Naturalne pola magnetyczne związane są ze zjawiskami występującymi w atmosferze (np. wyładowaniami podczas burzy), natomiast pola wytwarzane sztucznie są przejawem działalności człowieka. Mogą się one różnić między sobą długością fali i częstotliwością.

Do scharakteryzowania pól magnetycznych małych częstotliwości często stosuje się wielkość alternatywną dla natężenia pola magnetycznego – indukcję magnetyczną. Indukcja magnetyczna (B) to składowa pola magnetycznego, którą mierzy się w teslach (T) lub gaussach (G).

Jest to wielkość związana głównie z polem magnetycznym, niezależnie od tego, czy jest ono stałe (np. pole magnesu) czy zmienne (np. wokół przewodnika z prądem przemiennym). Indukcję magnetyczną przedstawia poniższy wzór [1–2]: B=μH gdzie: B – indukcja magnetyczna [T], μ – przenikalność magnetyczna [T× ∙ m/A], H – natężenie pola magnetycznego [A/m].

Główna różnica między pomiarem pola elektromagnetycznego a pomiarem indukcji magnetycznej polega na tym, że pomiar indukcji magnetycznej dotyczy wyłącznie składowej magnetycznej pola, podczas gdy pomiar pola elektromagnetycznego obejmuje zarówno składową elektryczną, jak i magnetyczną, często w kontekście fal elektromagnetycznych [1–2].

Pole elektromagnetyczne w pojazdach samochodowych

Silniki samochodów elektrycznych i zasilająca je instalacja prądu przemiennego emitują PEM o częstotliwości 20–600 Hz, zależnie od trybu jazdy. Stacje ładowania akumulatorów emitują PEM o częstotliwości 20–100 kHz.

Konstrukcja pojazdu w dużej części jest wykonana z elementów metalowych, co przy częstotliwościach pracy rzędu 0,8–150 kHz stanowi barierę przed emisją pola elektromagnetycznego. Pole elektromagnetyczne w pojazdach elektrycznych zawiera się w przedziale od pola niskiej częstotliwości po promieniowanie mikrofalowe.

Silniki i sterownik z przewodami w samochodach elektrycznych, a także alternator w samochodach spalinowych emitują pola magnetyczne niskiej częstotliwości, czyli indukcję magnetyczną [1,2–6]. Głównymi źródłami indukcji magnetycznej w samochodzie z napędem elektrycznym są:

• Silnik elektryczny – w silniku przepływ prądu przez uzwojenia stojana wytwarza pole magnetyczne, które oddziałuje na wirnik. Ponieważ wirnik często jest wykonany z materiałów magnetycznych (np. magnesów trwałych lub rdzeni ferromagnetycznych), pole to powoduje powstanie indukcji magnetycznej, dzięki której powstaje moment obrotowy i napędzane są koła. 
• Przewody wysokiego napięcia – przewody i połączenia elektryczne, np. między baterią a falownikiem, również generują pole magnetyczne.
• Falownik – steruje przepływem prądu do silnika, zamieniając prąd stały (direct current – DC) z baterii na prąd przemienny (alternating current – AC). Zmienny prąd w uzwojeniach silnika powoduje zmienne pole magnetyczne.
• Baterie i systemy ładowania – chociaż same baterie nie generują zmiennego pola magnetycznego (prąd stały), to podczas ładowania mogą pojawiać się zmienne prądy (np. w ładowarkach).

W samochodzie z napędem konwencjonalnym źródła indukcji magnetycznej (B) są inne niż w elektrycznym, ale nadal występują. Jej główne źródła to:

• Alternator – główne źródło pola magnetycznego. Wewnątrz alternatora wirnik z uzwojeniem wytwarza zmienne pole magnetyczne.
• Cewka zapłonowa i przewody wysokiego napięcia – zmienia napięcie z 12 V do kilkunastu tysięcy woltów, aby wygenerować iskrę w świecy zapłonowej. Przepływ prądu przez cewkę powoduje powstanie silnego pola magnetycznego, które następnie zanika, indukując wysokie napięcie.
• Rozrusznik – generuje pole magnetyczne w uzwojeniach. Mimo że działa tylko przez chwilę, generuje silne impulsy pola magnetycznego [1,3–5].

Wpływ PEM na człowieka

Oddziaływanie pola elektromagnetycznego na organizm może powodować stymulację tkanki pobudliwej na skutek indukowania w ciele prądów elektrycznych. Największe znaczenie zjawisko to ma przy częstotliwościach niższych od kilkuset kHz.

Ponadto ma miejsce ogrzewanie tkanek powodowane pochłanianiem energii pól (tzw. efekt termiczny), a najistotniejsze jest występowanie tego zjawiska przy częstotliwości powyżej 1 MHz. Także poruszanie się w polu elektromagnetycznym może powodować m.in. zawroty głowy, nudności i utrudnioną koordynację wzrokowo-ruchową.

Te objawy ustają po oddaleniu się od źródła PEM. Skutkiem oddziaływania pola elektromagnetycznego mogą być niepożądane zmiany funkcjonowania organizmu.

Wyniki badań naukowych wskazują, że do możliwych skutków oddziaływania pola elektromagnetycznego należy zaliczyć:

• zaburzenia układu nerwowego i sercowo-naczyniowego oraz odpornościowego,
• procesy nowotworowe,
• a także dolegliwości subiektywne (np. bóle głowy, zmęczenie, zaburzenia pamięci).

U ludzi, którzy mieszkają w pobliżu linii przesyłowych, generatorów elektryczności i podobnych urządzeń zakłócających, odnotowuje się dużą liczbę schorzeń. Badania przeprowadzone w 1979 r. przez fizyka Eda Leepera wykazały, że u dzieci narażonych na działanie zaledwie 0,3 μT dwukrotnie częściej występowała białaczka.

W 1998 r. to badanie powtórzył amerykański Departament Zdrowia stanu Nowy Jork – uzyskane wyniki zostały wówczas potwierdzone [6]. Badania wykazują, że próg ochronny bezpośredniego oddziaływania pola elektrycznego prądu przemiennego nie powinien przekraczać 5 V/m z potencjałem uziemienia oraz 1,5 V/m bez potencjału uziemienia. Emisja pola magnetycznego prądu przemiennego nie powinna przekraczać 0,1 μT [1, 4–8].

Porównanie PEM w trzech autach

Przedmiot badania

Żeby porównać emisję PEM w samochodach z napędem elektrycznym i konwencjonalnym autorzy niniejszego artykułu wykonali pomiary indukcji magnetycznej w trzech autach osobowych z nadwoziami typu Crossover, wyprodukowanych w 2021 r.:

1. Obiektem badań są 3 samochody osobowe. Samochód z napędem konwencjonalnym marki – Dacia Sandero III z silnikiem benzynowym 1.0 Tce z turbodoładowaniem o mocy 67 kW (fot. 1, tab. 1).

Fot. 1. Samochód z napędem konwencjonalnym Dacia Sandero. Źródło: Opracowanie własne

2. Samochód z napędem elektrycznym marki – Dacia Spring z silnikiem synchronicznym z magnesem stałym o mocy 33 kW (fot. 2, tab. 2).

3. Samochód z napędem hybrydowym marki – Toyota C-HR z silnikiem spalinowym 1.8 o mocy 72 kW oraz silnikiem elektrycznym o mocy 53 kW. Całkowita moc układu hybrydowego wynosi 90 kW (fot. 3, tab. 3).

4. Wszystkie pojazdy zostały wyprodukowane w 2021 r., wszystkie pojazdy miały nadwozia typu Crossover. Do badań wybrano najtańsze pojazdy marki Dacia.

Gdy pomiary były przeprowadzane, marka ta nie posiada w swojej ofercie samochodu hybrydowego, dlatego zdecydowano się na porównanie samochodu z napędem hybrydowym marki Toyota. Wybrano najtańsze pojazdy marki Dacia, a ponieważ ta marka nie ma w ofercie auta hybrydowego, porównano je z samochodem marki Toyota.

Fot. 2. Samochód z napędem elektrycznym Dacia Spring. Źródło: Opracowanie własne 

Tabela 2. Dane techniczne samochodu Dacia Spring [10]. Źródło: [10]

Fot. 3. Samochód z napędem hybrydowym Toyota C-HR. Źródło: Opracowanie własne

Tabela 3. Dane techniczne samochodu Toyota C-HR [11]. Źródło: [11]

Pomiary i ich wyniki

Pomiary indukcji magnetycznej przeprowadzono przy użyciu miernika pola elektromagnetycznego TM-191 (fot. 4, tab. 4). To przyrząd pracujący w zakresie 30–300 Hz.

Wykonano pomiary stanowiskowe i pomiary indukcji magnetycznej podczas ładowania pojazdu elektrycznego przy stacji ładowania. Aby wykluczyć zakłócenia pomiarów, w czasie pomiaru radio i inne sprzęty elektroniczne były wyłączone [12].

Fot. 4. Miernik pola elektromagnetycznego Tenmars TM-191. Źródło: [13]

Tabela 4. Parametry techniczne miernika elektromagnetycznego TM-191. Źródło: [13]

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Oleje i smary

Badanie oleju silnikowego jako narzędzie diagnostyczne

Olej silnikowy gra ważną rolę w prawidłowej pracy silnika spalinowego. Jego podstawowym zadaniem jest zapewnienie odpowiednich warunków smarowania współpracujących elementów, ograniczenie tarcia i chłodzenie, a także ochrona powierzchni roboczych przed nadmiernym zużyciem. 

Lakiernictwo

Nowoczesne materiały nadwoziowe a tradycyjne techniki napraw – gdzie kończy się rutyna i zaczynają nowe wyzwania

Jeszcze kilkanaście lat temu naprawy nadwozi opierały się na względnie jednorodnym podejściu technologicznym, wynikającym z dominacji stali o umiarkowanej wytrzymałości. 

Lakiernictwo

Lakierowanie pojazdów hybrydowych i elektrycznych – te same lakiery, zupełnie inne wyzwania

Dynamiczny wzrost liczby pojazdów hybrydowych i elektrycznych w europejskim parku samochodowym przekłada się bezpośrednio na praktykę napraw blacharsko-lakierniczych.

1. Samochód z napędem konwencjonalnym

W samochodzie z napędem konwencjonalnym pomiary indukcji magnetycznej przeprowadzono w okolicy alternatora. Za każdym razem wykonano 20 pomiarów bezpośrednio przy urządzeniu oraz w odległościach 0,2 m i 0,5 m od niego.

Podczas pomiarów temperatura otoczenia na zewnątrz wynosiła ok. 15°C.

Ilustracja 1. Indukcja magnetyczna w okolicy alternatora – pojazd konwencjonalny.
Źródło: Opracowanie własne

Podczas badań stanowiskowych zarejestrowano indukcję magnetyczną w samochodzie spalinowym w okolicy alternatora na poziomie 2,25 μT. W odległości 20 cm od źródła wynosiła ona już poniżej 1 μT.

2. Samochód z napędem elektrycznym

Pomiary indukcji magnetycznej przeprowadzono w pojeździe podczas uruchomionego napędu, a następnie na postoju podczas ładowania pojazdu przy stacji ładowania. Za każdym razem wykonano 20 pomiarów bezpośrednio przy urządzeniu oraz w odległościach 0,2 m i 0,5 m.

Podczas pomiarów temperatura otoczenia na zewnątrz wynosiła ok. 15°C. W samochodzie elektrycznym podczas badania stanowiskowego indukcja magnetyczna wystąpiła w okolicy sterownika i przewodów (5 μT) i przy silniku (3,3 μT) (ilustracja 2).

Ilustracja 2. Indukcja magnetyczna – pojazd elektryczny.
Źródło: Opracowanie własne

Największą indukcję magnetyczną (41,7 μT) zarejestrowano podczas ładowania samochodu elektrycznego w okolicy ładowarki i przewodów wysokiego napięcia (ilustracja 3). Przy przewodzie ładowarki wynosiła ona 3,9 μT, a w okolicy sterownika i przewodów w pojeździe – 2,2 μT.

Ilustracja 3. Indukcja magnetyczna w okolicy ładowarki podczas ładowania pojazdu elektrycznego. Źródło: Opracowanie własne

3. Samochód z napędem hybrydowym

W samochodzie z napędem hybrydowym pomiary indukcji magnetycznej przeprowadzono w okolicy alternatora oraz silnika elektrycznego, sterownika i przewodów wysokiego napięcia. Za każdym razem wykonano 20 pomiarów bezpośrednio przy urządzeniu oraz w odległościach 0,2 m i 0,5 m.

Podczas pomiarów temperatura otoczenia na zewnątrz wynosiła ok. 15°C. Podczas badań w samochodzie hybrydowym w okolicy silnika elektrycznego zarejestrowano indukcję magnetyczną na poziomie 62,7 μT, w okolicy sterownika i przewodów – 20 μT, a w okolicy alternatora – 12,6 μT (ilustracja 4). W odległości 20 cm wynosiła ona 12,4 μT dla silnika elektrycznego, 6,5 μT dla sterownika i 4 μT dla alternatora (ilustracja 4).

Ilustracja 4. Indukcja magnetyczna – pojazd hybrydowy. 
Źródło: Opracowanie własne

Podsumowanie

Pole magnetyczne o natężeniu 1 A/m charakteryzuje jednocześnie indukcja magnetyczna o wartości ok. 1,25 μT, a więc wartość dopuszczalna dla niskich częstotliwości (50 Hz – 10 kHz dla pracy silnika elektrycznego oraz ok. 60 Hz dla alternatora) wynosi 100 μT. W przypadku stacji ładowania pojazdów elektrycznych (50–100 kHz) wartość maksymalna to 50 μT [4–8].

Indukcja magnetyczna w samochodzie z napędem konwencjonalnym jest mniejsza niż w samochodzie elektrycznym. Największą indukcję magnetyczną stwierdzono w pojeździe hybrydowym, w bezpośredniej okolicy silnika elektrycznego.

Spowodowane może to być zastosowaniem napędu o większej mocy niż w przypadku badanego samochodu elektrycznego. Warto dodać, że wartość indukcji magnetycznej znacznie spadała już w odległości 20 cm od źródła PEM.

Według Międzynarodowej Komisji Ochrony przed Promieniowaniem Niejonizującym (International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection – ICNIRP) wartość indukcji magnetycznej nie może przekraczać 40 μT wewnątrz pojazdu i ok. 100 μT w bezpośrednim otoczeniu stacji ładowania [14]. W niniejszym badaniu bezpośrednio przy ładowarce pojazdu elektrycznego stwierdzono indukcję magnetyczną na poziomie 42 μT (w obszarze przewodów ładowarki).

Wartość ta nie przekracza wartości dopuszczalnej, jednak bezpośrednie przebywanie obok ładowarki może wpływać negatywnie na zdrowie. Na wielkość indukcji magnetycznej duży wpływ ma moc układu napędowego samochodu.

Ocena ekspozycji na pole elektromagnetyczne wyższych częstotliwości, które jest związane z użytkowaniem pojazdów, wykazała ich relatywnie niski poziom podczas jazdy. Pomiary indukcji magnetycznej w pojazdach elektrycznych i hybrydowych wykazały, że rozmieszczenie przetwornika DC/AC i przewodów łączących go z silnikiem, a także ich odległość od foteli kierowcy i pasażerów, znacząco wpływa na poziom ekspozycji – indukcja magnetyczna maleje wraz z odległością od jej źródła.

Artykuł został przygotowany przez ekspertów ze Stowarzyszenia Rzeczoznawców Motoryzacyjnych i Maszynowych oraz Biegłych POLEKSMOT. Członkowie Stowarzyszenia stanowią grupę specjalistów w dziedzinach związanych z motoryzacją, budową oraz eksploatacją maszyn i urządzeń, a także szeroko rozumianą inżynierią materiałową. Więcej informacji o Stowarzyszeniu można znaleźć na stronie: poleksmot.pl.

Literatura:

[1] J. Mercola: Pole Elektromagnetyczne EMF. Wydawnictwo Vital, Białystok, 2020.
[2] International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection, https://www.icnirp.org [dostęp: 19.12.2023].
[3] Gryz K., Karpowicz J., Zradziński P. i wsp.: Ekspozycja na pole elektromagnetyczne podczas użytkowania pojazdów samochodowych z napędem elektrycznym lub hybrydowym. Bezpieczeństwo Pracy 2020(12):18–21.
[4] Zhao L., Liu X., Wang C., Yan K., Lin X., Li S., Bao H.: Magnetic Fields Exposure and Childhood Leukemia Risk: A Meta-Analysis Based on 11,699 Cases and 13,194 Controls, Leukemia Research 2014;38(3): 269–274.
[5] Olabi A.G., Ali Abdelkareem M.A., Wilberforce T. i wsp .: Battery electric vehicles: Progress, power electronic converters, strength (S), weakness (W), opportunity (O), and threats (T). International Journal of Thermofluids 2022(16), 100212, https://doi.org/10.1016/j.ijft.2022.100212.
[6] Wertheimer, N., & Leeper, E. (1979). Electrical wiring configurations and childhood cancer. American Journal of Epidemiology, 109(3), 273–284. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aje.a112681
[7] Priya A., Kumar S.: Review on Converters used in Electric Drive System. International Journal for Modern Trends in Science and Technology 2023;9(1):1–9.
[8] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 17 grudnia 2019 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku, tekst jedn. Dz.U. z 2019 r. poz. 2448.
[9] Sandero. DACIA Polska. https://www.dacia.pl/samochody/sandero.html [dostęp: 12.09.2023].
[10] Nowy miejski samochód elektryczny Spring – Dacia. DACIA Polska. https://www.dacia.pl/ samochody/nowy-spring.html [dostęp: 12.09.2023].
[11] Toyota C-HR. Konfigurator. Toyota PL. https://www.toyota.pl/nowe-samochody/nowa-toyota-c-hr/ konfigurator [dostęp: 12.09.2023].
[12] Cebulska, W. (2025). Wpływ czynników eksploatacyjnych na wielkość emisji zanieczyszczeń z użytkowania środków transportu samochodowego z napędami alternatywnymi (rozprawa doktorska). Politechnika Śląska.
[13] Miernik pola magnetycznego TM-191. Unitor s.c., https://unitor.com.pl/mierniki-polaelektromagnetycznego/ 198-miernik-pola-elektromagnetycznego-tm-191.html [dostęp: 30.03.2023].
[14] International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection. (2010). Guidelines for limiting exposure to time-varying electric and magnetic fields (1 Hz–100 kHz). Health Physics, 99(6), 818–836.