Il rumore dei motori può essere suddiviso in tre categorie: fonti di rumore aerodinamico, meccanico ed elettromagnetico. Negli ultimi anni, l'attenzione all'impatto delle fonti di rumore elettromagnetico è cresciuta. Ciò è dovuto principalmente a due motivi:

(a) Per i motori di piccole e medie dimensioni, in particolare quelli con potenza nominale inferiore a 1.5 kW, il rumore elettromagnetico domina il campo acustico.

(b) Questo tipo di rumore è dovuto principalmente alla difficoltà di modificare le proprietà magnetiche del motore una volta prodotto.

In studi precedenti è stata ampiamente esplorata l'influenza di vari fattori sul rumore del motore, come l'effetto della corrente di modulazione della larghezza di impulso sul comportamento del rumore acustico degli azionamenti dei motori sincroni a magneti permanenti interni; l'influenza degli avvolgimenti, dei telai delle macchine e dell'impregnazione sulla frequenza di risonanza dello statore; l'influenza della pressione di serraggio del nucleo, degli avvolgimenti, dei cunei, dei profili dei denti, della temperatura, ecc. sul comportamento delle vibrazioni degli statori di diversi tipi di motori.

Tuttavia, l'impatto delle lamiere del nucleo dello statore sul comportamento vibrazionale del motore non è stato ancora completamente studiato, sebbene sia noto che il serraggio delle lamiere aumenti la rigidità del nucleo e, in alcuni casi, possa persino fungere da smorzatore di vibrazioni. La maggior parte degli studi modella il nucleo dello statore come un nucleo cilindrico spesso e uniforme per ridurre la complessità di modellazione e l'onere computazionale.

I ricercatori della McGill University e il loro team hanno analizzato un gran numero di campioni di motori per studiare gli effetti dei nuclei statorici laminati e non laminati sul rumore del motore. Hanno creato modelli CAD basati sulla geometria misurata e sulle proprietà dei materiali di motori reali, utilizzando un motore sincrono a magneti permanenti interni (IPMSM) a 4 poli e 12 slot come modello di riferimento. Il nucleo statorico laminato è stato modellato utilizzando il Laminated Model Toolbox di Simcenter 3D, che imposta i parametri in base alle specifiche del produttore, tra cui il coefficiente di smorzamento, il metodo di laminazione, la tolleranza interstrato e lo sforzo di taglio e normale dell'adesivo. Per valutare accuratamente il rumore acustico emesso dal motore, hanno sviluppato un modello acustico efficiente che consente l'accoppiamento tra lo statore e il fluido, modellando il fluido acustico che circonda la struttura dello statore esistente e analizzando il campo acustico attorno al motore IPM.

Figura 1. (a) Modello elettromagnetico bidimensionale. (b) Intervallo di variazione delle variabili di progettazione nell'intero spazio di progettazione.

I ricercatori hanno osservato che le modalità di vibrazione del nucleo dello statore laminato presentano frequenze di risonanza inferiori rispetto al nucleo dello statore non laminato della stessa geometria del motore; nonostante le frequenti risonanze durante il funzionamento, il livello di pressione sonora del motore con nucleo dello statore laminato era inferiore al previsto; il valore del coefficiente di correlazione superiore a 0.9 indica che affidandosi a un modello surrogato per stimare accuratamente il livello di pressione sonora del nucleo dello statore solido equivalente, è possibile ridurre il costo computazionale della modellazione degli statori laminati per gli studi acustici.

Figura 2 Livelli di pressione sonora di campioni di nucleo dello statore laminato e non laminato di un motore IPM a 4 poli e 12 slot

Figura 3 Distribuzione del coefficiente di correlazione di Spearman degli statori laminati e non laminati da 500 RPM a 3000 RPM