Автомобиль / Силовая установка / Электрическая силовая установка / Тяговый электродвигатель электромобиля

Тяговый электродвигатель электромобиля

Тяговый электродвигатель электромобиля преобразует электрическую энергию высоковольтной батареи в механический крутящий момент для движения автомобиля. При рекуперативном торможении он работает в обратном режиме - преобразует механическую энергию колес в электрическую и возвращает ее в батарею. Электродвигатель взаимодействует с инвертором, редуктором, системой охлаждения, высоковольтной сетью и электронными блоками управления.

Образец правильного английского перевода: тяговый электродвигатель - Traction Motor; приводной электродвигатель - Drive Motor; приводной модуль - Electric Drive Unit; статор - Stator; ротор - Rotor; обмотка статора - Stator Winding; постоянный магнит - Permanent Magnet; синхронный электродвигатель с постоянными магнитами - Permanent Magnet Synchronous Motor; асинхронный электродвигатель - Induction Motor; датчик положения ротора - Rotor Position Sensor; резольвер - Resolver; фазный ток - Phase Current; сопротивление изоляции - Insulation Resistance; межвитковое замыкание - Interturn Short Circuit; рекуперативное торможение - Regenerative Braking.

Эта страница является частью кластера «Электрическая силовая установка» и связана со страницами «Высоковольтная батарея электромобиля», «Зарядная система», «Редуктор электромобиля», «Тепловое управление батареей», «Инвертор электромобиля», «Диагностика тягового электродвигателя», «Тяговый электродвигатель перегревается» и «Ремонт тягового электродвигателя».

Для вспомогательных систем электродвигателя могут быть релевантны охлаждение и отопление, охлаждающие жидкости, электрические водяные насосы, патрубки системы охлаждения, датчики управления, реле и детали трансмиссии. Но шум, перегрев или потеря тяги не означают автоматически неисправность электродвигателя: нужно проверить инвертор, редуктор, полуоси, ступичные подшипники, охлаждение, высоковольтную изоляцию и программные ограничения.

Главный принцип: тяговый электродвигатель не диагностируют отдельно от инвертора и механической передачи. Крутящий момент создается только при правильном напряжении батареи, исправном управлении фазными токами, точном сигнале положения ротора, надлежащем охлаждении и свободном вращении редуктора и приводных валов.

Не прикасайтесь к высоковольтным фазным кабелям и разъемам электродвигателя.
Не считайте систему обесточенной только из-за выключенного зажигания или отсутствия режима Ready.
Не отсоединяйте фазные кабели без безопасной разрядки высоковольтной сети.
Не запускайте привод с поднятыми колесами без процедуры производителя.
Не измеряйте сопротивление высоковольтной изоляции обычным мультиметром.
Не подавайте внешнее напряжение на обмотки, резольвер или температурные датчики без точной схемы.
Не вращайте демонтированный электродвигатель с высокой скоростью без контроля напряжения, которое он может генерировать.
Не заменяйте электродвигатель только по коду инвертора без локализации причины.

Содержание

Назначение тягового электродвигателя
Расположение в силовой установке
Принцип работы
Основные типы электродвигателей
Устройство тягового электродвигателя
Статор и обмотки
Ротор
Подшипники и вал
Датчик положения ротора и резольвер
Датчики температуры
Взаимодействие с инвертором
Взаимодействие с редуктором
Работа в режиме тяги
Работа в режиме рекуперации
Охлаждение электродвигателя
Высоковольтная изоляция
Признаки неисправности
Потеря мощности
Рывки и неравномерный момент
Шум, гул и свист
Вибрация электропривода
Перегрев электродвигателя
Автомобиль не переходит в Ready
Ограниченная рекуперация
Неисправности фазных обмоток
Механические неисправности
С чем нельзя путать неисправность
Последовательность диагностики
Параметры сканера
Визуальный осмотр
Проверка сопротивления обмоток
Проверка изоляции
Проверка резольвера
Осциллографическая проверка
Дорожный тест
Ремонт электродвигателя
Замена приводного модуля
Совместимость и подбор
Контроль после ремонта
Типичные ошибки
Товарные группы TESMA
Частые вопросы

Назначение тягового электродвигателя

Тяговый электродвигатель создает крутящий момент для движения автомобиля. В отличие от двигателя внутреннего сгорания, он может создавать значительный момент почти с начала вращения и работать в широком диапазоне частоты вращения.

преобразование электрической энергии в механическую;
создание тягового момента;
регулирование скорости автомобиля;
изменение направления вращения без механической задней передачи;
рекуперативное торможение;
удержание или точное дозирование момента на малой скорости;
взаимодействие с системами стабилизации и контроля тяги;
передача момента к редуктору и приводным колесам.

Расположение в силовой установке

Электродвигатель может быть установлен на передней оси, задней оси или на обеих осях. В полноприводном электромобиле передний и задний моторы могут отличаться по типу, мощности и принципу управления.

электродвигатель и редуктор в одном корпусе;
электродвигатель, редуктор и инвертор в едином приводном модуле;
отдельный мотор с внешним инвертором;
два двигателя на разных осях;
два двигателя в одном заднем приводном модуле;
мотор-колесо в специализированных конструкциях.

Принцип работы

Инвертор формирует управляемый многофазный ток в обмотках статора. Ток создает вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с ротором и заставляет его вращаться.

положение педали акселератора;
скорость автомобиля;
частоту вращения ротора;
точное угловое положение ротора;
ток каждой фазы;
напряжение высоковольтной батареи;
температуру статора, ротора и инвертора;
разрешенный батареей ток;
запрос систем стабилизации;
режим тяги или рекуперации.

Основные типы электродвигателей

Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами

В роторе используются постоянные магниты. Такой двигатель имеет высокую эффективность и точное управление моментом, но его работа зависит от состояния магнитов, датчика положения ротора и точности фазного управления.

Асинхронный электродвигатель

В роторе нет постоянных магнитов. Магнитное поле ротора создается индуцированным током. Конструкция хорошо выдерживает высокие нагрузки, но также требует точного управления инвертором и эффективного охлаждения.

Синхронный двигатель с электрическим возбуждением

Магнитное поле ротора создается отдельной обмоткой возбуждения. В конструкции могут использоваться контактные кольца, щеточный узел или бесконтактная система передачи энергии.

Синхронный реактивный двигатель

Момент возникает благодаря разнице магнитного сопротивления ротора в разных направлениях. В реальных конструкциях реактивный принцип может сочетаться с постоянными магнитами.

Тип электродвигателя определяет методы проверки, допустимые значения сопротивлений, особенности ротора и требования к калибровке. Процедуры одного типа нельзя автоматически переносить на другой.

Устройство тягового электродвигателя

корпус;
пакет статора;
многофазные обмотки;
ротор;
постоянные магниты или роторная клетка;
входной или выходной вал;
передний и задний подшипники;
датчик положения ротора;
датчики температуры;
высоковольтный фазный разъем;
низковольтный сигнальный разъем;
каналы жидкостного охлаждения;
масляные форсунки или внутренний насос;
уплотнения;
заземляющие или токоотводящие элементы вала;
соединение с редуктором.

Статор и обмотки

обрыв фазной обмотки;
короткое замыкание между фазами;
межвитковое замыкание;
пробой изоляции на корпус;
перегрев и потемнение лака;
ослабление или трещина силового соединения;
повреждение обмотки из-за контакта с ротором;
загрязнение охлаждающей жидкостью или маслом;
локальный перегрев отдельной секции.

Межвитковое замыкание может почти не изменить сопротивление, измеренное обычным мультиметром, но вызывать неравномерный ток, локальный нагрев и снижение момента.

Ротор

трещина или смещение магнита;
размагничивание после перегрева;
повреждение роторной клетки;
деформация вала;
дисбаланс;
контакт ротора со статором;
разрушение удерживающей оболочки;
коррозия после попадания влаги;
повреждение элементов возбуждения;
неправильное угловое положение относительно резольвера.

Подшипники и вал

гул, зависящий от частоты вращения мотора;
шероховатый механический шум;
вибрация корпуса;
локальный перегрев подшипниковой зоны;
осевой или радиальный люфт;
повреждение уплотнения;
металлические частицы в общем масле приводного модуля;
изменение шума под тягой и при рекуперации.

В высокоскоростном электродвигателе подшипник также может повреждаться электрическими токами через вал. Поэтому при ремонте важна не только геометрия, но и предусмотренный производителем токоотвод.

Датчик положения ротора и резольвер

отсутствие режима Ready;
рывки при начале движения;
нестабильный момент;
ограничение мощности;
отключение тяги под нагрузкой;
неправильное определение направления вращения;
ошибки синхронизации;
невозможность выполнить калибровку;
повышенный фазный ток;
перегрев двигателя или инвертора.

Датчики температуры

нереалистичная температура на холодном автомобиле;
значение не меняется под нагрузкой;
температура изменяется скачками;
один датчик сильно отличается от смежных компонентов;
мощность ограничивается сразу после запуска;
вентиляторы или насосы работают постоянно;
есть код обрыва, короткого замыкания или неправдоподобности.

Взаимодействие с инвертором

Инвертор электромобиля преобразует постоянное напряжение батареи в управляемый многофазный ток.

повреждение силового транзистора инвертора;
неправильное измерение фазного тока;
плохой контакт фазного кабеля;
низкое напряжение высоковольтной батареи;
перегрев инвертора;
сбой программного управления;
ошибка резольвера;
неисправность низковольтного питания;
ошибка высоковольтной изоляции.

Взаимодействие с редуктором

шум подшипников электродвигателя;
вой зубчатой передачи;
люфт дифференциала;
шум полуосей и ШРУСов;
гул ступичного подшипника;
электромагнитный звук инвертора и статора;
вибрацию опор приводного модуля.

Работа в режиме тяги

низкий SOC;
низкая или высокая температура батареи;
перегрев электродвигателя;
перегрев инвертора;
ошибка датчика положения ротора;
неравномерный фазный ток;
ошибка изоляции;
механическое сопротивление редуктора;
запрос системы стабилизации;
аварийный режим после столкновения.

Работа в режиме рекуперации

состояние тягового электродвигателя;
управление инвертора;
SOC и температура батареи;
разрешенный зарядный ток BMS;
сцепление колес с дорогой;
работа ABS и системы стабилизации;
настройки режима движения;
температура приводного модуля.

Охлаждение электродвигателя

каналы охлаждающей жидкости в корпусе;
электрический насос;
патрубки;
радиатор;
чиллер;
масляный насос приводного модуля;
форсунки охлаждения статора или ротора;
теплообменник масла;
датчики температуры.

Высоковольтная изоляция

повреждение изоляции обмоток;
перегрев статора;
влага внутри корпуса;
попадание охлаждающей жидкости;
загрязненное или неподходящее масло;
поврежденный фазный кабель;
коррозия высоковольтного разъема;
ошибка измерения изоляции;
дефект инвертора или другого высоковольтного компонента.

Признаки неисправности

автомобиль не переходит в режим Ready;
тяга отсутствует или ограничена;
мощность исчезает после прогрева;
автомобиль движется рывками;
момент подается неравномерно;
появился новый гул, свист или скрежет;
возникла вибрация под нагрузкой;
приводной модуль перегревается;
рекуперация уменьшилась или исчезла;
появилась ошибка положения ротора;
фазные токи существенно отличаются;
появилась ошибка высоковольтной изоляции;
слышен шум подшипника;
после столкновения поврежден корпус или разъем;
система аварийно отключает высоковольтную сеть.

Потеря мощности

запрошенный и фактический крутящий момент;
разрешение BMS на разряд;
напряжение высоковольтной батареи;
температуру мотора и инвертора;
фазные токи;
сигнал положения ротора;
состояние системы охлаждения;
ошибки изоляции;
механическое сопротивление редуктора и тормозов;
команды системы стабилизации.

Рывки и неравномерный момент

нестабильный сигнал резольвера;
плохой контакт фазного кабеля;
дефект силового модуля инвертора;
межвитковое замыкание;
ошибка датчика тока;
люфт в редукторе или ШРУСах;
поврежденная опора приводного модуля;
вмешательство системы стабилизации;
ошибка датчика скорости колеса;
неправильная калибровка после ремонта.

Шум, гул и свист

зависит от частоты вращения мотора;
зависит от скорости автомобиля;
возникает только под тягой;
возникает только при рекуперации;
изменяется в поворотах;
усиливается после прогрева;
присутствует при неподвижном автомобиле во время активного теста;
локализуется в моторе, редукторе или ступице.

Вибрация электропривода

дисбаланс ротора;
деформация вала;
износ подшипника;
контакт ротора со статором;
неравномерный фазный ток;
повреждение постоянного магнита;
ошибка положения ротора;
люфт редуктора;
деформированная полуось;
изношенный внутренний ШРУС;
поврежденная опора приводного модуля;
дисбаланс колеса или деформация шины.

Перегрев электродвигателя

низкий уровень охлаждающей жидкости;
воздух в контуре;
неисправный насос;
засоренный теплообменник;
неподходящее масло приводного модуля;
неисправный масляный насос;
перегрузка;
повышенное механическое сопротивление;
износ подшипника;
межвитковое замыкание;
неправильное фазное управление;
ошибочный сигнал датчика температуры.

Автомобиль не переходит в Ready

низкое напряжение батареи 12 В;
ошибка высоковольтной изоляции;
отсутствие сигнала положения ротора;
короткое замыкание фазы;
ошибка инвертора;
разомкнутая цепь высоковольтной блокировки;
неисправность контакторов батареи;
аварийный статус после ДТП;
механическая блокировка приводного модуля;
отсутствие связи между блоками.

Ограниченная рекуперация

SOC батареи;
температуру батареи;
разрешенный зарядный ток;
настройки режима движения;
работу ABS и системы стабилизации;
температуру электродвигателя;
температуру инвертора;
фазные токи;
ошибки резольвера;
состояние высоковольтной изоляции.

Неисправности фазных обмоток

обрыв фазы;
короткое замыкание между фазами;
замыкание на корпус;
межвитковое замыкание;
плохой контакт в силовом разъеме;
перегретое соединение;
повреждение фазного кабеля;
неисправность силового ключа инвертора.

Механические неисправности

износ подшипников;
деформация вала;
дисбаланс ротора;
контакт ротора со статором;
повреждение магнитов;
ослабление крепления статора;
повреждение корпуса;
утечка масла или охлаждающей жидкости;
повреждение уплотнения;
люфт соединения с редуктором;
разрушение внутреннего масляного насоса;
попадание металлических частиц в воздушный зазор.

С чем нельзя путать неисправность

нормальный высокочастотный звук инвертора;
вой редуктора;
гул ступичного подшипника;
шум шин;
вибрацию полуоси или ШРУСа;
поврежденную опору приводного модуля;
заклинивание тормозного механизма;
ограничение мощности из-за батареи;
температурное ограничение инвертора;
вмешательство системы стабилизации;
ошибку датчика скорости колеса;
неисправность батареи 12 В;
программное ограничение после столкновения.

Последовательность диагностики

Зафиксировать симптом и условия его появления.
Проверить батарею 12 В.
Считать BMS, инвертор, приводной модуль, ABS и тепловое управление.
Сохранить коды и стоп-кадры.
Проверить высоковольтную изоляцию по данным системы.
Сравнить заданный и фактический момент.
Проверить частоту вращения и положение ротора.
Сравнить фазные токи.
Проверить температуру мотора и инвертора.
Проверить систему охлаждения.
Выполнить дорожный тест.
Локализовать шум и вибрацию.
Исключить редуктор, полуоси, ступицы и тормоза.
Безопасно обесточить высоковольтную систему.
Проверить фазные кабели и разъемы.
Измерить параметры обмоток по процедуре производителя.
Проверить резольвер.
Подтвердить внутреннюю неисправность до демонтажа модуля.

Параметры сканера

запрошенный крутящий момент;
фактический крутящий момент;
частота вращения электродвигателя;
угловое положение ротора;
статус синхронизации;
ток каждой фазы;
общий ток высоковольтной батареи;
напряжение высоковольтной сети;
температура статора;
температура ротора, если она рассчитывается;
температура инвертора;
температура охлаждающей жидкости;
разрешенный тяговый момент;
разрешенный рекуперативный момент;
статус ограничения мощности;
состояние высоковольтной изоляции;
команда насоса охлаждения;
фактическая скорость насоса;
причина аварийного отключения.

Визуальный осмотр

следы удара по корпусу;
трещины или деформации;
повреждение высоковольтного разъема;
повреждение фазных кабелей;
коррозию низковольтного разъема;
утечку охлаждающей жидкости;
утечку масла приводного модуля;
состояние патрубков;
правильность крепления массы и экранов;
состояние опор приводного модуля;
следы перегрева;
признаки предыдущего неквалифицированного ремонта.

Проверка сопротивления обмоток

полностью отсоединить инвертор;
подтвердить отсутствие высокого напряжения;
учесть сопротивление измерительных проводов;
учесть температуру обмоток;
сравнить все фазы;
проверить силовые соединения;
использовать точные допуски производителя.

Одинаковое статическое сопротивление фаз не исключает межвитковое замыкание.

Проверка изоляции

каждую фазу относительно корпуса;
фазный кабель;
высоковольтный разъем;
наличие влаги или жидкости;
зависимость сопротивления от температуры;
результат после высушивания или прогрева;
соответствие минимальному допуску производителя.

Проверка резольвера

осмотр разъема и проводки;
проверку экранирования;
измерение сопротивления обмоток резольвера;
проверку сигнала возбуждения;
анализ синусного и косинусного сигналов;
контроль плавности сигнала при медленном вращении;
проверку механического положения;
калибровку после ремонта.

Осциллографическая проверка

прерывание сигнала;
искажение формы;
электромагнитные помехи;
нестабильность при вибрации;
несоответствие синусного и косинусного каналов;
ошибочное определение угла ротора.

Дорожный тест

Проверить поведение при начале движения.
Выполнить плавный разгон.
Проверить более высокую нагрузку в безопасных условиях.
Сравнить тягу и рекуперацию.
Зафиксировать диапазон скорости и оборотов появления шума.
Проверить изменение симптомов после прогрева.
Записать фазные токи и момент.
Контролировать температуру мотора и инвертора.
Проверить поведение в поворотах.
После теста повторно считать коды.

Ремонт электродвигателя

Ремонт тягового электродвигателя может включать:

замену подшипников;
замену уплотнений;
ремонт фазного разъема;
восстановление системы охлаждения;
замену резольвера;
ремонт или замену статора;
ремонт ротора, если он допускается;
восстановление токоотвода вала;
очистку внутренней масляной системы;
балансировку ротора;
проверку воздушного зазора;
калибровку положения ротора.

Замена приводного модуля

кодирование блока;
программирование;
калибровка резольвера;
адаптация инвертора;
заполнение и удаление воздуха из охлаждения;
заправка правильного масла;
проверка высоковольтной изоляции;
активный тест насоса;
контроль тяги и рекуперации;
проверка систем стабилизации.

Совместимость и подбор

VIN автомобиля;
оригинальный номер агрегата;
передняя или задняя ось;
тип электродвигателя;
номинальное напряжение;
мощность;
передаточное число редуктора;
тип инвертора;
высоковольтные разъемы;
контур охлаждения;
версия резольвера;
программное обеспечение;
необходимость кодирования;
совместимость с системой полного привода.

Контроль после ремонта

автомобиль стабильно переходит в Ready;
коды не возвращаются;
положение ротора определяется правильно;
фазные токи симметричны;
тяговый момент подается плавно;
рекуперация работает;
нет постороннего шума;
вибрация отсутствует;
температура электродвигателя нормальная;
охлаждение работает;
нет утечки жидкости или масла;
изоляция соответствует требованиям;
редуктор и полуоси работают без стука;
после контрольной поездки нет новых ошибок.

Типичные ошибки

заменять мотор только по коду инвертора;
не проверить батарею 12 В;
не сохранить стоп-кадры;
не отделить инвертор от электродвигателя;
не проверить редуктор и ступицы;
считать нормальный электромагнитный звук неисправностью;
измерять низкое сопротивление обычным мультиметром;
игнорировать температуру обмоток при измерении;
считать одинаковое сопротивление фаз доказательством отсутствия межвиткового замыкания;
подавать неправильное тестовое напряжение на изоляцию;
не проверить фазные кабели;
не калибровать резольвер после ремонта;
не проверить охлаждение;
установить несовместимый приводной модуль;
не выполнить контроль под реальной нагрузкой.

Товарные группы TESMA

Тяговый электродвигатель и высоковольтные компоненты подбирают только по VIN, оригинальному номеру и конфигурации автомобиля. Каталог TESMA может быть полезен для вспомогательных систем и смежной диагностики.

Охлаждение электродвигателя

Управление и трансмиссия

Смежные источники шума

Ступичный подшипник

Частые вопросы

Для чего нужен тяговый электродвигатель?

Он преобразует электрическую энергию батареи в крутящий момент для движения автомобиля, а при рекуперации работает как генератор.

Чем тяговый электродвигатель отличается от обычного стартера?

Тяговый мотор постоянно приводит автомобиль в движение, работает в широком диапазоне скоростей и мощности и управляется высоковольтным инвертором.

Что такое статор?

Это неподвижная часть электродвигателя с обмотками, которые создают вращающееся магнитное поле.

Что такое ротор?

Это вращающаяся часть мотора, которая взаимодействует с магнитным полем статора и передает момент к редуктору.

Зачем нужен резольвер?

Он сообщает инвертору точное угловое положение ротора для правильного управления фазными токами.

Почему электродвигатель может перегреваться?

Из-за неисправного охлаждения, перегрузки, износа подшипников, механического сопротивления, межвиткового замыкания или неправильного управления инвертором.

Почему автомобиль движется рывками?

Возможны нестабильный сигнал резольвера, неисправность инвертора, фазного кабеля, обмотки, редуктора, ШРУСа или системы стабилизации.

Нормален ли свист электродвигателя?

Часть высокочастотного звука является нормальной. Диагностика нужна, если звук стал новым, значительно усилился или сопровождается вибрацией, перегревом или ошибками.

Как отличить шум мотора от редуктора?

Сравнивают зависимость звука от оборотов мотора, скорости автомобиля, тяги, наката и рекуперации, а также локализуют его датчиками шума.

Что означает ошибка положения ротора?

Возможны неисправность резольвера, проводки, инвертора, неправильная механическая установка или сбитая калибровка.

Можно ли проверить обмотки мультиметром?

Обычного мультиметра часто недостаточно из-за очень малого сопротивления. Кроме того, одинаковое статическое сопротивление не исключает межвитковое замыкание.

Почему появляется ошибка изоляции?

Из-за повреждения обмотки, влаги, утечки жидкости, поврежденного фазного кабеля, коррозии разъема или неисправности другого высоковольтного компонента.

Ремонтируется ли тяговый электродвигатель?

Часть конструкций ремонтируется с заменой подшипников, уплотнений, резольвера, статора или ротора. Другие производители предусматривают замену приводного модуля в сборе.

Что подтверждает успешный ремонт?

Стабильный режим Ready, симметричные фазные токи, правильный сигнал ротора, плавная тяга и рекуперация, нормальная температура, исправная изоляция и отсутствие шума и повторных кодов.

Связанные страницы базы знаний TESMA

Что еще прочитать по этой теме

Вывод

Тяговый электродвигатель электромобиля преобразует энергию высоковольтной батареи в крутящий момент и возвращает часть энергии при рекуперации. Его основными элементами являются статор, обмотки, ротор, вал, подшипники, датчик положения ротора, температурные датчики, фазные соединения и система охлаждения.

Правильная диагностика охватывает не только мотор, но и инвертор, батарею, редуктор, фазные кабели, резольвер, охлаждение и механический привод. Шум не доказывает износ подшипников, разница фазных токов не доказывает повреждение обмотки, а общая ошибка изоляции не определяет неисправный компонент. Электродвигатель ремонтируют или заменяют только после последовательной локализации электрической, механической и программной причины.