Motor


Ongeveer de grootte van een watermeloen, met met veel meer sap Environ la taille d'une pastèque, mais avec beaucoup plus de jus

OVERWEEG EERST HET ALTERNATIEF

De interne verbrandingsmotor is een complexe verbazingwekkende machine. In perfect samenspel openen kleppen, ontsteken bougies, bewegen zuigers en draait de krukas. Elke vierde cyclus ontploft een lucht/brandstof mengsel en beweegt een zuiger naar beneden. De krukas zet de lineaire beweging van de zuiger en de drijfstang om in een draaiende beweging die uiteindelijk het voertuig voortbeweegt.

Helaas resulteert de interne verbrandingsmotor-complexiteit in verloren energie. Hoogstens 30% van de energie die is opgeslagen in benzine wordt omgezet in een voorwaartse beweging. De rest gaat verloren als hitte en lawaai. Wanneer de motor niet draait is er geen koppel beschikbaar. In feite moet de motor draaien op enkele honderden omwentelingen per minuut (RPM) voordat de motor genoeg kracht kan genereren om zijn eigen interne verlies te overwinnen- Auto's lopen hierom stationair rond de 1000 omwentelingen per minuut.

Een interne verbrandingsmotor ontwikkeld geen maximum koppel tot vele duizenden RPM. Wanneer maximale koppel wordt bereikt, begint het snel af te nemen. Om dit nauwe koppelbereik te boven te komen, worden multi-speed transmissies ingezet om versnellingsratio's te genereren die de motor laten draaien op de meest effectieve wijze.

Intern verbrandingsmotorvermogen kan worden verbetert door snellere rotatie. Verbrandingsmotoren hebben echter een rotatiesnelheidslimiet - als de RPM hoger is dan 5000 of 6000 dan wordt het een kostbare uitdaging om de timing van de motor op koers te houden en alle onderdelen bij elkaar te houden. Denk bijvoorbeeld aan de veren die de kleppen gesloten houden: er is een limiet aan de snelheid waarop een veer tot zijn startpositie terugspringt. Zoals het toerental verhoogt, kunnen ook de veren achter raken en zou de klep tegen de zuiger kunnen slaan, wat catastrofistische motorstoring tot gevolg kan hebben.

VERVANG DE MOTOR MET EEN MOTOR

Elektromotoren zijn zeer eenvoudig. De motor zet elektriciteit om in mechanische energie en fungeert tevens als een generator door mechanische kracht om te zetten in elektriciteit. Vergeleken met de talloze onderdelen in een motor heeft de Roadster motor slechts een bewegend deel - de rotor. De draaiende rotor elimineert conversie van lineaire beweging naar draaiende beweging en hoeft geen mechanische timing-problemen te overwinnen.

Met een elektrische motor is constant-koppel beschikbaar bij ieder toerental. Algehele rotatiekracht is beschikbaar op het moment dat het gaspedaal wordt ingedrukt. Maximum koppel blijft constant tot haast 6000 RPM, alleen daarna begint deze langzaam af te nemen.

De brede koppelband, met name de koppel die beschikbaar is bij een laag toerental, elimineert de noodzaak voor versnellingen - de Roadster heeft slechts een single speed-acceleratievermindering; een acceleratieverhouding van nul tot topsnelheid. Schakel twee van de fasen om (dit kan elektronisch worden gedaan ) en de motor loopt in omgekeerde volgorde. Een achteruitversnelling is niet nodig. Dit ontwerp is niet alleen ongelooflijk simpel, betrouwbaar, compact en licht van gewicht, maar levert ook een unieke- en opwindende rij-ervaring. De Roadster versnelt sneller dan de meeste sportauto's; er is altijd constant-koppel, of er nu wordt gereden op winderige bergwegen of op de snelweg.

Tesla's elektrische motor is niet alleen een fantastische koppel-dynamo - Hij is in staat om koppel op efficiënte wijze tot stand te brengen. De Roadster haalt een algehele efficiëntie van 88%, ongeveer drie keer het rendement van een conventionele auto.

Wanneer de rij-omstandigheden dit toelaten, fungeert de Roadster-motor als generator om de accu op te laden. Wanneer het gaspedaal wordt losgelaten, schakelt de motor om naar 'generator- modus' en vangt energie op terwijl de auto vertraagt. Dit is te vergelijken met 'remmen op de motor' in een conventionele auto, maar veel meer intuïtief - de bestuurder controleert de snelheid van de auto met genuanceerde aanpassingen van de rechtervoet.

MOTOR EENVOUD

Elektrische motoren verschijnen in verschillende soorten, elk met een andere aanpak voor het creëren van mechanische kracht (koppel) uit de eenvoudige interactie van twee mechanische velden. De Tesla Roadster gebruikt een twee fasen wisselstroom inductie-motor. De wisselstroom-inductiemotor werd voor het eerst gepatenteerd door Nicola Tesla in 1888. Wisselstroom-inductiemotoren worden industrieel veel gebruikt wegens hun betrouwbaarheid, simpliciteit en efficiëntie.

De Roadster motor heeft twee hoofdcomponenten: een rotor en een stator. De rotor is een staalschacht doorlopen met koperen staven. Deze roteert en zodoende draaien de wielen. De stationaire stator omringt, maar raakt de rotor niet aan. De stator heeft twee functies: hij creëert een roterend magnetisch veld en induceert een stroom in de rotor. De stroom creëert een tweede magnetisch veld in de rotor die het roterende stator-veld volgt. Het eindresultaat is koppel. Sommige motoren gebruiken permanente magneten, maar niet de Roadster-motor; het magnetische veld wordt compleet gegenereerd van elektriciteit.

ELECTROMAGNETISME AANMAKEN

De stator is samengesteld door verwikkelde koperdraadspoelen door middel van een stapel dunne stalen platen die lamellen worden genoemd. Het koperdraad geleidt de elektriciteit die in de motor van de Power Electronics Module wordt gevoerd. Er zijn drie soorten bedrading - elke draad voert een van de drie fasen van elektriciteit aan. Stel je een fase voor alsof het een golf met pieken en dalen is (sinus). De golf "beweegt" tussen pieken en dalen. De drie fasen zijn verschoven ten opzichte van elkaar op een wijze dat het combineren van de stijgingen en daling van elke fase een vlotte stroomtoevoer creëert en daardoor energie. De wisselstroom naar de koperen wikkelingen veroorzaakt een magnetisch veld. Dit is elektromagnetisme. En net als de stroom in elke fase continu stijgt en daalt, varieert het magnetische veld ook tussen "Noord" en "Zuid".

Vanwege de wijze waarop de koperspoelen in de stator zijn geplaatst, lijkt het magnetische veld zich in een cirkelvormige baan rond de stator te bewegen - lijkend op de manier waarop toeschouwers in een sportstadion de illusie van een golf creëren door af te wisselen tussen staan en zitten tijdens een concert met andere fans.

 

KOPPEL GENEREREN

De koperen staven die eerder werden genoemd zijn verkort ten opzichte van elkaar (wordt ook wel “squirrel cage” genoemd) wat stroom toelaat zonder veel weerstand van een kant van de rotor naar de andere. Een rotor heeft geen directe elektriciteit-toevoer. Wanneer een conductor (de koperstaven) zich bewegen door een magnetisch veld (gecreëerd door de afwisselende stroom in de stator), veroorzaakt dit een stroom. Dit is inductie.

Omdat het magnetische stator-veld beweegt (denk aan de golf), probeert de rotor hem altijd in te halen. De interactie van de magnetische velden veroorzaakt koppeling. De geproduceerde hoeveelheid koppeling is gerelateerd aan de relatieve positie van het rotorveld tot de rollende golf van magnetisme in de stator (het stator-veld). Hoe verder het rotor-veld is verwijderd van de 'golf', des te meer koppeling er wordt geproduceerd. Omdat het stator-veld altijd voorloopt op de rotor wanneer het acceleratiepedaal wordt ingedrukt, is de rotor altijd aan het draaien om in te lopen en produceert constant-koppel.

Wanneer de bestuurder het acceleratiepedaal loslaat, verandert de Power Electronics Module onmiddellijk de positie van het stator-veld tot achter het rotor-veld. Nu moet de rotor vertragen om het veld op een lijn te brengen met het stator-veld. De richting van de stroom in de stator veranderd en energie begint via de Power Electronics Module, terug naar de accu te stromen. Dit is energie regeneratie.

MOTOR CONTROLE

Hoe wordt de motor gecontroleerd? Hoe weet de motor wanneer te functioneren als motor en wanneer als generator? Hoe weet de motor hoeveel koppel geleverd moet worden?

Dit hangt af van de bestuurder en zijn interactie met het acceleratiepedaal. Wanneer het acceleratiepedaal ingedrukt wordt, interpreteert de Power Electronics Module het verzoek als koppel. 'Flooring it' betekent een verzoek om 100% van de beschikbare koppel te gebruiken. Halverwege? Een verzoek tot gedeeltelijke koppel. Van het acceleratiepedaal afkomen betekent een verzoek tot her-generatie. De Power Electronics Module interpreteert acceleratiepedaal-input en verstuurt de gewenste hoeveelheid wisselstroom naar de stator. Koppel wordt opgewekt in de motor en de auto versnelt.

HET TESLA VOORDEEL

Hoewel de Roadster een verleden deelt met industriële machines, is de Roadster-motor extreem uniek. 'Tractie' motoren moeten klein en licht blijven. Ongeveer de afmeting van een watermeloen hebbende (maar een beetje zwaarder), heeft de Roadster-motor slechts een fractie van de omvang van een industriële machine die in staat is tot een vergelijkbaar vermogensniveau. Aluminium vliegtuiglegeringen worden gebruikt om een voordelig vermogen/gewicht- ratio te handhaven en keramische lagers worden gebruikt voor een lange levensduur en gereduceerde wrijving, zelfs bij hoge snelheden. Verhard staal is nodig om de enorme koppel te beheren.

The Power Electronics Module biedt tot 900 AMP stroom voor de stator. Om zo'n hoog stroom-niveau te handhaven, gebruiken de stator-spoelen in een Tesla-motor aanzienlijk meer koper dan een traditionele motor van deze omvang. Het koper is stevig verpakt in een kronkelig patroon dat ontwikkeld is om efficiëntie en vermogen te optimaliseren.

De koperen lussen zijn ingekapseld door speciale polymeren die warmte-overdracht faciliteren en zorgen voor betrouwbaarheid onder de eisen van high performance-rijden in extreme omstandigheden. De motor is, zoals alle onderdelen van de Roadster, getest om zowel arctische winters als zomers in Phoenix te kunnen doorstaan.

Hoge stator-stroom betekent hoge rotor-stroom. In tegenstelling tot de typische inductiemotoren waarin aluminium dienst doet als conductor, zijn Roadster-conductors gemaakt van koper. Koper, hoewel moeilijker om mee te werken, heeft een veel lagere weerstand en kan daarom hogere stromingen aan. Er was speciale aandacht bij het motorontwerp om de hoge snelheid aan te kunnen (14000 RPM).

De motor genereert nog steeds hitte, alhoewel zeer efficiënt. Om binnen acceptabele functionerende temperaturen te blijven, zijn speciaal ontworpen koelribben opgenomen in de behuizing en is er een fan ingesteld om hete lucht over de ribben te blazen om zo op de meest effectieve wijze de hitte te extraheren. Dit helpt bij het licht en strak houden van het totale pakket.


X Deutschland Site Besuchen