図示された磁石カップと密閉されたセンサーの拡大図である。
【図１９】図１９は、ポンプを監視及び制御するためのフィードバック制御システムの例として使用されるハードウェア及びソフトウェアコンポーネントのブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
前出した及び追加される部分、性能、及び本発明の利点は、後述する詳細及び添付する図面を参照することによってさらに明らかにされる。
【００１８】
図１には、駆動部１２とポンプヘッド部１４とを含む、第一実施例のポンプアセンブリ１０が示されている。ポンプヘッド１４は、インレットポート１６と、アウトレットポート１８と、駆動ギア２０と、シャフト２２と、被駆動磁石（駆動される磁石）２４と、磁石カップ２６とを含む。磁石カップ２６は駆動部１２の内部に配置されている。磁石カップ２６は、同軸様式で被駆動磁石２４を包囲する側壁２６ａと端壁２６ｂとを有する。側壁２６ａ及び端壁２６ｂは、被駆動磁石２４（通常はポンプヘッド１４と同様に汲み上げられた液体に浸されている）をアセンブリの電気部分から隔て、「乾いた」状態、すなわち組み上げられた液体に濡れていない状態を保つ役割を果たしている。ポンプヘッド１４及びマグネットカップ２６のうち、液体に濡れた内部の構造は「ポンプハウジング」を形成する。固定子３２は、ポンプハウジングの外部に位置しており磁石カップ２６を同軸様式で包囲している、すなわち磁石カップ２６の側壁２６ａを介して被駆動磁石２４と磁石的に結合している。固定子３２は囲い部３４に入れられる。囲い部３４はポンプハウジング３４の外に位置するため、「乾いた」状態である。図１の実施形態によると、ポンプヘッド１４は囲い部３４に端から端まで取り付けられるため、ポンプヘッド１４の大半の部分は駆動部１２から伸びている。
【００１９】
端壁２６ｂにはセンサー変換器２８が取り付けられており、センサー変換器２８はパラメータ感知度（（sensitive））が高い表面（例えば、センサーの感知度が高いパラメータについて測定可能な手法で応答する表面）を有している。本実施形態において、センサー変換器２８は、パラメータの感知度が高い表面が被駆動磁石２４に面するように、密閉（シール）して取り付けられている。「密閉（シール）して取り付けられている」状態は、センサー変換器２８が少なくとも１つ以上の接続ポイントにおいて取り付け面に接触する位置に配置されており、障壁によって液体が表面を通過するのを防ぐ形態である。この障壁は、例えば表面そのもの、Ｏリング、吸収材、接着剤などによって構成される。購入時のコンポーネントとしてのセンサー変換器２８は、液体と接触した状態（濡れた状態）で作動するタイプでもよい。しかし、本開示にて詳細にする様々な実施例においては、センサー変換器は乾いた状態、すなわち汲み上げられた液体に濡れていない状態で作動できる（または作動するために特別に構成されている）ことが好ましい。少なくとも、パラメータの感知度が高い表面は磁石カップの壁に組み込まれてもよい。本実施例におけるセンサー変換器２８は、磁石カップ２８の外部に位置しているプリント基板３０に電気的に接続されている。プリント基板３０は、例えばセンサー変換器２８から変換信号を検知して、信号を固定子３２の電子ドライバ等、他の電子機器（図示しない）に使用出来るように調整するための電気回路を有している。例えば、変換信号は固定子３２の駆動電子のフィードバック制御として使用される。
【００２０】
図２は、図１の実施例よりも少ないスペースを占める構成のポンプアセンブリ５０の実施例を示す。ポンプアセンブリ５０は、駆動部５２とポンプヘッド５４とを有する。ポンプヘッド５４は、インレットポート５６と、アウトレットポート５８と、駆動ギア６０と、駆動されるギア６１と、駆動ギアを軸方向に取り付けるシャフト６２と、被駆動磁石６４と、磁石カップ６６とを含む。磁石カップ６６は、同軸様式で被駆動磁石６４を包囲する側壁６６ａと端壁６６ｂとを有する。端壁６６ｂにはセンサー変換器６８が取り付けられる。センサー変換器６８は、パラメータの感知度が高い表面が磁石カップの内部に面しており、端壁６６ｂからパラメータを感知するように取り付けられている。センサー変換器６８の他の部分は磁石カップ６６から伸びている。センサー変換器６８は、プリント基板７０に電気的に接続されている。固定子７２は、ポンプハウジングの外部に位置する磁石カップ６６を同軸様式で包囲し、磁石カップ６６の側壁６６ａを介して被駆動磁石６４に磁石的に結合している。固定子７２は、プリント基板７０を有する囲い部７４の内部に保持される。センサー変換器６８は、ワイヤ（図示しない）によってプリント基板（ＰＣＢ）７０に接続されてもよい。代替案として、センサー変換器６８はワイヤを使用しない方法によってＰＣＢ７０と接続されてもよく、例えばラジオ周波数（ＲＦ）または赤外線（ＩＲ）信号によってＰＣＢ７０にデータを送信する形態でもよい。プリント基板７０は、センサー変換器６８から変換器信号を受信及び調整する電子部分を備えているだけでなく、好ましくは固定子７２の駆動電子を備えていることが好ましい。本実施例において、ポンプハウジングの一部は囲い部７４の厚い壁の内部に位置しているため、ポンプアセンブリ５０が占める相対体積を減らしている。
【００２１】
図３は、少ない体積を占拠する構成のポンプアセンブリ１００の別の実施例を示す。ポンプアセンブリ１００は、駆動部１０２とポンプヘッド１０４とを有する。ポンプヘッド１０４は、インレットポート１０６と、アウトレットポート１０８と、駆動されるギア１１０と、駆動ギア１１１と、駆動ギア１１１に軸方向に取り付けられるシャフト１１２と、被駆動磁石１１４と、磁石カップ１１６とを含む。磁石カップ１１６は、同軸様式で被駆動磁石１１４を包囲する側壁１１６ａと端壁１１６ｂとを有する。センサー変換器１１８には端壁１１６ｂが取り付けられる。センサー変換器１１８は、パラメータの感知度が高い表面が被駆動磁石１１４に面しており、かつ磁石カップに保持される液体に濡れないように取り付けられる。センサー変換器１１８の他の部分は磁石カップから第一プリント基板１２０に伸びている。固定子１２２は、ポンプハウジングの外部に位置する磁石カップ１１６を同軸様式で包囲し、磁石カップの側壁１１６ａを介して被駆動磁石１１４に磁石的に結合する。固定子１２２は、センサー変換器１１８が取り付けられるプリント基板１２０を有する、囲い部１２４の内部に配置される。第１プリント基板１２０は、伝導ピン１２１によって、第２プリント基板１２１に接続される。第１プリント基板１２０は、センサー変換器１１８から変換器信号を受信及び調整する電子部分を有しており、第２プリント基板１２６は固定子１２２の駆動電子を有している。本実施例においては、ポンプヘッド１０４の少なくとも一部が囲い部１２４の壁に伸びていることにより、ポンプアセンブリ１００が占める全体的な体積を減らしている。
【００２２】
磁石カップ１１６は、磁石を有していない、様々な剛性素材によって形成される。例えば、磁石カップ１１６は磁石を有していない金属または合金によって形成されてもよく、その場合に磁石カップは、機械加工、深絞り、一体成型などにより形成される。他の実施例として、磁石カップは高分子または共重合体の素材によって、機械加工または鋳型によって形成される。高分子または共重合体の素材は、繊維、粒子、または他の磁石を有していない、形成に適した素材によって強化されている。共重合体から形成された磁石カップは、電磁放射線の波長を選択できるよう透明または半透明であってよく、従って乾いたセンサーが磁石カップの壁を介して、汲み上げられる液体の光学的性質や形態によって検知することが可能となる。
【００２３】
金属により形成される磁石カップ１５０の実施例は図４に示されており、図示されたカップは円筒体１５２である。円筒体１５２は、カップをポンプヘッドに取り付けるための取り付けフランジ１５４を有している（図４参照）。円筒体１５２は更に端部プレート１５６を有しており、センサー変換器１５８のうちパラメータの感知度が高い表面が磁石カップの内側に面するように接合される。図面では目視可能であるセンサー変換器１５８の反対側（外側に面している）の表面は、ピン１６０によってプリント基板１６２の溝に接続されている。プリント基板１６２はオスコネクタ１６４を有しており、それによってプリント基板が別の電子部分のプリント基板（図示しない）に電気的に接続される。図５において別の角度で図示されている図４の磁石カップ１５０は、図１及び図３に図示された磁石カップ２６及び磁石カップ１１６の形態と類似している。図６において、図５の断面図を更に詳しく説明する。図６においては、円筒体１５２、磁石カップ１５０の端部プレート１５６、センサー変換器１５８、プリント基板１６２及び接続ピン１６４を図示している。さらに、カバー１６６がセンサー変換器１５８とプリント基板１６２とを覆うように形成され、ピン１６４はカバー１６６から突出して伸びるように形成される。図４に示されているカップ１５０は図６のカップ１５６に類似するが、図４はカバー１６６を有していない。同様に、図１のカップ２６はカバーを有しているが、図３のカップ１１６はカバーを有していない。
【００２４】
図６の実施例に示される通り、センサー変換器１５８は端部プレート１５６に密閉して統合されており、よってセンサー変換器１５８はプリント基板１６２に接触し且つ包囲されている。これによって、センサー変換器１５８から発信される電子信号が、接続ワイヤ及び関連するスルーホールを別途形成することなく、ピン１６０（図４参照）を通じてハードウェアコンポーネントのプリント基板１６２に伝送される。センサー変換器１５８は薄いプレート１５６の乾いた表面に統合されるため、乾いた環境と濡れた環境とを隔てる隔壁の役割を果たし、かつセンサー変換器１５８が少なくとも１つ以上の液体パラメータを検知できる状態としている。センサー変換器１５８を濡れた表面に隣接した部分に配置することによって、汲み上げられた液体との接触を防ぐため、センサー変換器１５８は「乾いた」センサーとしての役割を果たす。センサー変換器１５８をプレート１５６に統合し、センサー変換器をプリント基板１６２に接続することによって、センサーデータの送信が電気的に安定した信頼性の高い、機械的に剛性なユニットが形成される。
【００２５】
図７は磁石カップ１５０のもう一つの斜視図であり、図にはカバー１６６が含まれる。磁石カップ１５０と被駆動磁石１２２との断面図は図８に示されている。図９は磁石カップ１５０の拡大図であり、磁石カップ１５０の内部が耐圧性を有する構成となっている。詳しい構成は、本出願の出願人によって２００８年８月２９日に出願された、米国特許公開第２００９−００６０７２８号（対応日本出願：特表２０１０−５２３１７２）のうち、特に図１Ｅ，２、３、４Ａ，４Ｂ，５、及び明細書段落４２−４８、及び５３−６０に示されている。これらの特徴には、プラグ１６８（発砲フロロシリコーン）及びリテーナ１７０が含まれる。
さらに、被駆動磁石１７２とリテーナシュー１７４が図示されている。
【００２６】
図１０には、剛性ポリマー素材によって溶接された磁石カップ２００の実施例が記載されており、図示されたカップには円筒体２０２が含まれている。円筒体２０２は、カップをポンプヘッド（図示しない）に取り付けるための取り付けフランジ２０４を有している。円筒体２０２は更に、補強用リブ２０６と、センサー振動部２１０が接合される端壁２０８とを有しており、パラメータ感度が高い表面が磁石カップの内部に面するように配置されている。端壁２０８は更に補強用リブ２１２を有している。センサー変換器２１０はピン２１４を有しており、センサー変換器はプリント基板（図示しない）に電気的に接続されている。図１０の磁石カップは、図２の磁石カップ６６に類似している。
【００２７】
磁石カップ２００の詳細については図１１、図１２に説明されており、円筒体２０２の一部が端壁２０８に示されている。端壁２０８にはキャビティ２１６が形成され、センサー変換器２１０が（例えば接着剤を使用して）密閉して取り付けられるため、センサー変換器２１０は乾いたセンサーとして作動する。図１３は磁石カップ２００の別の斜視図であり、図１４は図１３の磁石カップ２００の断面図である。更なる詳細は図１５に記載されており、磁石カップ２００の内部が耐圧性を有する構造も記載されている。これらの特徴には、プラグ２１８（発砲フロロシリコーン）及びリテーナ２２０が含まれる。さらに、被駆動磁石２２２とリテーナシュー２２４とが図示されている。
【００２８】
図１６は磁石カップ２３０の変形例であり、側壁２３２と、端壁２３４と、取り付けフランジ２３６と、少なくとも１つ以上の乾いたセンサー２４０によるアセンブリ２３８とを有している。この実施例において、センサーアセンブリ２３８は、端壁２３４ではなく側壁２３２に統合されている。それぞれのセンサー２４０は磁石カップ２３０の外周のリングに取り付けられ、これらは磁石カップ２３０の表面から突き出るように形成される。代替案として、センサー２４０は、円筒体２３２の内部または表面に取り付けられる、ミニまたはマイクロメカニカルセンサーとして構成される。センサーアセンブリ２３８は、図示された様な細い輪の形状または側壁２３２と同軸である外部円筒として構成される。
【００２９】
図１７、図１８は磁石カップ２５０の変形例であり、側壁２５２、側壁２５２よりも厚い端壁２５４、取り付けフランジ２５６、及び乾いたセンサー２５８を有している。この実施例において、センサー２５８は端壁２５４に向かって挿入され、カバー２６０及びシール２６２によって固定される。シール２６２は、接着剤、ガスケット、Ｏリングなどである。
【００３０】
図１９は、上述された１つまたはそれ以上のセンサーコンポーネントを含む、自動調整ポンプアセンブリのフィードバック制御システム３００の例を示している。例えば、フィードバック制御システム３００は、ポンプアセンブリに関連する所定の温度や圧力を維持する為に使用される。上述の通り、制御システムの全てのコンポーネントは、ハウジング、ワイヤまたはシールを追加することなく、ポンプアセンブリに配置される。本図においては、ソフトウェア部３０２とハードウェア部３０４とが図示されている。例示されたソフトウェア部３０２は、一般的なフィードバック制御システムで使用される、積分制御部３０６と比例制御部３０８とを有している。例示されたハードウェア部３０４は、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）３１０と、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）３１２と、モータ固定子（ＢＬＤＣモータ）３１６を駆動するモータ制御部（ＢＬＤＣ）３１４と、ポンプ３１８と、少なくとも１つのセンサーコンポーネント３２０とを有している。
【００３１】
センサーコンポーネント３２０から受け取った測定値に基づいてフィードバック制御をポンプ３１８に行うにあたり、センサーコンポーネント３２０から受け取った、測定されたフィードバック信号３２２は、ＡＤＣ３１２によって第１デジタルフィードバック信号３２４に変換され、ソフトウェア部３０２によって処理される。外部ソースによる追加されたデータは、第２デジタルフィードバック信号３２６によって、第１デジタルフィードバック信号３２４に組み合わされる。第１マルチプレクサー３２８は、デジタルフィードバック信号３２４、３２６を組み合わせ、制御部３０６、３０８よって処理を実行する。比例制御信号３３０と統合制御信号３３２とは、第２マルチプレクサー３３４によって結合され、積分制御信号３３６を形成する。一体となった制御信号３３６はＤＡＣ３１０に送信され、アナログ制御信号３３８に変換される。アナログ制御信号３３８はＢＬＤＣ制御部３１４によって処理され、適切な時間において順次モータ３１６に送信され、ポンプ３１８の性能を制御する。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
開示された発明の方法を適用することができる多くの実施例を考慮すると、描かれた実施例は発明の好ましい例であるだけであり、本発明の観点を制限するものではない。むしろ、本発明の観点は、添付の特許請求の範囲により定義される。従って、これらの特許請求の範囲において我々の発明を主張する。
【図１】
2013530669.tif 000003
【図２】
2013530669.tif 000004
【図３】
2013530669.tif 000005
【図４】
2013530669.tif 000006
【図５】
2013530669.tif 000007
【図６】
2013530669.tif 000008
【図７】
2013530669.tif 000009
【図８】
2013530669.tif 000010
【図９】
2013530669.tif 000011
【図１０】
2013530669.tif 000012
【図１１】
2013530669.tif 000013
【図１２】
2013530669.tif 000014
【図１３】
2013530669.tif 000015
【図１４】
2013530669.tif 000016
【図１５】
2013530669.tif 000017
【図１６】
2013530669.tif 000018
【図１７】
2013530669.tif 000019
【図１８】
2013530669.tif 000020
【図１９】
2013530669.tif 000021
【国際調査報告】
2013530669.tif 000022