永磁同步电机转子退磁问题分析-绵羊汽车生活记录

永磁同步电机因具有高功率密度、高功效等好处，被通常操纵于电动汽车的驱动编制中。钕铁硼(NdFeB)永磁质料因为具有较高的最大磁能积(BH)max、剩磁Br和矫顽力Hc，

永磁同步电机因具有高功率密度、高功效等好处，被通常操纵于电动汽车的驱动编制中。钕铁硼(NdFeB)永磁质料因为具有较高的最大磁能积(BH)max、剩磁Br和矫顽力Hc，被通常操纵于永磁电机。但钕铁硼永磁质料的热褂讪性不足理思，磁性温度系数较高，高温运转时或许导致告急磁损，且正在某些工况下若电流激增，也将导致不行逆退磁。本文作家以一台正在温升试验中爆发转子退磁妨碍的电机为例，对失效理由举行了解，寻得激发退磁的合系影响要素和危急水平，同时验证电机的褂讪性和牢靠性。

文中所探究的对象为某高速电机，该电机为钕铁硼永磁同步电机，冷却办法为水冷，最高转速15 000 r/min。

为验证该电机正在高速工况下运转的牢靠性，企图举行相连3个高速负载工况的台架温升试验。工况一：15 000 r/，测试时长45 min；工况二：15 000 r/，测试时长6 min；工况三：15 000 r/，测试时长60 s。正在本质试验进程中，正在工况三举行到23 s时，电机温度抵达最高许用温度179 ℃，软件报妨碍停机。断根妨碍从头上电后，展现电机的输出功率显然小于输入功率。随后丈量了电机的反电动势，与平常值比拟降低了50%支配，如图1所示。由此决断，电机转子爆发了不行逆退磁。

进一步拆解转子，透过阅览片阅览单片磁钢，展现一面磁钢部分退磁且存正在磁极反向形势，如图2(b)所示。

拆解转子中的每一片磁钢，逐一检测磁通，并遵照磁钢所正在的铁芯层(共6层)和转子周向角度处所绘制各层磁钢的磁通散布弧线所示，能够得出，分别铁芯层中的磁钢退磁水平区别较大，转子两头(1、2、6层)的磁钢退磁不显然，而转子中心层(3、4、5层)的磁钢退磁较为显然，更加是第4层退磁最为告急。

永磁体退磁的潜正在理由有良众，比方高温、板滞振动、撞击、化学侵蚀、反向磁场、辐射、自然失效等，个中，高温和反向磁场是惹起永磁体退磁的苛重理由。

钕铁硼永磁质料最卓绝的不敷之处是热褂讪性较差，居里温度较低，普通为310～410 ℃，赢余磁感触强度温度系数αBr可达-0.13%K-1，磁化强度矫顽力温度系数αHci达-(0.6～0.7)%K-1，温渡过高或许导致永磁体爆发不行逆退磁。高温来自于两个方面：一是转子铁芯和磁钢自己的涡流发烧惹起温升；二是定子向转子的传热。当电机处于高速弱磁工况时，电机本身的合成磁场就会存正在巨额的谐波，导致永磁体的外部酿成涡流，进而惹起永磁体温度上升。相对转子的发烧而言，定子绕组的温升往往更速，定子与转子间的温度差导致定子通过氛围对流向转子传热，假使定、转子间的气隙热阻较大，但跟着年华的拉长，定子与转子的温差将渐渐减小。

正在永磁同步电机的矢量把握战略中，苛重分两个把握阶段：MTPA(Maximum Torque per Ampere，最大转矩电流比)把握阶段和MTPV(Maximum Torque per Voltage，最大转矩电压比)把握阶段。正在高速负载工况下，电机把握处于MTPV把握阶段，电枢反响磁场和永磁体磁场对象相反，有必然的退磁危急，若此时把握编制不褂讪、把握参数不确凿更加是显露妨碍十分形态，或许显露过大的动态电枢电流，出现较强的反向磁场，惹起永磁体匀称退磁或一面区域的非匀称退磁。

电机的定子绕组端部埋有温度传感器，正在台架测试时定子温度可及时读出，但转子的温度却难以丈量。为解析高速负载工况下电机的定、转子之间温度区别，以工况一(15 000 r/)为例，对全面电机的温度散布景况举行了仿线所示。可知：因为冷却水道的影响，电机定子绕组的外侧温度较低，而绕组端部及内侧温度较高，为150 ℃支配；而转子的温度散布轴向上表现出中心高、两端低的趋向，两头的温度与定子绕组端部贴近，为140～160 ℃，而中心区域温度显然高于转子两头和定子绕组，最高温度高达230 ℃以上。这一温度曾经赶上了产物磁钢的管事耐温极限(200 ℃)，一面磁钢确实有高温退磁的危急。正在工况二、工况三下，跟着输出功率的进一步擢升，定、转子温度也会进一步升高，磁钢高温退磁的危急会越来越大。

因为电机内部温度散布丰富，仿真值与本质值或许存正在必然的偏差，接下来采用试验的办法对永磁体退磁的合系理由举行验证。

首优秀行永磁体单体试验。为排查磁钢正在高温下的退磁危急，取3块磁钢产物，测初始磁通，再放入烘箱，正在200 ℃的温度下保温2 h，冷却至室温后复测磁通，取得试验后磁通衰减率数据睹表1。表1磁钢高温退磁试验前后磁通蜕化

可知：磁钢正在200 ℃高温下具有较高的磁褂讪性，磁性根本无衰减。取1号、3号磁钢，用磁极阅览片阅览可睹磁钢表磁形状明显、角落无缺，未睹任何十分，如图5所示。

为进一步考查磁钢牢靠性，又举行了两组高温加反向充磁的复合试验。一组是将3块磁钢产物正在150 ℃下保温30 min，后神速移至充磁现场，采用1 T磁场反充磁，后冷却至室温测磁通；另一组是将3块磁钢150 ℃下保温30 min后用2.25 T磁场反充磁，后冷却至室温测磁通，丈量数据睹表2。可知：正在较高温度下，当外加反向磁场抵达必然强度，磁钢会显露不行逆退磁，跟着反向磁场强度无间加强，磁钢的不行逆退磁也会越来越告急。

基于上述永磁体单体试验，接下来需进一步正在电机长进行合系退磁试验。由永磁体的退磁试验可知反向磁场的巨细与永磁体退磁水平直接合系，这里优秀行电机弱磁电流退磁试验。5.2.1 大弱磁电流退磁试验

选一台及格电机，开始测试工况一、二、三的直轴电流Id(弱磁电流)弧线(b)所示，可知工况一、二、三的Id最大值不同为-320、-350、-400 A。为验证大弱磁电流对电机磁钢退磁的影响，设定电机转速为1 000 r/min(若电机转速较高，正在较大的弱磁电流下，电机温升会很速，难以客观评判简单弱磁电流对退磁的影响)，将Id进一步擢升至-600 A，连结60 s，如图7所示，后复测电机功能，展现输出扭矩无衰减，磁钢未退磁，能够得出：大弱磁电流不会导致电机磁钢退磁。

与定子分别，因为转子高速盘旋，转子温度的直接丈量不绝是较为坚苦的，普通来说有3种办法：(1)正在转子中预埋温度试纸；(2)正在转子中预埋温度传感器；(3)无线遥感测试。思考到温度试纸丈量精度较差，且仅能记载简单最高温度，而遥感测试价值较高、盘算周期较长，本文作家采用办法二。试验前，必要对转子总成做少少“改制”，先正在转子端部的一层铁芯的磁钢旁埋置温度传感器丈量头，传感器线穿过事先钻好小孔的电机轴(空心轴)，并从电机轴的空腔内部引出，然后用胶灌满电机轴空腔，静置待其固结，从而使传感器线固定正在电机轴内，避免转子高速盘旋时线被甩断。试验进程中因为转子高速盘旋，传感器的引出线端与数采设置是未贯穿的，读数时需停机并将传感器连上数采。试验时，优秀行工况一(15 000 r/，45 min)(因为台架理由，电机最高转速被局限正在15 000 r/min)测试，后神速停机、接线、测温度，再断开传感器，相连举行工况二(15 000 r/，6 min)和工况三(15 000 r/，60 s)测试，后停机、接线、测温度。结果复测电机输出扭矩，无衰减，磁钢未退磁。定、转子的开始温度和试验后的温度景况睹表3。可知：正在3个工况已矣后，转子最高温度正在152 ℃支配，与定子温度附近。必要当心的是，因为试验前提局限，转子中的温度传感器埋置正在转子端部而非中央区域，联络前文电机温度散布仿真的结果能够探求，转子轴向中央一面的温度会更高。正在如许的高温、大弱磁电流的阴恶工况下，磁钢没有爆发退磁，可睹电机中永磁体的磁褂讪性较高。

基于上述了解和试验，开始探求失效电机并非因平常管事下的高温和弱磁电流导致。为验证如此的探求，结果举行电机好像工况的复测试验。

为保障试验的相似性，采用好像的电机(仅退换了失效的转子总成)，并正在好像的台架长进行试验。工况一为15 000 r/，测试年华45 min；工况二为15 000 r/，测试年华6 min；工况三为15 000 r/，测试年华为60 s。3个工况测试的温度和扭矩随年华蜕化的弧线中，因为定子温度传感器的测试量程最众到180 ℃，180 ℃以上为预估温度。

整顿3个工况的数据，并与初度试验的数据(因为台架理由，初度测试的输出扭矩未做记载)比较睹表4。

可知：从电机温度上看，第二次测试比第一次测试更为苛苛，正在电机温度抵达179 ℃后赓续举行了30 s支配的温升，预测电机最高温度抵达217 ℃支配。本质上电机平常管事时软件带有过温包庇功效，电机温度一朝抵达179 ℃时，软件就会将扭矩指令降为0，第二次测试时为了加苛试验，禁用了软件过温包庇。待电机冷却后，复测扭矩无衰减，磁钢未退磁。证实电机编制平常管事时永磁体具有较高的磁褂讪性，同时能够揣度初度试验时永磁体的退磁失效为非平常的弱磁电流正在电机高温运转时导致。