尼古拉·特斯拉电机

电动机比内燃机效率更高。 为什么和何时

基本事实是，电动汽车的问题与能源有关，但可以从不同的角度来看待。 就像生活中我们认为理所当然的许多事情一样，电动汽车中的电动机和控制系统被认为是这些车辆中最高效、最可靠的设备。 然而，为了实现这种状态，他们在进化上走了很长一段路——从发现电和磁之间的联系到将其有效地转化为机械力。 在谈论内燃机技术发展的背景下，这个话题经常被低估，但越来越有必要更多地谈论称为电动机的机器。

一两个马达

如果您查看电动机的性能图，无论其类型如何，您都会注意到它的效率超过 85%，通常超过 90%，并且在 75% 左右的负载下效率最高。 最大限度。 随着电动机功率和尺寸的增加，效率范围也相应扩大，甚至可以更早达到最大值——有时在 20% 的负载下。 然而，硬币还有另一面——尽管更高效率的范围扩大了，但使用非常强大的电机和非常低的负载会再次导致频繁进入低效率区域。 因此，有关电动机的尺寸、功率、数量（一个或两个）和用途（一个或两个，取决于负载）的决策是汽车制造过程中设计工作的一部分。 在这种情况下，可以理解为什么最好有两个电机而不是一个非常强大的电机，也就是说，这样它就不会经常进入低效率区域，并且可以在低负载时关闭它。 因此，在部分负载下，例如在 Tesla Model 3 Performance 中，仅使用后置发动机。 在动力较弱的版本中，它是唯一的，而在动态较大的版本中，异步的连接到前轴。 这是电动汽车的另一个​​优势——可以更轻松地增加功率，根据效率要求使用模式，双动力总成是一个有用的副作用。 然而，与内燃机不同，低负载时的低效率并不能阻止这样一个事实，即使在这种情况下，电动机由于其根本不同的工作原理和磁场之间的相互作用而在零速度下产生推力。 上述效率事实是发动机设计和运行模式的核心——正如我们所说，在低负载下连续运行的超大型发动机效率低下。

随着电动汽车的快速发展，电机生产的多样性正在扩大。 越来越多的协议和安排正在制定中，宝马和大众等一些制造商设计和制造自己的汽车，其他制造商购买与该业务相关的公司的股份，还有一些外包给博世等供应商。 在大多数情况下，如果您阅读电动型号的规格，您会发现其电机是“交流永磁同步”。 然而，特斯拉先驱在这个方向上使用了其他解决方案——所有以前型号的异步电机以及异步和所谓的组合。 “3 Performance 车型中的电阻开关电机作为后桥驱动。 在仅后轮驱动的廉价版本中，它是唯一的。 奥迪还在 q-tron 车型上使用感应电机，并在即将推出的 e-tron Q4 上使用同步和异步电机的组合。 它究竟是关于什么的？

尼古拉·特斯拉电机

Nikola Tesla 发明了异步或换言之“异步”电动机（早在 19 世纪后期）这一事实与特斯拉汽车模型是少数由这种机器提供动力的汽车之一这一事实没有直接关系…… 事实上，特斯拉电机的工作原理在 60 年代开始流行，当时半导体器件在阳光下逐渐兴起，美国工程师 Alan Coconi 开发了便携式半导体逆变器，可以将直流 (DC) 电池转换为交流 (AC) ) 感应电机所需，反之亦然（在恢复过程中）。 这种逆变器（也称为工程逆变器）和 Coconi 开发的电动机的组合成为臭名昭著的 GM EV1 以及更精致的运动型 tZERO 的基础。 类似于在创造普锐斯和开放 TRW 专利的过程中寻找来自丰田的日本工程师，特斯拉的创造者发现了 tZERO 汽车。 最终，他们购买了 tZero 许可证并用它来制造跑车。
感应电动机的最大优点是它不使用永磁体，不需要昂贵或稀有金属，而昂贵或稀有金属也经常在会给消费者造成道德困境的条件下开采。 但是，异步和永磁同步电动机都充分利用了半导体器件中的技术进步，以及利用场效应晶体管的MOSFET和后来采用双极隔离（IGBT）的晶体管的创造。 正是这种进步使我们能够制造出上述紧凑型逆变器设备，以及通常用于电动汽车的所有功率电子设备。 有效地将DC电池转换为三相变量以及反之亦然的能力很大程度上是由于控制技术的进步，这一事实似乎微不足道，但请记住，电力电子设备中的电流达到的水平比家用水平高出许多倍。电网，通常值超过150安培。 这会产生电力电子必须处理的大量热量。

但是回到电动机问题。 像内燃机一样，它们可以分为各种鉴定参数，“同步”就是其中之一。 实际上，这是磁场产生和相互作用方面更重要的其他构造方法的结果。 尽管面对电池的电源是直流电，电气系统的设计人员甚至没有考虑使用直流电动机。 即使考虑到转换损失，交流单元，尤其是同步单元也能赢得与直流元件的竞争。 那么，同步或异步电动机的真正含义是什么？

汽车电机公司

同步电动机和异步电动机都属于具有旋转磁场的电机类型，它们具有较高的功率密度。 通常，异步转子由简单的实心板包装，铝或铜的金属棒（最近越来越多地使用）以及闭环线圈组成。 电流以相反的对在定子绕组中流动，并且来自三相之一的电流在每对中流动。 由于它们每个相对于另一个相移了120度，即所谓的旋转磁场。 转子绕组与定子产生的磁场产生的磁力线的交点导致转子中的电流流动，类似于变压器上的相互作用。
产生的磁场与定子中的“旋转”相互作用，从而导致转子的机械捕获和随后的旋转。 然而，对于这种类型的电动机，转子总是滞后于磁场，因为如果磁场与转子之间没有相对运动，则不会在转子中感应出磁场。 因此，最大速度水平取决于电源电流和负载的频率。 但是，由于同步电动机的效率更高，大多数制造商都坚持使用它们，但是由于上述某些原因，特斯拉仍然是异步电动机的支持者。

是的，这些机器更便宜，但它们确实有缺点，所有用 Model S 测试过多次连续加速的人都会告诉你性能是如何随着每次迭代而急剧下降的。 感应过程和电流流动会导致发热，当机器在高负载下未冷却时，热量会积聚，其性能会显着降低。 出于保护目的，电子设备会减少电流量并降低加速性能。 还有一件事 - 要用作发电机，感应电机必须被磁化 - 也就是说，通过定子“传递”初始电流，定子在转子中产生磁场和电流以启动过程。 然后他就可以自己吃饭了。

异步或同步电动机

同步块具有明显更高的效率和功率密度。 感应电动机之间的一个显着区别是，转子中的磁场不是通过与定子的相互作用感应出来的，而是电流流过安装在其中的附加绕组或永磁体的结果。 因此，转子中的磁场和定子中的磁场是同步的，但是最大电动机速度也分别取决于磁场的旋转，电流频率和负载。 为了避免向绕组提供额外的电源，这增加了能量消耗并使电流控制复杂化，现代电动车辆和混合动力模型使用具有所谓恒定励磁的电动机，即电动机。 带有永久磁铁。 如已经提到的那样，这种汽车的几乎所有制造商目前都使用这种类型的装置，因此，根据许多专家的说法，仍然存在缺乏昂贵的钕和稀土元素的问题。 减少其使用是该领域工程师需求的一部分。

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

转子铁芯的设计为提高电机性能提供了最大的潜力。
有表面安装磁铁、盘形转子、内部内置磁铁的各种技术解决方案。 这里有趣的是特斯拉的解决方案，它使用上述称为开关磁阻电机的技术来驱动 Model 3 的后轴。 “磁阻”或磁阻是与导磁率相反的术语，类似于材料的电阻和导电性。 这种类型的电动机利用磁通量倾向于通过材料中磁阻最小的部分的现象。 结果，它以物理方式置换了它流过的材料，以便以最小的阻力通过零件。 这种效应在电动机中用于产生旋转运动 - 为此，转子中交替使用具有不同磁阻的材料：硬（以铁氧体钕盘的形式）和软（钢盘）。 为了穿过电阻较低的材料，来自定子的磁通量使转子旋转，直到它被定位到这样做为止。 通过电流控制，磁场不断将转子旋转到舒适的位置。 也就是说，由于磁场以最小阻力流过材料的趋势和转子旋转的结果效果，磁场的相互作用不会引发旋转到这样的程度。 通过交替使用不同的材料，可以减少昂贵部件的数量。

根据设计，效率曲线和扭矩随发动机转速变化。 最初，感应电动机的效率最低，最高的是表面磁铁，但后者随速度急剧下降。 由于结合了永磁体和上述“磁阻”效应的设计，BMW i3 发动机具有独特的混合特性。 因此，电动机实现了高水平的恒定功率和扭矩，这是具有电励磁转子的机器的特征，但重量却比它们轻得多（后者在许多方面都很有效，但不是在重量方面）。 毕竟，很明显效率在高速下降，这就是为什么越来越多的制造商表示他们将专注于电动机的双速变速器。

问题与解答：

特斯拉使用什么发动机？ 所有特斯拉车型都是电动汽车，因此它们只配备了电动机。 几乎每个型号的引擎盖下都有一个三相交流感应电机。

特斯拉发动机是如何工作的？ 异步电动机由于磁场在静止定子中的旋转而产生电动势而工作。 反向行驶由启动线圈上的极性反转提供。

特斯拉发动机在哪里？ 特斯拉汽车是后轮驱动。 因此，电机位于后桥轴之间。 电机由转子和定子组成，它们仅通过轴承相互接触。

特斯拉发动机的重量是多少？ 为特斯拉车型组装的电动机的重量为 240 公斤。 基本上使用了一种发动机改装。