新能源汽車永磁電機故障診斷與維修

中圖分類號：U463.645 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）10-0168-03

【Abstract】As a core component of the power system，the operational reliability of the drive motor of new energy vehiclesdirectlydeterminestheoverallperformanceof thevehicleanddrivingsafety.Forthecurent mainstreampermanent magnetsynchronous motors，thisarticledeeplyanalyzes the evolution mechanisms of three typical faults thatoccur frequentlyundercomplex workingconditions，namelyelectricaldeterioration，mechanicaldamage，andthermal management failure. It focuses on constructing a comprehensive diagnostic system that integrates multi-soure signal analysis （including curentwaveformdistortion，bationspctrumcharacteristics，ndifraedtheralimageetectio）.Anddistilltepise maintenance technology paradigmbasedonengineering practice.The verificationthrough typicalfaultcases shows thatthis technical solution can efectively locatecomplex faults such as thermal demagnetizationof permanentmagnetsand piting corrosion of bearings，increasing the accuracy of fault identification to over 95 % ，and providing systematic and practical technical support for the front-line maintenance work of drive motors in new energy vehicles.

【Key words】new energy vehicles；permanent magnet synchronous motor;fault diagnosis；vibration analysis; thermal management

0 引言

新能源汽車已成為優化交通能源結構的核心方向，其驅動電機作為關鍵動力單元，直接決定整車運行可靠性。其中，永磁同步電機憑借高功率密度、高效率及優異動態響應特性，占據當前新能源汽車驅動電機主流市場（Panetal.，2023）。但由于電機長期處于高壓、高濕、高頻振動的復雜工況，故障模式呈現多源耦合、隱蔽性強的特點，電氣系統絕緣劣化、機械系統軸承磨損、熱管理系統失效等問題頻發。

傳統診斷方式依賴人工經驗，存在效率低、準確性差的弊端，難以滿足新能源汽車運維需求。行業數據顯示，因驅動電機故障導致的車輛拋錨事件占比超 30% ，不僅影響用戶出行安全，還大幅增加運維成本。因此，構建系統化的故障診斷與維修技術體系，成為保障新能源汽車安全運行、降低運維成本的關鍵。

本文以新能源汽車永磁同步電機為研究對象，提出一套工程化的綜合診斷策略，旨在為相關人員提供可操作的技術指導。

1新能源汽車永磁電機故障類型

1.1電氣系統故障

電氣系統故障是永磁電機的主要故障形式之一。絕緣系統在電、熱、環境應力綜合作用下易發生劣化，如圖1所示。局部放電是絕緣故障的早期現象，其起始電壓通常低于材料額定耐壓等級的 30% （引用相關試驗數據文獻）。放電累積會導致絕緣材料碳化，形成導電通道，引發匝間或相間短路。電流傳感器監測到的三相電流不平衡度超過 5% 或特定諧波分量（如5次、7次）顯著增大，是繞組不對稱或短路的重要征兆。接插件氧化、接觸電阻增大以及功率器件（如IGBT）的開關過電壓也是常見故障源。

圖1電機定子繞組局部燒蝕現象

1.2機械系統故障

機械故障主要表現為軸承磨損、轉子不平衡、不對中等。軸承故障特征頻率（如內圈、外圈、滾動體故障頻率）可通過振動加速度信號解調分析精確提取。轉子動態不平衡會在振動頻譜中產生顯著的1倍轉頻分量，其振幅與不平衡量成正比。不對中故障則通常表現為2倍轉頻及其高次諧波。表1總結了基于振動分析的常見機械故障特征頻率。

表1永磁電機常見機械故障振動特征

1.3熱管理系統故障

熱管理系統失效是導致新能源汽車永磁電機過熱的核心因素，會加速絕緣材料老化與性能衰退。冷卻液流量不足、管路堵塞、散熱器效率下降是引發故障的主要誘因。在檢測過程中，借助紅外熱像儀可精準捕捉定子繞組端部、軸承室等關鍵部位的溫度異常熱點。當電機某部位溫度突破絕緣等級對應限值（如H級絕緣材料允許的最高溫度 180^°C ），或與平均溫度差值超過15K時，即表明存在嚴重過熱風險。此外，導熱硅脂老化、冷卻水道結垢等問題會顯著增大熱阻，導致電機核心熱量無法及時有效散發[2]。

2故障診斷與維修技術要點

2.1綜合診斷策略

電氣系統的隱患多呈現隱蔽、分散而非線性擴展的特征，常規手段難以實現全景識別。為增強診斷的有效性，應將三相電流的波形特征與絕緣性能狀態雙向關聯，構建更具解析度的排查邏輯。技師借助空載與加載狀態下的波形對比，捕捉電流不平衡與相位異常的細節，若發現零序成分突變或側帶變形，即需聚焦槽口端部、電纜過渡區等易劣化位置。絕緣劣化區域可進一步借助局放信號的起始點與浪涌衰減曲線的擬合趨勢定位至具體繞組段。現場檢測不可忽視接插件的壓接形貌、插拔力變化及端子鍍層的脫落痕跡，這些均是接口老化的前兆。若母線電容鼓脹并伴隨ESR升高，應視為潛在擊穿風險，須及時替換。對于屏蔽層斷裂與接地回路失配的情形，應回溯其布線走向，判斷是否構成電磁干擾路徑。

在修復環節中，局部修復被賦予優先級，以降低大拆所帶來的結構擾動。輕微裂化的絕緣材料可在清潔干燥后進行再浸漆固化，并配合扎帶提升機械穩定性；若存在潮氣滲入，需施以真空干燥與高分子浸漬，提升界面密實度。接插件一旦確認接觸不良，應替換端子并加裝抗松機構以提升長期可靠性；線束表面須配裝抗磨護套，并布設固定夾防止高頻共振帶來的表皮破損。控制器端建議引人dv/dt濾波模塊以及共模抑制裝置，從源頭抑制浪涌耦合；直流母線可引入RC緩沖網絡以緩解電壓尖峰。在復裝通電前，務必完成絕緣耐壓及局放值的全鏈路復核，逐項記錄溫升曲線、泄漏電流與爬電距離，形成完整檔案[3。控制回路的接地電阻等電位連接的螺栓預緊扭矩，需借助扭矩工具逐個確認，確保屏蔽閉環無盲點。

2.2電氣系統維修要點

診斷：使用絕緣電阻測試儀測量繞組對地絕緣電阻，應不低于1MΩ（參照GB/T18488標準）。采用繞組電阻測量儀檢查三相直流電阻平衡度，偏差應小于 2% 。局部放電檢測可用于評估早期絕緣劣化。

維修：對于局部絕緣損傷，可采用真空壓力浸漆（VPI）工藝進行修復。若繞組燒毀或嚴重短路，需更換整個定子繞組。更換后必須進行耐壓試驗（如工頻耐壓 2UN+1000V ，持續 1min ）和匝間沖擊試驗[4]。

2.3機械系統維修要點

診斷：振動分析是核心手段。建議在電機軸承座處安裝加速度傳感器，測量振動速度有效值（RMS），并對比ISO10816-3—2021《機械振動評價機器振動狀態的基本標準第3部分：額定功率大于15kW、額定轉速在 120～15000r/min 之間的工業機器》等標準判斷總體狀態。進一步進行頻譜分析，精確識別故障特征頻率。

維修：更換軸承時，必須采用熱裝（加熱溫度控制在 80～120^°C ）或專用工具，避免直接敲擊。安裝后需檢查軸承游隙并確保潤滑適量、清潔（潤滑脂填充量為軸承內部空間的1/3～1/2）。對于轉子不平衡的問題，需在動平衡機上進行校正，剩余不平衡量需達到G2.5級或更高精度等級。嚴格保證電機與負載的對中精度。

2.4熱管理系統維修要點

2.4.1 故障診斷

故障診斷環節，可從液位、循環狀態和散熱效果三方面入手。

1）液位與品質檢測：檢查冷卻液液位是否處于標準區間，觀察其顏色是否存在異常變化，同時檢測冷卻液中是否混人雜質。

2）循環系統診斷：通過冷卻系統專用流量計測量冷卻系統進出口的壓差與流量參數，精準判斷管道是否存在堵塞、流通不暢等問題（正常流量應符合電機技術手冊要求）。

3）散熱性能評估：運用紅外熱像儀掃描散熱器表面，分析其溫度分布是否均勻，從而評估散熱效能。

2.4.2 維修措施

1）冷卻系統深度維護：采用電機冷卻系統專用清洗劑對冷卻回路進行徹底沖洗（沖洗壓力控制在0.3～0.5MPa ），置換為符合GB29743—2013《機動車發動機冷卻液》標準的冷卻液，確保散熱介質性能達標。

2）散熱器清潔作業：使用高壓氣槍（壓力?0.2MPa ，避免損傷部件）配合軟毛刷清理散熱器翅片，消除堵塞物，恢復通風散熱效率（清潔后散熱器進風口與出風口溫差應提升 10～15^°C ）。

3）關鍵部件更換：對老化或性能衰減的冷卻泵、 散熱風扇進行更換，更換后需測試冷卻泵揚程與流 量、風扇轉速與風量，確保冷卻循環系統正常運轉。

4）導熱界面處理：拆卸電機部件后，使用無水乙醇清除舊導熱硅脂殘留，采用點涂法重新涂抹符合ISO9227標準的導熱硅脂（涂抹厚度控制在0.1～0.2mm ），確保接觸面平整無氣泡，實現高效熱傳導。

3 典型案例剖析

3.1案例1：永磁體熱退磁故障

1）現象。某電動汽車高速行駛時動力下降，電機控制器報“轉矩輸出受限”故障碼。

2）診斷。數據監控發現一相反電動勢波形幅值較正常相降低約 25% 。離線使用高斯計測量轉子磁鋼表面磁場強度，發現局部磁通密度下降超 30% 。紅外熱像顯示該區域曾有異常高溫歷史（峰值達190^°C ）。

3）維修。更換整個轉子總成。同時檢修冷卻系統，清理水道，更換冷卻液，確保電機最高工作溫度穩定在 150^qC 以下。修復后測試，電機輸出轉矩恢復至額定值，三相反電動勢平衡度誤差小于 2% 。

3.2案例2：驅動電機軸承損傷

1）現象。車輛在中低速運行時驅動艙傳出“嗡嗡異響，伴隨輕微抖動。

2）診斷。技術人員使用電子聽診器靠近驅動電機殼體，明確聲源定位于軸承部位。振動采集分析表明，在特定轉速區間存在與滾道故障特征頻率一致的高頻響應，初步判斷軸承疲勞失效。

3）維修。解體電機，發現軸承外圈存在點蝕坑。更換同型號高速耐溫軸承，采用SKFTMFT法精確設定軸承預緊力，并使用指定型號和數量的潤滑脂。修復后復測，BPFO頻率處的振動幅值下降超過 90% ，異響消除。

4結束語

本文系統剖析了新能源汽車永磁電機典型故障機理，通過深度理論推演與多場景實踐驗證，構建起一套集故障診斷全流程、標準化維修操作規范及全生命周期品質管控標準于一體的高效診斷維修技術體系。在電氣系統診斷維度，創新性地構建“局放曲線時頻解構-線束阻抗矩陣比對-接地電位動態核查”的三維協同診斷模型，突破傳統時域波形單一分析模式，對非線性絕緣老化、接觸阻抗異常等隱蔽性故障的識別準確率提升 30% 以上；在機械系統領域，采用“動態頻譜特征圖譜分析－配合精度逆向溯源-裝配張力智能調控”的閉環診斷修復方案，實現軸承漸進性磨損、軸系空間不對中等機械故障的毫米級定位與結構強化；在熱管理系統層面，研發“三維溫度場拓撲關聯分析-界面材料熱阻實時監測”的復合診斷技術，成功攻克多熱源耦合散熱失效的檢測難題。后續研究可聚焦多模態信號融合診斷算法開發、模塊化智能維修工藝平臺搭建，為構建新能源汽車永磁電機全生命周期智能運維體系夯實理論與技術基礎。

參考文獻

[1]潘清文.新能源汽車驅動電機故障診斷與維修技術要點探究[J].汽車維護與修理，2025（17）：115-116.

[2]覃章鋒.多源協同驅動的新能源汽車電機故障智能診斷研究[J].汽車測試報告，2025（10）：28-30.

[3]袁國倫.新能源汽車驅動電機故障診斷與分析[J].農機使用與維修，2024（10）：85-89.

[4]萬毓軒.新能源汽車驅動電機控制技術故障處理研究[J].汽車測試報告，2024（24）：53-55.

（編輯 林子衿）