弱磁通控制 — CAE用语解说

弱磁通控制（Flux Weakening）是当IPM电机转速升高、反电动势接近电源电压时，通过负向d轴电流Id来有意削弱磁通，从而实现进一步高速化的控制技术。永磁电机的PM磁通Ψa是固定的，反电动势E = omega * Ψa与转速成正比——当逆变器输出电压达到限制时，电流无法流动，电机无法输出扭矩。通过d轴电流削弱磁通可以降低反电动势，因此能在电压限制范围内维持高速旋转。在EV运行中，从市区（低速·高扭矩）到高速公路（高速·低扭矩）需要覆盖广泛的工作范围，这项技术是必不可少的。

IPM电机的d轴方向就是磁石的磁化方向。正向Id增强磁石的磁通，负向Id则抵消磁石的磁通。简单来说，就是「电磁线圈的磁场部分抵消永久磁石的磁场」。通过这个负向Id电流，有效磁通Ψeff = Ψa + Ld * Id（由于Id为负，所以Ψeff小于Ψa）降低，反电动势被抑制。但弱磁通控制时铜损（I^2 * R）增加，效率下降——因此「低速采用高扭矩·高效率的MTPA控制，高速采用弱磁通控制」的切换成为EV标准驱动控制设计。

弱磁通控制域的工作点（Id < 0、Iq调整扭矩）进行FEM磁场分析是出发点，构建d-q磁通图。在有磁饱和的实际电机中，当Id增大时，磁石的工作点下降，最坏情况下会发生不可逆减磁——通过FEM分析确认不超过knee point（膝点），进行减磁余量计算是设计验证的必要步骤。进一步，用FEM计算弱磁通域的损耗图（铜损+铁损），更新效率图，高速公路行驶连续输出时的温度升高也连接到热分析。JMAG和Ansys Maxwell都对这种FEM-控制耦合流程提供了充分支持。