Wpływ kadłuba na poziom hałasu silników trakcyjnych

• Autorzy: Król Emil , Maciążek Marcin

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.12.47

Warianty tytułu

EN

Impact of housing on traction motor noise

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule opisano podstawowe metody analizy i oceny przyczyn hałasu występującego w silnikach trakcyjnych z magnesami trwałymi z wirnikiem, w którym magnesy zostały umieszczone wewnątrz wirnika (PMSM IPM). Przedstawiono w nim analizę hałasu akustycznego silnika o mocy 240 kW z 60 żłobkami stojana i liczbą par biegunów 2p=10 przeznaczonego do napędów autobusów i samochodów ciężarowych. W dalszej części pokazano wyniki analizy wpływu kadłuba na ogólny poziom hałasu silnika. Obliczono częstotliwości drgań własnych stojana silnika oraz sił działających w szczelinie powietrznej. Na podstawie tych danych obliczono poziom mocy akustycznej (A-SWL) w całym zakresie prędkości obrotowych silnika zarówno z kadłubem, jak również bez kadłuba. Pokazano, jak wpływa kadłub na poziom hałasu silnika, określono co jest podstawowym źródłem hałasu silników trakcyjnych pracujących w szerokich zakresach prędkości obrotowych.

EN

The article describes basic methods for analyzing and evaluating the causes of noise occurring in permanent magnet permanent magnet motors with a rotor in which the magnets have been placed inside the rotor (PMSM IPM). An analysis of the acoustic noise of a 240 kW motor with 60 stator slots and a number of pole pairs of 2p=10 designed for bus and truck drives is presented. The computational effect of the housing on the overall noise of the motor is presented. The natural frequencies of the motor stator and the forces acting in the air gap were calculated . Based on these data, the sound power level (A-SWL) was calculated over the entire range of motor speeds both with and without the housing, and it was shown how the housing affects motor noise. It was determined what is the primary cause of noise of traction motors operating in wide speed ranges.

Słowa kluczowe

PL

kadłub silnika; hałas silnika; napęd trakcyjny; napęd elektryczny; PMSM IPM

EN

motor housing; motor noise; traction drive; electric drive; PMSM IPM

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 12
• Strony: 262--266
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Król Emil

• Sieć Badawcza Łukasiewicz Górnośląski Instytut Technologiczny, ul. Karola Miarki 12-14, 44-100 Gliwice

• https://orcid.org/0000-0002-6478-3548

autor

Maciążek Marcin

• Sieć Badawcza Łukasiewicz Górnośląski Instytut Technologiczny, ul. Karola Miarki 12-14, 44-100 Gliwice

• https://orcid.org/0000-0002-4671-9980

Bibliografia

• 1. Rossa, R.; Król, E. Regulacja prędkości obrotowej w napędzie elektrycznym „e-Kit” dedykowanym do elektryfikacji małych samochodów osobowych i dostawczych. Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe 75–80.
• 2. DIRECTIVE (EU) 2019/ 1161 OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL - of 20 June 2019 - Amending Directive 2009/ 33/ EC on the Promotion of Clean and Energy-Efficient Road Transport Vehicles. 15.
• 3. Night noise guidelines for Europe; Hurtley, C., World Health Organization, Eds.; World Health Organization Europe: Copenhagen, Denmark, 2009; ISBN 978-92-890-4173-7.
• 4. COMMISSION DELEGATED REGULATION (EU) 2019/ 839 - of 7 March 2019 - Amending Regulation (EU) No 540 / 2014 of the European Parliament and of the Council on the Sound Level of Motor Vehicles and of Replacement Silencing Systems. 4.
• 5. Hofmann, A.; Qi, F.; Lange, T.; De Doncker, R.W. The Breathing Mode-Shape 0: Is It the Main Acoustic Issue in the PMSMs of Today’s Electric Vehicles? In Proceedings of the 2014 17th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS); IEEE: Hangzhou, China, October 2014; pp. 3067–3073.
• 6. Chen, B.; Wu, J.; Sun, Q.; Wu, H.; Zhang, L. FEA-Based Mathematical Modeling and Simulation for IPMSM Drive with Consideration of Saturation and Cross-Coupling Influence. In Proceedings of the 2019 22nd International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS); IEEE: Harbin, China, August 2019; pp. 1–5.
• 7. Hwang, Y.-H.; Lee, J. HEV Motor Comparison of IPMSM With Nd Sintered Magnet and Heavy Rare-Earth Free Injection Magnet in the Same Size. IEEE Trans. Appl. Supercond. 2018, 28, 1–5, doi:10.1109/TASC.2018.2807377.
• 8. Król, E.; Wolnik, T. Silniki PMSM do zastosowań trakcyjnych – właściwości układu zasilania ograniczające parametry silnika. Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe 2021, Nr 2 (126), 146–151.
• 9. Rossa, R. Napęd elektryczny eKit – kształtowanie charakterystyk elektromechanicznych wybranymi zabiegami konstrukcyjnymi. Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe 153–161.
• 10. Le Besnerais, J. Fast Prediction of Variable-Speed Acoustic Noise Due to Magnetic Forces in Electrical Machines. In Proceedings of the 2016 XXII International Conference on Electrical Machines (ICEM); IEEE: Lausanne, Switzerland, September 2016; pp. 2259–2265.
• 11. Devillers, E.; Hecquet, M.; Devillers, E.; Le Besnerais, J. A New Hybrid Method for the Fast Computation of Airgap Flux and Magnetic Forces in IPMSM. In Proceedings of the 2017 Twelfth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER); IEEE: Monte-Carlo, Monaco, April 2017; pp. 1–8.
• 12. Andersson, A.; Thiringer, T. Electrical Machine Acoustic Noise Reduction Based on Rotor Surface Modifications. In Proceedings of the 2016 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE); IEEE: Milwaukee, WI, USA, September 2016; pp. 1–7.
• 13. Jung, J.-W.; Lee, S.-H.; Lee, G.-H.; Hong, J.-P.; Lee, D.-H.; Kim, K.-N. Reduction Design of Vibration and Noise in IPMSM Type Integrated Starter and Generator for HEV. IEEE Trans. Magn. 2010, 46, 2454–2457, doi:10.1109/TMAG.2010.2041434.
• 14. Zuo, S.; Lin, F.; Wu, X. Noise Analysis, Calculation, and Reduction of External Rotor Permanent-Magnet Synchronous Motor. IEEE Trans. Ind. Electron. 2015, 62, 6204–6212, doi:10.1109/TIE.2015.2426135.
• 15. Harries, M.; Woerndle, A.; De Doncker, R.W. Low Vibrations and Improved NVH in Permanent Magnet Synchronous Machines Due to Injection of Flux-Linkage Harmonics. IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron. 2021, 1–1, doi:10.1109/JESTPE.2021.3092711.
• 16. Kanematsu, M.; Miyajima, T.; Fujimoto, H.; Hori, Y.; Enomoto, T.; Kondou, M.; Komiya, H.; Yoshimoto, K.; Miyakawa, T. Proposal of 6th Radial Force Control Based on Flux Linkage. In Proceedings of the 2014 International Power Electronics Conference (IPEC-Hiroshima 2014 - ECCE ASIA); IEEE: Hiroshima, Japan, May 2014; pp. 2421–2426.
• 17. Liang, J.; Li, Y.; Mak, C.; Bilgin, B.; Al-Ani, D.; Emadi, A. A Comprehensive Analysis of the Acoustic Noise in an Interior Permanent Magnet Traction Motor. In Proceedings of the 2019 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE); IEEE: Baltimore, MD, USA, September 2019; pp. 3845–3851.
• 18. Pellerey, P.; Favennec, G.; Lanfranchi, V.; Friedrich, G. Active Reduction of Electrical Machines Magnetic Noise by the Control of Low Frequency Current Harmonics. In Proceedings of the IECON 2012 - 38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society; IEEE: Montreal, QC, Canada, October 2012; pp. 1654–1659.
• 19. Król, E. Metody analizy wibroakustycznej silników z magnesami trwałymi. ELECTROTECHNICAL REVIEW 2022, 1, 220–225, doi:10.15199/48.2022.11.45.
• 20. Król, E.; Maciążek, M. Identification and Analysis of Noise Sources of Permanent Magnet Synchronous Traction Motor with Interior Permanent Magnet. Energies 2023, 16, 6018, doi:10.3390/en16166018.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).