任壽萱

（凱工電氣 （蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215153）

電動(dòng)汽車具有低污染、低能耗的特性，是未來交通的主要載體。電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力來源，是新能源電動(dòng)汽車的核心部件之一，是車輛行駛中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo)。永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有十分優(yōu)良的低速性能，可實(shí)現(xiàn)弱磁高速控制，易于實(shí)現(xiàn)高性能轉(zhuǎn)矩控制，拓寬了系統(tǒng)的調(diào)速范圍，適應(yīng)了電動(dòng)汽車高性能驅(qū)動(dòng)的要求。新能源汽車采用永磁電機(jī)已成為基本趨勢(shì)，是電動(dòng)汽車選用的主要電機(jī)種類。

電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的永磁同步電機(jī)，可分為交流永磁同步電動(dòng)機(jī) （PMSM）、直流無刷永磁電動(dòng)機(jī) （BLDCM）和新型永磁電動(dòng)機(jī) （混合式永磁電動(dòng)機(jī) （HSM）、續(xù)流增磁永磁電機(jī)等）3大類。其中交流永磁同步電動(dòng)機(jī) （PMSM），具有高功率密度、高效率、高轉(zhuǎn)矩電流比、低噪聲、低維護(hù)成本、高可靠性和較好的動(dòng)態(tài)性能等特點(diǎn)，技術(shù)上趨于成熟，性價(jià)比高，是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)中最具發(fā)展?jié)撡|(zhì)的電機(jī)之一。

1 永磁同步電機(jī)磁鋼的退磁故障

作為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，永磁同步電動(dòng)機(jī)不僅運(yùn)行工況復(fù)雜，更受到安裝空間的限制，散熱條件差，電機(jī)功率密度值較大，致使電機(jī)磁鋼處于較高溫度環(huán)境下工作，易導(dǎo)致電機(jī)磁鋼出現(xiàn)退磁故障，影響永磁同步電機(jī)的運(yùn)行性能，可能導(dǎo)致永磁同步電機(jī)故障而停機(jī)。

電機(jī)在車輛行駛過程中正常工作，是保證整車安全可靠運(yùn)行的重要因素，開展交流永磁同步電機(jī)的故障診斷檢測(cè)研究，對(duì)于提高整車運(yùn)行的可靠性，意義重大。電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)是按照國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)來制造，檢驗(yàn)合格后出廠的，但是隨著使用年限的增加，永磁同步電機(jī)的零部件也會(huì)出現(xiàn)老化、疲勞、損耗、磨損、失效等問題，增加了發(fā)生行車事故的風(fēng)險(xiǎn)，所以為了汽車的安全運(yùn)行，對(duì)電機(jī)存在的隱性安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究分析、檢測(cè)和預(yù)防，是保障汽車安全運(yùn)行的有效手段。

永磁同步電機(jī)使用的釹鐵硼永磁材料，其溫度系數(shù)較高，高溫下磁損嚴(yán)重。當(dāng)永磁同步電機(jī)因設(shè)計(jì)或使用的原因，在運(yùn)行過程中可能會(huì)產(chǎn)生磁鋼退磁，必然會(huì)使永磁同步電機(jī)勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)降低，輸出轉(zhuǎn)矩下降，出力不足，甚至電機(jī)燒毀報(bào)廢，不能正常驅(qū)動(dòng)汽車行駛，甚至發(fā)生交通事故。

因此，有必要對(duì)永磁同步電機(jī)永磁體的退磁故障，從退磁機(jī)理中尋找原因，避免退磁故障帶來危害和損失。

1.1 永磁同步電機(jī)永磁體退磁分類

永磁同步電機(jī)永磁體退磁可分為以下2類：一類是全部退磁 （均勻退磁），是指磁鋼中所有磁極均勻退磁，并且退磁到達(dá)一定的程度；另一類是部分退磁 （局部退磁），是指磁鋼中某個(gè)磁極發(fā)生了退磁。

永磁體發(fā)生退磁故障時(shí)，由于磁路的對(duì)稱性，定子電流產(chǎn)生的退磁磁動(dòng)勢(shì)作用在全部永磁體上，退磁故障通常表現(xiàn)為全部磁極退磁。

1.2 釹鐵硼磁鋼的性能

1.2.1 釹鐵硼磁鋼的主要磁參數(shù)

釹鐵硼磁鋼的主要成分是Nd2Fe14B，是當(dāng)前磁性能最強(qiáng)的永磁材料。最大磁能積可達(dá)398 kJ／m3，理論值為527 kJ／m3，剩磁最高可達(dá)1．47 T，矯頑力最高可超過1 000 kA／m，內(nèi)稟矯頑力最高可超過2 388 kA／m，目前最高工作溫度可達(dá)200℃。

釹鐵硼永磁材料的居里溫度偏低，為310～410℃，溫度穩(wěn)定性較差，剩磁溫度系數(shù)為－（0．095～0．15）% ／K，矯頑力溫度系數(shù)為－（0．4～0．7）／K，目前實(shí)際使用的最高工作溫度為150℃。

1.2.2 釹鐵硼永磁材料產(chǎn)生不可逆退磁的條件

1.2.2.1 釹鐵硼永磁材料的退磁曲線

釹鐵硼永磁材料的退磁曲線如圖1所示。

圖1 釹鐵硼永磁材料的退磁曲線

1.2.2.2 釹鐵硼永磁材料的溫度特性

釹鐵硼永磁材料的溫度特性如圖2所示。

圖2 N33SH釹鐵硼永磁材料的溫度特性

1.2.2.3 磁鋼產(chǎn)生不可逆退磁的條件

由圖1和圖2可以清楚地看到，在常溫下釹鐵硼永磁體的退磁曲線為直線，無論外加多大退磁磁勢(shì)，永磁體都不會(huì)產(chǎn)生不可逆退磁。

釹鐵硼永磁體在高溫下不能保持其退磁曲線為直線，在下部會(huì)發(fā)生彎曲，雖然在高溫下，釹鐵硼永磁體退磁曲線下部發(fā)生彎曲，但如果外加的退磁磁勢(shì)較小，釹鐵硼永磁體的工作點(diǎn)仍在退磁曲線的拐點(diǎn)bk以上，也不會(huì)產(chǎn)生不可逆退磁。

釹鐵硼永磁材料要產(chǎn)生不可逆退磁，基于以下兩個(gè)條件。

1）永磁材料處在一定的高溫下，在該溫度下，材料的退磁曲線由常溫下的直線在拐點(diǎn)處變?yōu)榍€，退磁曲線發(fā)生彎曲。退磁曲線開始彎曲的那一點(diǎn)稱為拐點(diǎn)，用bk表示。

2）永磁體在該溫度下受到了較大的退磁磁勢(shì)的作用，使永磁體工作點(diǎn)低于拐點(diǎn)bk。此時(shí)，當(dāng)外加磁勢(shì)取消后，永磁體工作點(diǎn)將沿著與退磁曲線平行的回復(fù)線移動(dòng)。

只有在以上兩個(gè)條件同時(shí)滿足的情況下，永磁體才能產(chǎn)生不可逆退磁。因此高溫和大電流尤其在大轉(zhuǎn)矩情況下的電樞反應(yīng)產(chǎn)生的較大退磁磁動(dòng)勢(shì)是永磁體產(chǎn)生不可逆退磁的最主要的原因。

1.3 磁鋼退磁的原因

1.3.1 磁鋼在高溫下工作的失磁

以下因素使電機(jī)溫升增加：①永磁同步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在齒諧波的作用下，永磁體表面會(huì)產(chǎn)生渦流損耗。②電機(jī)安裝空間狹小，電機(jī)散熱條件差。③電機(jī)頻繁起制動(dòng)時(shí)電流大，電能消耗增大，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的熱量公式Q=I2Rt，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量與電流的平方成正比。④汽車的全天候行駛，特別盛夏季節(jié)時(shí)，道路上溫度很高，如果沒有良好的通風(fēng)降溫措施，電機(jī)周圍環(huán)境溫度將急劇增加。

上述因素共同作用，使安裝于電機(jī)機(jī)殼內(nèi)部的磁鋼處于高溫下工作，其退磁曲線的下部發(fā)生彎曲，易發(fā)生不可逆退磁。

1.3.2 較大退磁磁動(dòng)勢(shì)的生成

較大退磁磁動(dòng)勢(shì)的生成，是大電流 （包括定子故障產(chǎn)生的短路電流和過負(fù)載電流等）引起的電樞反應(yīng)，尤其是大轉(zhuǎn)矩情況的電樞反應(yīng)。汽車在道路上運(yùn)行工況復(fù)雜，在起動(dòng)、突然制停和反轉(zhuǎn)，定子繞組的匝間短路，在過載和瞬時(shí)超負(fù)載運(yùn)行等都能造成大于額定電流數(shù)倍的大電流，生成較大退磁磁動(dòng)勢(shì)。

當(dāng)永磁體運(yùn)行點(diǎn)溫度進(jìn)一步升高，一旦超過永磁體的工作溫度，永磁體就有發(fā)生退磁故障的可能。當(dāng)永磁體發(fā)生失磁時(shí)，為滿足負(fù)載運(yùn)行的要求，需增加定子電流，而定子電流的增加，會(huì)形成較大的退磁磁勢(shì)，同時(shí)進(jìn)一步使電機(jī)的溫度升高，永磁體進(jìn)一步失磁，如此形成一個(gè)惡性循環(huán)，永磁體的工作點(diǎn)向退磁曲線的拐點(diǎn)以下移動(dòng)，產(chǎn)生不可逆退磁。

1.3.3 釹鐵硼永磁材料化學(xué)穩(wěn)定性差

釹鐵硼永磁材料化學(xué)穩(wěn)定性差，成分中含有大量的釹和鐵，易氧化不耐腐蝕。如永磁體外表防腐蝕層處理不好，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕和氧化，氧化后的永磁體變得松脆，永磁電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)使永磁體剝落，造成永磁體部分失磁。同時(shí)釹鐵硼永磁材料脆而易碎，其生產(chǎn)、運(yùn)輸及電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中也易發(fā)生永磁體部分失磁。

1.3.4 磁鋼溫度時(shí)效的退磁

溫度的變化會(huì)引起磁鋼磁性能的變化，當(dāng)永磁同步電機(jī)長(zhǎng)期使用后，釹鐵硼永磁材料在高溫下磁性能會(huì)有損失。在升到一定溫度時(shí)，材料磁性能將沿曲線逐漸降低，而當(dāng)溫度恢復(fù)后，磁鋼剩磁會(huì)沿回復(fù)曲線恢復(fù)，但并不能回到原有值，而是發(fā)生了一部分不可逆的磁損。

對(duì)永磁材料而言， 是有使用壽命的，隨時(shí)間的磁損與所經(jīng)歷時(shí)間的對(duì)數(shù)基本上成線性關(guān)系。永磁電機(jī)使用一定的年限之后， 日積月累也會(huì)造成磁鋼退磁。

1.3.5 磁鋼的振動(dòng)失磁

磁鋼在運(yùn)輸或安裝時(shí)，如受到劇烈振動(dòng)，有可能其內(nèi)部磁疇發(fā)生變化，磁疇的磁矩方向發(fā)生變化后，磁鋼磁性能會(huì)變差，就會(huì)造成磁鋼退磁。

綜上所述，釹鐵硼永磁電機(jī)磁鋼退磁，常常是以上多種退磁原因共同作用的結(jié)果。盡管在永磁體設(shè)計(jì)、制造、安裝以及電機(jī)運(yùn)行過程中，采取了許多預(yù)防局部非均勻退磁和均勻退磁的技術(shù)措施，但永磁體的退磁故障仍然難以避免。

2 永磁同步電機(jī)磁鋼嚴(yán)重退磁的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

隨著車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)的不斷深入，需要有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行規(guī)范和引導(dǎo)。國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局2015年2月24日發(fā)布了2個(gè)2015版的電動(dòng)汽車電機(jī)及其控制器的國家標(biāo)準(zhǔn)，即GB／T 18488.1-2015《電動(dòng)汽車用電機(jī)及其控制器技術(shù)條件》和GB／T 18488.2-2015《電動(dòng)汽車用電機(jī)及其控制器試驗(yàn)方法》，2015年9月1日正式實(shí)施。

這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是適用于各類電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的通用標(biāo)準(zhǔn)，但由于內(nèi)容涉及到電動(dòng)汽車用的各類電機(jī)，因范圍廣，規(guī)定比較原則，對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)的一些有針對(duì)性的特殊要求，如永磁同步電機(jī)的磁鋼退磁等，在這2個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)中都沒有體現(xiàn)并作出特別的規(guī)定。

工信部于2011年和2017年發(fā)布執(zhí)行了2個(gè)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即QC／T 893-2011《電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)故障分類和判斷》和QC／T 1069-2017《電動(dòng)汽車用永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)》，這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于永磁同步電機(jī)磁鋼嚴(yán)重退磁作了特別的規(guī)定，對(duì)國標(biāo)進(jìn)行了補(bǔ)充。

2.1 QC／T 893-2011電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)故障分類和判斷

2011年12月20日，工信部發(fā)布了QC／T 893-2011《電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)故障分類和判斷》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，于2012年7月1日正式實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)故障的確認(rèn)原則、故障模式和故障分類。適用于各類電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)。

其中涉及到退磁的條文如下。

1）5故障分類 根據(jù)故障的危害程度，可分為致命故障、嚴(yán)重故障、一般故障和輕微故障四級(jí)。

2）附錄A （規(guī)范性附錄） 驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)故障模式，A.2退化型故障模式中將永久磁體退磁列入退化型故障模式。

3）附錄B （規(guī)范性附錄） 驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)故障模式及分類舉例，表B.1致命故障中序號(hào)25，永磁體性能衰退，規(guī)定當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)400 h可靠性試驗(yàn)后，電機(jī)失磁過高，造成最大轉(zhuǎn)矩或最大功率性能低于技術(shù)條件規(guī)定指標(biāo)的5%的情況時(shí)，即可判斷為致命故障。表B.2嚴(yán)重故障中序號(hào)1，永磁體性能衰退，電機(jī)性能低于技術(shù)條件規(guī)定的指標(biāo)，造成整車動(dòng)力性能下降，即可判斷為嚴(yán)重故障。

2.2 QC／T 1069-2017電動(dòng)汽車用永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)

2017年1月9日，工信部頒布了QC／T 1069-2017《電動(dòng)汽車用永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)》的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，于2017年7月1日正式實(shí)施。標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了電動(dòng)汽車用永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志與標(biāo)識(shí)。適用于電動(dòng)汽車用永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中涉及到退磁的條文如下。

1）3術(shù)語和定義的3.7條文定義永磁體退磁為永磁體產(chǎn)生不可逆退磁的現(xiàn)象。

2）4技術(shù)要求的4.11條文永磁體老化中規(guī)定在老化試驗(yàn)后，因永磁體老化造成的驅(qū)動(dòng)電機(jī)反電勢(shì)下降比例應(yīng)不大于產(chǎn)品技術(shù)文件規(guī)定值，供需雙方可商定采用其他評(píng)判方法。

3）5檢驗(yàn)方法的5.11條文永磁體老化退磁中規(guī)定，將經(jīng)過GB／T 29307規(guī)定的可靠性試驗(yàn)后的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，按照5.3的方法復(fù)測(cè)反電勢(shì)，計(jì)算可靠性試驗(yàn)前后的反電勢(shì)下降比例?；虬凑展┬桦p方可商定的方法表征和測(cè)試。

4）表A1檢驗(yàn)分類 （續(xù)）的檢驗(yàn)項(xiàng)目安全性驅(qū)動(dòng)電機(jī)永磁體老化規(guī)定型式檢驗(yàn)的檢驗(yàn)項(xiàng)目。

這兩個(gè)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)磁鋼嚴(yán)重退磁的定義、檢測(cè)和故障危害程度作了詳細(xì)明確規(guī)定，為電機(jī)磁鋼退磁的檢測(cè)和判定，提供了依據(jù)。

3 電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)磁鋼退磁的檢測(cè)

3.1 單片磁鋼磁性能的檢測(cè)

對(duì)于單片磁鋼，磁鋼進(jìn)廠后，檢測(cè)單片磁鋼的磁性能，符合要求即可入庫待安裝使用。檢測(cè)可使用以下幾種儀器。

1）特斯拉計(jì) 特斯拉計(jì)又稱高斯計(jì)，是根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的，可以方便地測(cè)試氣隙中的磁場(chǎng)、磁體的表面磁場(chǎng)和距磁體一定距離處的磁場(chǎng)。測(cè)試時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)霍爾探頭，使之與磁場(chǎng)方向垂直。特斯拉計(jì)測(cè)試的磁場(chǎng)是霍爾片上的平均磁場(chǎng)，接近于點(diǎn)測(cè)試，可以測(cè)出磁場(chǎng)的不均勻性。

2）磁通表 磁通表又稱韋伯計(jì)，它是應(yīng)用電磁感應(yīng)定律測(cè)量磁通量的直讀儀表。當(dāng)測(cè)試線圈從磁場(chǎng)中抽出時(shí)，磁通表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。線圈內(nèi)被測(cè)磁通或磁通密度可用儀表說明書中給定的公式計(jì)算。用抽拉線圈方法可以測(cè)得線圈面積內(nèi)平均磁通密度或磁場(chǎng)值。

3）直流磁特性測(cè)試儀 直流磁特性測(cè)試儀能夠同時(shí)測(cè)試材料的Br、Hc和 （BH）max值。其工作原理是用電子磁通計(jì)測(cè)出在外磁場(chǎng)作用下磁化強(qiáng)度或磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化，同時(shí)用另一電子磁通計(jì)或霍爾探頭測(cè)出空隙中磁場(chǎng)的變化，將信號(hào)分別輸入X-Y記錄儀的x端和y端。由此自動(dòng)記錄材料的退磁曲線和磁滯回線。

3.2 永磁同步電機(jī)磁鋼退磁的檢測(cè)

由于永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁鋼是安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，必需將電機(jī)拆卸，取出轉(zhuǎn)子，拆下單片磁鋼，對(duì)其進(jìn)行磁性能檢測(cè)。整機(jī)拆卸過程繁雜，需用專用工裝工具。

永磁同步電機(jī)磁鋼退磁的檢測(cè)，有用測(cè)量空載反電勢(shì)或電機(jī)工作電流的變化來推測(cè)電機(jī)磁鋼的退磁及其程度，但是需要指出是，即使磁鋼沒有退磁，電機(jī)的其它故障，如繞組匝間短路、斷相等，也會(huì)引起電機(jī)空載反電勢(shì)和工作電流產(chǎn)生變化；再者如不拆卸電機(jī)，檢測(cè)時(shí)必須要安裝拖動(dòng)電機(jī)，在沒有機(jī)臺(tái)設(shè)備的情況下，檢測(cè)較為困難復(fù)雜。

因此，本文提出一種在不拆卸永磁同步電機(jī)的情況下來檢測(cè)電機(jī)磁鋼退磁的方法，其原理是通過測(cè)量永磁同步電動(dòng)機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，根據(jù)齒槽轉(zhuǎn)矩值的變化，來判斷電機(jī)磁鋼是否退磁以及退磁的程度，檢測(cè)方便簡(jiǎn)捷易行。

3.2.1 永磁電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩

3.2.1.1 永磁電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩

2009年1月1日實(shí)施的國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T2900.25-2008電工術(shù)語 旋轉(zhuǎn)電機(jī)。在標(biāo)準(zhǔn)第411-48-45條，對(duì)齒槽轉(zhuǎn)矩作了定義：無供電的永磁電機(jī)由于其轉(zhuǎn)子和定子有自行調(diào)整至磁阻最小位置的趨勢(shì)而產(chǎn)生的周期性轉(zhuǎn)矩。

由此定義可知，齒槽轉(zhuǎn)矩是永磁電機(jī)一種固有的現(xiàn)象。是在電樞繞組開路時(shí)，是永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)和開槽電樞鐵心相互作用下產(chǎn)生的，它的大小和其他因素?zé)o關(guān)，是一定值。齒槽轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子位置改變呈現(xiàn)周期性變化，周期大小由永磁電機(jī)的磁極數(shù)與槽數(shù)決定，可以表示為以轉(zhuǎn)子極數(shù)和定子槽數(shù)的最小公倍數(shù)，是基本周期的頻譜函數(shù)。

從本質(zhì)上而言，它是永磁體磁場(chǎng)與齒槽間作用力的切向分量引起的，是永磁體與電樞齒槽相互作用的結(jié)果，又因?yàn)樗偸窃噲D將定子齒槽和永磁磁極對(duì)齊在某一位置，故又將其稱定位轉(zhuǎn)矩。

齒槽轉(zhuǎn)矩與定子電流無關(guān)，是定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置的函數(shù)，很大程度上取決于電機(jī)齒槽的結(jié)構(gòu)和尺寸。它的存在會(huì)引起永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速度波動(dòng)，使電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，如何有效削弱及抑制齒槽轉(zhuǎn)矩，是近年來永磁電機(jī)研究的熱點(diǎn)問題之一。

3.2.1.2 齒槽轉(zhuǎn)矩和磁鋼磁性能的關(guān)系

永磁同步電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩解析表達(dá)式如式 （1）所示：

式中：Tcog（α，NS）——齒槽轉(zhuǎn)炬，Nm；La——定子鐵心的軸向長(zhǎng)度，mm；μ0——真空磁導(dǎo)率；NS——電樞所斜的槽數(shù)（槽數(shù)）；θs1——用弧度表示的電樞齒距，rad；R1——電樞外半徑，mm；R2——定子軛內(nèi)半徑，mm；P——極對(duì)數(shù)；Z——電樞槽數(shù)；n——為使nz／2p為整數(shù)的整數(shù)；Gn——傅里葉展開的系數(shù)；Brnz／2p——永磁體的剩磁，T；α——某一指定齒中心線和某一指定永磁磁極中心線之間的夾角，rad。

由式 （1）可見，永磁同步電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩是由電機(jī)的電磁參數(shù)、極槽配合、定子及其槽形、轉(zhuǎn)子磁極等參數(shù)決定的，不受外界輸入的影響。電機(jī)制造完畢后，這些參數(shù)和結(jié)構(gòu)均已固定，所以該電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩是一定值。

電機(jī)投入運(yùn)行后，如磁鋼發(fā)生了退磁故障，磁鋼的剩磁降低，但電機(jī)內(nèi)部的其他參數(shù)是固定不變的，所以齒槽轉(zhuǎn)矩值必將隨磁鋼剩磁的降低而下降，并且齒槽轉(zhuǎn)矩值下降的程度直接反映出磁鋼退磁的程度。將此概念引入到磁鋼退磁的檢驗(yàn)方法之中，把被檢電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩測(cè)定值，和該電機(jī)出廠前的齒槽轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行對(duì)比分析，即可迅速地判斷電機(jī)磁鋼是否已退磁和其退磁的程度。

3.2.1.3 齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量方法

齒槽轉(zhuǎn)矩的測(cè)量方法多樣，測(cè)試條件相差也大。

使用傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法和使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)測(cè)量方法，這兩種檢測(cè)永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的方法，雖然測(cè)量精度較高，但需在永磁同步電機(jī)上同軸安裝聯(lián)軸器、磁粉制動(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)矩傳感器，工作量大，安裝過程復(fù)雜，因此一般使用在要求測(cè)量精度高的場(chǎng)合。而在測(cè)量要求精度不高的場(chǎng)合，一般使用杠桿測(cè)力儀的靜態(tài)測(cè)量方法。測(cè)量值實(shí)際為摩擦轉(zhuǎn)矩和齒槽轉(zhuǎn)矩的和，考慮到驅(qū)動(dòng)電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩一般較大，測(cè)量值可基本等同視為齒槽轉(zhuǎn)矩值。測(cè)量方法如圖3所示。

圖3 杠桿測(cè)力儀的靜態(tài)測(cè)量示意圖

被測(cè)電動(dòng)機(jī)放置于平臺(tái)，將測(cè)力杠桿套進(jìn)電機(jī)輸出軸，手動(dòng)拉動(dòng)測(cè)力計(jì)，拉到杠桿滑動(dòng)前瞬間的力的顯示值Fmax，乘以測(cè)力杠桿的力臂長(zhǎng)度L，就是齒槽轉(zhuǎn)矩的單峰幅值。

為保證測(cè)量精度，需注意以下幾點(diǎn)。

1）杠桿水平位置向上拉的瞬間，開始測(cè)量 （杠桿質(zhì)量盡量輕）。

2）測(cè)力計(jì)向上拉時(shí)，要盡量保持力F與力臂L相互垂直。

3）向上拉時(shí)速度要緩慢并保持平穩(wěn)。

使用杠桿測(cè)力儀的靜態(tài)測(cè)量方法檢測(cè)永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩，是一種非常簡(jiǎn)單、直觀、相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的測(cè)量方法，雖然測(cè)量精度不是很高，但檢測(cè)方法簡(jiǎn)單實(shí)用，檢測(cè)工作量小，電機(jī)從電動(dòng)汽車上拆下后，將杠桿測(cè)力儀安裝在電機(jī)輸出軸上，在杠桿測(cè)力儀掛上測(cè)力機(jī)，即可進(jìn)行檢測(cè)。這種檢測(cè)方法，電機(jī)不需要上測(cè)試臺(tái)架，可就地進(jìn)行檢測(cè)，快捷、方便、易行，是一種值得推薦的永磁同步電機(jī)磁鋼退磁檢測(cè)的方法。

3.2.2 杠桿測(cè)力儀的檢測(cè)工藝過程

檢測(cè)電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩工藝過程如下。

1）提取永磁同步電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩峰值的原始數(shù)據(jù) （可由電機(jī)制造商提供，或電機(jī)采購入庫時(shí)自行用杠桿測(cè)力儀實(shí)測(cè)）。

2）從電動(dòng)汽車上拆下電機(jī)，將處于冷狀態(tài)的電機(jī)水平放置于鑄鐵平板上，用螺栓固定。

3）將測(cè)力杠桿安裝套筒端用平鍵固定在電機(jī)輸出軸上，測(cè)力桿處于水平位置。

4）把表盤測(cè)力儀 （或數(shù)顯測(cè)力儀）掛鉤裝在測(cè)力桿頂端孔內(nèi)，如電機(jī)與制動(dòng)器一體，則須釋放制動(dòng)器 （測(cè)試全部結(jié)束后，取消電機(jī)制動(dòng)器的釋放）。手握測(cè)力儀頂端，垂直向上緩慢勻速提升，帶動(dòng)杠桿和電機(jī)軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。讀取測(cè)力儀的周期的峰值數(shù)據(jù) （公斤力）并記錄。將測(cè)得的峰值乘以杠桿力臂即為齒槽轉(zhuǎn)矩峰值 （公斤米）。取下測(cè)力儀。

5）將電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)120°，按上述步驟再測(cè)一次。取得電機(jī)此位置齒槽轉(zhuǎn)矩峰值。將電機(jī)再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)120°，按上述步驟再測(cè)一次，取得電機(jī)此位置齒槽轉(zhuǎn)矩峰值。最后取電機(jī)3點(diǎn)不同位置齒槽轉(zhuǎn)矩峰值的平均值，作為該電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩峰值。

6）將測(cè)得齒槽轉(zhuǎn)矩峰值與原始齒槽轉(zhuǎn)矩峰值對(duì)比，判定磁鋼是否退磁及其退磁程度并作出結(jié)論。

7）填寫測(cè)試記錄并存檔，將電機(jī)原位裝回。

4 結(jié)束語

磁鋼是電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)的重要零件，道路行駛工況復(fù)雜，電機(jī)運(yùn)行過程中受到各種因素的影響后，易引起的磁鋼不可逆退磁，磁性能下降，引起電機(jī)過流或過熱，導(dǎo)致電機(jī)無法正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電機(jī)，發(fā)生安全事故。

本文介紹了電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)的永磁體材料及其磁性能，分析了釹鐵硼永磁體不可逆退磁的形成條件和機(jī)理，介紹了評(píng)判永磁體退磁的標(biāo)準(zhǔn)，提出了在不拆卸永磁同步電機(jī)的情況下，使用杠桿測(cè)力儀的靜態(tài)測(cè)量方法，檢測(cè)永磁同步電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩，并將測(cè)的數(shù)據(jù)與該電機(jī)出廠時(shí)的齒槽轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)比分析，來判定永磁同步電機(jī)永磁體是否失磁及其程度。這種檢測(cè)方法，為電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)的磁鋼失磁的檢測(cè)，提供了一種簡(jiǎn)單易行快捷方便的測(cè)試方法，以保障電動(dòng)汽車的安全行駛。