磁致动器装置、用于氢气应用的磁致动器和制造方法与流程

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的磁致动器装置、根据权利要求17所述的磁致动器以及根据权利要求18和19所述的方法。

背景技术：

1、从de10235644b4中已经提出了一种磁致动器装置，该磁致动器装置具有至少一个一体式磁芯和至少一个芯管，该芯管沿着其轴向方向至少基本上磁性分离。

技术实现思路

1、本发明的目的尤其是提供一种在适用于氢气应用方面具有有利特性的通用装置。根据本发明，该目的是通过权利要求1、17、18和19的特征来实现的，而本发明的有利的设计方案和改进方案可以从从属权利要求中获得。

2、本发明涉及一种磁致动器装置，尤其是氢气密封式磁致动器装置，其具有至少一个尤其是一体式的磁芯和至少一个芯管，该芯管沿着其轴向方向至少基本上磁性分离。

3、提出的是，为了实现氢气密封性，尤其是小于10-4mbar l/s、优选小于10-5mbar l/s以及优选小于10-6mbar l/s的泄漏率，磁芯构成为沿轴向方向至少在一侧完全封闭，并且芯管与磁芯一体式构成。由此，可以有利地实现氢气应用的良好适用性，例如在燃料电池和/或电解装置的领域中。有利地，可以实现高密封性，从而尤其可以防止氢气从芯管内部逸出。有利地，可以避免泄漏，尤其是对于已知的最小气体分子h2分子也是如此。有利地，可以完全省去密封点，例如钎焊点或焊接点。有利地，可以将由于空隙等引起的不密封性的风险保持得低。尤其地，可以有利地实现高密封性，对于h2分子也是如此，而在这种情况下不会显著影响磁致动器装置的功能性或功能参数。尤其地，氢气密封式磁致动器装置具有小于10-4mbar l/s、优选小于10-5mbar l/s以及优选小于10-6mbar l/s的泄漏率。“磁致动器装置”应尤其理解为磁致动器的尤其是功能可靠的组成部分，尤其是构造部件和/或功能部件。“磁致动器”应尤其理解为优选地基于磁阻原理的、通过平移移动做机械功的致动器，例如电磁阀或磁性开关。尤其地，在此方面，磁致动器应理解为这样的装置，该装置设置成将电功率借助磁场转换为机械功率。

4、“芯管”应尤其理解为磁致动器的构件，其由磁通量传导的(磁通量聚束的)、尤其是(软)磁性的、优选铁磁性的材料构成的构件，该构件优选地至少大部分地构成磁致动器的磁芯，和/或该构件至少部分地、优选至少大部分地布置在磁致动器的磁线圈的线圈内部中。尤其地，磁性材料构成为磁材料。尤其地，芯管至少大部分地由磁性钢构成。尤其地，芯管与磁致动器的至少一个磁线圈一起构成电感。尤其地，芯管至少部分地和/或至少在一侧构成为管状。尤其地，芯管设置成至少部分地收纳磁致动器的磁电枢。尤其地，芯管设置成至少部分地构成用于磁致动器的磁电枢的位移空间。尤其地，用于磁电枢的位移空间由芯管的管状部分形成。尤其地，芯管的纵向方向平行于芯管的管状部分的管轴线、尤其是旋转对称轴线伸展。尤其地，芯管的纵向方向在安装于磁致动器中的状态下平行于磁致动器的磁线圈的线圈轴线伸展。“设置”应尤其理解为特别编程、设计和/或配备。将一物体设置成特定功能尤其应理解为，该物体在至少一个应用状态和/或操作状态下执行和/或实施该特定功能。

5、芯管的“磁性分离”应尤其理解为，芯管的两个(由相同的磁性材料构成的)子区域如此彼此分离，使得防止在芯管的第一子区域中伸展的所有磁场线中的至少大部分直接转入到芯管的第二子区域中。芯管的“磁性分离”应尤其理解为芯管的磁通量传导性的中断。尤其地，磁性分离设置成中断沿着芯管的轴向方向通过芯管的磁通量。尤其地，磁性分离设置成如此绕引磁线圈的磁场的磁场线，使得磁性分离的区域中的磁场线从芯管被引出。尤其地，磁性分离布置在芯管的区域中，该区域在磁致动器的安装状态下布置在磁线圈的线圈内部中。尤其地，磁性分离布置在芯管的区域中，该区域在磁致动器的安装状态下构成用于磁电枢的位移空间。尤其地，芯管的轴向方向平行于芯管的纵向方向伸展。尤其地，芯管的轴向方向平行于芯管的主延伸方向伸展。在这里，物体的“主延伸方向”应尤其理解为这样的方向，该方向平行于恰好完全包围物体的最小几何长方体的最长边。“完全封闭”应尤其理解为沿轴向方向没有穿孔或通孔。尤其地，磁芯在封闭侧没有穿透磁芯的另外的元件或构件，例如阀挺杆等。尤其地，整个芯管与磁芯一体式构成。尤其地，芯管没有单独的、例如与芯管以材料配合方式连接的分离元件，这些分离元件将芯管分离成两个或多个不彼此连接的部分。术语“一体式”应尤其也理解为单件式(一件成型或由单个坯件、块体和/或铸件成型)。

6、此外，提出的是，一体式芯管的磁性分离至少部分地通过芯管的分离区域中的芯管的芯管壁的材料的退磁来实现，该退磁尤其是通过芯管壁的材料的热微结构转变、例如借助感应或激光退火而产生的。由此，可以有利地在保持高气密性的情况下和在保持芯管的高稳定性的情况下实现有效的磁性分离。尤其地，在这种情况下，芯管可以在分离区域中具有不变的壁厚，尤其是与分离区域的外部至少基本上相同的壁厚。

7、此外，提出的是，芯管的分离区域中的芯管的一体式芯管壁的材料具有导磁不良的结构，尤其是金属结构，例如马氏体结构，并且芯管的分离区域外的芯管的一体式芯管壁的材料具有导磁良好的结构，尤其是金属结构，例如铁素体结构。由此，可以有利地在保持高气密性的情况下以及尤其是也在保持芯管的高稳定性的情况下实现有效的磁性分离。尤其地，芯管最初完全由具有导磁良好的结构、尤其是金属结构、例如铁素体结构的材料制成，并且继制造之后如此处理，使得分离区域中的材料经历向导磁不良的结尤其是金属结构、例如马氏体结构的结构转变。尤其地，具有导磁不良的结构的材料在分离区域中在芯管的整个壁厚上延伸。

8、此外，提出的是，芯管的磁性分离至少部分地通过芯管的分离区域中的芯管的芯管壁的壁厚的渐缩部来实现。由此，可以有利地在保持高气密性的情况下实现有效的磁性分离。有利地，可以避免由于在焊接或钎焊时可能会产生的空隙等或由于弹性体密封件的表面粗糙度等引起的泄漏。尤其地，磁性分离没有弹性体、焊接点或钎焊点。尤其地，分离区域中的芯管壁的壁厚如此渐缩，使得磁场线在磁致动器的正常操作中自动完全或至少几乎完全从芯管的材料中被引出。壁厚的“渐缩”应尤其理解为壁厚的显著减小。“渐缩”应尤其理解为芯管壁的变窄/变薄。分离区域中的材料除了渐缩之外还可以经历向导磁不良的结构、例如马氏体结构的结构转变或者没有结构转变(即仍然具有导磁良好的结构，例如铁素体结构)。

9、当分离区域中的芯管壁至少渐缩到分离区域外的芯管壁的平均壁厚的三分之一、优选至少五分之一时，可以有利地在实现高气密性、尤其是氢气密封性的同时实现良好的磁性分离。尤其地，在分离区域外以及尤其是距一体式磁芯一定距离处的芯管壁的壁厚是至少基本上恒定的。

10、在这里，当分离区域中的芯管壁的尤其是渐缩的壁厚小于0.5mm、优选小于0.4mm、有利地小于0.3mm、优选小于0.2mm以及特别优选大于0.1mm时，可以有利地在实现高气密性、尤其是氢气密封性的同时实现良好的磁性分离。此外，可以有利地确保芯管的足够稳定性，例如抗弯曲性。

11、此外，提出的是，芯管的外径在尤其是渐缩的分离区域中、尤其是相对于分离区域外的芯管的平均外径减小，和/或芯管的内径在尤其是渐缩的分离区域中、尤其是相对于分离区域外的芯管的平均内径增大。由此，可以有利地实现简单的构造。例如，分离区域中的渐缩部可以通过在芯管的外周和/或芯管的内周上旋入凹槽来产生。尤其地，分离区域中的渐缩部均匀地(作为均匀的凹槽，即例如作为等深和等宽的凹槽)和/或旋转对称地构成。尤其地，芯管在外壁上具有形成分离区域的绕转式凹槽。替代地或附加地，芯管在内壁上具有形成分离区域的绕转式凹槽。在这里，芯管的外壁的法向量尤其是在芯管的径向方向上。在这里，芯管的内壁的法向量尤其是与芯管的径向方向相反。

12、此外，提出的是，分离区域中的渐缩的壁厚至少在渐缩部的整个轴向延伸部的大部分上至少基本上恒定。由此，可以实现有利的磁场曲线。有利地，可以实现精确和/或局部精确的磁性分离。此外，可以有利地实现简单的构造。“大部分”应尤其理解为51％、优选66％、优选75％以及特别优选90％。尤其地，芯管的壁表面至少在分离区域的大部分中构成为平坦的和/或平行于芯管的轴向方向伸展。轴向延伸部构成为物体沿物体的轴向方向的延伸部。

13、此外，提出的是，由分离区域中的渐缩部产生的空间、尤其是由分离区域中的渐缩部产生的凹槽构成为没有材料填充，尤其是没有钎焊剂等。由此，可以有利地实现简单的构造。

14、当渐缩部至少在磁芯侧具有磁场导向轮廓和/或当渐缩部至少在芯管侧具有另一磁场导向轮廓时，还可以实现磁场的特别有利的曲线、尤其是芯管的特别良好的磁性分离。尤其地，磁场导向轮廓构成芯管的锥形几何形状，以影响和/或设计具有芯管的磁致动器的力-位移特性曲线。有利地，可以通过选择磁场导向轮廓的形状来确定具有芯管的磁致动器的力-位移特性曲线。尤其地，磁场导向轮廓布置在渐缩部/凹槽的侧向边界处，该侧向边界至少基本上沿平行于纵向方向伸展的方向界定渐缩部/凹槽。磁场导向轮廓可以构成为边缘、角度和/或半径的序列。尤其地，磁场导向轮廓包括至少两个不同的半径。尤其地，磁场导向轮廓包括至少两个边缘。然而，也可以设想的是，磁场导向轮廓仅具有一个边缘和两个表面或者仅具有一个半径和两个表面等。尤其地，磁场导向轮廓如此构成，使得可以进行磁场从磁芯到磁电枢的特别良好的和/或特别无损的过渡。尤其地，在计算和/或模拟步骤中确定磁场导向轮廓的形状。尤其地，磁场导向轮廓可以依赖于磁致动器的相应期望的力-位移特性曲线而具有不同的形状。尤其地，磁场导向轮廓旋转对称地构成。尤其地，磁场导向轮廓被旋入到芯管中。尤其地，渐缩部/凹槽的与具有磁场导向轮廓的侧向边界相对的侧向边界可以没有另一磁场导向轮廓，或者也可以具有相同形状或不同形状的磁场导向轮廓。

15、此外，提出的是，磁场导向轮廓沿轴向方向观察时完全在从轴向方向开始的径向区域内伸展，在磁致动器装置的磁芯和磁电枢之间在正常操作中可产生的最大磁阻间隙也位于该径向区域中，和/或另一磁场导向轮廓沿轴向方向观察时完全在从轴向方向开始的径向区域外伸展，在磁致动器装置的磁芯和磁电枢之间在正常操作中可产生的最大磁阻间隙也位于该径向区域中。由此，可以实现磁场的特别有利的曲线，尤其是芯管的特别良好的磁性分离。

16、此外，提出的是，完全包括渐缩部的分离区域具有沿轴向方向的总延伸部，该总延伸部为磁芯沿轴向方向的总延伸部的至多25％、优选至多15％、磁致动器装置的磁电枢沿轴向方向的总延伸部的至多25％、优选至多15％、和/或磁致动器装置的磁线圈沿轴向方向的总延伸部的至多25％、优选至多15％。由此，可以有利地实现简单的构造。有利地，可以实现良好的稳定性。此外，可以有利地实现精确的和/或局部精确的磁性分离。尤其地，分离区域中的渐缩部的总延伸部是平行于芯管的轴向方向来测量的。

17、此外，提出的是，磁致动器装置具有磁性防粘元件，该磁性防粘元件沿轴向方向完全布置在分离区域外，尤其是完全布置在从轴向方向开始的径向区域外，该径向区域沿轴向方向的延伸部由渐缩部沿轴向方向的延伸部界定。由此，可以实现有利的磁场导向和/或磁电枢移动。尤其地，防粘元件由非磁性材料构成。尤其地，防粘元件构成为盘形。尤其地，防粘元件布置和/或紧固、尤其是粘合在磁芯的面向芯管的一侧上。尤其地，防粘元件设置成防止磁电枢(磁性)粘附到磁芯，尤其是由于磁芯的剩余磁化。有利地，可以由此实现磁致动器装置的高动态性。防粘元件尤其设置成确保磁芯和磁电枢之间的最小距离。磁电枢尤其至少大部分由磁性材料、例如铁构成。

18、此外，提出的是，芯管在其内侧和/或其外侧上至少分段地设置有氢扩散抑制涂层。由此，可以有利地实现氢气应用的良好适用性，例如在燃料电池和/或电解装置的领域中。有利地，可以实现高密封性，从而可以尤其防止氢气从芯管内部逸出。有利地，可以避免泄漏，尤其是对于已知的最小气体分子h2分子也是如此。尤其地，涂层设置成极为有效地保护铁或钢免受氢气(h2)的渗透。例如，涂层可以由尤其适合和/或设置用于氢扩散抑制的max相材料构成。例如，涂层构成为由(氧化)钛、铝和氮(ti2ain)制的max相层。尤其地，氢扩散抑制涂层设置成将尤其是在分离区域中的通过芯管的氢扩散减少至少系数2、优选至少系数4、优选至少系数10以及特别优选至少系数25，尤其是与无涂层和其他相同的分离区域相比。尤其地，芯管的内侧和/或外侧的大部分或芯管的整个内侧和/或外侧可以设置有氢扩散抑制涂层。然而，优选地，分离区域的至少大部分、优选至少整个分离区域、特别优选至少整个渐缩部在内侧和/或外侧上设置有氢扩散抑制涂层。

19、此外，提出了一种用于氢气应用、尤其是用于燃料电池和/或电解装置应用的磁致动器。有利地，可以实现高密封性。

20、此外，提出了一种用于制造磁致动器装置的方法，其中，磁芯和芯管制成为一体式构件，尤其是从一体式块中被切掉，并且其中，芯管的磁性分离是通过芯管的芯管壁的壁厚的构成不填充的分离区域的渐缩部来实现的。由此，可以有利地实现具有特别高的氢气密封性的简单构造。

21、此外，提出了一种用于制造磁致动器装置的方法，其中，磁芯和芯管制成为一体式构件，尤其是从一体式块中被切掉，并且其中，一体式芯管的磁性分离是通过芯管的分离区域中的芯管的芯管壁的材料的退磁来实现的。由此，可以有利地实现具有特别高的氢气密封性和具有特别高的芯管稳定性的简单构造。

22、此外，提出的是，芯管壁的材料的退磁是通过分离区域的感应加热或通过分离区域的激光退火而产生的。由此，可以有利地提供一种简单和/或成本高效和/或快速的制造方法。

23、在本文中，根据本发明的磁致动器装置、根据本发明的磁致动器和/或根据本发明的方法不应限于上文所述的应用和实施方式。尤其地，根据本发明的磁致动器装置、根据本发明的磁致动器和/或根据本发明的方法可以具有与本文提到的各个元件、构件和单元的数量不同的数量以执行本文所述的功能方式。