TW202043625A - 具有記錄及磁性軸向定位轉子之磁鐵的幫浦及其相關方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種幫浦，其可包含一定子、一轉子及一葉輪。該定子可包含一或多個電磁鐵及一或多個永磁鐵。該轉子可包含一電樞、一或多個互補永磁鐵及經結構設計以使該轉子定位於一軸向方向上之一拉式磁鐵。該轉子可安置於該定子內。該等互補永磁鐵及該定子之該一或多個永磁鐵可產生磁性軸承。該電樞可與該定子之該等電磁鐵之至少一者對準且經結構設計以使該轉子相對於該定子旋轉。該葉輪可耦合至該轉子。

Description

具有記錄及磁性軸向定位轉子之磁鐵的幫浦及其相關方法
本發明大體上係關於用於泵送液體之幫浦(其包含具有一轉子及一定子之無軸承電磁馬達，且其中磁鐵用於記錄該定子內之該轉子)及製造及使用此等幫浦之相關方法。
無軸承幫浦一般包含由一密封幫浦外殼中之磁力記錄之一葉輪。幫浦一般由幫浦外殼內之一定子承載之電磁鐵產生之一旋轉磁場驅動。此等幫浦係「無軸承」意謂其不包含習知機械軸承，但磁鐵用於執行定子內之葉輪(或轉子)之記錄。無軸承幫浦可有利地用於其中待輸送之流體必須保持純淨(例如無污染)(例如生物體液(例如血液)或純液體(例如超純水))之應用。
無軸承幫浦亦用於輸送原本會破壞或劣化機械軸承之侵蝕性液體(例如鹼性流體、酸性流體、苛性流體、磨蝕性流體等等)。因此，無軸承幫浦較佳用於諸如化學機械拋光、水處理、加工操作等等之應用中。
各種實施例可包含一種幫浦，其包含一定子、一轉子及一葉輪。該定子可包含一驅動磁鐵及定位於該驅動磁鐵之對置軸向端上之一或多個永磁鐵。該定子亦可包含定位於該定子之一第一軸向端處之至少一個軸向定位磁鐵。該轉子可同軸安置於該定子內。該轉子可包含與該驅動磁鐵對準之一電樞及與該一或多個永磁鐵對準之一或多個互補永磁鐵。該轉子亦可包含定位於該轉子之一第一軸向端之一推/拉式磁鐵。該轉子之該一或多個互補永磁鐵及該定子之該一或多個永磁鐵可經結構設計以產生一或多個磁性軸承。該拉式磁鐵可經結構設計以與該至少一個軸向定位磁鐵相互作用以使該轉子在一軸向方向上相對於該定子定位。該電樞及該驅動磁鐵可經結構設計以使該轉子相對於該定子旋轉。該葉輪可在與該第一軸向端對置之該轉子之一第二軸向端處耦合至該轉子。該葉輪可經結構設計以隨該轉子旋轉。
本發明之另一實施例可為一種幫浦總成，其包含一電動馬達及一葉輪。該電動馬達可包含一轉子、至少兩個磁性軸承及一定位磁鐵總成。該轉子可經結構設計以相對於一定子旋轉。該定子中之一驅動磁鐵可經結構設計以將一旋轉力施加於該轉子中之一永磁鐵上。該至少兩個磁性軸承可定位於該定子中之該驅動磁鐵之對置端上。該至少兩個磁性軸承可包含至少兩個互補永磁鐵。該至少兩個互補永磁鐵可包含一旋轉永磁鐵及一固定永磁鐵。該旋轉永磁鐵可在該轉子之對置端上附接至該轉子且該固定永磁鐵可在該驅動磁鐵之對置端上附接至該定子。該定位磁鐵總成可在該電動馬達之一第一縱向端中。該定位磁鐵總成可包含耦合至該定子之一電磁軸向定位磁鐵及耦合至該轉子之一永久推/拉式磁鐵。該電磁軸向定位磁鐵可經結構設計以與該永久推/拉式磁鐵相互作用以在沿該電動馬達之一縱軸線之一方向上在該轉子上產生一力。該葉輪可在與該電動馬達之該第一縱向端對置之該轉子之一縱向端上耦合至該轉子。
本發明之另一實施例可為一種控制一磁懸浮幫浦中之一轉子位置的方法。該方法可包含使用一位置感測器來感測一轉子相對於一定子之一軸向位置。該方法可進一步包含將一電壓輸出至定位於該轉子之一軸向端上之一定位電磁鐵以將該轉子定位於一位置設定點處。該方法亦可包含感測一定位電磁鐵處之一電流。該方法可進一步包含比較該電流與一電流設定點。接著，可產生該電流與該電流設定點之間的差。該方法亦可包含輸出該位置設定點之一調整以校正該差。
優先權主張 本申請案根據35 U.S.C. §119(e)主張2019年2月1日申請之美國臨時專利申請案第62/800,264號之權利，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
本文中所呈現之圖解說明不意謂為任何特定幫浦或其組件之實際視圖，而是僅為用於描述本發明之繪示性實施例之理想化表示。圖式未必按比例繪製。圖間共同元件可保有相同元件符號。
如本文中所使用，諸如「第一」、「第二」、「頂部」、「底部」等等之相關術語一般係為了清楚及方便理解本發明及附圖而使用且不隱含或取決於任何特定偏好、定向或順序，除非內文另有明確指示。
如本文中所使用，術語「及/或」意謂且包含相關聯列項之一或多者之任何及所有組合。
如本文中所使用，術語「垂直」及「橫向」係指圖中所描繪之定向。
如本文中所使用，涉及一給定參數之術語「實質上」或「約」意謂且包含熟習技術者所理解之一定程度，其使得在小變動範圍內(諸如在可接受製造容限內)滿足給定參數、性質或條件。例如，實質上滿足之一參數可為至少約90%滿足、至少約95%滿足、至少約99%滿足或甚至100%滿足。
如本文中所使用，術語「磁性材料」意謂且包含鐵磁材料、亞鐵磁材料、反鐵磁及順磁材料。
無軸承幫浦(例如磁懸浮幫浦等等)可提供多個優點。歸因於典型軸承及密封組合固有之摩擦，傳統軸承之移除會減少摩擦損失。在歸因於磨損部件而必須重建或更換幫浦之前，移除傳統軸承亦會增加幫浦組件之運轉時間(例如使用壽命)。移除傳統軸承亦給無軸承幫浦帶來通常由傳統軸承補救之額外變數。例如，傳統軸承要徑向(例如圍繞一中心軸線)及縱向(例如軸向、橫向、沿中心軸線)定位幫浦之旋轉部分(例如軸件、葉輪、轉子等等)。磁性軸承亦要軸向及縱向定位幫浦之旋轉部分；然而，磁性軸承可允許幫浦之旋轉部分移動(例如移位、滑移、位移等等)比一傳統機械軸承更大之距離。在一些應用中，額外移動可能不受歡迎及/或可導致額外磨損、部件損壞及其他潛在問題。
圖1繪示根據本發明之一幫浦100之一實施例。幫浦100可包含一主體102及一幫浦外殼104。主體102可包含幫浦100之一馬達(例如一DC馬達、一AC馬達等等)及/或驅動組件。主體102可包含使功率及/或電信號(例如電)能夠自一外部電源及/或控制器/驅動輸送至主體102內之馬達的端口106。主體102可包含一安裝結構108。
安裝結構108可用於將幫浦100固定至一固定物體(例如牆壁、地板、安裝墊、結構、框架等等)。在一些實施例中，安裝結構108可包含一凸緣110，其具有延伸穿過其之至少一個孔112 (例如狹槽、開口等等)。孔112可經結構設計以接收諸如螺栓、雙頭螺栓、螺釘、帶(例如金屬帶、聚合物帶、布帶、尼龍帶、條帶、夾緊帶等等)、電纜、托架、鉤子等等之安裝硬體。在一些實施例中，安裝結構108可包含整合安裝硬體(例如雙頭螺栓、夾具、螺紋嵌件等等)。
主體102亦可包含自主體102延伸之一或多個鰭片114 (例如突片、板等等)。在一些實施例中，鰭片114可經結構設計以有助於自馬達或主體102內部之其他組件傳熱(例如冷卻馬達)。鰭片114可呈直線(例如實質上筆直)且自主體102徑向向外延伸，且可平行於主體102之一縱軸線定向，如圖1中所展示。在一些實施例中，鰭片114可實質上呈圓形(例如環形等等)，其圍繞一中心軸線L100 周向延伸(例如，呈一系列環、盤旋、螺旋等等)。
幫浦外殼104可包含一背板120。背板120可包含一或多個冷卻端口122。冷卻端口122可經結構設計以導引流體(例如空氣、水等等)流過鰭片114。在一些實施例中，冷卻端口122可經結構設計以導引被動流體流。在一些實施例中，一輔助裝置(諸如一風扇或幫浦)可耦合至背板120且經結構設計以迫使流體流通過冷卻端口122且流過鰭片114。例如，輔助裝置可經結構設計以汲取流體通過冷卻端口122，使得流體可流過鰭片114且接著由輔助裝置汲取通過冷卻端口122。在一些實施例中，輔助裝置可經結構設計以迫使流體通過冷卻端口122且接著流過鰭片114。
幫浦外殼104可包含一入口116及一出口118。幫浦外殼104可收容一葉輪(例如轉子、槳葉、螺旋槳、渦輪等等)，其經結構設計以透過入口116接收一流體且透過出口118輸出流體。在一些實施例中，葉輪可經結構設計以在透過出口118 (例如一幫浦)輸出流體之前將流體加壓至比入口116處之流體更高之一壓力。在其他實施例中，葉輪可經結構設計以透過入口116以一高壓接收流體且透過出口118以一較低壓輸出流體。高壓流體可引起葉輪旋轉以將流體之壓力轉換成旋轉能，旋轉能接著可轉換成電能或某種其他形式之機械能。
圖2繪示幫浦100之一橫截面圖。主體102可圍封一定子總成220、幫浦外殼總成210及一轉子總成230。定子總成220可包含一或多個永磁鐵222及一或多個驅動磁鐵224。例如，驅動磁鐵224可為經結構設計以產生圍繞轉子總成230之一磁場的電磁鐵、繞組、一換向器、一線圈、一電樞等等。一或多個永磁鐵222可實質上呈環形(例如環形、圓形等等)。永磁鐵222可靠在間隔件226 (例如墊片、環形圈等等)上。定子總成220可進一步包含一拉式磁鐵228及一升降磁鐵229。拉式磁鐵228及升降磁鐵229可經結構設計以控制或維持轉子總成230相對於定子之一位置。在一些實施例中，拉式磁鐵228及升降磁鐵229之至少一者可為一電磁鐵。在一些實施例中，拉式磁鐵228及升降磁鐵229之至少一者可為一永磁鐵。
轉子總成230可包含一或多個互補永磁鐵232、一電樞234、間隔件236及一互補拉式磁鐵238。互補永磁鐵232及電樞234可實質上呈環形形狀。例如，電樞234可為一線圈、繞組、一導體、一永磁鐵等等，其經結構設計以自由驅動磁鐵224產生之磁場產生轉子總成230上之一旋轉力。互補永磁鐵232可實質上在沿一縱軸線L100 之一軸向方向上與定子總成220之永磁鐵222對準。互補拉式磁鐵238可實質上在軸向方向上不與定子總成220之拉式磁鐵228對準。
在一些實施例中，由永磁鐵222及互補永磁鐵232產生之磁場可形成被動軸承(例如磁性軸承、非接觸軸承等等)。例如，永磁鐵222及互補永磁鐵232可經結構設計以在永磁鐵222與互補永磁鐵232之間誘發一排斥力。排斥力可引起轉子總成230漂浮於定子總成220內，使得轉子總成230與定子總成220無任何實體接觸。此非接觸相互作用可減少馬達內之摩擦損失。另外，可在轉子總成230與定子總成220之間產生一路徑240 (例如通道、路線等等)，使得流體可通過路徑240。流體可為一潤滑流體、一冷卻流體、一清潔流體、一沖洗流體、一竄氣流體或任何其他類型之流體。
在一些實施例中，永磁鐵222及互補永磁鐵232之至少一者可由一相對較高強度之磁性材料形成。高強度磁性材料可具有至少約5 MGOe之一最大能積，諸如至少約42 MGOe、至少約52 MGOe或其等之間的組合。在一些實施例中，永磁鐵222及互補永磁鐵232之至少一者可由諸如亞力可(例如鋁、鎳及鈷之合金)、釹合金或釤鈷合金之一磁性材料形成。
在一些實施例中，拉式磁鐵228及互補拉式磁鐵238可經結構設計以控制轉子總成230相對於定子總成220之軸向位置。例如，拉式磁鐵228可經結構設計以在互補拉式磁鐵238上誘發軸向方向上之一力，如下文將相對於圖4更詳細描述。拉式磁鐵228及互補拉式磁鐵238可由一電子控制器控制。例如，一控制器260可收容於定子總成220內。在一些實施例中，電子控制器可定位於外部(例如，與定子總成220分離)。
一葉輪250可連接(例如附接、耦合等等)至轉子總成230，使得轉子總成230之任何旋轉經施加於葉輪250及/或葉輪250之任何旋轉經施加於轉子總成230。葉輪250可透過一機械連接(諸如螺栓、雙頭螺栓、螺釘、鍵、螺紋(例如管螺紋、直螺紋等等))連接至轉子總成230。在一些實施例中，葉輪250可透過一黏著劑(例如膠水、環氧樹脂等等)或一物理化學程序(例如焊合、焊接等等)連接至轉子總成230。在一些實施例中，葉輪250可透過一過盈連接(例如壓入配合、摩擦配合等等)連接至轉子總成230。在一些實施例中，葉輪250可藉由上述元件或方法之組合連接至轉子總成230。
在一些實施例中，當轉子總成230相對於定子總成220旋轉時，能量可轉移於電樞234與驅動磁鐵224之間。例如，可將電施加於驅動磁鐵224，驅動磁鐵224可在電樞234上誘發一旋轉力。旋轉力可引起轉子總成230相對於定子旋轉。在另一實施例中，葉輪250之旋轉可引起轉子總成230相對於定子旋轉。當電樞234相對於驅動磁鐵224旋轉時，電樞234可在驅動磁鐵224中誘發一電流以產生電能。
圖3繪示圖2中之幫浦100之實施例之永磁鐵222及互補永磁鐵232之一放大圖。轉子總成230可包含經結構設計以保持及分離轉子總成230之不同部分的多個結構區段。例如，轉子總成230可包含一前支撐件302，其具有經結構設計以使互補永磁鐵232保持於一第一軸向端306上之一前保持結構304。一第一互補永磁鐵232a可抵靠前保持結構304定位。間隔件236可定位於第一互補永磁鐵232a與一第二互補永磁鐵232b之間。第二互補永磁鐵232b可由一電樞支撐件308固定於適當位置中。電樞支撐件308可包含前中心間隔件310，其經結構設計以將第一互補永磁鐵232a及第二互補永磁鐵232b及間隔件236夾置於前保持結構304與前中心間隔件310之間。
在一些實施例中，前保持結構304與前中心間隔件310之間的空間可為可調整的。例如，電樞支撐件308可螺合至前支撐件302上。在一些實施例中，電樞支撐件308可為一套環，其在電樞支撐件308之一內表面上具有經結構設計以與前支撐件302之一外表面上之螺紋介接之螺紋。在一些實施例中，前支撐件302與電樞支撐件308之間的介接表面可相對光滑，使得電樞支撐件308能夠沿前支撐件302軸向滑動。電樞支撐件308及前支撐件302可使用單獨硬體(例如螺栓、螺釘、雙頭螺栓、彈簧夾、螺旋夾等等)將第一互補永磁鐵232a及第二互補永磁鐵232b及間隔件236夾緊於前保持結構304與前中心間隔件310之間。
定子總成220中之永磁鐵222可包含一類似保持結構。例如，定子總成220可包含：一前保持元件312，其經結構設計以接觸一第一永磁鐵222a之一前端316；及一第二前保持元件318，其經結構設計以將一第二永磁鐵222b及第一永磁鐵222a及間隔件226夾置於前保持元件312與第二前保持元件318之間。在一些實施例中，可使用一螺栓連接將前保持元件312及第二前保持元件318夾在一起。在其他實施例中，可使用一螺紋連接或類似於上文相對於電樞支撐件308及前支撐件302所概述之連接的其他連接將前保持元件312及第二前保持元件318夾在一起。在一些實施例中，前保持元件312及第二前保持元件318可為定子總成220之部分。在一些實施例中，前保持元件312及第二前保持元件318可為主體102之部分。在一些實施例中，前保持元件312及第二前保持元件318可為主體102之部分及定子總成220之部分之一組合。
在一些實施例中，一位置感測器320可定位於定子總成220中與一位置指示器322實質上對準。在一些實施例中，位置指示器322可為一永磁鐵。在一些實施例中，位置指示器322可為經結構設計以與位置感測器320相互作用之另一元件，諸如一加熱元件、一反射元件等等。位置感測器320可經結構設計以產生對應於轉子總成230相對於定子總成220之一軸向位置的一信號。在一些實施例中，位置感測器320可為一磁性接近感測器、一霍爾(Hall)效應感測器、一超音波感測器、一感應感測器、一雷射感測器、一光感測器、一電容感測器、一紅外線感測器等等。在一些實施例中，控制器260可監測來自位置感測器320之信號。控制器260可藉由調整至拉式磁鐵228之功率(如下文將詳細描述)來控制轉子總成230之軸向位置以調整轉子總成230上之軸向力。
位置感測器320可透過一連接330耦合至前保持元件312。在一些實施例中，連接330可為一螺栓連接，如圖3中所展示。在一些實施例中，連接330可為一黏著連接，諸如膠水或環氧樹脂。在一些實施例中，連接330可為一夾緊連接，諸如一彈簧夾、一螺栓夾等等。
在一些實施例中，可存在一個以上位置感測器320，諸如在1個感測器至10個感測器之間、在1個感測器至5個感測器之間或在1個感測器至3個感測器之間。在一些實施例中，控制器260可監測來自所有感測器之一平均軸向位置。例如，控制器260可自位置感測器320之各感測器接收個別讀數且內部平均化來自位置感測器320之讀數。在一些實施例中，位置感測器320可連線至一平均電路中以向控制器260提供一單一平均輸入。
在一些實施例中，控制器260可個別監測位置感測器320且判定一最小值、最大值、平均值、中值等等。在一些實施例中，控制器260可經結構設計以根據不同值執行不同操作。例如，當來自位置感測器320之最大值或最小值高於或低於界定臨限值時，控制器260可產生一警報(例如聲音警報、警報信號、乾接點警報、安全電路等等)。在一些實施例中，可將臨限值界定於適當位置中，使得警報可在損壞發生之前停止幫浦100之操作。
控制器260可經結構設計以將轉子總成230之軸向位置控制在約0.5 mm內或甚至約0.25 mm內。
圖4繪示圖2中所展示之幫浦100之實施例之拉式磁鐵228及互補拉式磁鐵238之一放大圖。由拉式磁鐵228及互補拉式磁鐵238產生之磁場可在轉子總成230上產生一軸向力。拉式磁鐵228可為一電磁鐵，使得可調整軸向力以使轉子總成230維持一所要軸向位置。例如，若轉子總成230及互補拉式磁鐵238在一軸向方向上移動遠離幫浦外殼表面242，則拉式磁鐵228可朝向幫浦外殼表面242產生一增大軸向力。替代地，若轉子非常靠近或觸碰幫浦外殼表面242，則拉式磁鐵228可減小軸向力或甚至誘發一排斥力來推動互補拉式磁鐵238及轉子總成230遠離幫浦外殼表面242。在一些實施例中，幫浦外殼表面242可為一硬止動件，其經結構設計以使轉子總成230之軸向位置維持於容限內，使得實質上防止轉子總成230之關鍵組件(諸如葉輪250)損壞。
在一些實施例中(例如，當幫浦100在垂直方向上沿定子之軸線安裝時)，升降磁鐵229不會是總成之部分。在其他實施例中(例如，當幫浦100在水平面中沿定子之軸線安裝時)，升降磁鐵229可為經結構設計以排斥互補拉式磁鐵238之一永磁鐵。升降磁鐵229可定位於靠近拉式磁鐵238之定子總成220之一端處。升降磁鐵229可在轉子總成230上引入一負載。負載可隨互補拉式磁鐵238在重力方向上徑向向下行進而增大及隨互補拉式磁鐵238在重力方向上徑向向上行進而減小。
在一些實施例中，可監測轉動轉子總成230所需之安培數。例如，幫浦100可包含可監測驅動磁鐵224 (圖2)處之安培數的內部電路或控制。例如，一內部電路可使行進至驅動磁鐵224之佈線與幫浦100中之其他電組件隔離。一感測器(例如電流傳感器、電阻感測器、光纖感測器、霍爾效應感測器等等)可監測隔離電路且控制或內部電路可監測隔離電路中之安培數，記錄隔離電路中之安培數，及/或基於隔離電路中之安培數來控制幫浦之另一組件。在一些實施例中，一些或所有控制可位於外部，使得一感測器可定位於輸入至幫浦100中之功率中或輸入至幫浦100中之功率上且由一外部控制器分析。在一些實施例中，可監測轉子總成230之轉數。
在一些實施例中，可藉由增大或減小至拉式磁鐵228之功率來控制轉子總成230之軸向位置。例如，提供至拉式磁鐵228之安培數可隨轉子總成軸向移動遠離其位置設定點而增大或減小。功率之增大或減小將改變拉式磁鐵228與互補拉式磁鐵238之相互作用且將改動轉子總成230之位置以使轉子總成230移回至其位置設定點。
可透過一控制演算法(諸如一PID迴路、分步及等待演算法、閉環控制、前饋控制等等)來控制至拉式磁鐵228之功率。控制演算法可包含一位置設定點及到達拉式磁鐵228之安培數之一電流設定點。例如，控制演算法可監測與位置感測器320比較之位置指示器322之位置且比較位置與位置設定點。接著，控制演算法可適當調整至拉式磁鐵228之功率以校正位置指示器322之監測位置與位置設定點之間的任何差。接著，控制演算法可比較到達拉式磁鐵228之安培數與電流設定點且基於實際安培數與電流設定點之間的一計算差來相應調整位置設定點。在一些實施例中，電流設定點可為預期為使轉子總成230懸浮於幫浦100中所需之最低功率的一設定數。例如，電流設定點可在約0安培至約12安培之間，諸如在約5安培至約10安培之間或約7安培。在一些實施例中，控制演算法可最小化功率使用以透過一控制迴路進行調整，直至達到一最小功率使用(例如，使得任何調整導致功率使用增加)。
在一些實施例中，可透過監測拉式磁鐵228安培數及位置感測器320之一組合來控制轉子總成230之軸向位置。
圖5繪示幫浦100之一分解圖。定子總成220及轉子總成230可實質上圍繞軸線L100 同軸。轉子總成230可經結構設計以至少部分安置至由定子總成220界定之一內孔506中。一葉輪250可在轉子總成230之一第一端510處附接至轉子總成230。轉子總成230可經結構設計以在定子總成220之內孔506內旋轉。葉輪250可經結構設計以隨轉子總成230旋轉。葉輪250可經結構設計以透過一入口512汲取流體且透過葉片514 (例如葉輪、流槽等等)以一較高壓力輸出流體。在一些實施例中，葉片514可經結構設計以提供一較低壓力之一相對較高流量。在其他實施例中，葉片514可經結構設計以提供一較高壓力之一相對較低流量。轉子總成230之旋轉速度亦會影響流體之流量及/或壓力。
圖6繪示用作葉輪250 (圖2)之一驅動軸件之轉子總成230之一部分分解圖。轉子總成230可封裝於一殼體602內。殼體602亦可提供一流體(例如冷卻流體、潤滑流體、沖洗流體、清潔流體等等)可在不直接接觸轉子總成230之內部組件之情況下流過之一表面。在一些實施例中，殼體602可由一非鐵材料(諸如一聚合物(例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)等等)、一非鐵金屬(例如鋁、銅、不鏽鋼等等)等等)形成。在一些實施例中，殼體602可由一耐腐蝕材料(例如聚合物、鋁等等)形成或具有一耐腐蝕塗層(例如橡膠塗層、聚合物塗層等等)。
在一些實施例中，一外表面604可為一光滑表面。在一些實施例中，外表面604可包含凸起或凹陷特徵(例如凹坑、突脊、葉片、凹槽、鰭片等等)之一圖案。
轉子總成230可同心組裝於一中心軸件606上。在一些實施例中，中心軸件606可為中空的。例如，中心軸件606可界定穿過中心軸件606之一縱向長度之一開口、通道或路徑。流體可流動通過中心軸件。例如，流體可圍繞殼體602之外表面604循環且接著通過中心軸件606，或流體可先通過中心軸件606且接著圍繞殼體602之外表面604流出。
中心軸件606可連接(例如附接、耦合等等)至一前連接元件608。在一些實施例中，中心軸件606可使用硬體(例如螺釘、螺栓、雙頭螺栓、鉚釘、銷等等)附接至前連接元件608。在一些實施例中，中心軸件606可使用一黏著劑(例如膠水、環氧樹脂等等)、焊接或焊料附接至前連接元件608。在一些實施例中，中心軸件606可透過一過盈配合(例如壓入配合、摩擦配合等等)附接至前連接元件608。在一些實施例中，中心軸件606可形成為前連接元件608之部分。例如，中心軸件606可自前連接元件608擠出或拉出，或前連接元件608及中心軸件606可在一程序(諸如鍛造或模製)中形成。在一些實施例中，中心軸件606可透過若干附接構件之一組合附接至前連接元件608。在一些實施例中，殼體602可經結構設計以藉由焊接、膠合、一螺紋連接、機械緊固件等等連接至前連接元件608。
前連接元件608可經結構設計以將轉子總成230附接至葉輪250 (圖5)。在一些實施例中，前連接元件608可提供用於連接至葉輪250 (圖5)之一螺紋連接(例如管螺紋、機器螺紋、外螺紋、內螺紋等等)。在一些實施例中，前連接元件608可提供用於連接至葉輪250 (圖5)之硬體(例如雙頭螺栓、銷、鍵座等等)或硬體接收特徵(例如孔、螺紋孔、凹槽、軌道等等)。在一些實施例中，前連接元件608可提供經結構設計以壓入至葉輪250 (圖5)中之一表面(例如一過盈配合)。在一些實施例中，前連接元件608可經結構設計以透過連接特徵之一組合附接至葉輪250 (圖5)。
在前連接元件608之後，轉子總成230可包含互補永磁鐵232及間隔件236之一圖案。互補永磁鐵232可經結構設計以與定子總成220中之對應永磁鐵222相互作用(圖2、圖5及圖9)以形成磁性軸承。間隔件236可經結構設計以在組裝轉子總成230之後將互補永磁鐵232定位於正確軸向位置中且使互補永磁鐵232維持於適當位置中。間隔件236可在不同位置處具有不同厚度以界定互補永磁鐵232之正確軸向位置。互補永磁鐵232及間隔件236可經配置以形成一前磁性軸承總成620及一後磁性軸承總成622。前磁性軸承總成620及後磁性軸承總成622之各者可包含至少一個互補永磁鐵232及至少一個間隔件236。在一些實施例中，前磁性軸承總成620可包含由至少一個間隔件236分離之至少兩個互補永磁鐵232。類似地，後磁性軸承總成622可包含由至少一個間隔件236分離之至少兩個互補永磁鐵232。在另一實施例中，前磁性軸承總成620及後磁性軸承總成622之至少一者可包含由至少兩個間隔件236分離之至少三個互補永磁鐵232。在一些實施例中，前磁性軸承總成620及/或後磁性軸承總成622可包含額外互補永磁鐵232，諸如四個、五個、六個或更多個互補永磁鐵232。類似地，前磁性軸承總成620及/或後磁性軸承總成622可包含額外間隔件236，諸如三個、四個、五個、六個或更多個間隔件236。
在一些實施例中，前磁性軸承總成620及後磁性軸承總成622之一或多者中之相鄰互補永磁鐵232可以相反極性定向，使得相鄰互補永磁鐵232在轉子總成230中之相鄰互補永磁鐵之間誘發一排斥力以使互補永磁鐵232推擠前中心間隔件310及/或後中心間隔件618及/或前保持結構304及/或後保持結構626。在一些實施例中，前磁性軸承總成620及後磁性軸承總成622之一或多者中之相鄰互補永磁鐵232可以相同極性定向，使得相鄰互補永磁鐵232在轉子總成230中之相鄰互補永磁鐵232之間誘發一吸引力以將互補永磁鐵232拉向相鄰互補永磁鐵232之間的間隔件236。
位置指示器322可定位於前磁性軸承總成620及後磁性軸承總成622之一者之一端上。例如，位置指示器322可定位於前磁性軸承總成620前面，介於前磁性軸承總成620與前連接元件608之間。位置指示器322可經結構設計以與定子總成220 (圖3)中之位置感測器320相互作用。
電樞234可安置於兩個中心間隔件310、618之間。前中心間隔件310可定位於電樞234與前磁性軸承總成620之間。一後中心間隔件618可定位於電樞234與後磁性軸承總成622之間。前磁性軸承總成620及後磁性軸承總成622、中心間隔件310、618及電樞234之總成可固定於前保持結構304與一後保持結構626之間。
電樞234可經結構設計以將由定子總成220 (圖5)提供之磁脈衝轉換成旋轉。電樞234可依使得電樞234之旋轉亦可使整個轉子總成230旋轉之一方式固定至轉子總成230。在一些實施例中，電樞234可固定至中心軸件606，使得電樞234之旋轉直接傳輸至中心軸件606且中心軸件將旋轉傳輸至前連接元件608及其他旋轉元件。在一些實施例中，電樞234可固定至可連接至對應前磁性軸承總成620及/或後磁性軸承總成622之前中心間隔件310及後中心間隔件618之至少一者。前磁性軸承總成620及/或後磁性軸承總成622可連接至各自前保持結構304或後保持結構626。前保持結構304可連接至中心軸件606及/或前連接元件608之至少一者且後保持結軸626可連接至中心軸件606。在此一實施例中，電樞234可透過一系列互連部件將旋轉傳輸至中心軸件606及/或前連接元件608。
轉子總成230可包含定位於後保持結構626後面(例如後部、後方等等)之一互補拉式磁鐵238。互補拉式磁鐵238可經結構設計以與定子總成220 (圖5)中之至少一個對應拉式磁鐵228 (圖2及9)相互作用以維持及/或校正轉子總成230在定子總成220 (圖5)內之一軸向位置。在一些實施例中，互補拉式磁鐵238可固定至中心軸件606。在一些實施例中，互補拉式磁鐵238可固定至後保持結構626。在一些實施例中，互補拉式磁鐵238可藉由殼體602固定至轉子總成230。
在一些實施例中，轉子總成230可經結構設計以被輕易拆卸及重組，使得個別組件(諸如互補永磁鐵232、間隔件236、電樞234、互補拉式磁鐵238等等)可視需要被移除及更換。例如，可在個別組件磨損、破損或否則有缺陷時更換個別組件。在一些實施例中，轉子總成230可經結構設計以被整體更換。例如，轉子總成230可自定子總成220移除(圖5)且一更換轉子總成230可插入其位置中。在一些實施例中，轉子總成230可被整體更換及重建。
圖7繪示圖6中所繪示之轉子總成230之一部分之一分解圖。前保持結構304可包含經結構設計以與前中心間隔件310中之一互補內部介接結構704介接的一外部介接結構702，諸如螺紋(例如管螺紋、機器螺紋等等)、凹槽、突脊、凸片等等。互補內部介接結構704可經結構設計以接收前保持結構304之外部介接結構702以將前保持結構304固定至前中心間隔件310。
前保持結構304與前中心間隔件310之間的距離可由外部介接結構702與互補內部介接結構704之間的介面界定。在一些實施例中，前保持結構304與前中心間隔件310之間的距離可為恆定的(例如，每當組裝轉子總成230時，距離保持相同，不管前磁性軸承總成620之大小如何)。在一些實施例中，前保持結構304與前中心間隔件310之間的距離可為可調整的。例如，外部介接結構702與互補內部介接結構704之間的一螺紋介面可允許前保持結構304與前中心間隔件310之間的距離隨前保持結構304螺合進或螺合出前中心間隔件310而改變。
後保持結構626亦可包含一外部介接組件706。在一些實施例中，後中心間隔件618可包含經結構設計以與外部介接組件706介接之一互補內部介接組件708。在一些實施例中，外部介接組件706可經結構設計以與前中心間隔件310之內部介接結構704介接。
後保持結構626與後中心間隔件618之間的距離可由外部介接組件706與互補內部介接組件708之間的介面界定。在一些實施例中，後保持結構626與後中心間隔件618之間的距離可為恆定的(例如，每當組裝轉子總成230時，距離保持相同，不管後磁性軸承總成622之大小如何)。在一些實施例中，後保持結構626與後中心間隔件618之間的距離可為可調整的，諸如使用一螺紋介面。
後保持結構626與前中心間隔件310之間的距離可由外部介接組件706與互補內部介接結構704之間的介面界定。在一些實施例中，後保持結構626與前中心間隔件310之間的距離可為恆定的(例如，每當組裝轉子總成230時，距離保持相同，不管與後中心間隔件618及電樞234組合之後磁性軸承總成622之大小如何)。在一些實施例中，後保持結構626與前中心間隔件310之間的距離可為可調整的，諸如使用一螺紋介面。
在一些實施例中，後保持結構626之外部介接組件706與後中心間隔件618之互補內部介接組件708之間的介面可為一浮動連接。例如，後中心間隔件618可可滑動地連接至後保持結構626，使得後中心間隔件618可相對於後保持結構626軸向移動。後保持結構626與後中心間隔件618之間的距離可由後保持結構626與前中心間隔件310之間的中間組件(諸如電樞234及/或後磁性軸承總成622)界定。
圖8繪示一定子總成800及一定子套筒802 (例如外殼、隔離器、壁等等)之一分解圖。定子套筒802固定至幫浦外殼且經結構設計以安置於轉子總成230 (圖5)與定子總成800之間。轉子總成230 (圖5)可插入至定子套筒802之一內孔804中。在一些實施例中，內孔804可經定大小以提供與轉子總成230 (圖5)之一間隙配合(例如略大、更大一點等等)。例如，內孔804可經定大小使得內孔804之一內徑比轉子總成230 (圖5)之一外徑更大約5 μm至約5 mm之間，諸如更大約2 mm至約4 mm之間。
定子套筒802可在定子套筒802之一內表面806 (例如面向轉子總成230 (圖5)之表面)上包含凸起或凹陷特徵808 (例如凹坑、突脊、葉片、凹槽、鰭片等等)之一圖案。內表面806上之圖案可至少部分(例如部分、實質上、完全等等)減小可存在及/或流動於轉子總成230 (圖5)與定子套筒802之內表面806之間的流體之旋轉流。旋轉總成中之流體之旋轉流可引起某些旋轉速度處之諧波振動(例如油膜振盪、油顫、流體顫等等)。若不校正，諧波振動會產生破壞性。凸起或凹陷特徵之圖案可實質上減小由旋轉流帶來之破壞性振動。
定子套筒802可至少部分安置於定子總成220內。定子套筒802可經結構設計以將定子總成220與轉子總成230 (圖5)隔離。在一些實施例中，定子套筒802可經結構設計以使流體能夠圍繞轉子總成230 (圖5)流動，同時實質上防止流體接觸定子總成220。在一些實施例中，定子套筒802可經結構設計以在轉子總成230 (圖5)發生一故障(例如，轉子總成230 (圖5)破裂，轉子總成230 (圖5)不當對準，等等)時保護定子總成220免被接觸或免受碎屑影響。定子套筒802可由一堅固非鐵材料(諸如一聚合物(例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)等等)、一非鐵金屬(例如鋁、銅等等)等等)形成。在一些實施例中，定子套筒802可由一耐腐蝕材料(例如聚合物、鋁等等)形成或具有一耐腐蝕塗層(例如橡膠塗層、聚合物塗層等等)。
定子總成220可由界定一開口812之環形組件之一總成形成，開口812經結構設計以接收定子套筒802。在一些實施例中，定子總成220之環形組件可安裝(例如固定、附接等等)至定子套筒802。在一些實施例中，定子總成220之環形組件可安裝至一外部主體、外殼或殼套(例如主體102 (圖1))。在一些實施例中，定子總成220之環形組件可附接至定子總成220之其他環形組件。在一些實施例中，定子總成220之環形組件可附接至上述元件之一組合。
圖9繪示圖8之定子總成220之一分解圖。定子總成220之環形組件可包含一前磁性軸承總成920、一後磁性軸承總成922、驅動磁鐵224、一前保持元件312、一後保持結構926及拉式磁鐵228。前磁性軸承總成920及後磁性軸承總成922可各包含至少一個永久環形磁鐵222。在一些實施例中，可使用類似於上文相對於圖6及圖7中所展示之轉子總成230所描述之間隔件的間隔件來定位環形組件。在一些實施例中，間隔件可經整合至安裝結構(諸如主體102 (圖2))中。
參考圖6、圖8及圖9，前磁性軸承總成920及後磁性軸承總成922可經結構設計以與轉子總成230之前磁性軸承總成620及後磁性軸承總成622相互作用。例如，定子總成220之前磁性軸承總成920及後磁性軸承總成922可經定位(例如間隔)使得各永磁鐵222與轉子總成230之對應互補永磁鐵232對準。在一些實施例中，各永磁鐵222可經定向使得永磁鐵222之極性(例如北極、南極)與轉子總成230之對應互補永磁鐵232之極性對準，使得一排斥力由永磁鐵222與對應互補永磁鐵232之間的磁場誘發。在一些實施例中，各永磁鐵222可經定向使得永磁鐵222之極性與轉子總成230之對應互補永磁鐵232之極性相反，使得一吸引力由永磁鐵222與對應互補永磁鐵232之間的磁場誘發。在一些實施例中，一些永磁鐵222可以與轉子之對應互補永磁鐵232對準之極性定向，而其他永磁鐵可以與對應互補永磁鐵232相反之極性定向。例如，前磁性軸承總成920之永磁鐵222可以與轉子總成230之前磁性軸承總成620之對應互補永磁鐵232對準之極性定向且後磁性軸承總成922之永磁鐵222可以與後磁性軸承總成622之對應互補永磁鐵232相反之極性定向。在另一實例中，前磁性軸承總成920及後磁性軸承總成922之各者可包含以與轉子總成230之對應互補永磁鐵232對準之極性定向之至少一個永磁鐵222及以與轉子總成230之對應互補永磁鐵232相反之極性定向之至少一個永磁鐵222。
在一些實施例中，前磁性軸承總成920及後磁性軸承總成922之一或多者中之相鄰永磁鐵222可以相同極性定向，使得相鄰永磁鐵222在定子總成220中誘發相鄰永磁鐵222之間的一排斥力。在一些實施例中，前磁性軸承總成920及後磁性軸承總成922之一或多者中之相鄰永磁鐵222可以相反極性定向，使得相鄰永磁鐵222在定子總成220中誘發相鄰永磁鐵222之間的一吸引力。
驅動磁鐵總成224可與轉子總成230之電樞234實質上對準且經結構設計以與電樞234相互作用。例如，可將一電流供應至驅動磁鐵224。驅動磁鐵224可自電流產生一磁場，磁場可在電樞234上誘發一旋轉力。電流可源自一外部源(例如發電機、線路電源、變壓器、反相器、馬達控制器、變頻驅動等等)。在一些實施例中，內部電路(例如控制板、馬達控制器、速度控制器等等)可修改電流。在一些實施例中，幫浦可包含控制器260，其可轉移一些電流以供電給及操作控制器260及/或幫浦之其他組件。在一些實施例中，控制器260及其他組件(諸如拉式磁鐵228)可與幫浦分開供電，諸如透過一獨立電源供應器。控制器260可在將電流發送至驅動磁鐵224之前修改電流(例如改變振幅、頻率、電壓、安培數等等)。在一些實施例中，控制器260可監測供應至驅動磁鐵224之電流。在一些實施例中，控制器260可基於供應至驅動磁鐵224之電流來控制幫浦之其他組件。例如，控制器260可監測供應至驅動磁鐵224之安培數且可基於供應至驅動磁鐵224之安培數來控制供應至拉式磁鐵228之電流。
圖10繪示幫浦100之一控制系統之一示意圖。控制系統可包含控制器260。在一些實施例中，控制器260可與幫浦100整合。在一些實施例中，控制器260可在幫浦100外部。例如，控制器260可透過電纜1002及/或信號線1004耦合至幫浦100，電纜1002及/或信號線1004透過端口106 (圖1)進入幫浦100。例如，電纜1002可向驅動磁鐵224及/或拉式磁鐵228之一或多者提供功率。
控制器260可控制傳遞至驅動磁鐵224及/或拉式磁鐵228之功率。例如，線電壓電源1006 (諸如110伏特交流電(VAC)、120 VAC、208 VAC、240 VAC、277 VAC、480 VAC等等)可通過控制器260。在一些實施例中，線電壓電源1006可為單相電源、雙相電源或三相電源。控制器260可經結構設計以處理線電壓電源1006。例如，控制器260可包含一濾波器1008。濾波器1008可經結構設計以自線電壓電源1006濾除雜訊，諸如功率尖峰。在一些實施例中，濾波器1008可經結構設計以偵測線電壓電源1006中之問題，諸如暫時低壓、失相、功率尖峰等等。在一些實施例中，濾波器1008可經結構設計以在偵測到一問題時中斷電源，使得可保護控制器260及/或幫浦100之內部組件免受線電壓電源1006影響。在一些實施例中，控制器260可包含一電源轉換裝置1010。例如，電源轉換裝置1010可經結構設計以將交流電轉換為直流電(例如整流器)或將直流電轉換為交流電(例如反相器)。在一些實施例中，電源轉換裝置1010可經結構設計以改變線電壓電源1006之一電壓及/或安培數(例如變壓器)。
在一些實施例中，控制器260可包含一或多個驅動，其等經結構設計以利用一或多個驅動1012來控制通過控制器260而至驅動磁鐵224及/或拉式磁鐵228之功率。例如，控制器260可包含變頻驅動(VFD)，其經結構設計以調整傳遞至驅動磁鐵224及/或拉式磁鐵之功率之一頻率。調整頻率可使控制器260能夠控制電樞之一速度及/或由拉式磁鐵228產生之一磁場。在一些實施例中，驅動1012可藉由選擇性接通及切斷來自控制器260之功率來控制至驅動磁鐵224及/或拉式磁鐵228之功率以因此減少自控制器260供應之功率。
在一些實施例中，控制器260可僅控制至驅動磁鐵224及/或拉式磁鐵228之一者之功率。例如，控制器260可經結構設計以藉由控制至拉式磁鐵228之功率來控制轉子總成230之軸向位置，無論供應至驅動磁鐵224之功率如何。控制器260可透過位置感測器320監測轉子總成230之軸向位置且相應地控制至拉式磁鐵228之功率。可獨立控制及監測至驅動磁鐵224之功率，使得可獨立於轉子總成230之軸向位置來控制幫浦之速度、壓力及/或流量。
控制器260可包含一使用者介面1014。在一些實施例中，使用者介面1014可為一顯示器，諸如一觸控螢幕、監視器、螢幕等等。在一些實施例中，使用者介面1014可為經結構設計以與一遠端運算裝置(諸如一控制系統、建築管理系統(BMS)、個人電腦、膝上型電腦、伺服器、雲端等等)通信之一通信模組。
控制器260可經結構設計以接收類比輸入1016及/或數位輸入1018。例如，控制器260可經結構設計以接收諸如設定點、程序回饋、系統要求、系統感測器讀數等等之類比輸入1016。數位輸入1018可包含一系統啟用、幫浦啟用、重設、控制啟用、警報、系統安全(例如高壓、高溫、低溫、低壓、手動終止開關等等)等等。在一些實施例中，類比輸入可為諸如電壓信號(例如0 VDC至5 VDC、0 VDC至10 VDC等等)、電阻信號(例如電阻溫度偵測器(RTD)等等)或電流信號(例如0至20毫安培(mA)、4 mA至20 mA等等)之信號。
控制器260可經結構設計以向其他組件及/或一使用者提供類比輸出1020及/或數位輸出1022。例如，控制器260可透過顯示裝置(諸如透過一圖形使用者介面(GUI)、一展開表、一系列燈等等)向使用者提供類比輸出1020及/或數位輸出1022。類比輸出1020及/或數位輸出1022可透過信號(諸如電壓信號(例如0 VDC至10 VDC、0 VDC至5 VDC、10 VDC至30 VDC等等)或電流信號(例如4 mA至20 mA、0 mA至20 mA等等))提供至其他組件。在一些實施例中，類比輸出1020可包含馬達速度、轉子位置、設定點等等。數位輸出1022可包含馬達狀態、錯誤、警報等等。在一些實施例中，控制器260可自幫浦100內之感測器接收馬達資訊，諸如感測器讀數(例如馬達溫度、轉子位置、馬達速度等等)。例如，位置感測器320 (圖3)可直接透過信號線1004或透過控制器260中之一通信介面將轉子位置提供至控制器260。
控制器260亦可包含一網路連接1024。網路連接1024可經結構設計以將控制器260及/或使用者介面1014連接至額外控制器及/或系統裝置，諸如冗餘幫浦、互補裝置、控制裝置等等。例如，可透過一系統級控制系統(諸如一BMS系統、工廠控制系統、程序控制系統等等)來控制幫浦100。控制器260可經結構設計以透過網路連接1024將資訊自幫浦100及/或控制器260傳送至系統。在一些實施例中，網路連接可為一通信電纜連接，諸如RS 232 (例如串列)、RS 485、RJ45 (例如乙太網路)、RJ11，RJ14、RJ25等等。
在一些實施例中，控制器260可監測馬達中之額外特徵。控制器260可使用諸如溫度感測器(例如電阻溫度偵測器(RTD)、負溫度係數(NTC)、熱電偶等等)、位置感測器(例如霍爾效應、接近度、感應等等)、電流感測器(例如傳感器、霍爾效應等等)等等之感測器。控制器260可將感測器讀數中繼至一外部源(例如監測系統、顯示器、警報系統、控制系統等等)。在一些實施例中，控制器260可基於讀數執行操作，諸如改變幫浦速度、改變其他組件(例如拉式磁鐵228等等)之操作及/或參數、產生一警報、停止幫浦等等。
儘管無軸承幫浦歸因於摩擦減少而效率更高，但摩擦減少不會導致磨損減少。例如，無軸承幫浦可允許轉子增加軸向移動，其會導致有害振動。另外，可使用摩擦減少來達成之較高旋轉速度會帶來額外有害振動。本發明之實施例可控制(例如減少、實質上減少、消除等等)無軸承幫浦固有之有害振動。減少有害振動可導致操作壽命延長、維修停機時間減少及操作及維修費用減少。本發明之一些實施例亦可減少一幫浦發生故障或需要重建或維修時所經歷之停機時間量。
在一些環境中，幫浦用於其中使一幫浦因故障而停機會導致一系統之災難性故障的關鍵系統中。在其他系統中，使一幫浦因故障而停機會導致巨大經濟損失。延長一幫浦之操作壽命及/或在需要維修時減少停機時間量可導致利用幫浦來操作之經濟負擔減輕，因為在關鍵系統中可減少冗餘且在高價值系統中可減少及/或避免經濟損失。
儘管本文中已相對於某些繪示實施例描述本發明，但一般技術者應認識到及瞭解，本發明不受限於此。確切而言，可在不背離下文將主張之本發明之範疇(包含其合法等效物)之情況下對所繪示之實施例作出諸多添加、刪除及修改。另外，來自一實施例之特徵可與另一實施例之特徵組合，同時仍涵蓋於本發明者所預期之本發明之範疇內。
100:幫浦 102:主體 104:幫浦外殼/葉輪外殼 106:端口 108:安裝結構 110:凸緣 112:孔 114:鰭片 116:入口 118:出口 120:背板 122:冷卻端口 210:幫浦外殼總成 220:定子總成 222:永磁鐵 222a:第一永磁鐵 222b:第二永磁鐵 224:驅動磁鐵 226:間隔件 228:拉式磁鐵 229:升降磁鐵 230:轉子總成 232:互補永磁鐵 232a:第一互補永磁鐵 232b:第二互補永磁鐵 234:電樞 236:間隔件 238:互補拉式磁鐵 240:路徑 242:幫浦外殼表面 250:葉輪 260:控制器 302:前支撐件 304:前保持結構 306:第一軸向端 308:電樞支撐件 310:前中心間隔件 312:前保持元件 316:前端 318:第二前保持元件 320:位置感測器 322:位置指示器 330:連接 506:內孔 510:第一端 512:入口 514:葉片 602:殼體 604:外表面 606:中心軸件 608:前連接元件 618:後中心間隔件 620:前磁性軸承總成 622:後磁性軸承總成 626:後保持結構 702:外部介接結構 704:互補內部介接結構 706:外部介接組件 708:互補內部介接組件 800:定子總成 802:定子套筒 804:內孔 806:內表面 808:凸起或凹陷特徵 812:開口 920:前磁性軸承總成 922:後磁性軸承總成 926:後保持結構 1002:電纜 1004:信號線 1006:線電壓電源 1008:濾波器 1010:電源轉換裝置 1012:驅動 1014:使用者介面 1016:類比輸入 1018:數位輸入 1020:類比輸出 1022:數位輸出 1024:網路連接 L100:中心軸線/縱軸線
儘管本說明書以特別指出且明確主張被視作本發明之實施例之申請專利範圍結束，但可自結合附圖閱讀之根據本發明之實例實施例之以下描述更容易確定本發明之實施例之各種特徵及優點，其中：
圖1係根據本發明之一實施例之一幫浦之一等角視圖；
圖2係圖1中所繪示之幫浦之一橫截面圖；
圖3及圖4係圖2中所繪示之幫浦之實施例之橫截面圖之部分之放大圖；
圖5係圖1至圖4中所繪示之幫浦之一定子及轉子總成之一分解圖；
圖6係圖5中所繪示之轉子總成之一部分分解圖；
圖7係圖6中所繪示之轉子總成之一部分之一分解圖；
圖8係圖5中所繪示之定子總成之一部分分解圖；
圖9係圖8中所繪示之定子總成之一部分之一分解圖；及
圖10係根據本發明之一實施例之一控制系統之一示意圖。
100:幫浦
102:主體
220:定子總成
222:永磁鐵
224:驅動磁鐵
226:間隔件
228:拉式磁鐵
229:升降磁鐵
230:轉子總成
232:互補永磁鐵
234:電樞
236:間隔件
238:互補拉式磁鐵
240:路徑
242:幫浦外殼表面
250:葉輪
L100:中心軸線/縱軸線

Claims (20)

  1. 一種幫浦，其包括： 一定子，其包括一驅動磁鐵、定位於該驅動磁鐵之對置軸向側上之一或多個永磁鐵及定位於該定子之一第一軸向端處之至少一個軸向定位磁鐵； 一轉子，其同軸安置於該定子內，該轉子包括與該驅動磁鐵對準之一電樞、與該一或多個永磁鐵對準之一或多個互補永磁鐵及定位於該轉子之一第一軸向端處之一推/拉式磁鐵； 其中該轉子之該一或多個互補永磁鐵及該定子之該一或多個永磁鐵經結構設計以產生一或多個磁性軸承，該推/拉式磁鐵經結構設計以與該至少一個軸向定位磁鐵相互作用以使該轉子在一軸向方向上相對於該定子定位，且該電樞及該驅動磁鐵經結構設計以使該轉子相對於該定子旋轉；及 一葉輪，其在與該第一軸向端對置之該轉子之一第二軸向端處耦合至該轉子且經結構設計以隨該轉子旋轉。
  2. 如請求項1之幫浦，其進一步包括一電子控制器。
  3. 如請求項2之幫浦，其中該電子控制器監測由該至少一個軸向定位磁鐵使用之一電流。
  4. 如請求項3之幫浦，其中該電子控制器改變控制參數以使至該至少一個軸向定位磁鐵之該電流維持於約12安培或更小之一範圍內。
  5. 如請求項4之幫浦，其中該電子控制器調整至該至少一個軸向定位磁鐵之功率以維持該轉子相對於該定子之一軸向位置。
  6. 如請求項1之幫浦，其進一步包括該轉子與該定子之間的一流體路徑。
  7. 如請求項6之幫浦，其進一步包括定位於該轉子與該定子之間的一外殼，該外殼將該轉子與該定子隔離且將該流體路徑界定於該外殼與該轉子之間。
  8. 如請求項7之幫浦，其中該外殼在面向該轉子且與流體接觸之該外殼之一面上包括凸起或凹陷特徵之一圖案。
  9. 如請求項1之幫浦，其進一步包括定位於該定子之一徑向側上之一升降磁鐵，其中該升降磁鐵經結構設計以在該轉子上誘發隨該轉子與該升降磁鐵之間的一徑向距離改變而改變之一負載。
  10. 如請求項9之幫浦，其中該升降磁鐵係一永磁鐵。
  11. 一種幫浦總成，其包括： 一電動馬達，其包括： 一轉子，其經結構設計以相對於一定子旋轉，其中該定子中之一驅動磁鐵經結構設計以在該轉子中之一永磁鐵上施加一旋轉力； 至少兩個磁性軸承，其等定位於該定子中之該驅動磁鐵之對置軸向端上，該至少兩個磁性軸承包括至少兩個互補永磁鐵，該至少兩個互補永磁鐵包括一旋轉永磁鐵及一固定永磁鐵，其中該等旋轉永磁鐵經承載於該轉子之對置軸向端上且該等固定永磁鐵在該驅動磁鐵之對置軸向端上附接至該定子；及 一定位磁鐵總成，其在該電動馬達之一第一軸向端中，該定位磁鐵總成包括耦合至該定子之一電磁軸向定位磁鐵及耦合至該轉子之一永久推/拉式磁鐵，其中該電磁軸向定位磁鐵經結構設計以與該永久推/拉式磁鐵相互作用以在沿該電動馬達之一縱軸線之一方向上產生該轉子上之一力；及 一葉輪，其在與該電動馬達之該第一軸向端對置的該轉子之一軸向端上耦合至該轉子。
  12. 如請求項11之幫浦總成，其進一步包括穿過該轉子之一流體路徑，該流體路徑經結構設計以將流體自該轉子之該第一軸向端轉移至該轉子之一第二軸向端。
  13. 如請求項12之幫浦總成，其進一步包括界定於該轉子與該定子之間的一流體通道，該流體通道經結構設計以將流體自相鄰於該轉子之該第二軸向端的該定子之一第二軸向端轉移至相鄰於該轉子之該第一軸向端之該定子之一第一軸向端。
  14. 如請求項11之幫浦總成，其進一步包括定位於該定子與該轉子之間的一定子套筒。
  15. 如請求項14之幫浦總成，其中該定子套筒之一內表面面向該轉子且包括具有凸起或凹陷特徵之一圖案的一表面。
  16. 如請求項11之幫浦總成，其進一步包括定位於該定子中之至少一個位置感測器，該至少一個位置感測器與該轉子之該等旋轉永磁鐵之至少一者實質上對準。
  17. 如請求項16之幫浦總成，其中該位置感測器選自一磁性接近感測器、一霍爾感測器、一超音波感測器、一感應感測器、一雷射感測器、一光感測器、一電容感測器及一紅外線感測器。
  18. 一種控制一磁懸浮幫浦中之一轉子位置的方法，其包括： 使用一位置感測器來感測一轉子相對於一定子之一軸向位置； 將一電壓輸出至定位於該轉子之一軸向端上之一定位電磁鐵以將該轉子定位於一位置設定點處； 在一定位電磁鐵處感測一電流； 比較該電流與一電流設定點且產生該電流與該電流設定點之間的一差；及 輸出該位置設定點之一調整以校正該差。
  19. 如請求項18之方法，其中該電流設定點係在約0安培至約8安培之間。
  20. 如請求項18之方法，其進一步包括使用定位於該幫浦之一軸向端上之一永久升降磁鐵來誘發該轉子上之一負載，其中該負載基於該轉子與該永久升降磁鐵之一徑向接近度來改變。
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