Автомобиль / Силовая установка / Электрическая силовая установка / Тяговый электродвигатель электромобиля / Гул тягового электродвигателя

Гул тягового электродвигателя

Автор материала: Олег Тимошенко

Гул тягового электродвигателя - это шум, свист или гудение, источником которого является тяговый электродвигатель: подшипники ротора, электромагнитный шум от работы инвертора, дисбаланс или ослабление креплений. Часть высокочастотного свиста является нормальной особенностью электропривода.

Шум электродвигателя легко спутать с гулом редуктора электромобиля, подшипниками ступиц и шинами. Поэтому важно сопоставить звук с режимом: скоростью, нагрузкой, рекуперацией, оборотами двигателя.

Главное правило TESMA: гул без ошибок, вибрации и потери мощности часто является особенностью конструкции. Новый или усилившийся шум сравнивают с аналогичным исправным автомобилем и локализуют перед ремонтом.

Как локализовать шум

Свист, меняющийся с нагрузкой и пропадающий при накате, - чаще электромагнитный шум двигателя и инвертора.
Гул, растущий с оборотами независимо от нагрузки, - подшипник ротора или редуктора.
Шум в поворотах - ступицы.
Вибрация вместе с шумом - опоры силового агрегата, дисбаланс, приводы.

Что проверить

Коды и параметры двигателя и инвертора, наличие сервисных кампаний и обновлений ПО.
Шины, ступицы, опоры силового агрегата.
Масло и состояние редуктора - диагностика редуктора.
Прослушивание на подъемнике стетоскопом или датчиками вибрации.
При необходимости - диагностика тягового электродвигателя.

Безопасность работ

Тяговый электродвигатель и инвертор работают под высоким напряжением. Любые измерения на силовых цепях и демонтаж выполняют только квалифицированные специалисты после обесточивания системы по процедуре производителя и с соответствующими средствами защиты.

Какие звуки нормальны для электропривода

Электромобиль тихий, поэтому водитель слышит то, что в автомобиле с ДВС маскирует двигатель. Нормальными считаются тонкий высокочастотный свист инвертора при разгоне и рекуперации, равномерный вой шестерен редуктора, меняющийся вместе со скоростью, щелчки реле и контакторов при включении, работа насосов и вентилятора охлаждения после поездки или во время зарядки. Тревожные признаки - звук, появившийся внезапно, нарастающий с пробегом, меняющийся от тяги к накату, сопровождающийся вибрацией или ошибками.

Источники шума: таблица

Характер звука	Вероятный источник	Как подтвердить
низкий гул, растущий со скоростью, одинаковый под тягой и накатом	подшипник ротора или ступицы колеса	стетоскоп на корпусе двигателя и ступицах, прокручивание на подъемнике
вой, меняющийся от тяги к накату	зацепление шестерен редуктора	состояние масла и магнитной пробки
высокий свист, зависящий от нагрузки, а не от скорости	электромагнитный шум двигателя и ШИМ инвертора	сравнение с таким же исправным автомобилем
гудение с вибрацией и рывками	асимметрия фаз или датчик положения ротора	измерение обмоток
стук при смене направления тяги	опоры силового агрегата, шлицы, ШРУС	осмотр опор, люфт полуосей
жужжание или бульканье после поездки	насос или воздух в контуре охлаждения	звук на стоянке с активным охлаждением

Методика локализации

Запишите звук телефоном на одинаковом участке дороги при разных скоростях, под тягой, на накате и при рекуперации.
Определите, от чего зависит звук: от скорости (подшипники, шины, шестерни) или от нагрузки (электромагнитные причины, опоры).
Исключите шины и ступицы: проверка на подъемнике, сравнение с другим комплектом колес.
Используйте электронный стетоскоп с несколькими датчиками на корпусе двигателя, редуктора и ступицах во время движения.
Проверьте коды ошибок и живые данные тока фаз.
Осмотрите масло редуктора и магнитную пробку.
Только после этого принимайте решение о разборке.

Риски откладывания ремонта

Изношенный подшипник ротора постепенно увеличивает биение, ротор может коснуться статора, а вибрация разрушает изоляцию и датчик положения. Металлическая пыль из подшипника в двигателях, смазываемых маслом редуктора, попадает в обмотки. Поэтому ремонт, выполненный на стадии гула, обычно ограничивается подшипниками и уплотнениями, а поздний ремонт может закончиться заменой двигателя.

Практические случаи

Жалоба: гул с 60 км/ч, одинаковый под тягой и накатом. Проверка: стетоскоп показал максимум на ступице, а не на двигателе. Вывод: замена подшипника ступицы; двигатель не разбирали.
Жалоба: нарастающий гул и металлическая пыль в масле. Проверка: шум на корпусе двигателя со стороны редуктора. Вывод: замена подшипников ротора, промывка, новое масло, калибровка датчика положения.

Типичные ошибки

вывод «гудит двигатель» без исключения шин и ступиц;
путаница нормального свиста инвертора с неисправностью;
разборка без оценки масла и живых данных;
ремонт подшипников без балансировки и калибровки после сборки.

Как устроен подшипниковый узел ротора

Ротор тягового двигателя вращается с частотой, которая во многих моделях значительно превышает обороты ДВС, поэтому подшипники работают в тяжелом режиме. Через вал и подшипники могут проходить паразитные токи, наведенные ШИМ инвертора; они оставляют на дорожках характерную «стиральную доску» (флютинг) и со временем дают гул. Для защиты применяют изолированные или керамические подшипники, щетки заземления вала. Если двигатель смазывается маслом редуктора, состояние масла напрямую влияет на ресурс подшипников.

Как отличить гул двигателя от гула шин и ступиц

Признак	Шины / ступица	Двигатель / редуктор
изменение в повороте	звук меняется при переносе веса	почти не меняется
изменение на другом покрытии	заметная	минимальная
изменение от тяги к накату	нет	часто есть
после замены колес	меняется или исчезает	остается

Оборудование для диагностики шума

электронный стетоскоп с 4-6 датчиками-прищепками для записи во время движения;
механический стетоскоп для проверки на подъемнике;
диагностический сканер с доступом к живым данным тока, скорости ротора и температур;
виброанализатор или приложение спектрального анализа звука: частота шума, привязанная к оборотам ротора, указывает на двигатель, привязанная к оборотам колеса - на ступицу или шину;
эндоскоп для осмотра через технологические отверстия.

Частота шума как подсказка

Ротор тягового двигателя вращается в несколько раз быстрее колеса - во столько раз, сколько составляет передаточное число редуктора. Поэтому шум подшипника ротора имеет намного более высокую базовую частоту, чем шум ступицы при той же скорости. Зацепление шестерен дает тон, равный частоте вращения вала, умноженной на количество зубьев, - это высокий вой. Шина с неравномерным износом дает низкий гул с частотой вращения колеса. Даже простой спектр звука, записанный на ровной скорости, помогает сузить поиск до одной зоны.

Профилактика шума

замена масла редуктора по регламенту, особенно если оно смазывает подшипники двигателя (замена масла в редукторе);
контроль опор силового агрегата;
избегание попадания воды в двигатель во время мойки и в глубоких лужах;
проверка щеток заземления вала, если они предусмотрены конструкцией;
устранение причин перегрева, потому что смазка подшипников стареет от температуры.

Электромагнитный шум двигателя

Часть шума электродвигателя имеет электромагнитное происхождение: магнитные силы между статором и ротором заставляют пакет железа статора вибрировать, а ШИМ инвертора добавляет высокочастотные составляющие. Этот шум зависит от тока, то есть от нагрузки, и почти исчезает на накате. Усиление электромагнитного шума без механических причин может указывать на асимметрию фаз (проверка обмоток), неправильную калибровку датчика положения ротора или ослабление пакета статора в корпусе.

Опоры силового агрегата и шум

Тяговый агрегат крепится к кузову или подрамнику через резиновые опоры, которые гасят вибрации. Треснувшая или просевшая опора передает на кузов гул, который в салоне воспринимается как шум двигателя, а при резком трогании дает удар. Проверка опор - обязательный шаг перед любым выводом о гуле электродвигателя.

Ремонт подшипников ротора: этапы

Снятие двигателя и отделение от редуктора.
Снятие крышек и резольвера с маркировкой положения.
Извлечение ротора специальным приспособлением: магниты ротора сильно притягиваются к статору, ручное извлечение опасно для рук и деталей.
Замена подшипников на прессе, осмотр посадок и дорожек.
Очистка двигателя от продуктов износа, осмотр обмоток.
Сборка, проверка изоляции, калибровка датчика положения.

Токи через подшипники и электроэрозия

Одна из причин гула, характерная именно для электропривода, - повреждение подшипников ротора электрическим током. Инвертор питает обмотки импульсным напряжением с очень быстрыми фронтами. Через емкостные связи между обмотками, ротором и корпусом на валу возникает напряжение, которое может разряжаться через подшипник. Смазочная пленка в подшипнике работает как изолятор, пока напряжение не превысит ее пробивную прочность.

Каждый пробой оставляет на дорожке качения микрократер. Тысячи таких разрядов постепенно образуют характерный рифленый узор, похожий на стиральную доску. Подшипник начинает гудеть, а тон гула растет вместе с оборотами ротора. Масло или пластичная смазка в зоне разрядов темнеет и теряет свойства быстрее.

Как производители защищаются от токов

изолированные подшипники с керамическим покрытием колец;
гибридные подшипники с керамическими телами качения;
щетки или кольца заземления вала;
экранирование и фильтрация на выходе инвертора.

При замене подшипников ротора важно устанавливать деталь того же типа, что и заводская. Обычный стальной подшипник вместо изолированного может выйти из строя значительно быстрее. Также проверяют состояние элементов заземления вала, если они есть в конструкции, и целостность изоляции. Подробнее об этом - на странице проверка высоковольтной изоляции электромобиля.

Электроэрозию невозможно подтвердить без разборки: окончательный вывод делают по виду дорожек качения снятого подшипника.

Если подшипник ротора уже заменяли и шум вернулся через короткий пробег, подозрение на токи через подшипники возрастает. В таком случае проверяют тип установленного подшипника, состояние заземления и работу инвертора.

Как температура и охлаждение влияют на шум двигателя

Тяговый двигатель работает в широком диапазоне температур, и его звук заметно меняется в зависимости от нагрева. Холодная смазка в подшипниках гуще, зазоры в посадках другие, поэтому после холодного пуска шум может быть громче и постепенно стихать. Если же гул появляется только после длительного движения или быстрой зарядки, причина может быть связана с тепловым расширением деталей или с недостаточным охлаждением.

Когда слышен шум	Возможная причина	Что проверяют
только на холодном двигателе	густая смазка, начальный износ подшипника	динамику шума в первые минуты движения
после прогрева и под нагрузкой	увеличение зазоров, износ подшипника	температуру двигателя по данным сканера
после интенсивного движения на скорости	недостаточное охлаждение двигателя	работу насоса, уровень жидкости, воздух в контуре
при ограничении мощности	защита от перегрева	коды ошибок, температуру статора

Двигатели с жидкостным охлаждением корпуса или с масляным охлаждением статора чувствительны к состоянию системы охлаждения. Воздух в контуре, слабая работа насоса или загрязненная жидкость повышают температуру обмоток и подшипников. Поэтому при жалобах на шум, усиливающийся после длительного движения, проверяют и систему охлаждения, а не только механическую часть.

Рабочая температура двигателя и допустимые пределы зависят от модели. Их сравнивают с данными производителя, а не с показателями другого автомобиля.

Для сравнения полезно записать звук в двух состояниях: сразу после холодного пуска и после 20-30 минут движения с нагрузкой. Разница между записями помогает сервису понять, связан ли шум с температурой.

Гул тягового электродвигателя: что можно проверить самостоятельно, а что - на сервисе

Тяговый двигатель работает под высоким напряжением, поэтому владелец не должен снимать крышки, отсоединять разъемы или прикасаться к оранжевым кабелям. Однако собрать полезную информацию для сервиса можно без всякого вмешательства в конструкцию.

Действие	Владелец	Сервис
запись звука на разных скоростях и в режиме рекуперации	да	да
фиксация предупреждений на панели приборов	да	да
проверка давления и состояния шин	да	да
считывание кодов и параметров двигателя	нет	да
прослушивание на подъемнике, виброанализ	нет	да
проверка изоляции и сопротивления обмоток	нет	да
разборка двигателя и замена подшипников	нет	да

При записи звука желательно указать скорость, уровень заряда, температуру воздуха и то, меняется ли шум при рекуперации. Эти данные помогают сервису быстрее отделить двигатель от редуктора и шин. На сервисе проводят диагностику тягового электродвигателя с проверкой параметров, изоляции и механической части.

Если вместе с гулом появляются рывки, ограничение мощности или предупреждение о неисправности силовой установки, движение следует прекратить и вызвать эвакуатор по инструкции производителя.

Владелец также может проследить, меняется ли шум после мойки, поездки по воде или длительной стоянки. Влага может временно влиять на работу подшипников и уплотнений, а следы коррозии на тормозных дисках после стоянки иногда дают похожий звук в первые минуты движения. Такие наблюдения стоит сообщить сервису, чтобы не тратить время на лишние проверки.

Не стоит пытаться устранить гул присадками к маслу редуктора или средствами для подшипников: они не восстанавливают поврежденные дорожки качения и могут нарушить допуск масла.

Частые вопросы

Свист при разгоне - это нормально?

Тонкий ровный свист, который был всегда и не меняется с пробегом, обычно является особенностью электропривода. Новый или нарастающий звук требует диагностики.

Можно ли заменить подшипники тягового двигателя?

На многих моделях да, если двигатель разборный и есть соответствующие подшипники. Нужны прессовое оборудование, контроль ротора и калибровка датчика положения после сборки.

Опасно ли ездить с гулом двигателя?

Короткое время, как правило, да, но гул нарастает, а риск повреждения ротора, статора и датчика положения увеличивается. Чем раньше диагностика, тем дешевле ремонт.

Почему гул появился после мойки двигателя?

Возможна вода в подшипнике через поврежденное уплотнение или сапун. Также мойка может вызвать ошибки датчиков, которые меняют работу инвертора. Нужен осмотр уплотнений и разъемов.

Можно ли извлекать ротор без специнструмента?

Не рекомендуется. Сильное магнитное притяжение может резко бросить ротор на статор, повредить обмотки, магниты и травмировать руки.

Связанные страницы базы знаний TESMA

Возможные причины

Как диагностировать

Ремонт и обслуживание

Ремонт тягового электродвигателя электромобиля

Детали, которых это касается

Что еще почитать по этой теме

Товарные группы TESMA

Вывод

Гул тягового электродвигателя может быть нормой, подшипником ротора или соседним узлом. Решение принимают после локализации и сравнения с эталоном.

Правило TESMA: сначала локализация, потом ремонт.