直流无刷电机机械特性曲线-永磁同步电机-芜湖直流无刷电机

永磁同步电机因具有高功率密度、高效率等优点，被广泛应用于电动汽车的驱动系统中。钕铁硼(NdFeB)永磁材料由于具有较高的磁能积(BH)max、剩磁Br和矫顽力Hc，被广泛应用于永磁电机。但钕铁硼永磁材料的热稳定性不够理想，磁性温度系数较高，高温运行时可能导致严重磁损，且在某些工况下若电流激增，也将导致不可逆退磁。本文作者以一台在温升试验中发生转子退磁故障的电机为例，对失效原因进行分析，找出引发退磁的相关影响因素和风险程度，同时验证电机的稳定性和可靠性。

1 试验现象
文中所研究的对象为某高速电机，该电机为钕铁硼永磁同步电机，冷却方式为水冷，叉车直流无刷电机，转速15 000 r/min。
为验证该电机在高速工况下运行的可靠性，计划进行连续3个高速负载工况的台架温升试验。工况一：15 000 r/min@55 kW，测试时长45 min；工况二：15 000 r/min@70 kW，测试时长6 min；工况三：15 000 r/min@100 kW，测试时长60 s。在实际试验过程中，在工况三进行到23 s时，电机温度达到许用温度179 ℃，软件报故障停机。清除故障重新上电后，发现电机的输出功率明显小于输入功率。随后测量了电机的反电动势，与正常值相比下降了50%左右，如图1所示。由此判断，电机转子发生了不可逆退磁。

2 失效件拆解
将转子总成从电机中拆出后，用磁较观察片观察发现，转子中间区域退磁严重。
进一步拆解转子，透过观察片观察单片磁钢，直流无刷电机机械特性曲线，发现部分磁钢局部退磁且存在磁较反向现象。
拆解转子中的每一片磁钢，逐个检测磁通，并按照磁钢所在的铁芯层(共6层)和转子周向角度位置绘制各层磁钢的磁通分布曲线，如图3所示，可以得出，不同铁芯层中的磁钢退磁程度差异较大，转子两端(1、2、6层)的磁钢退磁不明显，而转子中间层(3、4、5层)的磁钢退磁较为明显，直流无刷电机控制板厂家，特别是*4层退磁较为严重。

永磁电机（PMM）通过定子电流与转子上或转子内的永磁体的相互作用产生转矩。小型低功耗电机用于IT设备，商用机器和汽车辅助设备中的表面转子磁体是常见的。内部磁体（IPM）在电动车辆和工业电机等大型机器中很常见。

在永磁电机中，如果不考虑转矩脉动，则定子可能使用集中（短节距）绕组，但在较大的永磁电机中分布绕组是常见的。

由于永磁电机没**械换向器，所以逆变器对于控制绕组电流至关重要。与其他类型的无刷电机不同，永磁电机不需要电流来支持其磁场。

因此，如果体积小或重量轻，永磁电机可以提供大扭矩，并且可能是好的选择。无磁化电流也意味着在“佳点”负载下效率更高 - 即电机性能佳的地方。

此外，尽管永磁体在低速时带来了性能优势，但它们也是技术上的“致命弱点”。例如，随着永磁电机速度的增加，反电动势接近逆变器电源电压，从而无法控制绕组电流。这定义了通用永磁电机的基本速度，并且在表面磁体设计中通常代表给定电源电压的大可能速度。

在大于基本速度的速度下，IPM使用主动磁场弱化，其中操纵定子电流故意压低磁通量。可以可靠实施的速度范围限制在4：1左右。和以**样，这个限制可以通过减少绕组匝数和接受更大的成本和逆变器中的功率损耗来实现。

磁场弱化的需要是速度相关的，并且不管扭矩如何都会产生相关的损失。这会降低高速下的效率，特别是在轻负载下。

      无刷直流永磁电动机和有刷直流电动机虽然具有相同的运行机理，但在运行性能方面存在着一定的差异：有刷直流电动机电枢绕组的元件数和换向器的换向片数多于无刷直流电动机电枢绕组的相数；在运行过程中，有刷直流电动机的磁极磁场与电枢磁场始终处于正交变状态，而无刷直流电动机的磁极磁场与电枢磁场始终在某一角度位置范围内变动，正交状态仅是其中的一个瞬时位置。

       因此，在其他条件相同的情况下，在运行过程中，无刷直流电动机的力矩脉动要大于有刷直流电动机的力矩脉动；无刷直流电动机的电磁力矩要小于有刷直流电动机的电磁力矩。交流永磁同步电动机内部存在着两个磁场：一个是电枢磁场，另一个是由转子永磁体产生的磁极磁场。当三相电机绕组内通入三相电流时，便在定子内腔的气隙内产生一个旋转的电枢磁场。

永磁同步电动机应用一般交流永磁同步电动机是在微电子器件、电力电子器件、变流技术、计算技术和现代控制技术的支持下，实现无刷自同步，即把一般交流永磁同步电动机转变成为自控式永磁同步电动机。获得与传统直流电动机一样良好调节性能和启动性能；但是，电动机本体内部的电磁关系和运行机理基本上没有变化。因此，芜湖直流无刷电机，一般交流永磁同步电动机的设计理念和计算方法基本上适用于自控式永磁同步电动机，只是设计人员必须根据不同的技术要求，采取不同的实施策略和方案。自控式永磁同步电动机与无刷直流永磁电动机，就电动机本体而言，基本上具有一样的结构：三相电枢绕组设置在定子上，永磁体磁较设置在转子上。