特斯拉电机又一项先进技术解密了,马斯克又厉害了!

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  应用在特斯拉(Tesla)Model S的感应电动机铜芯转子是一项创新的技术,即专利US20130069476。这项专利2014年和Tesla的其他专利一并公开,从此可以一窥其中的巧妙之处。

  新一年的马斯克笑容满面,经过半年紧张准备,特斯拉在中国的第一座工厂,也是它的第一座海外工厂,在上海临港工业区正式破土动工。去年 7 月,马斯克在中美贸易战的硝烟中飞抵上海,同上海市政府方面就建厂签约。急匆匆在街头吃完煎饼在小铺喝过粥。

  特斯拉赋予上海工厂“Dreadnought(无畏舰)”的代号,一期规划产能 25 万辆,总产能可达 50 万辆。项目总投资达 500 亿元(一期投资约 150 亿元),这也是上海市有史以来最大的外资制造业项目。一般来讲,如此规模的汽车工厂从建厂到投产,需要少则一年半、多则两年的周期。

  特斯拉显然不是什么“一般”的汽车公司。

  签约前一早,马斯克在 twitter 上透露:上海工厂目标是到夏天完成主体建设,今年年底小批量投产明年实现大批量生产。另外,生产的车型是 Model 3 与 Model Y(尚未发布),上海工厂生产的车辆仅供应大中华区。

  

  (图自:twitter)

  咱们言归正传,开始内容之前咱们看一个视频:

  视频资料,建议WiFi下观看

  

  先来说说铜芯转子的制造,虽然专利技术早就揭秘,但看看还是很有必要的。

  Tesla选择的感应电机是更可靠(没有退磁风险)、低成本(永磁材料成本占到同步电机材料成本的70%)、高效率的解决方案。至于Tesla是怎么将感应电机做到更加高效,就要看铜芯转子的技术了。

  
铜芯转子的优点与制造

  感应电动机的主流结构叫做鼠笼电机,名字的来源是由于它的转子结构好比就是一个鼠笼。在工业感应电机的生产制造中,这样的鼠笼通常都是用铝铸造而成,铝有着较好的电导率和较低的熔点(660.4℃)成本也有优势,因而铸铝转子成为了感应电机转子的主流。

  但是使用铸铝转子的感应电机效率有限,难以更进一步,如果使用电导率更高的铜来制作鼠笼,电机的效率将会显著提升!

  但是问题来了,既然铜有百般好,为什么却不用它?原因是铜的熔点高(1083℃)、铜芯转子难以铸造,铸铜端环气泡过多、无法进入间隙等问题,6英寸的铜芯转子无法通过铸造方案制造出来。

  那么转而使用焊接呢?实际上,通过焊接手段制造铜芯转子是主流的技术手段,它的制造过程是这样的:先将铜条插在转子槽中,再在两侧焊上端环(端环通常使用离心铸造法制造,离心铸造的工艺可以排出其中的杂质和气泡),如下图:

  

  但制造铜芯转子的焊接工艺需要采用感应钎焊,成本较高。且由于电机转子的工作条件,对焊接点的强度要求比较大。如果焊接点出现损坏,轻则影响整个电机的性能,重则造成转子损毁。

  那么Tesla Motors是怎么做的呢?


Tesla的专利Rotor Design for An Electric Motor

  先是与焊接鼠笼技术方案相同,将铜条插入了转子槽中,插完之后效果如下图:

  

  实物差不多是这个样子:

  

  然后,下一步本应该是焊接端环,而Tesla却另辟蹊径!

  Tesla制造了一组表面镀银的铜质楔子,将这些楔子插入了铜条端部的间隙之中,这样一个机械构造的端环就制造完成了!

  

  

  

  插完楔子之后,在楔子和铜条之间进行焊接,这个焊接要求比焊接方案中端环的感应钎焊成本、难度都低多了。焊接之后,再在两端箍上禁锢环(下图中107部件),禁锢环的配合有效保证了转子的机械强度。

  

  这个专利用巧妙的方案完成了低成本、高效率的铜芯转子制造,堪称Tesla的核心技术之一。


电机轴的制造

  电机轴的制造以前也是保密的,用的谁家的设备和哪些工艺方案都是保密的,现在可以公开了。到底如何制造,看下面的视频就知道了。这才是今天的重点。

  

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