摘要:本文介绍驱动电机系统振动测试标准、方法和测试流程,分析电机系统振动失效模式。以某混合动力驱动电机系统为研究对象,进行随机振动测试验证。对测试结果和影响因素进行分析,提出了夹具设计原则、产品改进建议;并将试验条件和整车道路振动数据进行比较,提出今后标准和测试方法的研究方向。
电动汽车驱动电机系统与传统工业电机系统相比,应用环境更加苛刻,体现在有限的空间、复杂的道路环境和应用工况,要求电机系统有更高的效率、功率密度和可靠性。随着近些年电动汽车行业的发展,驱动电机系统集成度越来越高,尤其是在插电式和非插电式混合动力系统中,电机和变速器、发动机的高度集成,大大降低了整个系统的质量和体积,但同时电机系统的工作环境也更加复杂。为保证电机系统机械结构的长期可靠,通常对电机系统进行耐机械振动的测试评价,在部件层面发现产品的薄弱点和可能的失效模式,提高电机系统对车辆振动环境的适应性。
1 振动试验
振动试验是指评定产品在预期的使用环境中抗振能力而对受振动的实物或模型进行的试验,模拟产品在运输、安装及使用环境下所遭遇到的各种振动环境影响,用来确定产品是否能承受各种环境振动的能力。
汽车部件的振动试验主要有正弦振动及随机振动两种。电机系统在长期使用过程中,主要受到路面通过轮胎和悬架传递到安装部位的振动、发动机通过变速器传递的振动以及自身转动引起的振动。由于路面情况复杂多变,具有随机性,通常第1种振动被认为是宽带随机振动,试验严酷程度取决于频率范围、加速度有效值、试验持续时间和功率谱密度。后两种振动和发动机转速、缸数以及电机自身转速和参数相关,具有规律性,通常采用正弦扫频振动来模拟,试验严酷程度取决于频率、振幅、试验时间。
在QC/T 893-2011《电动汽车用驱动电机系统故障分类及判断》中,规定了电动汽车用驱动电机系统故障的确认原则、故障模式和故障分类。其中振动型故障属于严重故障类型。振动试验对电机系统的主要影响如下。
1)结构损坏,振动引起绕组串动、短路、断路、绝缘破损、铁心松散、性能失调等。
2)工艺性能破坏,如电机控制器的连接部件松动、焊点脱落、螺丝松动、印刷板插脚接触不良等。
3)电气性能,振动引起绕组线圈的局部损坏、断裂等现象,会影响电机系统的最大扭矩、功率和效率输出,绕组的内阻值变化较明显。
以上三方面也是电机系统振动试验是否合格的主要判定依据。