本申請要求2014年3月11日提交的美國專利申請No.14/204,509的權(quán)益，該專利申請在此通過引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及可以用于諸如泵、攪拌器和壓縮機的旋轉(zhuǎn)設(shè)備中的徑向磁力耦合器，并且更具體地涉及具有徑向磁力耦合器的旋轉(zhuǎn)裝置，其中，該磁力耦合器通過固定的流體屏障將轉(zhuǎn)矩從一個部件傳遞到另一部件。

背景技術(shù)：

在諸如泵、攪拌器和壓縮機的很多旋轉(zhuǎn)裝置中，期望避免旋轉(zhuǎn)密封。已開發(fā)出具有磁性聯(lián)軸節(jié)(magnet coupling)的磁力耦合器(magnetic couplings)，該磁性聯(lián)軸節(jié)利用從動部件和驅(qū)動部件，并且從動部件通過以徑向磁體取向耦合的非接觸式永磁體而被驅(qū)動。這種設(shè)備經(jīng)常被稱為非密封的，但是實際上包括被罐分隔開的內(nèi)部磁體和外部磁體，該罐使用一個或多個靜態(tài)密封件被密封。

利用永磁體的徑向磁力耦合器很普遍，例如，在轉(zhuǎn)子動力(又稱為動力的或離心的)泵中。徑向磁力耦合器由三個主要部件組成：在它的內(nèi)表面上具有多個永磁體的較大的外部耦合部件(又稱為外部磁環(huán)或外部轉(zhuǎn)子)；在它的外表面上具有多個永磁體的較小的內(nèi)部耦合部件(又稱為內(nèi)部磁環(huán)或內(nèi)部轉(zhuǎn)子)；以及將內(nèi)部部件和外部部件分隔開并且為流體室形成固定的邊界或屏障的容納罐(又稱為罐子、外殼、護罩、屏障或殼體的部分)。在內(nèi)部部件和外部部件上的磁體被布置成彼此軸向?qū)室云ヅ浠蛲?synchronize)該內(nèi)部部件和外部部件，從而使得隨著一個部件被旋轉(zhuǎn)，另一部件被同步并且被迫使跟隨上述部件，由此驅(qū)動泵葉輪或泵轉(zhuǎn)子。內(nèi)部和外部耦合部件均不與彼此物理接觸，并且它們在被罐分隔開的單獨的環(huán)境中旋轉(zhuǎn)。

該徑向磁力耦合器具有兩種構(gòu)造，“外部驅(qū)動式”和“內(nèi)部驅(qū)動式”。大部分徑向磁力耦合器具有外部驅(qū)動布置，其中，外部磁力耦合部件在罐的外側(cè)，并且因此在設(shè)備的流體室的外側(cè)，其會被包含在罐內(nèi)。在這種設(shè)備中的外部磁力耦合部件通常被諸如發(fā)動機的外部電源驅(qū)動。在這種構(gòu)造中，內(nèi)部磁力耦合部件被布置在設(shè)備的流體室的內(nèi)側(cè)并且被連接至設(shè)備的轉(zhuǎn)子。因此，在這種外部驅(qū)動布置中，容納罐為設(shè)備的流體室提供邊界，并且流體室在罐內(nèi)側(cè)。

雖然不那么普遍，一些徑向磁力耦合器具有內(nèi)部驅(qū)動布置，該布置利用相同的三個通用部件，但是作用相反。內(nèi)部磁力耦合部件在罐的內(nèi)側(cè)，并且設(shè)備的流體室由罐的外側(cè)與殼體之間的空間所限定。該內(nèi)部驅(qū)動部同樣通常被諸如發(fā)動機的外部電源驅(qū)動，而外部磁力耦合部件在罐的外側(cè)并且在設(shè)備的流體室內(nèi)，并且被連接至設(shè)備的轉(zhuǎn)子。容納罐同樣為設(shè)備的流體室提供邊界，但是在內(nèi)部驅(qū)動布置中，流體室在罐的外側(cè)。

永磁體耦合的泵通常通過軸向入口采用端部抽吸，該泵具有單級或多級構(gòu)造，并且可以包括懸垂的葉輪設(shè)計。懸垂的葉輪設(shè)計具有安裝在轉(zhuǎn)子組件上的葉輪，該轉(zhuǎn)子組件容納有與增壓元件間隔開的磁體耦合驅(qū)動件的第一磁環(huán)。第二磁環(huán)被安裝在被耦合至發(fā)動機或電源驅(qū)動裝置的框架的可旋轉(zhuǎn)軸上。泵、支撐可旋轉(zhuǎn)軸的框架以及電源驅(qū)動裝置通常被安裝在共同的底板上。除了第二磁環(huán)被直接安裝在電源驅(qū)動裝置的驅(qū)動器軸上之外，被耦合至泵的緊密耦合的永磁體傾向于與分離耦合版本具有有點類似的結(jié)構(gòu)。該驅(qū)動部分采用永磁體或渦流驅(qū)動系統(tǒng)來向葉輪傳輸電力。這種類型的非密封泵使用標(biāo)準發(fā)動機來驅(qū)動第二磁環(huán)，這反過來通過磁力耦合器驅(qū)動第一磁環(huán)。容納有處理流體的容納罐密封地將磁體部件分隔開。

通常來說，該罐是形狀像杯子的整體(一件式的)設(shè)計，且在磁體與封閉一端的平直或半球形部分之間具有薄的大致圓筒部。該薄的圓筒部對最小化內(nèi)部磁體與外部磁體之間的總的徑向間隙是有利的，從而針對磁體材料的給定體積產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩。在大部分情況下，罐由金屬制成，因為金屬允許堅固而薄的設(shè)計。但是，由于金屬導(dǎo)電，當(dāng)耦合器由于內(nèi)部磁體與外部磁體之間的旋轉(zhuǎn)磁場而被旋轉(zhuǎn)時，在罐中產(chǎn)生渦流。這些渦流將一部分傳輸?shù)碾娏D(zhuǎn)化成熱量，該過程浪費電力并且常常對設(shè)備和/或設(shè)備內(nèi)的流體具有有害影響。

一些罐設(shè)計使用非金屬復(fù)合材料而不是金屬。這消除了渦流加熱，但通常導(dǎo)致磁體之間的圓筒部厚得多，這增加了磁體之間的總的徑向間隙并且由此減小了磁體材料的給定體積所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。

大部分磁力耦合器設(shè)計還要求保護磁體免于與設(shè)備內(nèi)側(cè)的流體接觸。對于處在流體室內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子來說，這通常需要一個單獨的部件或多個部件，例如在磁體與罐之間的套筒或涂層，其不幸地增大磁體之間的總的徑向間隙，并且由此減小轉(zhuǎn)矩。

所有磁力耦合器設(shè)計具有一些形式的支承系統(tǒng)來支撐流體室內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子。一般在徑向和軸向方向上均需要這種支撐。在大部分情況下，支承系統(tǒng)是平的支承系統(tǒng)，其中，通過支承表面緊靠彼此滑動來實現(xiàn)支撐。在大部分情況下，這些系統(tǒng)具有單獨的固定和旋轉(zhuǎn)部件，這些部件的每一個均具有一個或多個彼此接合以提供徑向或軸向支撐的支承表面。當(dāng)這些部件中的一個的唯一目的或主要目的是提供支承表面時，那么該部件一般被稱為套管。該套管部件通常不被安置在磁體之間的徑向間隙內(nèi)，因為這會極大地增加磁體之間的總的徑向間隙，并且由此極大地減小轉(zhuǎn)矩。反而，它們一般被安置在轉(zhuǎn)子上越過磁體的一端或兩端。

當(dāng)套管僅被安置在一端時，轉(zhuǎn)子支撐是懸臂式的，其不利地允許轉(zhuǎn)子具有更大的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)套管被安置成越過磁體的兩端時，不想要的懸臂式支撐被消除，但是必須采取特別關(guān)注以確保套管彼此精確對準并且設(shè)備可能需要更大的軸向空間。

而且，它對具有旋轉(zhuǎn)套管的支承表面與固定部件之間的完整流體膜是有利的，尤其在套管具有細長設(shè)計時，因為它減小了摩擦和磨損。對于徑向套管來說，改善流體膜的一種途徑是將套管的支承表面在軸向上制備得更長。然而，由于套管通常被安置成越過磁體的任一端，加長支承表面會不利地需要實質(zhì)上更大的軸向空間。

如本文所討論的，本公開內(nèi)容解決了具有磁力耦合器的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中的缺點，同時提供了超越現(xiàn)有技術(shù)的多個優(yōu)勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

所公開的主題的目的和優(yōu)勢將在隨后的說明書和附圖中被闡明并且變得清楚明白，此外還將通過要求保護主題的實施而被獲知。雖然本公開內(nèi)容的旋轉(zhuǎn)磁性驅(qū)動系統(tǒng)被合并到泵構(gòu)造中的旋轉(zhuǎn)裝置中而被示出，應(yīng)當(dāng)理解的是，運行的結(jié)構(gòu)和原理也可以用于其它旋轉(zhuǎn)設(shè)備中以通過固定的流體屏障傳遞扭矩，例如在攪拌器、壓縮機等等中。

在第一方面，本公開內(nèi)容提供一種具有磁力耦合器的旋轉(zhuǎn)裝置，該旋轉(zhuǎn)裝置包括具有前部和后部的殼體、具有靠近內(nèi)部驅(qū)動部的外周界的多個磁體的磁力耦合器的可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部驅(qū)動部、包括具有靠近轉(zhuǎn)子組件的內(nèi)周界的多個磁體的磁力耦合器的從動部的轉(zhuǎn)子組件，并且該內(nèi)部驅(qū)動部和轉(zhuǎn)子組件被布置在殼體內(nèi)并且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)裝置進一步包括包含有大致圓筒部的固定罐，該大致圓筒部被布置在內(nèi)部驅(qū)動部的磁體與轉(zhuǎn)子組件的磁體之間并且包括接合轉(zhuǎn)子組件的徑向支承表面、和在一個軸向方向上接合轉(zhuǎn)子組件的軸向支承表面，并且將殼體內(nèi)的內(nèi)部流體室與內(nèi)部從動部分隔開。

在第二方面，本公開內(nèi)容提供一種具有磁力耦合器的旋轉(zhuǎn)裝置，該旋轉(zhuǎn)裝置包括具有前部和后部的殼體、具有靠近內(nèi)部驅(qū)動部的外周界的多個磁體的磁力耦合器的可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部驅(qū)動部、包括具有靠近轉(zhuǎn)子組件的內(nèi)周界的多個磁體的磁力耦合器的從動部的轉(zhuǎn)子組件，并且該內(nèi)部驅(qū)動部和轉(zhuǎn)子組件被布置在殼體內(nèi)并且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)裝置進一步包括固定罐，該固定罐包含有被布置在內(nèi)部驅(qū)動部的磁體與轉(zhuǎn)子組件的磁體之間的大致圓筒部、密封地封閉固定罐的前端并且由殼體的前部支撐或者與殼體的前部一體成型的罐端蓋部、以及與殼體的后部接觸或一體化的固定罐的后端，其中，固定罐將殼體內(nèi)的內(nèi)部流體室與內(nèi)部從動部分隔開，并且其中，轉(zhuǎn)子組件進一步包括被布置在轉(zhuǎn)子組件的磁體的內(nèi)周界與固定罐之間的套管，其中，套管包括接合固定罐的徑向支承表面、和在一個軸向方向上接合固定罐的軸向支承表面，并且分隔開轉(zhuǎn)子組件的磁體以免接觸殼體內(nèi)的流體。

在第三方面，本公開內(nèi)容提供一種具有磁力耦合器的旋轉(zhuǎn)裝置，該旋轉(zhuǎn)裝置包括具有前部和后部的殼體、具有靠近內(nèi)部驅(qū)動部的外周界的多個磁體的磁力耦合器的可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部驅(qū)動部、包括具有靠近轉(zhuǎn)子組件的內(nèi)周界的多個磁體的磁力耦合器的從動部的轉(zhuǎn)子組件，該內(nèi)部驅(qū)動部和轉(zhuǎn)子組件被布置在殼體內(nèi)并且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)、以及包含有被布置在內(nèi)部驅(qū)動部的磁體與轉(zhuǎn)子組件的磁體之間的大致圓筒部的固定罐，其中，該固定罐通過大致圓筒部在徑向和軸向上壓緊地被保持就位，該大致圓筒部位于前殼體部和后殼體部之間并且將殼體內(nèi)的內(nèi)部流體室與內(nèi)部從動部分隔開。

在第四方面，本公開內(nèi)容提供一種具有磁力耦合器的旋轉(zhuǎn)裝置，該旋轉(zhuǎn)裝置包括具有前部和后部的殼體、具有靠近內(nèi)部驅(qū)動部的外周界的多個磁體的磁力耦合器的可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部驅(qū)動部、包括具有靠近轉(zhuǎn)子組件的內(nèi)周界的多個磁體的磁力耦合器的從動部的轉(zhuǎn)子組件，該內(nèi)部驅(qū)動部和轉(zhuǎn)子組件被布置在殼體內(nèi)并且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)、以及具有大致圓筒部和端蓋部的組合式罐，該大致圓筒部由非導(dǎo)電的或半導(dǎo)電的材料構(gòu)成并且被布置在內(nèi)部驅(qū)動部的磁體與轉(zhuǎn)子組件的磁體之間，該端蓋部封閉大致圓筒部并且由非導(dǎo)電的、半導(dǎo)電的或?qū)щ姷牟牧蠘?gòu)成，并且其中，該組合式固定罐將殼體內(nèi)的內(nèi)部流體室與內(nèi)部從動部分隔開。

在第五方面，本公開內(nèi)容提供一種具有磁力耦合器的旋轉(zhuǎn)裝置，該旋轉(zhuǎn)裝置包括具有前部和后部的殼體、具有靠近內(nèi)部驅(qū)動部的外周界的多個磁體的磁力耦合器的可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部驅(qū)動部、包括具有靠近轉(zhuǎn)子組件的內(nèi)周界的多個磁體的磁力耦合器的從動部的轉(zhuǎn)子組件，并且該內(nèi)部驅(qū)動部和轉(zhuǎn)子組件被布置在殼體內(nèi)并且圍繞旋轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)裝置進一步包括固定罐，該固定罐包含有被布置在內(nèi)部驅(qū)動部的磁體與轉(zhuǎn)子組件的磁體之間的大致圓筒部、密封地封閉固定罐的前端并且由殼體的前部支撐或者與殼體的前部一體成型的罐端蓋部、以及與殼體的后部接觸或一體化的固定罐的后端。該旋轉(zhuǎn)裝置還包括布置在轉(zhuǎn)子組件的磁體的內(nèi)周界與固定罐的大致圓筒部之間的套管，并且其中，該固定罐將殼體內(nèi)的內(nèi)部流體室與內(nèi)部從動部分隔開，并且罐端蓋部是可移除的從而在轉(zhuǎn)子組件保持在殼體的后部內(nèi)的同時進入內(nèi)部驅(qū)動部。

本公開內(nèi)容提供旋轉(zhuǎn)裝置，該旋轉(zhuǎn)裝置可以包括許多對于旋轉(zhuǎn)磁力耦合裝置有利的方面，例如，具有三個目的的套管、具有三個目的的固定罐、由包括大致圓筒部和罐端蓋部的兩個單獨部分制成的固定罐，并且該兩個單獨部分任選地由相同或不同材料構(gòu)成，并且當(dāng)該裝置被完全組裝時，固定罐通過位于前殼體部與后殼體部之間的大致圓筒部被保持壓緊。

這些優(yōu)勢可以更離散的方式被進一步列舉或描述。例如，因為固定罐的套管和大致圓筒部具有多重目的，所以旋轉(zhuǎn)裝置可以具有更少的部分。因為徑向和推力支承表面處在單一的套管部件和一個補充的罐上，所以沒有支承表面不對準的可能。該設(shè)計還允許使用薄的、非導(dǎo)電的罐材料，該材料消除了來自渦流的能量損耗和加熱，同時最小化磁體徑向間隙以獲得最大的轉(zhuǎn)矩。另外，固定罐的套管和大致圓筒部的簡單形狀允許由碳化硅、碳化鎢或其它合適的硬質(zhì)套管材料制成非常魯棒的套管。由于套管長的徑向支承表面，該套管還提供優(yōu)異的流體膜。

因為當(dāng)泵被組裝時，通過大致圓筒部將固定罐放置成壓緊的從而使得殼體被預(yù)加應(yīng)力，所以本公開內(nèi)容的旋轉(zhuǎn)裝置還可以具有提高的殼體疲勞壽命。這種預(yù)應(yīng)力取消了在泵被增壓時的一些正應(yīng)力，因此殼體在正壓力開-關(guān)周期期間被暴露于不那么極端的應(yīng)力周期。

另外，相對于拉伸狀態(tài)，該固定罐通過大致圓筒部在軸向和徑向上壓緊地被保持就位。由于許多合適的罐材料在壓緊狀態(tài)比拉伸狀態(tài)更堅固，因此這是可以滿足需要的，并且這種構(gòu)造取消了固定罐的懸臂支撐。壓縮力或夾緊力還允許在固定罐和罐端蓋部之間的靜態(tài)密封件使用簡單設(shè)計。

在一種相關(guān)的方式中，適于典型罐(堅固且薄)的非導(dǎo)電材料價格昂貴并且難以形成復(fù)雜形狀，例如具有圓筒側(cè)壁和封閉的端壁的典型整體的(一件式的)杯狀罐。然而，本公開內(nèi)容包括具有作為單獨部分的大致圓筒部和端蓋部的固定罐，該固定罐提供以下優(yōu)勢，包括：大致圓筒部更小(長度更短)并且具有更加簡單的形狀(相對于杯子大體為開口的圓筒)，因此可以被經(jīng)濟地制造。這還容許使用非導(dǎo)電的罐材料(安置在磁體之間)，該材料消除了來自渦流的能量損耗和加熱，并且罐端蓋部不需要是非導(dǎo)電的，因此它可以是相當(dāng)簡單、廉價的部分。

這種設(shè)計還具有獨特的特征，該特征在于在僅有兩個部件(即，殼體前部和罐端蓋部)被移除時，內(nèi)部驅(qū)動部易于從泵的前部進入。這反過來提供以下優(yōu)勢，包括：旋轉(zhuǎn)裝置易于組裝和拆卸、在接合或分離磁力耦合部件時應(yīng)付強磁力的簡單且安全的方法、以保護固定罐的大致圓筒部的精確且受控的方式接合或分離磁力耦合部的能力，該能力在固定罐易碎(例如在罐可以由碳化硅制成的裝置中)時尤其有利、以及在不拆卸主要泵的情況下迅速檢查或移除內(nèi)部磁性部的能力。

本公開內(nèi)容還包括旋轉(zhuǎn)裝置的可替換實施方式的實例，這些實例強調(diào)以下事實：雖然本文所示出的實例是泵構(gòu)造的形式，本發(fā)明主題可以應(yīng)用于各種設(shè)計的設(shè)備。而且，旋轉(zhuǎn)裝置可以是金屬結(jié)構(gòu)，或者至少部分是非金屬結(jié)構(gòu)，例如流體只接觸非金屬表面的泵。實際上，根據(jù)本公開內(nèi)容的泵可以包括由特定材料構(gòu)成的內(nèi)表面和/或?qū)⑻囟ū砻鎾伖?，其中，該?nèi)表面容許在微生物生長必須被抑制的衛(wèi)生應(yīng)用環(huán)境下使用該泵。

由于磁力耦合器和套管本質(zhì)上被包裹在相同的軸向空間內(nèi)，因此本公開內(nèi)容中主題的使用可以導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)更加緊湊。因此，旋轉(zhuǎn)裝置的軸向長度可以被減小，這可以具有以下優(yōu)勢：導(dǎo)致在相同的軸向空間內(nèi)使用更長的磁體以產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩?？商鎿Q地，這可以提供使用許多相對于具有常規(guī)磁力耦合器的旋轉(zhuǎn)裝置更小和/或更廉價的部件的選擇。這反過來可以導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)裝置需要更小的體積或空間來進行安裝，并且重量更輕且更易于操作。

應(yīng)當(dāng)理解的是，之前的一般性描述和以下的詳細描述均是示例性的并且僅僅為了解釋說明的目的而提供，并不是對所要求保護的主題的限制。本公開內(nèi)容的進一步的特征和對象在以下優(yōu)選實施方式的描述中并根據(jù)所附的權(quán)利要求書將變得完全清楚明白。

附圖說明

在優(yōu)選實施方式的描述中，參考所附的繪制圖像，其中，相同的部分具有相同的參考編號，并且其中：

圖1是具有被布置在轉(zhuǎn)子組件內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部驅(qū)動部和磁力耦合器的裝置的第一實例的剖視圖，該轉(zhuǎn)子組件包括泵的葉輪。

圖2是圖1中示出的轉(zhuǎn)子組件的放大的剖視圖，該轉(zhuǎn)子組件在內(nèi)部邊緣處包括套管(bushing)。

圖3是圖1和2中示出的轉(zhuǎn)子組件的透視分解圖。

圖4是圖1中示出的轉(zhuǎn)子組件和固定罐的大致圓筒部的部分剖切分解圖。

圖5是具有圖1中示出的固定罐的組裝的殼體前部和后部的剖視圖。

圖6是圖5中示出的部件的透視分解圖。

圖7A是移除前殼體的圖1中示出的裝置的剖視圖。

圖7B是圖7A中示出的裝置的剖視圖，該裝置在一個位置具有被部分插入轉(zhuǎn)子組件中的內(nèi)部驅(qū)動部。

圖7C是圖7A中示出的裝置的剖視圖，該裝置具有與轉(zhuǎn)子組件對齊并且準備好供插入的內(nèi)部驅(qū)動部。

圖8A是不同于圖1的實例中示出的可替換的前殼體和單獨的罐端蓋部分的剖視圖。

圖8B是圖8A中示出的部件的透視分解圖，其中前殼體被部分剖切。

圖9A是不同于圖1和8A的實例中示出的進一步可替換的前殼體和單獨的整體(unitary)固定罐的剖視圖。

圖9B是圖9A中示出的部件的透視分解圖，其中前殼體被部分剖切。

圖10A是不同于圖1、8A和9A的實例中示出的另一可替換的前殼體和單獨的罐端蓋部分的剖視圖。

圖10B是圖10A中示出的部件的透視分解圖，其中前殼體被部分剖切。

圖11A是可替換的實例旋轉(zhuǎn)裝置的對圖10A和10B中示出的部件的補充部件的剖視圖，其中內(nèi)部驅(qū)動部與轉(zhuǎn)子組件對齊并且準備好供插入。

圖11B是圖11A中示出的裝置的剖視圖，該裝置在一個位置具有被部分插入轉(zhuǎn)子組件中的內(nèi)部驅(qū)動部。

圖11C是圖11A中示出的裝置的剖視圖，其中內(nèi)部驅(qū)動部被完全插入轉(zhuǎn)子組件中。

應(yīng)當(dāng)理解的是，附圖不是按比例繪制的。雖然具有磁聯(lián)軸器的旋轉(zhuǎn)裝置的一些機械細節(jié)(包括緊固工具的細節(jié)和具體部件的其它平面圖和剖視圖)沒有包括在內(nèi)，這樣的細節(jié)被充分考慮在本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本公開內(nèi)容的理解范圍內(nèi)。還應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不局限于所示出的示例性實施方式。

具體實施方式

主要參看圖1-7C，可以領(lǐng)會的是，其示出了構(gòu)造為泵的旋轉(zhuǎn)裝置10及其組成部分。旋轉(zhuǎn)裝置10包括殼體12，殼體12具有連接至殼體后部16的殼體前部14。該連接可以通過，例如，使用示出為螺紋螺栓的緊固件18而建立，該緊固件18穿過殼體前部14內(nèi)的孔20并且進入殼體后部16內(nèi)的螺紋孔22。殼體前部14還通過使用諸如彈性O(shè)-形環(huán)、或者預(yù)成型的或流體密封墊等等的靜態(tài)密封件24被密封到殼體后部16，該靜態(tài)密封件24被安置在殼體前部14內(nèi)的密封件保持槽(seal retaining well)26中。

殼體12可以由剛性材料構(gòu)成，該剛性材料例如鋼、不銹鋼、鑄鐵或其它金屬材料、或者結(jié)構(gòu)塑料等等。然而，可以領(lǐng)會的是，殼體12和接觸將流經(jīng)泵的流體的所有表面可以呈現(xiàn)非金屬表面，例如通過使用非金屬涂層的內(nèi)襯或覆層(application)。因此，本公開內(nèi)容的旋轉(zhuǎn)設(shè)備可以具有由特定材料構(gòu)成的內(nèi)表面和/或具有特定的內(nèi)表面，該特定的內(nèi)表面被拋光以容許在微生物生長必須被抑制的衛(wèi)生應(yīng)用環(huán)境下使用該設(shè)備。該實例中的殼體12還包括在殼體前部14中、具有軸向取向的入口28，以及在殼體后部16中、具有徑向取向的出口30，并且該入口28和出口30與殼體12內(nèi)的增壓室(pumping chamber)32相連通。

可旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部驅(qū)動部34被布置在殼體12內(nèi)并且可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線R旋轉(zhuǎn)。內(nèi)部驅(qū)動部34包括內(nèi)部磁環(huán)36。內(nèi)部磁環(huán)36優(yōu)選由碳鋼或其它合適的鐵磁材料構(gòu)成。多個磁體38靠近內(nèi)部驅(qū)動部34的外周界被連接。磁體38是永磁體并且可以是任何構(gòu)造，但優(yōu)選是矩形的并且通過諸如環(huán)氧樹脂或粘合劑的化學(xué)手段被連接至內(nèi)部磁環(huán)36，或者可以通過諸如鉚釘?shù)鹊鹊暮线m的緊固件被連接。

內(nèi)部驅(qū)動部34通過接納示出為螺紋螺栓的緊固件42而被連接至主軸(spindle)或軸外伸部40，該緊固件42穿過內(nèi)部磁環(huán)36中的孔44。緊固件42將卡環(huán)43(retainer ring)接納在其桿上的凹槽中、剛好位于內(nèi)部磁環(huán)36內(nèi)側(cè)。在這種構(gòu)造中，內(nèi)部磁環(huán)36的一端被捕獲在緊固件42的頭部45與卡環(huán)43之間，但是其相對于緊固件42可以自由旋轉(zhuǎn)。緊固件42的螺紋桿被接納在主軸40中的螺紋孔46內(nèi)。主軸40反過來通過使用在主軸40的鍵槽54中軸向布置的鍵52以及軸48的相應(yīng)的鍵槽56而被連接至發(fā)動機50的軸48。另外，固定螺釘58被徑向地布置在主軸40中的螺紋孔60內(nèi)并且接合發(fā)動機的軸48。緊固件42可以被旋轉(zhuǎn)以朝向或遠離主軸40和轉(zhuǎn)子組件70的磁力耦合器而移動內(nèi)部驅(qū)動部34。主軸40優(yōu)選由不銹鋼、鋁或防止在主軸40的安裝或移除期間與磁體74相互作用的其它合適的非鐵磁材料構(gòu)成。

在該實例中，支架或接合器62用于相對于殼體后部16定位發(fā)動機50。這容許殼體后部16由不同于支架62的材料構(gòu)成，例如，這在殼體后部16由不銹鋼構(gòu)成的同時還試圖控制成本時可能是令人滿意的。支架62通過示出為螺紋螺栓的緊固件64被連接至殼體后部16，該緊固件64穿過支架62中的孔66并且進入殼體后部16內(nèi)的螺紋孔68中。

轉(zhuǎn)子組件70被布置在殼體12的增壓腔32內(nèi)并且可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線R旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子組件70包括外部磁環(huán)72，其具有靠近轉(zhuǎn)子組件70的內(nèi)周界連接的多個磁體74。外部磁環(huán)72優(yōu)選由碳鋼或其它合適的鐵磁材料構(gòu)成。與內(nèi)部驅(qū)動部34的磁體38一樣，轉(zhuǎn)子組件70的磁體74是永磁體并且可以是任何構(gòu)造，但優(yōu)選是矩形的并且被排列成交變極性以獲得磁體端部之間更好的磁通量。外部磁環(huán)72和磁體74被布置在通過杯狀保持環(huán)78接合在后部的葉輪76內(nèi)，并且通過包括大致圓筒部82的套管80被向內(nèi)封閉，該大致圓筒部82從轉(zhuǎn)子組件70后部的杯狀保持環(huán)78縱向延伸至前緣84，該前緣84徑向地向外延伸至轉(zhuǎn)子組件70前部的葉輪76內(nèi)側(cè)。轉(zhuǎn)子組件70的這些部件通過諸如環(huán)氧樹脂或粘合劑的化學(xué)手段被結(jié)合在一起，或者可以通過諸如鉚釘?shù)鹊鹊暮线m的緊固件被連接。

固定罐86包護住內(nèi)部驅(qū)動部34以免與殼體中的流體接觸。固定罐86包括大體圓筒部88和單獨的罐端蓋部90。在本旋轉(zhuǎn)裝置10的內(nèi)部驅(qū)動布置中，殼體12和固定罐86的外表面限定了與入口28和出口30相連通的增壓腔32。該大體圓筒部88具有無完整封閉端的相對簡單的構(gòu)造，所以它能夠更簡單地并且由諸如碳化硅、碳石墨或除了鐵磁之外的任何其它合適材料的材料構(gòu)成。該大體圓筒部88包括大致圓筒部分92，該大致圓筒部分92在內(nèi)部驅(qū)動部34的磁體38之間延伸，并且將內(nèi)部驅(qū)動部34的磁體38與轉(zhuǎn)子組件70的磁體74分隔開。該大體圓筒部88還包括在后端的頸部94和在前端徑向地向外延伸的前緣96。

在該實例中，頸部94具有比大致圓筒部分92更小的直徑。頸部94匹配在殼體后部16的中心孔98內(nèi)并且通過靜態(tài)密封件100被密封至殼體后部。類似于殼體前部14與殼體后部16之間的密封件24，密封件100可以由諸如彈性O(shè)-形環(huán)、或者預(yù)成型的或流體密封墊等等的各種材料構(gòu)成，該密封件100被安置在大體圓筒部88的外壁上在直徑從頸部94過渡到大致圓筒部分92的臺階處。

在該實例中，罐端蓋部90與殼體前部14一體成型。在殼體前部14內(nèi)的肋或腿102形式的網(wǎng)部向內(nèi)延伸至半球形的罐端蓋部90。該罐端蓋部90包括定位延伸部104，該定位延伸部104向后延伸以匹配在前緣96的孔106內(nèi)和固定罐86的大體圓筒部88內(nèi)。該罐端蓋部90還具有接納被密封至固定罐86的前緣96的靜態(tài)密封件110的密封件保持槽108。與上述密封件24、100一樣，密封件110可以由諸如彈性O(shè)-形環(huán)、或者預(yù)成型的或流體密封墊等等的各種材料構(gòu)成，該密封件110被安置在密封件保持槽108與前緣96之間。

如可在圖2-4中所見的，套管80包括沿著大致圓筒部82的內(nèi)側(cè)的細長的徑向支承表面112，以及在前緣84的端部的軸向的推力支承表面114。像這樣，轉(zhuǎn)子組件70的套管80具有以下三個目的：包括有接合固定罐86的徑向支承表面、包括有在一個軸向方向上接合固定罐86的軸向支承表面、以及分離或隔離開轉(zhuǎn)子組件70的磁體74以免與殼體12內(nèi)的流體接觸。為了增強沿著徑向支承表面112的流體膜，套管80可以包括緩和部(reliefs)或咬邊116。

固定罐86可以見于圖4，其提供沿著大致圓筒部分92的外表面的細長的徑向支承表面118、以及在前緣96的后表面上的軸向支承表面120。該固定罐86具有以下三個目的：包括有接合轉(zhuǎn)子組件70的徑向支承表面、包括有在軸向方向上接合轉(zhuǎn)子組件70的軸向支承表面、以及分離或隔離開內(nèi)部驅(qū)動部34和它的磁體38以免與增壓室32中的流體接觸，該增壓室32被固定罐86的外側(cè)與殼體12之間的空間所限定。作為位于套管80的徑向支承表面112中的緩和部或咬邊116的可替換結(jié)構(gòu)，緩和部或咬邊可以沿著固定罐86的大致圓筒部分92的外表面在徑向支承表面118中制成。

當(dāng)以圖1-7C中所示實例泵的形式組裝旋轉(zhuǎn)裝置10時，支架62使用緊固件64被連接至殼體后部16，然后支架62對準并連接至發(fā)動機50，例如通過使用緊固件以將部件直接連接在一起或者分別將每個部件連接至諸如底板或其它部件(未示出)的第三安裝部件。該固定罐86然后穿過轉(zhuǎn)子組件70的套管80被滑動。靜態(tài)密封件100然后圍繞頸部94而被安置并且頸部94被插入殼體后部16內(nèi)的中心孔98中。主軸40然后使用鍵52和固定螺釘58被安裝到發(fā)動機50的軸48上。

可以領(lǐng)會的是，主軸40包括外展部(flared portion)119，該外展部119具有比頸部94更大的直徑，并且因此阻礙固定罐86的向前移動。罐86反過來阻礙轉(zhuǎn)子組件70在前緣96的后表面上的軸向支承表面120處的向前移動，反之，當(dāng)插入或移除內(nèi)部驅(qū)動部34時，由于磁體38和74之間的吸引力，轉(zhuǎn)子組件70反而將試圖向前移動。一旦全部部件都被安裝并且轉(zhuǎn)子組件70沒有被磁力偏置以軸向地移動，固定罐86不會干擾外展部119或者轉(zhuǎn)子組件70的自由旋轉(zhuǎn)移動。

對于這一時刻(juncture)的部件組裝示于圖7C中，其中內(nèi)部驅(qū)動部34移動至準備插入固定罐86的大致圓筒部分92中的位置。為了控制內(nèi)部驅(qū)動部34的插入和克服吸引的和阻抗的磁力，緊固件42用于將內(nèi)部驅(qū)動部34移動進入組裝位置。這通過插入緊固件42的螺紋桿穿過內(nèi)部磁環(huán)36中的孔44并且將卡環(huán)43接合至緊固件42上的凹槽中而完成。緊固件42然后被插入到主軸40內(nèi)的螺紋孔46中。緊固件42然后在頭部45處被抓緊并且被轉(zhuǎn)動以推進內(nèi)部驅(qū)動部34，該內(nèi)部驅(qū)動部34被示出處于圖7B中的中間位置并且而后處于圖7A中的完全插入位置。盡管卡環(huán)43抵抗被磁力吸引至轉(zhuǎn)子組件70的內(nèi)部驅(qū)動部34的快速移動，這提供了在使用保護固定罐86的大致圓筒部分92的精確、受控運動來接合或分離磁耦合部件時應(yīng)付強磁力的一種簡單且安全的方法。這在固定罐86的大體圓筒部88使用諸如碳化硅的易碎材料時尤其有益。

作為組裝旋轉(zhuǎn)裝置10的最終步驟，殼體前部14的完整的罐端蓋部90被安裝。由此，在靜態(tài)密封件24處于密封件保持槽26中并且靜態(tài)密封件110處于保持槽108中的狀態(tài)下，殼體前部14進入到特定位置以將罐端蓋部90的定位延伸部104插入到大致圓筒部分92中的孔106中。隨著定位延伸部104被插入到孔106中，殼體前部14中的孔20進入與殼體后部16中的螺紋孔22對準的狀態(tài)。緊固件18然后被用于將殼體前部14拉到殼體后部16，由此壓緊殼體前部14與殼體后部16之間的密封件24，同時也壓緊罐端蓋部90與固定罐86的大體圓筒部88的前緣96之間的密封件100。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)裝置10被完全組裝時，內(nèi)部驅(qū)動部34上的磁體38與轉(zhuǎn)子組件70的磁體74緊密靠近并且軸向?qū)?，但通過固定罐86的相對薄壁的大致圓筒部分92與轉(zhuǎn)子組件70的磁體74分隔開。當(dāng)驅(qū)動發(fā)動機50的軸48旋轉(zhuǎn)時，它引起內(nèi)部磁體38旋轉(zhuǎn)，其通過與外部磁體74一起的磁力耦合器引起轉(zhuǎn)子組件70及其葉輪76旋轉(zhuǎn)。葉輪76的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由殼體前部14的前端處的軸向入口28將流體抽吸到殼體12中并且經(jīng)由殼體后部16的側(cè)部中的徑向出口30排出流體。套管80處在內(nèi)部驅(qū)動部34與轉(zhuǎn)子組件70之間的緊湊的驅(qū)動構(gòu)造還允許更短、更具空間效率且重量更輕的驅(qū)動和旋轉(zhuǎn)裝置安裝。

這一結(jié)構(gòu)還有利地提供了移除殼體前部14以迅速檢查或移除磁性內(nèi)部驅(qū)動部34而無需拆卸主要泵的能力。另外，安裝內(nèi)部驅(qū)動部34的過程可以被反轉(zhuǎn)以實現(xiàn)內(nèi)部驅(qū)動部34與轉(zhuǎn)子組件70的磁力耦合器的受控分離。這通過抓緊緊固件42的頭部45并且轉(zhuǎn)動緊固件42以將緊固件42和內(nèi)部驅(qū)動部34從它們與主軸40的結(jié)合抽出(withdraw)。最終移除緊固件42的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)將內(nèi)部驅(qū)動部34從轉(zhuǎn)子組件70的磁力耦合器移除，隨著緊固件42被抽出而引起內(nèi)部驅(qū)動部34與緊固件42一起軸向移動的處于緊固件42的凹槽中的卡環(huán)43有助于該移除過程。

轉(zhuǎn)到圖8A和8B，第二實例殼體前部130和罐端蓋部132被構(gòu)造成與第一實例的旋轉(zhuǎn)裝置10的其余組件一起使用。第二實例殼體前部130在結(jié)構(gòu)上與第一實例殼體前部14有點類似，具有軸向入口134、用于接納緊固件以連接至殼體后部16的孔136、以及接納靜態(tài)密封件24以密封至殼體后部16的密封件保持槽138。

在第二實例中，固定罐包括作為與殼體前部130分開的單獨部件的罐端蓋部132以及固定罐的大體圓筒部88。相對于前述的第一實例，第二實例的罐端蓋部132也包括類似的定位延伸部140和接納靜態(tài)密封件110的密封件保持槽142。該罐端蓋部132包括接合軸向入口134內(nèi)的槽口146的向前延伸的肋或腿144。具有被接納在槽口146中的肋144的這一構(gòu)造允許殼體前部130和它的定位延伸部140將固定罐軸向地和徑向地定位在旋轉(zhuǎn)裝置的殼體內(nèi)。

這一實例容許罐端蓋部132任選地由與殼體前部130使用的材料不同的材料構(gòu)成，同時還能夠由與固定罐的大體圓筒部88相同或不同的材料構(gòu)成。

轉(zhuǎn)到圖9A和9B，圖解示出了第三實例殼體前部150和可替換的固定罐152。該第三實例殼體前部150在結(jié)構(gòu)上與第一實例殼體前部14有點類似，具有軸向入口154、用于接納緊固件以連接至殼體后部16的孔156、以及接納靜態(tài)密封件24以密封至殼體后部16的密封件保持槽158。

在第三實例中，固定罐152具有整體結(jié)構(gòu)，由此一體成型的單片包括大體圓筒部160和罐端蓋部162。類似于在先的實例，該大體圓筒部160包括大致圓筒部分164和在固定罐152的后部的頸部166。固定罐152和殼體前部150被構(gòu)造成與第一實例的旋轉(zhuǎn)裝置10的其余組件一起使用。

在可替換的第三實例中，固定罐152可以由與殼體前部150不同的材料構(gòu)成。該罐端蓋部162包括將通過肋或腿172被一體連接至殼體前部150的凸出部170接納在殼體前部150內(nèi)的凹部168。匹配在凹部168內(nèi)的凸出部170允許殼體前部150將固定罐152軸向地和徑向地定位在旋轉(zhuǎn)裝置的殼體內(nèi)。

轉(zhuǎn)到圖10A和10B，第四實例殼體前部176和罐端蓋部178被構(gòu)造成與第一實例的旋轉(zhuǎn)裝置10的其余組件一起使用。該第四實例殼體前部176在結(jié)構(gòu)上與第一實例殼體前部14有點類似，具有軸向入口180、用于接納緊固件以連接至殼體后部16的孔182、以及接納靜態(tài)密封件24以密封至殼體后部16的密封件保持槽184。

在第四實例中，固定罐包括作為與殼體前部176分開的單獨部件的罐端蓋部178以及固定罐的大體圓筒部88。相對于前述的第一實例，第四實例的罐端蓋部178也包括類似的定位延伸部185和接納靜態(tài)密封件110的密封件保持槽186。該罐端蓋部178包括被接合在前凸緣190中的向前延伸的肋或腿188，該前凸緣190被連接至殼體前部176的前端并且包括軸向入口192。該前凸緣190包括孔194，同時殼體前部176包括螺紋孔196，諸如螺紋螺栓的緊固件198穿過孔194并且被螺紋接納在螺紋孔196中。具有被連接至前凸緣190的肋188的這一構(gòu)造允許殼體前部176和它的定位延伸部184將固定罐軸向地和徑向地定位在旋轉(zhuǎn)裝置的殼體內(nèi)。

這一第四實例容許罐端蓋部178任選地由與殼體前部176使用的材料不同的材料構(gòu)成，同時還能夠由與固定罐的大體圓筒部88相同或不同的材料構(gòu)成。每個實例均包括具有接合固定罐的套管的轉(zhuǎn)子組件，這些部件中的每一個具有與如針對圖1-7C的第一實例實施方式所描述的相同的三個目的。

圖7A-7C的系列在上文被描述為關(guān)于第一實例實施方式、和在殼體前部14移除的情況下它的內(nèi)部驅(qū)動部34如何被進入、以及使用緊固件42以受控的方式被安裝。在一個類似的方式中，圖11A-11C可被示出以領(lǐng)會在圖10A和10B中示出的殼體前部176被安裝的同時如何檢查、安裝或移除第四實例的內(nèi)部驅(qū)動部200。

在第四實例中，內(nèi)部驅(qū)動部200包括具有永磁體204的內(nèi)部磁環(huán)202。該內(nèi)部磁環(huán)202具有中心孔206和一對間隔開的孔208。該內(nèi)部驅(qū)動部200被構(gòu)造成連接至包括中心螺紋孔212和一對間隔開的螺紋孔214的可替換的主軸210。細長的螺紋緊固件216可以被插入到中心螺紋孔212中，該中心螺紋孔212可進入以旋轉(zhuǎn)穿過內(nèi)部磁環(huán)202的前端中的中心孔206從而相對于主軸210推進或縮回內(nèi)部驅(qū)動部200。這可以在觀看圖11A和11B時和通過理解以下內(nèi)容而被領(lǐng)會，圖11A和11B示出了處于圖11A中的初始接合位置和而后處于圖11B中的安裝的中間位置的內(nèi)部驅(qū)動部200，該理解的內(nèi)容為緊固件216充當(dāng)用于控制內(nèi)部驅(qū)動部200與主軸210的分離以抵抗內(nèi)部驅(qū)動部200與轉(zhuǎn)子組件70之間的磁引力的起重螺釘。

當(dāng)內(nèi)部驅(qū)動部200相對靠近主軸210時，一對緊固件218可以被插入穿過內(nèi)部磁環(huán)202中的孔208并且進入間隔開的螺紋孔214中。該對緊固件218以及其余的殼體后部16、發(fā)動機50、支架62和轉(zhuǎn)子組件70在圖11C中示出被完全安裝，該殼體后部16、發(fā)動機50、支架62和轉(zhuǎn)子組件70可以與圖1-7C中示出的第一實例旋轉(zhuǎn)裝置10相同的方式構(gòu)成?？梢灶I(lǐng)會的是，該實例旋轉(zhuǎn)裝置的組裝會按照與前述相同的順序進行，但罐端蓋部178和它的前凸緣190以及靜態(tài)密封件110可以最后安裝、或者可以被連接至殼體前部176，殼體前部176和它的靜態(tài)密封件24然后被最后安裝。

當(dāng)?shù)谒膶嵗男D(zhuǎn)裝置被完全組裝時，內(nèi)部驅(qū)動部200上的磁體204與轉(zhuǎn)子組件70的磁體74緊密靠近并且軸向?qū)?，但通過固定罐86的相對薄壁的大致圓筒部分92與轉(zhuǎn)子組件70的磁體74分隔開。當(dāng)驅(qū)動發(fā)動機50的軸48旋轉(zhuǎn)時，它引起內(nèi)部磁體204旋轉(zhuǎn)，其通過與外部磁體74一起的磁力耦合器引起轉(zhuǎn)子組件70及其葉輪76旋轉(zhuǎn)。葉輪76的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由殼體前部176的前端處的軸向入口180和罐端部178的前凸緣190中的軸向入口192將流體引入到殼體12中，并且經(jīng)由殼體后部16的側(cè)部中的徑向出口30排出流體。與第一實例一樣，套管80處在內(nèi)部驅(qū)動部200與轉(zhuǎn)子組件70之間的第四旋轉(zhuǎn)裝置的緊湊的驅(qū)動構(gòu)造還允許更短、更具空間效率且重量更輕的驅(qū)動和旋轉(zhuǎn)裝置安裝。

通過以上公開內(nèi)容，可以清楚明白的是，根據(jù)本公開內(nèi)容構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)裝置可以包括相對于常規(guī)構(gòu)造提供許多優(yōu)勢的多個結(jié)構(gòu)性方面。根據(jù)所選擇的特定設(shè)計，本文所示出的實例泵可以顯示出上面提到的可能優(yōu)勢中的一個或多個。

可以領(lǐng)會的是，根據(jù)本公開內(nèi)容構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)裝置可以各種構(gòu)造提供。可以使用任何的各種對于部件合適的結(jié)構(gòu)材料、構(gòu)造、形狀和尺寸以及連接部件的方法以滿足最終用戶的特定需要和要求。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說清楚明白的是，在不脫離所要求保護的主題的范圍和精神的條件下在這種旋轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計和結(jié)構(gòu)中可以做出各種修改，并且權(quán)利要求并不局限于本文所圖解示出的優(yōu)選實施方式。還可以領(lǐng)會的是，示例性實施方式以簡化形式示出，從而把重點放在關(guān)鍵部件上并且避免包括對本公開內(nèi)容非必須的并且會使附圖過于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。