(57)【要約】      （修正有）【課題】従来の機械的軸受よりも、回転部分を大きい距離だけ移動させることができる磁気軸受において、付加的な摩耗、部品の損傷、及び他の潜在的な問題を抑制するポンプを提供する。【解決手段】ポンプ１００は、ステータ２２０、ロータ２３０、及びインペラ２５０を含み得る。ステータは、１つ又は複数の電磁石２２４と１つ又は複数の永久磁石２２２とを含み得る。ロータは、電機子２３４と、１つ又は複数の相補型永久磁石２３２と、軸線方向においてロータを位置決めするプル磁石２２８とを含み得る。ロータは、ステータ内に配置され得る。相補型永久磁石とステータの１つ又は複数の永久磁石は、磁気ベアリングを形成し得る。電機子は、ステータの電磁石のうちの少なくとも１つと位置合わせされ、ステータに対してロータを回転させ得る。インペラは、ロータに接続され得る。【選択図】図２
2020128745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、ロータと、インペラとを備え、
前記ステータは、駆動磁石と、該駆動磁石の軸線方向に対向しあう両側に配置された１つ又は複数の永久磁石と、前記ステータの第１軸線方向端部に配置された少なくとも１つの軸線方向位置決め磁石と、を有し、
前記ロータは、前記ステータ内に同軸に配置されており、前記駆動磁石と整列した電機子と、前記１つ又は複数の永久磁石と整列した１つ又は複数の相補型永久磁石と、前記ロータの第１軸線方向端部に配置されたプッシュ／プル磁石と、を有し、
前記インペラは、前記第１軸線方向端部の反対側における前記ロータの第２軸線方向端部で前記ロータに接続され、前記ロータと共に回転するように構成されており、
前記ロータの１つ又は複数の相補型永久磁石及び前記ステータの１つ又は複数の永久磁石は、１つ又は複数の磁気ベアリングを生成するように構成されており、
前記プッシュ／プル磁石は、前記少なくとも１つの軸線方向位置決め磁石と相互作用するように構成され、前記ロータを前記ステータに対して軸線方向において位置決めし、
前記電機子及び前記駆動磁石は、前記ロータを前記ステータに対して回転させるように構成されている、ポンプ。
【請求項２】
電子制御装置をさらに含む、請求項１記載のポンプ。
【請求項３】
前記電子制御装置は、前記少なくとも１つの軸線方向位置決め磁石によって使用される電流を監視する、請求項２記載のポンプ。
【請求項４】
前記電子制御装置は、制御パラメータを変更して、前記少なくとも１つの軸線方向位置決め磁石への電流を約１２アンペア以下の範囲内に維持する、請求項３記載のポンプ。
【請求項５】
前記電子制御装置は、前記少なくとも１つの軸線方向位置磁石への電力を調整して、前記ステータに対する前記ロータの軸線方向位置を維持する、請求項４記載のポンプ。
【請求項６】
前記ロータと前記ステータとの間に流体通路を更に備える、請求項１記載のポンプ。
【請求項７】
前記ロータと前記ステータとの間に配置されるハウジングであって、前記ロータを前記ステータから隔離し、かつ前記ハウジングと前記ロータとの間に前記流体通路を規定するハウジングを更に備える、請求項６記載のポンプ。
【請求項８】
前記ハウジングは、前記ロータに面し且つ前記流体と接触する前記ハウジングの面に隆起した又は窪んだ外観のパターンを備える、請求項７記載のポンプ。
【請求項９】
前記ステータの半径方向側に配置されたリフト磁石を更に備え、
前記リフト磁石は、前記ロータと前記リフト磁石との間の半径方向距離が変化するにつれて変化する荷重を前記ロータに生じさせるように構成される、請求項１記載のポンプ。
【請求項１０】
前記リフト磁石は永久磁石である、請求項９記載のポンプ。
【請求項１１】
電気モータと、インペラと、を備え、
前記電気モータは、ロータと、少なくとも２つの磁気ベアリングと、位置決め磁石組立品とを有し、
前記ロータは、ステータに対して回転するように構成され、前記ステータ内の駆動磁石が、前記ロータ内の永久磁石に回転力を与えるように構成されており、
前記少なくとも２つの磁気ベアリングは、前記ステータ内の前記駆動磁石の軸線方向において対向しあう両端部に配置されるとともに、少なくとも２つの相補型永久磁石を有し、該少なくとも２つの相補型永久磁石は、回転永久磁石と固定永久磁石とを有し、前記回転永久磁石は、前記ロータの軸線方向に対向しあう両端部に担持され、前記固定永久磁石は、前記駆動磁石の軸線方向に対向しあう両端部で前記ステータに取り付けられており、
前記位置決め磁石組立品は、前記電気モータの第１軸線方向端部に設けられ、前記ステータに接続された電磁的軸線方向位置決め磁石と、前記ロータに接続された永久プッシュ／プル磁石とを有し、前記電磁的軸線方向位置決め磁石は、前記永久プッシュ／プル磁石と相互作用するよう構成され、前記電気モータの長手方向軸線に沿う方向において前記ロータに力を発生させ、
前記インペラは、前記電気モータの前記第１軸線方向端部とは反対側の、前記ロータの軸線方向端部で前記ロータに接続されている、ポンプ組立品。
【請求項１２】
前記ロータの前記第１軸線方向端部から前記ロータの第２軸線方向端部に流体を移送するように構成された、前記ロータを通る流体通路を更に備える、請求項１１記載のポンプ。
【請求項１３】
前記ロータと前記ステータとの間に規定された流体経路であって、前記ロータの前記第２軸線方向端部に隣接する前記ステータの第２軸線方向端部から、前記ロータの前記第１軸線方向端部に隣接する前記ステータの第１軸線方向端部に流体を移送するように構成された流体経路を更に備える、請求項１２記載のポンプ。
【請求項１４】
前記ステータと前記ロータとの間に位置決めされたステータスリーブを更に備える、請求項１１記載のポンプ。
【請求項１５】
前記ステータスリーブの内面は、前記ロータに面し、且つ、隆起した又は窪んだ外観のパターンを有する表面を備える、請求項１４記載のポンプ。
【請求項１６】
前記ステータ内に配置された少なくとも１つの位置センサであって、前記ロータの前記回転永久磁石の少なくとも１つと実質的に整列された少なくとも１つの位置センサを更に備える、請求項１１記載のポンプ。
【請求項１７】
前記位置センサは、磁気近接センサ、ホールセンサ、超音波センサ、誘導センサ、レーザセンサ、光センサ、容量センサ、及び赤外線センサから選択される、請求項１６記載のポンプ。
【請求項１８】
磁気浮上ポンプにおけるロータ位置を制御する方法であって、
位置センサを用いてステータに対するロータの軸線方向位置を検出するステップと、
前記ロータの軸線方向端部に配置された位置決め電磁石に電圧を出力し、前記ロータを位置設定点に位置決めするステップと、
位置決め電磁石における電流を検出するステップと、
前記電流を電流設定点と比較し、前記電流と前記電流設定点の間の差を生成するステップと、
前記位置設定点への調整を出力し、前記差を修正するステップと、を備える方法。
【請求項１９】
前記電流設定点は約０アンペア〜約８アンペアである、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記ポンプの軸線方向端部に位置決めされた永久リフト磁石を用いて前記ロータに荷重を生じさせるステップを更に備え、前記荷重は、前記永久リフト磁石に対して前記ロータが半径方向で近接することに基づいて変化する、請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、２０１９年２月１日に出願された米国仮特許出願第６２／８００，２６４号の利益を主張するものであり、本開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、概して、液体をポンピングするためのポンプ、及びこのようなポンプの製造及び使用に関連する方法に関し、当該ポンプは、ロータとステータとを有するベアリングレス電磁モータを含み、当該ポンプでは、ステータ内でロータを支承するために磁石が使用される。
【背景技術】
【０００３】
ベアリングレスポンプは、一般に、密封されたポンプハウジング内で磁力によって支承されるインペラを含む。ポンプは、一般に、回転磁界によって駆動され、当該回転磁界は、ポンプハウジング内のステータによって坦持された電磁石によって生成される。このようなポンプは、従来の機械的ベアリングを含まないという意味で「ベアリングレス」であるが、ステータ内でインペラ（又はロータ）を支承するために磁石が使用される。ベアリングレスポンプは、例えば、生物学的流体（例えば血液）又は純粋な液体（例えば超純水）等、搬送される流体が純粋（例えば、汚染されていない）のままでなければならない用途に有利となり得る。
【０００４】
ベアリングレスポンプはまた、そうでなければ機械的ベアリングを破壊又は劣化させる攻撃的な液体（例えば、アルカリ性流体、酸性流体、腐食性流体、研磨性流体など）を搬送するために有用である。したがって、ベアリングレスポンプは、例えば、化学機械研磨、水処理、加工作業などの用途に使用するのに好ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
種々の実施形態は、ステータと、ロータと、インペラとを含むポンプを含むことができる。ステータは、駆動磁石と、駆動磁石の軸線方向に対向しあう両端部に配置された１つ又は複数の永久磁石とを含むことができる。ステータはまた、ステータの第１軸線方向端部に配置された少なくとも１つの軸線方向位置決め磁石を含むことができる。ロータは、ステータ内に同軸に配置されてもよい。ロータは、駆動磁石と整列した電機子と、１つ又は複数の永久磁石と整列した１つ又は複数の相補型永久磁石とを含むことができる。また、ロータは、ロータの第１軸線方向端部に配置されたプッシュ／プル磁石を含んでもよい。ロータの１つ又は複数の相補型永久磁石及びステータの１つ又は複数の永久磁石は、１つ又は複数の磁気ベアリングを生成するように構成されてもよい。プル磁石は、少なくとも１つの軸線方向位置決め磁石と相互作用するように構成され、ロータをステータに対して軸線方向において位置決めしてもよい。電機子及び駆動磁石は、ステータに対してロータを回転させように構成することができる。インペラは、第１軸線方向端部の反対側におけるロータの第２軸線方向端部でロータに接続されてもよい。インペラは、ロータと共に回転するように構成されてもよい。
【０００６】
本開示の別の実施形態は、電気モータ及びインペラを含むポンプ組立品であってもよい。電気モータは、ロータと、少なくとも２つの磁気ベアリングと、位置決め磁石組立品とを含んでもよい。ロータは、ステータに対して回転するように構成されてもよい。ステータ内の駆動磁石は、ロータ内の永久磁石に回転力を付与するように構成されてもよい。少なくとも２つの磁気ベアリングは、ステータ内の駆動磁石における対向する両端部に配置されてもよい。少なくとも２つの磁気ベアリングは、少なくとも２つの相補型永久磁石を含むことができる。少なくとも２つの相補型永久磁石は、回転永久磁石及び固定永久磁石を含んでもよい。回転永久磁石は、ロータにおいて対向しあう両端部でロータに取り付けられてもよく、固定永久磁石は、駆動磁石の対向しあう両端部でステータに取り付けられてもよい。位置決め磁石組立品は、電気モータの第１長手方向端部にあってもよい。位置決め磁石組立品は、ステータに接続された電磁的軸線方向位置決め磁石と、ロータに接続された永久プッシュ／プル磁石とを含んでもよい。電磁的軸線方向位置決め磁石は、永久プッシュ／プル磁石と相互作用して、電気モータの長手方向軸に沿う方向においてロータに力を発生させるように構成されてもよい。インペラは、電気モータの第１長手方向端部と反対のロータの長手方向端部でロータに接続されてもよい。
【０００７】
本開示の別の実施形態は、磁気浮上ポンプにおけるロータ位置を制御する方法であってもよい。この方法は、位置センサを用いてステータに対するロータの軸線方向位置を検出するステップを含むことができる。この方法は、ロータの軸線方向端部に位置決めされた位置決め電磁石に電圧を出力して、位置設定点でロータの位置決めを行うステップを更に含むことができる。この方法は、位置決め電磁石での電流を検出するステップを含むことができる。この方法は、電流を電流設定点と比較するステップをさらに含むことができる。次いで、電流と電流設定点との間の差を生成することができる。また、本方法は、位置設定点に調整を出力し、当該差を補正するステップを含んでもよい。
【０００８】
本明細書は、本開示の実施形態とみなされるものを特に指摘し、明確に主張する特許請求の範囲で終了するが、本開示の実施形態の様々な特徴及び利点は、添付の図面と併せて読まれる場合、本開示の例示的な実施形態の以下の説明からより容易に確定され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に係るポンプの等角図である。
【図２】図２は、図１に示すポンプの断面図である。
【図３】図３は、図２に示すポンプの実施形態の断面図における部分拡大図である。
【図４】図４は、図２に示すポンプの実施形態の断面図における部分拡大図である。
【図５】図１〜図４に示すポンプにおけるステータ組立品及びロータ組立品の分解組立図である。
【図６】図５に示すロータ組立品の部分分解組立図である。
【図７】図６に示すロータ組立品の一部の分解組立図である。
【図８】図５に示すステータ組立品の部分分解組立図である。
【図９】図８に示すステータ組立品の一部の分解組立図であり
【図１０】本開示の一実施形態に係る制御システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書で提示される例示は、特定のポンプ又はその構成要素の実際の図であることを意味するものではなく、本開示の例示的な実施形態を説明するために使用される理想化された表現にすぎない。図面は、必ずしも縮尺通りではない。図の間での共通の要素は、同じ数字表示を保持することができる。
【００１１】
本明細書で使用されるように、「第１」、「第２」、「上部」、「下部」などの関連用語は、一般に、開示及び添付の図面を理解する際の明確さ及び便宜のために使用され、文脈がそうでないことを明確に示す場合を除いて、特定の優先傾向、向き、又は順序を暗示するものでもないし、これらに依存するものでもない。
【００１２】
本明細書で使用されるように、「及び／又は」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つ又は複数の任意の組合せ及び全ての組合せを意味し、これらを含む。
【００１３】
本明細書で使用されるように、「垂直」及び「横方向」という用語は、図に示された方向を指す。
【００１４】
本明細書で使用されるように、所与のパラメータに関して「実質的に」又は「約」という用語は、所与のパラメータ、特性、又は条件が、許容可能な製造公差内などの小さな分散度で満たされることを当業者が理解する程度を意味し、含む。例えば、実質的に満たされるパラメータは、少なくとも約９０％満たされ、少なくとも約９５％満たされ、少なくとも約９９％満たされ、又はさらに１００％満たされてもよい。
【００１５】
本明細書で使用される「磁性材料」という用語は、強磁性材料、フェリ磁性材料、反強磁性材料、及び常磁性材料を意味し、これらを含む。
【００１６】
ベアリングレスポンプ（例えば、磁気浮上ポンプなど）は、複数の利点を提供し得る。従来のベアリングから脱却すると、一般的なベアリングとシールの組み合わせにおける固有の摩擦により、摩擦損失が減少する可能性がある。従来のベアリングから脱却すると、磨耗した部品が原因でポンプを再構築又は交換しなければならなくなる前に、ポンプ要素の動作時間（寿命など）が長くなることもある。従来のベアリングから脱却すると、従来のベアリングで改善されていた追加の変数が、ベアリングレスポンプにも導入される。例えば、従来のベアリングは、ポンプの回転部分（例えば、軸、インペラ、ロータなど）を、半径方向（例えば、中心軸を中心として）及び長手方向（例えば、中心軸線に沿って軸線方向、横方向）の両方に配置することができる。また、磁気軸受は、ポンプの回転部分を軸線方向及び長手方向の両方に位置させることもできるが、磁気軸受は、ポンプの回転部分を、従来の機械的軸受よりも大きい距離だけ移動させることができる（例えば、シフト、スリップ、変位など）。用途によっては、付加的な動きが望ましくない場合があり、及び／又は付加的な動きが、付加的な摩耗、部品の損傷、及び他の潜在的な問題を生じさせる場合がある。
【００１７】
図１は、本開示に係るポンプ１００の一実施形態を示す。ポンプ１００は、本体１０２及びポンプハウジング１０４を含んでもよい。本体１０２は、モータ（例えば、直流モータ、交流モータ等）、及び／又はポンプ１００の駆動構成要素を含むことができる。本体１０２は、ポート１０６を含むことができ、当該ポート１０６により、電力及び／又は電気信号（例えば、電気）が、外部電源及び／又は制御装置／駆動装置から本体１０２内のモータに伝達されることを可能にする。本体１０２は、取り付け構造体１０８を含むことができる。
【００１８】
取り付け構造体１０８は、ポンプ１００を静止物体（例えば、壁、床、取り付けパッド、構造、フレームなど）に固定するために使用されてよい。いくつかの実施形態では、取り付け構造体１０８は、フランジ１１０を含むことができ、当該フランジ１１０は、自身を貫通して延びる少なくとも１つの穴１１２（例えば、スロット、開口部など）を有する。穴１１２は、例えばボルト、スタッド、ねじ、ストラップ（例えば、金属ストラップ、ポリマーストラップ、布ストラップ、ナイロンストラップ、バンドストラップ、クランプストラップ等）、ケーブル、ブラケット、フック等の取り付け器具を支えるように構成することができる。いくつかの実施形態では、取り付け構造体１０８は、一体型の取り付け器具（例えば、スタッド、クランプ、ねじ付きインサートなど）を含んでもよい。
【００１９】
本体１０２はまた、当該本体１０２から延びる１つ又は複数のフィン１１４（例えば、突出部、プレートなど）を含み得る。いくつかの実施形態では、フィン１１４は、モータからの熱伝達（例えば、モータの冷却）又は本体１０２内部の他の構成要素からの熱伝達を補助するように構成されてもよい。図１に示すように、フィン１１４は、直線状（例えば実質的に直線状）であってもよく、本体１０２から半径方向外側に延在してもよく、本体１０２の長手方向軸線に平行に配向されてもよい。いくつかの実施形態では、フィン１１４は、中心軸線Ｌ１００の周りに円周方向に（例えば、一連のリング、螺旋、渦巻きなどで）延在する実質的に円形（例えば、環状など）であってもよい。
【００２０】
ポンプハウジング１０４は、背面板１２０を含んでもよい。背面板１２０は、１つ又は複数の冷却ポート１２２を含んでもよい。冷却ポート１２２は、流体（例えば、空気、水など）がフィン１１４の上を流れるように構成することができる。いくつかの実施形態において、冷却ポート１２２は、受動的な流体の流れを導くように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ファン又はポンプなどの補助装置が背面板１２０に連結されてもよく、流体が冷却ポート１２２を通ってフィン１１４の上へ強制的に流れるように構成することができる。例えば、補助装置は、冷却ポート１２２を通って流体を吸引するように構成されてもよく、これにより、流体がフィン１１４の上を流れ、次いで補助装置によって冷却ポート１２２を通って吸引され得る。いくつかの実施形態において、補助装置は、冷却ポート１２２を通ってからフィン１１４の上を流体が強制的に流れるように構成されてもよい。
【００２１】
ポンプハウジング１０４は、入口ポート１１６及び出口ポート１１８を含んでもよい。インペラハウジング１０４は、インペラ（例えば、ロータ、パドル、プロペラ、タービンなど）を収容してもよく、当該インペラは、入口ポート１１６を通じて流体を受け取り、出口ポート１１８を通じて流体を排出するように構成されている。いくつかの実施形態において、インペラは、出口ポート１１８（例えば、ポンプ）を通じて流体を排出する前に、入口ポート１１６における流体よりも高い圧力に流体を加圧するように構成されてもよい。他の実施形態では、インペラは、入口ポート１１６を通じて高圧で流体を受け取り、出口ポート１１８を通じてより低い圧力で流体を排出するように構成されてもよい。高圧流体は、インペラを回転させて流体の圧力を回転エネルギに変換し、次いで、電気エネルギ又は何らかの他の形態の機械エネルギに変換することができる。
【００２２】
図２は、ポンプ１００の断面図を示す。本体１０２は、ステータ組立品２２０、ポンプハウジング組立品２１０、及びロータ組立品２３０を包囲してもよい。ステータ組立品２２０は、１つ又は複数の永久磁石２２２及び１つ又は複数の駆動磁石２２４を含んでもよい。駆動磁石２２４は、例えば、電磁石、巻線、整流子、コイル、電機子などであってもよく、ロータ組立品２３０の周囲に磁界を発生させるように構成されている。１つ又は複数の永久磁石２２２は、実質的に環状（例えば、リング形状、円形等）であってもよい。永久磁石２２２は、スペーサ２２６（例えば、シム、環状リングなど）に対して静止してもよい。ステータ組立品２２０は、プル磁石２２８及びリフト磁石２２９を更に含むことができる。プル磁石２２８及びリフト磁石２２９は、ステータに対するロータ組立品２３０の位置を制御又は維持するように構成することができる。いくつかの実施形態では、プル磁石２２８及びリフト磁石２２９のうちの少なくとも１つは、電磁石であってもよい。いくつかの実施形態では、プル磁石２２８及びリフト磁石２２９のうちの少なくとも１つは、永久磁石であってもよい。
【００２３】
ロータ組立品２３０は、１つ又は複数の相補型永久磁石２３２、電機子２３４、スペーサ２３６、及び相補型プル磁石２３８を含んでもよい。相補型永久磁石２３２及び電機子２３４は、実質的に環状の形状であってもよい。電機子２３４は、例えば、コイル、巻線、導体、永久磁石などであってもよく、駆動磁石２２４によって生成される磁界からロータ組立品２３０に回転力を生成するように構成されてもよい。相補型永久磁石２３２は、長手方向軸線Ｌ１００に沿って、ステータ組立体２２０の永久磁石２２２と軸線方向において実質的に整列させることができる。相補型プル磁石２３８は、ステータ組立品２２０のプル磁石２２８と軸線方向において実質的に整列していなくてもよい。
【００２４】
いくつかの実施形態では、永久磁石２２２及び相補型永久磁石２３２によって生成された磁界は、受動型ベアリング（例えば、磁気ベアリング、非接触ベアリングなど）を形成してもよい。例えば、永久磁石２２２及び相補型永久磁石２３２は、永久磁石２２２と相補型永久磁石２３２との間に反発力を誘発するように構成されてもよい。当該反発力によって、ロータ組立体２３０がステータ組立体２２０内で浮上し、これにより、ロータ組立体２３０がステータ組立体２２０にあらゆる点で物理的に接触しないようにすることができる。このような非接触による相互作用は、モータ内の摩擦損失を低減し得る。さらに、経路２４０（例えば、通路、進路など）は、流体がそこを通過することができるように、ロータ組立品２３０とステータ組立品２２０との間に形成することができる。流体は、潤滑流体、冷却流体、洗浄流体、フラッシング流体、ブローバイ流体、又は任意の他のタイプの流体であってもよい。
【００２５】
いくつかの実施形態では、永久磁石２２２及び相補型永久磁石２３２のうちの少なくとも１つは、比較的高強度の磁性材料から形成されてもよい。高強度磁性材料は、少なくとも約４２ＭＧＯｅ、少なくとも約５２ＭＧＯｅ、又はそれらの組み合わせなど、少なくとも約５ＭＧＯｅの最大エネルギ積を有することができる。いくつかの実施形態では、永久磁石２２２及び相補型永久磁石２３２のうちの少なくとも１つは、アルニコ（例えば、アルミニウム、ニッケル、及びコバルトの合金）、ネオジム合金、又はサマリウムコバルト合金などの磁性材料から形成されてもよい。
【００２６】
いくつかの実施形態では、プル磁石２２８及び相補型プル磁石２３８は、ステータ組立品２２０に対するロータ組立品２３０の軸線方向位置を制御するように構成されてもよい。例えば、プル磁石２２８は、図４に関してより詳細に後述するように、相補型プル磁石２３８に軸線方向の力を誘起するように構成されてもよい。プル磁石２２８及び相補型プル磁石２３８は、電子制御装置によって制御することができる。例えば、制御装置２６０は、ステータ組立品２２０内に収容されてもよい。いくつかの実施形態では、電子制御装置は、外部に（例えば、ステータ組立品２２０から分離して）配置されてもよい。
【００２７】
インペラ２５０はロータ組立体２３０に接続（例えば、取り付け、連結など）されてもよく、これにより、ロータ組立体２３０の任意の回転がインペラ２５０に付与される、及び／又はインペラ２５０の任意の回転がロータ組立体２３０に付与される。インペラ２５０は、例えばボルト、スタッド、ねじ、キー、ねじ山（例えば、管用ねじ、平行ねじ等）のような機械的接続を介してロータ組立体２３０に接続することができる。いくつかの実施形態では、インペラ２５０は、接着剤（例えば、膠状の接着剤、エポキシ樹脂の接着剤など）又は物理化学プロセス（例えば、はんだ付け、溶接など）によってロータ組立品２３０に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、インペラ２５０は、接触接続（例えば、プレス嵌め、摩擦嵌めなど）を介してロータ組立体２３０に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、インペラ２５０は、上述した要素又は方法の組み合わせによってロータ組立体２３０に接続することができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、ロータ組立品２３０がステータ組立品２２０に対して回転するときに、電機子２３４と駆動磁石２２４との間でエネルギを伝達することができる。例えば、電機子２３４に回転力を誘起することができる駆動磁石２２４に電気を加えることができる。回転力は、ロータ組立体２３０をステータに対して回転させることができる。別の実施形態では、インペラ２５０の回転によって、ロータ組立体２３０をステータに対して回転させることができる。電気子２３４が駆動磁石２２４に対して回転すると、電機子２３４は、電気エネルギを発生する駆動磁石２２４に電流を誘起することができる。
【００２９】
図３は、図２におけるポンプ１００の実施形態の永久磁石２２２及び相補型永久磁石２３２の拡大図を示す。ロータ組立体２３０は、ロータ組立体２３０の異なる部分を保持及び分離するように構成された複数の構造部分を含んでもよい。例えば、ロータ組立品２３０は、前部保持構造体３０４を備える前部支持体３０２を含んでもよく、当該前部保持構造体３０４は、第１軸線方向端部３０６上に相補型永久磁石２３２を保持するように構成されている。第１相補型永久磁石２３２ａは、前部保持構造体３０４に対して配置されてもよい。スペーサ２３６が、第１相補型永久磁石２３２ａと第２相補型永久磁石２３２ｂとの間に配置されてもよい。第２相補型永久磁石２３２ｂは、電機子支持体３０８によって適所に固定されてもよい。電機子支持体３０８は、前部中央スペーサ３１０を含んでもよく、当該前部中央スペーサ３１０は、第１相補型永久磁石２３２ａ、第２相補型永久磁石２３２ｂ、及びスペーサ２３６を、前部保持構造体３０４と前部中央スペーサ３１０との間に挟むように構成されている。
【００３０】
いくつかの実施形態において、前部保持構造体３０４と前部中央スペーサ３１０との間の空間は、調節可能であってもよい。例えば、電機子支持体３０８は、前部支持体３０２の上にねじ込むことができる。いくつかの実施形態では、電機子支持体３０８は、当該電機子支持体３０８の内面にねじ山を有するカラーであってもよく、当該ねじ山は、前部支持体３０２の外面のねじ山と接合するように構成されている。いくつかの実施形態において、前部支持体３０２と電機子支持体３０８との間の接合面は、比較的滑らかであってもよく、これにより、電機子支持体３０８は、前部支持体３０２に沿って軸線方向に摺動できる。電機子支持体３０８及び前部支持体３０２は、前部保持構造３０４と前部中央スペーサ３１０との間において、第１相補型永久磁石２３２ａ、第２相補型永久磁石２３２ｂ、及びスペーサ２３６を、別個の器具（例えば、ボルト、ねじ、スタッド、ばね留め具、ねじ留め具など）を用いて固定してもよい。
【００３１】
ステータ組立品２２０内の永久磁石２２２は、同様の保持構造体を含んでもよい。例えば、ステータ組立品２２０は、前部保持要素３１２及び第２前部保持要素３１８を含んでもよく、当該前部保持要素３１２は、第１永久磁石２２２ａの先端３１６と接触するように構成されており、当該第２前部保持要素３１８は、前部保持要素３１２と当該第２保持要素３１８との間に、第２永久磁石２２２ｂ、第１永久磁石２２２ａ、及びスペーサ２２６を挟むように構成されている。いくつかの実施形態において、前部保持要素３１２及び第２前部保持要素３１８は、ボルト結合を用いて一緒に固定されてもよい。他の実施形態では、前部保持要素３１２及び第２前部保持要素３１８は、ねじ結合、又は電機子支持体３０８及び前部支持体３０２に関して上述したものと同様の他の結合によって一緒に固定されてもよい。いくつかの実施形態では、前部保持要素３１２及び第２前部保持要素３１８は、ステータ組立品２２０の一部であってもよい。いくつかの実施形態では、前部保持要素３１２及び第２前部保持要素３１８は、本体１０２の一部であってもよい。いくつかの実施形態では、前部保持要素３１２及び第２前部保持要素３１８は、本体１０２の部分とステータ組立品２２０の部品との組み合わせであってもよい。
【００３２】
いくつかの実施形態では、位置センサ３２０が、当該位置測定器３２２と実質的に位置合わせされたステータ組立品２２０内に位置決めされてもよい。いくつかの実施形態では、位置測定器３２２は、永久磁石であってもよい。いくつかの実施形態では、位置測定器３２２は、例えば加熱素子、反射素子などの、位置センサ３２０と相互作用するように構成された別の要素であってもよい。位置センサ３２０は、ステータ組立品２２０に対するロータ組立品２３０の軸線方向位置に対応する信号を生成するように構成することができる。いくつかの実施形態では、センサ３２０は、磁気近接センサ、ホール効果センサ、超音波センサ、誘導センサ、レーザセンサ、光センサ、容量センサ、赤外線センサなどであってもよい。いくつかの実施形態では、制御装置２６０は、位置センサ３２０からの信号を監視することができる。制御装置２６０は、以下に詳述するようにプル磁石２２８への電力を調整し、ロータ組立体２３０の軸線方向の力を調整し、これによりロータ組立体２３０の軸線方向の位置を制御することができる。
【００３３】
位置センサ３２０は、接合部３３０を介して前側保持要素３１２に結合されてもよい。いくつかの実施形態において、図３に示されるように、接合部３３０はボルト結合部であってもよい。いくつかの実施形態では、接合部３３０は、膠状の接着剤又はエポキシ樹脂の接着剤などの接着接合部であってもよい。いくつかの実施形態において、接合部３３０は、ばね締結具、ボルト締結具等の締結接合部であってもよい。
【００３４】
いくつかの実施形態では、１つ以上の位置センサ３２０があってもよく、例えば、１個〜１０個のセンサ、１個〜５個のセンサ、又は１個〜３個のセンサであってもよい。いくつかの実施形態では、制御装置２６０は、全てのセンサからの平均軸線方向位置を監視することができる。例えば、制御装置２６０は、複数の位置センサ３２０の各センサから個々の読値を受け取り、当該位置センサ３２０からの読値を内部で平均化することができる。いくつかの実施形態では、位置センサ３２０は、平均化回路に配線されてもよく、当該平均化回路は、制御装置２６０に単一の平均化された入力を提供する。
【００３５】
いくつかの実施形態では、制御装置２６０は、複数の位置センサ３２０を個別に監視し、最小値、最大値、平均値、中央値などを決定することができる。いくつかの実施形態では、制御装置２６０は、異なる値を用いて異なる処理を実行するように構成されてもよい。例えば、制御装置２６０は、位置センサ３２０からの最大値又は最小値が定義された閾値を上回る又は下回るときに、警報（例えば、可聴警報、警報信号、ドライ接点警報、安全回路等）を生成することができる。いくつかの実施形態では、閾値は、損傷が生じる前に、当該警報がポンプ１００の動作を停止し得るような位置に定義されてもよい。
【００３６】
制御装置２６０は、ロータ組立体２３０の軸線方向位置を、約０．５ｍｍ以内、又はさらには約０．２５ｍｍ以内に制御するように構成することができる。
【００３７】
図４は、図２に示すポンプ１００の実施形態におけるプル磁石２２８及び相補型プル磁石２３８の拡大図を示す。プル磁石２２８及び相補型プル磁石２３８によって生成される磁場は、ロータ組立品２３０に軸線方向の力を生成することができる。プル磁石２２８は電磁石であってもよく、これにより、軸線方向の力が調整されて、ロータ組立品２３０を所望の軸線方向位置に維持する。例えば、ロータ組立品２３０及び相補型プル磁石２３８がポンプハウジング表面２４２から離れる軸線方向に移動する場合、プル磁石２２８は、ポンプハウジング表面２４２に向かって増大した軸線方向の力を発生することができる。代替的に、ロータが近すぎるか、又はポンプハウジング表面２４２に接触する場合、プル磁石２２８は、軸線方向の力を減少させるか、又は相補型プル磁石２３８及びロータ組立品２３０をポンプハウジング表面２４２から離れる方向に押す反発力を誘発することさえある。いくつかの実施形態では、ポンプハウジング表面２４２は、ロータ組立品２３０の軸線方向位置を許容範囲内に維持するように構成された強固な止め具であってもよく、これにより、例えばインペラ２５０のようなロータ組立品２３０の重要な部品の損傷が実質的に防止される。
【００３８】
いくつかの実施形態（例えば、ポンプ１００がステータの軸を垂直方向にして設置される場合では）、リフト磁石２２９は当該組立品の一部ではない。他の実施形態（例えば、ポンプ１００がステータの軸線を水平面にして設置される場合）では、リフト磁石２２９は、相補型プル磁石２３８に反発するように構成された永久磁石であってもよい。リフト磁石２２９は、プル磁石２３８近傍のステータ組立品２２０の端部に配置することができる。リフト磁石２２９は、ロータ組立体２３０に荷重を導入することができる。当該荷重は、相補型プル磁石２３８が重力方向に半径方向下方に移動するにつれて増加し、当該荷重は、相補型プル磁石２３８が重力方向に半径方向上方に移動するにつれて減少し得る。
【００３９】
いくつかの実施形態では、ロータ組立品２３０を回転させるために必要なアンペアを監視することができる。例えば、ポンプ１００は、駆動磁石２２４（図２）でのアンペアを監視することができる内部回路又は制御装置を含んでもよい。例えば、内部回路は、駆動磁石２２４に伝達される配線を、ポンプ１００内の他の電気構成要素から隔離することができる。センサ（例えば、電流トランスデューサ、抵抗センサ、光ファイバセンサ、ホール効果センサなど）は、絶縁回路を監視し、制御装置又は内部回路は、絶縁回路内のアンペアを監視し、絶縁回路内のアンペアを記録し、かつ／又は絶縁回路内のアンペアに基づいてポンプの別の構成要素を制御することができる。いくつかの実施形態では、制御装置の幾つか又は全部が、外部に配置されてもよく、これにより、センサは、ポンプ１００への電力入力装置内又は電力入力装置上に配置され、当該センサは外部制御装置によって分析されてもよい。いくつかの実施形態では、ロータ組立品２３０の回転数を監視することができる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、ロータ組立体２３０の軸線方向位置は、プル磁石２２８への電力を増減させることによって制御することができる。例えば、ロータ組立体がその位置設定点から軸線方向に離れるにつれて、プル磁石２２８に供給されるアンペアが増減し得る。電力の増減は、プル磁石２２８と相補型プル磁石２３８との相互作用を変化させ、ロータ組立品２３０の位置を変更し、ロータ組立品２３０をその位置設定点に戻す。
【００４１】
プル磁石２２８への電力は、ＰＩＤループ、ステップアンドウェイトアルゴリズム、閉ループ制御、フィードフォワード制御などの制御アルゴリズムを介して制御されてもよい。制御アルゴリズムは、プル磁石２２８へのアンペアに関する位置設定点及び電流設定点を含んでもよい。例えば、制御アルゴリズムは、位置センサ３２０と比較した位置測定器３２２の位置を監視し、その位置を位置設定点と比較することができる。次いで、制御アルゴリズムは、プル磁石２２８への電力に適切な調整を行い、位置測定器３２２の監視された位置と位置設定点との間のいかなる差異も補正する。次に、制御アルゴリズムは、プル磁石２２８に向かうアンペアを電流設定点と比較し、実際のアンペアと電流設定点との間の計算された差に基づいて、それに応じて位置設定点を調整することができる。いくつかの実施形態では、電流設定点は、ポンプ１００内のロータ組立品２３０を浮揚させるために必要な最低電力であると予想される設定数値であってもよい。例えば、電流設定点は、約０アンペア〜約１２アンペアであってよく、例えば約５アンペア〜約１０アンペア、又は約７アンペアであってよい。いくつかの実施形態では、制御アルゴリズムは、電力使用量を最小限に抑え、最小電力使用量に達するまで（例えば、あらゆる調整が電力使用量の増加をもたらすように）制御ループを通じて調整を行うことができる。
【００４２】
いくつかの実施形態では、ロータ組立体２３０の軸線方向位置は、プル磁石２２８のアンペアと位置センサ３２０を監視する組み合わせを通じて制御されてもよい。
【００４３】
図５は、ポンプ１００の分解組立図を示す。ステータ組立品２２０及びロータ組立品２３０は、軸線Ｌ１００の周りに実質的に同軸であってもよい。ロータ組立品２３０は、ステータ組立品２２０によって規定されるボア５０６内に少なくとも部分的に配置されるように構成することができる。インペラ２５０は、ロータ組立体２３０に、当該ロータ組立体２３０の第１端部５１０において取り付けることができる。ロータ組立品２３０は、ステータ組立品２２０のボア５０６内で回転するように構成することができる。インペラ２５０は、ロータ組立体２３０と共に回転するように構成することができる。インペラ２５０は、入口５１２を通して流体を吸い込み、ベーン５１４（例えば、ブレード、フルートなど）を通してより高い圧力で流体を排出するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ベーン５１４は、より低い圧力で比較的高い体積の流れを提供するように構成することができる。他の実施形態では、ベーン５１４は、より高い圧力で比較的低い体積の流れを提供するように構成することができる。また、ロータ組立体２３０の回転速度は、流体の流量体積及び／又は圧力に影響を与え得る。
【００４４】
図６は、インペラ２５０（図２）の駆動軸として機能するロータ組立体２３０の部分分解組立図を示す。ロータ組立品２３０は、シェル６０２内に収容されてよい。また、シェル６０２は、流体（例えば、冷却流体、潤滑流体、フラッシング流体、洗浄流体など）が、ロータ組立品２３０の内部構成要素に直接接触することなく流れることができる表面を備えてよい。いくつかの実施形態では、シェル６０２は、例えばポリマー（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）など）、非鉄金属（例えば、アルミニウム、銅、ステンレス鋼など）などの非鉄材料から形成されてよい。いくつかの実施形態では、シェル６０２は、耐食性材料（例えば、ポリマー、アルミニウムなど）から形成されてもよく、又は耐食性コーティング（例えば、ゴムコーティング、ポリマーコーティングなど）を有してもよい。
【００４５】
いくつかの実施形態では、外面６０４は、滑らかな表面であってもよい。いくつかの実施形態において、外面６０４は、隆起した又は窪んだ外観（例えば、ディンプル、リッジ、ベーン、溝、フィン等）のパターンを含んでもよい。
【００４６】
ロータ組立品２３０は、中心シャフト６０６の上に同心円状に組み立てることができる。いくつかの実施形態では、中心シャフト６０６は中空であってもよい。例えば、中心シャフト６０６は、当該シャフト６０６の長手方向長さを通る開口部、通路、又は経路を規定し得る。流体は、当該中心シャフトを通って流れることができる。例えば、流体は、シェル６０２の外面６０４の周りを循環し、次いで中心シャフト６０６を通過してもよいし、流体は、まず、中心シャフト６０６を通過し、次いで、シェル６０２の外面６０４の周りから抜け出てもよい。
【００４７】
中心シャフト６０６は、前部連結要素６０８に連結（例えば、取り付け、結合等）されてもよい。いくつかの実施形態では、中心シャフト６０６は、器具（例えば、ねじ、ボルト、スタッド、リベット、ピンなど）で前部連結要素６０８に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、中心シャフト６０６は、接着剤（例えば、膠状の接着剤、エポキシ樹脂の接着剤など）、溶接、又ははんだで前部連結要素６０８に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、中心シャフト６０６は、締まり嵌め（例えば、圧入、摩擦嵌めなど）を介して前部連結要素６０８に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、中心シャフト６０６は、前部連結要素６０８の一部として形成されてもよい。例えば、中心シャフト６０６は、前部連結要素６０８から押し出され又は引き出されてもよく、又は、前部連結要素６０８及び中心シャフト６０６は、鍛造又は金型成形のような工程で形成されてもよい。いくつかの実施形態では、中心シャフト６０６は、いくつかの取り付け手段の組み合わせを介して前部連結要素６０８に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態において、シェル６０２は、溶接、接着、ねじ接続、機械的締結具等によって、前部連結要素６０８に接続するように構成されてもよい。
【００４８】
前部連結要素６０８は、ロータ組立体２３０をインペラ２５０（図５）に取り付けるように構成することができる。いくつかの実施形態では、前部連結要素６０８は、インペラ２５０（図５）に接続するためのねじ接続（例えば、管用ねじ、機械ねじ、雄ねじ、雌ねじなど）を備えることができる。いくつかの実施形態では、前部連結要素６０８は、インペラ２５０（図５）に接続するための器具（例えば、スタッド、ピン、キーストックなど）又は器具を受容する外観（例えば、孔、ねじ孔、溝、トラックなど）を備えてもよい。いくつかの実施形態では、前部連結要素６０８は、インペラ２５０（図５）に圧入されるように構成された表面を備えてもよい（例えば、締まり嵌め）。いくつかの実施形態では、前部連結要素６０８は、接続機構の組み合わせを介してインペラ２５０（図５）に取り付けるように構成されてもよい。
【００４９】
前部連結要素６０８に続いて、ロータ組立品２３０は、相補型永久磁石２３２及び相補型スペーサ２３６のパターンを含んでもよい。相補型永久磁石２３２は、ステータ組立品２２０（図２、図５、及び図９）における対応する永久磁石２２２と相互作用するように構成されており、これにより磁気ベアリングを形成する。スペーサ２３６は、ロータ組立品２３０が組み立てられると、相補型永久磁石２３２を正しい軸線方向位置に位置決めし、相補型永久磁石２３２を適切な位置に保持するように構成されてもよい。スペーサ２３６は、相補型永久磁石２３２の正しい軸線方向位置を規定するために、異なる位置に異なる厚さを有してもよい。相補型永久磁石２３２及び相補型スペーサ２３６は、前部磁気ベアリング組立品６２０及び後部磁気ベアリング組立品６２２を形成するように配置されてよい。前部磁気ベアリング組立品６２０及び後部磁気ベアリング組立品６２２のそれぞれは、少なくとも１つの相補型永久磁石２３２及び少なくとも１つのスペーサ２３６を含んでよい。いくつかの実施形態では、前部磁気ベアリング組立品６２０は、少なくとも１つのスペーサ２３６によって分離された少なくとも２つの相補型永久磁石２３２を含んでもよい。同様に、後部磁気ベアリング組立品６２２は、少なくとも１つのスペーサ２３６によって分離された少なくとも２つの相補型永久磁石２３２を含んでもよい。別の実施形態では、前部磁気ベアリング組立品６２０及び後部磁気ベアリング組立品６２２のうちの少なくとも一方は、少なくとも２つのスペーサ２３６によって分離された少なくとも３つの相補型永久磁石２３２を含んでもよい。いくつかの実施形態では、前部磁気ベアリング組立品６２０及び／又は後部磁気ベアリング組立品６２２は、例えば４つ、５つ、６つ、又はそれ以上の相補型永久磁石２３２などの追加の相補型永久磁石２３２を含むことができる。同様に、前部磁気ベアリング組立品６２０及び／又は後部磁気ベアリング組立品６２２は、例えば３つ、４つ、５つ、６つ、又はそれ以上のスペーサ２３６などの追加のスペーサ２３６を含むことができる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、前部磁気ベアリング組立品６２０及び後部磁気ベアリング組立品６２２のうちの一方又は両方の隣接する相補型永久磁石２３２は、反対の極性で配向されてよく、これにより、隣接する相補型永久磁石２３２が、ロータ組立品２３０における隣接する相補型永久磁石２３２間に反発力を生じさせ、前部中央スペーサ３１０、及び／又は後部中央スペーサ６１８、及び／又は前部保持構造体３０４、及び／又は後部保持構造体６２６に対して、相補型永久磁石２３２を押し付ける。
いくつかの実施形態では、前部磁気ベアリング組立品６２０及び後部磁気ベアリング組立品６２２のうちの一方又は両方の隣接する相補型永久磁石２３２は、同じ極性で配向されてよく、これにより、隣接する相補型永久磁石２３２が、ロータ組立品２３０における隣接する相補型永久磁石２３２間に引力を生じさせ、隣接する相補型永久磁石２３２間のスペーサ２３６に対して相補型永久磁石２３２を引き寄せる。
【００５１】
位置測定器３２２は、前部磁気ベアリング組立品６２０及び後部磁気ベアリング組立品６２２の一方における端部に配置されてよい。例えば、位置測定器３２２は、前部磁気ベアリング組立品６２０の前方であって、前部磁気ベアリング組立品６２０と前部連結要素６０８との間に配置されてよい。位置測定器３２２は、ステータ組立品２２０（図３）内の位置センサ３２０と相互作用するように構成されてよい。
【００５２】
電機子２３４は、２つの中央スペーサ３１０、６１８の間に配置することができる。前部中央スペーサ３１０は、電機子２３４と前部磁気ベアリング組立品６２０との間に配置されてよい。後部中央スペーサ６１８は、電機子２３４と後部磁気ベアリング組立品６２２との間に配置されてよい。前部磁気ベアリング組立品６２０、後部磁気ベアリング組立品６２２、中央スペーサ３１０、６１８、及び電機子２３４の組立体は、前部保持構造体３０４と後部保持構造体６２６との間に固定されてよい。
【００５３】
電機子２３４は、ステータ組立品２２０（図５）によって与えられる磁気インパルスを回転に変換するように構成することができる。電機子２３４は、電機子２３４の回転がロータ組立体２３０全体を回転させることもできるように、ロータ組立体２３０に固定することができる。いくつかの実施形態では、電機子２３４は中心シャフト６０６に固定されてよく、これにより、電機子２３４の回転が中心シャフト６０６に直接伝達され、中心シャフトが当該回転を前部連結要素６０８及び他の回転要素に伝達する。いくつかの実施形態では、電機子２３４は、前部中央スペーサ３１０及び後部中央スペーサ６１８のうちの少なくとも１つに固定されてよく、当該前部中央スペーサ３１０及び後部中央スペーサ６１８は、対応する前部磁気ベアリング組立品６２０及び／又は後部磁気ベアリング組立品６２２に接続され得る。前部磁気ベアリング組立品６２０及び／又は後部磁気ベアリング組立品６２２は、それぞれの前部保持構造体３０４又は後部保持構造体６２６に接続されてもよい。前部保持構造体３０４は、中心シャフト６０６及び／又は前部連結要素６０８のうちの少なくとも１つに接続されてもよく、後部保持構造体６２６は、中心シャフト６０６に接続されてもよい。このような実施形態では、電機子２３４は、一連の相互接続された部品を介して、中心シャフト６０６及び／又は前部連結要素６０８に回転を伝達することができる。
【００５４】
ロータ組立体２３０は、後部保持構造体６２６の後方（例えば、後側、後続等）に配置された相補型プル磁石２３８を含んでもよい。相補型プル磁石２３８は、ステータ組立体２２０（図５）における少なくとも１つの対応するプル磁石２２８（図２及び図９）と相互作用するように構成することができ、これにより、ステータ組立体２２０（図５）内のロータ組立体２３０の軸線方向位置を保持及び／又は補正する。いくつかの実施形態では、相補型プル磁石２３８は中心シャフト６０６に固定されてよい。いくつかの実施形態では、相補型プル磁石２３８は、後部保持構造体６２６に固定されてよい。いくつかの実施形態では、相補型プル磁石２３８は、シェル６０２によってロータ組立品２３０に固定されてよい。
【００５５】
いくつかの実施形態では、ロータ組立体２３０は、容易に分解され、再組立されるように構成されてよく、これにより、例えば相補型永久磁石２３２、相補型スペーサ２３６、相補型電機子２３４、相補型プル磁石２３８などの個々の構成要素が、必要に応じて取り外され、交換され得る。例えば、個々の構成要素は、個々の構成要素が摩耗、破損、又は他の欠陥がある場合に交換されてもよい。いくつかの実施形態では、ロータ組立体２３０は、ユニットとして交換されるように構成されてよい。例えば、ロータ組立体２３０をステータ組立体２２０（図５）から取り外し、交換用ロータ組立体２３０をその位置に挿入することができる。いくつかの実施形態では、ロータ組立体２３０は、ユニットとして交換可能であり、再構築可能である。
【００５６】
図７は、図６に示すロータ組立品２３０の一部の分解組立図を示す。前部保持構造体３０４は、例えばねじ（例えば、管用ねじ、機械ねじなど）、溝、隆起、タブなどの外部接合構造７０２を含んでよく、当該外部接合構造７０２は、前部中央スペーサ３１０内の相補型内部接合構造７０４と接合するように構成されている。相補型内部接合構造７０４は、前部保持構造体３０４の外部接合構造７０２を受け入れるように構成されてよく、当該外部接合構造７０２は、前部保持構造体３０４を前部中央スペーサ３１０に固定する。
【００５７】
前部保持構造体３０４と前部中央スペーサ３１０との間の距離は、外部接合構造７０２と相補型内部接合構造７０４との間の接触面によって規定されてよい。いくつかの実施形態では、前部保持構造体３０４と前部中央スペーサ３１０との間の距離は一定であってもよい（例えば、前部磁気ベアリング組立品６２０のサイズにかかわらず、ロータ組立品２３０が組み立てられるたびに距離は同じままである）。いくつかの実施形態において、前部保持構造体３０４と前部中央スペーサ３１０との間の距離は、調節可能であってもよい。例えば、外部接合構造７０２と相補型内部接合構造７０４との間のねじ切りされた接触面は、前部保持構造体３０４が前部中央スペーサ３１０にねじ込まれるか、又は外されるにつれて、前部保持構造体３０４と前部中央スペーサ３１０との間の距離が変化することを可能にし得る。
【００５８】
後部保持構造体６２６はまた、外部接合要素７０６を含んでもよい。いくつかの実施形態では、後部中央スペーサ６１８は、外部接合要素７０６と接合するように構成された相補型内部接合要素７０８を含むことができる。いくつかの実施形態では、外部接合要素７０６は、前部中央スペーサ３１０の内部接合構造７０４と接合するように構成されてもよい。
【００５９】
後部保持構造体６２６と後部中央スペーサ６１８との間の距離は、外部接合要素７０６と相補型内部接合要素７０８との間の接触面によって規定されてもよい。いくつかの実施形態では、後部保持構造体６２６と後部中央スペーサ６１８との間の距離は、一定であってもよい（例えば、後部磁気ベアリング組立品６２２のサイズにかかわらず、ロータ組立品２３０が組み立てられるたびに距離は同じままである）。いくつかの実施形態では、後部保持構造体６２６と後部中央スペーサ６１８との間の距離は、例えばねじ切りされた接触面などで調節可能であってもよい。
【００６０】
後部保持構造体６２６と前部中央スペーサ３１０との間の距離は、外部接合要素７０６と相補型内部接合構造７０４との間の接触面によって規定されてもよい。いくつかの実施形態では、後部保持構造体６２６と前部中央スペーサ３１０との間の距離は一定であってもよい（例えば、後部中央スペーサ６１８及び電機子２３４と組み合わされた後部磁気ベアリング組立品６２２のサイズにかかわらず、ロータ組立品２３０が組み立てられるたびに距離は同じままである）。いくつかの実施形態では、後部保持構造体６２６と前部中央スペーサ３１０との間の距離は、例えばねじ切りされた接触面などで調節可能であってもよい。
【００６１】
いくつかの実施形態では、後部保持構造体６２６の外部接合要素７０６と後部中央スペーサ６１８の相補型内部接合要素７０８との間の接合は、フローティング接続（floating connection）であってもよい。例えば、後部中央スペーサ６１８は、後部保持構造体６２６に摺動可能に接続されてよく、これにより、後部中央スペーサ６１８は後部保持構造体６２６に対して軸線方向に移動できる。後部保持構造体６２６と後部中央スペーサ６１８との間の距離は、後部保持構造体６２６と前部中央スペーサ３１０との間の、例えば電機子２３４及び／又は後部磁気ベアリング組立品６２２などの中間要素によって規定することができる。
【００６２】
図８は、ステータ組立品８００及びステータスリーブ８０２（例えば、ハウジング、アイソレータ、壁等）の分解組立図を示す。ステータスリーブ８０２は、ポンプハウジングに固定され、ロータ組立品２３０（図５）とステータ組立品８００との間に配置されるように構成される。ロータ組立品２３０（図５）は、ステータスリーブ８０２のボア８０４に挿入されてもよい。いくつかの実施形態において、ボア８０４は、ロータ組立体２３０（図５）にすきま嵌め（例えば、わずかに大きい、数パーセント大きい等）を提供するような寸法とすることができる。例えば、ボア８０４は、当該ボア８０４の内径がロータ組立体２３０（図５）の外径よりも約５μｍ〜約５ｍｍ大きく、例えば約２ｍｍ〜約４ｍｍ大きくなるような寸法にすることができる。
【００６３】
ステータスリーブ８０２は、当該ステータスリーブ８０２の内面８０６（例えば、ロータ組立品２３０（図５）に対向する面）上に隆起又は窪んだ外観８０８（例えば、ディンプル、リッジ、ベーン、溝、フィンなど）のパターンを含んでもよい。当該内面８０６におけるパターンは、ロータ組立体２３０（図５）とステータスリーブ８０２の内面８０６との間に存在し及び／又は流れ得る流体の回転流を少なくとも部分的に（例えば、部分的に、実質的に、完全に等）減少させることができる。回転する組立品内での流体の回転流は、特定の回転速度で調和振動（例えば、オイルホワール、オイルウィップ、流体ウィップなど）を生じさせ得る。補正しない場合、当該調和振動は破壊をもたらし得る。隆起した又は窪んだ外観のパターンは、回転流によって導入される破壊的振動を実質的に低減し得る。
【００６４】
ステータスリーブ８０２は、ステータ組立品２２０内に少なくとも部分的に配置され得る。ステータスリーブ８０２は、ステータ組立品２２０をロータ組立品２３０（図５）から隔離するように構成することができる。いくつかの実施形態では、ステータスリーブ８０２は、流体がステータ組立品２２０に接触するのを実質的に防止しながら、流体がロータ組立品２３０（図５）の周りを流れることを可能にするように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ステータスリーブ８０２は、ロータ組立品２３０（図５）との間で故障が発生した場合（例えば、ロータ組立品２３０（図５）が破損し、ロータ組立品２３０（図５）が不適切に位置合わせされるなど）に、ステータ組立品２２０を接触又は破片から保護するように構成されてもよい。ステータスリーブ８０２は、例えばポリマー（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）など）や非鉄金属（例えば、アルミニウム、銅など）などの強固な非鉄材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態では、ステータスリーブ８０２は、耐食性材料（例えば、ポリマー、アルミニウムなど）から形成されてもよく、又は耐食性コーティング（例えば、ゴムコーティング、ポリマーコーティングなど）を有してもよい。
【００６５】
ステータ組立品２２０は、ステータスリーブ８０２を受け入れるように構成された開口部８１２を規定する環状要素の組立品から形成することができる。いくつかの実施形態では、ステータ組立品２２０の環状要素は、ステータスリーブ８０２に取り付けられ（例えば、固定され、取り付けられ、等々）てもよい。いくつかの実施形態では、ステータ組立品２２０の環状要素は、外部本体、ハウジング、又はケーシング（例えば、本体１０２（図１））に取り付けることができる。いくつかの実施形態では、ステータ組立品２２０の環状要素は、ステータ組立品２２０の他の環状要素に取り付けられてもよい。いくつかの実施形態では、ステータ組立品２２０の環状要素は、上述した要素の組み合わせに取り付けることができる。
【００６６】
図９は、図８のステータ組立品２２０の分解組立図を示す。ステータ組立品２２０の環状要素は、前部磁気ベアリング組立品９２０、後部磁気ベアリング組立品９２２、駆動磁石２２４、前部保持要素３１２、後部保持構造体９２６、及びプル磁石２２８を含んでもよい。前部磁気ベアリング組立品９２０及び後部磁気ベアリング組立品９２２は、それぞれ、少なくとも１つの永久環状磁石２２２を含んでもよい。幾つかの実施形態では、環状要素は、図６及び図７に示すロータ組立体２３０に関して上述したものと同様に、スペーサを使用して位置決めすることができる。いくつかの実施形態では、スペーサは、本体１０２（図２）などの取り付け構造体に一体化されてもよい。
【００６７】
図６、図８及び図９を参照する。前部磁気ベアリング組立品９２０及び後部磁気ベアリング組立品９２２は、ロータ組立品２３０の前部磁気ベアリング組立品６２０及び後部磁気ベアリング組立品６２２と相互作用するように構成することができる。例えば、ステータ組立品２２０の前部磁気ベアリング組立品９２０及び後部磁気ベアリング組立品９２２は、各々の永久磁石２２２がロータ組立品２３０の対応する相補型永久磁石２３２と整列するように位置決め（例えば、間隔を空けて）されてもよい。いくつかの実施形態では、各々の永久磁石２２２は、永久磁石２２２の極性（例えば、北極、南極）が、ロータ組立品２３０の対応する相補型永久磁石２３２の極性と整合するように配向されてもよく、これにより、永久磁石２２２と対応する相補型永久磁石２３２との間の磁界によって反発力が生じる。いくつかの実施形態では、各々の永久磁石２２２は、永久磁石２２２の極性がロータ組立品２３０の対応する相補型永久磁石２３２の極性と反対になるように配向されてもよく、これにより、永久磁石２２２と対応する相補型永久磁石２３２との間の磁界によって吸引力が生じる。いくつかの実施形態では、永久磁石２２２の一部は、ロータ組立品の対応する相補型永久磁石２３２と整合した極性を有するように配向されてもよく、他の永久磁石２２２が、対応する相補型永久磁石２３２と反対の極性を有するように配向されてもよい。例えば、前部磁気ベアリング組立品９２０の永久磁石２２２は、ロータ組立品２３０の前部磁気ベアリング組立品６２０の対応する相補型永久磁石２３２と整合した極性を有するように配向されてもよく、後部磁気ベアリング組立品９２２の永久磁石２２２は、後部磁気ベアリング組立品６２２の対応する相補型永久磁石２３２と反対の極性を有するように配向されてもよい。別の例では、前部磁気ベアリング組立品９２０及び後部磁気ベアリング組立品９２２のそれぞれは、ロータ組立品２３０の対応する相補型永久磁石２３２と整合した極性を有して配向された少なくとも１つの永久磁石２２２と、ロータ組立品２３０の対応する相補型永久磁石２３２と反対の極性を有して配向された少なくとも１つの永久磁石２２２とを含んでもよい。
【００６８】
いくつかの実施形態では、前部磁気ベアリング組立品９２０及び後部磁気ベアリング組立品９２２の一方又は両方の隣接する永久磁石２２２は、同じ極性を有して配向されてよく、これにより、隣接する永久磁石２２２がステータ組立品２２０内の隣接する永久磁石２２２間に反発力を生じさせる。いくつかの実施形態では、前部磁気ベアリング組立品９２０及び後部磁気ベアリング組立品９２２の一方又は両方の隣接する永久磁石２２２は、対向する極性を有して配向されてよく、これにより、隣接する永久磁石２２２がステータ組立品２２０内の隣接する永久磁石２２２間に吸引力を生じさせる。
【００６９】
駆動磁石組立品２２４は、ロータ組立品２３０の電機子２３４と実質的に整列し、電機子２３４と相互作用するように構成することができる。例えば、電流を駆動磁石２２４に供給することができる。駆動磁石２２４は、電流から磁界を発生させることができ、この磁界は、電機子２３４に回転力を生じさせ得る。電流は、外部ソース（例えば、発電機、線電力、変圧器、インバータ、モータ制御装置、可変周波数駆動装置など）から生じることがある。いくつかの実施形態では、内部回路（例えば、制御基板、モータ制御装置、速度制御装置など）が、電流を修正してもよい。いくつかの実施形態では、ポンプは、制御装置２６０を含んでもよく、当該制御装置２６０は、電流の一部を電力に転用し、当該制御装置２６０及び／又はポンプの他の構成要素を動作させることができる。いくつかの実施形態では、制御装置２６０及び相補型プル磁石２２８のような他の構成要素は、例えば独立した電源を通して、ポンプから別々に給電されてもよい。制御装置２６０は、電流を駆動磁石２２４に送る前に、当該電流を修正（例えば、振幅、周波数、電圧、アンペアなどを変化させる）することができる。いくつかの実施形態では、制御装置２６０は、駆動磁石２２４に供給されている電流を監視することができる。いくつかの実施形態では、制御装置２６０は、駆動磁石２２４に供給されている電流に基づいて、ポンプの他の構成要素を制御してもよい。例えば、制御装置２６０は、駆動磁石２２４に供給されているアンペアを監視することができ、駆動磁石２２４に供給されているアンペアに基づいてプル磁石２２８に供給されている電流を制御することができる。
【００７０】
図１０は、ポンプ１００のための制御システムの概略図を示す。制御システムは、制御装置２６０を含むことができる。いくつかの実施形態では、制御装置２６０は、ポンプ１００と一体化されてもよい。いくつかの実施形態では、制御装置２６０は、ポンプ１００の外部にあってもよい。例えば、制御装置２６０は、ポート１０６（図１）を通ってポンプ１００内に通過する電気ケーブル１００２及び／又は信号ワイヤ１００４を介してポンプ１００に接続されてもよい。例えば、電気ケーブル１００２は、駆動磁石２２４及び／又はプル磁石２２８のうちの１つ又は複数に電力を供給することができる。
【００７１】
制御装置２６０は、電機子２２４及び／又はプル磁石２２８を流れる電力を制御することができる。例えば、１１０ボルト交流（ＶＡＣ）、１２０ＶＡＣ、２０８ＶＡＣ、２４０ＶＡＣ、２７７ＶＡＣ、４８０ＶＡＣなどの線間電圧電源１００６は、制御装置２６０を通過してもよい。いくつかの実施形態では、線間電圧電源１００６は、単相交流、二相交流、又は三相交流であってもよい。制御装置２６０は、線間電圧電源１００６を処理するように構成されてもよい。例えば、制御装置２６０は、フィルタ１００８を含むことができる。フィルタ１００８は、出力スパイクなどの、線間電圧電源１００６からのノイズをフィルタリングするように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、フィルタ１００８は、電圧削減による節電（brown outs）、位相損失、出力スパイクなどの、線間電圧電源１００６における問題を検出するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、フィルタ１００８は、問題が検出された場合に電力を中断するように構成されてもよく、これにより、制御装置２６０及び／又はポンプ１００の内部要素が線間電圧電源１００６から保護され得る。いくつかの実施形態では、制御装置２６０は、電力変換装置１０１０を含むことができる。例えば、電力変換装置１０１０は、交流電源を直流電源（例えば、整流器）に変換、又は直流電源を交流電源（例えば、インバータ）に変換するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、電力変換装置１０１０は、線間電圧電源１００６の電圧及び／又はアンペア数を変化させるように構成されてもよい（例えば、変圧器）。
【００７２】
いくつかの実施形態では、制御装置２６０は、１つ又は複数の駆動部を含むことができ、当該駆動部は、制御装置２６０を通って、１つ又は複数の駆動部１０１２を有する電機子２２４及び／又はプル磁石２２８に流れる電力を制御するように構成されている。例えば、制御装置２６０は、電機子２２４及び／又はプル磁石に流れる電力の周波数を調整するように構成された可変周波数駆動部（ＶＦＤ）を含むことができる。周波数を調整することにより、制御装置２６０は、電機子の速度及び／又はプル磁石２２８によって生成される磁界を制御することができる。いくつかの実施形態では、駆動部１０１２は、制御装置２６０からの電力を選択的にオン及びオフに切り替えることによって、電機子２２４及び／又はプル磁石２２８への電力を制御することができ、したがって、制御装置２６０から供給されている電力を低減することができる。
【００７３】
いくつかの実施形態では、制御装置２６０は、電機子２２４及び／又はプル磁石２２８のうちの１つへの電力のみを制御することができる。例えば、制御装置２６０は、電機子２２４に供給されている電力とは無関係にプル磁石２２８への電力を制御することによって、ロータ組立品２３０の軸線方向位置を制御するように構成することができる。制御装置２６０は、位置センサ３２０を通してロータ組立体２３０の軸線方向位置を監視し、それに従ってプル磁石２２８への電力を制御することができる。電機子２２４への電力は、独立して制御され且つ監視されてよく、これにより、ポンプの速度、圧力、及び／又は流量がロータ組立品２３０の軸線方向位置とは無関係に制御され得る。
【００７４】
制御装置２６０は、ユーザインターフェース１０１４を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ユーザインターフェース１０１４は、例えばタッチスクリーン、モニター、スクリーンなどの表示器であってもよい。いくつかの実施形態において、ユーザインターフェース１０１４は、制御システム、建物管理システム（BMS）、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、サーバ、クラウドなどの遠隔計算装置と通信するように構成された通信モジュールであってもよい
【００７５】
制御装置２６０は、アナログ入力１０１６及び／又はデジタル入力１０１８を受信するように構成され得る。例えば、制御装置２６０は、例えば設定点、プロセスフィードバック、システム要件、システムセンサ読値などのアナログ入力１０１６を受信するように構成することができる。デジタル入力１０１８は、システム有効化、ポンプ有効化、初期化、制御有効化、警報、システム安全性（例えば、高圧、高温、低温、低圧、手動キルスイッチ等）等を含んでもよい。いくつかの実施形態では、アナログ入力は、例えば電圧信号（例えば、０〜５ＶＤＣ、０〜１０ＶＤＣなど）、抵抗信号（例えば、測温抵抗体（ＲＴＤ）など）、又は電流信号（例えば、０〜２０ミリアンペア（ｍＡ）、４〜２０ｍＡなど）などの信号であってもよい。
【００７６】
制御装置２６０は、アナログ出力１０２０及び／又はデジタル出力１０２２を他の構成要素及び／又は使用者に提供するように構成され得る。例えば、制御装置２６０は、グラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）、スプレッドシート、一続きの光源を介して等、表示装置を介してユーザに提供され得るアナログ出力１０２０及び／又はデジタル出力１０２２を供給してもよい。アナログ出力１０２０及び／又はデジタル出力１０２２は、電圧信号（例えば、０〜１０ＶＤＣ、０〜５ＶＤＣ、１０〜３０ＶＤＣなど）又は電流信号（例えば、４〜２０ｍＡ、０〜２０ｍＡなど）などの信号を介して他の構成要素に提供され得る。いくつかの実施形態では、アナログ出力１０２０は、モータ速度、ロータ位置、設定点などを含んでもよい。デジタル出力１０２２は、モータ状況、エラー、警報などを含んでもよい。いくつかの実施形態では、制御装置２６０は、センサ読値（例えば、モータ温度、ロータ位置、モータ速度など）などのモータ情報を、ポンプ１００内のセンサから受信してもよい。例えば、位置センサ３２０（図３）は、信号ワイヤ１００４を介して直接に、又は制御装置２６０内の通信インターフェースを介して、ロータ位置を制御装置２６０に提供することができる。
【００７７】
制御装置２６０はまた、ネットワーク接続部１０２４を含んでもよい。ネットワーク接続１０２４は、制御装置２６０及び／又はユーザインターフェース１０１４を、予備ポンプ、相補デバイス、制御デバイスなどの追加の制御装置及び／又はシステム装置に接続するように構成され得る。例えば、ポンプ１００は、例えばＢＭＳシステム、プラント制御システム、プロセス制御システムなどのシステムレベル制御システムを介して制御されてもよい。制御装置２６０は、ポンプ１００及び／又は制御装置２６０からの情報を、ネットワーク接続部１０２４を介してシステムに通信するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ネットワーク接続部は、例えばＲＳ２３２（例えば、シリアル）、ＲＳ４８５、ＲＪ４５（例えば、イーサネット（登録商標））、ＲＪ１１、ＲＪ１４、ＲＪ２５などの通信ケーブル接続であってもよい。
【００７８】
いくつかの実施形態では、制御装置２６０は、モータ内の追加の特徴を監視することができる。制御装置２６０は、温度センサ（例えば、測温抵抗体（ＲＴＤ）、負の温度係数（ＮＴＣ）、熱電対など）、位置センサ（例えば、ホール効果、近接性、誘導など）、電流センサ（例えば、変換器、ホール効果など）などのセンサを使用してもよい。制御装置２６０は、センサ読値を外部ソース（例えば、監視システム、ディスプレイ、警報システム、制御システム等）に中継することができる。いくつかの実施形態では、制御装置２６０は、読値に基づいて、ポンプ速度の変更、他の構成要素（例えば、プル磁石２２８など）の動作の変更及び／又はパラメータの変更、警報の生成、ポンプの停止などの処理を実行することができる。
【００７９】
ベアリングレスポンプは、摩擦低減により、より高い効率を達成する一方で、その摩擦低減は、摩耗の低減をもたらさないかもしれない。例えば、ベアリングレスポンプは、ロータの軸線方向の動きが増大することを許容するものであり、この動きは、有害な振動をもたらすおそれがある。更に、摩擦を減らすことで達成可能なより高い回転速度は、更なる有害な振動を導入する可能性がある。本開示の実施形態は、ベアリングレスポンプに固有の有害な振動を制御（例えば、低減、実質的に低減、排除など）することができる。有害な振動を減少させることにより、運転寿命の増加、修理のための休止時間の減少、運転費用及び修理費用の低減が可能になる。また、本開示の一部の実施形態は、ポンプが故障した場合や、ポンプの再構築又は修理が必要とされる場合に発生する休止時間の長さを低減し得る。
【００８０】
一部の環境では、ポンプは、故障によるポンプ性能低下がシステムへの壊滅的な障害をもたらす可能性のある重要なシステムで使用される。他のシステムでは、故障によるポンプ性能低下は、大きな経済的損失をもたらすことがある。ポンプの動作寿命の延長及び／又は修理が必要とされる休止時間の低減は、ポンプを利用する工程に対する経済的負担の低減をもたらし得る。なぜなら、重要なシステムでの余剰が低減され、高価値システムでの経済的損失が低減及び／又は回避され得るためである。
【００８１】
本明細書では、本開示を、特定の例示された実施形態に関して説明してきたが、当業者は、本開示がそのように限定されないことを認識し、理解するであろう。むしろ、例示された実施形態に対する多くの追加、削除、及び修正は、以下に特許請求される開示の範囲から逸脱することなく、その法律的な均等の範囲を含めて行われ得る。さらに、１つの実施形態からの特徴は、本発明者によって意図される開示の範囲内に依然として包含されながら、別の実施形態の特徴と組み合わせることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
2020128745000001.pdf