Analiza wibroakustyczna silników do samochodów osobowych i dostawczych

• Autorzy: Król Emil , Maciążek Marcin , Rossa Robert

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.01.50

Warianty tytułu

EN

Vibroacoustic analysis of motors for cars and vans

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono analizy wibroakustyczne nowoczesnych silników synchronicznych z magnesami trwałymi. Analizowane silniki są wykorzystywane w napędach elektrycznych pojazdów osobowych oraz dostawczych, w których dopuszczalna masa całkowita (DMC) nie przekracza 3.5 t. Ze względu na specyficzne wymagania napędów trakcyjnych takie jak: wysoki moment maksymalny, praca przy wysokich prędkościach obrotowych oraz duża moc w stosunku do masy i objętości silnika, może dochodzić do nadmiernego hałasu generowanego przez napęd. Dążenie do minimalizacji masy oraz podnoszenia parametrów elektromechanicznych napędu powoduje zmniejszenie sztywności konstrukcji mechanicznej silnika, co może powodować nadmierny wzrost poziomu hałasu. Projektowanie napędów trakcyjnych pracujących w szerokim zakresie prędkości obrotowych wymaga przeprowadzania analizy wibroakustycznej już na etapie projektu silnika oraz jego modyfikacji, tak aby spełniał zarówno parametry elektromechaniczne, jak również wibroakustyczne, co zostało przedstawione w poniższym artykule.

EN

The article presents vibroacoustic analyses of modern permanent magnet synchronous motors. The analyzed motors are used in the electric drive systems of passenger vehicles and vans in which the GVW does not exceed 3.5 t. Due to the specific requirements of traction drives such as high maximum torque, operation at high speeds and high power in relation to the mass and volume of the motor, there can be excessive noise generated by the drive. The efforts to minimize weight and increase electromechanical performance of the traction drive result in a reduction in the rigidity of the motor's mechanical structure, which can cause excessive noise. Designing traction drives operating over a wide range of speeds requires vibroacoustic analysis already at the stage of motor design and its modification, to satisfy both electromechanical and vibroacoustic parameters, which is presented in the following article.

Słowa kluczowe

PL

napęd elektryczny; silnik elektryczny; PMSM; hałas

EN

electric drive; electric motor; PMSM; noise

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 1
• Strony: 239--244
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Król Emil

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

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

autor

Maciążek Marcin

• Politechnika Śląska, Wydział Elektryczny, Katedra Energoelektroniki, Napędu Elektrycznego i Robotyki, ul. B. Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice

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

autor

Rossa Robert

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

• https://orcid.org/0000-0002-5658-8056

Bibliografia

• 1. 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.
• 2. Night noise guidelines for Europe; Hurtley, C., World Health Organization, Eds.; World Health Organization Europe: Copenhagen, Denmark, 2009; ISBN 978-92-890-4173-7.
• 3. Fastl, H.; Zwicker, E. Psychoacoustics: Facts and Models; Springer series in information sciences; 3rd. ed.; Springer: Berlin ; New York, 2007; ISBN 978-3-540-23159-2.
• 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. Woo, J.-H.; Jung, D.-H.; Choi, J.; Kim, H.; Lee, J. A Study on IPMSM Design, as the Load Motor for the Motor Driving Test of Urban Railway Vehicle through HILS, for Achieving High Power Density. 2016 19th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2016, 4.
• 7. Jung, Y.-H.; Park, M.-R.; Kim, K.-O.; Chin, J.-W.; Hong, J.-P.; Lim, M.-S. Design of High-Speed Multilayer IPMSM Using Ferrite PM for EV Traction Considering Mechanical and Electrical Characteristics. IEEE Trans. on Ind. Applicat. 2021, 57, 327–339, doi:10.1109/TIA.2020.3033783.
• 8. 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.
• 9. 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.
• 10. Król, E.; Wolnik, T. Silniki PMSM Do Zastosowań Trakcyjnych – Właściwości Układu Zasilania Ograniczające Parametry Silnika.
• 11. Rossa, R. Napęd Elektryczny Ekit – Kształtowanie Charakterystyk Elektromechanicznych Wybranymi Zabiegami Konstrukcyjnymi.
• 12. 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.
• 13. La Delfa, P.; Hecquet, M.; Gillon, F.; Le Besnerais, J. Analysis of Radial Force Harmonics in PMSM Responsible for Electromagnetic Noise. In Proceedings of the 2015 Tenth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER); IEEE: Monte Carlo, March 2015; pp. 1–6.
• 14. Król, E. Metody analizy wibroakustycznej silników z magnesami trwałymi. Przegląd Elektrotechniczny 2022, 1, 220–225, doi:10.15199/48.2022.11.45.
• 15. Andresen, J.; Vip, S.; Mertens, A.; Paulus, S. Theory of Influencing the Breathing Mode and Torque Pulsations of Permanent Magnet Electric Machines with Harmonic Currents. In Proceedings of the 2020 22nd European Conference on Power Electronics and Applications (EPE’20 ECCE Europe); IEEE: Lyon, France, September 2020; p. P.1-P.9.
• 16. Devillers, E.; Gning, P.; Besnerais, J.L. Effect of Uneven Magnetization on Magnetic Noise and Vibrations in PMSM – Application to EV HEV Electric Motor NVH. In Proceedings of the 2020 International Conference on Electrical Machines (ICEM); IEEE: Gothenburg, Sweden, August 23 2020; pp. 1786–1792.
• 17. 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

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).