Maxwell永磁电机分数槽绕组&退磁仿真&扁线绕组仿真计算--第二章

      永磁同步电机（PMSM）的退磁仿真至关重要，其核心价值在于“预防不可逆的永久性损坏，保障电机在全生命周期内的可靠性与性能”。它不是在问题发生后进行分析，而是在设计阶段就主动预测和规避风险的关键手段。  

为何退磁仿真是设计必需环节？

• 核心目标：评估永磁体在各种严苛工况下，局部工作点是否下移至不可逆退磁曲线以下，导致磁性能永久性丧失。

• 关键场景分析：

  1、高温环境，磁体本身矫顽力随温度升高而下降，退磁风险急剧增加；

  2、大电流冲击，特别是直轴去磁电流（如突然短路、重载启动、故障工况）；

  3、复杂工作点，高速弱磁控制时，持续的去磁磁场作用。

• 直接价值：

  1、避免灾难性失效，防止因部分磁体退磁导致转矩下降、振动噪声加剧、电机整体性能衰退甚至报废；

  2、优化成本与安全，指导在风险区域选用更高矫顽力（如钕铁硼N系列）、进行磁路或控制策略优化，避免“过度设计”或“设计不足”；

  3、建立性能边界，明确电机的安全工作区，为控制器设计和保护逻辑（如温度、电流保护阈值）提供精确依据。

  
  

      高温和大直轴去磁电流是永磁体发生不可逆退磁的元凶。课程以内禀退磁曲线来定义永磁体的磁性能，并将剩磁和内禀矫顽力设置为永磁体温度的函数，而将永磁体温度作为一个独立变量，可以对该变量进行参数化分析计算，便可得到不同永磁体温度下的电磁性能。随着永磁体温度升高，其退磁曲线上便会出现拐点及非线性段，如果永磁体某一位置处的磁密低于该拐点，便会造成该处位置的永久不可逆退磁。  
 

图 永磁体内禀退磁曲线和退磁曲线  

图 永磁体退磁曲线及工作曲线  

      从三相定子电流到DQ轴电流需要经过从三相静止坐标系到DQ轴两相旋转坐标系的转换，这是得到DQ轴电流的关键。其中D轴电流作用于D轴上（永磁体中心线所在位置），起去磁或增磁作用，但电机一般工作于去磁状态，Q轴电流作用于Q轴上，为转矩分量。  

图电压相量图及坐标变换矩阵  

      当电机工作于非正常状态，可能就会出现过大的D轴去磁电流分量。比如三相绕组短路状态，当电机从正常状态进入到短路状态，会出现电磁瞬态过程，此时会有较大的冲击电流，如以下两图所示，而永磁体不可逆退磁往往就在这个瞬态过程中发生,这也是我们仿真分析永磁电机三相短路工况的原因之一。  

图短路工况下三相电流曲线

图短路工况下DQ轴电流曲线  

      在电磁仿真时就需要考虑高温和大退磁电流同时出现的情况，可以直接更改永磁体的温度变量值为需要考核的温度，再通过短路仿真得到瞬态最大的去磁电流值或者其他可能出现的工况下的最大值，在Maxwell中开启退磁计算。下图分别为在退磁条件（高温&大电流）下永磁体的退磁率分布云图和退磁前后空载反电势的对比曲线，退磁率越接近于1，表明永磁体回复线上的剩磁越接近于原始的剩磁值，如果低于，就表明该位置处已经发生了不可逆退磁。在仿真和测试中，一般会用退磁后空载反电势与退磁前空载反电势的比值来评判电机的抗退磁能力。  

图 永磁体退磁率云图     

图 退磁前后空载反电势对比曲线