کاهش صدا و لرزش استاتور موتور BLDC از طریق انتقال فرکانس‌های طبیعی ساختار آن به مقادیر بالاتر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 دانشجوی دکتری، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

با توجه به ضرورت عملکرد کم­صدا و کم­لرزش موتور­های BLDC در کاربردهای خاص، در این مقاله از یک روش جدید بر مبنای تحلیل فرکانسی استفاده شده است که توسط آن فرکانس­های طبیعی استاتور یک موتور BLDC به مقادیر بالاتر انتقال داده می­شود. بدین­وسیله با توجه به کاهش دامنه محتوای فرکانسی نیروهای تحریک الکترومغناطیسی در فرکانس­های بالاتر، اثرات بروز احتمالی تشدید و صدا و لرزش شدید ناشی از آن کاهش خواهد یافت. روش معرفی­شده مبتنی بر ایجاد یک حفره­ در نواحی مشخصی از سطح مقطع استاتور (تعداد نواحی برابر با تعداد دندانه­ها) با موقعیت و قطر مشخص می­باشد. تحلیل­های فرکانسی توسط نرم­افزار SolidWorks انجام شده و بهترین قطر و موقعیت حفره­ها از طریق روش سطح پاسخ (RSM) تعیین گردیده است. عدم ورود ساختار استاتور به اشباع مغناطیسی و عدم افزایش گشتاور دندانه­ای تولیدی موتور، به­عنوان محدودیت مسئله محسوب می­شود. روش پیشنهادی قابل استفاده در استاتور سایر ماشین­های الکتریکی نیز می­باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Reducing the Noise and Vibration of the BLDC Motors’ Stator by Shifting its Natural Frequencies to Higher Values

چکیده [English]


Regarding the necessity of low noise and low vibration operation of the BLDC motors in some especial
applications, a novel method is proposed in this paper in order to shift the natural frequencies of a BLDC
motor’s stator to higher values. Therefore the noise and vibration of the  structural resonances can be reduced
since the electromagnetic excita tion forces in the BLDC motor have lo wer magnitudes at higher frequency
components. The proposed method is  based on placing a single hole, with definite diameter and location, on
definite regions of the stator cross sectional area (each  region contains one stator  tooth and its upper parts in
the stator’s yoke). The frequency analyses have been  done in the SolidWorks software environment and the best
diameter and location of each hole is  extracted by the Response Surface Methodology (RSM).Preventing the
magnetic saturation of the stator structure and the  motor cogging torque enhancement prevention are
considered as constraints for the  problem. The new method also can be  used for other types of electrical
machines’ stator. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Stator
  • Resonance
  • Noise and Vibration
  • Hole
  • SolidWorks
[1]    R. Krishnan, “Acoustic noise and its control in SRMs,” In
Switched Reluctance Motor Drives: Modeling, Simulation,
Analysis, Design, and Applications, 1st ed. Boca Raton,
Florida, CRC Press LLC, ch. 7, sec. 2, 2001. ##
[2]  H. S. Ko and K. J. Kim, “characterization of noise and
vibration sources in interior permanent-magnet brushless DC
motors,” IEEE T MAGN, vol. 40, no. 6, pp. 3482–3489,
Nov. 2004. ##
[3]  S. H. Lee, J. P. Hong, S. M. Hwang, W. T. Lee, J. Y. Lee,
and Y. K. Kim, “Optimal design for noise reduction in
interior permanent- magnet motor,” IEEE T IND A PPL, vol.
45, no. 6, pp. 1954-1960, Nov./Dec. 2009. ##
[4]  D. Y. Kim, J. K. Nam, and G. H. Jang, “Reduction of
magnetically induced vibration of a spoke-type IPM motor
using magneto mechanical coupled analysis and
optimization,” IEEE         T MAGN, vol. 49, no.  9, pp. 5097-5105, Sep. 2013. ##
[5]  K. H. Yim , J. W. Jang , G. H. Jang , M. G. Kim, and K. N.
Kim, “Forced vibration analysis of an IPM motor for
electrical vehicles due to magnetic force,” IEEE T MAGN,
vol. 48, no. 11, pp.       2981-2984, Nov. 2012. ##
[6]  D. Y. Kim, G. H. Jang and J. K. Nam, “Magnetically induced
vibrations in an IPM motor due to distorted magnetic forces
arising from flux weakening control,” IEEE T MAGN, vol.
49, no. 7, pp. 3929-3932, Jul. 2013. ##
[7]  J. M. Kim, T. Sun, S. H. Lee, D. J. Kim, and J. P. Hong,
“Evaluation and improved design about acoustic noise and
vibration in IPMSM,” IEEE Int. Conf. on Electrical
Machines and Systems (ICEMS), Incheon, pp. 1256– 1259,
2010. ##
[8]  W. Fei and P. C. Luk, “Investigation of radial
electromagnetic force density and vibration in a fractional-Slot interior permanent magnet synchronous machine,” IEEE
Energy Conversion Congr. and Exposition (ECCE), Denver,
pp. 2998-5005, 2013. ##
[9]  H. J. Kim, T. G. Lee, S. O. Kwon, and J. P. Hong, “Vibration
analysis according to stator shape design in a PMSM,” IEEE
Int. Conf. on Electrical Machines and Systems (ICEMS),
Incheon, pp. 1235– 1238, 2010. ##
[10]   J. D. Ede, Z. Q. Zhu, and D. Howe, “Rotor resonances of      
high-speed permanent-magnet brushless machines,” IEEE T
IND APP., vol. 38, no. 6, pp. 1542-1548, Nov. /Dec. 2002. ##
[11]   Z. Q. Zhu, K. Ng, and D. Howe, “Design and analysis of
high-speed brushless permanent magnet motors,” 8th Int.
Conf. Electrical Machines and Drives, Cambridge, pp. 381-385, 1997. ##
[12]   T. J. Kim, S. M. Hwang, K. T. Kim, W. B. Jung, and C. U.
Kim, “Comparison of dynamic responses for IPM and SPM
motors by considering mechanical and magnetic coupling,”
IEEE T MAGN, vol. 37, no.4, pp. 3448 – 3451, Jul. 2001. ##
[13]   D. Kim, J. Song, and G. Jang, “Magnetic and structural finite
element analysis of rotor vibrations due to magnetic force in
IPM motor”, IEEE T MAGN, vol. 50, no. 2, Feb. 2014.   ##
[14]   P. Vijayraghavan and R. Krishnan, “Noise in electric
machines: a review,” IEEE T IND APP., vol. 35, no. 5, pp.
251 – 258, Sep. /Oct. 1999. ##
[15]   J. F. Gieras, C. Wang, and J. C. Lai, “Stator system vibration
analysis,” In Noise of polyphase electric motors, 1st ed. Boca
Raton, Florida, CRC Press LLC, ch. 5, sec. 2&3, 2006 .  ##
[16]   A. Leissa, “Vibration of shells,” Acoustic Society of
America, American Ins. of Physics, 1993.##