汽車混合動力變速器油泵電機燒毀問題分析與改進

中圖分類號：U469.72 " " " " 文獻標志碼：A文章編號：1003-8639（2023）

作者簡介：劉曉明（1993—），男，助理工程師，研究方向為電驅動系統(tǒng)開發(fā)。

收稿日期：2022-11-08

混合動力汽車作為從燃油車到電動車過度的車型，其核心動力總成中變速器區(qū)別于傳統(tǒng)的MT（Manual Transmission）、AT（Automatic Transmission）、CVT（Continuously Variable Transmission）等，因為電機的存在，將其稱為電子無級變速器（Electronic Continuously Variable Transmission，簡稱E-CVT）。油泵是E-CVT中重要零部件，是E-CVT液壓系統(tǒng)動力源，主要實現(xiàn)為電機提供冷卻油[1]，是保證電驅動系統(tǒng)在各種工況下充分發(fā)揮性能的前提，其中油泵的性能、品質對變速器影響極其重要，在電驅動系統(tǒng)設計中，油泵的可靠性能盡可能高要求。因此解決油泵電機運行過程中出現(xiàn)的問題，對提高電驅系統(tǒng)可靠性有著重要意義。

1 "問題描述

在電驅動系統(tǒng)開發(fā)階段，車輛在路試過程中，行駛至30km左右動力丟失，報油泵電機控制器欠壓故障，通過故障排查檢測為油泵電機無法運行故障。對油泵電機進行拆解，發(fā)現(xiàn)油泵電機定子燒蝕燒毀，通過人機料法環(huán)測分析，最終發(fā)現(xiàn)油泵的齒輪泵定轉子底部清根控制不足導致故障發(fā)生。

2 "問題分析

2.1 "故障件拆解分析

油泵電機系統(tǒng)動力部分包括電機本體、齒輪泵（內轉子、外轉子、齒輪泵殼體）等。第一時間將故障件拆機之后，發(fā)現(xiàn)油泵電機軸頸端定子綁扎帶已經完全崩斷，且有酥脆感，將油泵電機泵頭及轉子取出后，漆包線大部分已經燒融化，油泵殼底部有液體狀異物（疑似絕緣漆）。由故障現(xiàn)象可知，油泵電機定子被高溫燒蝕，形成各種殘留物。判斷為油泵電機定子電流過大導致定子線圈過熱而產生燒蝕。油泵燒毀如圖1所示。

2.2 "影響因素分析

根據(jù)魚骨圖，從人機料法環(huán)測幾方面分析，如圖2所示，得出初步最可能的原因：①油泵電機端蓋尺寸鏈設計不合格；②油泵電機端蓋倒角未清根，導致電機卡滯；③油泵電機外轉子倒角不合格，導致電機卡滯。

根據(jù)分析結果導向，確認下一步計劃。

1）依據(jù)故障現(xiàn)象（拆機后，確定油泵電機故障原因為過熱燒毀）初步判斷方向為電機卡滯導致電機過熱燒毀。

2）確認油泵電機由于卡滯（扭力過大）導致電機燒毀的證據(jù)：通過檢查拆解件相對磨損痕跡確認。

3）確認油泵泵頭的定轉子與殼體接觸部分是否有磨損，泵殼體底部是否有清根，同時排查油泵頭內外轉子尺寸。

4）確認油泵本體是否卡滯，排查油泵定子、轉子尺寸。

經過項目組及專家組討論分析，基本排除以下因素：①員工安裝不到位；②測試設備故障；③油泵電機性能不合格；④使用環(huán)境異常；⑤油泵電機正常運行工況定子運行溫度過高；⑥定子整形不規(guī)范。

經過①～⑥分析，鎖定電機由于卡滯扭力過大導致過熱后燒毀。

2.2.1 "油泵配合尺寸公差尺析

1）油泵泵頭外轉子定子軸向配合間隙分析

油泵泵頭裝配爆炸圖見圖3。如圖4所示，油泵外轉子與殼體配合直角處（對應實物圖5）殼體要求做清根處理，并且外轉子倒角要求Ｃ0.5。

如圖6所示，油泵外轉子/內轉子與殼體軸向配合間隙設計要求范圍0.03～0.065mm。經過3坐標儀實測故障件油泵腔室與油泵轉子尺寸，軸向間隙值0.05～0.055mm，在設計值范圍內，部件尺寸符合要求。如圖7所示。

2）油泵泵頭外轉子定子徑向配合間隙分析

圖8上為燒毀的油泵電機端蓋測量結果，內徑尺寸為40.205mm，圓度0.016mm。圖8下為測量結果合格的油泵端蓋，內徑尺寸40.21mm，圓度為0.0097mm。內徑公差為40.2mm～40.4mm，圓度公差為0.02mm。尺寸均在合格范圍內。

圖9左為燒毀的油泵電機外轉子，外徑尺寸40.096mm，右圖測量結果為合格的油泵端蓋，外徑40.089mm，外徑公差為40.075mm～40.1mm，均在公差范圍內。尺寸鏈計算，燒毀的電機端蓋內徑-外轉子內徑=40.205-40.096=0.109mm；合格的電機端蓋內徑-外轉子外徑=40.211-40.089=0.122mm；燒毀的油泵電機比合格的油泵電機間隙更小，相差0.013mm。

3）殼體、外轉子倒角尺寸分析，外轉子倒角分析

如圖10所示，端蓋內外轉子與殼體底部均有摩擦痕跡，對外殼體根部倒角處檢測是否清除根，結果如圖11所示，仍有0.187長倒角；油泵外轉子倒角檢測如圖12所示，要求倒角C0.5mm±0.2mm，實際倒角長度0.296mm，結果超差。

圖13為合格的油泵外轉子，倒角實測尺寸為C0.342，符合公差要求C0.5mm±0.2mm。

2.2.2 "根本原因匯總分析

故障件定轉子軸向、徑向尺寸，均在設計值范圍，但由于故障件外轉子與殼體配合的倒角部位，外轉子倒角偏小且端蓋倒角清根不徹底共同導致配合間隙過小，導致油泵外轉子與殼體卡滯后電機扭矩過大造成電機燒毀。

2.3 "永久性改進措施

1）更新油泵端蓋檢驗作業(yè)指導書，將清根要求作為關鍵尺寸進行控制。

2）更新外轉子倒角檢驗作業(yè)指導書，將倒角尺寸作為關鍵尺寸進行控制。

3）為完全避免該問題發(fā)生，考慮將外轉子倒角標準由C0.5mm增加到C0.7mm，并確認其可行性。

4）同時，油泵電機控制器更新保護策略，防止油泵電機頻繁啟動。

經過優(yōu)化，臺架試驗及車輛后續(xù)的實車試驗過程中，該問題未再發(fā)生。

3 "結論與展望

油泵電機是電動汽車驅動系統(tǒng)的核心部件，是電驅動系統(tǒng)發(fā)揮性能的重要前提和保障，直接影響電驅動系統(tǒng)性能，提高油泵電機可靠性具有重要意義。在電驅動系統(tǒng)開發(fā)過程中，本文對電驅動系統(tǒng)油泵電機燒毀問題進行了分析，首先鎖定故障件，查找故障部位，鎖定故障初步原因，分析故障原因是油泵殼體原因還是油泵轉子原因，進而優(yōu)化油泵外轉子、殼體結構，最終解決問題。

發(fā)展新能源汽車有助于中國實現(xiàn)從汽車大國邁向汽車強國的目標，有助于節(jié)約能源和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，有助于解決汽車排污治理，實現(xiàn)環(huán)境保護[2]。目前汽車行業(yè)處于快速發(fā)展階段，油泵電機還存在許多需改進的地方，下一步的工作為優(yōu)化油泵電機體積、能耗、噪聲等方面。

參考文獻：

[1]侍崇詩，嚴陳希，黃明宇，等. 混合動力變速器（E-CVT）用擺線泵研究[J]. 機械傳動，2020，44（4）：132-138.

[2]徐金. 新能源汽車電機的發(fā)展分析[J]. 現(xiàn)代制造技術與裝備，2017（9）：19-22.

（編輯 "楊 "景）