一种基于负泊松比梯度层级式多孔材料的驱动电机壳体

1.本发明涉及新能源汽车驱动电机装置领域，尤其涉及一种基于负泊松比梯度层级式多孔材料的驱动电机壳体。


背景技术：

2.驱动电机是依靠电磁感应定律来实现电能转化为机械能的一种机械装置。随着电动汽车的不断发展，驱动电机的转矩和效率要求越来越高，而商用电动汽车的驱动电机功率非常大，其伴随而来的发热量也很高，良好的散热性能成为高性能驱动电机所考核的重要标准。
3.现有的驱动电机散热装置散热效果不能满足高性能驱动电机的散热要求，限制了驱动电机功率，同时防护达不到要求，对于驱动电机高速转动引起的振动和高阶电磁噪声抑制效果差，对使用者造成严重的生理和心理不适，且影响驱动电机使用寿命。
4.由于驱动电机依靠电磁感应定律工作，不可避免会对外界造成电磁干扰，作为新能源汽车的动力核心部件，要求驱动电机具有电磁屏蔽的作用，而现有技术中，抗电磁电机往往都是在电机外围加设抗电磁屏蔽罩或抗电磁干扰装置，虽然这可以解决驱动电机受到电磁干扰的问题，但也导致为了安装抗电磁干扰电机所需要的空间更大，不满足汽车轻量化的设计要求，同时，电磁屏蔽罩将伺服电机包围容易导致驱动电机因过热损坏。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于负泊松比梯度层级式多孔材料的驱动电机壳体。
6.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于负泊松比梯度层级式多孔材料的驱动电机壳体，包含多孔层和复合层；所述多孔层、复合层均为两端开口的空心圆柱体，其中，多孔层套在复合层外，二者过盈配合；所述多孔层包含由内至外的第一至第四单元层，所述第一至第四单元层均为两端开口的空心圆柱体，其中，所述第一至第三单元层均采用开孔负泊松比单胞沿中心轴线方向以面心立方方式阵列而成，第一单元层采用闭孔负泊松比单胞沿中心轴线方向以面心立方方式阵列而成；所述第一至第四单元层的孔隙率呈负梯度排列，由内向外逐渐减小，且相邻单元层之间以面心立方方式阵列；所述闭孔负泊松比单胞为阿基米德十四面体，其内实心，其上8个三角形面的中心设有和指向其中心的锥形盲孔，且锥形盲孔的底部呈朝外凸起的球面；所述开孔负泊松比单胞为阿基米德十四面体，其中心设有球形空腔，且开孔负泊松比单胞上的8个三角形面的中心设有和其内球形空腔相联通的锥形通孔；所述开孔负泊松比单胞、闭孔负泊松比单胞采用金属制成；所述复合层采用闭孔泡沫金属板作为电泳的阴极、经电泳沉降石墨烯溶液于表面
而成。
7.作为本发明一种基于负泊松比梯度层级式多孔材料的驱动电机壳体进一步的优化方案，所述开孔负泊松比单胞、闭孔负泊松比单胞采用铝、铝合金、镍合金中的任意一种制成。
8.作为本发明一种基于负泊松比梯度层级式多孔材料的驱动电机壳体进一步的优化方案，所述第一至第四单元层中单胞的层数相同，壳体厚度范围为20mm-50mm。
9.作为本发明一种基于负泊松比梯度层级式多孔材料的驱动电机壳体进一步的优化方案，第一至第四单元层中单胞的孔隙率范围为0.75-0.95，相邻单元层之间的孔隙率差距范围为0.01-0.1。
10.作为本发明一种基于负泊松比梯度层级式多孔材料的驱动电机壳体进一步的优化方案，所述闭孔泡沫金属板采用闭孔泡沫铝板，其孔隙率为0.7-0.95，厚度为5-8mm，其上沉降的石墨烯膜层的厚度为0.5-1.5mm。
11.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、本发明通过复合层的阻性隔声和多孔层的吸声结合，能针对驱动电机的高频电磁噪声和机械振动噪声进行声波高效吸收，具体如下：通过多孔层的开闭孔负泊松比单胞阵列和层与层之间的梯度配合，孔隙率大的位于最内层有利于与空气进行阻抗匹配，利于声波进入设计的吸收通道并进行多次折射，高效耗散声能，耦合形成能对固定频段声波进行有效耗散；此外，多孔层由负泊松比单胞阵列而成，且呈梯度设计，发生机械振动时，层与层之间形成负泊松比效应，增强结构阻尼效果，且梯度设计的层与层之间形成动刚度效果，进一步减少振动噪声，保护驱动电机，延长驱动电机寿命，提升用户体验。
12.2、本发明针对驱动电机工作时对外界的电磁辐射干扰问题，通过复合层的阻性屏蔽和多孔层的吸收屏蔽结合，形成高屏蔽效能，具体如下：通过泡沫铝和石墨烯的高导电性，高介电常数，以及石墨烯构造的缺陷性及官能团残留，提供高的屏蔽效能，此外，通过设计多孔层的负泊松比单胞阵列和层与层之间的配合，呈梯度设计，孔隙率大的位于内层有利于与电磁波阻抗匹配，引导电磁波进入，耦合形成能针对特定频段的电磁波进行有效拦截功能，提供优良的电磁屏蔽效果。
13.3、本发明通过复合层的导热和多孔层的散热结合，能针对驱动电机工作产热进行有效散热，具体如下：驱动电机热量传入多孔层后，最先接触的为孔隙率较大的最内层，表面与空气接触面积最大，能有增强与空气的对流换热效果，此外，热量由内而外逐步降低，而热量优先经多孔层传导，形成具有自主散热效果的优良性能。
附图说明
14.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明中各层相配合的局部结构示意图；图3为本发明中开孔负泊松比单胞的结构示意图；图4为本发明中闭孔负泊松比单胞的结构示意图。
15.图中，101-第一单元层，102-第二单元层，103-第三单元层，104-第四单元层，201-闭孔泡沫金属板，202-石墨烯膜层。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
17.应当理解，尽管这里可以使用术语第一、第二、第三等描述各个元件、组件和/或部分，但这些元件、组件和/或部分不受这些术语限制。这些术语仅仅用于将元件、组件和/或部分相互区分开来。因此，下面讨论的第一元件、组件和/或部分在不背离本发明教学的前提下可以成为第二元件、组件或部分。
18.如图1、图2所示，本发明公开了一种基于负泊松比梯度层级式多孔材料的驱动电机壳体，包含多孔层和复合层；所述多孔层、复合层均为两端开口的空心圆柱体，其中，多孔层套在复合层外，二者过盈配合；所述多孔层包含由内至外的第一至第四单元层，所述第一至第四单元层均为两端开口的空心圆柱体，其中，所述第一至第三单元层均采用开孔负泊松比单胞沿中心轴线方向以面心立方方式阵列而成，第一单元层采用闭孔负泊松比单胞沿中心轴线方向以面心立方方式阵列而成；所述第一至第四单元层的孔隙率呈负梯度排列，由内向外逐渐减小，且相邻单元层之间以面心立方方式阵列；如图4所示，所述闭孔负泊松比单胞为阿基米德十四面体，其内实心，其上8个三角形面的中心设有和指向其中心的锥形盲孔，且锥形盲孔的底部呈朝外凸起的球面；如图3所示，所述开孔负泊松比单胞为阿基米德十四面体，其中心设有球形空腔，且开孔负泊松比单胞上的8个三角形面的中心设有和其内球形空腔相联通的锥形通孔；所述开孔负泊松比单胞、闭孔负泊松比单胞采用金属制成；所述复合层采用闭孔泡沫金属板作为电泳的阴极、经电泳沉降石墨烯溶液于表面而成。
19.所述开孔负泊松比单胞、闭孔负泊松比单胞优先采用铝、铝合金、镍合金中的任意一种制成。所述第一至第四单元层中单胞的层数优先相同，壳体厚度范围为20mm-50mm。第一至第四单元层中单胞的孔隙率范围为0.75-0.95，相邻单元层之间的孔隙率差距范围为0.01-0.1。
20.所述闭孔泡沫金属板优先采用闭孔泡沫铝板，其孔隙率为0.7-0.95，厚度为5-8mm，其上沉降的石墨烯膜层的厚度为0.5-1.5mm。
21.第一至第四单元层形成了由内之外的金属骨架。
22.驱动电机转子和转轴依靠电磁感应定律转动时，定子和转子之间存在强的径向电磁力，转子表面带动空气与径向电磁力发生相互作用，产生电磁噪声，尤其在驱动电机高转速高功率负荷下，电磁噪声尤为强烈；电磁噪声在端盖的突起处和复合层的反射下，形成与原声波相位相反的声波，削减噪声对外辐射强度，传播突破复合层的部分噪声和由转子动平衡不稳定及路面不平度引起的机械振动噪声耦合，同时骨架结构会响应机械振动，由于负梯度设计的多孔层存在，最内层易与空气阻抗匹配，引导声波进入设计的多孔结构，声波进入多孔层后，在固体骨架上不断反射和耗散，最终达到吸声降噪的目的，而骨架结构响应
的机械振动由负泊松比结构和负梯度设计的作用下，内层刚度较小，外层刚度大，形成类似弹簧振子的机制，能够吸收机械振动的能量并耗散成热量形式，进一步减少噪声，保护电机，延长电机寿命。
23.驱动电机通过转子的电能量和定子的磁能量在通过电流的垂直方向上形成电磁波，电磁波经过复合层时，由于泡沫铝和石墨烯的高导电性，高介电常数，以及石墨烯构造的缺陷性及官能团残留，电磁波在泡沫铝的多孔结构内多次反射和石墨烯独特的吸收衰减作用下，有效降低了电磁辐射的强度，经过多孔层时，负梯度设计的多孔层能增大反射空间，引导电磁波进入设计的多孔结构内，经过多孔层的重复反射吸收耗散掉绝大部分能量，并以热的形式存在于金属骨架内。
24.驱动电机工作产生的热量经过复合层的过程中，闭孔泡沫铝层能有效隔离外界环境热量，驱动电机内部的热量则通过泡沫铝骨架传导到石墨烯膜层，而石墨烯具有强的导热系数，能迅速将热量均匀传导至另一侧表面，负梯度设计的多孔层与石墨烯表面紧密接触，热量首先传导至多孔金属骨架上，而最内层孔隙率大，与空气接触表面积大，，能增强与空气的对流换热效果，进一步的，热量由内而外逐步降低，而热量优先经金属骨架传导到外侧骨架，为增强换热性能，金属骨架增大，即减小孔隙率来达到目的，形成具有自主散热效果的优良性能。
25.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
26.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。