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永磁电机设计-退磁处理

永磁电机设计——退磁处理

     永磁电机发展已有上百年历史,其永磁材料(铁氧体、NdFeB等)是电机的核心,而NdFeB作为目前性能最为优良的材料,得到了广泛应用,在其使用过程中不得不避免其退磁处理的设计。以下以N42SH材料为例进行说明。

1.退磁曲线

下面是N42SH相关参数:

涉及的参数Br、Hcb等参数大家应该都有理解。其退磁关键是上图的退磁曲线,包括,退磁曲线和另一条内禀退磁曲线。

退磁曲线:表示永磁材料被完全磁化后无外励磁时的B—H 关系。 永磁材料在一般的应用中无外励磁,故去磁曲线是表示永磁材料特性的主要特性曲线。

内禀退磁曲线:与电机设计本身无关,主要影响磁铁材料稳定性,永磁材料在外磁场作用下被磁化后产生的内在磁感应强度,称内禀磁感应强度Bi,又称磁极化强度J。

简单理解为:当磁铁处于退磁状态的外加磁场中时,表征值为Br-Hc,但实际磁铁具有的磁场为Bi-H。即受到外部影响磁场强度降低了u0H 。

2.退磁起因及表现形式

•起因:高频振动、极端温度、大电流、锈蚀、充磁问题,几种起因综合作用。

•表现形式:电机工作点漂移,电机转矩、性能下降,振动噪音剧增、运行不稳定、异常温升等。

•检测手段:转子磁通量、转子表面磁场强度分布。


3.退磁的优化设计

•优化气隙磁导:增大气隙,增加定子槽数,减小定子槽口宽度,采用磁性槽楔或者闭口槽等;

•降低电机谐波:采用低谐波绕组(双层短距分布、单双层绕组),提高变频器载波频率或在变频器输出侧加滤波器;

•永磁体表面绝缘处理:以“镍铜+环氧”镀层替代镀锌或者镍铜镍,或带磁转子浸漆烘干;

•采用永磁体分块和分段设计;

•选用高内禀矫顽力永磁体,如以EH代替UH方案;

•增加永磁体磁化方向尺寸;

•采用多极电机设计方案;

•永磁体进行老化处理;

•深埋永磁体,即将永磁体尽可能布置在远离电枢绕组位置;

•永磁体容易去磁的部位往往是边角,因此可以对永磁体进行倒角;

•通过增加磁路漏磁,达到对电枢反应退磁磁通分流的目的。如以内置式代替表贴式方案,增加磁桥厚度减小磁桥长度等。


4.退磁仿真设计

•案例说明

IPM电机N42SH磁铁在不同工作环境下的仿真设计。

产品背景:12V低电压、高扭力电机18槽6极电机设计方案,主要应用于驻车空调、自动快速恒温系统。

(1)由于高温引起的退磁效应

反电势波形比较(设置在0.015s发生退磁)

发生退磁后转子磁场的主磁通发生偏移,导致电机工作点发生变化,引起反电势降低。

电机齿槽转矩也会受到相应的影响,虽然齿槽转矩降低了。

随着温度升高,磁铁磁性能降低,升至某一温度时,磁化强度消失,此温度称为该磁铁的居里温度,一般N42SH的居里温度在150摄氏度。

•负载状态

当温度引起磁铁退磁后,电机的功率及转矩都会引起下降。



注意:当温度升高后,电机一直处于高温环境中,出现转矩、功率下降等现象属于正常现象,因为下图中可明显看到因为温度升高,使Br下降,引起磁场强度、磁通量下降。

(2)由于起动电流、或瞬间大电流引起的退磁效应

为方便说明退磁效果,我们以120℃下环境温度为例,选择point3点作为监测点

电流为额定电流的3倍作为起动电流,并分别做1.2、1.5倍起动电流测试。



额定电流
退磁电流


1.2倍退磁电流


1.5倍退磁电流

从图中可以看出当退磁电流增加时,磁铁的磁导率迅速下降、退磁。

个人认为对比磁导率是最方便快捷的手段,当然也有磁铁B-H退磁曲线运行范围、退磁率比较等方法。

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