專利名稱：量子流體傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體流動系統(tǒng)、閥以及閥系統(tǒng)，尤其是包括量子閥 (quantum valve )的量子流體(quantum fluid )控制系統(tǒng)，其中,所述量
子閥可以與換向閥結(jié)合，用于控制和操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，優(yōu)選 是在微小型環(huán)境例如MEMS環(huán)境中。
背景技術(shù)：
模擬閥和數(shù)字閥是眾所周知的。通常，模擬閥通過打開和關(guān)閉閥門來 調(diào)節(jié)流動，直至實(shí)現(xiàn)預(yù)期的流速。有些模擬閥能通過旋轉(zhuǎn)閥桿來手動調(diào)節(jié)。 另外一些模擬閥能通過電動、氣動或液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)來自動調(diào)節(jié)，所述執(zhí)行 機(jī)構(gòu)能使用檢測閥門位置的傳感器來打開或關(guān)閉閥門。
不幸的是，模擬閥的不足在于在很多閥應(yīng)用中可能存在問題。例如，
機(jī)械間隙、閥連桿機(jī)構(gòu)的摩擦、以及作用在閥門和閥桿上的流體力能在閥 定位時(shí)產(chǎn)生不確定，并且在閥變換時(shí)導(dǎo)致不可預(yù)見的流體流動。此外，對 于快速響應(yīng)的應(yīng)用例如液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，模擬閥在實(shí)現(xiàn)流體流動狀況變換時(shí) 太慢。
數(shù)字閥用于克服模擬閥的不足。例如，某些數(shù)字閥使用一系列閥來調(diào) 節(jié)流體流動，該一系列岡具有由電信號獨(dú)立操作的電子門。每個(gè)閥都能很快地打開或關(guān)閉，從而通過打開的閥的數(shù)量來增加或降低流體流量。因此， 通過打開適當(dāng)?shù)拈y或閥組合能實(shí)現(xiàn)流速?？刂葡到y(tǒng)例如計(jì)算機(jī)等能被用來 控制流速。
不幸的是，很多數(shù)字閥的不足在于在很多閥應(yīng)用中可能存在問題。例 如，復(fù)雜的流體系統(tǒng)可能具有影響流體流控制精度的流體流動力、機(jī)械相 互作用、以及電動力。此外，這些力能使其難于按比例控制典型數(shù)字閥的 流體流動。例如，小型液壓系統(tǒng)中的高壓液壓流體能與閥連桿機(jī)構(gòu)和閥門 互相干擾，從而不能關(guān)閉閥門來影響比例流體流動。
發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題和不足，本發(fā)明通過形成量子離散
或數(shù)字化的流體包(packet of fluid)來形成可比例控制的流體流動，從而 克服這些方面。
根據(jù)實(shí)施并在這里寬泛描述的本發(fā)明，本發(fā)明提出了一種小型量子流
體傳輸系統(tǒng)，構(gòu)造成通過允許很小的離散增量的流體流經(jīng)閥來調(diào)節(jié)流體的
流速，所述閥包括閥體，該閥體具有至少一個(gè)接受流體的入口以及至少一
個(gè)排出流體的出口 。所述量子流體傳輸系統(tǒng)包括可移動地設(shè)置在閥體的第
一閥室中的閥桿。所述閥桿具有若干沿著閥桿縱向間隔設(shè)置的流體通道，
所述閥桿可移動，以便將每個(gè)流體通道與第一閥室的入口或出口對準(zhǔn)，以
使流體能流經(jīng)相應(yīng)于選定流體通道的選定入口或出口 。所述量子流體傳輸
系統(tǒng)還能具有可移動地設(shè)置在閥體的第二閥室中的塞子。所述塞子可以在
第二閥室的第一端與第二端之間移動，并且，當(dāng)一定體積的流體在所述第
一端或第二端處從第一閥室進(jìn)入第二閥室時(shí)，塞子能朝著所述第一端或第
二端中的另一端移動。所述塞子將相應(yīng)體積的流體在流體進(jìn)入端的對立端 處排出第二閥室。
本發(fā)明還涉及一種通過閥調(diào)節(jié)流體流動的方法，包括獲取量子閥，該 量子閥具有設(shè)置在閥體中的第一閥室，該第一閥室具有至少一個(gè)入口和至 少一個(gè)出口。該量子閥還可以具有閥桿，該閥桿可移動地設(shè)置在所迷第一閥室中。該閥桿具有若干沿著閥桿縱向間隔設(shè)置的流體通道。所述閥桿可 移動，以便將至少一個(gè)所述若干流體通道與其中一個(gè)入口對準(zhǔn)，以及將至 少一個(gè)所述若干流體通道與其中一個(gè)出口對準(zhǔn)，以使流體能流經(jīng)與選定的 流體通道相應(yīng)的選定入口和出口。所述量子閥還可以具有設(shè)置在閥體中的 第二閥室，該第二閥室在第二閥室的第一端和第二端與第一閥室流體連通。
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與第二端之間。所述調(diào)節(jié)流動的方法能包括使第 一 閥室與流體源流體連通。 所述閥桿能定位成使來自流體源的流體進(jìn)入第一閥室和第二閥室的第一 端，并且使塞子在第二閥室內(nèi)移動，從而從第二閥室的第二端分配一定體 積的流體。
本發(fā)明還涉及一種量子流體傳輸和負(fù)載致動系統(tǒng)，包括量子閥，該 量子閥構(gòu)造成按比例操作并且包括閥體，該閥體具有至少一個(gè)接受流體 的壓力入口以及至少一個(gè)排出流體的回流出口；第一閥室，該第一閥室設(shè) 置在閥體中并且具有至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口；閥桿，該閥桿可移動 地設(shè)置在所述第一閥室中并且具有若干流體通道，所述流體通道適于促進(jìn) 流體通過所述入口和出口流經(jīng)第一閥室；第二閥室，該第二閥室設(shè)置在閥 體中并且經(jīng)由第一閥室的入口和出口與第一閥室流體連通；以及可移動地 設(shè)置在第二閥室中的塞子，在移動時(shí)輸出一定體積的流體；換向閥，該換 向閥可與量子閥一起操作來接收從量子閥輸出的所述一定體積的流體，該 換向閥以二進(jìn)制或數(shù)字方式運(yùn)行而非以模擬方式運(yùn)行，能在接收到所述一 定體積的流體后在各種運(yùn)行位置之間數(shù)字化地切換；以及可由換向閥操作 的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從量子閥輸出的所述一定體積的流體確定了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的比例 移動。
通過結(jié)合附圖進(jìn)行的如下描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明將會變得更加 清楚。應(yīng)該理解，這些附圖僅僅描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，因此，它 們不應(yīng)當(dāng)4皮看作對本發(fā)明范圍的限制。顯然，容易意識到，在這里的附圖中 一般描述并解釋的本發(fā)明的組件可以排列和設(shè)計(jì)成各種構(gòu)造。盡管如此，
本發(fā)明將通過附圖進(jìn)一步具體/詳細(xì)地描述和解釋。在附圖中
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的小型量子流體傳輸系統(tǒng)的截面示意
圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的小型量子流體傳輸系統(tǒng)的截面 示意圖3顯示了才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的換向閥的截面示意圖，該換向閥構(gòu) 造成與量子閥 一起操作來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)；
圖4顯示了量子閥的體積流體輸出相對于時(shí)間的圖形描述，以及在量 子閥的致動頻率下流體輸出變化的影響；
圖5顯示了本發(fā)明的量子流體傳輸系統(tǒng)的另一實(shí)施例的透視圖，其中， 所述量子閥和換向閥封裝在一起；
圖6顯示了本發(fā)明的量子流體傳輸系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意圖，其中， 所述量子閥和換向閥封裝在一起；
圖7顯示了才艮據(jù)本發(fā)明的另 一實(shí)施例的小型量子流體傳輸系統(tǒng)的截面 示意圖；以及
圖8顯示了才艮據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的小型量子流體傳輸系統(tǒng)的截面 示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對本發(fā)明示例性實(shí)施例的詳細(xì)說明參照了附圖，附圖構(gòu)成說明書 的一部分，其中通過舉例顯示了可實(shí)施本發(fā)明的示例性實(shí)施例。盡管這些 示例性實(shí)施例描述得足夠詳細(xì)，足以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明， 但是應(yīng)該意識到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以實(shí)現(xiàn)其他 實(shí)施例以及對本發(fā)明進(jìn)行各種改變。因此，下面圖1至圖6所示的本發(fā)明 實(shí)施例的更詳細(xì)說明不是用于限制權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍，而且 僅僅出于描述的目的，不會限制描述本發(fā)明的特征和特性，而是闡述本發(fā) 明的最佳實(shí)施方式，并且足以使本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)施本發(fā)明。相應(yīng)地，本
ii要求限定。
參照附圖，可以更好地理解下面的詳細(xì)說明和本發(fā)明的示例性實(shí)施例， 其中，本發(fā)明的元件和特征由附圖標(biāo)記指代。
總體而言，本發(fā)明描述了一種方法和系統(tǒng)，用于使液壓系統(tǒng)特別是微
小型液壓系統(tǒng)在數(shù)字方式下運(yùn)行，以便為模擬方式下運(yùn)行的執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供 動力或控制。更具體地，本發(fā)明描述了一種方法和系統(tǒng)，用于從量子閥中 產(chǎn)生一種或多種液壓流體輸出，并且將該流體輸出提供給換向閥，其中， 換向閥以數(shù)字方式輸出流體，來致動與其流體聯(lián)接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，或者來操 作本領(lǐng)域公知的類似或其他結(jié)構(gòu)。實(shí)質(zhì)上，量子閥構(gòu)造成按比例操作，或 者構(gòu)造成起比例閥的作用。此外，盡管單個(gè)量子閥可以用來產(chǎn)生給定體積 的流體輸出，但是應(yīng)該意識到，多個(gè)量子閥可以相互結(jié)合在一起，例如相 互串聯(lián)或并聯(lián)在一起來操作，從而根據(jù)所采用的量子岡的尺寸和數(shù)量、以 及一個(gè)或多個(gè)量子閥的操作排列來提供不同的、累積的、以及/或者選擇性 的輸出。
參照圖1,顯示了才艮據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的量子流體傳輸系
統(tǒng)的示意圖。具體而言，圖l顯示了量子流體傳輸系統(tǒng)10,包括量子閥12 和換向閥230,換向閥230通過接收器(sink) 4流體地和可操作地聯(lián)接到 量子閥12。所述量子流體傳輸系統(tǒng)10還包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)290，其顯示為流體 地和可操作地聯(lián)接到換向閥230,由換向閥230輸出的流體控制。簡而言 之，量子閥12構(gòu)造成向接收器4輸出一定體積的流體，隨后因此到達(dá)換向 閥230，如同從流體源2接收一樣。這種體積的流體輸出使換向閥230能 以數(shù)字方式運(yùn)行，從而允許離散的或者量子化的流體流經(jīng)閥，因此，在一 個(gè)示例性實(shí)施例中，實(shí)質(zhì)上使量子流體傳輸系統(tǒng)10能起到數(shù)字液壓系統(tǒng)的 作用。
量子閥12包括作為其主要組件的細(xì)長本體14，該本體具有第一端18、 第二端22、外表面26、以及外直徑do;至少一個(gè)流體排出孔，在所示實(shí) 施例中排出孔包括第 一流體排出孔30和第二流體排出孑L 62,各自包含或 形成在細(xì)長本體14內(nèi)；閥孔94，也包含或形成在細(xì)長本體14內(nèi)；以及一
12系列在量子流體傳輸系統(tǒng)10的組件特別是第一和第二流體排出孔30和 62、閥孔94、流體源2、以及流體接收器4之間延伸的流體連接件。
這里應(yīng)該注意，所述量子流體傳輸系統(tǒng)IO在尺寸上優(yōu)選是微小型的， 這意味著其尺寸及其組件部分的尺寸可以用毫米或微米精確適當(dāng)?shù)販y量。 在一些示例性實(shí)施例中，量子閥12可以構(gòu)造作為微流體傳輸系統(tǒng)，使用在 2008年2月22日提交、名稱為"Micro-fluid Transfer System (微流體傳 輸系統(tǒng))，，、序列號為12/072,133的美國專利申請(代理機(jī)構(gòu)案號00729 -24144.NP)描述和要求保護(hù)的技術(shù)并在之后形成，該專利申請以全文引用 的方式結(jié)合于此。例如，細(xì)長本體14的長度可以在5和20亳米之間，或 者在5000和20000微米之間，而假定為圓柱體的細(xì)長本體14的半徑可以 在1和3毫米，或者在1000和3000微米之間。但是，顯而易見的是，量 子閥和量子流體傳輸系統(tǒng)10的組件可以使用其他方法形成或制造，可以具 有其他尺寸和幾何構(gòu)造。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，細(xì)長本體14是優(yōu)選為圓柱形的玻璃或陶瓷結(jié) 構(gòu)，具有均勻的圓形截面。當(dāng)然，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到的，細(xì)長 本體14可以由其他適當(dāng)?shù)牟牧现瞥?，并且可以是其他形狀。例如，?xì)長本 體14可以是方形或矩形截面。此外，細(xì)長本體14，以及由此量子閥12可 以包括單個(gè)或兩個(gè)以上的流體排出孔，以及多個(gè)閥孔。
在細(xì)長本體14內(nèi)縱向形成的是第一流體排出孔30，其包括第一端34、 第二端38、長度以及內(nèi)徑。因此，第一流體排出孔30的具體容積由流體 排出孔30的橫截面積乘以其長度來限定。換句話說，流體排出孔30具有 取決于孔的尺寸和形狀的容積Vb。rd?？梢钥闯?，流體排出孔30的尺寸以 及其在細(xì)長本體14內(nèi)的位置在不同量子閥之間可以不同。
至于流體排出孔30在細(xì)長本體14內(nèi)的定位， 一方面，流體排出孔30 可以定位成^f吏其完全不與細(xì)長本體14的外表面26或者端部18、 22流體連 接。換句話說，第一流體排出孔30可以成形為使其包含在組成細(xì)長本體 14的實(shí)體結(jié)構(gòu)內(nèi)并且^L完全包圍。另一方面，所述流體排出孔30可以成 形為從細(xì)長本體14的第一端18延伸到第二端22，由此造成流體排出孔30與外表面26流體連接。另夕卜，第一流體排出孔30包括與細(xì)長本體14的縱 向中心軸線平行或者基本平行的縱向中心軸線。
滑動^:置或布置在第一流體排出孔30內(nèi)的是塞子或柱塞42。塞子42 構(gòu)造成響應(yīng)來自源2的流體輸入，在第一流體排出孔30內(nèi)雙向移動。優(yōu)選 地，塞子42構(gòu)造成移動或行進(jìn)第一流體排出孔30的長度，該流體排出孔 30的端部起到塞子42的止動件的作用。另一方面，第一流體排出孔30可 包括一個(gè)或多個(gè)止動件，形式為從流體排出孔30的內(nèi)壁向外延伸并且被精 心布置的突出物，所述突出物用于界定和限制塞子42沿任一方向或兩個(gè)方 向的移動距離。塞子42可以是實(shí)體結(jié)構(gòu)部件，其大小和構(gòu)造能在流體排出 孔30內(nèi)裝配和滑動。因此，塞子42具有可以由塞子的橫截面積(使用其
外直徑或表面)乘以其長度而計(jì)算得出的體積Vp,ug。
圖1進(jìn)一步顯示量子閥12還包括縱向成形在細(xì)長本體14內(nèi)的第二流 體排出孔62,其位置與第一流體排出孔30同軸。與第一流體排出孔30類 似，第二流體排出孔62包括第一端66、第二端70、長度以及內(nèi)徑。因此， 第二流體排出孔62的具體容積由第二流體排出孔62的橫截面積乘以其長 度來界定。換句話說，第二流體排出孔62具有取決于孔的尺寸和形狀的容 積Vb。re，2。顯然，第二流體排出孔62的尺寸以及其在細(xì)長本體14內(nèi)的位 置在不同量子閥之間可以不同。
至于第二流體排出孔62在細(xì)長本體14內(nèi)的定位， 一方面，第二流體 排出孔62可以定位成使其完全不與細(xì)長本體14的外表面26或端部18、 22流體連接。換句話說，與第一流體排出孔30相似，第二流體排出孔62 可以成形為使其包含在組成細(xì)長本體14的實(shí)體結(jié)構(gòu)內(nèi)并且被完全包圍。另 一方面，第二流體排出孔62可以成形為從細(xì)長本體14的第一端18延伸到 第二端22，由此造成第二流體排出孔62與外表面26流體連接。另外，第 二流體排出孔62包括與細(xì)長本體14的縱向中心軸線平行或者基本平行的 縱向中心軸線。
第一和第二流體排出孔30、 62各自優(yōu)選具有圓形橫截面，因此是圓柱 形，并且可以根據(jù)幾種已知制造方法中的其中一種成形在細(xì)長本體14中。滑動設(shè)置或布置在第二流體排出孔62內(nèi)的是塞子或柱塞74。塞子74 構(gòu)造成響應(yīng)來自源2的流體輸入，在第二流體排出孔62內(nèi)雙向移動。優(yōu)選 地，塞子74構(gòu)造成移動或行進(jìn)第二流體排出孔62的長度，該流體排出孔 62的端部起塞子74的止動件的作用。另一方面，第二流體排出孔62可包 括一個(gè)或多個(gè)止動件，形式為從流體排出孔62的內(nèi)壁向外延伸并且精心布 置的突出物，所述突出物用于界定和限制塞子74沿任一方向或兩個(gè)方向的 移動距離。塞子74可以是實(shí)體結(jié)構(gòu)部件，其大小和構(gòu)造能在流體排出孔 62內(nèi)裝配和滑動。因此，塞子74具有可以由塞子的橫截面積(使用其外 直徑或表面)乘以其長度而計(jì)算得出的體積Vplug。
盡管其存在并非必要，第二流體排出孔62起到平衡量子閥12的運(yùn)行、 以及提供交替性的或累積性的流體輸出的作用。而且，第一和第二流體排 出孔30和62可以在尺寸上類似，由此使量子閥12能這樣操作，即，塞子 42和74在第一和第二流體排出孔30和62內(nèi)同步移動，從而同時(shí)向接收 器4輸出類似體積的流體。或者，第一和第二流體排出孔30和62尺寸上 可以不同，并且,皮選擇性地致動來輸出不同體積的流體。
量子閥12還包括成形在所示細(xì)長本體14內(nèi)的至少一個(gè)閥孔，顯示為 閥孔94。閥孔94構(gòu)造成在其中接收桿或閥桿98。閥桿98構(gòu)造成在閥孔 94內(nèi)前后移動，從而打開和關(guān)閉閥孔94的不同入口和出口。因此，閥孔 94和閥桿98在一起用作滑閥，其包含在量子閥12的細(xì)長本體14內(nèi)。所 述滑閥與流體排出孔30、 62組成量子閥12，并且根據(jù)致動頻率來控制輸 出到換向閥的流體量，在下面將會更詳細(xì)地討論。
閥孔94在細(xì)長本體14內(nèi)從第一端18縱向延伸到第二端22,由此與 細(xì)長本體14的兩端和外表面26流體連接。閥孔94可以采取所需要的任意 適當(dāng)尺寸和幾何形狀。在圖1所示的實(shí)施例中，閥孔94是圓柱形幾何形狀， 具有200和500孩i米之間的直徑。當(dāng)然，其他尺寸也是可以考慮的。
盡管可以使用其他材料，閥桿98也優(yōu)選由玻璃或陶瓷材料制成。此夕卜， 閥桿98構(gòu)造成具有類似于閥孔94的幾何尺寸和形狀。閥桿98用于當(dāng)被致 動裝置例如設(shè)置在閥桿98的第二端106周圍的電磁閥178致動時(shí)在閥孔94內(nèi)雙向移動。閥桿98的對立端、第一端102使用偏壓裝置例如彈簧182偏壓。因此， 一旦電磁閥178選擇性地致動——這會造成閥桿98選擇性地朝向偏壓裝置移動，閥桿98的第一端102由偏壓裝置在那上面作用有對立力，該對立力傾向于使閥桿98沿與電磁閥178致動造成的方向相反的方向移動。但是，造成閥桿98移動的電磁閥的輸入應(yīng)該足以克服偏壓裝置(或彈簧)182——直到除去該輸入為止，由此使閥桿98能選擇性地定位在閥孔94中成形的不同入口和出口周圍。 一旦去除輸入，那么偏壓裝置造成閥桿98回復(fù)到其最初的開始位置。
閥桿98上成形有一個(gè)或多個(gè)流體通道，顯示為流體通道110-a、 110-b、110-c和110-d。這些凹部"i殳置在閥桿94的特定位置，用于才艮據(jù)閥桿98的移動位置選擇性和戰(zhàn)略性地打開和關(guān)閉閥桿94的入口和出口 ，該概念在下面進(jìn)一步討論。流體通道110使用 一種或多種制造方法成形在閥桿98上，例如化學(xué)或其他蝕刻、機(jī)械加工或本領(lǐng)域公知的任意其他方法。確定每個(gè)流體通道110的尺寸和構(gòu)造，使得一旦致動和適當(dāng)定位閥桿98,當(dāng)閥孔94位于入口或出口上方時(shí)便于流體流經(jīng)閥孔94。
如圖l的示意圖所示，在第一和第二流體排出孔30和62、閥孔94、源2、接收器4、換向閥230、以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)2卯之間具有幾個(gè)流體連接。從源2開始，源2是能輸入或輸送壓力下的流體、優(yōu)選地液壓或其他不可壓縮流體到量子閥12的壓力流體源?？梢钥闯觯?xì)長本體14的第一端18內(nèi)部形成有顯示為壓力入口 190的入口，該入口與源2流體連接。
壓力入口 190通過通向閥孔94的壓力入口 126流體連接到閥孔94。相應(yīng)的壓力出口 122從閥孔94引出并且流體連接到第一流體排出孔30中成形的壓力入口 50。通過這一系列的入口和出口以及在第一流體排出孔30、閥孔94和源2之間的流體互連，壓力流體能從源2流經(jīng)細(xì)長本體14再流入閥孔94。隨后，根據(jù)閥桿98的移動位置，使壓力流體流出閥孔94并流入第一流體排出孔30，其中，壓力流體用于使塞子42在第一流體排出孔30內(nèi)移動，下面將會更詳細(xì)地說明。
源2還能向第一流體排出孔30的對立端輸送壓力流體。具體而言，源200880023774.9 2包括流體管線，該流體管線通過壓力入口 194和134將壓力流體輸送到閥孔94。與壓力入口 134相對應(yīng)的是從閥孔94引出的壓力出口 130。壓力出口 130流體連接到第一流體排出孔30內(nèi)成形的壓力入口 58。這一連串的壓力入口和出口以及流體互連用于造成壓力流體從源2流出，流經(jīng)細(xì)長本體14后進(jìn)入閥孔94。此外，根據(jù)閥桿98的移動位置，使來自源2的壓力流體隨后通過壓力出口 130從閥孔94流出，并通過其中成形的壓力入口58進(jìn)入第 一流體排出孔30 ，由此引起塞子42在第 一 流體排出孔30內(nèi)移動。
可以看出，壓力入口 50成形在流體排出孔30的一端，而壓力入口 58成形在流體排出孔30的另一端。因此，根據(jù)閥桿98的移動位置，壓力流體能流經(jīng)這些壓力入口，在第一流體排出孔30內(nèi)雙向移動塞子42。塞子42在第一流體排出孔30內(nèi)的每次移動都造成相應(yīng)體積的流體輸出。
成形在第一流體排出孔30的第一端34的是回流出口 46,其流體連接到閥孔94,特別是閥孔94的回流入口 114。與該回流入口 114相應(yīng)的是回流出口118，該回流出口 118流體連接到接收器4。 一旦塞子42從第一流體排出孔30的第二端38移動到第一端34，那么，在閥桿98適當(dāng)定位以打開成形在閥孔94中的回流入口和出口 114、 118時(shí)，流體能流出回流出口 46,流經(jīng)滑閥94,并ii^接收器4。同樣，第一流體排出孔30中也成形有回流出口 54,該回流出口 54流體連接到閥孔94中成形的回流入口138。與該回流入口 138相應(yīng)的是回流出口 142，該回流出口 142也成形在岡孔94中，其流體連接到細(xì)長本體14的外表面26上成形的回流出口 198。該回流出口 198流體連接到接收器4。 一旦塞子42從第一流體排出孔30的第一端34移動到第二端38，那么，在閥桿98適當(dāng)定位以打開回流入口138和回流出口 142時(shí)，流體能流出回流出口54,流入閥孔94,流出閥孔94，流出細(xì)長本體14，并且進(jìn)入接收器4?；亓魅肟?138和回流出口 142通過將流體通道110-b定位在這些口附近而打開。
至于也在圖1的示意圖中顯示的第二流體排出孔62,在第二流體排出孔62、閥孔94、源2、接收器4、換向閥230、以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)2卯之間具有幾個(gè)流體連接。從源2開始，壓力流體通過細(xì)長本體14第一端22中成形的壓力入口 206流入該第一端22。因此，壓力入口 206流體連接到源2。壓力入口 206也通過通向閥孔94的壓力入口 158流體連接到閥孔94。相應(yīng)的壓力出口 154從閥孔94中引出并流體連接到第二流體排出孔62第一端66中成形的壓力入口 82。通過這一連串的入口和出口以及在第二流體排出孔62、閥孔94和源2之間的流體互連，壓力流體能從源2流出，流經(jīng)細(xì)長本體14流入閥孔94。隨后，根據(jù)閥桿98的移動位置，使壓力流體流出閥孔94，流入第二流體排出孔62,其中，壓力流體用于使塞子74在第二流體排出孔62內(nèi)移動，下面將會更詳細(xì)地說明。
源2還能向第二流體排出孔62的對立端或第二端70輸送壓力流體。具體而言，源2流體連接到閥孔94,并構(gòu)造成通過壓力入口 210、 166向閥孔94內(nèi)輸送壓力流體。與壓力入口 166相應(yīng)的是從閥孔94引出的壓力出口 162。壓力出口 162流體連接到第二流體排出孔62中成形的壓力入口90。這一序列的壓力入口和壓力出口以及流體互連用于使壓力流體從源2流出，流經(jīng)細(xì)長本體14后進(jìn)入閥孔94。此外，根據(jù)閥桿98的移動位置，使來自源2的壓力流體隨后通過壓力出口 162從閥孔94流出，并通過其中成形的壓力入口 90進(jìn)入第二流體排出孔62，由此引起塞子74在第二流體排出孔62內(nèi)移動?？梢钥闯?，壓力入口 82成形在流體排出孔62的一端，而壓力入口 90成形在流體排出孔62的相對端。因此，才艮據(jù)閥桿98的移動位置，壓力流體能流經(jīng)這些壓力入口，在第二流體排出孔62內(nèi)雙向移動塞子74。塞子74在第二流體排出孔62內(nèi)的每次移動都造成相應(yīng)體積的流體輸出。
同樣，成形在第二流體排出孔62第一端66的是回流出口 78，其流體連接到閥孔94，特別是閥孔94的回流入口 146。與該回流入口 146相應(yīng)的是回流出口150,該回流出口 150流體連接到接收器4。 一旦塞子74從第二流體排出孔62的第二端70移動到第一端66，那么，在閥桿98適當(dāng)定位以打開成形在閥孔94中的回流入口和出口 146、 150時(shí)，流體能流出回流出口 78，流經(jīng)滑閥94,之后進(jìn)入接收器4。同樣，第二流體排出孔62中也成形有回流出口 86，該回流出口 86流體連接到閥孔94中成形的回流入口 170。與回流入口 170相應(yīng)的是回流出口 174，該回流出口 174也成形 在閥孔94中并且流體連接到細(xì)長本體14外表面26上成形的回流出口 214。 回流出口 214流體連接到接收器4。 一旦塞子74從第二流體排出孔62的 第一端66移動到第二端70,則當(dāng)閥桿98適當(dāng)定位以打開回流入口 170和 回流出口 174時(shí)，4吏流體流出回流出口 86，流入和流出滑閥94,再流出細(xì) 長本體14,并且進(jìn)入接收器4。回流入口 170和回流出口 174通過將流體 通道110-d定位在這些口附近而打開。
在所示實(shí)施例中，分別成形在第一和第二流體排出孔中的壓力入口在 所述流體排出孔的端部或基本靠近所述端部的位置設(shè)置，由此使壓力流體 能進(jìn)入流體排出孔，并^f吏包含在其內(nèi)的塞子移動盡可能遠(yuǎn)的距離。同樣， 成形在第 一和第二流體排出孔中的回流出口也在流體排出孔的端部或基本 靠近所述端部的位置設(shè)置，由此使盡可能多的流體在所述流體排出孔分別 被塞子封閉之前被塞子排出，從而分別流出流體排出孔。盡管這種布置是 優(yōu)選的，但本發(fā)明不限于此。事實(shí)上，其他位置也是可以考慮的，考慮的 每一種情況都落入權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
第一、第二流體排出孔30、 62與閥孔94之間的流體連接可以使用本 領(lǐng)域的任意公知方法。但是，由于總體上量子閥和量子流體傳輸系統(tǒng)10 的微小型尺寸，優(yōu)選使用2007年5月8日提交、名稱為"Micro-fluid Transfer System"、序列號為12/072,133的上述美國專利申請中描述的那 些技術(shù)來按照需要將各種孔相互流體連接起來。其他技術(shù)也可以用來將所 述閥孔流體連接到細(xì)長本體的外表面。
在上述量子流體傳輸系統(tǒng)10的運(yùn)行過程中，致動閥桿98來控制塞子 42和74的移動，由此來控制量子閥12的流體輸出。通過啟動電磁閥178 或其他致動裝置，使閥桿98在閥孔94內(nèi)移動，從而將流體通道110定位 在適當(dāng)?shù)娜肟诤?或出口附近，促進(jìn)流體傳輸或流經(jīng)量子閥12。偏壓元件或 部件例如彈簧182用于在閥桿98上引起或施加對立或?qū)沟牧Γ摿A向 于使閥桿98回復(fù)到其最初的開始位置。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，在其起初的未被致動的開始位置，閥桿98
19封閉量子閥12內(nèi)所有的入口和出口，由此阻止流體從其中傳輸通過。為了 從量子閥12中輸出流體，啟動致動裝置使閥桿98移動，從而流體通道110-a 分別打開成形在閥孔94中的壓力入口和出口 126、 122。由于這些口流體 連接到壓力入口 190，壓力入口 l卯流體連接到源2，從而壓力流體能分別 流經(jīng)壓力入口和出口 126、 122,并通過壓力入口 50進(jìn)入第一流體排出孔 30。當(dāng)壓力流體進(jìn)入第一流體排出孔30時(shí)，其在第一端34的塞子42上造 成作用力。如果該力足以克服塞子42以及塞子42上作用的任意額外靜力， 則使塞子42從壓力入口 50移開，向第一流體排出孔30的第二端38移動。 當(dāng)塞子42移動時(shí)，其也會排出流體排出孔30內(nèi)存在的一定體積流體。該 一定體積的流體能通過回流出口 54從第一流體排出孔30中排出或離開， 所述回流出口 54流體連接到閥孔94的回流入口 138。然后，輸出流體,皮 輸送到接收器以供后續(xù)釋放。
當(dāng)閥桿98處于同樣位置，流體通道110-b定位成打開回流入口和出口 138、 142,由此4吏流體從回流出口 54流出，流經(jīng)閥孔94的回流入口和出 口 138、 142以及細(xì)長本體14的回流出口 198,進(jìn)入接收器4。塞子42的 移動持續(xù)到直至祐J亭止，由此使量子閥12能在該時(shí)刻之前連續(xù)輸出流體。 在所示實(shí)施例中，流體通過回流出口 54輸出，直至塞子42關(guān)閉該口，或 者通過其他方法被停止。因此，考慮到排出孔30和塞子42的體積，流體 輸出量與流體排出孔30內(nèi)塞子42的移動距離成比例。具體而言，假定塞 子42能從一端完全移動到另一端，塞子42的單程線性移動時(shí)量子閥12 的體積輸出等于流體排出孔30的容積減去塞子42的體積，或者 V。u產(chǎn)Vb。re-Vp,ug 。因此，如果流體排出孔30和塞子42都是圓柱形，則 V。u,^h( L)-;^h虔子)，此處，h分別是流體排出孔30和塞子42的高度或 長度。當(dāng)然，流體排出孔30和塞子42的尺寸在不同系統(tǒng)中可以不同，它 們的形狀可以不是圓柱形，由此產(chǎn)生相對不同的容積方程式和輸出。正如 下面將要討論的，也可以將若干量子閥可操作地聯(lián)接在一起以產(chǎn)生累積的 流體輸出。在使用多流體排出孔產(chǎn)生累積的流體輸出的情形下，可以是 v。ut.^v。ut，1 + v。ut,2 + v。ut,n，其中，V。uw表示單次循環(huán)過程中第一流體排出孔的
20操作輸出的流體體積，V。ut,2表示單次循環(huán)過程中第二流體排出孔的操作輸 出的流體體積，V。ut，n表示任意隨后數(shù)目的流體排出孔輸出的流體體積。
盡管上述討論集中在塞子42的單向移動以及一個(gè)循環(huán)的第一階段，可 以想到，量子岡12的一個(gè)循環(huán)被定義為流體排出孔30內(nèi)塞子42的雙向移 動。換句話說， 一個(gè)循環(huán)等價(jià)于塞子42前后移動一次。為了沿著與上述方 向相反的方向移動塞子42，并由此實(shí)現(xiàn)一個(gè)循環(huán)的第二階段，致動閥桿98， 使其重新定位成關(guān)閉閥孔94中成形的壓力入口和出口 126、 122，并打開 同樣成形在閥孔94中的回流入口和出口 114、 118。為了打開回流入口和 出口 114、 118，閥桿98定位成使流體通道110-a位于這些口附近。閥桿 98以這種方式重新定位也用于關(guān)閉回流入口和出口 138、 142,并通過4吏流 體通道110-b在這些口附近定位而打開壓力入口和出口 134、 130。打開口 134、 130使壓力流體能從源2進(jìn)入壓力入口 194,流經(jīng)閥孔94，從壓力出 口 130流出。由于壓力出口 130流體聯(lián)接到第一流體排出孔30第二端38 中成形的壓力入口 58，因此使壓力流體能進(jìn)入那里。當(dāng)壓力流體通過壓力 入口 58進(jìn)入第一流體排出孔30時(shí)，在塞子42上引起的力造成其從第二端 38向第一端34移動。當(dāng)塞子42移動時(shí)， 一定體積量的流體經(jīng)過回流出口 46流出流體排出孔30。流體從流體排出孔30排出，直至塞子42被停止。 一旦塞子42停止，閥桿98可以再次被致動，從而重復(fù)該過程。可以看出， 一個(gè)循環(huán)產(chǎn)生的輸出等于流體排出孔的容積減去塞子的體積的兩倍。換句 話說， 一個(gè)循環(huán)的總體積流體輸出可以描述為v。ut總w(v。ut)w(Vb。re-Vp^)。應(yīng) 該注意到，這種輸出流體是受壓的，在壓力下儲存在接收器4中。
量子閥12和第二流體排出孔62—起操作，方式和與第一流體排出孔 30—起操作類似，用于產(chǎn)生比例流體輸出，其具體細(xì)節(jié)在這里沒有提供。 但是，應(yīng)該注意到，第二流體排出孔62可以W目同或不同的流體源接收壓 力流體。此外，第二流體排出孔62可以向相同或不同的接收器輸出流體。 盡管第一和第二流體排出孔30、 62顯示成從同樣的流體源接收流體并將流 體輸出到同樣的接收器，但是這不是必需的，而且這在任何情況下也不應(yīng) 解釋為限制本發(fā)明。
21而且，第二流體排出孔62可以與第一流體排出孔30 —起同時(shí)操作， 或者獨(dú)立，噪作，用于向接收器4輸出一定體積量的壓力流體。優(yōu)選地，第 一和第二流體排出孔30、 62構(gòu)造成相互同步或同相操作。但是，如果需要 的話，它們可以構(gòu)造成異相操作。
如上所述，盡管不是必需的，但量子閥12還可以包括額外的流體排出 孔，該額外的流體排出孔構(gòu)造成以與所示第一和第二流體排出孔30、 62 相似的方式輸出 一定體積量的流體。這些也可以構(gòu)造成相互同相或異相運(yùn) 行。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易看出，量子閥中不同的流體排出孔可以具 有不同的尺寸和/或形狀，因此向接收器輸出不同體積量的流體。
圖2顯示了才艮據(jù)另一示例性實(shí)施例的本發(fā)明的量子流體傳輸系統(tǒng)。具 體而言，圖2顯示了量子流體傳輸系統(tǒng)10,特別是包括單個(gè)流體排出孔30 的量子流體閥12。這種特別實(shí)施例與上面描述并在圖1中顯示的實(shí)施例的 作用相同，(只是)不存在第二流體排出孔。因此，上面的描述結(jié)合于此 并且全部或部分可以參考來描述圖2所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行。
參照圖1和圖3,本發(fā)明的量子流體傳輸系統(tǒng)還包括換向閥或類似的 閥，構(gòu)造成與量子岡一起操作，其中，量子閥和換向閥結(jié)合起作用，用于 控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如圖所示，量子閥12通過接收器4可操作地和流體聯(lián)接到 換向閥230。隨著量子閥12輸出壓力流體，所述壓力流體被引到接收器4 并儲存在該接收器4中。將接收器4流體聯(lián)接到換向閥230的是流體連接 218，所述流體連接有利于來自接收器4的壓力流體通過細(xì)長本體234中成 形的壓力入口 258流入換向閥230。通過該壓力入口 258，壓力流體能ii^V 換向閥230的細(xì)長本體234的內(nèi)部238。換句話說，從接收器4流出的流 體被輸入換向閥230。因此，可以是量子閥12用作先導(dǎo)閥，以向換向閥230 提供控制輸入。
換向閥230顯示為四通滑閥，由此包括一系列閥芯，即閥芯242、 246、 250和254,每個(gè)都^皮桿256互連。換向閥230還包括幾個(gè)入口和出口 ，即 壓力入口 258、第一入口/出口 274、第二入口/出口 278、回流出口 262、以 及回流出口 266。閥芯凈皮戰(zhàn)略性地布置，并且可以在不同的入口和出口附近移動，從而進(jìn)入壓力入口 258的壓力流體可以被用來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)290。 在運(yùn)行時(shí)，由于壓力流體從源2輸出到量子閥12,并從量子閥12到接收 器4，換向閥30用于引導(dǎo)后續(xù)流體流動，從接收器4流經(jīng)換向閥230到達(dá) 執(zhí)4亍4幾構(gòu)290,由此致動或驅(qū)動執(zhí)4亍機(jī)構(gòu)2卯。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)290可以是本領(lǐng)域公知的任意機(jī)構(gòu)。如圖所示，執(zhí)行機(jī)構(gòu)290 包括主體294,在其上成形有多個(gè)口，用于提供到內(nèi)部298的通路。執(zhí)行 機(jī)構(gòu)包括成形在主體294的一端的第一口 302，以及成形在主體294的對 立端上的第二口 306。閥芯310可操作地支撐在執(zhí)行機(jī)構(gòu)290的內(nèi)部298， 該閥芯具有與之相聯(lián)的桿314，其可以連接到負(fù)載。閥芯310構(gòu)造成響應(yīng) 從換向閥230接收的壓力流體的輸入，在內(nèi)部298內(nèi)以及第一和第二口 302、 306的周圍雙向移動。與現(xiàn)有的相關(guān)換向閥不同，本發(fā)明的量子流體 傳輸系統(tǒng)10,特別是量子閥12的構(gòu)造和功能使換向閥290能以二進(jìn)制或 數(shù)字方式而不是以模擬方式運(yùn)行。此外，換向閥290不需要操作來產(chǎn)生與 其輸入成比例的輸出。取而代之的是，本發(fā)明的量子閥12按比例操作，由 此4吏換向閥230能在一個(gè)運(yùn)行位置或另一個(gè)運(yùn)行位置之間數(shù)字化地切換， 從而致動執(zhí)行機(jī)構(gòu)2卯。從量子閥12輸出的流體體積確定了流體聯(lián)接于換 向閥230的執(zhí)行機(jī)構(gòu)2卯的成比例的位移。因此，基于量子閥的V一和執(zhí) 行機(jī)構(gòu)的尺寸，考慮到所有的面積減少或力增加，單個(gè)量子閥可以操作來 將執(zhí)行機(jī)構(gòu)移動預(yù)定的距離。此外，在多個(gè)量子閥被用來產(chǎn)生累積體積流 體輸出的情況下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將與每個(gè)這些量子閥產(chǎn)生的V一，總成比例地移 動。因此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以根據(jù)量子閥結(jié)合換向閥230的操作和致動來具體 地、數(shù)字化地控制。
例如，可以致動換向閥230中的桿256,從而移動閥芯246、 250，使 其分別位于第一和第二入口/出口 274、 278的左邊，由此打開這些口。在 這種運(yùn)行位置，通過量子閥12的致動供應(yīng)到換向閥230的壓力流體能從接 收器4進(jìn)入壓力入口 258，并經(jīng)由入口/出口 274離開換向閥230。離開入 口/出口 274的壓力流體隨后進(jìn)入流體管線282,其流體連接到執(zhí)行機(jī)構(gòu)290 上成形的第一入口/出口 302,由此致動執(zhí)行機(jī)構(gòu)290并使閥芯310移離第一入口/出口 302。閥芯310的移動造成閥芯310的對立側(cè)的流體經(jīng)由第二 入口/出口 306離開執(zhí)行機(jī)構(gòu)290，進(jìn)入換向閥230。執(zhí)行機(jī)構(gòu)230的第二 入口/出口 306經(jīng)由流體管線286流體連接到換向閥230的第二入口/出口 278。在這種運(yùn)行狀態(tài)下，流體經(jīng)過回流出口 266從換向閥230流出，在那 里流經(jīng)流體管線270到達(dá)回流貯存器。此外，執(zhí)行機(jī)構(gòu)290的位移與從量 子閥12接收到并由換向閥230引導(dǎo)的壓力流體的輸入成比例。
為了沿著相反的方向移動閥芯310，致動量子閥12以向換向閥230供 應(yīng)壓力流體。致動換向閥230，移動閥芯246和250，從而使它們分別位于 第一和第二入口/出口 274、 278的右邊，由此打開這些口。在這種運(yùn)行位 置，供應(yīng)到換向閥230的壓力流體能從接收器4進(jìn)入壓力入口 258，經(jīng)由 入口/出口 278離開換向閥230。離開第二入口/出口 278的壓力流體隨后進(jìn) 入流體管線286,其流體連接到執(zhí)行機(jī)構(gòu)290上成形的第二入口/出口 306， 由此致動執(zhí)行機(jī)構(gòu)290并使閥芯310移離第二入口/出口 306。閥芯310的 移動造成閥芯310對立側(cè)的流體經(jīng)由第一入口/出口 302離開執(zhí)行機(jī)構(gòu)290， 進(jìn)入換向閥230。如上所述，執(zhí)行機(jī)構(gòu)230的第一入口/出口 302經(jīng)由流體 管線282流體連接到換向閥230的第一入口/出口 274。在這種運(yùn)行狀態(tài)下， 流體經(jīng)過回流出口 262從換向閥230流出，在那里流經(jīng)流體管線270到達(dá) 回流貯存器。這種過程根據(jù)需要重復(fù)進(jìn)行，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及其連接 到的負(fù)載。
參照圖4，示出了量子閥的體積流體輸出隨時(shí)間變化的圖形描述，以 及量子閥的致動頻率的變化對流體輸出的影響。如圖所示，量子閥，特別 是滑閥的致動頻率可以按需要改變。改變頻率確定了流出量子閥、進(jìn)入接 收器、進(jìn)入換向閥、以及隨后進(jìn)入執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如果連接了的話)的流體的 體積輸出。如圖所示，在更高頻率下運(yùn)行量子閥——如曲線圖A所顯示的， 則向換向閥提供更高的流體輸出，或者流體體積。反之，在較低頻率下運(yùn) 行量子閥一一如曲線圖B所示的，則在給定時(shí)間段內(nèi)提供較低水平的流體 輸出。換句話說，量子閥的致動頻率和每次脈沖的體積輸出成比例地確定 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的移動距離。每次脈沖的流體輸出量，顯示為輸出320，取決于流體排出孔的尺寸和其內(nèi)包含的塞子移動距離。
參照圖5和圖6，分別顯示了本發(fā)明的量子流體傳輸系統(tǒng)的另一示例 性實(shí)施例的透視和示意圖，其中，量子閥和換向閥被組裝在一起。具體而 言，圖5和圖6顯示了包括量子閥12的量子流體傳輸系統(tǒng)10,量子閥12 由轉(zhuǎn)換閥32、滑閥100、以及換向閥230組成，在細(xì)長本體14中一起實(shí)施， 作為單個(gè)組件或結(jié)構(gòu)。在該構(gòu)造中，流體排出孔30流體地和可操作地連接 到閥孔94。閥孔94可操作地流體連接到源2和接收器4。換向閥230流體 連接到接收器4和執(zhí)行機(jī)構(gòu)2卯。另外，在每個(gè)這些元件之間的流體連接 可以成形在細(xì)長本體14上，或者根據(jù)先前所公開的內(nèi)容以其他方式提供， 這些公開結(jié)合于此，如上所述。
應(yīng)該意識到，多個(gè)量子閥或若干量子閥可以獨(dú)立操作，從而產(chǎn)生預(yù)定 的相應(yīng)輸出，或者相互結(jié)合以產(chǎn)生預(yù)定的累積流體輸出。換句話說，本發(fā) 明設(shè)想能使用若干量子閥的量子流體傳輸系統(tǒng)，每個(gè)量子閥構(gòu)造成單獨(dú)或 與一個(gè)或多個(gè)額外的量子閥結(jié)合來致動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。因此，可以是量子流體 傳輸系統(tǒng)包括來自多個(gè)量子閥的串聯(lián)或并聯(lián)流體輸出。使用兩個(gè)或兩個(gè)以 上的量子閥來向單個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生累積的流體輸出，使系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)不同的 數(shù)字流體輸出水平，并相應(yīng)地在執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生不同的或可變化的致動狀 態(tài)。當(dāng)并行運(yùn)行的量子閥尤其是量子閥的流體排出孔具有不同尺寸，構(gòu)造 成輸出不同體積的流體時(shí)尤其是這樣。換句話說，能產(chǎn)生不同水平的輸出 流體的不同尺寸的量子閥能構(gòu)造成相互操作。因此，通過致動單個(gè)相應(yīng)的 量子閥，能實(shí)現(xiàn)任意單獨(dú)的輸出水平。另外，通過同時(shí)致動兩個(gè)或兩個(gè)以 上的量子閥，能實(shí)現(xiàn)累積的輸出水平。
圖7顯示了4艮據(jù)另一示例性實(shí)施例的本發(fā)明的量子流體傳輸系統(tǒng)。具 體而言，圖7顯示了在上面描述并在圖1-2中顯示的量子流體傳輸系統(tǒng)IO， 特別是包含單個(gè)流體排出孔30的量子流體閥12。這種特別實(shí)施例與上面 描述并在圖1-2中顯示的實(shí)施例作用方式相同，(只是)不存在第二流體 排出孔。因此，上面的描述結(jié)合于此并且全部或部分可以參考來描述圖7 所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行。此外，圖7所示的量子流體傳輸系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)桿500，該旋轉(zhuǎn)桿能被 馬達(dá)(未示出)驅(qū)動或轉(zhuǎn)動。該旋轉(zhuǎn)桿上成形有流體通道，形式為孔口或 通孔504，能與量子流體傳輸系統(tǒng)10的入口和出口以及流體源2和接收器 4的入口和出口對準(zhǔn)。孔口 504相互之間可徑向偏離，從而當(dāng)桿500在閥 孔94中旋轉(zhuǎn)時(shí)流體能以變化的間隔流經(jīng)旋轉(zhuǎn)桿。 一方面，交替的孔口 504 相互之間可垂直定向?？卓谝材芤灶A(yù)期的間距隔開，從而使內(nèi)部旁通泄漏 最小化。流經(jīng)旋轉(zhuǎn)桿的流體流速與桿旋轉(zhuǎn)的頻率成比例，桿旋轉(zhuǎn)的頻率與 馬達(dá)的速度成比例。這樣，旋轉(zhuǎn)桿能將流體脈沖入排出孔30內(nèi)，其方式類 似于閥桿98使流體進(jìn)入量子流體傳輸系統(tǒng)10，如同上面所述并在圖1-2 中所示的那樣。
圖8顯示了根據(jù)另一示例性實(shí)施例的本發(fā)明的量子流體傳輸系統(tǒng)。具 體而言，圖8顯示了在上面描述并在圖1-2中顯示的量子流體傳輸系統(tǒng)IO, 特別是包含單個(gè)流體排出孔30的量子流體閥12。這種特別實(shí)施例與上面 描述并在圖1-2中顯示的實(shí)施例作用方式相同，(但)不存在第二流體排 出孔。因此，上面的描述結(jié)合于此并且全部或部分可以參考來描述圖8所 示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行。
此外，圖8所示的量子流體傳輸系統(tǒng)包括多個(gè)帶式閥(band valve) 700或一排帶式閥，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的那樣。所述帶式閥可以聯(lián)接 到平移桿704,該平移桿能前后往復(fù)運(yùn)動從而致動帶式閥。所述帶式閥能 按預(yù)期順序#1致動，從而將流體脈沖入排出孔20中，與前面描述并在圖 1-2中顯示的閥桿98使流體進(jìn)入量子流體傳輸系統(tǒng)10的方式類似。
圖7和圖8顯示了換向閥的額外實(shí)現(xiàn)方式，用于交替地將可移動塞子 位于其中的第二閥室的一端設(shè)置成與源流體連通，而將第二閥室的另一端
設(shè)置成與接收器流體連通。應(yīng)該意識到，本領(lǐng)域公知的其他實(shí)現(xiàn)方式也可 以用來將源和接收器流體聯(lián)接到可移動塞子的交替相對的端部。
本發(fā)明還提出了一種通過閥調(diào)節(jié)流體流動的方法，包括獲取量子閥， 該量子閥具有第一閥室，該第一閥室設(shè)置在閥體中并且具有至少一個(gè)入口 和至少一個(gè)出口。該量子閥還可以具有閥桿，該閥桿可移動地設(shè)置在所述第一閥室中。該閥桿具有若干沿著閥軒縱向間隔設(shè)置的流體通道。所述閥桿可移動，以便將至少一個(gè)所述若干流體通道與其中一個(gè)入口對準(zhǔn)，以及將至少一個(gè)所述若干流體通道與其中一個(gè)出口對準(zhǔn)，以使流體能流經(jīng)與選定的流體通道相應(yīng)的選定入口和出口。所述量子閥還可以具有設(shè)置在閥體中的第二閥室，該第二閥室在第二閥室的第一端和第二端與第一閥室流體連通。所述量子閥還可以具有塞子，所述塞子可移動地設(shè)置在第二閥室的第 一端與第二端之間。所述調(diào)節(jié)流動的方法能包括使第 一 閥室與流體源流
體連通。所述閥桿能定位成使來自流體源的流體進(jìn)入第一閥室和第二閥室第一端，并且使塞子在第二閥室內(nèi)移動，從而從第二閥室的第二端分配一定體積的流體。
前面的詳細(xì)說明參考具體示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明。但是，應(yīng)該意識到，在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍的情況下可以進(jìn)行各種修正和改變。詳細(xì)說明和附圖應(yīng)當(dāng)看作僅僅是描述性而非限制性的，所有的這些修正或改變(如果有的話)都落在這里描述和限定的本發(fā)明范圍內(nèi)。
更具體地，盡管這里已經(jīng)描述了本發(fā)明的說明性示例實(shí)施例，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例，而是包括本領(lǐng)域技術(shù)人員在前面詳細(xì)說明的基礎(chǔ)上可以預(yù)料到的進(jìn)行了修正、省略、合并(例如，各個(gè)實(shí)施例的不同方面)、適應(yīng)和/或替代的任意和所有實(shí)施例。權(quán)利要求的限定應(yīng)該根據(jù)權(quán)利要求所采用的語言從寬解釋，而不限于在前面詳細(xì)說明或所述應(yīng)用的實(shí)施過程中描述的示例，這些示例應(yīng)解釋為非排他性的。例如，在本說明書中，術(shù)語"優(yōu)選"是非排他性的，其意味著"優(yōu)選，但不限于"。任何方法或工藝權(quán)利要求中記載的任意步驟都可以按任意順序執(zhí)行，而不限于權(quán)利要求中所描述的順序。裝置+功能或步驟+功能限定僅僅用在特定的權(quán)利要求限制
中，在這種限定中滿足所有的下列條件a)明確記載了 "用于…的裝置"或"用于…的步驟"；以及b)明確記載了相應(yīng)的功能。在這里的描述中，支持裝置+功能限定的結(jié)構(gòu)、材料或行為被明確記載。相應(yīng)地，本發(fā)明的范
和示例限定。
27本專利要求權(quán)利和請求保護(hù)的是:
權(quán)利要求
1.一種小型量子閥，構(gòu)造成通過允許很小的離散增量的流體穿過該閥來調(diào)節(jié)流體的流速，包括a)閥體，該閥體具有相互流體連通的第一閥室和第二閥室，所述第一閥室和第二閥室各自具有第一端和第二端，第一閥室具有至少一個(gè)接受壓力流體的壓力入口以及至少一個(gè)排出流體的回流出口；b)閥桿，該閥桿可移動地設(shè)置在第一閥室中，并且具有多個(gè)沿著閥桿縱向間隔設(shè)置的流體通道，所述閥桿可移動，以便將其中一個(gè)流體通道與第一閥室的所述至少一個(gè)壓力入口或回流出口中的一個(gè)對準(zhǔn)，以使流體能流經(jīng)所述第一閥室和第二閥室；以及c)塞子，該塞子可移動地設(shè)置在第二閥室的第一端與第二端之間，所述塞子構(gòu)造成當(dāng)一定體積的壓力流體在第二閥室的第一端或第二端中的其中一端從第一閥室進(jìn)入第二閥室時(shí)，塞子朝著所述第一端或第二端中的另一端移動，并且在與流體進(jìn)入其中的一端相對的端部引導(dǎo)相應(yīng)指定體積的流體流出第二閥室，最終流出所述至少一個(gè)回流出口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的量子閥，其特征在于，所述閥體包括a) 分別在第一和第二閥室的第一端之間延伸的第一壓力流體通道，使 壓力流體源的壓力流體能夠經(jīng)過所述至少 一個(gè)壓力入口中的一個(gè)流到第二 閥室的第一端；b) 分別在第一和第二閥室的第一端之間延伸的第一回流通道，使第二 閥室的第 一端的流體能夠經(jīng)過所述至少一個(gè)回流出口中的一個(gè)流到流體接 收器；c) 分別在第一和第二閥室的第二端之間延伸的第二壓力流體通道，使壓力流體源的壓力流體能夠經(jīng)過所述至少 一個(gè)壓力入口中的一個(gè)流到第二 閥室的笫二端；以及d) 分別在第一和第二閥室的第二端之間延伸的第二回流通道，使第二 閥室的第二端的流體能夠經(jīng)過所述至少一個(gè)回流出口中的一個(gè)流到流體接收器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的量子閥，其特征在于，所述閥體包括 第三閥室，該第三閥室具有可在所述第三閥室的第一端與第二端之間移動的塞子，該塞子構(gòu)造成當(dāng)一定體積的流體在所述第一端或第二端處從 第一閥室進(jìn)入第三閥室時(shí)朝著所述第一端或第二端中的另一端移動，并且 引導(dǎo)相應(yīng)指定體積的流體在與流體進(jìn)入其中的一端相對的端部流出第三閥 室。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的量子閥，其特征在于第一閥室的所述至 少一個(gè)壓力入口與公用壓力流體源流體連通，并且，第一閥室的所述至少 一個(gè)回流出口與>^用流體接收器流體連通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的量子閥，其特征在于所述至少一個(gè)回流 出口與換向閥流體連通。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的量子閥，其特征在于所述換向閥還包括 四通滑閥。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的量子岡，其特征在于所述塞子的移動限 定了以離散時(shí)間傳輸?shù)綋Q向閥的離散流體體積，從而，量子岡允許換向閥 能以二進(jìn)制或數(shù)字方式起作用。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的量子閥，其特征在于所述至少一個(gè)回流 出口與執(zhí)4亍才幾構(gòu)流體連通。
9. 一種小型量子閥，構(gòu)造成通過允許4艮小的離散增量的流體穿過該 閥來調(diào)節(jié)流體的流速，包括a) 閥體，該閥體具有至少一個(gè)接受壓力流體的壓力入口以及至少一個(gè) 排出流體的回流出口；b) 設(shè)置在閥體中并且具有至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口的第一閥室；c) 閥桿，該閥桿可移動地設(shè)置在第一閥室中，并且具有多個(gè)沿著閥桿 縱向間隔設(shè)置的流體通道，所述閥桿可移動，以便將所述多個(gè)流體通道中 的至少一個(gè)與第一閥室的其中一個(gè)入口對準(zhǔn)，以及將所述多個(gè)流體通道中 的至少一個(gè)與第一閥室的其中一個(gè)出口對準(zhǔn)，以使流體能流經(jīng)所述第一閥室；d) 第二閥室，該第二閥室設(shè)置在閥體中并且分別通過第一閥室的其中 一個(gè)相應(yīng)入口和出口在第一閥室的第一端和第二端處與第一閥室流體連通；以及e) 塞子，該塞子可移動地設(shè)置在第二閥室的第一端與第二端之間，所 述塞子可被進(jìn)入第 一端的流體移向第二端，以及可被進(jìn)入第二端的流體移 向第 一端，所述塞子構(gòu)造成在移動時(shí)引導(dǎo)一定體積的流體流出第二閥室。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的量子閥，其特征在于，所述閥體包括a) 分別在第一和第二閥室的第一端之間延伸的第一壓力流體通道，使 壓力流體源的壓力流體能夠經(jīng)過所述至少一個(gè)壓力入口中的一個(gè)流到第二 閥室的第一端；b) 分別在第一和第二閥室的第一端之間延伸的第一回流通道，使第二 閥室的第一端的流體能夠經(jīng)過所述至少一個(gè)回流出口中的一個(gè)流到流體接 收器；c) 分別在第一和第二閥室的第二端之間延伸的第二壓力流體通道，使 壓力流體源的壓力流體能夠經(jīng)過所述至少一個(gè)壓力入口中的一個(gè)流到第二 閥室的第二端；以及d) 分別在第一和第二閥室的第二端之間延伸的第二回流通道，使第二 閥室的第二端的流體能夠經(jīng)過所述至少一個(gè)回流出口中的一個(gè)流到流體接 收器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求所述9的量子閥，其特征在于，所述閥體包括 閥體中的第三閥室，該第三閥室具有可在所述第三閥室的第一端與第二端之間移動的塞子，該塞子構(gòu)造成當(dāng) 一定體積的流體在所述第一端或第 二端處從第一閥室進(jìn)入第三閥室時(shí)向著所述第一端或第二端中的另一端移 動，并且推擠相應(yīng)體積的流體在與流體進(jìn)入端相對的端部處流出第三閥室。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的量子閥，其特征在于所述至少一個(gè)壓力 入口與>^用壓力流體源流體連通，并且，所述至少一個(gè)回流出口與^^用流 體接收器流體連通。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的量子閥，其特征在于所述至少一個(gè)回流 出口與才灸向閥流體連通。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的量子閥，其特征在于所述換向閥還包 括四通滑閥。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的量子閥，其特征在于所述塞子的移動 限定了以離散時(shí)間傳輸?shù)綋Q向閥的離散流體體積，從而，量子閥允許換向 閥能以二進(jìn)制或數(shù)字方式起作用。
16. —種通過閥調(diào)節(jié)流體流動的方法，包括a) 獲取量子閥，該量子閥包括i) 第一閥室，該第一閥室設(shè)置在閥體中并且具有至少一個(gè)入口和 至少一個(gè)出口；ii) 閥桿，該閥桿可移動地設(shè)置在第一閥室中，并且具有多個(gè)沿著 閥桿縱向間隔設(shè)置的流體通道，所述閥桿可移動，以便將所述多個(gè)流體通 道中的至少一個(gè)與其中一個(gè)入口對準(zhǔn)，以及將所述多個(gè)流體通道中的至少 一個(gè)與其中一個(gè)出口對準(zhǔn)，以使流體能流經(jīng)與選定的流體通道相應(yīng)的選定入口和出口；iii) 第二閥室，該第二閥室與閥體流體連通，并且在第二閥室的第一端和第二端與第一閥室流體連通；以及iv) 塞子，該塞子可移動地設(shè)置在第二閥室的第一端與第二端之間；b) 使第一閥室與流體源流體連通；c) 定位閥桿，使來自流體源的流體進(jìn)入第一閥室和第二閥室的第一端；以及d) 使所述塞子響應(yīng)于所述流體在第二閥室內(nèi)移動，從而從第二閥室的 第二端分配指定體積的流體。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于還包括定位閥桿， 使來自流體源的流體進(jìn)入第 一閥室以及第二閥室的第二端，并使所述塞子 在第二閥室內(nèi)移動，以從第二閥室的第一端分配一定體積的流體。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述塞子可以被進(jìn) 入第 一端的流體移動到第二端，以及^皮進(jìn)入第二端的流體移動到第一端， 并且構(gòu)造成在從一端到另一端移動時(shí)從第二閥室排出一定體積的流體。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于還包括在閥體的第 一閥室中移動閥桿，以將閥桿上的第一流體通道與第一入口和第一出口對 準(zhǔn)，將第二流體通道與第二入口和第二出口對準(zhǔn)，從而允許一定體積的流 體流經(jīng)所述第一入口和出口進(jìn)入閥體中的第二閥室的第一端內(nèi)，其中，流 體將所述塞子從第一端移動到第二端，所述塞子從第二端排出第二閥室的 一定體積流體。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于還包括移動閥桿， 以將所述第一流體通道與第三入口和出口對準(zhǔn)，將所述第二流體通道與第 四入口和出口對準(zhǔn)，從而允許一定體積的流體流經(jīng)所述第三入口和出口進(jìn) 入第二閥室的第二端內(nèi)，其中，流體將所述塞子從第二端移動到第一端， 所述塞子從第 一端排出第二閥室的 一定體積流體。
21. —種量子流體傳輸和負(fù)載致動系統(tǒng)，包括 構(gòu)造成按比例操作的量子閥，該量子閥包括閥體，該閥體具有至少一個(gè)接受壓力流體的壓力入口以及至少一個(gè)排出流體的回流出口；第一閥室，該第一閥室設(shè)置在閥體中并且具有至少一個(gè)入口和至 少一個(gè)出口；閥桿，該閥桿可移動地設(shè)置在第一閥室中，并且具有多個(gè)流體通道，該流體通道適于促進(jìn)流體通過所述入口和出口流經(jīng)第一閥室；第二閥室，該第二閥室設(shè)置在閥體中并且通過第一閥室的入口和 出口與第一閥室流體連通；以及塞子，該塞子可移動地設(shè)置在第二閥室中，在移動時(shí)輸出指定體 積的流體；換向閥，該換向閥可與量子閥 一起操作來接收從量子閥輸出的所述指 定體積的流體，該換向閥以二進(jìn)制或數(shù)字方式運(yùn)行而非以模擬方式運(yùn)行，能在接收到所述指定體積的流體后在各種運(yùn)行位置之間數(shù)字化地切換；以 及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)可由換向閥操作，從量子閥輸出的所述指定體 積的流體確定該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的比例移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種小型量子流體傳輸系統(tǒng)，構(gòu)造成通過允許很小的離散增量流體流經(jīng)閥來調(diào)節(jié)流體的流速，所述閥包括閥體，該閥體具有至少一個(gè)接受流體的入口以及至少一個(gè)排出流體的出口。所述量子流體傳輸系統(tǒng)包括可移動地設(shè)置在閥體的第一閥室中的閥桿。閥桿具有若干沿著閥桿縱向間隔設(shè)置的流體通道，所述閥桿可移動，以便將每個(gè)流體通道與第一閥室的入口或出口對準(zhǔn)，使流體能流經(jīng)相應(yīng)于選定流體通道的選定入口或出口。所述量子流體傳輸系統(tǒng)具有可移動地設(shè)置在閥體的第二閥室中的塞子。該塞子可在第二閥室的第一端與第二端之間移動，并且，當(dāng)一定體積的流體在所述第一端或第二端處從第一閥室進(jìn)入第二閥室時(shí)，塞子朝著所述第一端或第二端中的另一端移動。所述塞子將相應(yīng)體積的流體在流體進(jìn)入端的對立端處排出第二閥室。
文檔編號F16K11/065GK101688615SQ200880023774
公開日2010年3月31日 申請日期2008年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月8日
發(fā)明者F·M·史密斯, S·C·雅各布森 申請人:雷神薩科斯公司