任麗

佛山市華材職業(yè)技術(shù)學(xué)校 廣東 佛山 528000

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

1 輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

輪轂電動機(jī)，屬于永磁外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。電機(jī)定子的基礎(chǔ)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(dāng)線圈的電流方向發(fā)生轉(zhuǎn)變之時，便可以將電磁鐵的極性進(jìn)行轉(zhuǎn)變。電機(jī)轉(zhuǎn)子的基本單元是一個由軟磁材料構(gòu)成的磁橋，磁橋起到導(dǎo)磁的用途，從而將磁路漏磁進(jìn)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(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生逆時針旋轉(zhuǎn)的時候，電流的方向通過電磁鐵進(jìn)行控制，并且對靠近它的永磁體（磁極1）產(chǎn)生拉力，而對離開它的電磁鐵（磁極2）產(chǎn)生推力，這樣便能促使正向轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生。而當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體（磁極1）旋轉(zhuǎn)到與電磁鐵同一位置時，電磁單元線圈的電流方向發(fā)生轉(zhuǎn)變，對永磁體磁極1產(chǎn)生推力，而對后面的一個永磁體產(chǎn)生拉力。如此循環(huán)，產(chǎn)生持續(xù)的轉(zhuǎn)矩。電機(jī)定子組裝為傘形的模塊化結(jié)構(gòu)，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(yīng)，形成3相2極、5相4極電機(jī)，再由若干個組件構(gòu)成完整的電機(jī)。

2 故障診斷與維修

2.1 電機(jī)供電線短路

（1）故障診斷

當(dāng)利用舉升機(jī)將電動汽車舉起后，掛前進(jìn)擋或倒擋，踩加速踏板加速時發(fā)現(xiàn)2個后電動輪中的右后輪不發(fā)生轉(zhuǎn)動，只有左后輪在進(jìn)行轉(zhuǎn)動，便可以初步診斷是右后電動輪動力系統(tǒng)發(fā)生故障。電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)通常都是由電機(jī)以及控制器組成。并且擁有2個獨立的控制器對2個后驅(qū)動輪轂進(jìn)行分別控制。由于左后輪能夠正常進(jìn)行驅(qū)動，所以可以證明左后電機(jī)的控制器是正常運行的?？刹捎锰鎿Q法，通過左后電機(jī)控制器對右后電機(jī)進(jìn)行控制，如果發(fā)現(xiàn)故障問題依然存在，便可以將故障發(fā)生的范圍進(jìn)行縮小，鎖定在右后輪轂電機(jī)自身上（含電機(jī)線束）。將起動開關(guān)轉(zhuǎn)至OFF處，并且將2個后驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，如果發(fā)現(xiàn)右側(cè)的阻滯力很大，需要非常用力地用手才能使其轉(zhuǎn)動，而左側(cè)的阻滯力較小，則可以證明右后輪電機(jī)電子線圈形成了回路，通過互換法已經(jīng)證明控制器并沒有出現(xiàn)問題，所以只能是電機(jī)定子線圈線束短路而引起的。利用萬用表歐姆檔對電機(jī)定子3組線圈引出線3個端子兩兩之間的電阻值進(jìn)行測量，3根引出線的顏色分別是藍(lán)、黃、綠，綠藍(lán)色以及黃綠色2個端子間的電阻值為0.4Ω，黃藍(lán)色2個端子間的電阻值接近于0，可以初步診斷黃藍(lán)色線束出現(xiàn)短路。對右后輪轂電機(jī)線束仔細(xì)地進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)線束外圈絕緣保護(hù)套出現(xiàn)熱熔化的痕跡時，將絕緣套割開，發(fā)現(xiàn)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(jī)外部線束燒蝕圖

電機(jī)內(nèi)部線束是否也有問題存在，還需分解查驗，因此將輪轂電機(jī)拆下并且分解。打開后發(fā)現(xiàn)線圈連接線在電機(jī)內(nèi)部也有燒蝕的現(xiàn)象，定子線圈本身無燒蝕現(xiàn)象，如圖3所示。

圖3 電機(jī)內(nèi)部線束燒蝕圖

（2）故障分析

通常，輪轂電機(jī)所應(yīng)用的是直流無刷電動機(jī)，電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)圈上，轉(zhuǎn)子磁場變換由3組霍爾傳感器進(jìn)行檢測，同時將信號輸送至控制器，控制器依據(jù)輪速信號，以及加速踏板信號，將電機(jī)定子3組線圈的電流方向以及電流大小進(jìn)行控制，電機(jī)將車輪旋轉(zhuǎn)帶動。如果在回收制動能量時，車輪反拖電機(jī)旋轉(zhuǎn)，永磁鐵所產(chǎn)生的磁場在定子線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并且隨之旋轉(zhuǎn)，此時電動機(jī)則轉(zhuǎn)變成為了發(fā)電機(jī)。在正常的狀況下，將起動開關(guān)關(guān)閉時，控制器也將工作停止，定子線圈屬于斷路狀態(tài)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢無法形成回路，定子線圈中沒有感應(yīng)電流，因此不能形成反力矩，因此在此刻將驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，阻滯力是比較小的。電動汽車由于長期運轉(zhuǎn)，電機(jī)供電線因為布線問題從而致使散熱不良，引發(fā)絕緣層熔化，導(dǎo)致供電線發(fā)生短路。由于電機(jī)電子線圈線束出現(xiàn)短路情況，控制器為了將電機(jī)以及自身進(jìn)行保護(hù)，便停止向右后輪電機(jī)進(jìn)行供電。

（3）故障排除

當(dāng)燒蝕線束重新包裹完畢后，對于電機(jī)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(yīng)該重新進(jìn)行測量，綠藍(lán)色、黃綠色、黃藍(lán)色兩個端子間電阻值應(yīng)該是在0.4Ω之內(nèi)，如果鐵芯與三個端子之間并不導(dǎo)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(jìn)行排除。

2.2 電機(jī)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(shè)備，能夠?qū)﹄妱悠囉嘘P(guān)工作狀況通過傳感器進(jìn)行監(jiān)測，同時將相關(guān)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(fā)送指令至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而控制電動汽車的工作狀況達(dá)到最佳。當(dāng)電機(jī)進(jìn)行重新裝配之后，采用裝車測試來對右后輪電機(jī)的轉(zhuǎn)動情況進(jìn)行探查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)右后輪電機(jī)不轉(zhuǎn)，但是能夠用手輕松轉(zhuǎn)動，可以證明故障問題并不在電機(jī)定子線圈中。由于電機(jī)控制器是受電機(jī)霍爾傳感器信號來給電機(jī)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(jī)的霍爾傳感器進(jìn)行檢測。將起動開關(guān)轉(zhuǎn)至ON模式，并將電動汽車舉升，利用手來將車輪轉(zhuǎn)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(jìn)行測量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)均為輸出控制信號，可以診斷右后輪電機(jī)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(jī)所應(yīng)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(nèi)，工作時的溫度在-40至150℃范圍內(nèi)，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(lán)、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(jù)線束檢查結(jié)果，可以推斷，由于霍爾傳感器組的供電線絕緣層發(fā)生熔化，從而導(dǎo)致電機(jī)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(jìn)行更換之后，應(yīng)該將電機(jī)重新組裝，并且利用示波器對霍爾傳感器信號進(jìn)行測量，當(dāng)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(jī)能夠正常工作。

圖4 霍爾傳感器組信號波形圖

3 結(jié)語

綜上所述，電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車相比，存在較大地差異，但其診斷的方法和思路與傳統(tǒng)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(tǒng)汽車來說較為簡單，電動輛涉及高壓，故其診斷的規(guī)范和要求又與傳統(tǒng)汽車診斷有較大的差別。本文就電動汽車輪轂電機(jī)的故障進(jìn)行了常見故障的診斷、分析與排除，望對從事輪轂電機(jī)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。