永磁同步电机具有高功率密度、快相应速率等精良特点，受到各行各业广泛利用。在电动汽车驱动电机领域，海内主流厂家基本都采取永磁同步电机。该类型电机由于钕铁硼磁铁的磁稳定性受温度和反向磁场的影响较大，在电动车高速运行或大扭矩哀求下存在退磁风险，直接影响电动车辆的利用，因此电机和磁材从业职员一贯致力于永磁同步电机的防退磁风险研究和改进设计。本文基于样件电机测试过程中涌现的一种非常退磁征象为例，通过理论和仿真手段进行缘故原由剖析，找到引发退磁的干系影响成分。
1、 问题背景
某规格电动车用电机其基本参数如下表 1.1 所示，该电机在 NEDC 循环工况标定测试后，冷态复测反电动势幅值涌现 6.5%的衰减，推测电机转子涌现退磁。经电机解剖丈量转子表磁波形及数值，创造中间两段表磁幅值低落 26%，紧挨着中间段的两段低落 14%，再往外是 6%，最外侧两段基本没有减小，各段表磁曲线波形基本同等，只是数值减小，其他征象转子铁芯及转轴表面无发黑、发蓝征象，定子复测绝缘和耐高压正常。
表 1.1 某规格驱动电机基本参数
图 1 两次测试反电势幅值变革
图 2 分段转子横向示意
2、 转子磁钢退磁的机理剖析
在制备好的电机当中，转子铁芯内的永磁体发生退磁有三个成分：高温、外部反向磁场[4]、转子热岛效应下大电流协同浸染。
2.1 高温退磁
钕铁硼磁铁存在明显的温度敏感性特点，高温稳定性较差，其居里温度一样平常为 310-410℃，Br 和 Hci温度系数分别可达到-0.13%/K 和-0.6%/K[1]，如图 3 所示，当永磁体运行温度从 t0 升至 t1时，磁密 B0 低落，若温度规复到 t0 时，磁密没有规复到 B0，则涌现了温度不可逆退磁丢失征象[2]。此时其事情的剩余磁钢磁感强度 Brt1 为：
式中：IL 为丢失率，αBr 为温度系数，均取绝对值。
图 3 磁感强度随温度变革
一样平常这种高温导致的磁性丢失在转子中因此磁钢外沿开始退磁逐步恶化到全体磁铁中。实际电机中，转子的热源紧张来自两个方面：一是电工钢及磁钢的涡流损耗发热；二是密闭空间高温定子热传导[2]。同步电机转子转速与基波电枢磁场转速同等，不会有涡流和磁滞损耗产生，但与谐波磁场电频率不一致会产生感应涡流。尤其在高速弱磁下会有更多高幅值的谐波磁场参与感应从而增加转子损耗产生温升。定子在铜损和铁损浸染下温度上升最快，在电机内部产生几十度的温度差产生热传导，也会带来转子温升。
本文电机采取磁铁牌号 N45UH，耐温 180℃，考虑磁铁成品耐温普遍比材料低约 3%，其可承受温度依然达到约 174.6℃。电机在测试过程中，定子绕组埋设温度传感器，掌握层面限温 140℃，即软件读取到 140℃时电机降速降扭限定进一步温度上升。表 2.1 是用红外测温枪对电机外表面各部分温度的测试情形。由表中数据可以推测：测试过程在定子限温，转子铁芯未发生短路、局部放电闪络等故障下，转子局部温度要高于定子 40℃以上是基本不可能的，因此推测本次试验不存在纯高温
退磁。通过温度场仿真中创造转子中间段温度与两端有温度差（如图 4），全工况下温度差是 3-10℃，也便是说在转子铁芯内部涌现局部温升较快温度集中形成热岛效应，这种征象或许是引起非常退磁的增强剂。
表 2.1 14500rpm 测温枪对部件测温结果
图 4 转子温度场分布
2.2外部反向磁场退磁
在电机恒功率运行阶段采取弱磁掌握和 MTPV 掌握策略来提高转速和坚持高功率，引入占比更高的直轴电流，这时定子产生的外部反向磁场更强。该电流调制过程中，若由于电流不平衡或相应变革导致反向磁场涌现瞬间增大，是会导致永磁体均匀或者区域性非均匀退磁的。此外电机标定offset 估算转子位置偏移值时，通过给定 d 轴电流使电机扭矩为 0，此时电枢磁场与转子中间段位置对齐，根据图 2 构造转子 V 型斜极中间与两端磁极存在偏移，因此两端依然能感应扭矩偏移，可以理解为相同的电流在不同转子段对应的 dq 轴夹角不同，为平衡这种关系，中间段的 d 轴电流相对大于两端，这种征象在正常电机运行中的影响是微弱的。
在电机无非常情形下，三相出口短路电流是最严重的退磁电流[3]，其干系参数的打算公式为：
式中，ψf 磁链，N 为串联匝数，Ф为磁通，f 为磁势，H 为磁场强度，L 为磁路长度将式（4）（5）（6）代入到（3）中，可得：
取单位绝对值时，从式中可以创造最大退磁电流与磁场强度 H 近乎相称，也便是该退磁电流会使磁通为 0 而不至于负值，此时磁场强度刚好即是磁铁的矫顽力，而磁铁内禀矫顽力远大于矫顽力， 因此在正常情形下，即便是最恶劣的三相短路电流也不能使磁铁发生不可逆退磁。
2.3转子热岛效应下非常电流的协同浸染
基于上述两个单独的缘故原由都不能导致退磁或者导致案例中的退磁特色，笔者推测是由于两者的共同浸染下，产生该退磁征象。这种征象要有两个条件成分：
1)转子铁芯温度从轴段中间往两端递减，存在温差；
2)电流非常发生，且对转子中间浸染明显；
在上述两个条件下，一旦转子本身温度较高，同时由于掌握不稳或者采样问题等导致的短时退磁电流异变增大，则可能就会产生案例电机显现的中间开始退磁征象。为验证这种推测，利用有限元软件进行电磁仿真论证。
3、仿真论证
基于 JMAG 电磁仿真软件，在三维电磁场模型下进行打算剖析，模型如图 5 所示。为加快打算速率，采取 1/8 局部模型，磁铁分四段 V 型斜极构造，两段间旋转 0.95°。转子的初始位置因此转子中间段的磁极中线对齐定子 A 相绕组中央线。仿真通过输入电流和温度变革来查看磁铁磁密云图分布状态。输入的各项电流温度值为预测数值并不是实际数值，旨在解释问题征象，结果数值供参考。
图 5 三维仿真模型
3.1正常状态电机仿真
首先验证正常状态下，电机在勉励浸染下的转子磁铁退磁分布特点，输入和输出数值如表 3.1、表 3.2 所示。
表 3.1 电机输入参数
表 3.2 输出结果
从转子损耗部位来看，中间段的损耗更大些，进一步印证了中间段温度会略高于两端的征象。磁铁表面磁密云图如下图 5 所示。
图 5 磁钢表面磁密分布（0s、0.5Ts）
图 6 电机高温下正常转矩曲线
磁铁表面磁密中，蓝色表示磁场较弱，橙色表示磁场强，在 140℃高温通入退磁电流下，磁铁边沿部分均有局部退磁征象，这与磁铁边端抗磁能力较弱有关系，该结果符合实际电机运行时的情形。
3.2增加瞬时直轴电流输入的仿真
在 3.1 仿真根本上，电机勉励源中增加一个短时（0.00001s）突增直轴电流，电流幅值为 400∠90°A，保持每块磁铁温度同等。
表 3.3 电机输入参数
图 7 电流勉励模型
表 3.4 输出结果
从 1e-5s 导入退磁电流坚持 1e-5s 后，全体电机扭矩先突变增加后低落 12Nm 并坚持低落后的扭矩水平，发生不可逆退磁。转子各段铁损数值两端高中间低，解释两端的感应涡流增加，即两端磁场强度强于中间段。从磁密图可以看出磁铁阶段性退磁征象明显，但没有表示中间最大退磁征象， 这与磁铁温度非阶段分布有关系。
图 8 转子表面磁密分布（0s、0.5Ts）
图 9 转矩在瞬变电流下变革
3.3增加直轴电流+磁铁阶梯温度的仿真
在 3.2 仿真根本上，将四段磁铁的温度改变为阶梯温度，使转子温度分布靠近实际状态。
表 3.5 电机输入参数
表 3.6 输出结果
转矩同样比正常工况低落 7 Nm，由于 3.2 节仿真磁铁温度为 140℃，前者退磁效应更强导致转矩低落更明显。图 10 可看出转子中间段铁损明显较两端减少。其磁铁表面磁密分布如图 10 所示。
图 10 磁铁表面磁密分布（0s、0.5Ts）
在磁铁阶梯温度下，磁铁表面磁密从 0s 正常状态过渡到中间退磁明显、两端边沿轻微退磁。综上仿真研究剖析，可以判断该非常退磁征象属于电机转子在本身存在较高温度的热岛效应运行时，电流中有短时突增直轴电流分量共同浸染导致磁铁发生不可逆退磁。
4、基本对策与试验
4.1基本对策
针对这次退磁故障，通过仿真剖析得出电流与高温双重浸染下发生的概率较大，从以下角度进行设计改进，并通过新一轮试验进行验证：
1)增加 EH 级磁钢样机比拟，利用 38EH 或 40EH，同样的测试策略进行标定，验证磁钢耐温等级提升不会涌现退磁；
2)采集电流输入全段数据，确认非常颠簸电流存在，稳定掌握策略减少电流不平衡；
4.2试验比拟
利用N40EH 牌号磁体重新装机采取原掌握方法，经由性能试验后冷却至室温再复测反电势数值，与原方案比拟其反电势数值如表 4.1 所示，其未发生退磁问题。
表 4.1 新磁钢牌号下线反电势幅值比拟
第二种方法，掌握侧做了如下调度：调度电流输入办法，从 Id/Iq 输入变 Is/thet 输入；增强去世区补偿，注入零序电流；从两相采样变三相采样使电流三相不平衡度均保持在 2%以内。在上述改进方法后重新标定同款新电机，外特性转矩数值与设计需求同等，未发生新的退磁征象。
5、 总结
针对案例涌现的转子退磁问题，通过对已制备成电机的磁铁退磁潜在成分的剖析、仿真及试验验证，可以得出以下初步结论：
1) 该电机在正常事情状态下能保持较高的热稳定性和磁稳定性，退磁发生的缘故原由是在电机高速运行过程中，转子存在一定高温受到短时突增的退磁电流影响导致；
2) 转子轴向段的阶梯温度差以及斜极过程导致的 d 轴电流偏大是增强磁铁退磁的缘故原由；
3) 为进一步担保磁稳定性，该当考虑选用更高牌号的磁铁或者改进现有磁极设计，同时要进一步完善电机在高速弱磁掌握时的电流稳定性。
活动推举：
华车展ICVS将于2022.9.26-29 苏州国际博览中央举办中国智能汽车及自动驾驶展览会，同期举办：中国智能汽车家当链展，展会规模超30,000㎡、参展品牌500+、共计30,000+专业不雅观众到场，同期还有100场行业大咖演讲。点击ICVS动力总成主页—>进入菜单栏展会报名页面，即可免费领取参不雅观门票，现阶段报名还将获取更多福利。
