專利名稱：磁力攪拌器的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及攪拌器，尤其涉及一種用于混合容器內的材料的磁 力攪拌器。
背景技術：
通過攪拌/混合容器內的材料有助于許多化學反應和物理反應(例如， 蒸餾)。
一種實現方式是利用機械攪拌器攪拌容器內的材料。例如，可使 用馬達驅動的可旋轉心軸，其中心軸的一個或多個攪拌構件(例如，葉片) 可被定位在容器內以攪拌材料。
作為另一個示例，'可使用馬達驅動的磁力攪拌器。在此攪拌器中，磁
力攪拌棒被定位在容器內，并且磁耦合到攪拌棒的J^出磁體(base magnet) 被定位在容器下方并靠近攪拌棒。使用馬達以使基礎磁體旋轉，這繼而使 磁棒在容器內旋轉以便攪拌材料。經常希望使用磁力攪拌器，這是因為在 容器內引入了最小的豫拌結構，從而減少了污染或者向/從容器泄漏的問 題。另外，可使用小的攪拌棒，其更易于插入具有小的進口的容器例如圓 底燒瓶(小的進口有助于防止不希望的材料釋放到環境中，反之亦然)。
但是，對于這些磁力攪拌器，尤其是在粘性材料或大體積材料(例如， 20、 50或70升材料)中驅動攪拌棒時，需要強的^ 出磁體。傳統的基礎 》茲體通常不是足夠強以便處理這些狀況。在許多情況下，傳統基礎磁體和 攪拌棒之間的耦合力失效，導致攪拌棒與基礎磁體解耦。
另外，經常希望在異常條件下例如在高真空或具有高度易揮發化學制 品的條件下，進行化學反應和/或物理反應(例如，蒸餾)。這些條件可能 ^皮攪拌器的部件/設計不利地影響。例如，具有多個接頭的或者必須被密封的攪拌器設計將不能在高真空下很好地工作。類似地，當使用高度易揮發 化學制品時(例如當使用易燃的或者爆炸性材料時)，不希望使用電動馬 達。
發明內容
因此，希望提供這樣一種馬達驅動的磁力攪拌器，該磁力攪拌器可用 于具有高度易揮發化學制品的高真空系統，并且具有足夠強的基礎磁體以 處理非常粘的和大體積的材料。
圖l是本發明的磁力攪拌系統的第一實施例的透視圖； 圖2是該磁力攪拌系統的正視圖，其示出安裝在攪拌罩下方的磁力攪 拌裝置；
圖3是該磁力攪拌系統的透視圖，其中攪拌罩的一部分被去除以示出 磁力攪拌裝置的部件；
圖4是圖3旋轉180度的視圖； 圖5是磁力攪拌裝置的透視圖6是圖5的視圖，其中裝置的一部分被去除以示出內部部件； 圖7是磁力攪拌裝置的側視圖8是相對于攪拌罩的護套示出的磁力攪拌裝置的俯視圖，其中護套 用虛線示出；
圖9是磁力攪拌裝置的磁體的透視圖；以及
圖IO是磁力攪拌系統的另一個實施例的透視圖，其中攪拌軍的一部分 被去除以示出磁力攪拌裝置的部件。
在所有附圖中對應的參考標號指示對應的部件。
具體實施例方式
現在參照附圖尤其是圖1-4，本發明的磁力攪拌系統總體上用l指示。磁力攪拌系統1總體上包括燒瓶3 (廣義地，"容器")、攪拌罩5和磁力攪拌裝置7，該攪奸罩5成形為在該攪拌罩內支承該燒瓶，并且該磁力攪拌裝置7安裝在該攪拌罩5的下側。這些部件總體上用它們的參考標號指示。所示的燒瓶3形狀大致為球形，并且包括朝向其頂部的小的進口9，用于將材料(未示出，但是可包括例如用于蒸餾過程的材料，高度易揮發材料，爆炸性材料或其它可引燃周圍火花的材料)引入燒瓶3，并且用于基本上防止材料從燒瓶釋放到環境中或者相反。燒瓶3中可存在附加的開口，以連接文中未描述的可用于化學反應和/或物理反應(例如，蒸餾)操作的其它部件。燒瓶3可由玻璃制成，或者由能夠支持燒瓶3內的化學反應和/或物理反應(例如，蒸餾)的其它材料制成。該燒瓶的尺寸也可根據特定應用的要求而變化，例如，燒瓶3可以是大約20升的燒瓶，或燒瓶3可以是大約70升的燒瓶。在本發明的范圍內，燒瓶3可以較大或者較小。盡管所示為球形燒瓶，但這不是限制性的；可使用具有不同形狀的燒瓶(例如，Erlenmeyer燒瓶)。而且，在本發明的范圍內，可使用燒瓶之外的容器(例如，燒杯)。
所示的攪拌罩5未其頂部包括用于接納燒瓶3的下部的凹部11，并且在其底部包括用于支承攪拌軍5的三個足部(每個均用13指示)(在圖1和2中僅可見兩個足部)。盡管所示的攪拌軍5直接接納燒瓶3,但是可使用其中燒瓶由例如支承框架支承在攪拌罩上方的攪拌罩。另外，出于安全原因或為了控制反應參數而在較大的盆中與燒瓶或其它容器一起使用的攪拌軍也在本發明的范圍內。加熱元件15 (圖3和4 )可被包含在攪拌罩5內，以向燒瓶3供熱從而有助于化學反應和/或物理反應(例如，蒸餾)。不具有加熱元件或者具有以不同方式定向/定位的加熱元件的攪拌罩，或者具有不同形狀的攪拌旱也在本發明的范圍內。在本發明的范圍內，還可設想具有冷卻元件的攪拌罩。攪拌軍在本領域中是公知的，并且文中所述的攪拌罩5可以是例如由Glas-Col， LLC of Terre Haute， Indiana制造的攪拌罩。
如在圖3和4中最佳示出的，磁力攪拌棒17 (廣義上，"磁棒")被包含在燒瓶3中以便直接攪拌/混合(廣義上，"移動"或"攪動")燒瓶3中的材料。如本領域內已知的，攪拌棒17被定位在燒瓶3的底部部分處，并且在燒瓶3的底面上被磁力攪拌裝置7可旋轉地驅動或轉動，以便混合材料。下文將對此進行更詳細地描述。應理解，在本發明的范圍內，攪拌棒17可在燒瓶中以不同的方式定位以便混合材料。例如，它可被抬高到燒瓶的底部部分上方，或者可偏離燒瓶的中心。
如圖5和7中所示，磁力攪拌裝置7總體上包括旋轉葉片式氣動馬達23、由該馬達驅動的齒輪組件25、由該齒輪組件支承的基礎磁體27(廣義上，"磁耦合器，，)、以及排氣裝置29。這些部件總體上都用它們的參考標號指示。在本發明的范圍內，可使用其它原動機，包括其它類型的氣動馬達或電動馬達。
所示的馬達23是本領域中已知的氣動馬達。它安裝在L形支架35的后端部，并且基本沿軸線LA定向。更具體地說，馬達23通過三個螺紋緊固件(均用39指示，在圖5和6中僅可見一個緊固件，在圖7中僅可見兩個緊固件)安裝在支架35外側并位于支架35的后部臂板37上。進氣口41位于馬達23的后端部，用于將該馬達連接到壓縮空氣源(未示出)。在進氣口 41處可使用針形閥(未示出)或其它已知的結構，以便控制流向馬達23的空氣流。馬沐軸承43從安裝好的馬達23通過壁板37向前延伸(圖7)，并且馬達驅動軸45大致在支架的頂板47下方沿軸線LA從該軸承向前延伸。軸承43支承驅動軸45,以便在裝置7操作期間由馬達23驅動旋轉。應理解，在本發明的范圍內，馬達23可以不同方式安裝。
如圖6和7中最佳示出的，齒輪組件25朝向支架35的前端部定位。它被容納在殼體51內；該殼體51借助于四個螺紋緊固件(均用53指示)安裝在支架35的頂板47下方。在所示的實施例中，組件25是直角齒輪減速組件。在本發明的范圍內，可使用其它齒輪組件或齒輪構造。
齒輪組件25包括總體上用55指示的輸入齒輪，和總體上用57指示的輸出齒輪。輸入齒輪55和輸出齒輪57分別在其一端具有齒59、 61(圖6 )。這兩個齒輪55、 57的齒59、 61嚙合，以便輸入齒輪55的旋轉導致輸出齒輪57旋轉。在所示的實施例中，輸入齒輪55和輸出齒輪57的齒59、 61
的尺寸確定為使得從輸入齒輪到輸出齒輪產生2:1的轉速降低。提供了不同的轉速降低的齒輪減速組件也在本發明的范圍內。另外，以i:i的比率
傳遞轉速的齒輪組件或者增加轉速的齒輪組件也在本發明的范圍內。
輸入齒輪55和輸出齒輪57分別具有從殼體51向外延伸的軸63、 65。輸入軸63沿軸線LA向外延伸，而輸出軸65沿基本垂直于軸線LA的軸線RA總體向外延伸。輸入軸63基本與馬達驅動軸45共線，并且通過柔性剪切聯接件69操作'性地連接到該馬達驅動軸。聯接件69將輸入軸63和馬達驅動軸45保持在一起以便共同旋轉。但是，聯接件69設計成如果輸入軸63被鎖定不能旋轉，則允許馬達驅動軸45相對于輸入軸63旋轉。這可防止馬達軸45被鎖定不能旋轉并且損壞馬達23。
參照圖5-9,基礎磁體27被安裝在輸出軸65上并位于支架35的頂板47上方。圓形板71連接到磁體27 (圖9),以便牢固地接納輸出軸65并且使磁體27能夠與輸出軸65共同旋轉。板71是金屬材料，并且與磁體27磁連接，但是可進一步用環氧樹脂粘合到或以其它方式連接到磁體27以便實現附加的緊固強度。在本發明的范圍內，磁體27可以不同方式在輸出軸65上定向/定位(例如，板71可連接到磁體的主表面并且安裝在軸65上)。
在所示的實施例中，基礎磁體27為長方體形稀土釹磁體。這些磁體按強度分級為從大約N24到大約N54 (理論的最大強度為N64 ) 。 N之后的數字代表以兆高斯-奧斯特(MGOe)測量的磁體的磁能積，其中1兆高斯一奧斯特等于7957焦耳/立方米。所示的釹磁體的磁場強度等級例如為大約N40。該磁體的拉力密度例如為大約80磅/立方英寸。具有小于或大于N40的強度等級(例如大約N50)或者小于或大于80磅/立方英寸(例如，大約100磅/立方英寸)的拉力密度的釹磁體也在本發明的范圍內。在本發明的范圍內可使用其它磁體，例如可使用不同的稀土磁體，如釤鈷磁體。
釹磁體以及其它稀土磁體如釤鈷磁體相對于它們的尺寸來說強度很大。所示的實施例中的磁體27可具有例如大約2英寸x l英寸x 2英寸的L x W x H尺寸(圖9 K這些磁體大大強于具有類似尺寸的傳統磁體例如磁鋼、鐵或陶資磁體，并且減少了與操作期間的去耦相關聯的問題。另夕卜，在操作期間，它們在攪拌罩內占據較小的空間。
釹磁體在一定程度上熱敏感或對溫度敏感。如本領域內已知的，它們可能在高于例如80攝氏度的溫度失去磁性。可使用具有更高耐熱性的其它稀土磁體，如釤鈷磁體。因此，優選地在操作期間控制磁體27的溫度。為此，對于所示實施例的釹磁體27，磁力攪拌裝置7的排氣裝置29設計成將來自馬達23的已用空氣(廣義上，"熱傳遞流體")引導到釹磁體27以便在其周圍循環。如圖5-7所示，排氣裝置29在空氣出口 75處連接到馬達23，在該出口 75處已用空氣離開馬達23并進入排氣裝置29。排氣管道77將來自馬達23的已用空氣引導到排氣消聲器79，該消聲器79降低了來自馬達23的噪聲，并且將空氣引向磁體27。在所示的實施例中，排氣管道77和/或排氣消聲器79廣義上可被認為是"排氣管路，，。消聲器79緊鄰齒輪組件25,并且在排氣口或排氣孔81處安裝在安裝支架35的頂板47下方。排氣口 81大致位于磁體27下面，從而允許通過排氣裝置29引導的空氣離開排氣口 81并且圍繞磁體27流動。這最終將磁體27周圍的空氣溫度保持在一個可接受的水平，并且保持磁體冷卻。所示的消聲器79是用于馬達23的標準消聲器，例如由Benton Harbor, Michigan的GastManufacturing,Inc.制造。在本發明的范圍內，可使用不同的消聲器。
參照圖3、 4和8，所示的磁力攪拌系統1具有大致安裝在攪拌罩5的中心下方的磁力攪拌裝置7，和定位在攪拌罩5中的管狀護套85內的磁體27。排氣口 81設置成將冷卻空氣流引入護套85。在本發明的范圍內，裝置7可偏離中心地安蓼在攪拌罩5下方。在圖8中，護套85以假想線示出以給出磁體27和排氣口 81相對于護套85的位置的透視圖。磁體27被定位在護套85內以便與磁棒17磁耦合。在所示實施例中，磁體27與攪拌棒17間隔開，并且攪拌罩5的一部分和燒瓶3在磁體27和位于燒瓶內的攪拌棒17之間延伸。但是，應理解，可使用這樣的攪拌罩該罩的部分并沒有在基礎磁體27和攪拌棒17之間延伸。另外，在本發明的范圍內，^5出
10磁體27可定位成更接近燒瓶，或者甚至接觸燒瓶。四個螺紋連接件(均用87指示)將裝置7保持在攪拌罩5下方，并且磁體27和排氣口 81在護套85內。
下文將簡要地描迷所示的磁力攪拌裝置7的操作。空氣在針形閥的控制下通過進氣口 41進入氣動馬達23。空氣致動馬達23，并且驅動馬達驅動軸45圍繞軸線LA旋轉。驅動軸45連帶地轉動齒輪組件25的輸入軸63和輸入齒輪55,其繼而以降低的轉速驅動輸出齒輪57及其軸65。輸出軸65使釹磁體27圍繞軸線RA在護套85內旋轉，并且使得燒瓶3內的攪拌棒17在燒瓶3的威部上旋轉，從而混合燒瓶3內的材料。在攪拌罩5上可啟動加熱元件15，以向燒瓶3內的材料提供熱能，從而促進所希望的化學反應和/或物理反應(例如，蒸餾)。
當壓縮空氣通過馬達23被消耗時，該壓縮空氣膨脹并且通過排氣裝置29被引至排氣口 81。該排氣口使得空氣可流入護套85,在該處空氣在釹磁體27周圍循環并離開護套85,從而保持磁體周圍的空氣較冷并防止磁體27過熱。當使用攪拌罩5的加熱元件15時，排氣的冷卻操作尤其重要，這是因為加熱元件15不僅加熱燒瓶3內的反應材料，而且還加熱護套85內的磁體27。應理解，安裝支架35被固定在攪拌罩5上，使得過量空氣可通過安裝支架35和攪拌罩5下側之間的故意留出的間隙離開護套85。這樣，來自排氣裝置29的新鮮的冷空氣圍繞磁體27持續循環以保持其冷卻。在所示的實施例中，排氣口 81或整個排氣裝置可廣義地被看作"冷卻系統"。應理解，可使用其它類型的冷卻系統而不會背離本發明的范圍。例如，冷卻系統可包括來自驅動馬達23的空氣源的空氣，以便作為冷卻空氣的主要來源或與來自馬達的已用空氣相結合來冷卻磁體。還例如，冷卻系統可以是定位成吹送環境空氣通過護套85的風扇，連接到磁體27的熱沉，或與磁體熱連通的其它設備。應理解，可使用的其它冷卻系統不需要使用氣動馬達以實現磁體的冷卻。
但是，可以看出，使用氣動馬達而不是電動馬達來操作磁力攪拌系統中的基礎磁體使得該系統可在包含易燃材料的環境中操作。另外，使用磁力攪拌器使得可在具有小的進口的燒瓶內進行有效的混合操作，所述小的 進口用于防止材料逸出到周圍環境或者相反。而且，使用釹磁體為文中公 開的磁力攪拌系統中所設想的較大容器提供了改進的混合強度。
在所示的實施例中，磁體27由齒輪組件25支承，該齒輪組件25安裝 在支架35下方，該支架35繼而安裝在攪拌罩5的下側。支架35或攪拌罩 5可被廣義地理解為支承磁體27的"框架"。但是應理解，在本發明的范 圍內，磁體27可由除了支架或攪拌罩之外的框架支承，或者可由使用不同 于支架的結構的攪拌罩支承。
在所示的實施例中，馬達23也安裝在支架35上，該支架35繼而安裝 在攪拌罩5上。馬達23可利用除支架以外的結構安裝在攪拌罩上。或者， 在本發明的范圍內，馬達23可以根本不安裝在攪拌罩5上(例如，柔性驅 動軸可與遠程安裝的馬達一起使用)。
圖10中示出磁力攪拌系統1，的另一個實施例。與第一實施例的磁力攪 拌系統1的部件相對應的此實施例的磁力攪拌系統l，的部件具有后面添加 "，，，的相同參考標號。.攪拌罩5，與第一實施例的攪拌罩5基本相同，但是 如下文將描述的，磁力攪拌裝置7，與磁力攪拌裝置7不同。簡而言之，旋 轉葉片式氣動馬達23已經由徑向活塞式氣動馬達23，代替。徑向活塞式馬 達23，以低于旋轉葉片式馬達23的速度操作，從而省略了第一實施例的齒 輪組件25。馬達23，被安裝在支架35，上，并且總體上垂直定向以便經由驅 動軸45，直接驅動磁體'27，。因此，對于此實施例中的基礎磁體27，的安裝， 驅動軸45，的作用與第一實施例的輸出軸65基本相同。磁體27，和支承結 構可與第一實施例的磁體27和支承結構相同。馬達23，使用緊固件53，、 87，通過支架35'(其在此實施例中為平板)安裝在攪拌罩5，上。由于馬達 23，垂直定向，此實施例需要更長的攪拌罩足部13，以^更有效地抬高攪拌罩 5，，從而為馬達23，提供空間。此實施例的磁力攪拌裝置7，的其它部件，例 如進氣口 41，、排氣管道77，和排氣消聲器79，與第一實施例的對應部件基 本相同。
文中所描述的磁々攪拌系統1、 1，和磁力攪拌裝置7、 7'的名稱中使用了術語"攪拌"。但是'，該術語并不旨在以任何方式限制系統l、 l，或裝置
7、 7，的范圍，并且不應被理解為限制性特征。在本發明的范圍內，可設想 對容器內的材料攪拌、混合、移動或攪動，或它們的任何組合。
當介紹本發明或其優選實施例的元件時，冠詞"一"、"該"和"所 述"是指存在一個或多個該元件。術語"包括"、"包含"和"具有，，是 包含性的，并且是指除了列出的元件之外還可以存在附加的元件。
由于可以對上述內容做出各種改變而不會背離本發明的范圍，所以以 上說明書中所包含的以及附圖中所示的所有內容應被理解為是說明性的， 而不是限制性的。
權利要求
1. 一種磁力攪拌裝置，用于移動容器中的磁棒以混合該容器中的材料，該磁力攪拌裝置包括框架；由所述框架支承的磁體，所述磁體適配成在所述容器靠近所述磁體時與所述棒磁耦合，以便所述磁體的移動導致所述棒移動；與所述磁體熱傳遞連通以便從所述磁體除熱的冷卻系統；操作性地連接到所述磁體以便產生所述磁體的移動的馬達。
2. 如權利要求l所述的磁力攪拌裝置，其特征在于，所述馬達包括氣動馬達，所述氣動馬達具有將空氣從所述馬達引到所述磁體以便冷卻所述磁體的排氣裝置。，
3. 如權利要求2所述的磁力攪拌裝置，其特征在于，所述排氣裝置包括與所述磁體相鄰的排氣孔，所述排氣孔將空氣引到所述^f茲體。
4. 如權利要求3所述的磁力攪拌裝置，其特征在于，所述排氣裝置包括排氣管路，所述排氣管路使所述排氣孔與所述馬達連接，以便將空氣從所述馬達運送到所i4排氣孔。
5. 如權利要求l所述的磁力攪拌裝置，其特征在于，所述磁體是釹磁體。
6. 如權利要求5所述的磁力攪拌裝置，其特征在于，所述釹磁體的強度等級為大約N40或更大。
7. 如權利要求6所述的磁力攪拌裝置，其特征在于，所述釹磁體的強度等級為大約N50或更大。
8. 如權利要求l所述的磁力攪拌裝置，其特征在于，所述磁體的拉力密度為至少大約80 ，/立方英寸。
9. 如權利要求8所述的磁力攪拌裝置，其特征在于，所述磁體的拉力密度為至少大約100磅/立方英寸。
10. 如權利要求2所述的磁力攪拌裝置，其特征在于，所述排氣裝置包括可操作以減小與所述氣動馬達的操作有關的噪聲的消聲器。
11. 一種磁力攪拌系統，包括如權利要求l所述的磁力攪拌裝置，該磁力攪拌裝置與所述容器和所述磁棒相結合。
12. 如權利要求11所述的磁力攪拌系統，其特征在于，所述磁棒是攪拌棒，并且所述容器的一部分在所述磁體和所述攪拌棒之間延伸并形成所述磁體和所述攪拌棒之間的屏障。
13. 如權利要求12所述的磁力攪拌系統，其特征在于，所述磁力攪拌系統可操作以便基本上防止材料從所述容器釋放到環境中或者相反。
14. 如權利要求11所述的磁力攪拌系統，其特征在于，所述容器的容量為至少大約20升。
15. 如權利要求14所述的磁力攪拌系統，其特征在于，所述容器的容量為至少大約70升。
16. 如權利要求l所述的磁力攪拌系統，其特征在于，還包括可操作以加熱所述容器內容納的材料的加熱元件。
17. 如權利要求16所述的磁力攪拌系統，其特征在于，所述框架包括用于支承所述容器的攪拌罩，所述攪拌罩包含所述加熱元件，以便在所述容器被所述攪拌罩支承時加熱所述容器內容納的所述材料。
18. 如權利要求1所述的磁力攪拌裝置，其特征在于，在高于大約80攝氏度的溫度所述磁體的磁場強度易于減小。
19. 一種磁力攪拌裝置，用于移動容器中的磁棒以混合該容器中的材料，該磁力攪拌裝置包括包括至少一個磁體的磁耦合器，所述磁耦合器構造成使所述磁耦合器能夠與所述容器中的碌棒磁耦合，以便所M耦合器的旋轉導致所述磁棒旋轉，從而攪拌所述容器內容納的材料；氣動馬達，所迷氣動馬達可操作以使壓縮氣體膨脹，從而驅動所述磁耦合器旋轉并且導致膨脹氣體排出；以及排氣管路，所述排氣管路相對于所述磁耦合器設置，以便將所述氣動馬達排出的膨脹氣體《到該膨脹氣體冷卻所述磁體的位置。
20. —種磁力攪拌裝置，用于移動容器中的磁棒以混合該容器中的材 料，該磁力攪拌裝置包括框架；由所述框架支承的釹磁體，所述釹磁體用于在所述容器靠近所述磁體 時與所述磁棒磁耦合，以便所述磁體的移動導致所述磁棒移動，所述釹磁 體的強度等級為大約N50或更大。
21. 如權利要求20所述的磁力攪拌裝置，其特征在于，稀土磁體包 括釹磁體。
全文摘要
一種磁力攪拌系統，包括攪拌罩和用于攪拌/混合燒瓶內的材料的磁力攪拌裝置。稀土磁體安裝在該磁力攪拌裝置上，并且由氣動馬達驅動旋轉。該稀土磁體與燒瓶內的磁攪拌棒耦合以便共同旋轉，從而該攪拌棒攪拌/混合燒瓶內的材料。所包含的排氣裝置將空氣從馬達引到稀土磁體，并且引導空氣在磁體周圍流動以控制磁體的溫度。
文檔編號B01F13/08GK101466460SQ200780021466
公開日2009年6月24日 申請日期2007年7月13日 優先權日2006年7月14日
發明者B·C·安德魯斯, D·B·德特威勒 申請人:西格瑪-奧爾德利希公司