特斯拉Model 3马达-我能够学习的所有知识（欢迎使用机器）

任何特斯拉发烧友都非常清楚，最初为特斯拉汽车选择的名称是基于19世纪尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）的电动机设计而来的。实际上，特斯拉生产的每辆汽车，从敞篷跑车到Model S，再到Model X，都由一种古老的三相交流感应电动机提供动力。

自发明以来的几十年中，尼古拉的电动机就一直被拴在固定位置的三相交流电源插座上。1960年代，当硅谷通过数字电子技术进行救援时，感应电动机终于摆脱了停泊。大约在1990年，特立独行的工程师Alan Cocconi开发了一种早期的便携式逆变器，该设备可将电动汽车电池中的直流电（DC）转换为感应电动机所需的交流电（AC）。逆变器/电机组合首先用于电动汽车，最终成为通用汽车EV1，随后科科尼将改进后的动力总成投放到tZERO跑车中，特斯拉汽车联合创始人Martin Eberhard和Marc后来发现了该产品。 Tarpenning，以及后来的Elon Musk。

特斯拉最终将为Roadster授予tZERO的动力总成技术许可。那些历史点按原样连接在一起，表明特斯拉汽车公司在其首款量产车中使用感应电动机的主要原因（尽管有很多改进）。

感应电动机的优点在于它不需要任何永磁体。具有足够功率以使电动汽车的电动机旋转的永磁体通常是稀土类的，它们因诸如高昂的初始成本，退磁或破裂的可能性，货源问题以及价格波动等属性而臭名昭著。但是晶体管使在交通领域使用无PM感应电动机成为可能。感应电动机使用电磁体（缠绕在黑色金属芯上的导线线圈），由于具有深奥名称的晶体管（例如互补金属氧化物场效应晶体管（MOS））可以每秒打开和关闭（或切换）多次。 -FET），以及后来的绝缘栅双极晶体管（IGBT）。

感应电动机当然是一台很棒的机器。但这并不完美。特斯拉的实现使用昂贵且难以铸造的纯铜制成的转子。由于感应电动机的工作原理，转子容易变热甚至过热。热量浪费了能源（称为i2r损耗），而在电动汽车中，这很重要。感应电动机在低速时的效率也不如某些其他设计，因此，车门始终向着更高效，成本更低的解决方案敞开。

模特3

碰巧的是，Model 3并非由感应电动机提供动力。哇。鉴于感应电动机是特斯拉的同名产品，我们想知道为什么。这是怎么回事？公司改用什么马达？但是特斯拉不说话。好，他们在说一点。特斯拉的首席技术官J.B.Straubel告诉我们，Model 3将配备“一种新的电动机技术”。2017年底，当EPA文件浮出水面，表明Model 3使用的是…永磁电机时，我们也得到了通知。双哇。今年早些时候，《充电》中的一篇文章引用了特斯拉首席电机设计师康斯坦丁诺斯·拉斯卡里斯（Konstantinos Laskaris）来形容这种新电机，这一点得到了证实“因此，如您所知，我们的Model 3现在拥有一台永磁电机。这是因为对于性能和效率的规范，永磁电机更好地解决了我们的成本最小化功能，并且对于范围和性能目标而言是最佳的。”

嗯。因此，现在我们可以确定Model 3没有使用感应电动机，而是使用了永磁电动机。实际上，EPA文件实际上将电动机类型（带有错字）称为“ AC 3相永磁体”（作为参考，Chevy Bolt EV使用三相永磁电动机）。但是我相信这就是我们所能说的。从这里开始，这就是猜测。猜测工作。但是，这是个谜，拼图游戏的各个部分开始很好地融合在一起。让我们看看是否可以确定Model 3实际上是否使用了与Bolt相同类型的电机，这是事物最初出现的方式。

输入汽车拆解专家“ Ingineerix”。2月，Ingineerix发布了一系列有趣的视频，探讨了Model 3的工作原理。在标题为“黑暗的一面”的条目中，他探索了汽车的底面，并开始命名零部件和子系统，就好像他正在从提词提示器中读取一样。据我所知，真正详细的内容之前从未公开发表过。这个家伙似乎真的很了解他的东西。我在影片的评论部分中邀请了Ingineerix，他在那儿透露，该车具有“使用永磁体的开关磁阻电动机”。Ingineerix继续说道：“特斯拉称其为PMSRM永磁开关磁阻电机。这是一种新类型，很难做到正确，但特斯拉做到了！”

你好这确实是一匹非常不同颜色的马。很少有人听说过开关磁阻电机。这是哪种动物？而且，怎么能在3秒钟内将3800磅重的车辆每小时行驶60英里的动力称为“勉强”呢？让我们在发现一些拼图的过程中回答这两个问题。

为了最好地了解什么是Model 3值得磁阻电机使用，我们必须首先刷新关于特斯拉传统的3相AC感应电机如何工作的记忆（我在这里详细介绍过）。即使您不是Motorhead，也请注意以下有关电机的注意事项：该技术名称的感应部分与以下事实有关：不是在转子上部署昂贵的永磁体，而是从电动机的静止部分（定子）产生的大磁场实际上在高度磁场中感应出相反的磁场。导电铜转子。而且我们知道当两个相反的磁场相互作用时会发生什么：它们相互靠近。如果您在厨房的桌子上坐着一块磁铁，然后将另一个相反极性的磁铁移到附近，则手中的磁铁会将另一个磁铁拉向它。同样，当Ludicrous Model S P100D的电动机内部产生的两个相反的磁场相互作用时……汽车像蝙蝠一样从地狱中起飞。

科学不好玩吗？

磁阻电动机具有类似的能力。但是，在这种情况下，设计不是基于彼此相互作用的两个磁场。只有一个磁场。这个怎么可能？好吧，回到厨房的桌子上，用一小块铁或钢代替那些磁铁中的一个。当您将剩余的磁铁移向金属时会发生什么？磁铁当然会将金属块拉向自身。现在，如果您要用一块精炼的钢材制成电动机的转子，而将现有的电磁体保留在定子中呢？当电磁体以正确的顺序打开和关闭时，它们会哄骗钢瓶旋转。恭喜，您刚刚设计了磁阻电机！而且，电磁体会按顺序打开和关闭以使转子旋转（与感应电动机一样），这一事实称为开关磁阻电机。

拼图碎片

假设您已被分配为Model 3设计新电动机的工作。Elon Musk已指定您的设计成本必须低于Model S电动机。还指示您电动机必须不降低性能，但必须比同类产品更轻，更高效。你会怎么做？

您会考虑在弗里蒙特工厂附近的麦当劳求职。不，不-之后。这里有一个提示：您将检查存在的所有不同的电动机架构。这样一来，您会发现实际上比尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）的1892年发明更古老的设计。五十多年前，磁阻机于1838年发明。这是一个出奇的甜美设计。磁阻机简单，高效，尺寸紧凑。而且，生产成本低廉。然而，磁阻电机在架子上坐了一个多世纪，患有一种使人衰弱的疾病，称为“转矩纹波”（由于磁阻电机倾向于产生称为齿槽效应的现象）。转矩波动只是意味着磁阻电动机的功率输出上下波动。对于电动汽车肯定不好。当您将踏板踩到金属上时，您需要一个平滑的加速坡道。

磁阻电机的部分技术是挽救了一部分，该技术使得将感应电动机安装到电动汽车（硅谷的电力电子设备）中成为可能。众所周知，磁阻电机难以控制（RPM，确定转子位置等），但是现代的逆变器和控制系统帮助克服了这一缺点。即便到了21世纪，转矩脉动问题仍然是一个挑战。但是在四处浏览时，您会开始注意到有关本世纪前十年进行的一些研究。您遇到了一份2011年的研究论文，其中声称转矩脉动问题已得到解决。研究人员与现有的电磁体一起，在磁阻电机的定子中嵌入了一些小型的稀土磁体。这样，扭矩曲线就变得平滑了。作为奖励，该论文声称通过包含稀土元素，可将功率输出提高30％。现在有一些基本原则的思考。自从有人想到将巧克力棒倒入一瓶花生酱中，生产出里斯的花生酱杯以来，谁首先想到用稀土给定子系带的人显然就结下了最美的婚姻。

您的想法融合在一起。解决了磁阻机的两个主要问题后，您就可以尝试一下并开始使用该设计。您要做的第一件事是，将旧电机中昂贵的铜转子丢弃，并用便宜得多的黑色金属转子代替它。可能是钢。可能还有硅钢。您节省了一大笔钱。其次，尽管稀土价格昂贵，但它们进入了定子，而不是像传统的永磁电动机那样进入转子，因此您将使用相对较小的永磁体来增强电磁体。您选择的设计存在一些与噪音有关的问题，但是您认为值得进行这种设计，因为它是制造最简单，最便宜的电动机，但效率高且功能强大（尤其是那些稀土元素）。做得好！

因此，特斯拉在Model 3中安装了开关磁阻电机的理论中的第一个难题就是磁铁。我们知道它们在那里，现在我们知道，电动机设计的最新突破之一是在磁阻电机的定子中包含了稀土元素。这是巨大的。它使磁阻机脱颖而出！

在传统的永磁电动机设计中，Model 3电动机没有使用稀土元素的另一个线索是，该汽车不会一直以每小时0英里的速度再生。例如，螺栓具有传统的三相PM电动机，使其可以再生到0 MPH。去年，当我试驾Bolt时，我亲眼看到了这一点-您可以不踩刹车就停下来。我们称这个难题为＃2。

这是另一个：陈列室中Model 3上的“经销商”标签上标有“三相六极内部永磁电动机”。Tesla感应电动机和许多EV电动机都是四极设计。为什么要使用六极电机？这是对定子上的线圈进行接线以使用三相电源（三个独立的电源分支）的方式的参考。磁极的间距越近，转矩下降的时间就越少。这可能是特斯拉进一步平滑转矩脉动的方法。那是难题之三。

难题四是，各种工程/电机设计出版物开始谈论磁阻电机（请参见下面的文章链接）。我们开始看到磁阻设计出现在电动汽车中，例如普锐斯。此外，UPS宣布将在计划中使用开关磁阻电机将其车队转换为电力。该公司声称，与其他设计相比，在磁阻电机上的实施将减少充电时间，并将能源效率提高多达20％（不过，该公司已远离使用稀土磁体）。而且，一般而言，用于更新的磁阻电动机设计的工业应用开始流行。例如，在最近的CleanTechnica文章中，Software Motor Company（SMC）宣布其新的磁阻电机设计（他们称之为自己的“秘密酱料”版本）将比当前的感应电机节省50％的能源成本在沃尔玛用于HVAC等

最后，Model 3的马达确实比Model S的马达小。在最近检查Model 3的Jack Rickard EVTV视频中，Jack断言Model 3的电动机实际上比Model S上的较小的前置电动机还要小。然而，性能并未受到过度的损害。一些车主称他们的Model 3报告速度是4.8秒的0-60倍。当然，这部分是由于重量比S轻了1000磅，但还是让我们暂时将其称为＃5。

关于第5部分的进一步支持来自Rickard还在车下时的持续评论（顺便说一句，Rickard跌到了我所听说过的Tesla动力总成兔子洞的最深处）。从EPA文件中推断，杰克称Model 3的“电池到车轮损失”比Model S的效率高6个百分点（89％的电能转化为向前运动，而S的83％）。