无刷电机为什么还会“掉磁”？NdFeB 永磁体 80 ℃ 是道坎---壹倍达电机小课堂

一、NdFeB 的“热”病：居里温度 ≠ 工作温度

　　钕铁硼的居里温度约 310–370 ℃，看起来离电机工作区很远，但决定实际可用上限的是“矫顽力温度系数”，典型值 –0.55 %/℃–0.65 %/℃。

　　换算下来：

　　- 20 ℃ 时矫顽力 18 kOe

　　- 80 ℃ 时已损失 0.6 %×60 ≈ 36 %，剩 11.5 kOe

　　- 100 ℃ 时损失 48 %，剩 9.4 kOe

　　当矫顽力跌到外部退磁场（电枢反应）之上，就会触发不可逆退磁——即使温度回落，磁通也回不来。因此电机界把 80 ℃ 定为“警戒线”，并非物理极限，而是“36 % 折让”经验值：再往下走，安全余量快速耗尽。

二、电机里谁把磁钢推上 80 ℃？

　　1. 铜损 I²R：持续 30 A 过 15 mΩ 端子，一对绕组即 13.5 W

　　2. 铁损：4000 rpm、1 T 磁密下，0.2 mm 硅钢片铁损约 12 W/kg

　　3. 涡流附加损：高频 PWM 谐波在磁钢表面感应涡流，2–4 W

　　4. 环境：夏季机壳 45 ℃，封闭舱再 +10 ℃

　　四路热源叠加，磁钢常比壳温高 8–12 ℃。当红外测到壳表 70 ℃，磁钢实际已踩 80 ℃ 红线。

三、退磁的三种“面孔”

　　1. 可逆退磁

　　温度升高 → 矫顽力下降，但仍在工作点之上；回落后磁通恢复。电机表现为“热态电流变大，冷态恢复”，看似无恙，却已在临界边缘徘徊。

　　2. 局部不可逆退磁

　　磁钢边角因涡流集中先过 100 ℃，矫顽力局部低于退磁场，出现“角退磁”。结果：

　　- 反电动势系数 KE 下降 3–5 %

　　- 同转速下需更高电流维持拉力 → 温度继续升

　　- 电流波形出现 3 次谐波突起，可在线识别

　　3. 整体不可逆退磁

　　整机长时间 120 ℃ 以上，矫顽力全域低于退磁场，KE 掉 10 % 以上。电机必须加 10 % 油门才能悬停，进入“热-磁”正反馈，最终触发保护或烧毁。

四、为什么廉价电机“掉磁”更快？

　　1. 磁钢牌号

　　N 系列（最大磁能积 50 MGOe）便宜，但耐温仅 80 ℃；H/SH/UH 系列通过添加重稀土 Dy、Tb，把矫顽力温度系数压到 –0.45 %/℃，耐 120/150/180 ℃，价格却翻 1.5–3 倍。低成本方案常选 N 档，天生离红线更近。

　　2. 工作点设计

　　磁钢越薄，退磁场越强。为了省 1 mm 气隙，一些电机把 3 mm 磁钢削到 2 mm，工作点从 0.9 T 降到 0.65 T，温度系数不变，但起点更低，80 ℃ 时率先跌破临界。

　　3. 散热路径

　　无槽封装、塑料端盖、无中心通风——热量淤积，磁钢实际温度比壳温高 15 ℃，红外枪却测不到。

五、实验室复现：把“掉磁”锁在数据里

　　测试台：外转子 28 极，磁钢 N42SH（名义耐温 150 ℃），持续铜损 20 W，封闭舱 40 ℃。

　　步骤：

　　- 20 ℃ 测反电势 10.0 V/krpm 作基准

　　- 烘箱升温到 80 ℃ 保温 30 min → 10.0 V/krpm（可逆）

　　- 升温到 120 ℃ 保温 2 h → 9.5 V/krpm（5 % 不可逆）

　　- 再升到 140 ℃ 保温 1 h → 8.8 V/krpm（12 % 不可逆）

　　可见：即便标称 150 ℃ 的 SH 牌号，在 120 ℃ 就开始留“伤疤”，140 ℃ 更是断崖。所谓“耐温等级”是材料实验室数据，真实电机里还有涡流、电枢反应叠加，裕度必须打 8 折使用。

六、如何给磁钢“延寿”？五条公共方案

　　1. 选高牌号：预算允许就上 H/SH， Dy、Tb 虽贵，但比返厂充磁便宜

　　2. 降热阻：槽壳、硅脂、中心孔对流，把磁钢-环境热阻降到 2 K/W 以下

　　3. 降工作点：磁钢厚度别省，0.5 mm 的“安全厚度”往往换来 10 ℃ 裕度

　　4. 降涡流：磁钢表面 0.05 mm 环氧绝缘+分段粘接，切断涡流回路，可让局部热点低 4–6 ℃

　　5. 降时间：飞控设置 100 ℃ 降额，110 ℃ 强制降落，别给“慢性退磁”累积机会

七、常见疑问三连

　　Q1：把 N 档磁钢拿回工厂充磁，能恢复性能吗？

　　→ 只能部分恢复。晶格里的反向磁畴已长大，重新充磁后 Br 回 98 %，矫顽力仅回 90 %，再次遇到高温更易退磁，属于“二次风险”。

　　Q2：电机声音变大，是不是退磁了？

　　→ 退磁后转矩常数下降，飞控自动抬油门，电流纹波幅值增加，电磁噪音 +3–5 dB，可作为早期故障特征，但需结合反电势测试确认。

　　Q3：外壳烫手就一定是磁钢退磁？

　　→ 不一定。轴承磨损、PWM 谐波过大也会壳温飙升，要用转速-电流-温度三维数据交叉判断：同转速下电流升高 + 反电势下降，才能锁定退磁。

八、结论：80 ℃ 不是熔断，是“斜率突变点”

　　NdFeB 的矫顽力温度系数把 60 ℃ 的线性区延长到 80 ℃，一过这条线，下降斜率陡增，再加上涡流、电枢反应助攻，局部工作点率先跌破零界。

　　“掉磁”从来不是瞬间灾难，而是温度+时间+退磁场的三重积分。把磁钢当“热敏元件”对待，给它留 20 ℃ 裕度、给它一条散热通道、给它一个 110 ℃ 硬保护，电机才能真正做到“无刷亦无忧”。

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