永磁电机转子磁钢退磁问题分析

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1、关于永磁同步电机转子磁钢退磁问题分析于平2015年7月30日鉴于前期测试伺服电机及客户现场也冇出现过伺服电机转子磁钢退磁的情况，经查阅相关资料并结合实验数据，对永磁体退磁原因进行如卜•分析。永磁同步电机具冇高效率、高力矩惯量比、高能量密度、高调速范围等优点,现己广泛用于军事、工业、农业等各个领域，特别是伺服行业，儿乎都是使用永磁同步电机作为执行机构。但是由于永磁体的热稳定性不良、设计经验不足以及使用不当等原因，会造成在使用过程中磁钢出现不口J逆退磁。磁钢退磁，会使电机的性能卜•降，甚至无法使用。所以本文旨在从永磁材料、电机设计、电机使用等方而分析永磁体退磁原因，以供后续参考。一、永磁体的特性1

2、、永磁体的工作点及回复线1.1、永磁体的退磁曲线为直线时（图一），k点为退磁曲线的拐点，当电机带载工作点在k点Z上是，卸载后磁钢剩磁会沿着直线B：.k回到B「点，当电机带载工作点在k点Z下，如P点，此时卸载后磁钢剩磁会沿着直线RP回到R点，此时已造成不可逆退磁。1.2、永磁体的退磁曲线为曲线时（图二）,当电机带载后，工作点为人,卸载后,回复线不会与曲线AiR重合，而是以AAS作为冋复线，此时如果电机带载工作点不超过Ai,则以AAR作为回复线，一旦带载工作点超过Ai,假如到了金点，则会以A：AP作为回复线，长此下去，不可逆退磁将会越来越严重。图一退磁

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6、线为线性时的永磁体工作图▲图二退磁曲线

7、为Illi线时的永磁体丁作图2、温度特性温度的变化会引起磁钢性能的变化，特别是钦铁硼永磁体，它対温度很敏感（图三），当温度超过一定值，材料磁性能将沿着Illi线1逐渐降低，当温度恢复后，它的剩磁将会沿看Illi线2进行恢复，造成不可逆退磁。而从图四可以看出，常温下，钱铁硼永磁体的退磁曲线为一条直线，没冇拐点，当温度上升时，永磁体的退磁曲线出现拐点H•拐点值随着温度的上升而变得越来越大，最低工作点也将越来越高。图三侏铁硼材料的热退磁图四温度对追磁川1线的影响3、震动特性永磁体在收到剧烈的震动或者是敲打后，有可能引起其内部畴发生变化，磁畴的磁矩方向发牛•变化后，磁钢磁性能会变差，就会造成磁钢退磁。

8、4、时效特性对永磁材料而言，随时间的磁通损失与所经历时间的对数基本上成线性关系，因此，电机磁钢是有使用寿命的，电机使用一定的年限Z后，磁钢的磁性能也会下降。然而冃前还没有见到做铁硼永磁体因为时效而退磁，因为釵铁硼永磁材料磁性能随时间的变化很小。二、实际使用中引起永磁体退磁的主要原因电机实际使用屮造成永磁体退磁的原因往往是几种退磁机理共同作用引起的，比如一台电机过载的同时，温度也会急剧上升，在两种机理的共同作用下，会更容易出现不可逆退磁。所以综合起来引起铉:铁硼永磁电机磁钢失磁原因集屮在以下几个方面。1、永磁体材料本身原因引起的退磁我们口前便用的伺服电机均是采用钱铁硼永磁体，钱铁硼永磁体具有高剩

9、磁、高内禀矫顽力等优势，是目前磁性能最高的永磁材料，并JJ•做在稀土中的含量很高，铁、硼价格便宜,乂不含战略物资钻。但是彼铁硼永磁材料的不足之处是热稳定性差，我们使丿IJ的磁钢牌号为N38SH的饮铁硼永磁体耐温为150°C,只要温度超过150°C,将会造成不可逆退磁，此外敛铁硼永磁体含冇大虽的诙、钱金属材料，表面易氧化，一般会冇环氧树脂涂层或者是电泳、电镀涂层，如果涂层工艺不合格，使用过程中也会因为永磁体局部氧化而造成退磁。2、电机设计的原因引起的退磁如果电机设计时没有充分了解电机使用工况，使得实际工作点在退磁1111线拐点以下，那么在使用过程中将会出现不可逆退磁，此外通常设计时计算的工作点往

10、往是水磁体的平均工作点，而由于永磁体材料局部的差界，还必须计算出永磁体的最大退磁工作点。并且，电机设计时还要充分考虑电机内部温升是否在105K以内，如果超出此范围，也将引起不可逆退磁。3、使用不当引起的退磁电机使用的环境恶劣，特别是高温或在机械剧烈役动的情况下，可能会使电机磁钢退磁;此外，电机长时间过载情况下也会使电机由于温度过高而发生不可逆退磁。三、针对实验中电机退磁进行分析前期实验中，一台电机SMM18-3Y4R4-U1NH5发生退磁，当时实验时先带额定负载做了温升实验，电机表面温度稳定后为108°C,此后进行T-I曲线测试，在瞬间三倍过载下，输出扭矩正常，也就是说该电机在三倍过载的情况下

11、，电机的工作点还在退磁曲线拐点之上，并不会发生不可逆退磁。然后进行过载实验，目的是验证电机在我司驱动器的电机过载曲线下是否能正常工作。当电机过载倍数为1.5倍时，电机电流随时间的推移迅速增人，说明扭矩系数在迅速降低，电机正在退磁，当时电机表面温度为120°C,随即断电，待电机恢复到常温后测试其反电势,发现反电势降低了13.7%,电机发生不可逆退磁，月.退磁比例达到13.7%o经分析,该电机退磁的主