电动汽车轮毂电机故障诊断与维修

任丽

佛山市华材职业技术学校 广东 佛山 528000

电动汽车的出现，贯彻了我国当前所倡导的低碳出行、保护环境的理念，对于采用轮毂电机的电动汽车来讲，轮毂电机是其重要地组成部件之一，如果没有及时地进行勘察与检验，对于故障没有及时地进行诊断与维修，便会使得电动汽车在行驶过程中出现安全隐患问题。因此，本文对于电动汽车中轮毂电机的故障诊断方法进行分析，并且提出针对性地维修方案。

1 轮毂电机结构及工作原理

轮毂电动机，属于永磁外转子结构。电机定子的基础单元是U形电磁铁，有线圈以及软磁铁芯共同组成，从而称其为电磁单元，如图1所示，当线圈的电流方向发生转变之时，便可以将电磁铁的极性进行转变。电机转子的基本单元是一个由软磁材料构成的磁桥，磁桥起到导磁的用途，从而将磁路漏磁进行减小，以及两个极性相反的永磁体。

图1 U形电磁铁和相邻的两组永磁体

电磁单元的工作原理如图1所示，当转子发生逆时针旋转的时候，电流的方向通过电磁铁进行控制，并且对靠近它的永磁体（磁极1）产生拉力，而对离开它的电磁铁（磁极2）产生推力，这样便能促使正向转矩的产生。而当转子永磁体（磁极1）旋转到与电磁铁同一位置时，电磁单元线圈的电流方向发生转变，对永磁体磁极1产生推力，而对后面的一个永磁体产生拉力。如此循环，产生持续的转矩。电机定子组装为伞形的模块化结构，其中可以将3个U型电磁铁或者5个U型电磁铁组成一个组件，与2个永磁体或者4个永磁体对应，形成3相2极、5相4极电机，再由若干个组件构成完整的电机。

2 故障诊断与维修

2.1 电机供电线短路

（1）故障诊断

当利用举升机将电动汽车举起后，挂前进挡或倒挡，踩加速踏板加速时发现2个后电动轮中的右后轮不发生转动，只有左后轮在进行转动，便可以初步诊断是右后电动轮动力系统发生故障。电动汽车的驱动系统通常都是由电机以及控制器组成。并且拥有2个独立的控制器对2个后驱动轮毂进行分别控制。由于左后轮能够正常进行驱动，所以可以证明左后电机的控制器是正常运行的。可采用替换法，通过左后电机控制器对右后电机进行控制，如果发现故障问题依然存在，便可以将故障发生的范围进行缩小，锁定在右后轮毂电机自身上（含电机线束）。将起动开关转至OFF处，并且将2个后驱动轮转动，如果发现右侧的阻滞力很大，需要非常用力地用手才能使其转动，而左侧的阻滞力较小，则可以证明右后轮电机电子线圈形成了回路，通过互换法已经证明控制器并没有出现问题，所以只能是电机定子线圈线束短路而引起的。利用万用表欧姆档对电机定子3组线圈引出线3个端子两两之间的电阻值进行测量，3根引出线的颜色分别是蓝、黄、绿，绿蓝色以及黄绿色2个端子间的电阻值为0.4Ω，黄蓝色2个端子间的电阻值接近于0，可以初步诊断黄蓝色线束出现短路。对右后轮毂电机线束仔细地进行检查，发现线束外圈绝缘保护套出现热熔化的痕迹时，将绝缘套割开，发现霍尔传感器线束与3组线圈的连接线在某位置相熔，如图2所示。

图2 电机外部线束烧蚀图

电机内部线束是否也有问题存在，还需分解查验，因此将轮毂电机拆下并且分解。打开后发现线圈连接线在电机内部也有烧蚀的现象，定子线圈本身无烧蚀现象，如图3所示。

图3 电机内部线束烧蚀图

（2）故障分析

通常，轮毂电机所应用的是直流无刷电动机，电机定子主要由3组线圈星形连接而成，磁块由稀土永磁材料制成，并粘贴在电机转子内圈上，转子磁场变换由3组霍尔传感器进行检测，同时将信号输送至控制器，控制器依据轮速信号，以及加速踏板信号，将电机定子3组线圈的电流方向以及电流大小进行控制，电机将车轮旋转带动。如果在回收制动能量时，车轮反拖电机旋转，永磁铁所产生的磁场在定子线圈中产生感应电动势，并且随之旋转，此时电动机则转变成为了发电机。在正常的状况下，将起动开关关闭时，控制器也将工作停止，定子线圈属于断路状态，所产生的感应电动势无法形成回路，定子线圈中没有感应电流，因此不能形成反力矩，因此在此刻将驱动轮转动，阻滞力是比较小的。电动汽车由于长期运转，电机供电线因为布线问题从而致使散热不良，引发绝缘层熔化，导致供电线发生短路。由于电机电子线圈线束出现短路情况，控制器为了将电机以及自身进行保护，便停止向右后轮电机进行供电。

（3）故障排除

当烧蚀线束重新包裹完毕后，对于电机定子三组线圈引出线三个端子两两之间所存在的电阻值应该重新进行测量，绿蓝色、黄绿色、黄蓝色两个端子间电阻值应该是在0.4Ω之内，如果铁芯与三个端子之间并不导通，便可以说明这三组线的绝缘问题良好，从而便可以将定子线圈线路短路的故障问题进行排除。

2.2 电机传感器损坏

（1）故障诊断

霍尔传感器在电动汽车中属于一种重要的传感电子设备，能够对电动汽车有关工作状况通过传感器进行监测，同时将相关信息输出到电控单元，随后电控单元通过分析、运算、判断后，发送指令至执行机构，从而控制电动汽车的工作状况达到最佳。当电机进行重新装配之后，采用装车测试来对右后轮电机的转动情况进行探查，当发现右后轮电机不转，但是能够用手轻松转动，可以证明故障问题并不在电机定子线圈中。由于电机控制器是受电机霍尔传感器信号来给电机定子线圈分配电压，因此，一旦霍尔传感器损坏、失效，控制器将无法正常运作，所以下一步诊断工作就是对右后轮电机的霍尔传感器进行检测。将起动开关转至ON模式，并将电动汽车举升，利用手来将车轮转动，随后再利用示波器对3个霍尔传感器的信号端输出波形进行测量，当发现均为输出控制信号，可以诊断右后轮电机的3个霍尔传感器均已损坏。

（2）故障分析

电动汽车轮毂电机所应用的3个霍尔传感器，都是41F双极性霍尔传感器，其电源电压在4.5至24V范围内，工作时的温度在-40至150℃范围内，并且拥有3个针脚，分别为搭铁、5V供电以及信号端。3个霍尔传感器拥有5根线，黑色是搭铁线，蓝、黄、绿色是3根信号线，红色是5V供电线。3根供电线与霍尔传感器组的5根线是共同包在一起的，根据线束检查结果，可以推断，由于霍尔传感器组的供电线绝缘层发生熔化，从而导致电机的120V供电线与5V供电线碰到一起，致使3个霍尔传感器全部损坏。

（3）故障排除

将损坏的3个霍尔传感器进行更换之后，应该将电机重新组装，并且利用示波器对霍尔传感器信号进行测量，当霍尔传感器的信号如图4所示，显示正常时，踩下加速踏板后右后电机能够正常工作。

图4 霍尔传感器组信号波形图

3 结语

综上所述，电动汽车的驱动系统与传统汽车相比，存在较大地差异，但其诊断的方法和思路与传统汽车有非常相似的地方，从某种意义上来说，其故障的诊断方法和流程相对于传统汽车来说较为简单，电动辆涉及高压，故其诊断的规范和要求又与传统汽车诊断有较大的差别。本文就电动汽车轮毂电机的故障进行了常见故障的诊断、分析与排除，望对从事轮毂电机的维修人员提供一些维修的方法和思路，如有不足之处还望大家批评指正。