Motorbuller kan delas in i tre kategorier: aerodynamiska, mekaniska och elektromagnetiska bullerkällor. På senare år har människor ägnat mer och mer uppmärksamhet åt effekterna av elektromagnetiska bullerkällor. Detta beror främst på två skäl:
(a) För små och medelstora motorer, särskilt de med en effekt under 1.5 kW, dominerar elektromagnetiskt brus det akustiska fältet.
(b) Denna typ av ljud beror främst på svårigheten att ändra motorns magnetiska egenskaper när den väl är tillverkad.
I tidigare studier har inverkan av olika faktorer på motorbrus undersökts i stor utsträckning, såsom effekten av pulsbreddsmoduleringsström på det akustiska brusbeteendet hos interna permanentmagnetsynkronmotordrivningar; inverkan av lindningar, maskinramar och impregnering på statorns resonansfrekvens; inverkan av kärnans klämtryck, lindningar, kilar, kuggprofiler, temperatur etc. på vibrationsbeteendet hos statorer i olika typer av motorer.
Emellertid har effekten av statorkärnans lamineringar på motorns vibrationsbeteende inte undersökts fullständigt, även om fastklämning av lamineringarna är känt för att öka kärnans styvhet och i vissa fall till och med fungera som en vibrationsdämpare. De flesta studier modellerar statorkärnan som en tjock, enhetlig cylindrisk kärna för att minska modelleringskomplexiteten och beräkningsbördan.
Forskare vid McGill University och deras team analyserade ett stort antal motorprover för att undersöka effekterna av laminerade och icke-laminerade statorkärnor på motorbrus. De skapade CAD-modeller baserade på den uppmätta geometrin och materialegenskaperna hos faktiska motorer, med hjälp av en 4-polig, 12-spårs permanentmagnetsynkronmotor (IPMSM) som referensmodell. Den laminerade statorkärnan modellerades med hjälp av Laminated Model Toolbox i Simcenter 3D, som ställer in parametrar enligt tillverkarens specifikationer, inklusive dämpningskoefficient, lamineringsmetod, mellanlagertolerans samt skjuv- och normalspänning hos limmet. För att noggrant bedöma det akustiska bruset som avges av motorn utvecklade de en effektiv akustisk modell som möjliggör koppling mellan statorn och vätskan, modellerar den akustiska vätskan som omger den befintliga statorstrukturen och analyserar det akustiska fältet runt IPM-motorn.
Figur 1. (a) Tvådimensionell elektromagnetisk modell. (b) Variationsområde för designvariabler i hela designutrymmet.
Forskarna observerade att vibrationslägena hos den laminerade statorkärnan har lägre resonansfrekvenser än den icke-laminerade statorkärnan med samma motorgeometri; trots frekventa resonanser under drift var ljudtrycksnivån hos motorkonstruktionen med laminerad statorkärna lägre än förväntat; korrelationskoefficientvärdet som överstiger 0.9 indikerar att genom att förlita sig på en surrogatmodell för att noggrant uppskatta ljudtrycksnivån hos den motsvarande solida statorkärnan, kan beräkningskostnaden för modellering av laminerade statorer för akustiska studier minskas.
Figur 2 Ljudtrycksnivåer för laminerade och icke-laminerade statorkärnprover från en 4-polig IPM-motor med 12 spår
Figur 3 Spearman-korrelationskoefficientfördelning för laminerade och icke-laminerade statorer från 500 varv/min till 3000 varv/min
