特斯拉电机到底是什么水平?揭秘特斯拉永磁同步电机,太先进了

太先进了!特斯拉永磁同步电机的技术揭秘

这两年特斯拉的电动车卖的是越来越好,不过特斯拉还要应对同样进展迅速的追赶者。在这个竞争激烈的新能源市场里,特斯拉CEO马斯克不得不突然要求特斯拉发展自己的电机技术,帮助特斯拉成为电动车领域的霸主。

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不过特斯拉肯定是有什么秘密武器,因为马斯克除了是特斯拉的CEO,也是太空探索技术公司(Spacex)CEO兼CTO和太阳城公司董事会主席,他的业务能力极强并且对科学技术十分了解和推崇。

那么马斯克为什么如此心急地要求采用最新的电机技术呢?特斯拉这样做又会对电动车行业带来怎么样的影响呢?而新技术又是否真的会比传统技术强呢?

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什么是特斯拉的核心技术

特斯拉突然要求研发人员研发新的电机技术,提高电机的性能,最主要的原因是最近中国等其他国家电动车行业也发展迅速,因为其他企业发展速度超过了特斯拉的预期。

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根据有关媒体的报道,在柏林的超级工厂特斯拉拥有众多的最新秘密技术,这是在全球范围内前无古人后无来者的。

从新型大灯技术、4680电池的内部电芯结构、封装方式和热处理的进步,再到最新的12000吨超大压铸机压铸车体一次成型,这无疑让所有车迷眼前一亮。

像特斯拉这样的高科技公司,身为CEO的马斯克如果失去了这些高新技术的支持,对于他的未来企业生涯会带来很大的影响。

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不过如果特斯拉仅仅只有上述提到的这些技术,马斯克也不会成为全球企业家的典范,特斯拉会被其他企业超越。在这个电动车行业火爆的今天,马斯克必须想办法解决特斯拉的核心技术问题,同时确保特斯拉在全球市场的口碑。

此前,已经不少新闻报道了在柏林的超级工厂的其他技术,不过特斯拉的核心技术并不被世人所知。

在查阅大量论文的情况下,也看过不少新型专利文件和资料,我将尝试用简易的语言来科普什么是特斯拉的核心技术。只要包括传统汽车和电动车之类的交通工具还存在,那么他们的“心脏”一定是它的动力系统,那么他们的核心技术就是发动机技术和电机技术。当然我们今天讲的是特斯拉,那么特斯拉作为电动车的老大,他的核心技术就是电机技术。

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特斯拉这一招明摆着就是趁着传统车企对电机技术不熟悉,别的新型电动车企业缺少技术和资金的这一个节点,做好技术储备,建立技术壁垒。

什么是电机

想理解特斯拉研发的核心技术有多么的重要?就先了解了解电机的内部结构?我们先来看看电机。

按照图纸和实物来看,电机由两部分组成,一个是定子,另外一个是转子。固定的部分定子和中心旋转的转子加起来就是整个电机了。

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如果转子的速度越快,离心力就会随之变大。在这个高速运转的过程中会产生大量的热和巨大的离心力,会让转子产生几何形变,甚至会膨胀和松开,如果与定子碰撞就会产生严重后果,电机就会烧毁和解体。

两个电机谁强谁弱

电机拥有大量种类,在不同场景有不同的使用。电机就是变化的电场产生变化的磁场,无论是谁绕着谁转,都是磁场带动磁场使电能转化成机械能的过程。

电动车最常见的无非就是永磁与感应电机,都是凭借定子与转子磁场相互作用旋转的。

而感应电机就是交流异步机的一种,它的定子磁场是靠电流产生的,也因此额外要耗费一部分电流制造磁场。

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产生磁场的原因可以参照发动机发电的原因,这两个过程是相反的。因为此电机的转子的转速与制造的磁场的速度不同时,所以叫做异步电机。就是不同步的原因造成了转差,这种转差会让导体产生电流,从而在磁场中受力旋转。感应电机的转子是一圈金属条,两端是金属盘,一起构成一个鼠笼。

而永磁电机主要是永磁同步电机,感应电机依靠电流产生磁场。而永磁电机依靠磁铁,但是在其的磁铁性能达不到理想的情况,驱动力不行。

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直到汝铁硼这种超强磁铁的出现,这让电子领域的相关设备得到了新生。但是汝铁硼磁铁还是有缺点的,成本高,在高温下容易失去磁性。为了让汝铁硼磁铁在高温下稳定,企业在其加入稀土,不过成本极其高昂。

这里讲的同步就是指旋转磁场的速度和转子速度相同,要控制转子速度就要先控制磁场转速,也就是交流电的频率。

不过这两个电机各有自己特色。

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因为首先永磁电机不要额外供电产生磁场,所以省电效率高,相同的电池能够更长时间的续航。因为用了大量的磁铁,成本要高于感应电机,不过这个成本相较于电池的成本而言不算什么。

而相应的感应电机过载能力强于永磁电机,性能更加强悍耐用。在平时里面高速加速能力强于永磁电机,在高温下表现也更好。再者感应电机的调速范围更广,而永磁同步电机就稍弱了。

那么因此永磁同步电机在低速运转时扭矩很大,但在高速的时候,磁铁离线圈近,强磁会切割定子线圈,在线圈里产生极高的电动势,这个电动势学术上叫做反电势。

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这个反电势会抵消定子的输入地驱动电压,高速运转时电机需要更高的电压推动,这就是它转动越快就需要更高的电压驱动。在这个高压环境下会造成大量磁涡损耗,这会产生大量的热,电机容易故障,所以它的效率会随速度的升高减弱。其实他们在高速旋转的时候更像是一台发动机,他们会给自己帮倒忙。

特斯拉是如何取长补短的

普通感应电机只能实现短时间的高转速,然后不得不让速度停下来。一般的电机很难长时间高速运转,不然就会烧毁与解体。

特斯拉电机到底是什么水平?揭秘特斯拉永磁同步电机,太先进了

现有普通感应电机都会遇到这个问题,所以电动车在后段会遇到加速乏力。

虽然普通感应电机会遇到这种问题,但是永磁电机就可以完全解决这个问题,这也是为什么特斯拉选择了永磁电机。但问题是,永磁电机的噪音和震动很大,而且永磁电机的后段加速要比普通感应电机更快。

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Lucid拥有特殊的专利能让电机突破2万转的速度,当然具体解决方法不会公开,这在当时是世界第一的。

而马斯克的新型创新方案是:给转子加上新型碳纤维保护套,这个套子能保护转子不受高温影响。众所周知定子的线圈能产生大量的热,而碳纤维有很好的隔热效果还能防止转子膨胀,并且使离心力造成的变形可控,碳纤维允许更多磁通量进入从而获得超强磁场和更高转速。

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这个看起来很简单的技术,但是在特斯拉之前都没发现,所以这个技术实现是非常困难的。马斯克表示,“这是极其难做到的,我们为此专门制造了相关的设备”。

而特斯拉在高新技术上的不断投入是值得我们同样是诸如新能源企业学习的,抓住这个电动车行业的风口。

出处:见配图水印

电动志

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