電動汽車輪轂電機故障診斷與維修

任麗

佛山市華材職業技術學校 廣東 佛山 528000

電動汽車的出現，貫徹了我國當前所倡導的低碳出行、保護環境的理念，對于采用輪轂電機的電動汽車來講，輪轂電機是其重要地組成部件之一，如果沒有及時地進行勘察與檢驗，對于故障沒有及時地進行診斷與維修，便會使得電動汽車在行駛過程中出現安全隱患問題。因此，本文對于電動汽車中輪轂電機的故障診斷方法進行分析，并且提出針對性地維修方案。

1 輪轂電機結構及工作原理

輪轂電動機，屬于永磁外轉子結構。電機定子的基礎單元是U形電磁鐵，有線圈以及軟磁鐵芯共同組成，從而稱其為電磁單元，如圖1所示，當線圈的電流方向發生轉變之時，便可以將電磁鐵的極性進行轉變。電機轉子的基本單元是一個由軟磁材料構成的磁橋，磁橋起到導磁的用途，從而將磁路漏磁進行減小，以及兩個極性相反的永磁體。

圖1 U形電磁鐵和相鄰的兩組永磁體

電磁單元的工作原理如圖1所示，當轉子發生逆時針旋轉的時候，電流的方向通過電磁鐵進行控制，并且對靠近它的永磁體（磁極1）產生拉力，而對離開它的電磁鐵（磁極2）產生推力，這樣便能促使正向轉矩的產生。而當轉子永磁體（磁極1）旋轉到與電磁鐵同一位置時，電磁單元線圈的電流方向發生轉變，對永磁體磁極1產生推力，而對后面的一個永磁體產生拉力。如此循環，產生持續的轉矩。電機定子組裝為傘形的模塊化結構，其中可以將3個U型電磁鐵或者5個U型電磁鐵組成一個組件，與2個永磁體或者4個永磁體對應，形成3相2極、5相4極電機，再由若干個組件構成完整的電機。

2 故障診斷與維修

2.1 電機供電線短路

（1）故障診斷

當利用舉升機將電動汽車舉起后，掛前進擋或倒擋，踩加速踏板加速時發現2個后電動輪中的右后輪不發生轉動，只有左后輪在進行轉動，便可以初步診斷是右后電動輪動力系統發生故障。電動汽車的驅動系統通常都是由電機以及控制器組成。并且擁有2個獨立的控制器對2個后驅動輪轂進行分別控制。由于左后輪能夠正常進行驅動，所以可以證明左后電機的控制器是正常運行的?？刹捎锰鎿Q法，通過左后電機控制器對右后電機進行控制，如果發現故障問題依然存在，便可以將故障發生的范圍進行縮小，鎖定在右后輪轂電機自身上（含電機線束）。將起動開關轉至OFF處，并且將2個后驅動輪轉動，如果發現右側的阻滯力很大，需要非常用力地用手才能使其轉動，而左側的阻滯力較小，則可以證明右后輪電機電子線圈形成了回路，通過互換法已經證明控制器并沒有出現問題，所以只能是電機定子線圈線束短路而引起的。利用萬用表歐姆檔對電機定子3組線圈引出線3個端子兩兩之間的電阻值進行測量，3根引出線的顏色分別是藍、黃、綠，綠藍色以及黃綠色2個端子間的電阻值為0.4Ω，黃藍色2個端子間的電阻值接近于0，可以初步診斷黃藍色線束出現短路。對右后輪轂電機線束仔細地進行檢查，發現線束外圈絕緣保護套出現熱熔化的痕跡時，將絕緣套割開，發現霍爾傳感器線束與3組線圈的連接線在某位置相熔，如圖2所示。

圖2 電機外部線束燒蝕圖

電機內部線束是否也有問題存在，還需分解查驗，因此將輪轂電機拆下并且分解。打開后發現線圈連接線在電機內部也有燒蝕的現象，定子線圈本身無燒蝕現象，如圖3所示。

圖3 電機內部線束燒蝕圖

（2）故障分析

通常，輪轂電機所應用的是直流無刷電動機，電機定子主要由3組線圈星形連接而成，磁塊由稀土永磁材料制成，并粘貼在電機轉子內圈上，轉子磁場變換由3組霍爾傳感器進行檢測，同時將信號輸送至控制器，控制器依據輪速信號，以及加速踏板信號，將電機定子3組線圈的電流方向以及電流大小進行控制，電機將車輪旋轉帶動。如果在回收制動能量時，車輪反拖電機旋轉，永磁鐵所產生的磁場在定子線圈中產生感應電動勢，并且隨之旋轉，此時電動機則轉變成為了發電機。在正常的狀況下，將起動開關關閉時，控制器也將工作停止，定子線圈屬于斷路狀態，所產生的感應電動勢無法形成回路，定子線圈中沒有感應電流，因此不能形成反力矩，因此在此刻將驅動輪轉動，阻滯力是比較小的。電動汽車由于長期運轉，電機供電線因為布線問題從而致使散熱不良，引發絕緣層熔化，導致供電線發生短路。由于電機電子線圈線束出現短路情況，控制器為了將電機以及自身進行保護，便停止向右后輪電機進行供電。

（3）故障排除

當燒蝕線束重新包裹完畢后，對于電機定子三組線圈引出線三個端子兩兩之間所存在的電阻值應該重新進行測量，綠藍色、黃綠色、黃藍色兩個端子間電阻值應該是在0.4Ω之內，如果鐵芯與三個端子之間并不導通，便可以說明這三組線的絕緣問題良好，從而便可以將定子線圈線路短路的故障問題進行排除。

2.2 電機傳感器損壞

（1）故障診斷

霍爾傳感器在電動汽車中屬于一種重要的傳感電子設備，能夠對電動汽車有關工作狀況通過傳感器進行監測，同時將相關信息輸出到電控單元，隨后電控單元通過分析、運算、判斷后，發送指令至執行機構，從而控制電動汽車的工作狀況達到最佳。當電機進行重新裝配之后，采用裝車測試來對右后輪電機的轉動情況進行探查，當發現右后輪電機不轉，但是能夠用手輕松轉動，可以證明故障問題并不在電機定子線圈中。由于電機控制器是受電機霍爾傳感器信號來給電機定子線圈分配電壓，因此，一旦霍爾傳感器損壞、失效，控制器將無法正常運作，所以下一步診斷工作就是對右后輪電機的霍爾傳感器進行檢測。將起動開關轉至ON模式，并將電動汽車舉升，利用手來將車輪轉動，隨后再利用示波器對3個霍爾傳感器的信號端輸出波形進行測量，當發現均為輸出控制信號，可以診斷右后輪電機的3個霍爾傳感器均已損壞。

（2）故障分析

電動汽車輪轂電機所應用的3個霍爾傳感器，都是41F雙極性霍爾傳感器，其電源電壓在4.5至24V范圍內，工作時的溫度在-40至150℃范圍內，并且擁有3個針腳，分別為搭鐵、5V供電以及信號端。3個霍爾傳感器擁有5根線，黑色是搭鐵線，藍、黃、綠色是3根信號線，紅色是5V供電線。3根供電線與霍爾傳感器組的5根線是共同包在一起的，根據線束檢查結果，可以推斷，由于霍爾傳感器組的供電線絕緣層發生熔化，從而導致電機的120V供電線與5V供電線碰到一起，致使3個霍爾傳感器全部損壞。

（3）故障排除

將損壞的3個霍爾傳感器進行更換之后，應該將電機重新組裝，并且利用示波器對霍爾傳感器信號進行測量，當霍爾傳感器的信號如圖4所示，顯示正常時，踩下加速踏板后右后電機能夠正常工作。

圖4 霍爾傳感器組信號波形圖

3 結語

綜上所述，電動汽車的驅動系統與傳統汽車相比，存在較大地差異，但其診斷的方法和思路與傳統汽車有非常相似的地方，從某種意義上來說，其故障的診斷方法和流程相對于傳統汽車來說較為簡單，電動輛涉及高壓，故其診斷的規范和要求又與傳統汽車診斷有較大的差別。本文就電動汽車輪轂電機的故障進行了常見故障的診斷、分析與排除，望對從事輪轂電機的維修人員提供一些維修的方法和思路，如有不足之處還望大家批評指正。