特斯拉電機技術(shù)大揭秘

馬斯克又來中國了，這次他沒在街頭啃煎餅。

新一年的馬斯克笑容滿面，經(jīng)過半年緊張準備，特斯拉在中國的第一座工廠，也是它的第一座海外工廠，在上海臨港工業(yè)區(qū)正式破土動工。去年 7 月，馬斯克在中美貿(mào)易戰(zhàn)的硝煙中飛抵上海，同上海市政府方面就建廠簽約。急匆匆在街頭吃完煎餅在小鋪喝過粥。

特斯拉賦予上海工廠 “Dreadnought(無畏艦)”的代號，一期規(guī)劃產(chǎn)能 25 萬輛，總產(chǎn)能可達 50 萬輛。項目總投資達 500 億元(一期投資約 150 億元)，這也是上海市有史以來最大的外資制造業(yè)項目。一般來講，如此規(guī)模的汽車工廠從建廠到投產(chǎn)，需要少則一年半、多則兩年的周期。

特斯拉顯然不是什么“一般”的汽車公司。

簽約前一早，馬斯克在 twitter 上透露：上海工廠目標是到夏天完成主體建設(shè)，今年年底小批量投產(chǎn)，明年實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。另外，生產(chǎn)的車型是 Model 3 與 Model Y(尚未發(fā)布)，上海工廠生產(chǎn)的車輛僅供應(yīng)大中華區(qū)。

(圖自：twitter)

咱們言歸正傳，開始內(nèi)容之前咱們看一個視頻：

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先來說說銅芯轉(zhuǎn)子的制造，雖然專利技術(shù)早就揭秘，但看看還是很有必要的。

應(yīng)用在特斯拉(Tesla)Model S的感應(yīng)電動機銅芯轉(zhuǎn)子是一項創(chuàng)新的技術(shù)，即專利US20130069476。這項專利2014年和Tesla的其他專利一并公開，從此可以一窺其中的巧妙之處。

Tesla選擇的感應(yīng)電機是更可靠(沒有退磁風(fēng)險)、低成本(永磁材料成本占到同步電機材料成本的70%)、高效率的解決方案。至于Tesla是怎么將感應(yīng)電機做到更加高效，就要看銅芯轉(zhuǎn)子的技術(shù)了。

1. 銅芯轉(zhuǎn)子的優(yōu)點與制造

感應(yīng)電動機的主流結(jié)構(gòu)叫做鼠籠電機，名字的來源是由于它的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)好比就是一個鼠籠。在工業(yè)感應(yīng)電機的生產(chǎn)制造中，這樣的鼠籠通常都是用鋁鑄造而成，鋁有著較好的電導(dǎo)率和較低的熔點(660.4℃)成本也有優(yōu)勢，因而鑄鋁轉(zhuǎn)子成為了感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子的主流。

但是使用鑄鋁轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電機效率有限，難以更進一步，如果使用電導(dǎo)率更高的銅來制作鼠籠，電機的效率將會顯著提升!

但是問題來了，既然銅有百般好，為什么卻不用它?原因是銅的熔點高(1083℃)、銅芯轉(zhuǎn)子難以鑄造，鑄銅端環(huán)氣泡過多、無法進入間隙等問題，6英寸的銅芯轉(zhuǎn)子無法通過鑄造方案制造出來。

那么轉(zhuǎn)而使用焊接呢?實際上，通過焊接手段制造銅芯轉(zhuǎn)子是主流的技術(shù)手段，它的制造過程是這樣的：先將銅條插在轉(zhuǎn)子槽中，再在兩側(cè)焊上端環(huán)(端環(huán)通常使用離心鑄造法制造，離心鑄造的工藝可以排出其中的雜質(zhì)和氣泡)，如下圖：

但制造銅芯轉(zhuǎn)子的焊接工藝需要采用感應(yīng)釬焊，成本較高。且由于電機轉(zhuǎn)子的工作條件，對焊接點的強度要求比較大。如果焊接點出現(xiàn)損壞，輕則影響整個電機的性能，重則造成轉(zhuǎn)子損毀。

那么Tesla Motors是怎么做的呢?

2. Tesla的專利Rotor Design for An Electric Motor

先是與焊接鼠籠技術(shù)方案相同，將銅條插入了轉(zhuǎn)子槽中，插完之后效果如下圖：

實物差不多是這個樣子：

然后，下一步本應(yīng)該是焊接端環(huán)，而Tesla卻另辟蹊徑!

Tesla制造了一組表面鍍銀的銅質(zhì)楔子，將這些楔子插入了銅條端部的間隙之中，這樣一個機械構(gòu)造的端環(huán)就制造完成了!

插完楔子之后，在楔子和銅條之間進行焊接，這個焊接要求比焊接方案中端環(huán)的感應(yīng)釬焊成本、難度都低多了。焊接之后，再在兩端箍上禁錮環(huán)(下圖中107部件)，禁錮環(huán)的配合有效保證了轉(zhuǎn)子的機械強度。

這個專利用巧妙的方案完成了低成本、高效率的銅芯轉(zhuǎn)子制造，堪稱Tesla的核心技術(shù)之一。