随着全球能源危机与温室效应的加剧，各国对“碳达峰、碳中和”等工作日益重视，电动汽车作为绿色交通方式替代传统燃油车成为主流出行方式，得到快速发展和应用。由于永磁电机具有结构简单、功率密度高、效率高、调速范围宽等优点，已逐步成为当前电动汽车驱动电机的首选型式。电动汽车驱动系统的高集成度、高可靠性等要求对永磁驱动电机的安全稳定运行提出了更高的要求。

当前，电动汽车用永磁驱动电机主要使用的是第三代钕铁硼稀土永磁材料。该种材料具有高磁能积、易加工、价格低廉等优势，但其磁性能的稳定性却容易受到外界高温、强磁场、强冲击振动、高辐射和化学腐蚀等因素影响，甚至产生不可逆失磁现象。

电机中使用的永磁材料作为转子励磁磁场的来源，一旦发生不可逆失磁，将会对驱动电机的稳定运行产生严重影响，甚至可能危及电动汽车驾驶人员的生命安全。因此，对永磁驱动电机的永磁体失磁问题进行准确的计算、分析并开展失磁故障诊断与预防对电动汽车的安全运行具有重要意义。

永磁体局部失磁问题是一个涉及电机磁路结构及其建模方法、永磁材料不同工作温度下的物理属性计算方法、失磁环境应力及其作用方式等多维度相关联的复杂问题。针对电动汽车用永磁电机的高功率密度、高可靠性等要求，当前考虑电磁场与温度场相互作用下的永磁体物性分析，对永磁体发生局部失磁的空间分布特性及其影响因素等问题均鲜有深度研究，未能揭示永磁体在电机轴向、周向空间上的磁性能与退磁特性差异。因此，有必要针对以上永磁电机局部失磁的相关问题，开展深入的研究。

针对电动汽车用永磁电机的失磁问题，中国科学院电工研究所、中国科学院大学的崔刚、熊斌 等学者，以一台115 kW、8极的外水套冷却电动汽车用永磁主驱动电机为研究目标，利用永磁体虚拟分块方法，建立基于永磁体磁特性参数、工作温度、空间位置等变量的永磁体失磁分析模型；利用电磁场和温度场双向耦合的三维多物理场计算方法，研究了永磁电机失磁的空间分布特性及其影响因素；并制造一台样机，验证分析方法的有效性和准确性，为进一步开展永磁驱动电机的高可靠性设计、退磁故障的诊断与预防提供了支撑。

图1 实验台架

研究者发现，电动汽车用永磁电机的失磁故障在空间分布上存在明显的不均匀性。失磁空间分布呈现铁心轴向中心部位最为严重，向端部区域逐渐减弱的规律。双V型磁路结构中，下层磁体失磁比上层严重。每块永磁体的失磁分布均受其工作温度、退磁电流幅值与角度等因素影响。

其次，永磁体局部位置的失磁严重程度与电机整体失磁状态并不完全一致。存在电机整体只发生轻微失磁而永磁体局部位置已经严重失磁的状态。电机轴向中心部位永磁体靠近转轴的边角位置的高工作温度区域最易发生局部失磁。在电机设计过程中，可通过降低铁心中心段永磁体的工作温度或提升其抗退磁能力，实现失磁预防。

另外，退磁电流幅值和角度决定了双V型磁路结构左右两个磁体的失磁程度与分布规律。同样温度分布下，退磁电流幅值越大，退磁越严重。退磁电流角为90°时，失磁呈现对称状态；其余电流角下，下层磁体的失磁比上层严重，R磁体失磁比L磁体严重。

他们最后指出，永磁体局部失磁故障对电机整体特性存在明显影响。空载反电动势和输出转矩可以准确地评估失磁的发生对电机空载和负载特性的影响。

本工作成果发表在2023年第22期《电工技术学报》，论文标题为“电动汽车用永磁电机的失磁空间分布特性及影响因素”。本课题得到国家自然科学基金的支持。