Info o Tesle3

Každý nadšenec Tesla dobře ví, že jméno původně vybrané pro to, co tehdy bylo Tesla Motors, bylo založeno na motorovém designu připsaném Nikola Tesla, který žil v 19. století. Prakticky každé vozidlo, které Tesla vyrobila od modelu Roadster po model S až po model X, byl poháněn verzí tohoto úctyhodného třífázového indukčního motoru.

Po desetiletí od svého vynalezu byl elektrický motor Nikola propojen s 3-fázovou střídavou zásuvkou se stálým umístěním. Indukční motor byl nakonec propuštěn ze svých kotvišť v šedesátých letech, kdy Silicon Valley přišla na záchranu s digitální elektronikou. To bylo kolem roku 1990, kdy maverick inženýr Alan Cocconi vyvinul jeden z časných přenosných střídačů, zařízení, které mění stejnosměrný proud (DC) v baterii elektrického vozidla do střídavého proudu (AC) požadovaného indukčním motorem. Kombinace střídače a motoru byla poprvé použita v EV, která by se nakonec stala GM EV1, a později Cocconi propukla vylepšenou verzi této hnací jednotky do sportovního vozu tZERO, které později objeví spoluzakladatelé Tesla Motors Martin Eberhard a Marc Tarpenning a později Elon Musk.

Tesla by nakonec licencovala technologii hnacího ústrojí tZERO pro Roadster. Tyto historické tečky jsou spojeny tak, jak byly, označují hlavní důvod, proč Tesla Motors použil indukční motor v prvním výrobním automobilu (i když s mnoha zlepšeními).

Krása indukčního motoru spočívá v tom, že nevyžaduje žádné permanentní magnety. Trvalé magnety s dostatečným výkonem pro otáčení motoru EV jsou obvykle odrůdy vzácných zemin, které jsou hnusné u atributů, jako jsou vysoké počáteční náklady, potenciál demagnetizace nebo zlomení, problémy se zdroji a variabilita cen. Ale tranzistor dělal to možné použít indukční motor PM-free v dopravním sektoru. Indukční motor používá elektromagnety (cívky drátu zabalené kolem jádra ze železných kovů), které lze zapínat a vypínat - nebo přepínat -  mnohokrát za sekundu díky tranzistorům s esoterickými zvukovými názvy, jako je Doplňkový kovový oxidový terénní tranzistor (MOS) -FET) a později, Bipolární tranzistor s izolovanou branou (IGBT) .

Indukční motor je samozřejmě skvělý stroj. Ale není to dokonalé. Implementace společnosti Tesla využívá nákladný a obtížně odlitý rotor vyráběný z čisté mědi. A vzhledem k tomu, jak fungují indukční motory, rotor má tendenci se horko a může dokonce přehřát. Teplo je zbytečná energie (známá jako ztráta i 2 r) a v elektrickém autě to záleží. Indukční motor také není při nízkých rychlostech tak účinný jako některé jiné konstrukce, takže dveře byly vždy otevřené efektivnějšímu a méně nákladnému řešení.

Na modelu 3

V takovém případě model 3 není napájen indukčním motorem. Páni. Vzhledem k tomu, že indukční motor je jmenovkou Tesly, chceme vědět proč. Co se děje? Jaký motor použil společnost? Ale Tesla nehovoří. OK, mluví trochu. Během roku 2015 jsme byli varováni před nastávajícími změnami, když nám hlavní technický důstojník Tesla JB Straubel oznámil, že model 3 bude dodáván s " novou motorovou technologií. "Také jsme se dostali na konci roku 2017, kdy se objevildokument EPA  naznačující, že model 3 používal ... motor s permanentními magnety. Dvakrát wow. To bylo potvrzeno počátkem tohoto roku, když článek v Charged citoval Tesla je hlavní automobilový návrhář,  Konstantinos Laskaris, který charakterizuje nový motor takto: "Tak, jak víte, náš model 3 má nyní stroj s permanentními magnety. Je to proto, že pro specifikaci výkonu a efektivnosti stroj s permanentními magnety lépe vyřešil naši funkci minimalizace nákladů a byl optimální pro rozsah a výkonnost. "

Uh huh. Takže teď víme jistě, že Model 3 není pomocí indukční motor, a je používá motor s permanentním magnetem. Ve skutečnosti dokument EPA skutečně uvedl typ motoru - kompletní s typo - jako "AC 3 PHASE PERMENENT MAGNET" (jako reference, Chevy Bolt EV používá třífázový motor s permanentními magnety). Ale myslím, že to je vše, co můžeme říct, že víme . Od této chvíle je to spekulace. Dohady. Nicméně, to je hádka, kde kusy skládačky se začínají hodit spolu docela hezky. Podíváme-li se, zda můžeme zjistit, zda Model 3 skutečně používá stejný typ motoru jako Bolt, což je způsob, jakým se poprvé objevily věci.

Zadejte automobilový teardown guru " Ingineerix ". V únoru Ingineerix zveřejnil řadu fascinujících videí, které zkoumaly fungování modelu 3. V příspěvku nazvaném "The Dark Side" zkoumá spodní část vozu a začne označovat součásti a subsystémy jako by četl z teleprompteru. Opravdu podrobné informace, které podle mého nejlepšího vědomí nebyly dříve veřejně vysvětlovány. Zdá se, že ten chlap skutečně zná své věci. Zařadil jsem Ingineerix do sekce komentářů videa, kde zjistil, že auto má "motor se spínaným zpětným chodem, který používá permanentní magnety." Ingeserix pokračoval slovy: "Tesla to nazývá PMSRM, motor s neustálým magnetickým spínačem. Je to nový typ a je těžké se dostat správně, ale Tesla to udělal! "

Ahoj. Je to konec velmi odlišné barvy. Málokdo slyšel o motoru se spínaným zpětným chodem. Jaké zvíře je tohle? A jak může něco, co napájí vozidlo o rozměrech 3800 liber na 60 mil za hodinu za 5 sekund, být označováno jako neochotné ? Podívejme se na tyto otázky na cestu k objevení několika skládaček.

Abychom lépe porozuměli tomu, co je Model 3 - hodný pro motor s neochotou, musíme nejdříve osvěžit své vzpomínky na to, jak funguje Teslovi starší 3fázový AC indukční motor (o kterém jsem zde podrobně napsal ). Dokonce i když nejste motorhead, stačí poznamenat toto jedno pozorování týkající se motoru: Indukční část názvu technologie má co do činění s tím, že namísto nasazení drahých permanentních magnetů na rotoru, velké magnetické pole generované z stacionární část motoru (stator) skutečně vyvoláváprotilehlé magnetické pole na vysoce vodivém měděném rotoru. A víme, co se stane, když vzájemně reagují dvě protichůdná magnetická pole: táhnou se k sobě. Pokud máte magnet sedět na kuchyňském stole a přemístíte jiný magnet s opačnou polaritou v blízkosti, magnet v ruce vytáhne druhý magnet směrem k němu. Podobně, když dvě protilehlé magnetické pole generované uvnitř motoru modelu Ludicrous Model S P100D interagují ... auto vypadne jako netopýr z pekla.

Není věda zábavná?

 

Motor Tesla Model S.

Reluktanční motor je schopen podobného kouzla. V tomto případě však návrh není založen na dvou interakčních magnetických polích. Je tu jen jednamagnetické pole. Jak to může být? No, jděte zpátky do kuchyňského stolu a nahraďte jeden z těchto magnetů malým kusem železa nebo oceli. Co se stane, když přesunete zbývající magnet směrem k kovu? Magnet samozřejmě vytáhne kus kovu směrem k sobě. A co kdybyste vyměnili rotor pro elektromotor z vyčiněného kusu oceli, ale zachovali by stávající elektromagnety ve statoru? Když jsou elektromagnety zapnuty a vypnuty v správném pořadí, přiměly ocelový válec k otáčení. Gratulujeme, právě jste navrhli motor s neochotou! A skutečnost, že jsou elektromagnety zapínány a vypínány v pořadí pro rotaci rotoru (stejně jako u indukčního motoru), máte to, co je nazýváno spínaným opakovacím strojem .

Puzzle Kusů

Představme si na okamžik, že vám byla přidělena práce na návrhu nového motoru pro Model 3. Elon Musk specifikoval, že váš návrh musí stát méně než model S. Také jste byli poučeni, že motor nesmí kompromitovat výkon, ale musí být lehčí a účinnější než jeho sourozenci. Co bys dělal?

Přemýšleli jste o tom, že budete žádat o zaměstnání u McDonald's po silnici z továrny Fremont. Ne, ne -  po tom. Zde je nápověda: Vyzkoušejte všechny různé architektury elektromotorů, které existují. Při tom byste narazili na design, který je ve skutečnosti starší než vynález Nikola Terasy z roku 1892. Více než 50 let dříve byl stroj reluktance vynalezen v roce 1838. A je to překvapivě sladký design. Stroj reluktance je jednoduchý, efektivní, má kompaktní rozměr. A je to levné. Přesto motor s nechutenstvím seděl na polici již více než sto let a trpěl oslabujícím onemocněním nazývaným Torque Ripple (kvůli tomu, že stroj reluktance má tendenci vyvolávat jevy známé jako ozubení). Vlnová vlna jednoduše znamená, že výkon motoru reluctance kolísá nahoru a dolů. Určitě není dobré pro EV. Když položíte pedál na kov, chcete pěknou hladkou akcelerační rampu.

Stroj reluktance byl částečně zachráněn stejnou technologií, která umožnila zavedení indukčního motoru do elektrického automobilu -  výkonové elektroniky ze Silicon Valley . Reluktanční motor je obtížně ovládán (otáčky, stanovení polohy rotoru apod.), Ale moderní střídače a řídicí systémy pomohly překonat tuto slabost. Přesto, že problematika zvlnění momentu zůstává výzvou, i když 21 st století přiblížil. Ale když se pokoušíte, začnete pozorovat nějaký výzkum na téma, které se bude konat v první dekádě tohoto století. Narazíte na výzkumný dokument z roku 2011 , který prohlašuje, že byla řešena otázka zvlnění točivého momentu.Výzkumník vložil do statoru motorů s reluktančními magnetickými magnety některé malé magnety vzácných zemin spolu s existujícími elektromagnety . Křivka točivého momentu se uklidnila. Jako bonus, dokument tvrdil, že dosáhne 30% zvýšení výkonu při zahrnutí vzácných zemin. Nyní existují nějaké první principy myšlení . Ten, kdo poprvé myslel na to, že se stator vznáší se vzácnými zeměmi, zjevně přišel s největším sňatkem, protože někdo si myslel, že potopí čokoládovou tyčinku do nádoby s arašídovým máslem a vyrábí Reeseův arašídový máslový pohár.

Vaše myšlenky se spojují. Se dvěma hlavními problémy řešitelného stroje s reluktancí jste se zabývali a začali pracovat s tímto designem. První věc, kterou můžete udělat, je zbavit drahého měděného rotoru v původním motoru a nahradit ho mnohem levnějším železným rotorem. Pravděpodobně ocel. A pravděpodobně křemíková ocel . Právě jsi ušetřil tunu peněz. Dále, i když vzácné zeminy jsou drahé, jde do statoru , nikoliv na rotor jako u tradičního motoru s permanentními magnety, takže budete elektromagnety zvětšovat poměrně malými permanentními magnety. Váš zvolený design má nějaké problémy s akustickým šumem, ale máte pocit, že je vhodné tento design usilovat o to, protože je to nejjednodušší a nejlevnější motor, který však staví, přesto je vysoce výkonný a výkonný (zejména u těch vzácných zemin). Dobrá práce!

První modelka v teorii, kterou Tesla uvedla do Modelu 3, je v tom případě, že jsou magnety. Víme, že jsou tam a teď víme, že jedním z nejnovějších průlomů v motorickém designu je začlenění vzácných zemin do statoru stroje s reluktancí. To je obrovské. Přinesl stroj z neochotnosti z mothballs!

Dalším náznakem, že motor modelu 3 nepoužívá tyto vzácné zeminy v klasickém konstrukci s permanentními magnety, je, že vůz nedokáže regenovat až na 0 mil za hodinu. Bolt má například konvenční třífázový motor PM, který mu umožňuje provádět regen na hodnotu 0 MPH. Viděl jsem to pro sebe minulý rok, když jsem testoval Bolt  - můžete se zastavit bez použití brzd. Říkáme toto puzzle číslo 2.

Zde je další: Nálepka "prodejce" na modelu 3 v showroomu označuje "třífázový, šestipólový , vnitřní motor s permanentními magnety". Tesla indukční motor je čtyřpólový, stejně jako mnoho EV motorů. Proč tedy šestipólový motor? Toto je odkaz na způsob, jakým jsou cívky na statoru propojeny s třífázovým napájením (tři oddělené napájecí nohy). Čím bližší je vzdálenost pólů, tím méně času může dojít k poklesu točivého momentu. Může to být Tesla cesta k dalšímu plynulému zvlnění momentu. To je skládačka # 3.

Puzzle číslo 4 je, že různé inženýrské / motoristické publikace začínají hovořit o reluktančním stroji (viz článek níže). A začínáme vidět, že se v EV objevuje design zdráhání, jako je například Prius . Navíc společnost UPS oznámila, že v programu pro převedení své flotily na elektrickou energii bude použito zařízení s přepínacím reluktantem. Společnost tvrdí, že její zavedení motorů s neochotou oproti jiným konstrukcím sníží dobu nabíjení a zvýší energetickou účinnost až o 20% (společnost se však odděluje od používání magnetů vzácných zemin). A obecně se začínají objevovat průmyslové aplikace pro aktualizované návrhy motorů s neochotou. Například v nedávném  článku společnosti CleanTechnica Společnost Software Motor Company (SMC) prohlašuje, že její nový neochotný design stroje - s tím, co nazývají svou vlastní verzí "tajné omáčky" - ušetří 50% nákladů na energii u současných indukčních motorů používaných u společnosti Walmart pro HVAC atd. .

Nakonec je motor v modelu 3 skutečně menší než motor modelu S. V nedávném videu Jack Rickard EVTV, které zkoumalo model 3, Jack tvrdil, že motor modelu 3 je ve skutečnosti menší než ten menší motor na modelu S. Ještě výkon nebyl příliš kompromisován. Někteří majitelé hlásili 0-60krát rychleji než 4,8 sekundy ve svém modelu 3. To samozřejmě je částečně způsobeno tím, že váží o 1000 liber méně než S, ale přesto necháme zkusit tuto skládačku číslo 5.

Další podpora k dílu # 5 pochází z Rickardových pokračujících komentářů, zatímco je stále pod automobily (mimochodem, Rickard šel tak daleko dolů za králičím otvorem Tesla, jaký jsem kdy slyšel). Z extrapolace z dokumentů EPA Jack volá "ztrátu baterií na kola" modelu 3 o 6 procentních bodů mnohem efektivnější než Model S (89% elektrické energie je přeměněno na dopředný pohyb, oproti 83% u S).

 

Fotografie modelu Tesla Model 3 od podvozku. Zdvořilost EVTV.

souhrn

Díky průlomu v konstrukci strojů s reluktancí jsme v posledních několika letech mohli být svědky změn ve vztahu k hnacímu ústrojí pro trh s elektrickými vozidly. Vzhledem k hlášením o výkonu modelu 3, hlášený skok v mílích za kWh, který majitelé hlásí před předchozími modely Tesla, spolu s našimi 5 jednoduchými skládačkami, je rozumná sázka, že Tesla zdokonalil stroj s reluktancí a tím vytáhl z klobouku technický králík.

Bez ohledu na přesný návrh motoru Tesla jasně vyrazil z parku s pohonem modelu 3. Dali svůj návrhářský tým, ne-li prázdnou šek, prázdnou tabuli a tým přišel s designem vhodným nejen pro cenově dostupné elektrické auto, ale i pro nadcházející Tesla Semi.

Všimněte si, že hlavní designér Laskaris se připojil k Tesle poté, co byl model S vyvinut. Jeho hlava musí být plná čerstvých nápadů od doby, kdy dříve založil projekt na konstrukci a vybudování efektivního elektrického vozu. Stejně jako Straubel, Laskaris gravitoval k Teslovi již s myšlenkou, že budoucnost byla elektrická.

Třída motoru Tesla také pomohla Teslovi dosáhnout svého stanoveného cíle o 25% snížení počtu dílů tím, že má motor dvojí funkci jako zdroj tepla pro ohřev trakční baterie. ( Poznámka: Tesla byl tak ohromen talentem, který vyšel ze školy Laskaris navštívil v Řecku, že společnost založila malé výzkumné centrum v zemi. )

Ačkoli použití stroje s reluktancí v modelu 3 má být ještě ověřeno, s náhlými hovory z tolika čtvrtí pro tolik aplikací tohoto motoru tech, je těžké uvěřit, že Tesla by neměl sedadlo na prvním místě této události . Celkově je docela možné, že rok 2018 půjde dolů jako rok motoru neochoty. Vítejte na stroji.