新能源汽車永磁電機故障診斷與維修

中圖分類號：U463.645 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）10-0168-03

【Abstract】As a core component of the power system，the operational reliability of the drive motor of new energy vehiclesdirectlydeterminestheoverallperformanceof thevehicleanddrivingsafety.Forthecurent mainstreampermanent magnetsynchronous motors，thisarticledeeplyanalyzes the evolution mechanisms of three typical faults thatoccur frequentlyundercomplex workingconditions，namelyelectricaldeterioration，mechanicaldamage，andthermal management failure. It focuses on constructing a comprehensive diagnostic system that integrates multi-soure signal analysis （including curentwaveformdistortion，bationspctrumcharacteristics，ndifraedtheralimageetectio）.Anddistilltepise maintenance technology paradigmbasedonengineering practice.The verificationthrough typicalfaultcases shows thatthis technical solution can efectively locatecomplex faults such as thermal demagnetizationof permanentmagnetsand piting corrosion of bearings，increasing the accuracy of fault identification to over 95 % ，and providing systematic and practical technical support for the front-line maintenance work of drive motors in new energy vehicles.

【Key words】new energy vehicles；permanent magnet synchronous motor;fault diagnosis；vibration analysis; thermal management

0 引言

新能源汽車已成為優(yōu)化交通能源結(jié)構(gòu)的核心方向，其驅(qū)動電機作為關(guān)鍵動力單元，直接決定整車運行可靠性。其中，永磁同步電機憑借高功率密度、高效率及優(yōu)異動態(tài)響應(yīng)特性，占據(jù)當(dāng)前新能源汽車驅(qū)動電機主流市場（Panetal.，2023）。但由于電機長期處于高壓、高濕、高頻振動的復(fù)雜工況，故障模式呈現(xiàn)多源耦合、隱蔽性強的特點，電氣系統(tǒng)絕緣劣化、機械系統(tǒng)軸承磨損、熱管理系統(tǒng)失效等問題頻發(fā)。

傳統(tǒng)診斷方式依賴人工經(jīng)驗，存在效率低、準確性差的弊端，難以滿足新能源汽車運維需求。行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，因驅(qū)動電機故障導(dǎo)致的車輛拋錨事件占比超 30% ，不僅影響用戶出行安全，還大幅增加運維成本。因此，構(gòu)建系統(tǒng)化的故障診斷與維修技術(shù)體系，成為保障新能源汽車安全運行、降低運維成本的關(guān)鍵。

本文以新能源汽車永磁同步電機為研究對象，提出一套工程化的綜合診斷策略，旨在為相關(guān)人員提供可操作的技術(shù)指導(dǎo)。

1新能源汽車永磁電機故障類型

1.1電氣系統(tǒng)故障

電氣系統(tǒng)故障是永磁電機的主要故障形式之一。絕緣系統(tǒng)在電、熱、環(huán)境應(yīng)力綜合作用下易發(fā)生劣化，如圖1所示。局部放電是絕緣故障的早期現(xiàn)象，其起始電壓通常低于材料額定耐壓等級的 30% （引用相關(guān)試驗數(shù)據(jù)文獻）。放電累積會導(dǎo)致絕緣材料碳化，形成導(dǎo)電通道，引發(fā)匝間或相間短路。電流傳感器監(jiān)測到的三相電流不平衡度超過 5% 或特定諧波分量（如5次、7次）顯著增大，是繞組不對稱或短路的重要征兆。接插件氧化、接觸電阻增大以及功率器件（如IGBT）的開關(guān)過電壓也是常見故障源。

圖1電機定子繞組局部燒蝕現(xiàn)象

1.2機械系統(tǒng)故障

機械故障主要表現(xiàn)為軸承磨損、轉(zhuǎn)子不平衡、不對中等。軸承故障特征頻率（如內(nèi)圈、外圈、滾動體故障頻率）可通過振動加速度信號解調(diào)分析精確提取。轉(zhuǎn)子動態(tài)不平衡會在振動頻譜中產(chǎn)生顯著的1倍轉(zhuǎn)頻分量，其振幅與不平衡量成正比。不對中故障則通常表現(xiàn)為2倍轉(zhuǎn)頻及其高次諧波。表1總結(jié)了基于振動分析的常見機械故障特征頻率。

表1永磁電機常見機械故障振動特征

1.3熱管理系統(tǒng)故障

熱管理系統(tǒng)失效是導(dǎo)致新能源汽車永磁電機過熱的核心因素，會加速絕緣材料老化與性能衰退。冷卻液流量不足、管路堵塞、散熱器效率下降是引發(fā)故障的主要誘因。在檢測過程中，借助紅外熱像儀可精準捕捉定子繞組端部、軸承室等關(guān)鍵部位的溫度異常熱點。當(dāng)電機某部位溫度突破絕緣等級對應(yīng)限值（如H級絕緣材料允許的最高溫度 180^°C ），或與平均溫度差值超過15K時，即表明存在嚴重過熱風(fēng)險。此外，導(dǎo)熱硅脂老化、冷卻水道結(jié)垢等問題會顯著增大熱阻，導(dǎo)致電機核心熱量無法及時有效散發(fā)[2]。

2故障診斷與維修技術(shù)要點

2.1綜合診斷策略

電氣系統(tǒng)的隱患多呈現(xiàn)隱蔽、分散而非線性擴展的特征，常規(guī)手段難以實現(xiàn)全景識別。為增強診斷的有效性，應(yīng)將三相電流的波形特征與絕緣性能狀態(tài)雙向關(guān)聯(lián)，構(gòu)建更具解析度的排查邏輯。技師借助空載與加載狀態(tài)下的波形對比，捕捉電流不平衡與相位異常的細節(jié)，若發(fā)現(xiàn)零序成分突變或側(cè)帶變形，即需聚焦槽口端部、電纜過渡區(qū)等易劣化位置。絕緣劣化區(qū)域可進一步借助局放信號的起始點與浪涌衰減曲線的擬合趨勢定位至具體繞組段。現(xiàn)場檢測不可忽視接插件的壓接形貌、插拔力變化及端子鍍層的脫落痕跡，這些均是接口老化的前兆。若母線電容鼓脹并伴隨ESR升高，應(yīng)視為潛在擊穿風(fēng)險，須及時替換。對于屏蔽層斷裂與接地回路失配的情形，應(yīng)回溯其布線走向，判斷是否構(gòu)成電磁干擾路徑。

在修復(fù)環(huán)節(jié)中，局部修復(fù)被賦予優(yōu)先級，以降低大拆所帶來的結(jié)構(gòu)擾動。輕微裂化的絕緣材料可在清潔干燥后進行再浸漆固化，并配合扎帶提升機械穩(wěn)定性；若存在潮氣滲入，需施以真空干燥與高分子浸漬，提升界面密實度。接插件一旦確認接觸不良，應(yīng)替換端子并加裝抗松機構(gòu)以提升長期可靠性；線束表面須配裝抗磨護套，并布設(shè)固定夾防止高頻共振帶來的表皮破損。控制器端建議引人dv/dt濾波模塊以及共模抑制裝置，從源頭抑制浪涌耦合；直流母線可引入RC緩沖網(wǎng)絡(luò)以緩解電壓尖峰。在復(fù)裝通電前，務(wù)必完成絕緣耐壓及局放值的全鏈路復(fù)核，逐項記錄溫升曲線、泄漏電流與爬電距離，形成完整檔案[3。控制回路的接地電阻等電位連接的螺栓預(yù)緊扭矩，需借助扭矩工具逐個確認，確保屏蔽閉環(huán)無盲點。

2.2電氣系統(tǒng)維修要點

診斷：使用絕緣電阻測試儀測量繞組對地絕緣電阻，應(yīng)不低于1MΩ（參照GB/T18488標準）。采用繞組電阻測量儀檢查三相直流電阻平衡度，偏差應(yīng)小于 2% 。局部放電檢測可用于評估早期絕緣劣化。

維修：對于局部絕緣損傷，可采用真空壓力浸漆（VPI）工藝進行修復(fù)。若繞組燒毀或嚴重短路，需更換整個定子繞組。更換后必須進行耐壓試驗（如工頻耐壓 2UN+1000V ，持續(xù) 1min ）和匝間沖擊試驗[4]。

2.3機械系統(tǒng)維修要點

診斷：振動分析是核心手段。建議在電機軸承座處安裝加速度傳感器，測量振動速度有效值（RMS），并對比ISO10816-3—2021《機械振動評價機器振動狀態(tài)的基本標準第3部分：額定功率大于15kW、額定轉(zhuǎn)速在 120～15000r/min 之間的工業(yè)機器》等標準判斷總體狀態(tài)。進一步進行頻譜分析，精確識別故障特征頻率。

維修：更換軸承時，必須采用熱裝（加熱溫度控制在 80～120^°C ）或?qū)Ｓ霉ぞ撸苊庵苯忧脫簟０惭b后需檢查軸承游隙并確保潤滑適量、清潔（潤滑脂填充量為軸承內(nèi)部空間的1/3～1/2）。對于轉(zhuǎn)子不平衡的問題，需在動平衡機上進行校正，剩余不平衡量需達到G2.5級或更高精度等級。嚴格保證電機與負載的對中精度。

2.4熱管理系統(tǒng)維修要點

2.4.1 故障診斷

故障診斷環(huán)節(jié)，可從液位、循環(huán)狀態(tài)和散熱效果三方面入手。

1）液位與品質(zhì)檢測：檢查冷卻液液位是否處于標準區(qū)間，觀察其顏色是否存在異常變化，同時檢測冷卻液中是否混人雜質(zhì)。

2）循環(huán)系統(tǒng)診斷：通過冷卻系統(tǒng)專用流量計測量冷卻系統(tǒng)進出口的壓差與流量參數(shù)，精準判斷管道是否存在堵塞、流通不暢等問題（正常流量應(yīng)符合電機技術(shù)手冊要求）。

3）散熱性能評估：運用紅外熱像儀掃描散熱器表面，分析其溫度分布是否均勻，從而評估散熱效能。

2.4.2 維修措施

1）冷卻系統(tǒng)深度維護：采用電機冷卻系統(tǒng)專用清洗劑對冷卻回路進行徹底沖洗（沖洗壓力控制在0.3～0.5MPa ），置換為符合GB29743—2013《機動車發(fā)動機冷卻液》標準的冷卻液，確保散熱介質(zhì)性能達標。

2）散熱器清潔作業(yè)：使用高壓氣槍（壓力?0.2MPa ，避免損傷部件）配合軟毛刷清理散熱器翅片，消除堵塞物，恢復(fù)通風(fēng)散熱效率（清潔后散熱器進風(fēng)口與出風(fēng)口溫差應(yīng)提升 10～15^°C ）。

3）關(guān)鍵部件更換：對老化或性能衰減的冷卻泵、 散熱風(fēng)扇進行更換，更換后需測試冷卻泵揚程與流 量、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與風(fēng)量，確保冷卻循環(huán)系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。

4）導(dǎo)熱界面處理：拆卸電機部件后，使用無水乙醇清除舊導(dǎo)熱硅脂殘留，采用點涂法重新涂抹符合ISO9227標準的導(dǎo)熱硅脂（涂抹厚度控制在0.1～0.2mm ），確保接觸面平整無氣泡，實現(xiàn)高效熱傳導(dǎo)。

3 典型案例剖析

3.1案例1：永磁體熱退磁故障

1）現(xiàn)象。某電動汽車高速行駛時動力下降，電機控制器報“轉(zhuǎn)矩輸出受限”故障碼。

2）診斷。數(shù)據(jù)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)一相反電動勢波形幅值較正常相降低約 25% 。離線使用高斯計測量轉(zhuǎn)子磁鋼表面磁場強度，發(fā)現(xiàn)局部磁通密度下降超 30% 。紅外熱像顯示該區(qū)域曾有異常高溫歷史（峰值達190^°C ）。

3）維修。更換整個轉(zhuǎn)子總成。同時檢修冷卻系統(tǒng)，清理水道，更換冷卻液，確保電機最高工作溫度穩(wěn)定在 150^qC 以下。修復(fù)后測試，電機輸出轉(zhuǎn)矩恢復(fù)至額定值，三相反電動勢平衡度誤差小于 2% 。

3.2案例2：驅(qū)動電機軸承損傷

1）現(xiàn)象。車輛在中低速運行時驅(qū)動艙傳出“嗡嗡異響，伴隨輕微抖動。

2）診斷。技術(shù)人員使用電子聽診器靠近驅(qū)動電機殼體，明確聲源定位于軸承部位。振動采集分析表明，在特定轉(zhuǎn)速區(qū)間存在與滾道故障特征頻率一致的高頻響應(yīng)，初步判斷軸承疲勞失效。

3）維修。解體電機，發(fā)現(xiàn)軸承外圈存在點蝕坑。更換同型號高速耐溫軸承，采用SKFTMFT法精確設(shè)定軸承預(yù)緊力，并使用指定型號和數(shù)量的潤滑脂。修復(fù)后復(fù)測，BPFO頻率處的振動幅值下降超過 90% ，異響消除。

4結(jié)束語

本文系統(tǒng)剖析了新能源汽車永磁電機典型故障機理，通過深度理論推演與多場景實踐驗證，構(gòu)建起一套集故障診斷全流程、標準化維修操作規(guī)范及全生命周期品質(zhì)管控標準于一體的高效診斷維修技術(shù)體系。在電氣系統(tǒng)診斷維度，創(chuàng)新性地構(gòu)建“局放曲線時頻解構(gòu)-線束阻抗矩陣比對-接地電位動態(tài)核查”的三維協(xié)同診斷模型，突破傳統(tǒng)時域波形單一分析模式，對非線性絕緣老化、接觸阻抗異常等隱蔽性故障的識別準確率提升 30% 以上；在機械系統(tǒng)領(lǐng)域，采用“動態(tài)頻譜特征圖譜分析－配合精度逆向溯源-裝配張力智能調(diào)控”的閉環(huán)診斷修復(fù)方案，實現(xiàn)軸承漸進性磨損、軸系空間不對中等機械故障的毫米級定位與結(jié)構(gòu)強化；在熱管理系統(tǒng)層面，研發(fā)“三維溫度場拓撲關(guān)聯(lián)分析-界面材料熱阻實時監(jiān)測”的復(fù)合診斷技術(shù)，成功攻克多熱源耦合散熱失效的檢測難題。后續(xù)研究可聚焦多模態(tài)信號融合診斷算法開發(fā)、模塊化智能維修工藝平臺搭建，為構(gòu)建新能源汽車永磁電機全生命周期智能運維體系夯實理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]潘清文.新能源汽車驅(qū)動電機故障診斷與維修技術(shù)要點探究[J].汽車維護與修理，2025（17）：115-116.

[2]覃章鋒.多源協(xié)同驅(qū)動的新能源汽車電機故障智能診斷研究[J].汽車測試報告，2025（10）：28-30.

[3]袁國倫.新能源汽車驅(qū)動電機故障診斷與分析[J].農(nóng)機使用與維修，2024（10）：85-89.

[4]萬毓軒.新能源汽車驅(qū)動電機控制技術(shù)故障處理研究[J].汽車測試報告，2024（24）：53-55.

（編輯 林子衿）