CN106164492B - 具有径向磁力耦合器的旋转装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种旋转装置，该旋转装置具有壳体和磁力耦合器的内部驱动部，磁力耦合器被布置在转子组件的内侧。该内部驱动部和转子组件被布置在壳体内并且围绕旋转轴线可旋转。该转子组件包括位于转子组件的磁体与固定罐之间的套管，该固定罐被密封至壳体并且将壳体内的内部流体室与内部从动部分隔开。该固定罐可以是组合式的或者整体的结构并且由壳体的前部保持就位。

Description

具有径向磁力耦合器的旋转装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年3月11日提交的美国专利申请No.14/204,509的权益，该专利申请在此通过引用并入本文。

技术领域

本发明主要涉及可以用于诸如泵、搅拌器和压缩机的旋转设备中的径向磁力耦合器，并且更具体地涉及具有径向磁力耦合器的旋转装置，其中，该磁力耦合器通过固定的流体屏障将转矩从一个部件传递到另一部件。

背景技术

在诸如泵、搅拌器和压缩机的很多旋转装置中，期望避免旋转密封。已开发出具有磁性联轴节(magnet coupling)的磁力耦合器(magnetic couplings)，该磁性联轴节利用从动部件和驱动部件，并且从动部件通过以径向磁体取向耦合的非接触式永磁体而被驱动。这种设备经常被称为非密封的，但是实际上包括被罐分隔开的内部磁体和外部磁体，该罐使用一个或多个静态密封件被密封。

利用永磁体的径向磁力耦合器很普遍，例如，在转子动力(又称为动力的或离心的)泵中。径向磁力耦合器由三个主要部件组成：在它的内表面上具有多个永磁体的较大的外部耦合部件(又称为外部磁环或外部转子)；在它的外表面上具有多个永磁体的较小的内部耦合部件(又称为内部磁环或内部转子)；以及将内部部件和外部部件分隔开并且为流体室形成固定的边界或屏障的容纳罐(又称为罐子、外壳、护罩、屏障或壳体的部分)。在内部部件和外部部件上的磁体被布置成彼此轴向对准以匹配或同步(synchronize)该内部部件和外部部件，从而使得随着一个部件被旋转，另一部件被同步并且被迫使跟随上述部件，由此驱动泵叶轮或泵转子。内部和外部耦合部件均不与彼此物理接触，并且它们在被罐分隔开的单独的环境中旋转。

该径向磁力耦合器具有两种构造，“外部驱动式”和“内部驱动式”。大部分径向磁力耦合器具有外部驱动布置，其中，外部磁力耦合部件在罐的外侧，并且因此在设备的流体室的外侧，其会被包含在罐内。在这种设备中的外部磁力耦合部件通常被诸如发动机的外部电源驱动。在这种构造中，内部磁力耦合部件被布置在设备的流体室的内侧并且被连接至设备的转子。因此，在这种外部驱动布置中，容纳罐为设备的流体室提供边界，并且流体室在罐内侧。

虽然不那么普遍，一些径向磁力耦合器具有内部驱动布置，该布置利用相同的三个通用部件，但是作用相反。内部磁力耦合部件在罐的内侧，并且设备的流体室由罐的外侧与壳体之间的空间所限定。该内部驱动部同样通常被诸如发动机的外部电源驱动，而外部磁力耦合部件在罐的外侧并且在设备的流体室内，并且被连接至设备的转子。容纳罐同样为设备的流体室提供边界，但是在内部驱动布置中，流体室在罐的外侧。

永磁体耦合的泵通常通过轴向入口采用端部抽吸，该泵具有单级或多级构造，并且可以包括悬垂的叶轮设计。悬垂的叶轮设计具有安装在转子组件上的叶轮，该转子组件容纳有与增压元件间隔开的磁体耦合驱动件的第一磁环。第二磁环被安装在被耦合至发动机或电源驱动装置的框架的可旋转轴上。泵、支撑可旋转轴的框架以及电源驱动装置通常被安装在共同的底板上。除了第二磁环被直接安装在电源驱动装置的驱动器轴上之外，被耦合至泵的紧密耦合的永磁体倾向于与分离耦合版本具有有点类似的结构。该驱动部分采用永磁体或涡流驱动系统来向叶轮传输电力。这种类型的非密封泵使用标准发动机来驱动第二磁环，这反过来通过磁力耦合器驱动第一磁环。容纳有处理流体的容纳罐密封地将磁体部件分隔开。

通常来说，该罐是形状像杯子的整体(一件式的)设计，且在磁体与封闭一端的平直或半球形部分之间具有薄的大致圆筒部。该薄的圆筒部对最小化内部磁体与外部磁体之间的总的径向间隙是有利的，从而针对磁体材料的给定体积产生更大的转矩。在大部分情况下，罐由金属制成，因为金属允许坚固而薄的设计。但是，由于金属导电，当耦合器由于内部磁体与外部磁体之间的旋转磁场而被旋转时，在罐中产生涡流。这些涡流将一部分传输的电力转化成热量，该过程浪费电力并且常常对设备和/或设备内的流体具有有害影响。

一些罐设计使用非金属复合材料而不是金属。这消除了涡流加热，但通常导致磁体之间的圆筒部厚得多，这增加了磁体之间的总的径向间隙并且由此减小了磁体材料的给定体积所产生的转矩。

大部分磁力耦合器设计还要求保护磁体免于与设备内侧的流体接触。对于处在流体室内侧的转子来说，这通常需要一个单独的部件或多个部件，例如在磁体与罐之间的套筒或涂层，其不幸地增大磁体之间的总的径向间隙，并且由此减小转矩。

所有磁力耦合器设计具有一些形式的支承系统来支撑流体室内侧的转子。一般在径向和轴向方向上均需要这种支撑。在大部分情况下，支承系统是平的支承系统，其中，通过支承表面紧靠彼此滑动来实现支撑。在大部分情况下，这些系统具有单独的固定和旋转部件，这些部件的每一个均具有一个或多个彼此接合以提供径向或轴向支撑的支承表面。当这些部件中的一个的唯一目的或主要目的是提供支承表面时，那么该部件一般被称为套管。该套管部件通常不被安置在磁体之间的径向间隙内，因为这会极大地增加磁体之间的总的径向间隙，并且由此极大地减小转矩。反而，它们一般被安置在转子上越过磁体的一端或两端。

当套管仅被安置在一端时，转子支撑是悬臂式的，其不利地允许转子具有更大的偏转。当套管被安置成越过磁体的两端时，不想要的悬臂式支撑被消除，但是必须采取特别关注以确保套管彼此精确对准并且设备可能需要更大的轴向空间。

而且，它对具有旋转套管的支承表面与固定部件之间的完整流体膜是有利的，尤其在套管具有细长设计时，因为它减小了摩擦和磨损。对于径向套管来说，改善流体膜的一种途径是将套管的支承表面在轴向上制备得更长。然而，由于套管通常被安置成越过磁体的任一端，加长支承表面会不利地需要实质上更大的轴向空间。

如本文所讨论的，本公开内容解决了具有磁力耦合器的现有技术设备中的缺点，同时提供了超越现有技术的多个优势。

发明内容

所公开的主题的目的和优势将在随后的说明书和附图中被阐明并且变得清楚明白，此外还将通过要求保护主题的实施而被获知。虽然本公开内容的旋转磁性驱动系统被合并到泵构造中的旋转装置中而被示出，应当理解的是，运行的结构和原理也可以用于其它旋转设备中以通过固定的流体屏障传递扭矩，例如在搅拌器、压缩机等等中。

在第一方面，本公开内容提供一种具有磁力耦合器的旋转装置，该旋转装置包括具有前部和后部的壳体、具有靠近内部驱动部的外周界的多个磁体的磁力耦合器的可旋转的内部驱动部、包括具有靠近转子组件的内周界的多个磁体的磁力耦合器的从动部的转子组件，并且该内部驱动部和转子组件被布置在壳体内并且围绕旋转轴线可旋转。该旋转装置进一步包括包含有大致圆筒部的固定罐，该大致圆筒部被布置在内部驱动部的磁体与转子组件的磁体之间并且包括接合转子组件的径向支承表面、和在一个轴向方向上接合转子组件的轴向支承表面，并且将壳体内的内部流体室与内部从动部分隔开。

在第二方面，本公开内容提供一种具有磁力耦合器的旋转装置，该旋转装置包括具有前部和后部的壳体、具有靠近内部驱动部的外周界的多个磁体的磁力耦合器的可旋转的内部驱动部、包括具有靠近转子组件的内周界的多个磁体的磁力耦合器的从动部的转子组件，并且该内部驱动部和转子组件被布置在壳体内并且围绕旋转轴线可旋转。该旋转装置进一步包括固定罐，该固定罐包含有被布置在内部驱动部的磁体与转子组件的磁体之间的大致圆筒部、密封地封闭固定罐的前端并且由壳体的前部支撑或者与壳体的前部一体成型的罐端盖部、以及与壳体的后部接触或一体化的固定罐的后端，其中，固定罐将壳体内的内部流体室与内部从动部分隔开，并且其中，转子组件进一步包括被布置在转子组件的磁体的内周界与固定罐之间的套管，其中，套管包括接合固定罐的径向支承表面、和在一个轴向方向上接合固定罐的轴向支承表面，并且分隔开转子组件的磁体以免接触壳体内的流体。

在第三方面，本公开内容提供一种具有磁力耦合器的旋转装置，该旋转装置包括具有前部和后部的壳体、具有靠近内部驱动部的外周界的多个磁体的磁力耦合器的可旋转的内部驱动部、包括具有靠近转子组件的内周界的多个磁体的磁力耦合器的从动部的转子组件，该内部驱动部和转子组件被布置在壳体内并且围绕旋转轴线可旋转、以及包含有被布置在内部驱动部的磁体与转子组件的磁体之间的大致圆筒部的固定罐，其中，该固定罐通过大致圆筒部在径向和轴向上压紧地被保持就位，该大致圆筒部位于前壳体部和后壳体部之间并且将壳体内的内部流体室与内部从动部分隔开。

在第四方面，本公开内容提供一种具有磁力耦合器的旋转装置，该旋转装置包括具有前部和后部的壳体、具有靠近内部驱动部的外周界的多个磁体的磁力耦合器的可旋转的内部驱动部、包括具有靠近转子组件的内周界的多个磁体的磁力耦合器的从动部的转子组件，该内部驱动部和转子组件被布置在壳体内并且围绕旋转轴线可旋转、以及具有大致圆筒部和端盖部的组合式罐，该大致圆筒部由非导电的或半导电的材料构成并且被布置在内部驱动部的磁体与转子组件的磁体之间，该端盖部封闭大致圆筒部并且由非导电的、半导电的或导电的材料构成，并且其中，该组合式固定罐将壳体内的内部流体室与内部从动部分隔开。

在第五方面，本公开内容提供一种具有磁力耦合器的旋转装置，该旋转装置包括具有前部和后部的壳体、具有靠近内部驱动部的外周界的多个磁体的磁力耦合器的可旋转的内部驱动部、包括具有靠近转子组件的内周界的多个磁体的磁力耦合器的从动部的转子组件，并且该内部驱动部和转子组件被布置在壳体内并且围绕旋转轴线可旋转。该旋转装置进一步包括固定罐，该固定罐包含有被布置在内部驱动部的磁体与转子组件的磁体之间的大致圆筒部、密封地封闭固定罐的前端并且由壳体的前部支撑或者与壳体的前部一体成型的罐端盖部、以及与壳体的后部接触或一体化的固定罐的后端。该旋转装置还包括布置在转子组件的磁体的内周界与固定罐的大致圆筒部之间的套管，并且其中，该固定罐将壳体内的内部流体室与内部从动部分隔开，并且罐端盖部是可移除的从而在转子组件保持在壳体的后部内的同时进入内部驱动部。

本公开内容提供旋转装置，该旋转装置可以包括许多对于旋转磁力耦合装置有利的方面，例如，具有三个目的的套管、具有三个目的的固定罐、由包括大致圆筒部和罐端盖部的两个单独部分制成的固定罐，并且该两个单独部分任选地由相同或不同材料构成，并且当该装置被完全组装时，固定罐通过位于前壳体部与后壳体部之间的大致圆筒部被保持压紧。

这些优势可以更离散的方式被进一步列举或描述。例如，因为固定罐的套管和大致圆筒部具有多重目的，所以旋转装置可以具有更少的部分。因为径向和推力支承表面处在单一的套管部件和一个补充的罐上，所以没有支承表面不对准的可能。该设计还允许使用薄的、非导电的罐材料，该材料消除了来自涡流的能量损耗和加热，同时最小化磁体径向间隙以获得最大的转矩。另外，固定罐的套管和大致圆筒部的简单形状允许由碳化硅、碳化钨或其它合适的硬质套管材料制成非常鲁棒的套管。由于套管长的径向支承表面，该套管还提供优异的流体膜。

因为当泵被组装时，通过大致圆筒部将固定罐放置成压紧的从而使得壳体被预加应力，所以本公开内容的旋转装置还可以具有提高的壳体疲劳寿命。这种预应力取消了在泵被增压时的一些正应力，因此壳体在正压力开-关周期期间被暴露于不那么极端的应力周期。

另外，相对于拉伸状态，该固定罐通过大致圆筒部在轴向和径向上压紧地被保持就位。由于许多合适的罐材料在压紧状态比拉伸状态更坚固，因此这是可以满足需要的，并且这种构造取消了固定罐的悬臂支撑。压缩力或夹紧力还允许在固定罐和罐端盖部之间的静态密封件使用简单设计。

在一种相关的方式中，适于典型罐(坚固且薄)的非导电材料价格昂贵并且难以形成复杂形状，例如具有圆筒侧壁和封闭的端壁的典型整体的(一件式的)杯状罐。然而，本公开内容包括具有作为单独部分的大致圆筒部和端盖部的固定罐，该固定罐提供以下优势，包括：大致圆筒部更小(长度更短)并且具有更加简单的形状(相对于杯子大体为开口的圆筒)，因此可以被经济地制造。这还容许使用非导电的罐材料(安置在磁体之间)，该材料消除了来自涡流的能量损耗和加热，并且罐端盖部不需要是非导电的，因此它可以是相当简单、廉价的部分。

这种设计还具有独特的特征，该特征在于在仅有两个部件(即，壳体前部和罐端盖部)被移除时，内部驱动部易于从泵的前部进入。这反过来提供以下优势，包括：旋转装置易于组装和拆卸、在接合或分离磁力耦合部件时应付强磁力的简单且安全的方法、以保护固定罐的大致圆筒部的精确且受控的方式接合或分离磁力耦合部的能力，该能力在固定罐易碎(例如在罐可以由碳化硅制成的装置中)时尤其有利、以及在不拆卸主要泵的情况下迅速检查或移除内部磁性部的能力。

本公开内容还包括旋转装置的可替换实施方式的实例，这些实例强调以下事实：虽然本文所示出的实例是泵构造的形式，本发明主题可以应用于各种设计的设备。而且，旋转装置可以是金属结构，或者至少部分是非金属结构，例如流体只接触非金属表面的泵。实际上，根据本公开内容的泵可以包括由特定材料构成的内表面和/或将特定表面抛光，其中，该内表面容许在微生物生长必须被抑制的卫生应用环境下使用该泵。

由于磁力耦合器和套管本质上被包裹在相同的轴向空间内，因此本公开内容中主题的使用可以导致旋转装置的结构更加紧凑。因此，旋转装置的轴向长度可以被减小，这可以具有以下优势：导致在相同的轴向空间内使用更长的磁体以产生更大的转矩。可替换地，这可以提供使用许多相对于具有常规磁力耦合器的旋转装置更小和/或更廉价的部件的选择。这反过来可以导致旋转装置需要更小的体积或空间来进行安装，并且重量更轻且更易于操作。

应当理解的是，之前的一般性描述和以下的详细描述均是示例性的并且仅仅为了解释说明的目的而提供，并不是对所要求保护的主题的限制。本公开内容的进一步的特征和对象在以下优选实施方式的描述中并根据所附的权利要求书将变得完全清楚明白。

附图说明

在优选实施方式的描述中，参考所附的绘制图像，其中，相同的部分具有相同的参考编号，并且其中：

图1是具有被布置在转子组件内的可旋转的内部驱动部和磁力耦合器的装置的第一实例的剖视图，该转子组件包括泵的叶轮。

图2是图1中示出的转子组件的放大的剖视图，该转子组件在内部边缘处包括套管(bushing)。

图3是图1和2中示出的转子组件的透视分解图。

图4是图1中示出的转子组件和固定罐的大致圆筒部的部分剖切分解图。

图5是具有图1中示出的固定罐的组装的壳体前部和后部的剖视图。

图6是图5中示出的部件的透视分解图。

图7A是移除前壳体的图1中示出的装置的剖视图。

图7B是图7A中示出的装置的剖视图，该装置在一个位置具有被部分插入转子组件中的内部驱动部。

图7C是图7A中示出的装置的剖视图，该装置具有与转子组件对齐并且准备好供插入的内部驱动部。

图8A是不同于图1的实例中示出的可替换的前壳体和单独的罐端盖部分的剖视图。

图8B是图8A中示出的部件的透视分解图，其中前壳体被部分剖切。

图9A是不同于图1和8A的实例中示出的进一步可替换的前壳体和单独的整体(unitary)固定罐的剖视图。

图9B是图9A中示出的部件的透视分解图，其中前壳体被部分剖切。

图10A是不同于图1、8A和9A的实例中示出的另一可替换的前壳体和单独的罐端盖部分的剖视图。

图10B是图10A中示出的部件的透视分解图，其中前壳体被部分剖切。

图11A是可替换的实例旋转装置的对图10A和10B中示出的部件的补充部件的剖视图，其中内部驱动部与转子组件对齐并且准备好供插入。

图11B是图11A中示出的装置的剖视图，该装置在一个位置具有被部分插入转子组件中的内部驱动部。

图11C是图11A中示出的装置的剖视图，其中内部驱动部被完全插入转子组件中。

应当理解的是，附图不是按比例绘制的。虽然具有磁联轴器的旋转装置的一些机械细节(包括紧固工具的细节和具体部件的其它平面图和剖视图)没有包括在内，这样的细节被充分考虑在本领域技术人员根据本公开内容的理解范围内。还应当理解的是，本发明并不局限于所示出的示例性实施方式。

具体实施方式

主要参看图1-7C，可以领会的是，其示出了构造为泵的旋转装置10及其组成部分。旋转装置10包括壳体12，壳体12具有连接至壳体后部16的壳体前部14。该连接可以通过，例如，使用示出为螺纹螺栓的紧固件18而建立，该紧固件18穿过壳体前部14内的孔20并且进入壳体后部16内的螺纹孔22。壳体前部14还通过使用诸如弹性O-形环、或者预成型的或流体密封垫等等的静态密封件24被密封到壳体后部16，该静态密封件24被安置在壳体前部14内的密封件保持槽(seal retaining well)26中。

壳体12可以由刚性材料构成，该刚性材料例如钢、不锈钢、铸铁或其它金属材料、或者结构塑料等等。然而，可以领会的是，壳体12和接触将流经泵的流体的所有表面可以呈现非金属表面，例如通过使用非金属涂层的内衬或覆层(application)。因此，本公开内容的旋转设备可以具有由特定材料构成的内表面和/或具有特定的内表面，该特定的内表面被抛光以容许在微生物生长必须被抑制的卫生应用环境下使用该设备。该实例中的壳体12还包括在壳体前部14中、具有轴向取向的入口28，以及在壳体后部16中、具有径向取向的出口30，并且该入口28和出口30与壳体12内的增压室(pumping chamber)32相连通。

可旋转的内部驱动部34被布置在壳体12内并且可围绕旋转轴线R旋转。内部驱动部34包括内部磁环36。内部磁环36优选由碳钢或其它合适的铁磁材料构成。多个磁体38靠近内部驱动部34的外周界被连接。磁体38是永磁体并且可以是任何构造，但优选是矩形的并且通过诸如环氧树脂或粘合剂的化学手段被连接至内部磁环36，或者可以通过诸如铆钉等等的合适的紧固件被连接。

内部驱动部34通过接纳示出为螺纹螺栓的紧固件42而被连接至主轴(spindle)或轴外伸部40，该紧固件42穿过内部磁环36中的孔44。紧固件42将卡环43(retainer ring)接纳在其杆上的凹槽中、刚好位于内部磁环36内侧。在这种构造中，内部磁环36的一端被捕获在紧固件42的头部45与卡环43之间，但是其相对于紧固件42可以自由旋转。紧固件42的螺纹杆被接纳在主轴40中的螺纹孔46内。主轴40反过来通过使用在主轴40的键槽54中轴向布置的键52以及轴48的相应的键槽56而被连接至发动机50的轴48。另外，固定螺钉58被径向地布置在主轴40中的螺纹孔60内并且接合发动机的轴48。紧固件42可以被旋转以朝向或远离主轴40和转子组件70的磁力耦合器而移动内部驱动部34。主轴40优选由不锈钢、铝或防止在主轴40的安装或移除期间与磁体74相互作用的其它合适的非铁磁材料构成。

在该实例中，支架或接合器62用于相对于壳体后部16定位发动机50。这容许壳体后部16由不同于支架62的材料构成，例如，这在壳体后部16由不锈钢构成的同时还试图控制成本时可能是令人满意的。支架62通过示出为螺纹螺栓的紧固件64被连接至壳体后部16，该紧固件64穿过支架62中的孔66并且进入壳体后部16内的螺纹孔68中。

转子组件70被布置在壳体12的增压腔32内并且可围绕旋转轴线R旋转。转子组件70包括外部磁环72，其具有靠近转子组件70的内周界连接的多个磁体74。外部磁环72优选由碳钢或其它合适的铁磁材料构成。与内部驱动部34的磁体38一样，转子组件70的磁体74是永磁体并且可以是任何构造，但优选是矩形的并且被排列成交变极性以获得磁体端部之间更好的磁通量。外部磁环72和磁体74被布置在通过杯状保持环78接合在后部的叶轮76内，并且通过包括大致圆筒部82的套管80被向内封闭，该大致圆筒部82从转子组件70后部的杯状保持环78纵向延伸至前缘84，该前缘84径向地向外延伸至转子组件70前部的叶轮76内侧。转子组件70的这些部件通过诸如环氧树脂或粘合剂的化学手段被结合在一起，或者可以通过诸如铆钉等等的合适的紧固件被连接。

固定罐86包护住内部驱动部34以免与壳体中的流体接触。固定罐86包括大体圆筒部88和单独的罐端盖部90。在本旋转装置10的内部驱动布置中，壳体12和固定罐86的外表面限定了与入口28和出口30相连通的增压腔32。该大体圆筒部88具有无完整封闭端的相对简单的构造，所以它能够更简单地并且由诸如碳化硅、碳石墨或除了铁磁之外的任何其它合适材料的材料构成。该大体圆筒部88包括大致圆筒部分92，该大致圆筒部分92在内部驱动部34的磁体38之间延伸，并且将内部驱动部34的磁体38与转子组件70的磁体74分隔开。该大体圆筒部88还包括在后端的颈部94和在前端径向地向外延伸的前缘96。

在该实例中，颈部94具有比大致圆筒部分92更小的直径。颈部94匹配在壳体后部16的中心孔98内并且通过静态密封件100被密封至壳体后部。类似于壳体前部14与壳体后部16之间的密封件24，密封件100可以由诸如弹性O-形环、或者预成型的或流体密封垫等等的各种材料构成，该密封件100被安置在大体圆筒部88的外壁上在直径从颈部94过渡到大致圆筒部分92的台阶处。

在该实例中，罐端盖部90与壳体前部14一体成型。在壳体前部14内的肋或腿102形式的网部向内延伸至半球形的罐端盖部90。该罐端盖部90包括定位延伸部104，该定位延伸部104向后延伸以匹配在前缘96的孔106内和固定罐86的大体圆筒部88内。该罐端盖部90还具有接纳被密封至固定罐86的前缘96的静态密封件110的密封件保持槽108。与上述密封件24、100一样，密封件110可以由诸如弹性O-形环、或者预成型的或流体密封垫等等的各种材料构成，该密封件110被安置在密封件保持槽108与前缘96之间。

如可在图2-4中所见的，套管80包括沿着大致圆筒部82的内侧的细长的径向支承表面112，以及在前缘84的端部的轴向的推力支承表面114。像这样，转子组件70的套管80具有以下三个目的：包括有接合固定罐86的径向支承表面、包括有在一个轴向方向上接合固定罐86的轴向支承表面、以及分离或隔离开转子组件70的磁体74以免与壳体12内的流体接触。为了增强沿着径向支承表面112的流体膜，套管80可以包括缓和部(reliefs)或咬边116。

固定罐86可以见于图4，其提供沿着大致圆筒部分92的外表面的细长的径向支承表面118、以及在前缘96的后表面上的轴向支承表面120。该固定罐86具有以下三个目的：包括有接合转子组件70的径向支承表面、包括有在轴向方向上接合转子组件70的轴向支承表面、以及分离或隔离开内部驱动部34和它的磁体38以免与增压室32中的流体接触，该增压室32被固定罐86的外侧与壳体12之间的空间所限定。作为位于套管80的径向支承表面112中的缓和部或咬边116的可替换结构，缓和部或咬边可以沿着固定罐86的大致圆筒部分92的外表面在径向支承表面118中制成。

当以图1-7C中所示实例泵的形式组装旋转装置10时，支架62使用紧固件64被连接至壳体后部16，然后支架62对准并连接至发动机50，例如通过使用紧固件以将部件直接连接在一起或者分别将每个部件连接至诸如底板或其它部件(未示出)的第三安装部件。该固定罐86然后穿过转子组件70的套管80被滑动。静态密封件100然后围绕颈部94而被安置并且颈部94被插入壳体后部16内的中心孔98中。主轴40然后使用键52和固定螺钉58被安装到发动机50的轴48上。

可以领会的是，主轴40包括外展部(flared portion)119，该外展部119具有比颈部94更大的直径，并且因此阻碍固定罐86的向前移动。罐86反过来阻碍转子组件70在前缘96的后表面上的轴向支承表面120处的向前移动，反之，当插入或移除内部驱动部34时，由于磁体38和74之间的吸引力，转子组件70反而将试图向前移动。一旦全部部件都被安装并且转子组件70没有被磁力偏置以轴向地移动，固定罐86不会干扰外展部119或者转子组件70的自由旋转移动。

对于这一时刻(juncture)的部件组装示于图7C中，其中内部驱动部34移动至准备插入固定罐86的大致圆筒部分92中的位置。为了控制内部驱动部34的插入和克服吸引的和阻抗的磁力，紧固件42用于将内部驱动部34移动进入组装位置。这通过插入紧固件42的螺纹杆穿过内部磁环36中的孔44并且将卡环43接合至紧固件42上的凹槽中而完成。紧固件42然后被插入到主轴40内的螺纹孔46中。紧固件42然后在头部45处被抓紧并且被转动以推进内部驱动部34，该内部驱动部34被示出处于图7B中的中间位置并且而后处于图7A中的完全插入位置。尽管卡环43抵抗被磁力吸引至转子组件70的内部驱动部34的快速移动，这提供了在使用保护固定罐86的大致圆筒部分92的精确、受控运动来接合或分离磁耦合部件时应付强磁力的一种简单且安全的方法。这在固定罐86的大体圆筒部88使用诸如碳化硅的易碎材料时尤其有益。

作为组装旋转装置10的最终步骤，壳体前部14的完整的罐端盖部90被安装。由此，在静态密封件24处于密封件保持槽26中并且静态密封件110处于保持槽108中的状态下，壳体前部14进入到特定位置以将罐端盖部90的定位延伸部104插入到大致圆筒部分92中的孔106中。随着定位延伸部104被插入到孔106中，壳体前部14中的孔20进入与壳体后部16中的螺纹孔22对准的状态。紧固件18然后被用于将壳体前部14拉到壳体后部16，由此压紧壳体前部14与壳体后部16之间的密封件24，同时也压紧罐端盖部90与固定罐86的大体圆筒部88的前缘96之间的密封件100。

当旋转装置10被完全组装时，内部驱动部34上的磁体38与转子组件70的磁体74紧密靠近并且轴向对准，但通过固定罐86的相对薄壁的大致圆筒部分92与转子组件70的磁体74分隔开。当驱动发动机50的轴48旋转时，它引起内部磁体38旋转，其通过与外部磁体74一起的磁力耦合器引起转子组件70及其叶轮76旋转。叶轮76的旋转经由壳体前部14的前端处的轴向入口28将流体抽吸到壳体12中并且经由壳体后部16的侧部中的径向出口30排出流体。套管80处在内部驱动部34与转子组件70之间的紧凑的驱动构造还允许更短、更具空间效率且重量更轻的驱动和旋转装置安装。

这一结构还有利地提供了移除壳体前部14以迅速检查或移除磁性内部驱动部34而无需拆卸主要泵的能力。另外，安装内部驱动部34的过程可以被反转以实现内部驱动部34与转子组件70的磁力耦合器的受控分离。这通过抓紧紧固件42的头部45并且转动紧固件42以将紧固件42和内部驱动部34从它们与主轴40的结合抽出(withdraw)。最终移除紧固件42的继续旋转将内部驱动部34从转子组件70的磁力耦合器移除，随着紧固件42被抽出而引起内部驱动部34与紧固件42一起轴向移动的处于紧固件42的凹槽中的卡环43有助于该移除过程。

转到图8A和8B，第二实例壳体前部130和罐端盖部132被构造成与第一实例的旋转装置10的其余组件一起使用。第二实例壳体前部130在结构上与第一实例壳体前部14有点类似，具有轴向入口134、用于接纳紧固件以连接至壳体后部16的孔136、以及接纳静态密封件24以密封至壳体后部16的密封件保持槽138。

在第二实例中，固定罐包括作为与壳体前部130分开的单独部件的罐端盖部132以及固定罐的大体圆筒部88。相对于前述的第一实例，第二实例的罐端盖部132也包括类似的定位延伸部140和接纳静态密封件110的密封件保持槽142。该罐端盖部132包括接合轴向入口134内的槽口146的向前延伸的肋或腿144。具有被接纳在槽口146中的肋144的这一构造允许壳体前部130和它的定位延伸部140将固定罐轴向地和径向地定位在旋转装置的壳体内。

这一实例容许罐端盖部132任选地由与壳体前部130使用的材料不同的材料构成，同时还能够由与固定罐的大体圆筒部88相同或不同的材料构成。

转到图9A和9B，图解示出了第三实例壳体前部150和可替换的固定罐152。该第三实例壳体前部150在结构上与第一实例壳体前部14有点类似，具有轴向入口154、用于接纳紧固件以连接至壳体后部16的孔156、以及接纳静态密封件24以密封至壳体后部16的密封件保持槽158。

在第三实例中，固定罐152具有整体结构，由此一体成型的单片包括大体圆筒部160和罐端盖部162。类似于在先的实例，该大体圆筒部160包括大致圆筒部分164和在固定罐152的后部的颈部166。固定罐152和壳体前部150被构造成与第一实例的旋转装置10的其余组件一起使用。

在可替换的第三实例中，固定罐152可以由与壳体前部150不同的材料构成。该罐端盖部162包括将通过肋或腿172被一体连接至壳体前部150的凸出部170接纳在壳体前部150内的凹部168。匹配在凹部168内的凸出部170允许壳体前部150将固定罐152轴向地和径向地定位在旋转装置的壳体内。

转到图10A和10B，第四实例壳体前部176和罐端盖部178被构造成与第一实例的旋转装置10的其余组件一起使用。该第四实例壳体前部176在结构上与第一实例壳体前部14有点类似，具有轴向入口180、用于接纳紧固件以连接至壳体后部16的孔182、以及接纳静态密封件24以密封至壳体后部16的密封件保持槽184。

在第四实例中，固定罐包括作为与壳体前部176分开的单独部件的罐端盖部178以及固定罐的大体圆筒部88。相对于前述的第一实例，第四实例的罐端盖部178也包括类似的定位延伸部185和接纳静态密封件110的密封件保持槽186。该罐端盖部178包括被接合在前凸缘190中的向前延伸的肋或腿188，该前凸缘190被连接至壳体前部176的前端并且包括轴向入口192。该前凸缘190包括孔194，同时壳体前部176包括螺纹孔196，诸如螺纹螺栓的紧固件198穿过孔194并且被螺纹接纳在螺纹孔196中。具有被连接至前凸缘190的肋188的这一构造允许壳体前部176和它的定位延伸部184将固定罐轴向地和径向地定位在旋转装置的壳体内。

这一第四实例容许罐端盖部178任选地由与壳体前部176使用的材料不同的材料构成，同时还能够由与固定罐的大体圆筒部88相同或不同的材料构成。每个实例均包括具有接合固定罐的套管的转子组件，这些部件中的每一个具有与如针对图1-7C的第一实例实施方式所描述的相同的三个目的。

图7A-7C的系列在上文被描述为关于第一实例实施方式、和在壳体前部14移除的情况下它的内部驱动部34如何被进入、以及使用紧固件42以受控的方式被安装。在一个类似的方式中，图11A-11C可被示出以领会在图10A和10B中示出的壳体前部176被安装的同时如何检查、安装或移除第四实例的内部驱动部200。

在第四实例中，内部驱动部200包括具有永磁体204的内部磁环202。该内部磁环202具有中心孔206和一对间隔开的孔208。该内部驱动部200被构造成连接至包括中心螺纹孔212和一对间隔开的螺纹孔214的可替换的主轴210。细长的螺纹紧固件216可以被插入到中心螺纹孔212中，该中心螺纹孔212可进入以旋转穿过内部磁环202的前端中的中心孔206从而相对于主轴210推进或缩回内部驱动部200。这可以在观看图11A和11B时和通过理解以下内容而被领会，图11A和11B示出了处于图11A中的初始接合位置和而后处于图11B中的安装的中间位置的内部驱动部200，该理解的内容为紧固件216充当用于控制内部驱动部200与主轴210的分离以抵抗内部驱动部200与转子组件70之间的磁引力的起重螺钉。

当内部驱动部200相对靠近主轴210时，一对紧固件218可以被插入穿过内部磁环202中的孔208并且进入间隔开的螺纹孔214中。该对紧固件218以及其余的壳体后部16、发动机50、支架62和转子组件70在图11C中示出被完全安装，该壳体后部16、发动机50、支架62和转子组件70可以与图1-7C中示出的第一实例旋转装置10相同的方式构成。可以领会的是，该实例旋转装置的组装会按照与前述相同的顺序进行，但罐端盖部178和它的前凸缘190以及静态密封件110可以最后安装、或者可以被连接至壳体前部176，壳体前部176和它的静态密封件24然后被最后安装。

当第四实例的旋转装置被完全组装时，内部驱动部200上的磁体204与转子组件70的磁体74紧密靠近并且轴向对准，但通过固定罐86的相对薄壁的大致圆筒部分92与转子组件70的磁体74分隔开。当驱动发动机50的轴48旋转时，它引起内部磁体204旋转，其通过与外部磁体74一起的磁力耦合器引起转子组件70及其叶轮76旋转。叶轮76的旋转经由壳体前部176的前端处的轴向入口180和罐端部178的前凸缘190中的轴向入口192将流体引入到壳体12中，并且经由壳体后部16的侧部中的径向出口30排出流体。与第一实例一样，套管80处在内部驱动部200与转子组件70之间的第四旋转装置的紧凑的驱动构造还允许更短、更具空间效率且重量更轻的驱动和旋转装置安装。

通过以上公开内容，可以清楚明白的是，根据本公开内容构成的旋转装置可以包括相对于常规构造提供许多优势的多个结构性方面。根据所选择的特定设计，本文所示出的实例泵可以显示出上面提到的可能优势中的一个或多个。

可以领会的是，根据本公开内容构成的旋转装置可以各种构造提供。可以使用任何的各种对于部件合适的结构材料、构造、形状和尺寸以及连接部件的方法以满足最终用户的特定需要和要求。对于本领域技术人员来说清楚明白的是，在不脱离所要求保护的主题的范围和精神的条件下在这种旋转装置的设计和结构中可以做出各种修改，并且权利要求并不局限于本文所图解示出的优选实施方式。还可以领会的是，示例性实施方式以简化形式示出，从而把重点放在关键部件上并且避免包括对本公开内容非必须的并且会使附图过于复杂的结构。

Claims (18)

1.一种具有磁力耦合器的旋转装置，包括：

具有前部和后部的壳体；

磁力耦合器的可旋转的内部驱动部，所述内部驱动部具有靠近所述内部驱动部的外周界的多个磁体；

转子组件，所述转子组件包括所述磁力耦合器的从动部，所述转子组件具有靠近所述转子组件的内周界的多个磁体且被径向地布置在所述内部驱动部上的所述磁体的外部；

所述内部驱动部和所述转子组件被布置在所述壳体内并且围绕旋转轴线可旋转；

包含圆筒部的固定罐，所述圆筒部被布置在所述内部驱动部的所述磁体与所述转子组件的所述磁体之间，所述圆筒部包括在轴向上位于所述内部磁体和所述外部磁体之间的径向支承表面，且所述圆筒部的所述径向支承表面接合所述转子组件并充当用于所述转子组件的径向支承，所述固定罐进一步包括在轴向方向上由所述转子组件接合的轴向支承表面，并且所述固定罐将所述壳体内的内部流体室与所述内部驱动部分隔开。

2.根据权利要求1所述的旋转装置，其特征在于，所述旋转装置进一步包括泵，并且所述壳体进一步包括与增压腔相连通的入口和出口，所述转子组件被布置在所述增压腔中。

3.根据权利要求1所述的旋转装置，其特征在于，所述转子组件进一步包括套管，所述套管被布置在所述转子组件的所述磁体的所述内周界与所述固定罐的所述圆筒部之间。

4.根据权利要求3所述的旋转装置，其特征在于，被布置在所述转子组件的所述磁体的所述内周界与所述固定罐的所述圆筒部之间的所述套管包括接合所述固定罐的径向支承表面、在一个轴向方向上接合所述固定罐的轴向支承表面，并且分隔开所述转子组件的所述磁体以免接触所述壳体内的流体。

5.一种具有磁力耦合器的旋转装置，包括：

具有前部和后部的壳体；

磁力耦合器的可旋转的内部驱动部，所述内部驱动部具有靠近所述内部驱动部的外周界的多个磁体；

转子组件，所述转子组件包括所述磁力耦合器的从动部，所述转子组件具有靠近所述转子组件的内周界的多个磁体；

所述内部驱动部和所述转子组件被布置在所述壳体内并且围绕旋转轴线可旋转；以及

固定罐，所述固定罐包括被布置在所述内部驱动部的所述磁体与所述转子组件的所述磁体之间的圆筒部、密封地封闭所述固定罐的前端并且由所述壳体的所述前部支撑或者与所述壳体的所述前部一体成型的罐端盖部、以及与所述壳体的所述后部接触或一体化的所述固定罐的后端，其中，所述固定罐将所述壳体内的内部流体室与所述内部驱动部分隔开。

6.根据权利要求5所述的旋转装置，其特征在于，所述内部驱动部的所述磁体和所述转子组件的所述磁体是永磁体。

7.根据权利要求5所述的旋转装置，其特征在于，所述旋转装置进一步包括泵，并且所述壳体进一步包括与增压腔相连通的入口和出口，所述增压腔容纳所述转子组件。

8.根据权利要求7所述的旋转装置，其特征在于，所述转子组件进一步包括叶轮。

9.一种具有磁力耦合器的旋转装置，包括：

具有前部和后部的壳体；

磁力耦合器的可旋转的内部驱动部，所述内部驱动部具有靠近所述内部驱动部的外周界的多个磁体；

转子组件，所述转子组件包括所述磁力耦合器的从动部，所述转子组件具有靠近所述转子组件的内周界的多个磁体且被径向地布置在所述内部驱动部上的所述磁体的外部；

所述内部驱动部和所述转子组件被布置在所述壳体内并且围绕旋转轴线可旋转；以及

包含圆筒部的固定罐，所述圆筒部被布置在所述内部驱动部的所述磁体与所述转子组件的所述磁体之间，其中，所述固定罐通过由所述壳体的所述前部和所述壳体的所述后部轴向地施加穿过所述圆筒部的压缩而在径向和轴向上被保持就位，并且所述固定罐将所述壳体内的内部流体室与所述内部驱动部分隔开。

10.根据权利要求9所述的旋转装置，其特征在于，所述固定罐进一步包括与所述壳体的所述后部接触或一体化的后端。

11.根据权利要求9所述的旋转装置，其特征在于，所述固定罐进一步包括密封地封闭所述固定罐的前端并且由所述壳体的所述前部支撑或者与所述壳体的所述前部一体成型的罐端盖部。

12.根据权利要求11所述的旋转装置，其特征在于，所述固定罐的所述前端包括通过静态密封件被密封至所述罐端盖部的外围凸缘。

13.一种具有磁力耦合器的旋转装置，包括：

具有前部和后部的壳体；

磁力耦合器的可旋转的内部驱动部，所述内部驱动部具有靠近所述内部驱动部的外周界的多个磁体；

转子组件，所述转子组件包括所述磁力耦合器的从动部，所述转子组件具有靠近所述转子组件的内周界的多个磁体；

所述内部驱动部和所述转子组件被布置在所述壳体内并且围绕旋转轴线可旋转；以及

具有圆筒部并包括前端部和后部的组合式固定罐，所述前端部具有被设定尺寸以接纳穿过其中的内部驱动的开口，并且所述前端部由非导电的或半导电的材料构成，且所述后部接触所述壳体的所述后部或与所述壳体的所述后部一体化，所述圆筒部被布置在所述内部驱动部的所述磁体与所述转子组件的所述磁体之间，并且单独的端盖封闭所述前端部中的所述开口并由非导电的、半导电的或导电的材料构成，并且其中，所述组合式固定罐将所述壳体内的内部流体室与所述内部驱动部分隔开，并且所述单独的端盖是可移除的从而在所述转子组件保持在所述壳体的所述后部内的同时能够进入所述内部驱动部。

14.根据权利要求13所述的旋转装置，其特征在于，套管被布置在所述转子组件的所述磁体的所述内周界与所述组合式固定罐的所述圆筒部之间，其中，所述套管提供接合所述组合式固定罐并且沿着所述转子组件的所述磁体的全长度延伸的径向支承表面、在一个轴向方向上接合所述组合式固定罐的轴向支承表面，并且分隔开所述转子组件的所述磁体以免接触所述壳体内的流体。

15.根据权利要求13所述的旋转装置，其特征在于，所述组合式固定罐通过由所述壳体的所述前部和所述壳体的所述后部轴向地施加穿过所述圆筒部的压缩而在径向和轴向上被保持就位。

16.根据权利要求13所述的旋转装置，其特征在于，所述组合式固定罐的所述前端部包括通过静态密封件被密封至所述单独的端盖的外围凸缘。

17.根据权利要求13所述的旋转装置，其特征在于，所述单独的端盖由所述壳体的所述前部支撑或者与所述壳体的所述前部一体成型，以及与所述壳体的所述后部接触或一体化的所述组合式固定罐的后端；

套管，所述套管被布置在所述转子组件的所述磁体的所述内周界与所述组合式固定罐的所述圆筒部之间；并且

其中，所述组合式固定罐将所述壳体内的内部流体室与所述内部驱动部分隔开，并且所述单独的端盖是可移除的从而在所述转子组件保持在所述壳体的所述后部内的同时能够进入所述内部驱动部。

18.根据权利要求13所述的旋转装置，其特征在于，所述旋转装置进一步包括泵，并且所述壳体进一步包括与增压腔相连通的入口和出口，所述转子组件被布置在所述增压腔中。