CN110288970B - 一种带有多阻尼层局域共振子单元的电机壳体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种带有多阻尼层局域共振子单元的电机壳体，其特征在于，在电机机壳的外表面，沿着圆周方向，布设有多个首尾相连的晶格单元，每个晶格单元中，由若干个多阻尼层局域共振子单元构成；每个多阻尼层局域共振子单元，设有刚性外壳，刚性外壳内设有第三粉体阻尼层，第二粘弹性材料阻尼层和第一振动层，第一振动层的底部凸出刚性外壳的底边。使用时，通过设置在电机壳体外部的晶格单元，对于机壳上4000Hz以内各个共振频率附近降噪均能达到8‑40dB，可以有效降低全频域的振动噪声。
Description
技术领域
本发明主要涉及永磁同步电机的技术领域，特别涉及一种永磁同步电机的壳体，尤其涉及一种带有多阻尼层局域共振子单元的电机壳体。
背景技术
今年来，纯电驱动的新能源乘用车已经成为了汽车产业的主流发展方向，永磁同步电机也由于其重量轻、功率密度大等优点被更多的应用于乘用车驱动系统的设计中。随着对乘员驾驶及乘坐体验的更高要求，永磁同步电机的振动噪声问题已经成为了电机驱动系统设计制造的重点考量因素。然而现有降噪手段主要集中在设计端，对于装车测试时电驱动系统由于其复杂结构所产生的难以预测的局部共振现象的解决方法并不多见。
目前主要的减少永磁同步电机振动噪声的手段有转子分段斜极、转子极弧系数优化等方法，该类方法旨在优化电机气隙磁场的磁密波形进而优化电机径向电磁力波形和转矩脉动占比分量，以达到减弱电机振动噪声的目的。这类方法只能在设计端优化电机的振动噪声，但由于新能源车用永磁同步电机结构通常需要与整车动力系统进行匹配设计，故而其机械结构尤其是机壳通常具有较为复杂的结构，不同安置点的力学连接又较为复杂，所以在设计端并不能全面考虑到电机的振动情况。所以设计端优化方案完备，但制造出的样机装车测试时噪音过大的现象也难以避免，而传统的设置不同阻尼吸振器的方法则很大程度上受到整车设计中对于质量、结构尺寸的严格要求的限制，而难以实施。
比如现有技术中申请号为“201810282629.8”，名称为“一种非对称载波双随机调制的电机减振方法”的发明申请，描述了这样的技术特征“一种非对称载波双随机调制的电机减振方法，所述方法的实现系统包括：电压源逆变桥、永磁同步电机、转子位置检测模块、坐标变换模块、PI调节模块、非对称载波双随机SVPWM模块六个部分。所述非对称载波双随机SVPWM模块包含扇区判断模块、电压矢量计算模块、零矢量计算模块、随机数发生器、零矢量随机分配模块、载波发生器、调制波发生器、PWM发生器。”整个结构非常复杂，减振效果却一般，成本很高，不利于推广。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种带有多阻尼层局域共振子单元的电机壳体，通过设置在电机壳体外部的晶格单元，对于机壳上4000Hz以内各个共振频率附近降噪均能达到8-40dB，可以有效降低全频域的振动噪声。
本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：一种带有多阻尼层局域共振子单元的电机壳体，其特征在于，在电机机壳的外表面，沿着圆周方向，布设有多个首尾相连的晶格单元，每个晶格单元中，由若干个多阻尼层局域共振子单元构成；每个多阻尼层局域共振子单元，均设有刚性外壳，刚性外壳内设有第三粉体阻尼层，第二粘弹性材料阻尼层和第一振动层，第一振动层的底部凸出刚性外壳的底边。
优选的，每3-8个多阻尼层局域共振子单元组成一个晶格单元，晶格单元形状为三角形、方形、菱形、半圆形和梯形，晶格单元中，两个相邻的多阻尼层局域共振子单元的间距为40-150mm。
进一步，刚性外壳内设有内隔圈，将刚性外壳的内腔分为上、下两层，上层空间设有第三粉体阻尼层，第三粉体阻尼层设有粉粒体，粉粒体占到整个上层空间容积的65-75％，下层空间设有第二粘弹性材料阻尼层和第一振动层，第一振动层的外壁设有固定槽，刚性外壳的壁壳上设有与固定槽相配合的约束调节孔。
进一步，第一振动层采用橡胶振动层或者梁结构振动单元构成，橡胶振动层采用导热硅基橡胶材料制成，第一振动层具有最大损耗因子η1max≥0.7，所述的固定槽为可调节安装位置的槽孔组，由至少两个槽孔串联而成，约束调节孔内设置可拆卸的约束层固定件。
更进一步，梁结构振动单元包括套设于刚性外壳内的空心铝制内套，以及设置于刚性外壳顶部的梁结构振动层，空心铝制内套上设有与约束调节孔相配合的固定槽，梁结构振动层由至少两组振动片连接而成，梁结构振动层通过梁结构振动固定件与刚性外壳的顶部相连。
本发明的优点在于：
1、本发明所述的改进方案，在电机机壳的外表面，沿着圆周方向，布设有多个首尾相连的晶格单元，每个晶格单元中，由若干个多阻尼层局域共振子单元构成，使有效减振频域大大增加，对电机产生的200Hz-4000Hz的振动噪声均有明显的减弱效果；
2、本发明的技术方案中，每3-8个多阻尼层局域共振子单元组成一个晶格单元，晶格单元形状为三角形、方形、菱形、半圆形和梯形，这些晶格单元在机壳外表面反复出现，同时相邻的晶格单元首尾相连在机壳表面布设一整圈，使得4000Hz以内各个共振频率附近降噪均能达到8-40dB，可以有效降低全频域的振动噪声；
3、本发明的技术方案中，局域共振子单元内设有三层不同的阻尼层,分别是第三粉体阻尼层、第二粘弹性材料阻尼层和第一振动层，通过三种不同材质的阻尼层的结构，使得三层阻尼层对中频区、高频区的显著效果互补，达到良好的减振降噪效果；
4、本发明第一振动层可以采用导热硅基橡胶或振梁结构，通过各个振荡子单元振动层提前产生的共振在低频区(200-400Hz)范围内产生高效隔声峰，有效屏蔽电机的振动噪声；
5、本发明的布局规划合理，易于生产，便于后期的安装和维护。
附图说明
图1为本发明的一实施例的结构示意图。
图2为本发明的又一实施例的结构示意图。
图3为本发明一实施例的振子分布晶格图。
图4为本发明又一实施例的振子分布晶格图。
图5为本发明的电机机壳使用状态参考图。
图6为本发明多阻尼层局域共振子单元的分散结构示意图。
图7为本发明多阻尼层局域共振子单元的局部放大示意图。
图8为本发明的多阻尼层局域共振子单元的结构示意图。
图9为本发明设有梁结构振动单元的多阻尼层局域共振子单元的结构示意图。
图10为本发明设有梁结构振动单元的多阻尼层局域共振子单元又一结构示意图。
附图标记：
1.第一振动层 11.空心铝制内套 12.固定槽；
2.第二粘弹性材料阻尼层；
3.第三粉体阻尼层 31.粉粒体；
4.约束层固定件；
5.刚性外壳 51.刚性外壳内腔体 52.约束调节孔；
6.梁结构振动层；
7.梁结构振动固定件；
8.电机机壳 81.电机机壳安装孔。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。
如图1所示，一种带有多阻尼层局域共振子单元的电机壳体，其与现有技术的区别在于，在电机机壳的外表面，沿着圆周方向，布设有多个首尾相连绕设一周的晶格单元，每个晶格单元中，由若干个多阻尼层局域共振子单元排列组成；每个多阻尼层局域共振子单元，均设有刚性外壳，刚性外壳内设有第三粉体阻尼层，第二粘弹性材料阻尼层和第一振动层，第一振动层的底部凸出刚性外壳的底边。
具体来说，每3-8个多阻尼层局域共振子单元组成一个晶格单元，晶格单元形状为三角形、方形、菱形、半圆形和梯形，晶格单元中，两个相邻的多阻尼层局域共振子单元的间距为40-150mm。第二粘弹性材料阻尼层采用的粘弹性材料为沥青基粘弹性材料或聚氨酯基橡胶或泡沫材料或硅胶材料，使用产品具体为SOPREMA公司的n.INSFR037/b型号聚氨酯泡沫。
这些晶格单元在机壳外表面排列重复出现，同时相邻的晶格单元首尾相连在机壳表面布设一整圈，这里可以设置一圈晶格单元，也可以同时设置多圈晶格单元，根据减振的要求进行配置。同时相邻的晶格首尾相连可以是连着一条直线或者连接成弧线或者折线，也可以上、下错开一定距离连接，具体可以根据减振的要求来进行布设。比如连接时，对于三角形晶格单元可以一个三角形正设置，一个倒过来设置，使得成为之字形的连接，这样可以布设的更为均匀，使用最少的多阻尼层局域共振子单元，达到最好的减振效果，降低使用的成本。
在一个实施例中，在电机机壳的外表面，沿着圆周方向，布设有多个首尾相连的晶格单元，每个晶格单元中，由若干个多阻尼层局域共振子单元构成；每个多阻尼层局域共振子单元，均设有刚性外壳，刚性外壳内设有第三粉体阻尼层，第二粘弹性材料阻尼层和第一振动层，第一振动层的底部凸出刚性外壳的底边。
具体来说，机壳的外表面布设有三圈晶格单元，其中中部为菱形晶格，每四个多阻尼层局域共振子单元组成一个菱形晶格，菱形晶格的对角线非别为120mm和108.28mm，间距角为30°。菱形晶格的上、下分别是三角形晶格，每三个多阻尼层局域共振子单元组成一个三角形晶格，上、下两圈的三角形晶格沿着中部的菱形晶格对称设置，这样布设效果更好。通过对不同减振降噪原理的结合，使有效减振频域大大增加，当在240-460Hz低频区产生有效隔声峰，隔声峰频带内的隔声量比无附加局域振荡子单元的机壳高出8-12dB左右。实施中，4000Hz以内各个共振频率附近降噪均能达到8-40dB，可以有效降低全频域的振动噪声。
在另一个实施例中，在电机机壳的外表面，沿着圆周方向，首尾相连设置6个的多阻尼层局域共振子单元组成的晶格单元，每个晶格单元中，由6个多阻尼层局域共振子单元形成一个横卧的S型晶格单元，这些晶格单元沿着电机外壳绕设一圈。刚性外壳内设有内隔圈，将刚性外壳的内腔分为上、下两层，上层空间设有第三粉体阻尼层，第三粉体阻尼层设有粉粒体，粉粒体占到整个上65-75％，下层空间设有第二粘弹性材料阻尼层和第一振动层，第一振动层的外壁设有固定槽，刚性外壳的壁壳上设有与固定槽相配合的约束调节孔。
具体来说，第三粉体阻尼层的粉粒体由包裹阻尼浆的颗粒制成，颗粒可以采用直径为1-2mm的金属颗粒或者混合橡胶的金属颗粒制成，具体来说可以采用金属钢珠包裹沥青基阻尼浆，每个粉粒体中，金属钢柱与沥青基阻尼浆的体积比为1:0.2-0.5。粉粒体以占据上层腔体内容积的65％-75％的方式填充，优选填充68-70％，从而能够使粉粒体在腔体内内更高效率地运动，并增加粉粒体与粉粒体间、与上层腔体的内壁非弹性碰撞及摩擦所耗散的能量。随着振动频率的增加，腔体内的粉粒体运动更为剧烈，非弹性碰撞和摩擦现象越明显，由此引发的能量耗散更高。第三阻尼层主要针对高频区域的振动能量耗散，可以有效与第一、第二阻尼层互补。
在第三个实施例中，本发明所述机壳表面周期分布于振子单元相配合的圆孔，方便振子单元更好的与机壳相连接，比如第一橡胶振动层可以直接粘接在孔中。同时周期分布的孔状结构可以方便振动子单元根于不同应用环境选择相匹配的晶格分布。
如果第一振动层采用梁结构振动单元，空心铝制内套上设有与约束调节孔相配合的固定槽，这个固定槽由三个槽孔串联而成，约束调节孔内设置可拆卸的约束层固定件。
梁结构振动单元的动刚度可以通过下列方式计算得出：
其中Dd是梁结构振动单元的动刚度；E为梁结构材料杨氏模量在70-220GPa；υ为梁结构材料泊松比在0.3-0.4之间；I为梁结构材料的转动惯量；A为梁结构横截面积，根据振梁物理结构计算，振梁物理结构根据不同工况确定；ω为振动角频率，通过这个公式计算振梁的动刚度，从而获得整个振子单元的固有频率，控制振子单元的固有频率在200-400Hz。。运用梁结构振动单元替代橡胶块材料的第一弹性振动层可以获得更好的振动效果，在低频段产生的屏蔽峰效果更好，但对于空间尺寸的要求更高，体积更大。
具体来说，梁结构振动层由两组振动片连接而成，振动片为铝制薄片，结构为中间厚，两端薄的形式，相邻的两组振动片展开夹角为80-120度，其中两组振动片可以设置成一短一长的形式，两者的比例为1:1.15，通过振动片的夹角来调节振子单元的固有频率，梁结构振动层使得整个共振子单元提前产生共振，共振在低频区(200-400Hz)范围内产生高效隔声峰，有效屏蔽电机的振动噪声。
所述单个局域共振子单元固有频率应保持在200-500Hz之间，使隔声峰可以准确的出现在低频区，优选地每个共振子单元固有频率可以不相等，保持在200-500Hz间即可。通过声学超材料技术，在局域共振子单元固有频率处相产生一条隔声峰，在对低频振动与噪声有明显的减弱，与第一、第二、第三阻尼层对中频区、高频区的显著效果互补，使本发明能在更广的频域内起到良好的减振降噪效果。
第四个实施例中，多阻尼层局域共振子单元的刚性外壳为铝制外壳，外壳直径为15mm，第一振动层的底部凸出刚性外壳的底边2-3mm。第一振动层采用梁结构振动单元，梁结构振动单元包括套设于刚性外壳内的空心铝制内套，以及设置于刚性外壳顶部的梁结构振动层，空心铝制内套上设有与约束调节孔相配合的固定槽，这个固定槽也是由至少两个槽孔串联而成，约束调节孔内设置可拆卸的约束层固定件。第一振动层的中空心铝制底座可以插入机壳表面的圆孔中，然后焊接固定。这里圆孔可以与机壳表面垂直设置，也可以与机壳表面形成5-30度的倾斜设置，具体来说设置上、中、下三圈晶格单元时，中间层的晶格单元对应的圆孔为垂直设置，上层的晶格单元和下层的晶格单元分别于机壳表面形成一个角度，角度为5-30度，优选15-25度。
约束调节组件可以更好地控制约束层的约束强度，并方便随时拆卸以填充、取出或更换阻尼层材料。更多的粘弹性阻尼材料会有更好的减震效果，但会增加总体重量，降低整机功率密度。约束层的约束强度也影响粘弹性阻尼层的吸能效果，过松则振动未完全传导至粘弹性阻尼层，过紧则阻碍阻尼层自身的塑形形变，因此设置约束调节组件以更好的根据所选粘弹性阻尼层的材料及填料量匹配最优的约束强度。
具体来说，第二粘弹性材料阻尼层采用的粘弹性材料聚氨酯基橡胶材料制成，第二粘弹性材料阻尼层的最大损耗因子η2max≥0.9，第二粘弹性材料阻尼层的静刚度小于导热橡胶块的静刚度和上层刚性外壳的刚度，第一振动层和上层刚性外壳对第二粘弹性材料阻尼层产生约束力，使得第二粘弹性材料阻尼层的振动能量耗散增大。第二粘弹性材料阻尼层由约束组件通过刚性外壳上特定的孔被紧密约束，该种结构形成约束层与阻尼层结构，可以使粘弹性阻尼层更好地吸收振动能量，同时通过刚性外壳上对应的不同孔的位置，可以调整粘弹性材料的填料量及粘弹性层的约束程度。
应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型，且以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种带有多阻尼层局域共振子单元的电机壳体，其特征在于，在电机机壳的外表面，沿着圆周方向，布设有多个首尾相连的晶格单元，每个晶格单元中，由若干个多阻尼层局域共振子单元构成；每个多阻尼层局域共振子单元，设有刚性外壳，刚性外壳内设有第三粉体阻尼层，第二粘弹性材料阻尼层和第一振动层，第一振动层的底部凸出刚性外壳的底边。
2.根据权利要求1所述的一种带有多阻尼层局域共振子单元的电机壳体，其特征在于，每3-8个多阻尼层局域共振子单元组成一个晶格单元，晶格单元形状为三角形、方形、菱形、半圆形和梯形，晶格单元中，两个相邻的多阻尼层局域共振子单元的间距为40-150mm。
3.根据权利要求1所述的一种带有多阻尼层局域共振子单元的电机壳体，其特征在于，刚性外壳内设有内隔圈，将刚性外壳的内腔分为上、下两层，上层空间设有第三粉体阻尼层，第三粉体阻尼层设有粉粒体，粉粒体占到整个上层空间容积的65-75%，下层空间设有第二粘弹性材料阻尼层和第一振动层，第一振动层的外壁设有固定槽，刚性外壳的壁壳上设有与固定槽相配合的约束调节孔。
4.根据权利要求3所述的一种带有多阻尼层局域共振子单元的电机壳体，其特征在于，第一振动层采用橡胶振动层或者梁结构振动单元构成，橡胶振动层采用导热硅基橡胶材料制成，第一振动层具有最大损耗因子1max/>，所述的固定槽为可调节安装位置的槽孔组，由至少两个槽孔串联而成，约束调节孔内设置可拆卸的约束层固定件。
5.根据权利要求4所述的一种带有多阻尼层局域共振子单元的电机壳体，其特征在于，梁结构振动单元包括套设于刚性外壳内的空心铝制内套，以及设置于刚性外壳顶部的梁结构振动层，空心铝制内套上设有与约束调节孔相配合的固定槽，梁结构振动层由至少两组振动片连接而成，梁结构振动层通过梁结构振动固定件与刚性外壳的顶部相连。
6.根据权利要求1所述的一种带有多阻尼层局域共振子单元的电机壳体，其特征在于，第二粘弹性材料阻尼层采用的粘弹性材料为沥青基粘弹性材料或聚氨酯基橡胶或泡沫材料或硅胶材料，第二粘弹性材料阻尼层的最大损耗因子2max/>，第二粘弹性材料阻尼层的静刚度小于导热橡胶块的静刚度和上层刚性外壳的刚度，第一振动层和上层刚性外壳对第二粘弹性材料阻尼层产生约束力，使得第二粘弹性材料阻尼层的振动能量耗散增大。
7.根据权利要求1所述的一种带有多阻尼层局域共振子单元的电机壳体，其特征在于，第三粉体阻尼层的粉粒体由包裹阻尼浆的颗粒制成，颗粒可以采用直径为1-2mm的金属颗粒或者混合橡胶的金属颗粒制成。
8.根据权利要求1所述的一种带有多阻尼层局域共振子单元的电机壳体，其特征在于，刚性外壳为铝制外壳，外壳直径为13-18mm，第一振动层的底部凸出刚性外壳的底边2-3mm。
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