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KR102702034B1 - 회전자를 저널연결하고 자기적으로 축방향으로 위치설정하기 위한 자석을 가지는 펌프 및 관련 방법 - Google Patents

회전자를 저널연결하고 자기적으로 축방향으로 위치설정하기 위한 자석을 가지는 펌프 및 관련 방법 Download PDF

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KR102702034B1
KR102702034B1 KR1020230025759A KR20230025759A KR102702034B1 KR 102702034 B1 KR102702034 B1 KR 102702034B1 KR 1020230025759 A KR1020230025759 A KR 1020230025759A KR 20230025759 A KR20230025759 A KR 20230025759A KR 102702034 B1 KR102702034 B1 KR 102702034B1
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톰 시몬스
지오프레이 화이트
코트니 파슨스
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화이트 나이트 플루이드 핸들링 인크.
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Abstract

펌프가 고정자, 회전자, 및 임펠러를 포함할 수 있다. 고정자는 하나 이상의 전자석 및 하나 이상의 영구 자석을 포함할 수 있다. 회전자는 전기자, 하나 이상의 상보적인 영구 자석, 및 회전자를 축방향으로 위치설정하도록 구성된 당김 자석을 포함할 수 있다. 회전자는 고정자 내에 배치될 수 있다. 고정자의 하나 이상의 영구 자석 및 상보적인 영구 자석이 자기 베어링을 생성할 수 있다. 전기자는 고정자의 전자석 중 적어도 하나와 정렬될 수 있고 회전자를 고정자에 대해서 회전시키도록 구성될 수 있다. 임펠러는 회전자에 커플링될 수 있다.

Description

회전자를 저널연결하고 자기적으로 축방향으로 위치설정하기 위한 자석을 가지는 펌프 및 관련 방법{PUMP HAVING MAGNETS FOR JOURNALING AND MAGNETICALLY AXIALLY POSITIONING ROTOR THEREOF, AND RELATED METHODS}
우선권 주장
본원은, 개시 내용의 전체가 본원에서 참조로 포함되는, 2019년 2월 1일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/800,264호의 35 U.S.C. § 119(e) 하의 이익을 주장한다.
본 개시 내용은 일반적으로, 회전자 및 고정자를 가지는 무베어링 전자기 모터를 포함하고, 회전자를 고정자 내에서 저널연결하기 위해서 자석이 이용되는, 액체를 펌핑하기 위한 펌프에 관한 것이고, 그러한 펌프의 관련된 제조 방법 및 이용 방법에 관한 것이다.
무베어링 펌프는 일반적으로, 밀봉된 펌프 하우징 내에서 자기력에 의해서 저널연결되는 임펠러를 포함한다. 펌프는 일반적으로, 펌프 하우징 내에서 고정자에 의해 지탱(carry)되는 전자석에 의해 생성되는 회전 자기장에 의해서 구동된다. 그러한 펌프는, 비록 고정자 내의 임펠러(또는 회전자)의 저널연결을 실시하기 위해서 자석이 이용되지만, 통상적인 기계적 베어링을 포함하지 않는다는 의미에서, "무베어링"이다. 무베어링 펌프는, 이송되는 유체, 예를 들어 생물학적 유체(예를 들어, 혈액) 또는 순수 액체(예를 들어, 초순수 물)가 순수하게 유지되어야 하는(예를 들어, 오염되지 않아야 하는) 적용예에서 유리할 수 있다.
무베어링 펌프는 또한, 기계적 베어링을 파괴 또는 열화시킬 수 있는 공격적인 액체(예를 들어, 알칼리 유체, 산성 유체, 부식성 유체, 연마성 유체 등)를 이송하는데 있어서 유용하다. 그에 따라, 무베어링 펌프는, 화학적-기계적 폴리싱, 물 처리, 프로세싱 동작 등과 같은 적용예에서의 이용에 바람직하다.
여러 실시예가 고정자, 회전자, 및 임펠러를 포함하는 펌프를 포함할 수 있다. 고정자는 구동 자석 및 구동 자석의 대향 축방향 단부들 상에 위치설정된 하나 이상의 영구 자석을 포함할 수 있다. 고정자는 또한 고정자의 제1 축방향 단부에 위치설정된 적어도 하나의 축방향 위치설정 자석을 포함할 수 있다. 회전자는 고정자 내에서 동축적으로 배치될 수 있다. 회전자는 구동 자석과 정렬된 전기자, 및 하나 이상의 영구 자석과 정렬된 하나 이상의 상보적인 영구 자석을 포함할 수 있다. 회전자는 또한 회전자의 제1 축방향 단부에 위치설정된 밀어냄/당김 자석을 포함할 수 있다. 회전자의 하나 이상의 상보적인 영구 자석 및 고정자의 하나 이상의 영구 자석이 하나 이상의 자기 베어링을 생성하도록 구성될 수 있다. 당김 자석은, 회전자를 고정자에 대해서 축방향으로 위치설정하기 위해서 적어도 하나의 축방향 위치설정 자석과 상호작용하도록 구성될 수 있다. 전기자 및 구동 자석은 회전자를 고정자에 대해서 회전시키도록 구성될 수 있다. 임펠러는, 제1 축방향 단부에 대향되는 회전자의 제2 축방향 단부에서 회전자에 커플링될 수 있다. 임펠러는 회전자와 함께 회전하도록 구성될 수 있다.
본 개시 내용의 다른 실시예가, 전기 모터 및 임펠러를 포함하는 펌프 조립체일 수 있다. 전기 모터는 회전자, 적어도 2개의 자기 베어링, 및 위치설정 자석 조립체를 포함할 수 있다. 회전자는 고정자에 대해서 회전하도록 구성될 수 있다. 고정자 내의 구동 자석은 회전자 내의 영구 자석에 회전력을 부여하도록 구성될 수 있다. 적어도 2개의 자기 베어링이 고정자 내의 구동 자석의 대향 단부들 상에 위치설정될 수 있다. 적어도 2개의 자기 베어링이 적어도 2개의 상보적인 영구 자석을 포함할 수 있다. 적어도 2개의 상보적인 영구 자석은 회전 영구 자석 및 정지 영구 자석을 포함할 수 있다. 회전 영구 자석은 회전자의 대향 단부들 상에서 회전자에 부착될 수 있고, 정지 영구 자석은 구동 자석의 대향 단부들 상에서 고정자에 부착될 수 있다. 위치설정 자석 조립체는 전기 모터의 제1 길이방향 단부 내에 위치될 수 있다. 위치설정 자석 조립체는, 고정자에 커플링된 전자기적 축방향 위치설정 자석 및 회전자에 커플링된 영구적인 밀어냄/당김 자석을 포함할 수 있다. 전자기적 축방향 위치설정 자석은 영구적인 밀어냄/당김 자석과 상호작용하여, 전기 모터의 길이방향 축을 따른 방향으로, 회전자에 가해지는 힘을 생성하도록 구성될 수 있다. 임펠러는, 전기 모터의 제1 길이방향 단부에 대향되는 회전자의 길이방향 단부 상에서 회전자에 커플링될 수 있다.
본 개시 내용의 다른 실시예는 자기 부양 펌프 내에서 회전자 위치를 제어하는 방법일 수 있다. 그러한 방법은 위치 센서로 고정자에 대한 회전자의 축방향 위치를 감지하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 위치 설정점에서, 회전자의 위치에 대한, 회전자의 축방향 단부 상에 위치설정된 위치결정 전자석(locating electromagnet)에 전압을 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 또한 위치결정 전자석에서 전류를 감지하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 전류를 전류 설정점에 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이어서, 전류와 전류 설정점 사이의 차이가 생성될 수 있다. 방법은 또한, 차이를 교정하기 위해서 위치 설정점에 대한 조정을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 실시예로서 간주되는 것을 특별히 언급하고 구분되게 청구하는 청구항으로 명세서가 종결되지만, 개시 내용의 실시예의 다양한 특징 및 장점이, 첨부 도면과 함께 고려할 때, 개시 내용의 예시적인 실시예에 관한 이하의 설명으로부터 보다 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시 내용의 실시예에 따른 펌프의 등각도이다.
도 2는 도 1에 도시된 펌프의 횡단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 펌프 실시예의 횡단면의 일부의 확대도이다.
도 5는 도 1 내지 도 4에 도시된 펌프의 고정자 및 회전자 조립체의 분해도이다.
도 6은 도 5에 도시된 회전자 조립체의 부분 분해도이다.
도 7은 도 6에 도시된 회전자 조립체의 일부의 분해도이다.
도 8은 도 5에 도시된 고정자 조립체의 부분 분해도이다.
도 9는 도 8에 도시된 고정자 조립체의 일부의 분해도이다.
도 10은 본 개시 내용의 실시예에 따른 제어 시스템의 개략도이다.
본원에서 제시된 도면은 임의의 특정 펌프 또는 그 구성요소의 실제 도면을 의미하는 것이 아니고, 단지 본 개시 내용의 예시적인 실시예를 설명하기 위해서 이용된 이상적인 표상이다. 도면이 반드시 실제 축척인 것은 아니다. 도면들 사이에서 공통되는 요소들이 동일한 숫자 표시를 가질 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, "제1", "제2", "상단부", "하단부" 등과 같은 관계와 관련된 용어는 일반적으로 개시 내용 및 첨부 도면의 명확하고 편리한 이해를 위해서 사용되며, 문맥이 명확하게 달리 나타내는 경우를 제외하고, 임의의 구체적인 선호사상, 배향, 또는 순서를 암시하거나 그에 따라 달라지지 않는다.
본원에서 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 연관된 나열된 항목의 하나 이상의 임의 또는 모든 조합을 포함한다.
본원에서 사용된 바와 같이, "수직" 및 "측방향"이라는 용어는 도면에 도시된 바와 같은 배향을 지칭한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 주어진 매개변수에 대한 언급에서의 "실질적으로" 또는 "약"이라는 용어는, 주어진 매개변수, 특성, 또는 조건이 작은 정도의 변동을 가지고, 예를 들어 허용 가능한 제조 공차 내에서, 만족된다는 것을 당업자가 이해할 수 있는 정도를 의미하고 포함한다. 예를 들어, 실질적으로 만족되는 매개변수는, 적어도 약 90% 만족, 적어도 약 95% 만족, 적어도 약 99% 만족, 또는 심지어 100% 만족일 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, "자기 재료"라는 용어는 강자성 재료, 준강자성 재료, 반강자성 재료, 및 상자성 재료를 의미하고 포함한다.
무베어링 펌프(예를 들어, 자기 부상 펌프 등)이 다수의 장점을 제공할 수 있다. 통상적인 베어링의 제거는 전형적인 베어링 및 밀봉 조합에서 필연적인 마찰로 인한 마찰 손실의 감소를 초래할 수 있다. 통상적인 베어링의 제거는 또한, 마모된 부품으로 인해서 펌프를 재구성하거나 교체하여야 할 때까지의 펌프 구성요소의 동작 시간(예를 들어, 수명)을 증가시킬 수 있다. 통상적인 베어링을 제거하는 것은 또한, 통상적인 베어링에 의해서 통상적으로 해결되었던 부가적인 변수들을 무베어링 펌프에 도입한다. 예를 들어, 통상적인 베어링은 펌프의 회전 부분(예를 들어, 샤프트, 임펠러, 회전자 등)을 (예를 들어, 중앙 축을 중심으로 하는) 반경방향 및 (예를 들어, 축방향으로, 측방향으로, 중앙 축을 따라) 길이방향 모두로 위치결정할 수 있다. 자기 베어링은 또한 펌프의 회전 부분을 축방향 및 길이방향 모두로 위치결정할 수 있으나; 자기 베어링은, 펌프의 회전 부분이, 통상적인 기계적 베어링보다 더 먼 거리만큼, 이동(예를 들어, 천이, 미끄러짐, 변위 등)될 수 있게 한다. 일부 적용예에서, 부가적인 이동이 바람직하지 못할 수 있고 및/또는 부가적인 마모, 손상 부품, 및 다른 잠재적 문제를 초래할 수 있다.
도 1은 본 개시 내용에 펌프(100)의 실시예를 도시한다. 펌프(100)는 본체(102) 및 펌프 하우징(104)을 포함할 수 있다. 본체(102)는 모터(예를 들어, D.C. 모터, A.C. 모터, 등) 및/또는 펌프(100)를 위한 구동 구성요소를 포함할 수 있다. 본체(102)는, 전력 및/또는 전기 신호(예를 들어, 전기)가 외부 전원 및/또는 제어기/구동부로부터 본체(102) 내의 모터에 전달될 수 있게 하는 포트(106)를 포함할 수 있다. 본체(102)는 장착 구조물(108)을 포함할 수 있다.
장착 구조물(108)은 펌프(100)를 정지적인 물체(예를 들어, 벽, 바닥, 장착 패드, 구조물, 프레임 등)에 고정하기 위해서 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 장착 구조물(108)은, 적어도 하나의 홀(112)(예를 들어, 슬롯, 개구부 등)이 관통 연장하는 플랜지(110)를 포함할 수 있다. 홀(112)은, 볼트, 스터드, 나사, 스트랩(예를 들어, 금속 스트랩, 중합체 스트랩, 천 스트랩, 나일론 스트랩, 밴드 스트랩, 클램핑 스트랩 등), 케이블, 브라켓, 후크 등과 같은, 장착 하드웨어를 수용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 장착 구조물(108)은 일체형 장착 하드웨어(예를 들어, 스터드, 클램프, 나사산형 삽입체 등)를 포함할 수 있다.
본체(102)는 또한 본체(102)로부터 연장되는 하나 이상의 핀(fin)(114)(예를 들어, 돌부, 판 등)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 핀(114)은 모터 또는 본체(102) 내측의 다른 구성요소로부터 열을 전달하는 것(예를 들어, 모터를 냉각하는 것)을 돕도록 구성될 수 있다. 핀(114)은 선형적(예를 들어, 실질적으로 직선형)일 수 있고 본체(102)로부터 반경방향 외측으로 연장될 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 본체(102)의 길이방향 축에 평행하게 배향될 수 있다. 일부 실시예에서, 핀(114)은, (예를 들어, 일련의 링, 소용돌이, 나선 등으로) 중앙 축(L100)을 중심으로 원주방향으로 연장되는 실질적으로 원형(예를 들어, 환형 등)일 수 있다.
펌프 하우징(104)은 후방 판(120)을 포함할 수 있다. 후방 판(120)은 하나 이상의 냉각 포트(122)를 포함할 수 있다. 냉각 포트(122)는 핀(114) 위로 유체(예를 들어, 공기, 물 등) 유동을 지향시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 냉각 포트(122)는 피동적 유체 유동을 지향시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 팬 또는 펌프와 같은 보조 장치가 후방 판(120)에 커플링될 수 있고 유체 유동을 냉각 포트(122)를 통해서 그리고 핀(114) 위로 강제하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 보조 장치는 유체를 냉각 포트(122)를 통해서 끌어 당기도록 구성될 수 있고, 그에 따라 유체는 핀(114) 위로 유동될 수 있고 이어서 보조 장치에 의해서 냉각 포트(122)를 통해서 끌어 당겨질 수 있다. 일부 실시예에서, 보조 장치는 냉각 포트(122)를 통해서 그리고 이어서 핀(114) 위로 유체를 강제하도록 구성될 수 있다.
펌프 하우징(104)은 유입구 포트(116) 및 배출구 포트(118)를 포함할 수 있다. 임펠러 하우징(104)은, 유체를 유입구 포트(116)를 통해서 수용하도록 그리고 유체를 배출구 포트(118)를 통해서 배출하도록 구성된 임펠러(예를 들어, 회전자, 패들, 프로펠러, 터빈 등)를 수용할 수 있다. 일부 실시예에서, 임펠러는, 유체를 배출구 포트(118)(예를 들어, 펌프)를 통해서 출력하기 전에, 유입구 포트(116)에서의 유체보다 더 높은 압력까지 유체를 가압하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 임펠러는 유입구 포트(116)를 통해서 고압의 유체를 수용하도록 그리고 배출구 포트(118)를 통해서 저압의 유체를 출력하도록 구성될 수 있다. 고압 유체는 임펠러가 회전되게 하여 유체의 압력을 회전 에너지로 변환시킬 수 있고, 그러한 회전 에너지는 이어서 전기 에너지 또는 일부 다른 형태의 기계적 에너지로 변환될 수 있다.
도 2는 펌프(100)의 횡단면도를 도시한다. 본체(102)는 고정자 조립체(220), 펌프 하우징 조립체(210), 및 회전자 조립체(230)를 둘러쌀 수 있다. 고정자 조립체(220)는 하나 이상의 영구 자석(222) 및 하나 이상의 구동 자석(224)을 포함할 수 있다. 구동 자석(224)은, 예를 들어, 회전자 조립체(230) 주위에서 자기장을 생성하도록 구성된, 전자석, 권선, 정류자, 코일, 전기자 등일 수 있다. 하나 이상의 영구 자석(222)이 실질적으로 환형(예를 들어, 링 형상, 원형 등)일 수 있다. 영구 자석(222)은 이격부재(226)(예를 들어, 심(shim), 환형 링 등)에 대항하여(against) 놓일 수 있다. 고정자 조립체(220)는 당김 자석(228) 및 상승 자석(229)을 더 포함할 수 있다. 당김 자석(228) 및 상승 자석(229)은, 고정자에 대한 회전자 조립체(230)의 위치를 제어 또는 유지하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 당김 자석(228) 및 상승 자석(229) 중 적어도 하나가 전자석일 수 있다. 일부 실시예에서, 당김 자석(228) 및 상승 자석(229) 중 적어도 하나가 영구 자석일 수 있다.
회전자 조립체(230)는 하나 이상의 상보적인 영구 자석(232), 전기자(234), 이격부재(236), 및 상보적인 당김 자석(238)을 포함할 수 있다. 상보적인 영구 자석(232) 및 전기자(234)가 실질적으로 환형 형상일 수 있다. 전기자(234)는, 예를 들어, 구동 자석(224)에 의해서 생성된 자기장으로부터의 회전력을 회전자 조립체(230) 상에서 생성하도록 구성된, 코일, 권선, 도체, 영구 자석 등일 수 있다. 상보적인 영구 자석(232)은 길이방향 축(L100)을 따라 축방향으로 고정자 조립체(220)의 영구 자석(222)과 실질적으로 정렬될 수 있다. 상보적인 당김 자석(238)은 축방향으로 고정자 조립체(220)의 당김 자석(228)과 실질적으로 정렬되지 않을 수 있다.
일부 실시예에서, 영구 자석(222) 및 상보적인 영구 자석(232)에 의해서 생성된 자기장이 피동적 베어링(예를 들어, 자기 베어링, 무접촉 베어링 등)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 영구 자석(222)과 상보적인 영구 자석(232) 사이에서 척력을 유도하도록, 영구 자석(222) 및 상보적인 영구 자석(232)이 구성될 수 있다. 척력은 회전자 조립체(230)가 고정자 조립체(220) 내에서 부유하게 할 수 있고, 그에 따라 회전자 조립체(230)는 어떠한 지점에서도 고정자 조립체(220)와 물리적으로 접촉하지 않는다. 그러한 무접촉 상호작용은 모터 내에서 마찰 손실을 감소시킬 수 있다. 부가적으로, 유체가 통과할 수 있도록, 전도로(240)(예를 들어, 통로, 경로 등)가 회전자 조립체(230)와 고정자 조립체(220) 사이에 생성될 수 있다. 유체는 윤활 유체, 냉각 유체, 세정 유체, 플러싱 유체, 누출 유체(blow-by fluid), 또는 임의의 다른 유형의 유체일 수 있다.
일부 실시예에서, 영구 자석(222) 및 상보적인 영구 자석(232) 중 적어도 하나가 비교적 높은 강도의 자기 재료로 형성될 수 있다. 높은 강도의 자기 재료는, 적어도 약 5 MGOe, 예를 들어 적어도 약 42 MGOe, 적어도 약 52 MGOe, 또는 그 사이의 조합의 최대 에너지 곱(energy product)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 영구 자석(222) 및 상보적인 영구 자석(232) 중 적어도 하나가, 알니코(예를 들어, 알루미늄, 니켈, 및 코발트의 합금), 네오디뮴 합금, 또는 사마륨 코발트 합금과 같은, 자기 재료로 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 고정자 조립체(220)에 대한 회전자 조립체(230)의 축방향 위치를 제어하도록, 당김 자석(228) 및 상보적인 당김 자석(238)이 구성될 수 있다. 예를 들어, 당김 자석(228)은, 도 4와 관련하여 이하에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 상보적인 당김 자석(238) 상에서 축방향으로 힘을 유도하도록 구성될 수 있다. 당김 자석(228) 및 상보적인 당김 자석(238)은 전자 제어기에 의해서 제어될 수 있다. 예를 들어, 제어기(260)가 고정자 조립체(220) 내에 수용될 수 있다. 일부 실시예에서, 전자 제어기가 (예를 들어, 고정자 조립체(220)로부터 분리되어) 외부에 위치설정될 수 있다.
회전자 조립체(230)의 임의의 회전이 임펠러(250)에 부여되도록 및/또는 임펠러(250)의 임의의 회전이 회전자 조립체(230)에 부여되도록, 임펠러(250)가 회전자 조립체(230)에 연결(예를 들어, 부착, 커플링 등)될 수 있다. 임펠러(250)는, 볼트, 스터드, 나사, 키, 나사산(예를 들어, 파이프 나사산, 직선형 나사산 등)과 같은 기계적 연결부를 통해서 회전자 조립체(230)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 임펠러(250)는 접착제(예를 들어, 글루(glue), 에폭시 등) 또는 물리화학적 프로세스(예를 들어, 납땜, 용접 등)로 회전자 조립체(230)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 임펠러(250)는 간섭 연결부(예를 들어, 압입, 마찰 피팅 등)를 통해서 회전자 조립체(230)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 임펠러(250)는 전술한 요소 또는 방법들의 조합에 의해서 회전자 조립체(230)에 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 회전자 조립체(230)가 고정자 조립체(220)에 대해서 회전될 때, 에너지가 전기자(234)와 구동 자석(224) 사이에서 전달될 수 있다. 예를 들어, 전기가 구동 자석(224)에 인가될 수 있고, 구동 자석은 전기자(234) 상에서 회전력을 유도할 수 있다. 회전력은 회전자 조립체(230)가 고정자에 대해서 회전되게 할 수 있다. 다른 실시예에서, 임펠러(250)의 회전은 회전자 조립체(230)가 고정자에 대해서 회전되게 할 수 있다. 전기자(234)가 구동 자석(224)에 대해서 회전됨에 따라, 전기자(234)는 구동 자석(224) 내에서 전류를 유도하여 전기 에너지를 생성할 수 있다.
도 3은 도 2의 펌프(100) 실시예의 영구 자석(222) 및 상보적인 영구 자석(232)의 확대도를 도시한다. 회전자 조립체(230)는, 회전자 조립체(230)의 상이한 부분들을 유지하고 분리하도록 구성된 다수의 구조적 섹션을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회전자 조립체(230)는, 상보적인 영구 자석(232)을 제1 축방향 단부(306) 상에서 유지하도록 구성된 전방 유지 구조물(304)을 갖는 전방 지지부(302)를 포함할 수 있다. 제1 상보적인 영구 자석(232a)은 전방 유지 구조물(304)에 대항하여 위치설정될 수 있다. 이격부재(236)가 제1 상보적인 영구 자석(232a)과 제2 상보적인 영구 자석(232b) 사이에 위치설정될 수 있다. 제2 상보적인 영구 자석(232b)은 전기자 지지부(308)에 의해서 제 위치에서 고정될 수 있다. 전기자 지지부(308)는, 제1 및 제2 상보적인 영구 자석(232a, 232b) 및 이격부재(236)를 전방 유지 구조물(304)과 전방 중앙 이격부재(310) 사이에 개재하도록 구성된 전방 중앙 이격부재(310)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 전방 유지 구조물(304)과 전방 중앙 이격부재(310) 사이의 공간이 조정될 수 있다. 예를 들어, 전기자 지지부(308)가 전방 지지부(302) 상으로 나사결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 전기자 지지부(308)는, 전방 지지부(302)의 외부 표면 상의 나사산과 인터페이스하도록 구성되는 전기자 지지부(308)의 내부 표면 상의 나사산을 갖춘 칼라일 수 있다. 일부 실시예에서, 전방 지지부(302)와 전기자 지지부(308) 사이의 인터페이싱 표면들이 비교적 매끄럽고, 그에 따라 전기자 지지부(308)는 전방 지지부(302)를 따라서 축방향으로 활주될 수 있다. 전기자 지지부(308) 및 전방 지지부(302)는, 별도의 하드웨어(예를 들어, 볼트, 나사, 스터드, 스프링 클램프, 나사 클램프 등)로, 제1 및 제2 상보적인 영구 자석(232a, 232b), 그리고 전방 유지 구조물(304)과 전방 중앙 이격부재(310) 사이의 이격부재(236)를 클램핑할 수 있다.
고정자 조립체(220) 내의 영구 자석(222)이 유사한 유지 구조물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 고정자 조립체(220)는 제1 영구 자석(222a)의 선행 단부(316)와 접촉되도록 구성된 전방 유지 요소(312) 및 이차 전방 유지 요소(318)를 포함할 수 있고, 이차 전방 유지 요소는 이격부재(226) 뿐만 아니라 제1 영구 자석(222a)과 제2 영구 자석(222b)을 전방 유지 요소(312)와 이차 유지 요소(318) 사이에 개재하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 전방 유지 요소(312) 및 이차 전방 유지 요소(318)가 볼트 연결부를 이용하여 함께 클램핑될 수 있다. 다른 실시예에서, 전방 유지 요소(312) 및 이차 전방 유지 요소(318)는 나사산형 연결부, 또는 전기자 지지부(308) 및 전방 지지부(302)와 관련하여 전술한 것과 유사한 다른 연결부로 함께 클램핑될 수 있다. 일부 실시예에서, 전방 유지 요소(312) 및 이차 전방 유지 요소(318)가 고정자 조립체(220)의 일부일 수 있다. 일부 실시예에서, 전방 유지 요소(312) 및 이차 전방 유지 요소(318)가 본체(102)의 일부일 수 있다. 일부 실시예에서, 전방 유지 요소(312) 및 이차 전방 유지 요소(318)가 본체(102)의 일부 및 고정자 조립체(220)의 일부의 조합일 수 있다.
일부 실시예에서, 위치 센서(320)가 위치 표시부(322)와 실질적으로 정렬된 고정자 조립체(220) 내에 위치설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 위치 표시부(322)가 영구 자석일 수 있다. 일부 실시예에서, 위치 표시부(322)는, 가열된 요소, 반사 요소 등과 같이, 위치 센서(320)와 상호작용하도록 구성된 다른 요소일 수 있다. 위치 센서(320)는 고정자 조립체(220)와 관련된 회전자 조립체(230)의 축방향 위치에 상응하는 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 센서(320)는 자기적 근접도 센서, 홀 이펙트 센서(Hall Effect sensor), 초음파 센서, 유도 센서, 레이저 센서, 광 센서, 용량형 센서, 적외선 센서 등일 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(260)는 위치 센서(320)로부터의 신호를 모니터링할 수 있다. 제어기(260)는, 회전자 조립체(230) 상의 축방향 힘을 조정하기 위해서, 이하에서 구체적으로 설명되는 바와 같이 당김 자석(228)에 대한 전력을 조정함으로써 회전자 조립체(230)의 축방향 위치를 제어할 수 있다.
위치 센서(320)는 연결부(330)를 통해서 전방 유지 요소(312)에 커플링될 수 있다. 일부 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 연결부(330)가 볼트형 연결부일 수 있다. 일부 실시예에서, 연결부(330)가, 글루 또는 에폭시와 같은, 접착형 연결부일 수 있다. 일부 실시예에서, 연결부(330)가, 스프링 클램프, 볼트형 클램프 등과 같은, 클램프형 연결부일 수 있다.
일부 실시예에서, 1개의 센서 내지 10개의 센서, 1개의 센서 내지 5개의 센서, 또는 1개의 센서 내지 3개의 센서와 같은, 하나 초과의 위치 센서(320)가 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(260)는 모든 센서로부터 평균 축방향 위치를 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 제어기(260)는 위치 센서들(320) 중의 각각의 센서로부터 개별적인 판독값을 수신할 수 있고, 위치 센서들(320)로부터의 판독값들을 내부에서 평균화할 수 있다. 일부 실시예에서, 위치 센서(320)는 평균화 회로 내로 유선 연결되어, 하나의 평균화된 입력을 제어기(260)에 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기(260)는 위치 센서들(320)을 개별적으로 모니터링할 수 있고, 최소 값, 최대 값, 평균 값, 중간 값 등을 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(260)는 상이한 값들로 상이한 동작들을 실시하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(260)는, 위치 센서(320)로부터의 최대 값 또는 최소 값이 규정된 문턱값을 초과하거나 그 미만일 때, 경고(예를 들어, 청각적 경고, 경고 신호, 건식 접촉 경고, 안전 회로 등)를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 손상 발생 전에 경고가 펌프(100)의 동작을 정지시킬 수 있도록, 문턱값이 위치로 규정될 수 있다.
제어기(260)는 회전자 조립체(230)의 축방향 위치를 약 0.5 mm 이내, 또는 심지어 약 0.25 mm 이내로 제어하도록 구성될 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 펌프(100) 실시예의 당김 자석(228) 및 상보적인 당김 자석(238)의 확대도를 도시한다. 당김 자석(228) 및 상보적인 당김 자석(238)에 의해서 생성된 자기장은 회전자 조립체(230) 상에서 축방향 힘을 생성할 수 있다. 당김 자석(228)은 전자석일 수 있고, 그에 따라 축방향 힘을 조정하여 회전자 조립체(230)를 희망하는 축방향 위치에서 유지할 수 있다. 예를 들어, 회전자 조립체(230) 및 상보적인 당김 자석(238)이 펌프 하우징 표면(242)으로부터 멀어지는 쪽으로 축방향으로 이동되는 경우에, 당김 자석(228)이 펌프 하우징 표면(242)을 향하는 증가된 축방향 힘을 생성할 수 있다. 대안적으로, 회전자가 펌프 하우징 표면(242)에 너무 근접하거나 닿는 경우에, 당김 자석(228)은 축방향 힘을 감소시킬 수 있거나 심지어 상보적인 당김 자석(238) 및 회전자 조립체(230)를 펌프 하우징 표면(242)으로부터 멀리 밀어내는 척력을 유도할 수 있다. 일부 실시예에서, 펌프 하우징 표면(242)은, 임펠러(250)와 같은 회전자 조립체(230)의 중요 구성요소에 대한 손상이 실질적으로 방지되도록, 회전자 조립체(230)의 축방향 위치를 공차 내에서 유지하도록 구성된 정지부(hard stop)일 수 있다.
일부 실시예에서(예를 들어, 고정자의 축이 수직 방향인 상태로 펌프(100)가 설치될 때), 상승 자석(229)은 조립체의 일부가 되지 않을 것이다. 다른 실시예에서(예를 들어, 고정자의 축이 수평 평면 내에 있는 상태로 펌프(100)가 설치될 때), 상승 자석(229)은 상보적인 당김 자석(238)을 밀어 내도록 구성된 영구 자석일 수 있다. 상승 자석(229)은 당김 자석(238) 부근의 고정자 조립체(220)의 단부에 위치설정될 수 있다. 상승 자석(229)은 회전자 조립체(230) 상에 부하를 도입할 수 있다. 그러한 부하는, 상보적인 당김 자석(238)이 중력 방향을 따라 반경방향으로 하향 이동될 때 증가될 수 있고, 상보적인 당김 자석(238)이 중력 방향을 따라 반경방향으로 상향 이동될 때 감소될 수 있다.
일부 실시예에서, 회전자 조립체(230)를 회전시키는데 필요한 암페어(amp)가 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 펌프(100)는, 구동 자석(224)(도 2)에서 암페어를 모니터링할 수 있는 내부 회로망 또는 제어부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 내부 회로가 구동 자석(224)에 연결되는 배선을 펌프(100) 내의 다른 전기 구성요소로부터 격리시킬 수 있다. 센서(예를 들어, 전류 트랜스듀서, 저항 센서, 광섬유 센서, 홀-이펙트 센서 등)가 격리된 회로를 모니터링할 수 있고, 제어부 또는 내부 회로망이 격리된 회로 내의 암페어를 모니터링할 수 있고, 격리된 회로 내의 암페어를 기록 및 로그(log)할 수 있고, 및/또는 격리된 회로 내의 암페어를 기초로 펌프의 다른 구성요소를 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어부의 일부 또는 전부가 외부에 위치될 수 있고, 그에 따라 센서가 펌프(100) 내로의 전력 입력부 내에 또는 상에 위치설정될 수 있고, 외부 제어기에 의해서 분석될 수 있다. 일부 실시예에서, 회전자 조립체(230)의 회전이 모니터링될 수 있다.
일부 실시예에서, 당김 자석(228)에 대한 전력을 증가 또는 감소시키는 것에 의해서, 회전자 조립체(230)의 축방향 위치가 제어될 수 있다. 예를 들어, 회전자 조립체가 그 위치 설정점으로부터 멀리 축방향으로 이동될 때, 당김 자석(228)에 제공되는 암페어가 증가 또는 감소될 수 있다. 전력의 증가 또는 감소는 당김 자석(228)과 상보적인 당김 자석(238)의 상호작용을 변화시킬 것이고, 회전자 조립체(230)의 위치를 변경하여, 회전자 조립체(230)를 그 위치 설정점으로 다시 이동시킬 것이다.
당김 자석(228)에 대한 전력은, PID 루프, 진행 및 대기 알고리즘(step and wait algorithm), 폐쇄 루프 제어, 피드-포워드 제어 등과 같은, 제어 알고리즘을 통해서 제어될 수 있다. 제어 알고리즘은 위치 설정점 및 당김 자석(228)으로 전달되는 암페어에 대한 전류 설정점을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 알고리즘은 위치 센서(320)에 비교된 위치 표시부(322)의 위치를 모니터링할 수 있고, 그러한 위치를 위치 설정점에 비교할 수 있다. 이어서, 제어 알고리즘은 당김 자석(228)에 대한 전력을 적절히 조정할 수 있고, 그에 따라 위치 표시부(322)의 모니터링된 위치와 위치 설정점 사이의 임의의 차이를 교정할 수 있다. 이어서, 제어 알고리즘은 당김 자석(228)으로 전달되는 암페어를 전류 설정점에 비교할 수 있고, 그에 따라, 실제 암페어와 전류 설정점 사이의 계산된 차이를 기초로 위치 설정점을 조정할 수 있다. 일부 실시예에서, 전류 설정점은, 펌프(100) 내에서 회전자 조립체(230)를 부상시키는데 필요한 가장 작은 전력인 것으로 예상되는 설정된 숫자일 수 있다. 예를 들어, 전류 설정점이 약 0 암페어 내지 약 12 암페어, 예를 들어 약 5 암페어 내지 약 10 암페어, 또는 약 7 암페어일 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 알고리즘이 전력 사용을 최소화할 수 있고, 그에 따라, 최소 전력 사용에 도달할 때까지(예를 들어, 그에 따라, 임의의 조정이 전력 사용의 증가를 초래할 때까지) 제어 루프를 통한 조정을 할 수 있다.
일부 실시예에서, 회전자 조립체(230)의 축방향 위치가 당김 자석(228) 암페어의 모니터링 및 위치 센서(320)의 조합을 통해서 제어될 수 있다.
도 5는 펌프(100)의 분해도를 도시한다. 고정자 조립체(220) 및 회전자 조립체(230)는 축(L100)을 중심으로 실질적으로 동축적일 수 있다. 회전자 조립체(230)는 고정자 조립체(220)에 의해서 형성된 보어(506) 내로 적어도 부분적으로 배치되도록 구성될 수 있다. 임펠러(250)가 회전자 조립체(230)이 제1 단부(510)에서 회전자 조립체(230)에 부착될 수 있다. 회전자 조립체(230)는 고정자 조립체(220)의 보어(506) 내에서 회전되도록 구성될 수 있다. 임펠러(250)는 회전자 조립체(230)와 함께 회전하도록 구성될 수 있다. 임펠러(250)는 유입구(512)를 통해서 유체를 끌어 당기도록 그리고 베인(514)(예를 들어, 블레이드, 플루트(flute) 등)을 통해서 더 높은 압력으로 유체를 출력하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 베인(514)은 더 낮은 압력의 비교적 더 큰 유동의 부피를 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 베인(514)은 더 높은 압력의 비교적 더 작은 유동의 부피를 제공하도록 구성될 수 있다. 회전자 조립체(230)의 회전 속력은 또한 유동 부피 및/또는 유체의 압력에 영향을 미칠 수 있다.
도 6은, 임펠러(250)(도 2)를 위한 구동 샤프트로서 기능하는, 회전자 조립체(230)의 부분 분해도를 도시한다. 회전자 조립체(230)는 외장(602) 내에 수용될 수 있다. 외장(602)은 또한 표면을 제공할 수 있고, 그러한 표면 위에서 유체(예를 들어, 냉각 유체, 윤활 유체, 플러싱 유체, 세정 유체 등)가, 회전자 조립체(230)의 내부 구성요소와 직접적으로 접촉되지 않고, 유동될 수 있다. 일부 실시예에서, 외장(602)은, 중합체(예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐클로라이드(PVC) 등), 비철 금속(예를 들어, 알루미늄, 구리, 스테인리스 강 등) 등과 같은, 비철 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 외장(602)은 내식성 재료(예를 들어, 중합체, 알루미늄 등)로 형성될 수 있거나, 내식성 코팅(예를 들어, 고무 코팅, 중합체 코팅 등)을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 외부 표면(604)이 매끄러운 표면일 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 표면(604)은 상승된 또는 함몰된 특징부(예를 들어, 딤플, 융기부, 베인, 홈, 핀 등)의 패턴을 포함할 수 있다.
회전자 조립체(230)는 중앙 샤프트(606) 위에 동심적으로 조립될 수 있다. 일부 실시예에서, 중앙 샤프트(606)가 중공형일 수 있다. 예를 들어, 중앙 샤프트(606)는 그러한 샤프트(606)의 길이방향 길이를 통해서 개구부, 통로, 또는 전도로를 형성할 수 있다. 유체가 중앙 샤프트를 통해서 유동될 수 있다. 예를 들어, 유체는 외장(602)의 외부 표면(604) 주위에서 그리고 이어서 중앙 샤프트(606)를 통해서 순환될 수 있거나, 유체가 먼저 중앙 샤프트(606)를 통과하고 이어서 외장(602)의 외부 표면(604) 주위로 빠져 나갈 수 있다.
중앙 샤프트(606)는 전방 연결 요소(608)에 연결(예를 들어, 부착, 커플링 등)될 수 있다. 일부 실시예에서, 중앙 샤프트(606)는 하드웨어(예를 들어, 나사, 볼트, 스터드, 리벳, 가는 못 등)로 전방 연결 요소(608)에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 중앙 샤프트(606)는 접착제(예를 들어, 글루, 에폭시 등), 용접, 또는 납땜으로 전방 연결 요소(608)에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 중앙 샤프트(606)는 간섭 피팅(예를 들어, 압입, 마찰 피팅 등)을 통해서 전방 연결 요소(608)에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 중앙 샤프트(606)는 전방 연결 요소(608)의 일부로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 중앙 샤프트(606)는 전방 연결 요소(608)로부터 돌출되거나 끌어 당겨질 수 있거나, 전방 연결 요소(608) 및 중앙 샤프트(606)가 단조 또는 몰딩과 같은 프로세스에서 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 중앙 샤프트(606)는 몇개의 부착 수단의 조합을 통해서 전방 연결 요소(608)에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 외장(602)은, 용접, 글루잉, 나사산형 연결부, 기계적 체결부 등에 의해서, 전방 연결 요소(608)에 연결되도록 구성될 수 있다.
전방 연결 요소(608)는 회전자 조립체(230)를 임펠러(250)(도 5)에 부착하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전방 연결 요소(608)는, 임펠러(250)(도 5)에 대한 연결을 위한 나사산형 연결부(예를 들어, 파이프 나사산, 기계 나사산, 외부 나사산, 내부 나사산 등)를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 전방 연결 요소(608)는, 임펠러(250)(도 5)에 대한 연결을 위해서, 하드웨어(예를 들어, 스터드, 작은 못, 키 스톡(key stock) 등) 또는 하드웨어 수용 특징부(예를 들어, 홀, 나사산형 홀, 홈, 트랙 등)을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 전방 연결 요소(608)는 임펠러(250)(도 5) 내로 가압(예를 들어, 간섭 피팅)되도록 구성된 표면을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 전방 연결 요소(608)는 연결 특징부들의 조합을 통해서 임펠러(250)(도 5)에 부착되도록 구성될 수 있다.
전방 연결 요소(608) 이후에, 회전자 조립체(230)가 상보적인 영구 자석(232) 및 이격부재(236)의 패턴을 포함할 수 있다. 상보적인 영구 자석(232)은, 자기 베어링을 형성하기 위해서 고정자 조립체(220)(도 2, 도 5 및 도 9) 내의 상응하는 영구 자석(222)과 상호작용하도록 구성될 수 있다. 이격부재(236)는 상보적인 영구 자석(232)을 정확한 축방향 위치에 위치설정하도록 그리고, 회전자 조립체(230)가 조립되면, 상보적인 영구 자석(232)을 제 위치에서 유지하도록 구성될 수 있다. 이격부재(236)는 상이한 위치들에서 상이한 두께들을 가질 수 있고, 그에 따라 상보적인 영구 자석(232)의 정확한 축방향 위치를 규정할 수 있다. 전방 자기 베어링 조립체(620) 및 후방 자기 베어링 조립체(622)을 형성하도록, 상보적인 영구 자석(232) 및 이격부재(236)가 배열될 수 있다. 전방 자기 베어링 조립체(620) 및 후방 자기 베어링 조립체(622)의 각각이 적어도 하나의 상보적인 영구 자석(232) 및 적어도 하나의 이격부재(236)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전방 자기 베어링 조립체(620)는, 적어도 하나의 이격부재(236)에 의해서 분리된 적어도 2개의 상보적인 영구 자석(232)을 포함할 수 있다. 유사하게, 후방 자기 베어링 조립체(622)는, 적어도 하나의 이격부재(236)에 의해서 분리된 적어도 2개의 상보적인 영구 자석(232)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 전방 자기 베어링 조립체(620) 및 후방 자기 베어링 조립체(622) 중 적어도 하나가 적어도 2개의 이격부재(236)에 의해서 분리된 적어도 3개의 상보적인 영구 자석(232)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전방 자기 베어링 조립체(620) 및/또는 후방 자기 베어링 조립체(622)는, 4개, 5개, 6개, 또는 그 초과의 상보적인 영구 자석(232)과 같은, 부가적인 상보적인 영구 자석(232)을 포함할 수 있다. 유사하게, 전방 자기 베어링 조립체(620) 및/또는 후방 자기 베어링 조립체(622)는, 3개, 4개, 5개, 6개, 또는 그 초과의 이격부재(236)와 같은, 부가적인 이격부재(236)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 전방 자기 베어링 조립체(620) 및 후방 자기 베어링 조립체(622)의 하나 이상 내의 인접한 상보적인 영구 자석들(232)이 반대 극성으로 배향될 수 있고, 그에 따라 인접한 상보적인 영구 자석들(232)은, 상보적인 영구 자석(232)을 전방 및/또는 후방 중앙 이격부재(310, 618) 및/또는 전방 및/또는 후방 유지 구조물(304, 626)에 대항하여 밀어내는, 회전자 조립체(230) 내의 인접한 상보적인 영구 자석들(232) 사이의 척력을 유도할 수 있다. 일부 실시예에서, 전방 자기 베어링 조립체(620) 및 후방 자기 베어링 조립체(622)의 하나 이상 내의 인접한 상보적인 영구 자석들(232)이 동일 극성으로 배향될 수 있고, 그에 따라 인접한 상보적인 영구 자석들(232)은, 상보적인 영구 자석(232)을 인접한 상보적인 영구 자석들(232) 사이의 이격부재(236)에 대항하여 끌어 당기는, 회전자 조립체(230) 내의 인접한 상보적인 영구 자석들(232) 사이의 인력을 유도할 수 있다.
위치 표시부(322)는 전방 자기 베어링 조립체(620) 및 후방 자기 베어링 조립체(622) 중 하나의 단부 상에 위치설정될 수 있다. 예를 들어, 위치 표시부(322)는, 전방 자기 베어링 조립체(620)와 전방 연결 요소(608) 사이에서, 전방 자기 베어링 조립체(620)의 앞에 위치설정될 수 있다. 위치 표시부(322)는 고정자 조립체(220)(도 3) 내의 위치 센서(320)와 상호작용하도록 구성될 수 있다.
전기자(234)는 2개의 중앙 이격부재(310, 618) 사이에 위치설정될 수 있다. 전방 중앙 이격부재(310)는 전기자(234)와 전방 자기 베어링 조립체(620) 사이에 위치설정될 수 있다. 후방 중앙 이격부재(618)는 전기자(234)와 후방 자기 베어링 조립체(622) 사이에 위치설정될 수 있다. 전방 및 후방 자기 베어링 조립체(620, 622), 중앙 이격부재(310, 618), 및 전기자(234)의 조립체가 전방 유지 구조물(304)과 후방 유지 구조물(626) 사이에 고정될 수 있다.
전기자(234)는 고정자 조립체(220)(도 5)에 의해서 제공된 자기적 임펄스를 회전으로 변환하도록 구성될 수 있다. 전기자(234)는, 전기자(234)의 회전이 또한 전체 회전자 조립체(230)를 회전시킬 수 있는 방식으로, 회전자 조립체(230)에 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 전기자(234)의 회전이 중앙 샤프트(606)에 직접적으로 전달되도록 그리고 중앙 샤프트는 회전을 전방 연결 요소(608) 및 다른 회전 요소에 전달하도록, 전기자(234)가 중앙 샤프트(606)에 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 전기자(234)는, 상응하는 전방 및/또는 후방 자기 베어링 조립체(620, 622)에 연결될 수 있는, 전방 중앙 이격부재(310) 및 후방 중앙 이격부재(618) 중 적어도 하나에 고정될 수 있다. 전방 및/또는 후방 자기 베어링 조립체(620, 622)은 각각의 전방 또는 후방 유지 구조물(304, 626)에 연결될 수 있다. 전방 유지 구조물(304)은 중앙 샤프트(606) 및/또는 전방 연결 요소(608) 중 적어도 하나에 연결될 수 있고, 후방 유지 구조물(626)은 중앙 샤프트(606)에 연결될 수 있다. 그러한 실시예에서, 전기자(234)는 일련의 상호 연결된 부분들을 통해서 회전을 중앙 샤프트(606) 및/또는 전방 연결 요소(608)에 전달할 수 있다.
회전자 조립체(230)는, 후방 유지 구조물(626)의 뒤쪽에(예를 들어, 후방에, 그 후에, 등등) 위치된 상보적인 당김 자석(238)을 포함할 수 있다. 상보적인 당김 자석(238)은 고정자 조립체(220)(도 5) 내의 적어도 하나의 상응하는 당김 자석(228)(도 2 및 도 9)과 상호작용하여 고정자 조립체(220)(도 5) 내의 회전자 조립체(230)의 축방향 위치를 유지 및/또는 교정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상보적인 당김 자석(238)은 중앙 샤프트(606)에 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 상보적인 당김 자석(238)은 후방 유지 구조물(626)에 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 상보적인 당김 자석(238)은 외장(602)에 의해서 회전자 조립체(230)에 고정될 수 있다.
일부 실시예에서, 회전자 조립체(230)는 용이하게 분해 및 재조립될 수 있게 구성될 수 있고, 그에 따라 상보적인 영구 자석(232), 이격부재(236), 전기자(234), 상보적인 당김 자석(238) 등과 같은, 개별적인 구성요소가 필요할 때 제거 및 교체될 수 있다. 예를 들어, 개별적인 구성요소가 마모되었을 때, 파괴되었을 때, 또는 달리 결함을 가질 때, 개별적인 구성요소가 교체될 수 있다. 일부 실시예에서, 회전자 조립체(230)는 유닛으로 교체되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 회전자 조립체(230)가 고정자 조립체(220)(도 5)로부터 제거될 수 있고, 교체용 회전자 조립체(230)가 그 위치에 삽입될 수 있다. 일부 실시예에서, 회전자 조립체(230)는 유닛으로 교체될 수 있고 재건될 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 회전자 조립체(230)의 일부의 분해도를 도시한다. 전방 유지 구조물(304)은, 전방 중앙 이격부재(310) 내의 상보적인 내부 인터페이싱 구조물(704)과 인터페이스하도록 구성된, 나사산(예를 들어, 파이프 나사산, 기계 나사산 등), 홈, 융기부, 탭 등과 같은, 외부 인터페이싱 구조물(702)을 포함할 수 있다. 상보적인 내부 인터페이싱 구조물(704)은 전방 유지 구조물(304)의 외부 인터페이싱 구조물(702)을 수용하여 전방 유지 구조물(304)을 전방 중앙 이격부재(310)에 고정하도록 구성될 수 있다.
전방 유지 구조물(304)과 전방 중앙 이격부재(310) 사이의 거리는, 외부 인터페이싱 구조물(702)과 상보적인 내부 인터페이싱 구조물(704) 사이의 인터페이스에 의해서 규정될 수 있다. 일부 실시예에서, 전방 유지 구조물(304)과 전방 중앙 이격부재(310) 사이의 거리가 일정할 수 있다(예를 들어, 그 거리는, 전방 자기 베어링 조립체(620)의 크기와 관계없이, 회전자 조립체(230)가 조립될 때마다 동일하게 유지된다). 일부 실시예에서, 전방 유지 구조물(304)과 전방 중앙 이격부재(310) 사이의 거리가 조정될 수 있다. 예를 들어, 외부 인터페이싱 구조물(702)과 상보적인 내부 인터페이싱 구조물(704) 사이의 나사산형 인터페이스는, 전방 유지 구조물(304)이 전방 중앙 이격부재(310)의 내부로 또는 외부로 나사결합될 때, 전방 유지 구조물(304)과 전방 중앙 이격부재(310) 사이의 거리가 변화되게 할 수 있다.
후방 유지 구조물(626)은 또한 외부 인터페이싱 구성요소(706)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 후방 중앙 이격부재(618)는, 외부 인터페이싱 구성요소(706)와 인터페이스하도록 구성된 상보적인 내부 인터페이싱 구성요소(708)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 인터페이싱 구성요소(706)는, 전방 중앙 이격부재(310)의 내부 인터페이싱 구조물(704)과 인터페이스하도록 구성될 수 있다.
후방 유지 구조물(626)과 후방 중앙 이격부재(618) 사이의 거리는, 외부 인터페이싱 구성요소(706)와 상보적인 내부 인터페이싱 구성요소(708) 사이의 인터페이스에 의해서 규정될 수 있다. 일부 실시예에서, 후방 유지 구조물(626)과 후방 중앙 이격부재(618) 사이의 거리가 일정할 수 있다(예를 들어, 그 거리는, 후방 자기 베어링 조립체(622)의 크기와 관계없이, 회전자 조립체(230)가 조립될 때마다 동일하게 유지된다). 일부 실시예에서, 후방 유지 구조물(626)과 후방 중앙 이격부재(618) 사이의 거리가, 예를 들어 나사산형 인터페이스로, 조정될 수 있다.
후방 유지 구조물(626)과 전방 중앙 이격부재(310) 사이의 거리는, 외부 인터페이싱 구성요소(706)와 상보적인 내부 인터페이싱 구조물(704) 사이의 인터페이스에 의해서 규정될 수 있다. 일부 실시예에서, 후방 유지 구조물(626)과 전방 중앙 이격부재(310) 사이의 거리가 일정할 수 있다(예를 들어, 그 거리는, 후방 중앙 이격부재(618) 및 전기자(234)와 조합된 후방 자기 베어링 조립체(622)의 크기와 관계없이, 회전자 조립체(230)가 조립될 때마다 동일하게 유지된다). 일부 실시예에서, 후방 유지 구조물(626)과 전방 중앙 이격부재(310) 사이의 거리가, 예를 들어 나사산형 인터페이스로, 조정될 수 있다.
일부 실시예에서, 후방 유지 구조물(626)의 외부 인터페이스 구성요소(706)와 후방 중앙 이격부재(618)의 상보적인 내부 인터페이스 구성요소(708) 사이의 인터페이스가 부유 연결부일 수 있다. 예를 들어, 후방 중앙 이격부재(618)가 후방 유지 구조물(626)에 대해서 축방향으로 이동될 수 있도록, 후방 중앙 이격부재(618)가 후방 유지 구조물(626)에 활주 가능하게 연결될 수 있다. 후방 유지 구조물(626)과 후방 중앙 이격부재(618) 사이의 거리가, 후방 유지 구조물(626)과 전방 중앙 이격부재(310) 사이의 중간 구성요소, 예를 들어 전기자(234) 및/또는 후방 자기 베어링 조립체(622)에 의해서 규정될 수 있다.
도 8은 고정자 조립체(800) 및 고정자 슬리브(802)(예를 들어, 하우징, 격리부, 벽 등)의 분해도를 도시한다. 고정자 슬리브(802)는 펌프 하우징에 고정되고 회전자 조립체(230)(도 5)와 고정자 조립체(800) 사이에 배치되도록 구성된다. 회전자 조립체(230)(도 5)는 고정자 슬리브(802)의 보어(804) 내로 삽입될 수 있다. 일부 실시예에서, 보어(804)는 회전자 조립체(230)(도 5)에 대한 헐거운 끼워맞춤(예를 들어, 약간 더 큰, 작은 백분율로 더 큰, 등등)을 제공하기 위한 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 보어(804)의 내경이 회전자 조립체(230)(도 5)의 외경보다 약 5 ㎛ 내지 약 5 mm 더 크도록, 예를 들어 약 2 mm 내지 약 4 mm 더 크도록, 보어(804)의 크기가 결정될 수 있다.
고정자 슬리브(802)는 고정자 슬리브(802)의 내부 표면(806)(예를 들어, 회전자 조립체(230)(도 5)에 대면되는 표면) 상에서 상승된 또는 함몰된 특징부(808)(예를 들어, 딤플, 융기부, 베인, 홈, 핀 등)의 패턴을 포함할 수 있다. 내부 표면(806) 상의 그러한 패턴은, 회전자 조립체(230)(도 5)와 고정자 슬리브(802)의 내부 표면(806) 사이에 존재할 수 있는 및/또는 그 사이에서 유동할 수 있는 유체의 회전 유동을 적어도 부분적으로(예를 들어, 부분적으로, 실질적으로, 완전히 등) 감소시킬 수 있다. 회전되는 조립체 내의 유체의 회전 유동은, 특정 회전 속도에서 배진동(harmonic vibration)(예를 들어, 오일 소용돌이, 오일 휘감기(whip), 유체 휘감기 등)을 유발할 수 있다. 배진동은, 교정되지 않는 경우에, 파괴적일 수 있다. 상승되거나 함몰된 특징부의 패턴은, 회전 유동에 의해서 도입되는 파괴적 진동을 실질적으로 감소시킬 수 있다.
고정자 슬리브(802)는 고정자 조립체(220) 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 고정자 슬리브(802)는 고정자 조립체(220)를 회전자 조립체(230)(도 5)로부터 격리시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 고정자 슬리브(802)는, 유체가 고정자 조립체(220)와 접촉되는 것을 실질적으로 방지하면서, 유체가 회전자 조립체(230)(도 5) 주위에서 유동될 수 있게 허용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 고정자 슬리브(802)는, 회전자 조립체(230)(도 5)의 고장이 발생된 (예를 들어, 회전자 조립체(230)(도 5)가 파괴된, 회전자 조립체(230)(도 5)가 부적절하게 정렬된, 등등의) 경우에, 고정자 조립체(220)를 접촉 또는 파편으로부터 차폐하도록 구성될 수 있다. 고정자 슬리브(802)는, 중합체(예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐클로라이드(PVC) 등), 비철 금속(예를 들어, 알루미늄, 구리, 스테인리스 강 등) 등과 같은, 강한 비철 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 고정자 슬리브(802)는 내식성 재료(예를 들어, 중합체, 알루미늄 등)로 형성될 수 있거나, 내식성 코팅(예를 들어, 고무 코팅, 중합체 코팅 등)을 가질 수 있다.
고정자 조립체(220)는, 고정자 슬리브(802)를 수용하도록 구성된 개구부(812)를 형성하는 환형 구성요소들의 조립체로부터 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 고정자 조립체(220)의 환형 구성요소가 고정자 슬리브(802)에 장착될(예를 들어, 고정될, 부착될, 등등) 수 있다. 일부 실시예에서, 고정자 조립체(220)의 환형 구성요소가 외부 본체, 하우징, 또는 케이싱(예를 들어, 본체(102)(도 1))에 장착될 수 있다. 일부 실시예에서, 고정자 조립체(220)의 환형 구성요소가 고정자 조립체(220)의 다른 환형 구성요소에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 고정자 조립체(220)의 환형 구성요소가, 전술한 요소의 조합에 부착될 수 있다.
도 9는 도 8의 고정자 조립체(220)의 분해도를 도시한다. 고정자 조립체(220)의 환형 구성요소는 전방 자기 베어링 조립체(920), 후방 자기 베어링 조립체(922), 구동 자석(224), 전방 유지 요소(312), 후방 유지 구조물(926), 및 당김 자석(228)을 포함할 수 있다. 전방 자기 베어링 조립체(920) 및 후방 자기 베어링 조립체(922)는 적어도 하나의 영구적인 환형 자석(222)을 각각 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 환형 구성요소는, 도 6 및 도 7에 도시된 회전자 조립체(230)에 대해서 전술한 것과 유사한 이격부재를 이용하여 위치설정될 수 있다. 일부 실시예에서, 이격부재는 본체(102)(도 2)와 같은 장착 구조물 내로 통합될 수 있다.
도 6, 도 8, 및 도 9를 참조한다. 전방 및 후방 자기 베어링 조립체(920, 922)는, 회전자 조립체(230)의 전방 및 후방 자기 베어링 조립체(620, 622)와 상호작용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 고정자 조립체(220)의 전방 및 후방 자기 베어링 조립체(920, 922)는, 각각의 영구 자석(222)이 회전자 조립체(230)의 상응하는 상보적인 영구 자석(232)과 정렬되도록, 위치설정될(예를 들어, 이격될) 수 있다. 일부 실시예에서, 영구 자석(222)의 극성(예를 들어, 북극, 남극)이 회전자 조립체(230)의 상응하는 상보적인 영구 자석(232)의 극성과 정렬되도록, 그에 따라 영구 자석(222)과 상응하는 상보적인 영구 자석(232) 사이의 자기장에 의해서 척력이 유도되도록, 각각의 영구 자석(222)이 배향될 수 있다. 일부 실시예에서, 영구 자석(222)의 극성이 회전자 조립체(230)의 상응하는 상보적인 영구 자석(232)의 극성과 반대가 되도록, 그에 따라 영구 자석(222)과 상응하는 상보적인 영구 자석(232) 사이의 자기장에 의해서 인력이 유도되도록, 각각의 영구 자석(222)이 배향될 수 있다. 일부 실시예에서, 영구 자석(222)의 일부가 회전자의 상응하는 상보적인 영구 자석(232)과 정렬된 극성으로 배향될 수 있는 한편, 다른 영구 자석은 상응하는 상보적인 영구 자석(232)과 반대되는 극성으로 배향될 수 있다. 예를 들어, 전방 자기 베어링 조립체(920)의 영구 자석(222)이 회전자 조립체(230)의 전방 자기 베어링 조립체(620)의 상응하는 상보적인 영구 자석(232)과 정렬된 극성으로 배향될 수 있고, 후방 자기 베어링 조립체(922)의 영구 자석(222)은 후방 자기 베어링 조립체(622)의 상응하는 상보적인 영구 자석(232)과 반대되는 극성으로 배향될 수 있다. 다른 예에서, 전방 및 후방 자기 베어링 조립체(920, 922)의 각각은, 회전자 조립체(230)의 상응하는 상보적인 영구 자석(232)와 정렬된 극성으로 배향된 적어도 하나의 영구 자석(222) 및 회전자 조립체(230)의 상응하는 상보적인 영구 자석(232)와 반대인 극성으로 배향된 적어도 하나의 영구 자석(222)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 전방 자기 베어링 조립체(920) 및 후방 자기 베어링 조립체(922) 중 하나 이상의 내부의 인접 영구 자석들(222)이 동일 극성으로 배향될 수 있고, 그에 따라 인접한 영구 자석들(222)이 고정자 조립체(220) 내의 인접한 영구 자석들(222) 사이에서 척력을 유도할 수 있다. 일부 실시예에서, 전방 자기 베어링 조립체(920) 및 후방 자기 베어링 조립체(922) 중 하나 이상의 내부의 인접 영구 자석들(222)이 반대 극성으로 배향될 수 있고, 그에 따라 인접한 영구 자석들(222)이 고정자 조립체(220) 내의 인접한 영구 자석들(222) 사이에서 인력을 유도할 수 있다.
구동 자석 조립체(224)가 회전자 조립체(230)의 전기자(234)와 실질적으로 정렬될 수 있고 전기자(234)와 상호작용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전류가 구동 자석(224)에 공급될 수 있다. 구동 자석(224)은 전류로부터 자기장을 생성할 수 있고, 이는 전기자(234) 상에서 회전력을 유도할 수 있다. 전류는 외부 공급원(예를 들어, 발전기, 전선 전력, 트랜스포머, 인버터, 모터 제어기, 가변 주파수 구동부 등)으로부터 기원할 수 있다. 일부 실시예에서, 내부 회로망(예를 들어, 제어 보드, 모터 제어기, 속력 제어기 등)이 전류를 수정할 수 있다. 일부 실시예에서, 펌프는, 제어기(260) 및/또는 펌프의 다른 구성요소에 전력을 공급하고 동작시키기 위해서 전류의 일부를 전환할 수 있는 제어기(260)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(260) 및 다른 구성요소, 예를 들어 상보적인 당김 자석(228)이 펌프와 별도로, 예를 들어 독립적인 전원을 통해서, 전력을 공급 받을 수 있다. 제어기(260)는, 전류를 구동 자석(224)에 전송하기 전에, 전류를 변경할(예를 들어, 진폭, 주파수, 전압, 암페어 등을 변화시킬) 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(260)는 구동 자석(224)에 공급되는 전류를 모니터링할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(260)는, 구동 자석(224)에 공급되는 전류를 기초로, 펌프의 다른 구성요소를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(260)는 구동 자석(224)에 공급되는 암페어를 모니터링할 수 있고, 구동 자석(224)에 공급되는 암페어를 기초로 당김 자석(228)에 공급되는 전류를 제어할 수 있다.
도 10은 펌프(100)를 위한 제어 시스템의 개략도를 도시한다. 제어 시스템은 제어기(260)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(260)는 펌프(100)와 통합될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(260)는 펌프(100)의 외부에 있을 수 있다. 예를 들어, 제어기(260)는, 포트(106)(도 1)를 통해서 펌프(100) 내로 전달되는 전기 케이블(1002) 및/또는 신호 와이어(1004)를 통해서 펌프(100)에 커플링될 수 있다. 예를 들어, 전기 케이블(1002)은 구동 자석(224) 및/또는 당김 자석(228) 중 하나 이상에 전력을 제공할 수 있다.
제어기(260)는 전기자(224) 및/또는 당김 자석(228)에 전달되는 전력을 제어할 수 있다. 예를 들어, 라인 전압 전력(1006), 예를 들어 110 볼트 교류(VAC), 120 VAC, 208 VAC, 240 VAC, 277 VAC, 480 VAC 등이 제어기(260)를 통해서 전달될 수 있다. 일부 실시예에서, 라인 전압 전력(1006)이 단상 전력, 2상 전력, 또는 3상 전력일 수 있다. 제어기(260)는 라인 전압 전력(1006)을 프로세스하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(260)는 필터(1008)를 포함할 수 있다. 필터(1008)는, 전력 스파이크와 같은, 라인 전압 전력(1006)의 노이즈를 필터링하여 제거하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 필터(1008)는, 브라운 아웃(brown out), 위상 상실, 전력 스파이크 등과 같은, 라인 전압 전력(1006) 내의 문제를 검출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 필터(1008)는, 문제가 검출되는 경우에, 제어기(260) 및/또는 펌프(100)의 내부 구성요소가 라인 전압 전력(1006)으로부터 보호될 수 있도록, 전력을 중단시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(260)는 전력 변환 장치(1010)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 변환 장치(1010)는 교류 전력을 직류 전력으로(예를 들어, 정류기) 또는 직류 전력을 교류 전력으로(예를 들어, 인버터) 변환하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 변환 장치(1010)는 라인 전압 전력(1006)의 전압 및/또는 암페어 수(amperage)를 변화시키도록 구성될 수 있다(예를 들어, 트랜스포머).
일부 실시예에서, 제어기(260)는, 하나 이상의 구동부(1012)로 제어기(260)를 통해서 전기자(224) 및/또는 당김 자석(228)에 전력을 전달하는 것을 제어하도록 구성된 하나 이상의 구동부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어기(260)는, 전기자(224) 및/또는 당김 자석에 전달되는 전력의 주파수를 조정하도록 구성된 가변 주파수 구동부(VFD)를 포함할 수 있다. 주파수를 조정하는 것은, 제어기(260)가 전기자의 속력 및/또는 당김 자석(228)에 의해서 생성된 자기장을 제어하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 구동부(1012)는, 제어기(260)로부터의 전력을 선택적으로 스위칭 온 및 스위칭 오프하는 것에 의해서, 전기자(224) 및/또는 당김 자석(228)에 대한 전력을 제어할 수 있고, 그에 따라 제어기(260)로부터 공급되는 전력을 줄일 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기(260)는 전기자(224) 및/또는 당김 자석(228)에 전달되는 전력만을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기(260)는, 전기자(224)에 공급되는 전력과 독립적으로 당김 자석(228)에 대한 전력을 제어함으로써, 회전자 조립체(230)의 축방향 위치를 제어하도록 구성될 수 있다. 제어기(260)는 위치 센서(320)를 통해서 회전자 조립체(230)의 축방향 위치를 모니터링할 수 있고, 그에 따라, 당김 자석(228)에 대한 전력을 제어할 수 있다. 전기자(224)에 대한 전력이 독립적으로 제어 및 모니터링될 수 있고, 그에 따라 펌프의 속력, 압력, 및/또는 유동이 회전자 조립체(230)의 축방향 위치와 독립적으로 제어될 수 있다.
제어기(260)는 사용자 인터페이스(1014)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자 인터페이스(1014)는 디스플레이, 예를 들어 터치 스크린, 모니터, 스크린 등일 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자 인터페이스(1014)는, 제어 시스템, 건물 관리 시스템(BMS), 개인용 컴퓨터, 랩탑, 서버, 클라우드 등과 같은, 원격 컴퓨팅 장치와 통신하도록 구성된 통신 모듈일 수 있다.
제어기(260)는 아날로그 입력(1016) 및/또는 디지털 입력(1018)을 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(260)는, 설정점, 프로세스 피드백, 시스템 요건, 시스템 센서 판독값 등과 같은, 아날로그 입력(1016)을 수신하도록 구성될 수 있다. 디지털 입력(1018)은 시스템 인에이블(system enable), 펌프 인에이블, 리셋, 제어 인에이블, 경고, 시스템 안전(예를 들어, 고압, 고온, 저온, 저압, 수동적 킬 스위치(manual kill switch) 등) 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 아날로그 입력은, 전압 신호(예를 들어, 0 내지 5 VDC, 0 내지 10 VDC 등), 저항 신호(예를 들어, 저항 온도 검출기(RTD) 등), 또는 전류 신호(예를 들어, 0 내지 20 밀리암페어(mA), 4 내지 20 mA 등)와 같은 신호일 수 있다.
제어기(260)는 아날로그 출력(1020) 및/또는 디지털 출력(1022)을 다른 구성요소 및/또는 사용자에게 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(260)는 아날로그 출력(1020)을 제공할 수 있고 및/또는 디지털 출력(1022)이 디스플레이 장치를 통해서, 예를 들어 그래픽 사용자 인터페이스(GUI), 스프레드 시트, 일련의 조명 등을 통해서, 사용자에게 제공될 수 있다. 아날로그 출력(1020) 및/또는 디지털 출력(1022)은 전압 신호(예를 들어, 0 내지 10 VDC, 0 내지 5 VDC, 10 내지 30 VDC 등) 또는 전류 신호(예를 들어, 4 내지 20 mA, 0 내지 20 mA 등)와 같은 신호를 통해서 다른 구성요소에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 아날로그 출력(1020)은 모터 속력, 회전자 위치, 설정점 등을 포함할 수 있다. 디지털 출력(1022)은 모터 상태, 오류, 경고 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(260)는, 센서 판독값(예를 들어, 모터 온도, 회전자 위치, 모터 속력 등)과 같은 모터 정보를 펌프(100) 내의 센서로부터 수신할 수 있다. 예를 들어, 위치 센서(320)(도 3)는, 직접적으로 신호 와이어(1004)를 통해서 또는 제어기(260) 내의 통신 인터페이스를 통해서, 회전자 위치를 제어기(260)에 제공할 수 있다.
제어기(260)는 또한 네트워크 연결부(1024)를 포함할 수 있다. 네트워크 연결부(1024)는 제어기(260) 및/또는 사용자 인터페이스(1014)를 부가적인 제어기 및/또는 시스템 장치, 예를 들어 중복적인 펌프(redundant pump), 상보적인 장치, 제어 장치 등에 연결하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 펌프(100)는 시스템 레벨 제어 시스템, 예를 들어 BMS 시스템, 플랜트 제어 시스템, 프로세스 제어 시스템 등을 통해서 제어될 수 있다. 제어기(260)는 펌프(100) 및/또는 제어기(260)로부터의 정보를 네트워크 연결부(1024)를 통해서 시스템에 통신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 네트워크 연결부는, RS 232(예를 들어, 직렬), RS 485, RJ45(예를 들어, 이더넷), RJ11, RJ14, RJ25 등과 같은, 통신 케이블 연결부일 수 있다.
일부 실시예에서, 제어기(260)는 모터 내의 부가적인 특징부를 모니터링할 수 있다. 제어기(260)는 센서, 예를 들어 온도 센서(예를 들어, 저항 온도 검출기(RTD), 부온도계수(negative temperature coefficient)(NTC), 열전쌍 등), 위치 센서(예를 들어, 홀-이펙트, 근접도, 유도(induction) 등), 전류 센서(예를 들어, 트랜스듀서, 홀-이펙트 등) 등을 이용할 수 있다. 제어기(260)는 센서 판독값을 외부 공급원(예를 들어, 모니터링 시스템, 디스플레이, 경고 시스템, 제어 시스템 등)에 중계할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기(260)는, 판독값을 기초로, 예를 들어 펌프 속력을 변경할 수 있는 것, 다른 구성요소(예를 들어, 당김 자석(228) 등)의 동작 및/또는 매개변수를 변경할 수 있는 것, 경고를 생성할 수 있는 것, 펌프를 정지시킬 수 있는 것 등과 같은, 동작을 실시할 수 있다.
무베어링 펌프가 마찰 감소로 인해서 더 높은 효율을 가질 수 있지만, 마찰 감소가 마모 가소를 초래하지 않을 수 있다. 예를 들어, 무베어링 펌프는 회전자의 증가된 축방향 이동을 허용할 수 있고, 이는 유해한 진동을 초래할 수 있다. 부가적으로, 감소된 마찰로 달성될 수 있는 더 빠른 회전 속력은 부가적인 유해한 진동을 도입할 수 있다. 본 개시 내용의 실시예는 무베어링 펌프 고유의 유해한 진동을 제어(예를 들어, 감소, 실질적으로 감소, 제거 등)할 수 있다. 유해한 진동을 감소시키는 것은 동작 수명 증가, 수리를 위한 중단 시간 감소, 및 동작 및 수리 비용의 감소를 초래할 수 있다. 본 개시 내용의 일부 실시예는 또한, 펌프가 고장났을 때 또는 재건이나 수리를 필요로 할 때, 중단시간의 양을 감소시킬 수 있다.
일부 환경에서, 펌프는, 고장으로 인한 펌프 중단이 시스템의 재난적 고장을 초래할 수 있는 중요한 시스템에서 사용된다. 다른 시스템에서, 고장으로 인한 펌프 중단이 큰 재정적 손실을 초래할 수 있다. 펌프의 동작 수명의 증가 및/또는 수리가 필요할 때의 중단시간의 양의 감소는, 펌프를 이용하는 작업에서 재정적 부담의 감소를 초래할 수 있는데, 이는 중요 시스템에서 중복성이 감소될 수 있고 고가의 시스템에서 재정적 손실이 감소 및/또는 방지될 수 있기 때문이다.
특정의 예시된 실시예와 관련하여 본 개시 내용을 설명하였지만, 당업자는 개시 내용이 그렇게 제한되지 않는다는 것을 인식하고 이해할 것이다. 오히려, 법적 균등물을 포함하여, 이하에서 청구된 개시 내용의 범위로부터 벗어나지 않고도, 예시된 실시예에 대한 많은 부가, 삭제, 및 수정이 이루어질 수 있다. 또한, 발명자가 생각한 바와 같은 개시 내용의 범위 내에 여전히 포함되면서도, 일 실시예로부터의 특징이 다른 실시예의 특징과 조합될 수 있다.

Claims (25)

  1. 자기 부상 전기 모터이며:
    전기자 및 전기자의 대향 축방향 측면들 상의 하나 이상의 영구 자석을 포함하는 회전자;
    회전자와 실질적으로 동축이고, 전기자와 축방향으로 정렬된 구동 자석 및 구동 자석의 대향 축방향 측면들 상에 위치설정된 하나 이상의 상보적인 영구 자석을 포함하는 고정자;
    회전자의 축방향 단부 상에 위치설정된 영구적인 밀어냄/당김 자석;
    밀어냄/당김 자석과의 상호작용에 의해 회전자를 위치 설정점에 위치설정하도록 구성되고, 영구적인 밀어냄/당김 자석으로부터 축방향으로 오프셋되어 있는, 고정자의 축방향 단부 상에 위치설정된 위치결정 전자석; 및
    회전자의 축방향 단부를 지지하도록 구성된, 고정자의 축방향 단부에 위치설정된 영구적인 상승 자석을 포함하고,
    하나 이상의 상보적인 영구 자석 중 적어도 하나는 위치결정 전자석과 구동 자석 사이에 위치되는, 자기 부상 전기 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    고정자 내의 위치 센서 및 회전자 내의 대응하는 위치 표시부를 더 포함하는, 자기 부상 전기 모터.
  3. 제2항에 있어서,
    위치 센서는 회전자의 축방향 위치에 대응하는 신호를 제공하도록 구성되고, 위치결정 전자석은 상기 신호에 기초하여 위치 설정점에 회전자를 위치설정하도록 구성되는, 자기 부상 전기 모터
  4. 제2항에 있어서,
    위치 센서는 위치결정 전자석에 대응하는 고정자의 축방향 단부에 대향하는 고정자의 제2 축방향 단부에 위치설정되는, 자기 부상 전기 모터.
  5. 제2항에 있어서,
    위치 센서는 적어도 2개의 위치 센서를 포함하는, 자기 부상 전기 모터.
  6. 제5항에 있어서,
    적어도 2개의 위치 센서는 평균화 회로에 결합되는, 자기 부상 전기 모터.
  7. 제1항에 있어서,
    영구적인 상승 자석은 영구적인 상승 자석이 회전자의 영구적인 밀어냄/당김 자석과 상호작용할 수 있도록 위치설정되는, 자기 부상 전기 모터.
  8. 제1항에 있어서,
    영구적인 상승 자석은 영구적인 밀어냄/당김 자석 상에 반경방향 힘을 유도하도록 구성되는, 자기 부상 전기 모터.
  9. 제1항에 있어서,
    위치결정 전자석은 영구적인 상승 자석과 영구적인 밀어냄/당김 자석 사이에 반경방향으로 위치설정되는, 자기 부상 전기 모터.
  10. 전기 모터이며:
    전기자 및 전기자의 대향 축방향 측면들 상에 위치설정된 하나 이상의 영구 자석을 포함하는 회전자;
    회전자와 실질적으로 동축이고, 전기자와 축방향으로 정렬된 구동 자석 및 구동 자석의 대향 축방향 측면들 상에 위치설정된 하나 이상의 상보적인 영구 자석을 포함하는 고정자;
    회전자의 축방향 단부 상에 위치설정된 영구적인 밀어냄/당김 자석; 및
    고정자의 축방향 단부 상에 위치설정되고, 영구적인 밀어냄/당김 자석과 실질적으로 동축이고, 영구적인 밀어냄/당김 자석으로부터 축방향으로 오프셋되어 있고, 밀어냄/당김 자석과의 상호작용에 의해 회전자를 위치 설정점에 위치설정하도록 구성된, 위치결정 전자석을 포함하고,
    하나 이상의 상보적인 영구 자석 중 적어도 하나는 위치결정 전자석과 구동 자석 사이에 위치되는, 전기 모터.
  11. 제10항에 있어서,
    고정자 내에 위치설정된 위치 센서 및 위치 센서에 인접하여 회전자 내에 위치설정된 위치 표시부를 더 포함하는, 전기 모터.
  12. 제11항에 있어서,
    위치 센서로부터 위치 측정값을 수신하도록 구성된 전자 제어기를 더 포함하는, 전기 모터.
  13. 제12항에 있어서,
    전자 제어기는 위치 센서로부터의 위치 측정값에 기초하여 위치결정 전자석의 제어 매개변수를 변경하도록 구성되는, 전기 모터.
  14. 제13항에 있어서,
    전자 제어기는 위치 센서로부터의 위치 측정값에 기초하여 위치결정 전자석에 대한 전력을 조정하도록 구성되는, 전기 모터.
  15. 자기 부상 전기 모터의 축방향 위치를 제어하는 방법이며:
    회전자 상에 위치설정된 위치결정 자석과 고정자 상에 위치설정된 위치결정 전자석 사이의 자기력을 통해 고정자 내에 반경방향으로 위치설정된 회전자 상에 축방향 힘을 유도하는 단계로서, 위치결정 전자석은 회전자와 실질적으로 동축이고 위치결정 자석으로부터 축방향으로 오프셋되어 있는, 단계;
    고정자에 대한 회전자의 축방향 위치를 측정하는 단계; 및
    위치결정 영구 자석 상의 축방향 힘을 변경하기 위해 위치결정 전자석에 대한 전압을 조정하는 단계를 포함하고,
    자기 부상 전기 모터의 축방향 단부에는 영구적인 상승 자석이 위치설정되어 있으며, 영구적인 상승 자석은 회전자의 축방향 단부를 지지하고 영구적인 상승 자석에 대해 회전자의 축방향 위치가 변경함에 따라 회전자 상의 축방향 부하를 변경하도록 구성되는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    위치결정 자석과 영구적인 상승 자석 사이의 반경방향 자기력을 통해 회전자의 축방향 단부 상에 반경방향 힘을 유도하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    고정자 내의 구동 자석에 대한 전류를 측정하는 단계; 및
    영구적인 상승 자석에 의해 유도된 반경방향 힘이 중력에 의해 유도된 부하를 최소화시키는 위치에 회전자의 축방향 단부를 위치설정하기 위해 축방향 위치 설정점을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    위치결정 전자석에 대한 전압을 조정하는 단계는 위치결정 전자석에 대한 전압의 극성을 역전시키는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    고정자에 대한 회전자의 축방향 위치를 측정하는 단계는 고정자 내의 위치 센서로부터 위치 측정값을 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    위치 센서로부터 위치 측정값을 수신하는 단계는 회전자 내의 위치 표시부의 위치 센서에 대한 근접도를 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 모터 제어 시스템이며:
    제어기;
    고정자에 대한 자기 부상 회전자의 축방향 위치를 검출하도록 구성된 축방향 위치 센서;
    고정자에 결합된 전자기적 축방향 위치설정 자석 및 회전자에 연결된 영구적인 밀어냄/당김 자석을 포함하는 위치설정 자석 조립체; 및
    자기 부상 모터의 축방향 단부 상에 위치설정된 영구적인 상승 자석으로서, 상기 영구적인 상승 자석은 회전자의 축방향 단부를 지지하고 영구적인 상승 자석에 대해 회전자의 축방향 위치가 변경함에 따라 회전자 상의 축방향 부하를 변경하도록 구성되는, 영구적인 자석을 포함하고,
    상기 제어기는 축방향 위치 설정점과 축방향 위치 센서로부터의 신호 사이의 비교에 응답하여 전자기적 축방향 위치설정 자석에 대한 전기 신호를 변경하고, 전자기적 축방향 위치설정 자석과 영구적인 밀어냄/당김 자석 사이의 상호 작용에 의해 유도된 반경방향 부하에 기초하여 축방향 위치 설정점을 변경하도록 구성되는, 모터 제어 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    축방향 위치 센서는 자기적 근접도 센서, 홀 센서, 초음파 센서, 유도 센서, 레이저 센서, 광 센서, 용량형 센서, 및 적외선 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 모터 제어 시스템.
  23. 제21항에 있어서,
    모터 제어 시스템의 구동 자석에 대한 전류를 검출하도록 구성되는 전류 센서를 더 포함하는, 모터 제어 시스템.
  24. 제21항에 있어서,
    제어기는 전류 센서에 의해 검출된 전류에 응답하여 축방향 위치 설정점을 변경하도록 구성되는, 모터 제어 시스템.
  25. 제21항에 있어서,
    제어기는 구동 자석에 대한 전류를 12 암페어 미만으로 제한하도록 구성되는, 모터 제어 시스템.
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