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化繁为简,解密特斯拉电机技术

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发表于 2022-8-6 14:16:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 twq19810302 于 2022-8-6 14:17 编辑

昨天讲了:拆解特斯拉扁线电机Hair-Pin。今天再来一帖,讲讲特斯拉的电机技术

特斯拉,近几年新能源汽车领域标杆级的存在,曾经一度通过亲民的价格,高超的机械素质赢得无数人的欢心,最近的这一段时间,不断上涨的价格也并没有对其影响很多,足见其优秀的产品力,一个品牌之所以可以深入人心,必然是拥有优秀的表现,对于电动车而言,三电系统,即电池、电机、电控三大系统是重中之重,而作为产品标杆级存在的特斯拉,在这三方面是不是也拥有标杆级的实力呢?

对于电动汽车而言,电动机水平的高低是最容易直观地表现出来的,特斯拉目前的产品线中,拥有三种值得去说明的电机,分别是感应异步电机、永磁同步电机、以及Model S/X plaid版本上搭载的带有碳纤维套子的电机,想要知道特斯拉电机的优缺点,可以从这三个方面去进行分析。

  • 感应异步电机

目前在可以买到的特斯拉车型中,四驱版本的特斯拉Model 3/Y的前电机,采用了内部代号为3D3的感应异步电机,该电机的最大功率为137kW,最大扭矩为219牛米,为了直观的简单了解电动机的好坏,需要引用一个公式:P=T*N/9550,在这其中,P为功率、T为扭矩、N为转速,在通常情况下,N的数值越高,电机的性能越强,在知道P和T的数值的情况下,N便可以推导出来了,而公式也变成了:N=9550*P/T。


在讲述特斯拉感应异步电机之前,首先要了解一下什么是感应异步电机;感应异步电机相比永磁同步电机有两个明显的区别,感应异步电机内部没有永磁体,且定子与转子不是同步的,简单理解,感应异步电机具有以下数个特点:电机尺寸偏大、成本低、耗电量大、最高输出转速更高、爆发力更强,对于如今追求极致续航里程的电动车而言,仅仅耗电量大这一条,便否定了感应异步电机的所有优点。

特斯拉的四驱车型采用了前感应异步后永磁同步的布局,这是因为首先特斯拉的四驱车型对加速要求更高,感应异步电机的爆发力更强,提速效率也会更高,同时感应异步电机还有一个特点,在匀速行驶中,可以断开驱动感应异步电机的电流,使其不参与工作,达到一个节省电量的目的,同样的做法在永磁同步电机上并不实用,永磁同步电机在空转状态下是有阻力的,虽然可以利用这个阻力发电,但相对而言得不偿失。

特斯拉的感应异步电机具有的一个优势是,其散热方式采用了油水热交换的形式,其内部的齿轮油不仅可以润滑电机,同时还可以带走一部分热量,冷却效率会比普通液冷散热方式更高,这是特斯拉的感应异步电机所具有技术上更好的优势。

  • 永磁同步电机



特斯拉旗下有多款永磁同步电机,在其国产车型中,使用过代号为3D1、3D5、3D6、3D7四款电机,而目前其主要使用的是最大功率194kW、最大扭矩340牛米的3D7型,相比感应异步电机,永磁同步电机成本偏高,但其尺寸更小,耗电量更加均衡,因此更受厂商们的喜爱。

以目前主流的新能源厂商为例,上面提到,判断一个电机性能的指标是转速,因此判断一个电机性能如何,可以用前文提到的公式进行计算,特斯拉model 3与同样采用永磁同步电机的比亚迪汉EV对比,汉EV前电机的最大功率为163kW,最大扭矩330N·m,通过计算得出比亚迪汉EV前电机的转速为4717r/min,而特斯拉3D7型电机转速为5449r/min,性能上也会好一些。

特斯拉的永磁同步电机具有以下几个特点:

1、首先是同样采用了油水热交换的冷却形式,散热效率更高,其电机内部定子部分采用了传统圆铜线绕组的方式(3D5款)空间利用率上略有不足,成本相对较低。

2、转子部分,特斯拉的电机采用了单V型的磁路设计,聚阻能力略差,磁阻扭矩略小,但单V型的磁路降低了转子的厚度,体积可以更小一些。

3、结构设计上,特斯拉永磁同步电机的设计更为保守,没有采用很多的新技术,但可靠性相对更高,使用耐久度也比较经得起考验,因此“稳”便是特斯拉走量车型永磁同步电机的设计理念。

  • 带有碳纤维套的电机

在还没有国内交付的特斯拉Model S/X的plaid版本上,使用了一个具有黑科技的电机,在电机内部的转子外面,套了一个碳纤维套子,这有什么独到之处吗?影响电机性能的一个关键是转子的转速,转速越高,爆发力和性能越强,但如果转子的速度过快,便有无法控制导致损坏的危险,因此特斯拉独到性的在转子的外面加了一个碳纤维套,用来束缚转子的膨胀等形变,这样电机性能便可以有一个明显的提升,更加适应高工况状态。

从上面的内容可以看出,特斯拉的电机使用逻辑非常清晰,在走量车型Model 3/Y上使用稳妥的3D7型电机,在需要长续航的车型上提供一个合理的搭配,在需要性能的车型上搭载带有高科技技术的电机,因此特斯拉在电机方面的优势,主要在于准确把握使用逻辑,将故障降到最低,可靠准确,便是特斯拉电机领域的代表词。

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