CN113629974A - 具有抵消力的气隙磁耦合器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具有抵消力的气隙磁耦合器，其中磁耦合组件包括第一平衡磁体和跨过间隙的第二平衡磁体，第一平衡磁体定位并且环绕驱动磁体，第二平衡磁体定位并且环绕从动磁体。驱动磁体在转动时驱动从动磁体转动。平衡磁体生成抵消由驱动磁体和从动磁体生成的吸引力的排斥力。该组件可以用于泵中，以将电机轴无接触地耦合到泵轴。该组件的从动侧可以被气密密封，比如利用在间隙中插入的液晶聚合物边界等。

Description

具有抵消力的气隙磁耦合器

技术领域

本发明涉及一种气隙磁耦合器，其特别是配置为呈现对生成在磁耦合器的驱动侧与从动侧之间的吸引力的抵消。本发明还涉及其中可以设置该磁耦合器的组件，比如泵组件。

背景技术

在各种应用中利用轴耦合器来从一个轴(驱动轴)向另一个轴(从动轴)传输动力(特别是传递扭矩)。作为一般的示例，轴耦合器可以将原动机(例如，电动机)耦合到装置或机械的转动部件(转子)，由此利用原动机所供应或生成的动力来驱动转子转动。各种类型的泵(例如，涡旋泵、回转滑片泵、齿轮泵、螺杆泵、罗茨泵、爪式泵等)具有需要这种动力的一个或多个泵转子。

许多泵送应用需要将泵部件与泵外部的外界环境气密密封(即以流体密闭或无泄漏的方式隔离)。特别是，轴耦合器的从动侧以及作用在工作流体(被泵送的液体或气体)上的泵送部件可能需要留存在气密密封包络的界限内。氦气再循环是需要气密真空泵的一个示例。本领域技术人员意识到，气密性具有由1)泄漏率和2)渗透率限定的两个组成部分。在使用氦气或其他轻气体的系统中，系统的气密性通常由轻气体对系统中的密封O型环和任何聚合物屏障的渗透率来主导。通常，在轻气体应用中，渗透率可以是比泄漏率更大的若干数量级，需要选择具有低渗透率的特殊密封和屏障材料。气密泵可能需要控制泵内部的流体压力(比如在真空泵情况下的期望真空水平)和/或防止比如由于润滑剂泄漏、固体颗粒和/或来自泵的工作流体等导致的污染。用于实现气密泵的已知部件显著增加了成本。示例包括磁(轴)耦合器、涡旋式压缩机或真空泵情况下的绕动波纹管、封闭电机和磁流体密封件。期望为气密泵提供比当前已知的成本更低的解决方案，并且其对于系统气体和外界气体二者在低泄漏率和低渗透率方面均具有潜力。

此外，许多类型的轴耦合器是机械轴耦合器。即，其在驱动(例如，电机)侧上的耦合部件与从动(例如，泵头)侧上的耦合部件之间需要直接的物理连接。这种轴耦合器在用于气密泵时存在问题，因为轴耦合器的一部分必须物理交叉或穿过泵的气密屏障。这种布置需要特殊的轴密封件(特别是在从动侧上)来维持气密屏障的完整性。然而，这种轴密封件的性能可能是不可靠的，其需要维护，并且其可能具有有限的使用寿命。

作为对侵入式机械轴耦合器的替代，可以利用磁耦合器。磁耦合器包括由气隙来分离的一个或多个驱动磁体以及一个或多个从动磁体，从而在驱动磁体与从动磁体之间的气隙中建立磁场。以已知的方式利用相关联的磁力来将扭矩从驱动轴传递到从动轴，而在磁耦合器的驱动侧与从动侧之间无接触。这种构造使得能够在驱动侧与从动侧之间的气隙中定位分离壁。如果分离壁由具有对于系统中的工作流体和外界气体两者低渗透率的材料制成，则分离壁可以形成用于气密泵的气密屏障。金属材料可能似乎是对于屏障材料的明显选择，除了在磁耦合器的情况下导电材料是不利的事实。特别地，导电材料将会导致过多的动力损失和由导体屏障材料中的时变磁场所生成的涡流在气隙区域中的气密屏障材料中引起的热量积聚。因此关键是，磁耦合器的气隙区域中的气密屏障材料是不导电、低成本的材料，其还抗渗透，尤其是对于轻气体，比如氦气和氢气等。气密屏障材料也将需要抗水、氮气和氧气的渗透，以避免渗透到系统中的大气气体污染系统。屏障材料的另外的需要是其具有足够的结构模量、屈服强度和低蠕变率，以防止由屏障材料上的压力差所引起的过大挠曲或结构失效。因此期望提供一种特殊的屏障材料，其满足这些潜在矛盾的要求(例如，低渗透、低成本、不导电、高弹性模量、高屈曲强度和低蠕变率)中的一种或多种，并且优选地满足全部。

作为其他的优点，磁耦合器可以消除对上述的轴密封件的需要。而且，磁耦合器固有地限制扭矩，因为其不会传递比某一最大值(“拉出”扭矩)更大的扭矩，并且因此提供对于过载情况的自保护。此外，磁耦合器允许对于驱动轴与从动轴之间的不对准的可观量的容差。

具有径向构造的磁耦合器已经得到利用。径向磁耦合器包括同轴地环绕环形内磁体的环形外磁体。两个磁体都围绕磁耦合器的中心轴线转动，其中一个驱动另一个转动。相应地，磁体之间的气隙是圆柱形的并且与中心轴线平行。径向耦合器已经设置于齿轮泵和回转滑片泵。这些构造的示例分别在美国专利号4,111,614和7,425,121中公开，其全部内容通过引用并入本文。然而，与轴向构造(以下描述)相比，径向构造可能增加泵的复杂性和成本，并且具有更大的气密屏障。更大的气密屏障通常在径向气隙区域中需要附加的表面积，这相较于轴向气隙耦合器增加了渗透率，并且由于在组装工艺期间一个耦合器部件易于以大吸引力来吸引另一个耦合器部件而造成组装复杂性。

具有轴向构造的磁耦合器也已经得到利用。在轴向磁耦合器中，一组驱动磁体和一组从动磁体围绕公共转动轴线布置，并且由轴向气隙分离。这些构造的示例在以下文献中得到公开：Lubin等,“用于轴向磁耦合器的力和扭矩的简单解析式”，IEEE能量转换学报，电气与电子工程师学会，2012，第11页，10.1109/TEC.2012.2183372.hal-00673920；Lubin等，“稳态和瞬态工况下轴向磁耦合器的实验和理论分析”，IEEE工业电子学报，电气与电子工程师学会，2014，61(8)，第9页，10.1109/TIE.2013.2266087.hal-00833962；Jang等，“基于3D分析方法对采用海尔贝克阵列的轴向磁通型非接触永磁体装置的扭矩特性分析和测量”，AIP进展7，056647(2017)，doi.org/10.1063/1.4974494；和Jang等，“使用三维有限元法针对考虑减少涡流损失的最佳性能的具有海尔贝克磁体阵列的轴向磁通型永磁耦合器的设计”，国际工程与技术杂志，7(3.34)(2018)184-187；其中每一个的全部内容均通过引用并入本文。相较于径向磁耦合器，轴向气隙磁耦合器可以潜在地带来更简单并且成本更低的解决方案。然而，已知设计的轴向磁耦合器产生了显著的轴向力。在比如泵等的典型应用中，这种轴向力必须由与向载荷(例如，泵头)传递机动动力相关联的系统轴承(比如电机轴承和泵轴轴承)来进行反应。然而，通常设置的轴承并非设计来承受由轴向磁耦合器生成的大轴向力。因此，将轴向磁耦合器并入典型应用中将会需要非标准部件来适应这种轴向力，并且从而抵消了可以通过利用轴向磁耦合器来实现的成本减小。

鉴于上述内容，一直需要改进的磁耦合器以及磁耦合器对泵送应用的实施方式。

发明内容

为了整体或部分地解决上述问题和/或本领域技术人员已经观察到的其他问题，本公开提供了如以下在实施方式中通过示例的方式描述的方法、工艺、系统、设备、仪器和/或装置。

根据一个实施例，一种磁耦合组件包括：驱动轴，其能够在驱动轴线上转动；从动轴，其能够在驱动轴线上转动；驱动磁体组件，其耦合到驱动轴并且能够随其转动，驱动磁体组件包括定位在驱动轴线上的第一平衡磁体和与第一平衡磁体同轴地定位的驱动磁体；和从动磁体组件，其耦合到从动轴并且能够随其转动，从动磁体组件包括设置在驱动轴线上的第二平衡磁体和与第二平衡磁体同轴地定位的从动磁体，其中：驱动磁体组件与从动磁体组件通过轴向间隙间隔开，其中第一平衡磁体跨过轴向间隙面对第二平衡磁体，并且驱动磁体跨过轴向间隙面对从动磁体；驱动磁体和从动磁体配置为响应于驱动磁体的转动而驱动从动磁体的转动，并且在驱动磁体与从动磁体之间生成切向驱动力和轴向吸引力；并且第一平衡磁体和第二平衡磁体配置为在第一平衡磁体与第二平衡磁体之间生成抵消轴向吸引力的轴向排斥力。

根据一个实施例，一种磁耦合组件，包括：驱动轴，其能够在驱动轴线上转动；从动轴，其能够在驱动轴线上转动；驱动磁体组件，其耦合到驱动轴并且能够随其转动；从动磁体组件，其耦合到从动轴并且能够随其转动，其中：驱动磁体组件与从动磁体组件通过间隙间隔开；并且驱动磁体组件和从动磁体组件配置为响应于驱动磁体组件的转动而驱动从动磁体组件的转动；和结构边界，其设置在驱动磁体组件与从动磁体组件之间的间隙中，其中，该结构边界由液晶聚合物构成。在实施例中，结构边界至少部分地封装从动磁体组件。

在实施例中，驱动磁体组件包括第一平衡磁体，从动磁体组件包括第二平衡磁体，并且第一平衡磁体和第二平衡磁体配置为在第一平衡磁体与第二平衡磁体之间生成平衡吸引力的排斥力。在另一实施例中，驱动磁体组件包括围绕驱动轴线彼此周向间隔开并且环绕第一平衡磁体的多个驱动磁体，并且从动磁体组件包括围绕驱动轴线彼此周向间隔开并且环绕第二平衡磁体的多个从动磁体。

在实施例中，该间隙是轴向间隙，并且驱动磁体组件和从动磁体组件配置为生成作为轴向吸引力的吸引力。在另一实施例中，该间隙是相对于驱动轴线的径向间隙，并且驱动磁体组件和从动磁体组件配置为生成作为径向吸引力的吸引力。

在实施例中，驱动磁体组件包括围绕驱动轴线彼此周向间隔开的多个驱动磁体，并且从动磁体组件包括围绕驱动轴线彼此周向间隔开的多个从动磁体。

根据另一实施例，一种泵组件包括：根据本文所述的实施例中的任一个的磁耦合组件；泵头，其包括流体入口和流体出口；和泵送级，其设置在泵头中并且与流体入口及流体出口连通，该泵送级包括与从动轴连通并且随其转动的泵转子，其中，驱动轴的转动经由磁耦合组件驱动泵转子的转动，并且泵送级配置为响应于泵转子的转动将流体从流体入口泵送到流体出口。

根据另一实施例，一种用于运行磁耦合组件的方法包括：提供具有驱动磁体组件和从动磁体组件的磁耦合组件，驱动磁体组件和从动磁体组件沿着驱动轴线通过轴向间隙彼此间隔开，其中，驱动磁体组件和从动磁体组件通过磁耦合耦合，并且生成跨过轴向间隙的切向驱动力和轴向吸引力；使驱动磁体组件围绕驱动轴线转动，以经由磁耦合驱动从动磁体组件围绕驱动轴线转动；和通过在驱动磁体组件与从动磁体组件之间生成轴向排斥力来平衡轴向吸引力。

根据另一实施例，一种用于泵送流体的方法包括：运行根据本文描述的实施例中的任一个的磁耦合组件，其中：泵送级的泵转子与从动轴连通；并且磁耦合组件的运行驱动泵转子的转动，使得流体从流体入口流动通过泵送级，并且到达流体出口。

根据前述实施例中的任一个，结构边界可以设置在驱动磁体组件与从动磁体组件之间的轴向间隙中，其中，结构边界由电绝缘材料构成。在实施例中，电绝缘材料是聚合物，比如液晶聚合物，或陶瓷(比如合适的玻璃组合物等)等。

根据前述实施例中的任一个，该壳体可以封装从动磁体组件。在实施例中，该壳体配置为将从动磁体组件与壳体外部的环境流体隔离。在实施例中，该壳体包括或附接到本文所公开的结构边界。在实施例中，该壳体是泵头的一部分或附接到泵头。

根据前述实施例中的任一个，第一平衡磁体可以包括第一内侧面并且在第一内侧面处具有第一极性(例如，北极或南极)，第二平衡磁体可以包括跨过轴向间隙面向第一内侧面的第二内侧面并且在第二内侧面处具有第二极性(例如，北极或南极)，并且第一极性和第二极性是相同的。

根据前述实施例中的任一个，驱动磁体包括多个驱动磁体，多个驱动磁体围绕驱动轴线彼此周向间隔开并且环绕第一平衡磁体，并且从动磁体包括多个从动磁体，多个从动磁体围绕驱动轴线彼此周向间隔开并且环绕第二平衡磁体。

根据前述实施例中的任一个，驱动磁体包括围绕驱动轴线以交替极性周向布置的多个驱动磁体，并且从动磁体包括围绕驱动轴线以交替极性周向布置的多个从动磁体。

或者在前述实施例中的任一个中，驱动磁体包括磁化有围绕驱动轴线以交替极性周向布置的多个偶极子的环形结构，并且从动磁体包括磁化有围绕驱动轴线以交替极性周向布置的多个偶极子的环形结构。

或者在前述实施例中的任一个中，驱动磁体配置为海尔贝克阵列，并且从动磁体配置为海尔贝克阵列。

根据前述实施例中的任一个，泵转子可以与从动轴连通并且能够随其转动。在各种实施例中，泵转子可以是绕动涡旋盘、回转滑片部件、曲柄、凸轮、齿轮、螺杆、罗茨叶或爪。

根据前述实施例中的任一个，泵送级可以是涡旋泵送级、回转滑片泵送级、齿轮泵送级、螺杆压缩机级、罗茨泵送级或爪形泵送级。

根据前述实施例中的任一个，泵转子是涡旋泵送级的一部分并且包括绕动涡旋叶片。泵送级还包括与绕动涡旋叶片嵌套的固定涡旋叶片。绕动涡旋叶片配置为响应于从动轴的转动而相对于固定涡旋叶片以绕动方式运动，以在绕动涡旋叶片与固定涡旋叶片之间创建有效地泵送流体的运动穴腔。

在实施例中，该泵送级还包括曲柄，曲柄相对于从动轴偏心定位，并且配置为响应于从动轴的转动而以绕动方式运动，并且绕动涡旋叶片耦合到曲柄。

根据上述实施例中的任一个，电机配置为驱动驱动轴的转动。

在用于运行磁耦合组件的方法的实施例中，生成轴向排斥力包括为驱动磁体组件提供第一平衡磁体，并且为从动磁体组件提供跨过轴向间隙面对第一平衡磁体的第二平衡磁体。在实施例中，第一平衡磁体和第二平衡磁体定位在驱动轴线上。

在用于运行磁耦合组件的方法的实施例中，驱动磁体组件和从动磁体组件包括本文公开的任何构造。

在用于运行磁耦合组件的方法的实施例中，生成轴向排斥力包括为驱动磁体组件提供由驱动磁体环绕的第一平衡磁体，以及为从动磁体组件提供由从动磁体环绕并且跨过轴向间隙面对第一平衡磁体的第二平衡磁体。

在用于运行磁耦合组件的方法的实施例中，该方法包括在驱动磁体组件与从动磁体组件之间的轴向间隙中插入结构边界，其中，该结构边界由根据本文公开的实施例中的任一个的电绝缘材料构成。

在用于泵送流体的方法的实施例中，磁耦合组件的运行包括运行电机来驱动驱动轴的转动。

通过审阅以下附图和具体实施方式，本发明的其他装置、设备、系统、方法、特征和优点对于本领域的技术人员将是或将变得显而易见。所有这些附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、本发明的范围内，并且由所附权利要求书保护。

附图说明

通过参考以下附图可以更好地理解本发明。附图中的部件不一定是按比例的，重点反而在于说明本发明的原理。在附图中，贯穿不同视图的，相似的附图标记表示对应部分。

图1是根据本公开的实施例的(平衡)轴向磁耦合组件100的示例的示意性截面图。

图2A是根据本公开的实施例的磁体组件的示例的示意性平面图。

图2B是根据本公开的另一实施例的磁体组件的示例的示意性平面图。

图3是根据本公开的另一实施例的外围磁体阵列的示例的示意性平面图。

图4是根据本公开的另一实施例的外围磁体阵列的示例的示意性平面图。

图5是根据本公开的实施例的泵(或泵送)组件的示例的示意图。

图6A是根据本公开的另一实施例的(平衡)轴向磁耦合组件的示例的立体分解图。

图6B是图6A所示的轴向磁耦合组件的另一立体分解图。

图7A是根据本公开的实施例的真空涡旋泵(或泵送)组件的示例的示意图。

图7B是图7A所示的轴向磁耦合组件和泵组件的周围部分的特写视图。

图8是与耦合器不包括平衡磁体的情况相比，在耦合器包括根据本公开的平衡磁体的情况下，作为由轴向磁耦合器生成的完全额定扭矩的百分比(％)的吸引力(以磅、lbs为单位)的曲线图。

具体实施方式

图1是根据本公开的实施例的(本文所定义的“平衡”或“抵消”)轴向磁耦合组件100的示例的示意性截面图。出于参考目的，轴向磁耦合组件100可以被认为是沿着驱动轴线L布置，驱动轴线L对应于轴向磁耦合组件100的转动轴线，并且还可以对应于轴向磁耦合组件100的中心纵向轴线。同样，出于参考目的，图1包括任意定位的笛卡尔(x-y-z)参考系。在该示例中，驱动轴线L对应于z轴，并且与驱动轴线L正交的横向平面对应于x-y平面。在本公开的上下文中，术语“轴向”指的是驱动轴线L或大致平行于驱动轴线L的方向。

轴向磁耦合组件100通常包括驱动(主动式)轴104和从动轴108，两者都能够在驱动轴线L上转动。轴向磁耦合组件100通常还包括驱动(主动式)磁体组件112和从动磁体组件116，驱动磁体组件112耦合到驱动轴104并且从而能够随驱动轴104转动，从动磁体组件116耦合到从动轴108并且从而能够随从动轴108转动。驱动磁体组件112包括驱动磁体120，而从动磁体组件116包括从动磁体124。驱动磁体120和从动磁体124各自可以包括一个或多个不同的磁体。即，驱动磁体120可以包括单个驱动磁体或多个驱动磁体，而从动磁体124可以包括单个从动磁体或多个从动磁体。在本实施例中，驱动磁体组件112包括在横向平面中布置成阵列或图案的多个外围驱动(主动式)磁体120。类似地，从动磁体组件116包括在横向平面中布置成阵列或图案的多个外围从动磁体124。在图1中示出了仅一对完全相对的驱动磁体120和仅一对完全相对的从动磁体124。

根据本公开的一个方面，驱动磁体组件112还包括第一(驱动侧)平衡磁体128，而从动磁体组件116还包括第二(从动侧)平衡磁体132，这两者都居中地定位在驱动轴线L上。驱动磁体120同轴地环绕第一平衡磁体128，而从动磁体124同轴地环绕第二平衡磁体132。第一平衡磁体128和第二平衡磁体132在下面进一步描述。

在实施例中，驱动磁体120、从动磁体124、第一平衡磁体128和第二平衡磁体132是永磁体。因此，这些磁体可以例如由合适的合金构成，比如(永久磁化的)钕(即，主要与铁和硼合金化的钕)、铝镍钴(即，主要与铝、镍和钴合金化的铁)、硬铁氧体(即，含氧化铁陶瓷)等。

驱动磁体组件112还可以包括驱动磁体支撑结构136。驱动磁体支撑结构136配置为将驱动磁体组件112耦合到驱动轴104，并且支撑和固定驱动磁体120和第一平衡磁体128相对于彼此和相对于驱动轴线L的位置。因此，驱动磁体120安装到(例如，附接到、固定到或以其他方式容留或保持)驱动磁体支撑结构136，并且从而耦合到驱动轴104并且能够围绕驱动轴104转动。类似地，从动磁体组件116还可以包括从动磁体支撑结构140。从动磁体支撑结构140配置为将从动磁体组件116耦合到从动轴108，并且支撑和固定从动磁体124和第二平衡磁体132相对于彼此和相对于驱动轴线L的位置。因此，从动磁体124安装到(例如，附接到、固定到或以其他方式容留或保持)从动磁体支撑结构140，并且从而耦合到从动轴108并且能够围绕从动轴108转动。为了所有这些目的，驱动磁体支撑结构136和从动磁体支撑结构140都可以根据需要包括一个或多个结构部件。此外，根据各种磁体的构造，驱动磁体支撑结构136和从动磁体支撑结构140的全部或部分可以用作磁轭或可磁化轭，以完成对应磁体的磁通量的回路。例如，驱动磁体支撑结构136和从动磁体支撑结构140的全部或部分可以由比如软铁、镍、钴等的铁磁材料及其某些合金构成。

驱动磁体组件112和从动磁体组件116以轴向间隙144，例如空气间隙彼此间隔开(沿着驱动轴线L)。驱动磁体120的阵列和从动磁体124的阵列跨过轴向间隙144彼此面对。同样地，第一平衡磁体128和第二平衡磁体132跨过轴向间隙144彼此面对。具体地，驱动磁体120具有面对轴向间隙144的(第一)内侧面148，从动磁体124具有面对轴向间隙144并且面对驱动磁体120的(第二)内侧面152，第一平衡磁体128具有面对轴向间隙144的(第一)内侧面156，而第二平衡磁体132具有面对轴向间隙144并且面对第一平衡磁体128的(第二)内侧面160。

图2A是根据实施例的磁体组件212的示例的示意性平面图。磁体组件212包括定位在驱动(中心)轴线上的平衡磁体228以及围绕驱动轴线(与驱动轴线相距径向距离)彼此周向间隔开并且同轴地环绕平衡磁体228的多个外围磁体220。平衡磁体228和外围磁体220安装到适当配置的磁体支撑结构236并且由其支撑，磁体支撑结构236可以耦合到轴以随轴转动。为了提供平衡且均匀的(并且转动对称的)磁场和轴向力，外围磁体220全部具有相同的尺寸、形状和相对于彼此的位置。关于后者，外围磁体220以相等的距离和相对于驱动轴线的相同角取向彼此周向间隔开，并且与驱动轴线以及因此与位于中心的平衡磁体228以相等的距离径向间隔开。通常，外围磁体220可以具有任何(优选为对称的)形状，其可以为圆形、多边形或具有圆形和多边形(例如，直边特征)的组合。在所示的实施例中，仅作为示例，外围磁体220具有跑道形状。

图2A特别地是磁体组件212的内侧或间隙侧(即，当组装为轴向磁耦合器的一部分时面对轴向间隙的一侧)的平面图，因此示出了外围磁体220的内侧面248和平衡磁体228的内侧面256。在实施例中，外围磁体220和平衡磁体228配置(例如，磁化)为北-南(N-S)磁偶极子。外围磁体220和平衡磁体228定向成使得北极和南极位于内侧面248和256上以及轴向相对的外侧面上。

通过这种配置，磁通量被引导轴向地穿过外围磁体220和平衡磁体228的厚度(即，在穿过示图纸面的z方向上)。如图所示，外围磁体220围绕驱动轴线以交替极性周向布置。因此，对于每个外围磁体220，内侧面248处的极性(例如，N)相反于与该外围磁体220相邻的外围磁体220的内侧面248处的极性(例如，S)。

作为替代，图2B是根据另一实施例的磁体组合件213的示例的示意性平面图。磁体组件213包括定位在驱动(中心)轴线上的平衡磁体228和外围磁体221。平衡磁体228和外围磁体221可以安装到适当配置的磁体支撑结构236并且由其支撑，磁体支撑结构236可以耦合到轴以随轴转动。在该实施例中，外围磁体221(作为驱动磁体或从动磁体)可以实现为定位在距驱动轴线一定径向距离处并且同轴地环绕平衡磁体228的单个(连续的、邻接的、整体的、单片的等)环形(即，圆环环形或圆圈形)磁体，而非多个磁体的阵列。如本领域技术人员所理解的，这样的环形结构可以磁化有平行于驱动轴线的具有交替极性的多个周向布置的磁(北-南)偶极子。在该实施例中，支撑结构236和外围磁体221可以组合成单个部件。同样地，平衡磁体256也可以组合到该单个部件。

在实施例中，磁体组件212或213代表图1所示的驱动磁体组件112和从动磁体组件116两者。即，驱动磁体组件112和从动磁体组件116可以具有相同的构造，或者可以是彼此的镜像。在这样的实施例中，外围磁体220或221代表驱动磁体120和从动磁体124两者。另外，平衡磁体228代表第一平衡磁体128和第二平衡磁体132两者。替代地，驱动磁体组件112或从动磁体组件116中的一者可以具有如图2A所示的多磁体构造，而另一者具有如图2B所示的单磁体构造。

驱动磁体组件112和从动磁体组件116、特别是驱动磁体120的阵列和从动磁体124的阵列配置为响应于驱动磁体组件112(以及因此驱动磁体120)的转动而驱动从动磁体组件116(以及因此从动磁体124)的转动。上面结合图1和图2描述了这种构造的示例。实际上，轴向磁耦合组件100安装(耦合)在比如电机(例如电动机)等的原动机或源动力或转动动力与比如转子等的消耗转动动力的载荷(例如作为泵送机构的一部分)之间。在这种情况下，驱动轴104是(或耦合到)电机轴，而从动轴108是(或耦合到)转子。在驱动轴104转动时(例如，由电机提供动力)，驱动磁体组件112随驱动轴104转动。由于在驱动磁体120与从动磁体124之间跨过轴向间隙144建立的非接触式磁耦合，驱动磁体组件112的转动驱动(或引起)从动磁体组件116的转动。从动磁体组件116的转动从而使耦合至从动磁体组件116的从动轴108转动，并且因此驱动耦合至从动轴108的转子或其他载荷的转动。

由磁耦合器引起的转动是由围绕驱动轴线L的从动耦合组件116相对于驱动耦合组件112的相对角位移d引起的。该相对角位移d导致围绕驱动轴线L从驱动耦合器的驱动磁体120到从动耦合器的从动磁体124的切向驱动力Ft(如图2A所示)，从而导致驱动扭矩T。因此，当驱动磁体120(在横向平面或xy平面中)在某一(顺时针或逆时针)方向上转动时，驱动磁体120拉动或拖动从动磁体124在相同方向上转动。当该相对角位移d增加时，驱动扭矩T增加，但仅增加到驱动扭矩达到由磁耦合器的设计参数(即，直径、气隙、极对数、磁强度等)规定的最大值Tmax(即，“拉出扭矩”)的点。如果超过了磁耦合器100的“拉出扭矩”，则磁耦合器100将滑入异步模式，并且可能需要磁耦合器100所耦合的泵停止并且重新启动，以用于磁耦合器100的正确接合和同步运行。随着有利的驱动扭矩T，存在跨过驱动磁体120与从动磁体124之间的轴向间隙144的轴向吸引力FA，其随着相对角位移d的增加而减小。例如，图1通过箭头164示出了分别在两个驱动磁体120的内侧面148处的北极与两个对应的从动磁体124的内侧面152处的南极之间的轴向吸引力。同样地，在其他驱动磁体120的内侧面148处的南极和其他从动磁体124的内侧面152处的北极之间生成在箭头164方向上的轴向吸引力。通常，在完全载荷运行直到“拉出扭矩”的情况下，这种不期望的轴向吸引力FA仍然是最大轴向吸引力FAmax(即，当相对角位移d为零时的轴向力)的相对大的部分。

图8示出了发明人通过实验确定的有利的驱动扭矩T与不期望的轴向力FA之间的关系。如本领域技术人员所理解的，驱动扭矩T和轴向吸引力FA也可以由磁B场和在包含驱动或从动耦合器的封闭表面上所产生的麦克斯韦应力张量的积分从理论上来计算(相对角位移d的函数)。该理论表明，需要存在由相对角位移d引起的围绕驱动轴线L的气隙中的磁B场的螺旋扭曲，以便在驱动与从动耦合器之间生成驱动扭矩。图8中的阴影区域对应于涡旋真空泵的典型运行范围。显然，通过本教导实现的抵消能够显著地减小轴向力。力减小到泵送系统的相关轴承可以对轴向力作出反应而不会显著损失寿命的程度。轴承寿命通常与载荷的大致立方成反比。因此，即使轴承载荷减少2倍(如图8所示)，也可能导致轴承寿命增加8倍。

如在背景技术部分中所述，根据给定轴向磁耦合组件100中的驱动磁体120和从动磁体124的物理尺寸和磁强度(或通量密度)，在驱动磁体组件112和从动磁体组件116之间生成的轴向吸引力可以较大。轴向磁耦合组件100在其中运行的系统必须能够通过部署比如轴承(例如，轴向推力轴承、设计为反作用于轴向力的滚柱轴承、衬套等)等的合适的承载部件来支撑这些大的轴向吸引力。根据本公开的一个方面，第一平衡磁体128和第二平衡磁体132设置成通过产生同轴的、抵消的轴向排斥力来抵消轴向吸引力，如图1中的箭头168所示。即，第一平衡磁体128和第二平衡磁体132配置为在第一平衡磁体128与第二平衡磁体132之间生成轴向排斥力。轴向排斥力有效地抵消存在于轴向磁耦合组件100中和/或由轴向磁耦合组件100产生的轴向吸引力。根据实施例，轴向排斥力可以足够大以完全平衡轴向吸引力，并且从而有效地将在运行中由轴向磁耦合组件100产生的净轴向力清零，或者至少部分地平衡轴向吸引力并且从而有效地减小在运行中由轴向磁耦合组件100产生的净轴向力。在任一情况下，由第一平衡磁体128和第二平衡磁体132提供的抵消轴向排斥力是有利的，因为其减小了需要由与轴向磁耦合组件100相关联的系统承受的轴向载荷，从而避免了对昂贵和/或复杂的承载部件的任何要求。

因此，在本公开的上下文中，术语“抵消”(或甚至术语“平衡”)包括向轴向吸引力提供抵消或相反的力，该抵消或相反的力有效地使轴向吸引力部分平衡(并且如果需要的话显著地部分平衡)或完全平衡轴向吸引力，从而减小(并且如果需要，显著减小)或消除在运行中由轴向磁耦合组件100产生的净轴向力。因此，根据实施例，抵消轴向排斥力可以小于、等于或大于由第一平衡磁体128和第二平衡磁体132抵消或对抗的轴向吸引力。图8(如上所述)示出了在有和没有中心平衡磁铁的情况下，相对于耦合器最大驱动扭矩(即“拉出扭矩”)的百分比的轴向载荷的典型减少量。

如上所述，在图1和图2所示的实施例中，第一平衡磁体128和第二平衡磁体132具有磁偶极子构造，其中磁场线穿过第一平衡磁体128和第二平衡磁体132的轴向厚度。在这种情况下，第一平衡磁体128和第二平衡磁体132定向为使得第一平衡磁体128在其内侧面156处的极性与第二平衡磁体132在其内侧面160处的极性相同，从而生成第一平衡磁体128与第二平衡磁体132之间的跨过轴向间隙144的轴向排斥力。因此，在图示的示例中，第一平衡磁体128和第二平衡磁体132各自的北极跨过轴向间隙144彼此面对。作为替代，第一平衡磁体128和第二平衡磁体132的取向可以颠倒，使得其各自的南极彼此面对，以生成相同或相似的轴向排斥力。

图3是根据另一实施例的外围磁体320的阵列的示例的示意性平面图。这里，外围磁体320是楔形的，或者成形为截短的扇形。在实施例中，外围磁体320代表驱动磁体120和从动磁体124两者。替代地，如上所述，由外围磁体320的阵列生成的磁场可以通过单个环形(例如，多纳圈形)磁体来实现，所述单个环形磁体磁化有类似数目的在外围间隔开的交替南北偶极子。

图4是根据另一实施例的外围磁体420的阵列的示例的示意性平面图。该实施例与图1-图3中所示的实施例的不同之处在于外围磁体420配置为海尔贝克阵列。海尔贝克阵列是本领域技术人员已知的，因此不需要在此详细描述。简言之，在海尔贝克阵列中，外围磁体420是永磁体，从一个磁体到下一个磁体表现出磁化(或磁通量分布)的空间转动模式。因此，在图4的简化示意图中，在磁体420A中，磁化(以及磁场方向)被导出横向平面(示图纸面所在的平面)之外，如由圆中点符号所描绘的。在磁体420B中磁化具有在一个角度方向上(例如，逆时针)定向或倾斜的分量，如箭头所示。在磁体420C中磁化被引导到横向平面中，如由圆圈中的交叉符号所描绘的。在磁体420D中磁化具有在另一个角方向上(例如，顺时针)定向或倾斜的分量，如箭头所示。这种模式沿阵列的其余部分重复。这种模式导致阵列的一侧具有显著增强的磁场(相对于另一侧)，而阵列的另一侧具有接近零的强度(或几乎被消除)的磁场。在实施例中，可以利用外围磁体420作为驱动磁体120和从动磁体124两者，其中强侧跨过轴向间隙144彼此面对。在某些情况下，海尔贝克阵列可能比图2中所示的更常见的交替极性阵列更可取，例如对于给定的磁铁尺寸，海尔贝克阵列提供更强的磁场(并且期望更强的磁场)，或者，在海尔贝克阵列较弱的一侧可以更简单地设计驱动/从动磁铁组件112/116的支撑或支撑结构。

图5示出了本文公开的主题的系统级或设备级实施方式的一个非限制性示例。具体地，图5是根据实施例的泵(或泵送)组件500的示例的示意图。泵组件500包括根据本文公开的实施例中的任一项的(平衡的)轴向磁耦合组件，例如以上结合图1-图4描述的轴向磁耦合组件100。

泵组件500通常可以包括设置在轴向磁耦合组件100的驱动侧上的合适的电机506以及设置在轴向磁耦合组件100的从动侧上的泵头(组件)510。如上所述，轴向磁耦合组件100以无接触的方式将电机506和泵头510相互耦合。电机506配置为生成转动动力并且将其传递到驱动轴104，驱动轴104是或者耦合到电机506的电机轴。轴向磁耦合组件100配置为经由如上所述的驱动磁体组件112和从动磁体组件116将转动动力从驱动轴104传递到从动轴108，从动轴108是或者耦合到泵头510的泵轴。根据泵头510的类型或构造，从动轴108使泵头510的一个或多个可转动或绕动部件转动或绕动。

电机506通常可以是任何合适的电机，比如电动电机。因此，电机506连接到比如电力输入等的合适动力输入514。

泵头510通常可以包括与泵入口522及泵出口526连通的一个或多个泵送级518。泵入口522示意性地表示一个或多个流体传导部件(管道、通道、腔室、阀等)，其用于向泵送级518供应流体，即，待泵送的工作流体，其根据实施例可以是气体或液体。泵出口526示意性地表示用于将输出的流体传导离开泵送级518的一个或多个流体引导部件(管道、通道、腔室、阀等)。通常，泵入口522与泵送级518的低压侧相关联，而泵出口526与泵送级518的高压侧相关联。通常，对泵头510的类型或构造没有限制。泵头510可以表示用于排空(或抽空)与泵入口522连通的腔室的真空泵，或用于以期望的压力和/或流速加压和/或输送流体的压缩泵。为了所有这些目的，泵送级518通常可以包括一个或多个泵转子530和一个或多个泵定子(或外壳)536。泵转子530耦合到从动轴108并且因此随从动轴108转动或绕动。泵转子530相对于作为固定部件的泵定子(或外壳)536转动或绕动。通常，如本领域技术人员所理解的，泵转子530和泵定子(或壳体)536共同限定一个或多个流体流动路径，工作流体通过该流体流动路径被传导(泵送)通过泵送级518。泵头510通常还包括泵外壳548。如本领域技术人员所理解的，泵定子536和泵外壳548经常被组合或集成(即，作为单个结构或部件)来执行定子和外壳的功能，而不是作为两个或更多个单独的部件。

泵转子530(和对应的泵定子536)的类型或构造取决于实施例。泵转子530的示例包括但不限于，绕动涡旋盘、转动划片部件、曲柄、凸轮、齿轮、螺杆、罗茨转子(例如，叶)和爪，所有这些都是本领域技术人员通常理解的。因此，泵送级518的示例包括但不限于涡旋泵送级、转动划片泵送级、齿轮泵送级、螺杆压缩机级、罗茨泵送级和爪形泵送级，所有这些同样是本领域技术人员通常理解的。

如本领域技术人员所理解的，泵组件500通常可以在轴向磁耦合组件100的驱动侧上具有任何类型和数量的轴承540，并且在轴向磁耦合组件100的从动侧上具有任何类型和数量的轴承544。这些轴承540和544中的至少一些配置(例如，设计和定位)为承受在泵组件500的运行期间生成的轴向力。如本文所述，轴向磁耦合组件100平衡其生成的附加轴向力。因此，轴向磁耦合组件100的使用可以允许在泵组件500中利用相同的轴承540和544(如在更传统的机械耦合设置在电机506和泵头510之间的情况下所利用的)。换句话说，泵组件500可以不需要更大的、特殊的或非标准设计的、或额外的轴承来适应轴向磁耦合组件100的使用。

泵外壳548可以以本领域技术人员所理解的方式构配置。泵外壳548可以表示一个或多个部件(例如，盖、罩、壁等)，其封装泵送级518、泵入口522和泵出口526的至少一部分、泵侧轴承544以及泵头510的其他内部部件。泵外壳548可以包括支撑泵送级518的框架。如上所述，泵定子536的全部或一部分可以与泵外壳548的框架或其他部分一体，或者附接至该框架或其他部分，或者由该框架或其他部分支撑。泵外壳548还可以限定泵入口522和/或泵出口526的一个或多个流体通道。泵外壳548还可以封装和/或限定泵冷却系统，比如风扇和相关的空气通道。

轴向磁耦合组件100的非接触构造允许比如壁、板等的结构边界552定位在驱动磁体组件112与从动磁体组件116之间的轴向间隙144中。优选地，为了避免涡流损耗(这可能是显著的)，结构边界552由电绝缘(非导电)材料构成。用于结构边界552的合适的电绝缘材料的示例包括各种有机聚合物(塑料)和陶瓷(例如玻璃)。在实施例中，结构边界552由液晶聚合物(LCP)或含有LCP的复合物(例如，LCP和比如玻璃纤维等的填料的组合)组成。如本领域技术人员所理解的，LCP是一类经加工形成液晶相的芳族聚合物(例如芳族聚酰胺)。发现由LCP构成的结构边界552对于轴向磁耦合组件100的应用是有利的。LCP材料不传导电流，因此避免了涡流损失。LCP材料还表现出高的结构强度(高模量)，因此能够承受泵送应用中可能遇到的显著的压力差。此外，与其他聚合物相比，LCP材料表现出非常低的气体渗透率。

结合轴向磁耦合组件100的结构边界552的作用取决于实施例。在图5所示的实施例中，泵组件500包括封装轴向磁耦合组件100的从动侧(例如，从动磁体组件116)的壳体556。壳体556可以与泵外壳548一体或附接到泵外壳548。壳体556可以是泵头510的气密屏障或者是泵头510的气密屏障的一部分，泵头510的气密屏障配置为将泵头510的全部或部分与周围环境(泵头510外部的环境)流体隔离。上述结构边界552可以是壳体556或者是壳体556的一部分。

图6A是根据本公开的另一实施例的(平衡)轴向磁耦合组件600的示例的立体分解图。图6B是轴向磁耦合组件600的另一立体分解图。图6A是从载荷侧(例如，泵侧)观察的视图，而图6B是从轴向磁耦合组件600的电机侧观察的视图。在图7B中最佳地示出了组装形式的轴向磁耦合组件600。

轴向磁耦合组件600通常包括配置为耦合到驱动轴(未示出)的驱动磁体组件612以及配置为耦合到从动轴(未示出)的从动磁体组件616。当组装时，如本文所述，驱动磁体组件612和从动磁体组件616通过轴向间隙分隔开。轴向磁耦合组件600还包括插入在驱动磁体组件612与从动磁体组件616之间的轴向间隙中的结构边界652。结构边界652由如本文所述的电绝缘材料构成。在本实施例中，结构边界652以板、碟、盘或帽的形式提供。

如在其他实施例中，驱动磁体组件612包括定位在驱动轴线上的第一(驱动侧)平衡磁体628(图6B)和同轴地环绕第一平衡磁体628的多个外围驱动磁体620。类似地，从动磁体组件616包括第二(从动侧)平衡磁体632和同轴地环绕第二平衡磁体632的多个外围从动磁体624。如本文所述，第一平衡磁体628和第二平衡磁体632跨过轴向间隙彼此面对，并且驱动磁体620和从动磁体624跨过轴向间隙彼此面对。第一平衡磁体628、第二平衡磁体632、驱动磁体620和从动磁体624可以根据本文公开的实施例中的任一个来配置，例如图1-图5所示的实施例中的任一个。

驱动磁体组件612包括驱动磁体支撑结构636。在本实施例中，驱动磁体支撑结构636包括环形驱动(或第一)磁体保持器或容留器672以及环形驱动侧(或第一)毂676。驱动磁体保持器672配置为将驱动磁体620保持(容留、固定等)在其排列位置并且支撑其围绕驱动轴线的转动。为此，在本实施例中，驱动磁体保持器672包括多个驱动磁体容座680，驱动磁体620分别安装在驱动磁体容座680中。驱动磁体保持器672还具有中心孔684以容纳第一平衡磁体628。驱动侧毂676配置为将驱动磁体保持器672与驱动磁体620牢固地耦合到驱动轴。为此，驱动侧毂676具有中心孔692，驱动轴穿过中心孔692。作为说明性示例，驱动侧毂676的中心孔692包括键槽696，键槽696配置为接合驱动轴上的键。驱动侧毂676还可以包括用于接收第一平衡磁体628的中心凹部674。

类似地，从动磁体组件616包括从动磁体支撑结构640。在本实施例中，从动磁体支撑结构640包括从动(或第二)磁体保持器或容留器678和从动侧(或第二)毂782(图7A和图7B)。从动磁体保持器678配置为将从动磁体624保持(容留、固定等)在其排列位置并且支撑其围绕驱动轴线的转动。为此，在本实施例中，从动磁体保持器678包括多个从动磁体容座682，从动磁体624分别安装在从动磁体容座682中。从动磁体保持器678还具有中心孔686以容纳第二平衡磁体632。从动侧毂782配置为将从动磁体保持器678与从动磁体624牢固地耦合到从动轴，如图7B中最佳地示出的。从动侧轮毂782还可以包括用于接收第二平衡磁体632的中心凹部(见图7A和图7B)。

驱动磁体组件612和从动磁体组件616的相应组的部件可以通过任何合适的装置固定在一起，比如在轴向方向上将部件夹紧在一起的螺栓和对应的螺纹孔。如果需要，可以采用额外的手段来将各种磁体固定其各自的容座或凹部中，比如压装、粘合剂等。在另一实施例中，如图所示，结构边界652可以包括在其驱动侧和从动侧的中心凹部以分别至少部分地容纳第一平衡磁体628和第二平衡磁体632。

图7A是根据另一实施例的真空涡旋泵(或泵送)组件700的示例的示意图，作为在此公开的主题的系统级或设备级实施方式的另一非限制性示例。泵组件700包括根据本文公开的实施例中的任一项的(平衡的)轴向磁耦合组件。在所示示例中，泵组件700包括以上结合图6A和图6B描述的轴向磁耦合组件600。图7B是轴向磁耦合组件600和泵组件700的环绕部分的近视图。真空涡旋泵的结构和运行通常为本领域技术人员所理解，因此本文仅简要描述泵组件700及其某些部件，以提供本公开主题的背景。

泵组件700通常包括设置在轴向磁耦合组件600的驱动侧上的电机706以及设置在轴向磁耦合组件600的从动侧上的泵头(组件)710。如上所述，轴向磁耦合组件600分别经由驱动轴704和从动轴708以无接触的方式将电机706和泵头710相互耦合。

泵头710通常可以包括与泵入口722和泵出口726连通的一个或多个泵送级。在本实施例中，泵头710包括第一(或上游)泵送级718A，其与第二(或下游)泵送级718B流体串联(相对于流体流动路径)连通。第一泵送级718A从泵入口722接收(低压)工作流体，压缩该流体，并且将压缩后的流体输出到第二泵送级718B。第二(或下游)泵送级718B进一步压缩流体，并且将(现在甚至更高压力的)流体排放到泵出口726。在该示例中，泵头710的多级压缩机构由绕动板涡旋盘形式的泵转子730、第一固定板涡旋盘形式的第一泵定子736A和第二固定板涡旋盘形式的第二泵定子736B限定。泵转子730(绕动板涡旋盘)插入第一泵定子736A(第一固定板涡旋盘)与第二泵定子736B(第二固定板涡旋盘)之间并相对于其绕动。泵转子730(在其一个轴向侧上)和第一泵定子736A共同限定第一泵送级718A，并且泵转子730(在其相对的轴向侧上)和第二泵定子736B共同限定第二泵送级718B。

泵转子730包括绕动板762，绕动板762在横向平面(与轴向磁耦合组件600的驱动轴线正交的平面，如上所述)中绕动。泵转子730还包括第一绕动涡旋叶片766A和第二绕动涡旋叶片766B，第一绕动涡旋叶片766A从绕动板762朝向第一泵定子736A轴向延伸(或突出)，第二绕动涡旋叶片766B在相反方向上从绕动板762朝向第二泵定子736B轴向延伸(或突出)。第一泵定子736A包括第一固定板770A和第一固定涡旋叶片774A，第一固定涡旋叶片774A从第一固定板770A朝向泵转子730轴向延伸(或突出)。第二泵定子736B包括第二固定板770B和第二固定涡旋叶片774b，第二固定涡旋叶片774B在相反的方向上从第二固定板770B朝向泵转子730轴向延伸(或突出)。

如本领域技术人员所理解的，第一绕动涡旋叶片766A、第二绕动涡旋叶片766B、第一固定涡旋叶片774A和第二固定涡旋叶片774B在横向平面中成形为螺旋形(即，沿着螺旋形路径行进)。图7A的横截面图示出了螺旋形叶片的若干匝或缠绕。如图所示，第一绕动涡旋叶片766A在径向方向上(相对于泵组件700的纵向轴线)与第一固定涡旋叶片774A并列，使得第一绕动涡旋叶片766A和第一固定涡旋叶片774A以一定的间隙和预定的相对角定位嵌套在一起。通过这种构造，通过嵌套的第一绕动涡旋叶片766A和第一固定涡旋叶片774A(或在两者之间)在第一泵送级718A中限定一个或多个穴腔。同样地，第二绕动涡旋叶片766B在径向上与第二固定涡旋叶片774B并列，使得第二绕动涡旋叶片766B和第二固定涡旋叶片774B以一定的间隙和预定的相对角定位嵌套在一起。通过这种构造，在第二泵送级718B中由嵌套的第二绕动涡旋叶片766B和第二固定涡旋叶片774B(或在两者之间)限定一个或多个穴腔。

在本实施例中，从动轴708是作为偏心驱动机构的一部分的曲柄轴。从动轴708的主要部分如上所述在驱动轴线上转动，并且附接到轴向磁耦合组件600的从动侧(或第二)毂782。在与轴向磁耦合组件600轴向相对的端部处，从动轴708包括(与其成一体或耦合到的)偏心构件或曲柄778。曲柄778耦合到泵转子730。各种轴承744支撑从动轴708的转动、曲柄778与泵转子730的耦合以及与泵头710的运行相关联的轴向载荷。如在其他实施例中，轴向磁耦合组件600的使用允许轴承744与在电机706与泵头710之间提供更常规的机械耦合的情况下利用的标准轴承类型相同。

如图所示，曲柄778的中心纵向轴线径向地偏离于从动轴708(的主要部分)的中心纵向轴线(其与轴向磁耦合组件600的驱动轴线重合)。因此，从动轴708的转动使曲柄778进而使泵转子730在驱动轴线周围绕动(以绕动方式转动)。相应地，从动轴708的转动使第一绕动涡旋叶片766A相对于第一固定涡旋叶片774A绕动，并且使第二绕动涡旋叶片766B相对于第二固定涡旋叶片774B绕动。这些运动导致嵌套的成对叶片之间的穴腔在体积上变化，并且以如下方式在第一泵送级718A和第二泵送级718B内移动，即，穴腔选择性地放置成与泵入口722(或前一泵送级)及泵出口726(或后一泵送级)开放式连通。结果，工作流体从泵入口722被传导通过第一泵送级718A、通过第二泵送级718B，并且到达到泵出口726，并且在第一泵送级718A和第二泵送级718B中的每一者中受到压缩。

泵组件700还包括封装轴向磁耦合组件600的从动侧的壳体756。壳体756可以附接(如果需要，以流体密封的方式)到泵头部710的固定部分，比如框架、第二泵定子736B的背部等。定位在轴向磁耦合组件600的轴向间隙中的上述结构边界652可以是壳体756的一体部分或者可以附接到壳体756。壳体756和结构边界652可以是泵头710的气密屏障或其一部分。

应当理解，上文描述并在图7A和图7B中示出的多级涡旋泵构造只是其中可以实施本公开主题的涡旋泵的一个示例。在另一实施例中，泵组件700可以包括单个涡旋泵送级，即绕动涡旋叶片和固定涡旋叶片的单个嵌套对。例如在美国专利号9,341,186和美国专利申请公布号2015/0078927中进一步描述了涡旋泵，其每一个的全部内容通过引用并入本文。

上述结构边界552或652在磁耦合器的任何构造中都是有用的。因此，除了轴向磁耦合器之外，本公开的其他实施例包括结合结构边界552或652的任何磁耦合器，包括如本文所述的径向磁耦合器。

应当理解，比如“与……连通”和“与......相连通”(例如，第一部件与第二部件“连通”或与第二部件“相连通”)以及“耦合到”或“与……耦合”等术语在本文中用于指示两个或更多个部件或元件之间的结构、功能、机械、电、信号、磁、电磁、离子或流体关系。因此，一个部件被称为与第二部件连通或耦合到第二部件/与第二部件耦合的事实并不旨在排除附加部件可能存在于第一部件与第二部件之间和/或在运行上与第一部件和第二部件相关联或接合的可能性。

应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变本发明的各个方面或细节。此外，前面的描述仅仅是为了说明的目的，而不是为了限制的目的—本发明由权利要求限定。

Claims (20)

1.一种磁耦合组件，包括：

驱动轴，其能够在驱动轴线上转动；

从动轴，其能够在所述驱动轴线上转动；

驱动磁体组件，其耦合到所述驱动轴并且能够随其转动，所述驱动磁体组件包括定位在所述驱动轴线上的第一平衡磁体和与所述第一平衡磁体同轴地定位的驱动磁体；和

从动磁体组件，其耦合到所述从动轴并且能够随其转动，所述从动磁体组件包括设置在所述驱动轴线上的第二平衡磁体和与所述第二平衡磁体同轴地定位的从动磁体，其中：

所述驱动磁体组件与所述从动磁体组件通过轴向间隙间隔开，其中所述第一平衡磁体跨过所述轴向间隙面对所述第二平衡磁体，并且所述驱动磁体跨过所述轴向间隙面对所述从动磁体；

所述驱动磁体和所述从动磁体配置为响应于所述驱动磁体的转动而驱动所述从动磁体的转动，并且在所述驱动磁体与所述从动磁体之间生成切向驱动力和轴向吸引力；并且

所述第一平衡磁体和所述第二平衡磁体配置为在所述第一平衡磁体与所述第二平衡磁体之间生成抵消所述轴向吸引力的轴向排斥力。

2.根据权利要求1所述的磁耦合组件，包括设置在所述驱动磁体组件与所述从动磁体组件之间的轴向间隙中的结构边界，其中，所述结构边界由电绝缘材料构成。

3.根据权利要求2所述的磁耦合组件，其中，所述电绝缘材料是液晶聚合物。

4.根据权利要求1所述的磁耦合组件，包括封装所述从动磁体组件的壳体。

5.根据权利要求4所述的磁耦合组件，其中，所述壳体配置为将所述从动磁体组件与所述壳体外部的环境流体隔离。

6.根据权利要求4所述的磁耦合组件，其中，所述壳体包括设置在所述驱动磁体组件与所述从动磁体组件之间的轴向间隙中的结构边界，并且所述结构边界由电绝缘材料构成。

7.根据权利要求1所述的磁耦合组件，其中，所述第一平衡磁体包括第一内侧面并且在所述第一内侧面处具有第一极性，所述第二平衡磁体包括跨过所述轴向间隙面向所述第一内侧面的第二内侧面并且在所述第二内侧面处具有第二极性，并且所述第一极性和所述第二极性是相同的。

8.根据权利要求1所述的磁耦合组件，其中，所述驱动磁体和所述从动磁体包括以下配置中的一者：

所述驱动磁体包括多个驱动磁体，所述多个驱动磁体围绕所述驱动轴线彼此周向间隔开并且环绕所述第一平衡磁体，并且所述从动磁体包括多个从动磁体，所述多个从动磁体围绕所述驱动轴线彼此周向间隔开并且环绕所述第二平衡磁体；

所述驱动磁体包括围绕所述驱动轴线以交替极性周向布置的多个驱动磁体，并且所述从动磁体包括围绕所述驱动轴线以交替极性周向布置的多个从动磁体；

所述驱动磁体包括磁化有围绕所述驱动轴线以交替极性周向布置的多个偶极子的环形结构，并且所述从动磁体包括磁化有围绕所述驱动轴线以交替极性周向布置的多个偶极子的环形结构；

所述驱动磁体配置为海尔贝克阵列，并且所述从动磁体配置为海尔贝壳阵列。

9.根据权利要求1所述的磁耦合组件，包括与所述从动轴连通并且能够随其转动的泵转子。

10.根据权利要求9所述的磁耦合组件，其中，所述泵转子包括以下中的一者：绕动涡旋盘；回转滑片部件；曲柄；凸轮；齿轮；螺杆；罗茨转子；爪。

11.一种泵组件，包括：

根据权利要求1所述的磁耦合组件；

泵头，其包括流体入口和流体出口；和

泵送级，其设置在所述泵头中并且与所述流体入口及所述流体出口连通，所述泵送级包括与所述从动轴连通并且能够随其转动的泵转子，

其中，所述驱动轴的转动经由所述磁耦合组件驱动所述泵转子的转动，并且所述泵送级配置为响应于所述泵转子的转动将流体从所述流体入口泵送到所述流体出口。

12.根据权利要求11所述的泵组件，其中：

所述泵转子包括绕动涡旋叶片；

所述泵送级还包括与所述绕动涡旋叶片嵌套的固定涡旋叶片；并且

所述绕动涡旋叶片配置为响应于所述从动轴的转动而相对于所述固定涡旋叶片以绕动方式运动，以在所述绕动涡旋叶片与所述固定涡旋叶片之间创建有效地泵送流体的至少一个运动穴腔。

13.根据权利要求12所述的泵组件，其中，所述泵送级还包括曲柄，所述曲柄相对于所述从动轴偏心定位，并且配置为响应于所述从动轴的转动而以绕动方式运动，并且所述绕动涡旋叶片耦合到所述曲柄。

14.一种用于运行磁耦合组件的方法，所述方法包括：

提供具有驱动磁体组件和从动磁体组件的磁耦合组件，所述驱动磁体组件和所述从动磁体组件沿着驱动轴线通过轴向间隙彼此间隔开，其中，所述驱动磁体组件和所述从动磁体组件通过磁耦合耦合，并且生成跨过所述轴向间隙的切向驱动力和轴向吸引力；

使所述驱动磁体组件围绕所述驱动轴线转动，以经由所述磁耦合驱动所述从动磁体组件围绕所述驱动轴线转动；和

通过在所述驱动磁体组件与所述从动磁体组件之间生成轴向排斥力来抵消所述轴向吸引力。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，生成所述轴向排斥力包括为所述驱动磁体组件提供第一平衡磁体，并且为所述从动磁体组件提供跨过所述轴向间隙面对所述第一平衡磁体的第二平衡磁体。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第一平衡磁体和所述第二平衡磁体定位在所述驱动轴线上。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述驱动磁体组件和所述从动磁体组件包括以下配置中的一者：

所述驱动磁体组件包括围绕所述驱动轴线彼此周向间隔开的多个驱动磁体，并且所述从动磁体组件包括围绕所述驱动轴线彼此周向间隔开并且跨过所述轴向间隙面对所述多个驱动磁体的多个从动磁体；

所述驱动磁体组件包括围绕所述驱动轴线以交替极性周向布置的多个驱动磁体，并且所述从动磁体组件包括围绕所述驱动轴线以交替极性周向布置的多个从动磁体；

所述驱动磁体组件包括磁化有围绕所述驱动轴线以交替极性周向布置的多个偶极子的环形驱动磁体，并且所述从动磁体组件包括磁化有围绕所述驱动轴线以交替极性周向布置的多个偶极子的环形从动磁体；

所述驱动磁体组件包括配置为海尔贝克阵列的驱动磁体，并且所述从动磁体组件包括配置为海尔贝克阵列的从动磁体。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，生成所述轴向排斥力包括为所述驱动磁体组件提供由所述驱动磁体环绕的第一平衡磁体，以及为所述从动磁体组件提供由所述从动磁体环绕并且跨过所述轴向间隙面对所述第一平衡磁体的第二平衡磁体。

19.根据权利要求14所述的方法，包括在所述驱动磁体组件与所述从动磁体组件之间的所述轴向间隙中插入结构边界，其中，所述结构边界由电绝缘材料构成。

20.一种磁耦合组件，包括：

驱动轴，其能够在驱动轴线上转动；

从动轴，其能够在所述驱动轴线上转动；

驱动磁体组件，其耦合到所述驱动轴并且能够随其转动；

从动磁体组件，其耦合到所述从动轴并且能够随其转动，其中：

所述驱动磁体组件与所述从动磁体组件通过间隙间隔开；并且

所述驱动磁体组件和所述从动磁体组件配置为响应于所述驱动磁体组件的转动而驱动所述从动磁体组件的转动；以及

结构边界，其设置在所述驱动磁体组件与所述从动磁体组件之间的所述间隙中，其中，所述结构边界由液晶聚合物构成。

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