永磁体磁偏角测量系列·第3篇
新能源汽车电机，是车辆动力的核心部分，它将电能转化为可以驱动车轮的机械能。作为新能源汽车的不可或缺的部分，电机技术正在日益精进。电机转子:嵌有永磁体，如钕铁硼磁钢等，无需外部励磁即可产生恒定磁场。根据永磁体在转子上的位置不同，可分为表贴式和内置式等结构。
Part 01 永磁同步电机基本结构
• 定子:由铁芯和三相绕组构成，铁芯通常由硅钢片叠压而成，以减少铁耗。三相绕组在空间上间隔120度，通电后可产生旋转磁场。
• 转子磁场与定子磁场的相互作用:转子永磁体的磁场与定子旋转磁场同步旋转。当两个磁场轴线有一定夹角时，磁场之间有相互吸引力，这个力既有径向分量，也有切向分量，从而产生一定的转矩。当两个磁场轴线垂直时，产生的转矩最大。在磁场相互作用下，转子会跟随定子旋转磁场同步旋转，实现电能到机械能的转换。
永磁同步电机中，磁偏角指永磁体的磁场方向与其几何轴线之间的夹角，这个角度的大小直接影响电机的整体性能。转矩是定子磁场和转子永磁体磁场相互作用的结果。较大的磁偏角可能导致电机的转矩脉动和振动增加，转矩和效率降低，影响电机运行的平稳性和可靠性。
图1 永磁同步电机基本结构
Part 02 磁偏角对电机性能的影响
转矩脉动磁偏角会使电机的磁场分布不均匀，导致定子绕组产生的电磁力与转子永磁体的磁力之间的相对位置和角度发生变化。在电机运行过程中，这种不均匀的磁场分布会引起电磁力的周期性变化，从而产生转矩脉动。磁偏角会影响转矩的波动范围。较小的磁偏角可能会使转矩脉动的幅值较小，而较大的磁偏角则可能导致转矩脉动的幅值增大，使转矩在较大范围内波动。转矩脉动会使电机的输出转矩出现波动，导致电机的转速不稳定，影响电机的运行性能和控制精度。
图2 转矩脉动与磁偏角关系
转矩大小当磁偏角为0时，永磁电机的转矩达到最大值。当磁偏角较大时，定子绕组产生的电磁力与转子永磁体的磁力之间的夹角增大，根据转矩公式T = k·sinθ (其中T为转矩，k为与电机参数相关的常数，θ为定子的电磁力与永磁体磁力之间的夹角)，转矩会减小。这是因为磁偏角使电磁力与磁力之间的有效作用力减小，从而降低了电机的输出转矩，影响电机的负载能力和运行效率。
电机效率磁偏角为0时，永磁电机的效率最高。磁偏角的增加会导致永磁电机产生磁场的不稳定性，引起的转矩脉动和转矩减小，电机需要消耗更多的能量来维持相同的输出转矩，这会导致电机的能效比降低，增加了运行成本。同时，磁偏角还可能使电机的铁损和铜损增加，进一步降低电机的效率。磁偏角的不稳定性会导致电机效率的波动，使电机在不同运行条件下效率不稳定，影响电机的整体性能和可靠性。
电机噪音与振动在一些对转速和转矩稳定性要求较高的应用中，如伺服电机、精密加工设备等，磁偏角引起的转矩脉动会使电机的机械振动和噪声增大。磁偏角越大，转矩脉动越严重，电机的机械振动也就越明显，机械振动引发噪声越大，影响了电机的运行环境和使用体验，会导致电机的零部件松动、磨损加剧，缩短电机的使用寿命。磁偏角越小，电机的噪音和机械振动也越小，有利于提升设备的运行平稳性和使用寿命。
Part 03 磁偏角测量在电机设计中的作用
• 精确设计通过精确测量永磁体的磁偏角，电机设计师可以更加准确地了解磁场分布，从而优化电机的磁路设计，确保磁场平衡，提高电机的性能。
• 质量控制磁偏角测量也是电机生产过程中质量控制的重要环节。通过测量，可以及时发现并调整磁偏角过大的问题，确保每一台电机的性能都达到设计要求。
• 故障诊断在电机使用过程中，磁偏角的变化也可能是电机故障的一个征兆，通过定期测量磁偏角，可以及时发现并处理潜在的故障问题，保障电机的稳定运行。
• 正向利用在特定场景（如降低齿槽转矩）中，可主动引入小角度磁偏角优化电机性能。
Part 04 磁偏角测量技术的发展趋势
• 高精度测量随着电机设计对磁偏角精度的要求越来越高，磁偏角测量技术也在不断发展，追求更高的测量精度和稳定性。
• 自动化测量为了提高测量效率和准确性，越来越多的磁偏角测量设备开始采用自动化测量技术，实现了快速、准确的在线测量。
• 多功能集成未来的磁偏角测量设备将不仅仅局限于测量磁偏角这一单一功能，而是会集成更多的功能，如磁场分布测量、电机性能评估等，为电机设计提供更加全面的数据支持。
在电机生产过程中，通过对电机磁体磁偏角进行精确测量，确保电机性能稳定可靠。宁波兴隆公司旗下磁偏角测量仪设备，可实现对永磁体磁偏角进行高速高精准的测量。该测量仪器操作便捷性，配备直观易用的操作界面和强大的数据处理软件，能够实时显示测量结果并进行数据分析。
图3 磁偏角测量仪设备
