Шум двигателя можно разделить на три категории: аэродинамический, механический и электромагнитный. В последние годы люди уделяют всё больше внимания влиянию источников электромагнитного шума. Это обусловлено двумя основными причинами:
(а) Для двигателей малого и среднего размера, особенно с мощностью менее 1.5 кВт, электромагнитный шум доминирует в акустическом поле.
(б) Этот тип шума возникает в первую очередь из-за сложности изменения магнитных свойств двигателя после его изготовления.
В предыдущих исследованиях широко изучалось влияние различных факторов на шум двигателя, таких как влияние тока широтно-импульсной модуляции на поведение акустического шума синхронных двигателей с внутренними постоянными магнитами; влияние обмоток, корпуса машины и пропитки на резонансную частоту статора; влияние давления зажима сердечника, обмоток, клиньев, профилей зубцов, температуры и т. д. на поведение вибрации статоров различных типов двигателей.
Однако влияние пластин сердечника статора на вибрационные характеристики двигателя до конца не изучено, хотя известно, что крепление пластин увеличивает жёсткость сердечника и в некоторых случаях может даже действовать как гаситель вибраций. В большинстве исследований сердечник статора моделируется как толстый, однородный цилиндрический сердечник, что снижает сложность моделирования и вычислительную нагрузку.
Исследователи из Университета Макгилла и их команда проанализировали большое количество образцов двигателей, чтобы изучить влияние шихтованных и нешихтованных сердечников статора на шум двигателя. Они создали модели САПР на основе измеренной геометрии и свойств материалов реальных двигателей, используя в качестве эталонной модели 4-полюсный 12-пазовый синхронный двигатель с внутренними постоянными магнитами (IPMSM). Моделирование шихтованного сердечника статора производилось с помощью инструментария Laminated Model Toolbox в Simcenter 3D, который задает параметры в соответствии со спецификациями производителя, включая коэффициент затухания, метод шихтованности, допуски между слоями, а также сдвиговые и нормальные напряжения клея. Для точной оценки акустического шума, излучаемого двигателем, они разработали эффективную акустическую модель, которая позволяет установить связь между статором и жидкостью, моделируя акустическую жидкость, окружающую существующую конструкцию статора, и анализируя акустическое поле вокруг двигателя IPM.
Рисунок 1. (а) Двумерная электромагнитная модель. (б) Диапазон изменения проектных переменных во всем проектном пространстве.
Исследователи отметили, что режимы вибрации шихтованного сердечника статора имеют более низкие резонансные частоты, чем шихтованного сердечника статора той же геометрии двигателя; несмотря на частые резонансы во время работы, уровень звукового давления конструкции двигателя с шихтованным сердечником статора оказался ниже ожидаемого; значение коэффициента корреляции, превышающее 0.9, указывает на то, что, используя суррогатную модель для точной оценки уровня звукового давления эквивалентного сплошного сердечника статора, можно сократить вычислительные затраты на моделирование шихтованных статоров для акустических исследований.
Рисунок 2. Уровни звукового давления шихтованных и нешихтованных образцов сердечников статора 4-полюсного 12-пазового двигателя IPM
Рисунок 3. Распределение коэффициента корреляции Спирмена для шихтованных и нешихтованных статоров от 500 до 3000 об/мин
