1 永磁电机现状分析
1.1 永磁电机的发展与应用
随着现代工业技术的不断进步，电机作为能量转换的关键设备，在各个领域得到了广泛应用。永磁电机由于采用永磁材料提供磁场，与传统的电励磁电机相比，具有结构简单、体积小、重量轻、效率高、功率密度大以及电机尺寸形状灵活多样等显著优点。在新能源汽车、风力发电和工业自动化等领域，永磁电机发挥着越来越重要的作用。如在新能源汽车中，永磁同步电机被广泛应用于驱动系统，为车辆提供高效的动力输出。
1.2 永磁电机退磁问题的现状与研究意义
永磁同步电机在永磁体的加成下，输出特性相比感应异步电机有明显提升，获得了高功率及高转矩的性能优势，然而，永磁电机在实际运行过程中，永磁体可能会出现不可逆退磁现象。
在电机性能方面，退磁会导致电机的性能下降，如输出功率降低、效率下降和电流增大等，严重时甚至会使电机完全失去驱动能力，影响整个系统的正常运行。以新能源汽车为例，若驱动电机发生退磁故障，可能会导致车辆动力不足、续驶里程缩短，甚至引发安全事故。在电机成本方面，永磁体在永磁电机中的占比很大，转子一旦发生退磁无法返修，只能报废处理，从而会提高电机的研发和使用成本。
因此，深入研究永磁电机的退磁问题，分析电机退磁原因，对于找到有效的预防电机退磁方法和检测手段，从而提高永磁电机的可靠性和稳定性，保障相关工业系统的安全运行具有重要的现实意义。
2 永磁体的退磁机制
在经过外部磁场饱和充磁以后，永磁体内磁畴的磁矩转向外磁场方向，永磁体显示出较强的磁性，当外部退磁磁场达到一定值后，永磁体内的磁畴将发生畴壁位移，磁畴的磁矩转动到反磁化场方向，形成不可逆的转动，即使退磁磁场消失，永磁体内的磁畴磁矩也不可能回到原来磁矩的方向，即永磁体产生不可逆退磁。
3 某规格电动车用永磁同步电机异常退磁的情况调查
某规格电动车用电机基本参数见表1。
3.1 退磁故障案例一
单电机开展发电和低压标定后，进行反电动势检测，反电动势由初始的49.56V，1000r/min降至43.4V（冷态），确认发生退磁，转子表磁检测与正常样机相比，表磁数据降低约5%。
3.2 退磁故障案例二
单电机测试工况为发电状态弱磁标定，最高绕组温度约122℃，初始状态空载反电动势值约47.5V，试验前后反电动势下降0.8V，理论上低温下温度升高10℃，反电动势下降0.7V，但实际中测量反电动势也都是在冷态，温差很小，所以同样确认发生退磁。
3.3 退磁故障案例三
该车用三合一电驱动总成在进行旋变标定后，进行20000r/min转速波动验证，转矩升至70N·m后发生通信故障，导致转矩失控无法至0，持续80s，后续台架降低转速过程中温度持续上升，控制器进入ASC保护后至0，再起动试验请求转矩300N·m，实际转矩仅225N·m左右，冷态反电动势28V，相比正常48V存在大幅度退磁现象。该三合一电驱动总成标定数据如图1所示。
图1 三合一电驱动总成标定数据
3.4 退磁故障案例四
单电机按照常规工况进行验证，初始冷态反电动势48.25V，在验证工况后反电动势46.2V，确认该电机在常规测试验证环境下也存在退磁问题，该电机的测试工况见表2。
4 永磁电机退磁的原因分析
造成电机转子退磁问题的原因大概可以分为硬件方面、测试方面和控制方面，分析树如图2所示，其中比较常见和关键的有以下几个。
图2 永磁电机退磁原因分析树
（1）永磁体自身的原因。永磁体在制造过程中，由于制造工艺的原因造成裂缝、形状尺寸不符合要求等质量问题直接导致磁钢性能不合格。另外不同材质的永磁体保持磁性的寿命也有一定限制，到达一定年限以后，永磁体会逐渐老化，磁性能下降，从而出现失磁现象，这也是有可能的。
（2）高温导致退磁。铁磁物质被磁化后具有很强的磁性，随着温度的升高，金属点阵热运动加剧，会影响磁畴磁矩的有序排列，当温度达到居里温度时，足以破坏磁畴磁矩的整齐排列，此时磁畴会被瓦解，平均磁矩变成零，铁磁物质的磁性消失，变为顺磁物质，与磁畴相联系的一系列铁磁性质（如高磁导率、磁滞回线等）全部消失，相应铁磁物质的磁导率转化为顺磁物质的磁导率，导致永磁体发生退磁。
（3）撞击和振动导致退磁。烧结永磁体钕铁硼具有容易破碎的特质，电机在运行过程中，永磁体容易发生剧烈振动导致永磁体损坏，产生不可逆退磁。
（4）测试工况设计不合理导致退磁。为了使电机产生满足要求的转矩，测试工况增加电机的电流，铜损增大，永磁体的温度上升，永磁体产生不可逆的退磁。
（5）冷却流量设计不合理或者控制发生错误，导致转子在工作过程中无法得到足量的冷却液，转子产生的热量不能及时被带走在转子内部积聚，从而导致永磁体因高温产生不可逆退磁。
（6）控制层面导致退磁。不同的控制器、控制策略以及软件的匹配等可能会造成电流的谐波含量过高、弱磁电流过大，保护策略不合理、温度保护限值过高等问题，不仅电机的NVH性能变差，还会形成超过永磁体承受的退磁磁场，造成永磁体不可逆退磁。
通过以上分析可以看出来，导致永磁体退磁的主要原因有两点：一是高温，电机在运行过程中由于各种原因造成的温度过高，超过永磁体可以承受的居里温度导致退磁；二是定转子合成的退磁磁场，这些都可能造成永磁体的不可逆退磁。当然导致永磁体退磁的具体原因一般也不是单一的，而是由多种因素共同作用的结果。
5 试验与对策
基于以上永磁体实际退磁案例，笔者根据永磁体退磁的原因分析树图，进行一一排查，最终推测造成退磁的原因可能有以下几个。
（1）定子端部温度传感器布置位置不合理会导致测得的温度偏低，通过试验温度传感器测得温度数据见表3，定子端部温度传感器布置位置如图3所示，由于电机实际温度保护是按照160℃设置的，所以定子端部存在超过180℃的风险，这可能是一个潜在的风险因素。
表 3 温度传感器测得温度数据
图3 定子端部温度传感器布置位置
（2）转子积热。由于转子是旋转件，转子的温度很难实时进行监测，在应用过程中只能借助绕组端部温度进行间接判断，在实际工作过程中，在给定子瞬时大电流情况下，定子温度会急剧上升，但转子的温度上升幅度并不大，并不能通过定子的温度去判断转子的温度，虽然可能通过反电动势的变化反推转子温度，但这种方法的操作便利性和准确性都不够，故转子内部可能存在积热。
（3）验证工况设计不合理。基于已发生的退磁案例，分别通过小流量低转速的持续功率工况、小流量高转速点持续工作工况、大流量高转速点外特性工况、弱磁电流标定工况以及高速连续标定工况进行验证，验证工况检测结果。小流量高转速的工况，控制器输入的电压电流谐波含量较高，在此工况下持续工作，冷却不足，转子积热无法快速散除，经过试验，在转子转速16000～18000r/min，油泵转速较低时会产生较大的热量，永磁体温度很高，有退磁风险，具体工况见表4。
小流量低转速工况，将电机低转速持续功率运行达到热平衡，可以看出，哪怕冷却液流量最小的情况下，转子永磁体温度也没有超过风险值，所以这个工况下的电机基本没有退磁风险，具体工况见表5。
弱磁标定工况，正常低速达到热平衡工况，弱磁电流不超过电流限值无退磁风险，具体工况见表6。
大流量高转速工况，在20000r/min时永磁体退磁，所以在该工况下永磁体退磁风险很大，需要特殊关注，寻找解决措施，具体工况见表7。
高速连续标定工况，转子转速达到15000r/min以后，永磁体的温度已经接近临界值，所以可以看出在20000r/min时，转子永磁体退磁的风险还是很大的，具体工况见表8。
通过以上试验，可以确认影响该车用电机永磁体退磁的关键因素为温度传感器布置不合理、控制器部分温度保护限值过高、试验工况设计不合理，尤其是高速工况、电流谐波含量大、弱磁电流过大导致的转子积热。
针对以上问题，分别制定对策解决对应的问题。
（1）温度传感器布置不合理的问题，在淋油环增加周向限位，温度传感器避开淋油环油孔位置，并增加传感器数量，将传感器布置在温度较高的地方，提升温度传感器监测温度的准确性。
（2）试验工况设计不合理的问题，在高风险工况点增大冷却流量，利用反电动势的监测规避风险，避免转子温度高于130℃。
（3）控制器方面的问题则对软件进行优化。
6 结语
本文对永磁同步电机退磁故障的原因结论如下：
（1）永磁同步电机永磁体退磁的基本原理，分析了温度、电流和外部磁场等因素导致退磁的原因，为研究提供了理论基础。
（2）研究了永磁同步电机的温度传感器布置、反电动势、短路电流值、电流谐波含量和温度保护限值等因素对于电机的影响程度，明确了不同工况下电机退磁的变化特征。
下一步计划优化温度传感器位置、增加温度传感器数量、修改软件保护限值确保最高温度值不超过160℃，限制弱磁电流值不超过564A，降低电流谐波含量，风险试验工况利用反电动势规避风险，避免转子温度高于130℃，提供足够的冷却液，避免转子积热导致永磁体退磁，进一步深化研究永磁同步电机退磁的微观机理，考虑更多的影响因素，如材料的微观结构变化、应力场与磁场的耦合作用等，为退磁故障的分析和诊断提供更深入的理论支持。
参考文献
[1] 王秀和,等.永磁电机[M].北京：中国电力出版社，2021.
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