ニコラテスラ電気自動車

電気モーターは、内燃エンジンよりもはるかに効率的です。 なぜ、いつ

基本的な真実は、電気自動車の問題はエネルギー源に関連しているということですが、別の観点から見ることもできます。 私たちが当たり前だと思っている生活の多くのものと同様に、電気自動車の電気モーターと制御システムは、これらの車で最も効率的で信頼性の高いデバイスと見なされています。 しかし、この状態を達成するために、彼らは進化の長い道のりを歩んできました - 電気と磁気の関係の発見から、機械力への効果的な変換まで。 このトピックは、内燃機関の技術開発について話す文脈では過小評価されがちですが、電気モーターと呼ばれる機械についてもっと話す必要性が高まっています.

XNUMXつまたはXNUMXつのモーター

電気モーターの性能グラフを見ると、そのタイプに関係なく、効率が 85% を超え、多くの場合 90% を超えており、約 75% の負荷で最も効率的であることがわかります。 最大。 電気モーターの出力とサイズが大きくなるにつれて、効率の範囲はそれに応じて拡大し、20% の負荷で最大に達することもあります。 ただし、コインには別の側面があります。高効率の範囲が拡張されているにもかかわらず、非常に低負荷で非常に強力なモーターを使用すると、再び低効率ゾーンに頻繁に入る可能性があります。 したがって、電気モーターのサイズ、出力、数 (3 つまたは XNUMX つ)、および用途 (負荷に応じて XNUMX つまたは XNUMX つ) に関する決定は、自動車の製造における設計作業の一部であるプロセスです。 これに関連して、非常に強力なモーターの代わりにXNUMXつのモーターを使用する方が良い理由は理解できます。つまり、効率の低い領域に頻繁に進入しないようにするため、および低負荷でシャットダウンする可能性があるためです。 したがって、テスラ モデル XNUMX パフォーマンスなどの部分負荷では、リア エンジンのみが使用されます。 それほど強力でないバージョンでは、それが唯一のものであり、よりダイナミックなバージョンでは、非同期のものはフロントアクスルに接続されています. これは、電気自動車のもう XNUMX つの利点です。電力をより簡単に増やすことができ、効率要件に応じてモードが使用され、デュアル パワートレインは便利な副作用です。 ただし、低負荷での効率の低下は、内燃エンジンとは異なり、電気モーターがゼロ速度で推力を生成するという事実を防ぐことはできません。これは、そのような条件下でも、動作原理と磁場間の相互作用が根本的に異なるためです。 前述の効率の事実は、エンジンの設計と動作モードの中心にあります。これまで述べてきたように、低負荷で継続的に稼働する特大のエンジンは非効率的です。

電動モビリティの急速な発展に伴い、モーター生産の多様性が拡大しています。 BMW や VW などの一部のメーカーは自社で車を設計および製造し、他のメーカーはこのビジネスに関連する企業の株式を購入し、さらに他のメーカーはボッシュなどのサプライヤーに外部委託しています。 ほとんどの場合、電動モデルの仕様を読むと、そのモーターは「AC永久磁石同期」であることがわかります。 ただし、テスラのパイオニアは、この方向で他のソリューションを使用しています-以前のすべてのモデルの非同期モーターと、非同期モーターといわゆるモーターの組み合わせです。 「3 パフォーマンス モデルのリア アクスル ドライブとして抵抗スイッチング モーター。 後輪駆動のみの安価なバージョンでは、それが唯一のものです。 アウディはまた、q-tron モデルにインダクション モーターを使用し、次期 e-tron Q4 には同期モーターと非同期モーターの組み合わせを使用しています。 それは本当に何についてですか？

ニコラテスラ電気自動車

ニコラテスラが非同期または言い換えれば「非同期」電気モーター（19世紀後半に遡る）を発明したという事実は、テスラモーターモデルがそのような機械を動力源とする数少ない車の60つであるという事実とは直接関係がありません。 ....。 実際、テスラモーターの動作原理は、半導体デバイスが太陽の下で徐々に出現する1年代に普及し、アメリカのエンジニアであるアランココーニは、直流（DC）バッテリーを交流（AC）に変換できるポータブル半導体インバーターを開発しました。 ）誘導電動機の必要に応じて、およびその逆（回復の過程で）。 インバーター（エンジニアリングトランスバーターとしても知られている）とココーニによって開発された電気モーターのこの組み合わせは、悪名高いGM EVXNUMXの基礎となり、より洗練された形で、スポーティなtZEROの基礎となりました。 プリウスの作成中のトヨタからの日本人エンジニアの検索とTRW特許の発見と同様に、テスラの作成者はtZERO車を発見しました。 最終的に、彼らはtZeroライセンスを購入し、それを使用してロードスターを作成しました。
誘導電動機の最大の利点は、永久磁石を使用せず、高価な金属や希少金属を必要としないことです。これは、消費者に道徳的なジレンマを生み出す状況でよく採掘されます。 ただし、非同期モーターと永久磁石同期モーターはどちらも、半導体デバイスの技術的進歩だけでなく、電界効果トランジスタと後のバイポーラ絶縁トランジスタ（IGBT）を備えたMOSFETの作成にも活用されています。 この進歩により、前述のコンパクトなインバーターデバイス、および一般に電気自動車のすべてのパワーエレクトロニクスを作成することができます。 DCを150相ACバッテリーに効率的に変換したり、その逆を効率的に行う機能は、主に制御技術の進歩によるものですが、パワーエレクトロニクスの電流が通常の家庭の何倍も高いレベルに達することを覚えておく必要があります電気ネットワーク、そしてしばしば値はXNUMXアンペアを超えます。 これにより、パワーエレクトロニクスが処理しなければならない大量の熱が発生します。

しかし、電気モーターの問題に戻りましょう。 内燃機関と同様に、それらはさまざまな資格に分類でき、「タイミング」もそのXNUMXつです。 実際、これは、磁場の生成と相互作用の点で、はるかに重要な異なる建設的なアプローチの結果です。 バッテリーの人の電源は直流であるという事実にもかかわらず、電気システムの設計者は、DCモーターの使用さえ考慮していません。 変換損失を考慮に入れても、ACユニット、特に同期ユニットはDC要素との競合よりも優れています。 では、同期または非同期モーターは実際にはどういう意味ですか？

電気自動車会社

同期モーターと非同期モーターはどちらも、より高い電力密度を持つ回転磁場電気機械のタイプです。 一般に、誘導回転子は、固体ループ、アルミニウムまたは銅の金属棒（近年ますます使用されている）の単純なスタックと、閉ループのコイルを備えています。 電流は反対のペアの固定子巻線に流れ、120つのフェーズのXNUMXつからの電流が各ペアに流れます。 それらのそれぞれにおいて、それは他のものに対してXNUMX度だけ位相がシフトしているので、いわゆる回転磁場です。 回転子巻線と、固定子によって作成された磁場からの磁場の線との交点が、変圧器での相互作用と同様に、回転子に電流を流します。
結果として生じる磁場は、ステーターの「回転」と相互作用し、これにより、ローターの機械的グリップとそれに続く回転が生じます。 ただし、このタイプの電気モーターでは、回転子は常に磁界の後ろに遅れます。これは、磁界と回転子の間に相対運動がない場合、回転子に磁界が誘導されないためです。 したがって、最大速度レベルは、供給電流の周波数と負荷によって決まります。 ただし、同期モーターの方が効率が高いため、ほとんどのメーカーはそれらにこだわっていますが、上記の理由のいくつかのため、テスラは非同期モーターの支持者であり続けています。

はい、これらのマシンは安価ですが、欠点もあります。モデル S で複数の連続した加速をテストしたすべての人は、反復ごとにパフォーマンスが大幅に低下することを教えてくれます。 誘導のプロセスと電流の流れは加熱につながり、機械が高負荷で冷却されないと、熱が蓄積し、その能力が大幅に低下します。 保護の目的で、電子機器が電流量を減らし、加速性能が低下します。 そしてもうXNUMXつ-発電機として使用するには、誘導電動機を磁化する必要があります-つまり、初期電流を固定子に「通過」させ、回転子に界磁と電流を生成してプロセスを開始します。 それから彼は自分自身を養うことができます。

非同期または同期モーター

同期ユニットは、効率と電力密度が大幅に向上しています。 誘導電動機の大きな違いは、回転子の磁界は固定子との相互作用によって誘導されないが、それに取り付けられた追加の巻線または永久磁石を流れる電流の結果であるということです。 したがって、回転子の界磁と固定子の界磁は同期していますが、最大モーター速度は、それぞれ界磁の回転と現在の周波数と負荷にも依存します。 巻線への追加の電力供給の必要性を回避するために、電力消費が増加し、電流制御が複雑になります。いわゆる定励磁の電気モーターが、最新の電気自動車やハイブリッドモデルで使用されています。 永久磁石付き。 すでに述べたように、そのような車両のほとんどすべてのメーカーは現在このタイプのユニットを使用しているため、多くの専門家によると、高価な希土類ネオジムとジスプロシウムの不足にまだ問題があるとのことです。 それらの使用を減らすことは、この分野のエンジニアからの需要の一部です。

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回転子鉄心の設計は、電気機械の性能を改善するための最大の可能性を提供します。
表面実装型磁石、円盤型ローター、磁石内蔵型など、さまざまな技術ソリューションがあります。 ここで興味深いのは、モデル 3 の後車軸を駆動するために Switched Reluctance Motor と呼ばれる前述の技術を使用するテスラのソリューションです。 「リラクタンス」または磁気抵抗は、材料の電気抵抗および電気伝導率と同様に、磁気伝導率の反対語です。 このタイプのモーターは、磁束が磁気抵抗の最も小さい部分を通過する傾向があるという現象を利用しています。 その結果、抵抗が最小の部品を通過するために、流れている材料を物理的に移動させます。 この効果は、電気モーターで回転運動を生み出すために使用されます。このために、異なる磁気抵抗を持つ材料がローター内で交互に使用されます: ハード (フェライト ネオジム ディスクの形) とソフト (スチール ディスク)。 低抵抗材料を通過しようとして、固定子からの磁束が回転子を回転させ、その位置まで回転させます。 電流制御により、フィールドはローターを快適な位置で常に回転させます。 すなわち、磁場の相互作用によっては、抵抗が最小の材料を通って流れようとする磁場の傾向とロータの回転の結果として生じる影響によって、回転が開始されることはない。 異なる材料を交互に使用することで、高価なコンポーネントの数が削減されます。

設計に応じて、効率曲線とトルクはエンジン速度によって変化します。 最初は、誘導モーターの効率が最も低く、最高の効率は表面磁石ですが、後者では速度とともに急激に低下します。 BMW i3 エンジンは、永久磁石と前述の「リラクタンス」効果を組み合わせた設計により、独自のハイブリッド キャラクターを備えています。 したがって、電気モーターは、電気的に励起されたローターを備えた機械の特徴である高レベルの一定の出力とトルクを実現しますが、それらよりも大幅に軽量です (後者は多くの点で効率的ですが、重量の点ではそうではありません)。 結局のところ、効率が高速で低下していることは明らかです。そのため、電気モーター用の XNUMX 速トランスミッションに注力すると言うメーカーがますます増えています。

質問と回答：

テスラはどのエンジンを使用していますか？ テスラのモデルはすべて電気自動車であるため、電気モーターのみが装備されています。 ほとんどすべてのモデルには、内部に3相AC誘導モーターが搭載されています。

テスラエンジンはどのように機能しますか？ 非同期電動機は、磁場の固定子の回転によるEMFの発生により動作します。 逆方向の移動は、スターターコイルの極性反転によって提供されます。

テスラエンジンはどこにありますか？ テスラ車は後輪駆動です。 したがって、モーターはリアアクスルシャフトの間に配置されます。 モーターはローターとステーターで構成されており、ベアリングを介してのみ相互に接触します。

テスラエンジンの重量はどれくらいですか？ テスラモデルの組み立てられた電気モーターの重量は240キログラムです。 基本的にXNUMXつのエンジン変更が使用されます。