Автомобіль / Силова установка / Електрична силова установка / Тяговий електродвигун електромобіля / Гул тягового електродвигуна

Гул тягового електродвигуна

Автор матеріалу: Олег Тимошенко

Гул тягового електродвигуна - це шум, свист або гудіння, джерелом якого є тяговий електродвигун: підшипники ротора, електромагнітний шум від роботи інвертора, дисбаланс або ослаблення кріплень. Частина високочастотного свисту є нормальною особливістю електроприводу.

Шум електродвигуна легко сплутати з гулом редуктора електромобіля, підшипниками маточин і шинами. Тому важливо зіставити звук із режимом: швидкістю, навантаженням, рекуперацією, обертами двигуна.

Головне правило TESMA: гул без помилок, вібрації і втрати потужності часто є особливістю конструкції. Новий або посилений шум порівнюють з аналогічним справним автомобілем і локалізують перед ремонтом.

Як локалізувати шум

Свист, що змінюється з навантаженням і зникає при накаті, - частіше електромагнітний шум двигуна та інвертора.
Гул, що зростає з обертами незалежно від навантаження, - підшипник ротора або редуктора.
Шум у поворотах - маточини.
Вібрація разом із шумом - опори силового агрегату, дисбаланс, приводи.

Що перевірити

Коди і параметри двигуна та інвертора, наявність сервісних кампаній і оновлень ПЗ.
Шини, маточини, опори силового агрегату.
Олива і стан редуктора - діагностика редуктора.
Прослуховування на підйомнику стетоскопом або датчиками вібрації.
За потреби - діагностика тягового електродвигуна.

Безпека робіт

Тяговий електродвигун і інвертор працюють під високою напругою. Будь-які вимірювання на силових ланцюгах і демонтаж виконують лише кваліфіковані фахівці після знеструмлення системи за процедурою виробника і з відповідними засобами захисту.

Які звуки нормальні для електроприводу

Електромобіль тихий, тому водій чує те, що в автомобілі з ДВЗ маскує двигун. Нормальними вважаються тонкий високочастотний свист інвертора при розгоні і рекуперації, рівномірне виття шестерень редуктора, яке змінюється разом зі швидкістю, клацання реле і контакторів при увімкненні, робота насосів і вентилятора охолодження після поїздки або під час зарядки. Тривожні ознаки - звук, що з'явився раптово, наростає з пробігом, змінюється від тяги до накату, супроводжується вібрацією або помилками.

Джерела шуму: таблиця

Характер звуку	Імовірне джерело	Як підтвердити
низький гул, що росте зі швидкістю, однаковий під тягою і накатом	підшипник ротора або маточини колеса	стетоскоп на корпусі двигуна і маточинах, прокручування на підйомнику
виття, що змінюється від тяги до накату	зачеплення шестерень редуктора	стан оливи і магнітної пробки
високий свист, залежний від навантаження, а не від швидкості	електромагнітний шум двигуна і ШІМ інвертора	порівняння з таким самим справним автомобілем
гудіння з вібрацією і ривками	асиметрія фаз або датчик положення ротора	вимірювання обмоток
стук при зміні напрямку тяги	опори силового агрегату, шліци, ШРУС	огляд опор, люфт півосей
дзижчання або булькання після поїздки	насос або повітря в контурі охолодження	звук при стоянці з активним охолодженням

Методика локалізації

Запишіть звук телефоном на однаковій ділянці дороги при різних швидкостях, під тягою, на накаті і при рекуперації.
Визначте, від чого залежить звук: від швидкості (підшипники, шини, шестерні) чи від навантаження (електромагнітні причини, опори).
Виключіть шини і маточини: перевірка на підйомнику, порівняння з іншим комплектом коліс.
Використайте електронний стетоскоп з кількома датчиками на корпусі двигуна, редуктора і маточинах під час руху.
Перевірте коди помилок і живі дані струму фаз.
Огляньте оливу редуктора і магнітну пробку.
Лише після цього приймайте рішення про розбирання.

Ризики відкладання ремонту

Зношений підшипник ротора поступово збільшує биття, ротор може торкнутися статора, а вібрація руйнує ізоляцію і датчик положення. Металевий пил з підшипника в двигунах, змащуваних оливою редуктора, потрапляє в обмотки. Тому ремонт, виконаний на стадії гулу, зазвичай обмежується підшипниками і ущільненнями, а пізній ремонт може завершитись заміною двигуна.

Практичні випадки

Скарга: гул з 60 км/год, однаковий під тягою і накатом. Перевірка: стетоскоп показав максимум на маточині, а не на двигуні. Висновок: заміна підшипника маточини; двигун не розбирали.
Скарга: наростаючий гул і металевий пил в оливі. Перевірка: шум на корпусі двигуна з боку редуктора. Висновок: заміна підшипників ротора, промивка, нова олива, калібровка датчика положення.

Типові помилки

висновок «гуде двигун» без виключення шин і маточин;
плутання нормального свисту інвертора з несправністю;
розбирання без оцінки оливи і живих даних;
ремонт підшипників без балансування і калібровки після складання.

Як влаштований підшипниковий вузол ротора

Ротор тягового двигуна обертається з частотою, яка в багатьох моделях значно перевищує оберти ДВЗ, тому підшипники працюють у важкому режимі. Через вал і підшипники можуть проходити паразитні струми, наведені ШІМ інвертора; вони залишають на доріжках характерну «пральну дошку» (флютинг) і з часом дають гул. Для захисту застосовують ізольовані або керамічні підшипники, щітки заземлення вала. Якщо двигун змащується оливою редуктора, стан оливи безпосередньо впливає на ресурс підшипників.

Як відрізнити гул двигуна від гулу шин і маточин

Ознака	Шини / маточина	Двигун / редуктор
зміна в повороті	звук змінюється при перенесенні ваги	майже не змінюється
зміна на іншому покритті	помітна	мінімальна
зміна від тяги до накату	немає	часто є
після заміни коліс	змінюється або зникає	залишається

Обладнання для діагностики шуму

електронний стетоскоп з 4-6 датчиками-прищіпками для запису під час руху;
механічний стетоскоп для перевірки на підйомнику;
діагностичний сканер з доступом до живих даних струму, швидкості ротора і температур;
віброаналізатор або застосунок спектрального аналізу звуку: частота шуму, прив'язана до обертів ротора, вказує на двигун, прив'язана до обертів колеса - на маточину або шину;
ендоскоп для огляду через технологічні отвори.

Частота шуму як підказка

Ротор тягового двигуна обертається в кілька разів швидше за колесо - у стільки разів, скільки становить передавальне число редуктора. Тому шум підшипника ротора має набагато вищу базову частоту, ніж шум маточини при тій самій швидкості. Зачеплення шестерень дає тон, рівний частоті обертання вала, помноженій на кількість зубів, - це високе виття. Шина з нерівномірним зносом дає низький гул з частотою обертання колеса. Навіть простий спектр звуку, записаний на рівній швидкості, допомагає звузити пошук до однієї зони.

Профілактика шуму

заміна оливи редуктора за регламентом, особливо якщо вона змащує підшипники двигуна (заміна оливи у редукторі);
контроль опор силового агрегату;
уникнення потрапляння води в двигун під час мийки і в глибоких калюжах;
перевірка щіток заземлення вала, якщо вони передбачені конструкцією;
усунення причин перегріву, бо мастило підшипників старіє від температури.

Електромагнітний шум двигуна

Частина шуму електродвигуна має електромагнітне походження: магнітні сили між статором і ротором змушують пакет заліза статора вібрувати, а ШІМ інвертора додає високочастотні складові. Цей шум залежить від струму, тобто від навантаження, і майже зникає на накаті. Посилення електромагнітного шуму без механічних причин може вказувати на асиметрію фаз (перевірка обмоток), неправильну калібровку датчика положення ротора або ослаблення пакета статора в корпусі.

Опори силового агрегату і шум

Тяговий агрегат кріпиться до кузова або підрамника через гумові опори, які гасять вібрації. Тріснута або просіла опора передає на кузов гул, який у салоні сприймається як шум двигуна, а при різкому рушанні дає удар. Перевірка опор - обов'язковий крок перед будь-яким висновком про гул електродвигуна.

Ремонт підшипників ротора: етапи

Зняття двигуна і відокремлення від редуктора.
Зняття кришок і резольвера з маркуванням положення.
Виймання ротора спеціальним пристроєм: магніти ротора сильно притягуються до статора, ручне виймання небезпечне для рук і деталей.
Заміна підшипників на пресі, огляд посадок і доріжок.
Очищення двигуна від продуктів зносу, огляд обмоток.
Збирання, перевірка ізоляції, калібровка датчика положення.

Струми через підшипники і електроерозія

Одна з причин гулу, характерна саме для електроприводу, - пошкодження підшипників ротора електричним струмом. Інвертор живить обмотки імпульсною напругою з дуже швидкими фронтами. Через ємнісні зв'язки між обмотками, ротором і корпусом на валу виникає напруга, яка може розряджатися через підшипник. Мастильна плівка в підшипнику працює як ізолятор, поки напруга не перевищить її пробійну міцність.

Кожен пробій залишає на доріжці кочення мікрократер. Тисячі таких розрядів поступово утворюють характерний рифлений візерунок, схожий на пральну дошку. Підшипник починає гудіти, а тон гулу зростає разом з обертами ротора. Олива або пластичне мастило в зоні розрядів темніє і втрачає властивості швидше.

Як виробники захищаються від струмів

ізольовані підшипники з керамічним покриттям кілець;
гібридні підшипники з керамічними тілами кочення;
щітки або кільця заземлення валу;
екранування і фільтрація на виході інвертора.

При заміні підшипників ротора важливо встановлювати деталь того самого типу, що й заводська. Звичайний сталевий підшипник замість ізольованого може вийти з ладу значно швидше. Також перевіряють стан елементів заземлення валу, якщо вони є в конструкції, і цілісність ізоляції. Детальніше про це - на сторінці перевірка високовольтної ізоляції електромобіля.

Електроерозію неможливо підтвердити без розбирання: остаточний висновок роблять за виглядом доріжок кочення знятого підшипника.

Якщо підшипник ротора вже замінювали і шум повернувся через короткий пробіг, підозра на струми через підшипники зростає. У такому разі перевіряють тип встановленого підшипника, стан заземлення і роботу інвертора.

Як температура і охолодження впливають на шум двигуна

Тяговий двигун працює в широкому діапазоні температур, і його звук помітно змінюється залежно від нагріву. Холодне мастило в підшипниках густіше, зазори в посадках інші, тому після холодного пуску шум може бути гучнішим і поступово стихати. Якщо ж гул з'являється лише після тривалого руху або швидкої зарядки, причина може бути пов'язана з тепловим розширенням деталей або з недостатнім охолодженням.

Коли чути шум	Можлива причина	Що перевіряють
тільки на холодному двигуні	густе мастило, початковий знос підшипника	динаміку шуму в перші хвилини руху
після прогрівання і під навантаженням	збільшення зазорів, знос підшипника	температуру двигуна за даними сканера
після інтенсивного руху на швидкості	недостатнє охолодження двигуна	роботу насоса, рівень рідини, повітря в контурі
при обмеженні потужності	захист від перегріву	коди помилок, температуру статора

Двигуни з рідинним охолодженням корпусу або з масляним охолодженням статора чутливі до стану охолоджувальної системи. Повітря в контурі, слабка робота насоса або забруднена рідина підвищують температуру обмоток і підшипників. Тому при скаргах на шум, що посилюється після тривалого руху, перевіряють і систему охолодження, а не лише механічну частину.

Робоча температура двигуна і допустимі межі залежать від моделі. Їх порівнюють з даними виробника, а не з показниками іншого автомобіля.

Для порівняння корисно записати звук у двох станах: одразу після холодного пуску і після 20-30 хвилин руху з навантаженням. Різниця між записами допомагає сервісу зрозуміти, чи пов'язаний шум із температурою.

Гул тягового електродвигуна: що можна перевірити самостійно, а що - на сервісі

Тяговий двигун працює під високою напругою, тому власник не повинен знімати кришки, від'єднувати роз'єми або торкатися помаранчевих кабелів. Проте зібрати корисну інформацію для сервісу можна без жодного втручання в конструкцію.

Дія	Власник	Сервіс
запис звуку на різних швидкостях і в режимі рекуперації	так	так
фіксація попереджень на панелі приладів	так	так
перевірка тиску і стану шин	так	так
зчитування кодів і параметрів двигуна	ні	так
прослуховування на підйомнику, віброаналіз	ні	так
перевірка ізоляції і опору обмоток	ні	так
розбирання двигуна і заміна підшипників	ні	так

Під час запису звуку бажано зазначити швидкість, рівень заряду, температуру повітря і те, чи змінюється шум при рекуперації. Ці дані допомагають сервісу швидше відокремити двигун від редуктора і шин. На сервісі проводять діагностику тягового електродвигуна з перевіркою параметрів, ізоляції і механічної частини.

Якщо разом із гулом з'являються ривки, обмеження потужності або попередження про несправність силової установки, рух слід припинити і викликати евакуатор за інструкцією виробника.

Власник також може простежити, чи змінюється шум після мийки, поїздки по воді або тривалої стоянки. Волога може тимчасово впливати на роботу підшипників і ущільнень, а сліди корозії на гальмівних дисках після стоянки іноді дають схожий звук у перші хвилини руху. Такі спостереження варто повідомити сервісу, щоб не витрачати час на зайві перевірки.

Не варто намагатися усунути гул присадками до оливи редуктора або засобами для підшипників: вони не відновлюють пошкоджені доріжки кочення і можуть порушити допуск оливи.

Часті питання

Свист при розгоні - це нормально?

Тонкий рівний свист, який був завжди і не змінюється з пробігом, зазвичай є особливістю електроприводу. Новий або наростаючий звук потребує діагностики.

Чи можна замінити підшипники тягового двигуна?

На багатьох моделях так, якщо двигун розбірний і є відповідні підшипники. Потрібні пресове обладнання, контроль ротора і калібровка датчика положення після складання.

Чи небезпечно їздити з гулом двигуна?

Короткий час, як правило, так, але гул наростає, а ризик пошкодження ротора, статора і датчика положення збільшується. Чим раніше діагностика, тим дешевший ремонт.

Чому гул з'явився після мийки двигуна?

Можлива вода в підшипнику через пошкоджене ущільнення або сапун. Також мийка може викликати помилки датчиків, які змінюють роботу інвертора. Потрібен огляд ущільнень і роз'ємів.