전기 자동차 Nikola Tesla

내용

전기 모터는 내연 기관보다 훨씬 효율적입니다. 왜 그리고 언제
XNUMX 개 또는 XNUMX 개의 모터
니콜라 테슬라 전기 자동차
전기 자동차 회사
비동기 또는 동기 모터
질의 응답 :

전기 모터는 내연 기관보다 훨씬 효율적입니다. 왜 그리고 언제

기본적으로 전기차의 문제점은 에너지원과 관련이 있지만 다른 관점에서 볼 수 있다. 우리가 당연하게 여기는 삶의 많은 것들과 마찬가지로 전기 자동차의 전기 모터와 제어 시스템은 이러한 자동차에서 가장 효율적이고 신뢰할 수 있는 장치로 간주됩니다. 그러나 이러한 상태를 달성하기 위해 전기와 자기 사이의 연결을 발견하는 것부터 기계적 힘으로의 효과적인 변환에 이르기까지 진화의 먼 길을 왔습니다. 이 주제는 내연 기관의 기술 발전을 이야기하는 맥락에서 종종 과소 평가되지만 전기 모터라는 기계에 대해 더 많이 이야기해야 할 필요성이 점점 커지고 있습니다.

XNUMX 개 또는 XNUMX 개의 모터

전기 모터의 성능 그래프를 보면 유형에 관계없이 효율이 85% 이상, 종종 90% 이상이며 약 75% 부하에서 가장 효율적이라는 것을 알 수 있습니다. 최고. 전기 모터의 출력과 크기가 증가함에 따라 효율 범위도 그에 따라 확장되어 더 일찍 최대 부하에 도달할 수 있습니다(때로는 20% 부하에서). 그러나 동전에는 또 다른 측면이 있습니다. 확장된 고효율 범위에도 불구하고 매우 낮은 부하에서 매우 강력한 모터를 사용하면 다시 저효율 영역으로 자주 진입할 수 있습니다. 따라서 전기 모터의 크기, 동력, 수(3 또는 XNUMX) 및 용도(부하에 따라 XNUMX 또는 XNUMX)에 대한 결정은 자동차 제작에서 설계 작업의 일부인 프로세스입니다. 이러한 맥락에서 매우 강력한 모터 대신 두 개의 모터를 사용하는 것이 더 나은 이유를 이해할 수 있습니다. 즉, 효율성이 낮은 영역에 자주 진입하지 않고 낮은 부하에서 모터를 차단할 가능성이 있기 때문입니다. 따라서 예를 들어 Tesla Model XNUMX Performance에서와 같이 부분 부하에서는 후방 엔진만 사용됩니다. 덜 강력한 버전에서는 유일한 것이고 더 역동적인 버전에서는 비동기식 버전이 프론트 액슬에 연결됩니다. 이것은 전기 자동차의 또 다른 장점입니다. 출력을 더 쉽게 높일 수 있고, 효율성 요구 사항에 따라 모드를 사용하며, 이중 파워트레인은 유용한 부작용입니다. 그러나 낮은 부하에서 낮은 효율은 내연 기관과 달리 전기 모터가 이러한 조건에서도 근본적으로 다른 작동 원리와 자기장 간의 상호 작용으로 인해 제로 속도에서 추력을 생성한다는 사실을 방지하지 않습니다. 위에서 언급한 효율성의 사실은 엔진 설계 및 작동 모드의 핵심입니다. 앞서 말했듯이 저부하에서 계속 작동하는 대형 엔진은 비효율적입니다.

전기 모빌리티의 급속한 발전으로 모터 생산의 다양성이 확대되고 있습니다. BMW 및 VW와 같은 일부 제조업체는 자체 자동차를 설계 및 제조하고, 다른 일부는 이 사업과 관련된 회사의 주식을 매입하고, 나머지 일부는 Bosch와 같은 공급업체에 아웃소싱하는 등 점점 더 많은 계약과 합의가 이루어지고 있습니다. 대부분의 경우 전기 구동 모델의 사양을 읽으면 해당 모터가 "AC 영구 자석 동기"임을 알 수 있습니다. 그러나 Tesla 개척자는 이러한 방향으로 다른 솔루션을 사용합니다. 이전의 모든 모델에는 비동기식 모터가 있고 비동기식과 소위 말하는 조합이 있습니다. “3 Performance 모델에서 리어 액슬 드라이브로서의 저항 전환 모터. 후륜 구동만 있는 더 저렴한 버전에서는 유일한 제품입니다. Audi는 또한 q-tron 모델에 유도 모터를 사용하고 곧 출시될 e-tron Q4에 동기식 및 비동기식 모터의 조합을 사용합니다. 정말 무엇에 관한 것입니까?

니콜라 테슬라 전기 자동차

Nikola Tesla가 비동기식 또는 "비동기식" 전기 모터(19세기 후반)를 발명했다는 사실은 Tesla Motors 모델이 그러한 기계로 구동되는 몇 안 되는 자동차 중 하나라는 사실과 직접적인 관련이 없습니다. ... ... 실제로 테슬라 모터의 작동 원리는 반도체 소자가 태양 아래 서서히 등장하던 60년대에 더욱 대중화되었으며, 미국 엔지니어인 앨런 코코니(Alan Coconi)는 직류(DC) 배터리를 교류(AC)로 변환할 수 있는 휴대용 반도체 인버터를 개발했습니다. ) 유도 전동기에 필요한 경우와 그 반대의 경우(복구 중). 인버터(엔지니어링 트랜스버터라고도 함)와 Coconi가 개발한 전기 모터의 조합은 악명 높은 GM EV1과 보다 세련된 형태의 스포티한 tZERO의 기반이 되었습니다. 프리우스를 만들고 TRW 특허를 공개하는 과정에서 도요타에서 일본 엔지니어를 찾는 것과 마찬가지로 Tesla의 제작자는 tZERO 자동차를 발견했습니다. 결국 그들은 tZero 라이센스를 구입하여 로드스터를 만드는 데 사용했습니다.
유도 전동기의 가장 큰 장점은 영구 자석을 사용하지 않고 비싸거나 희귀 한 금속을 필요로하지 않는다는 것입니다. 이는 소비자에게 도덕적 딜레마를 유발하는 조건에서 채굴되는 경우가 많습니다. 그러나 비동기식 및 영구 자석 동기식 모터는 모두 반도체 장치의 기술 발전은 물론 전계 효과 트랜지스터와 이후의 바이폴라 절연 트랜지스터 (IGBT)가있는 MOSFET의 생성을 최대한 활용합니다. 이러한 발전으로 인해 언급 된 소형 인버터 장치와 일반적으로 전기 자동차의 모든 전력 전자 장치를 만들 수 있습니다. DC를 150 상 AC 배터리로 또는 그 반대로 효율적으로 변환하는 능력은 주로 제어 기술의 발전으로 인해 사소 해 보일 수 있지만, 전력 전자 장치의 전류가 가정에서 평소보다 몇 배 더 높은 수준에 도달한다는 점을 명심해야합니다. 전기 네트워크 및 종종 값이 XNUMX 암페어를 초과합니다. 이것은 전력 전자 장치가 처리해야하는 많은 양의 열을 생성합니다.

그러나 전기 모터 문제로 돌아갑니다. 내연 기관과 마찬가지로 그들은 서로 다른 자격으로 분류 될 수 있으며 "타이밍"이 그중 하나입니다. 사실 이것은 자기장의 생성과 상호 작용 측면에서 훨씬 더 중요한 다른 건설적 접근의 결과입니다. 배터리 사람의 전기 공급원이 직류라는 사실에도 불구하고 전기 시스템 설계자는 DC 모터 사용에 대해 생각조차하지 않습니다. 변환 손실을 고려하더라도 AC 장치 및 특히 동기 장치는 DC 요소와의 경쟁에서 우위에 있습니다. 그렇다면 동기식 또는 비동기식 모터는 실제로 무엇을 의미합니까?

전기 자동차 회사

동기식 및 비동기식 모터는 모두 전력 밀도가 더 높은 회전 자기장 전기 기계 유형입니다. 일반적으로 인덕션 로터는 폐쇄 루프에 코일이있는 알루미늄 또는 구리 (최근에 점점 더 많이 사용됨)로 만든 금속 막대, 솔리드 시트의 단순한 스택으로 구성됩니다. 고정자 권선에는 반대 쌍으로 전류가 흐르고 각 쌍에는 120 상 중 하나의 전류가 흐릅니다. 그들 각각에서 그것은 소위 회전 자기장이라고 불리는 다른 것에 비해 XNUMX도만큼 위상이 이동하기 때문입니다. 회 전자 권선과 고정자에 의해 생성 된 자기장의 선이 교차하면 변압기의 상호 작용과 유사하게 회 전자에 전류가 흐르게됩니다.
결과적인 자기장은 고정자의 "회전"과 상호 작용하여 회 전자의 기계적 그립 및 후속 회전으로 이어집니다. 그러나 이러한 유형의 전기 모터를 사용하면 필드와 로터 사이에 상대 운동이 없으면 로터에서 자기장이 유도되지 않기 때문에 로터는 항상 필드 뒤에서 지연됩니다. 따라서 최대 속도 수준은 공급 전류 및 부하의 주파수에 의해 결정됩니다. 그러나 동기 모터의 효율성이 높기 때문에 대부분의 제조업체는이를 고수하지만 위의 일부 이유 때문에 Tesla는 여전히 비동기 모터를지지합니다.

예, 이 기계는 더 저렴하지만 단점이 있으며 Model S로 여러 번의 연속 가속을 테스트한 모든 사람들은 반복할 때마다 성능이 얼마나 급격히 떨어지는지 알려줄 것입니다. 유도 과정과 전류 흐름은 가열로 이어지고 고부하 상태에서 기계가 냉각되지 않으면 열이 축적되어 성능이 크게 저하됩니다. 보호 목적으로 전자 장치는 전류량을 줄이고 가속 성능이 저하됩니다. 그리고 한 가지 더 - 발전기로 사용하려면 유도 전동기가 자화되어야 합니다. 즉, 프로세스를 시작하기 위해 회전자에 필드와 전류를 생성하는 고정자를 통해 초기 전류를 "통과"해야 합니다. 그런 다음 그는 스스로 먹을 수 있습니다.

비동기 또는 동기 모터

동기식 장치는 효율성과 전력 밀도가 훨씬 더 높습니다. 유도 전동기의 중요한 차이점은 회 전자의 자기장은 고정자와의 상호 작용에 의해 유도되는 것이 아니라 여기에 설치된 추가 권선 또는 영구 자석을 통해 흐르는 전류의 결과입니다. 따라서 회 전자의 필드와 고정자의 필드는 동기식이지만 최대 모터 속도는 각각 현재 주파수와 부하에 따라 필드의 회전에 따라 달라집니다. 전력 소비를 증가시키고 전류 제어를 복잡하게하는 권선에 추가 전원 공급이 필요하지 않도록하기 위해 소위 일정한 여자 (constant excitation)가있는 전기 모터가 현대 전기 자동차 및 하이브리드 모델에 사용됩니다. 영구 자석으로. 이미 언급했듯이 이러한 차량의 거의 모든 제조업체는 현재 이러한 유형의 장치를 사용하므로 많은 전문가에 따르면 값 비싼 희토류 네오디뮴 및 디스프로슘이 부족하다는 문제가 여전히 남아 있습니다. 사용을 줄이는 것은이 분야의 엔지니어들의 요구 중 일부입니다.

로터 코어의 설계는 전기 기계의 성능을 향상시킬 수있는 가장 큰 잠재력을 제공합니다.
내부에 자석이 내장된 표면 장착형 자석, 디스크 모양의 로터를 사용한 다양한 기술 솔루션이 있습니다. 여기서 흥미로운 것은 앞에서 언급한 Switched Reluctance Motor라는 기술을 사용하여 Model 3의 리어 액슬을 구동하는 Tesla의 솔루션입니다. "릴럭턴스" 또는 자기 저항은 재료의 전기 저항 및 전기 전도도와 유사하게 자기 전도도와 반대되는 용어입니다. 이 유형의 모터는 자속이 자기 저항이 가장 적은 재료 부분을 통과하는 경향이 있는 현상을 이용합니다. 결과적으로 저항이 가장 적은 부품을 통과하기 위해 흐르는 재료를 물리적으로 변위시킵니다. 이 효과는 전기 모터에서 회전 운동을 생성하는 데 사용됩니다. 이를 위해 자기 저항이 다른 재료가 회 전자에서 번갈아 나타납니다. 하드 (페라이트 네오디뮴 디스크 형태) 및 소프트 (스틸 디스크). 저항이 더 낮은 물질을 통과하려는 시도에서 고정자로부터의 자속은 회전자가 그렇게 할 위치에 도달할 때까지 회전자를 회전시킵니다. 전류 제어를 통해 필드는 로터를 편안한 위치에서 지속적으로 회전시킵니다. 즉, 최소한의 저항으로 재료를 통해 흐르는 자기장의 경향과 로터 회전의 결과적인 효과와 같은 자기장의 상호 작용에 의해 회전이 어느 정도로 시작되지 않습니다. 서로 다른 재료를 번갈아 사용함으로써 값비싼 부품의 수를 줄일 수 있습니다.

설계에 따라 효율 곡선과 토크는 엔진 속도에 따라 변경됩니다. 처음에는 유도전동기가 효율이 가장 낮고 최고효율이 표면자석을 가지고 있으나 후자는 속도에 따라 급격히 감소한다. BMW i3 엔진은 영구 자석과 위에서 설명한 "릴럭턴스" 효과를 결합한 디자인 덕분에 독특한 하이브리드 특성을 가지고 있습니다. 따라서 전기 모터는 전기적으로 여기된 로터가 있는 기계의 특징인 높은 수준의 일정한 출력과 토크를 달성하지만 그보다 무게가 훨씬 가볍습니다(후자는 많은 측면에서 효율적이지만 무게 면에서는 그렇지 않음). 결국, 고속에서 효율성이 감소하고 있다는 것이 분명하며, 이것이 점점 더 많은 제조업체들이 전기 모터용 XNUMX단 변속기에 집중할 것이라고 말하는 이유입니다.

질의 응답 :

Tesla는 어떤 엔진을 사용합니까? Tesla의 모든 모델은 전기 자동차이므로 전기 모터만 장착되어 있습니다. 거의 모든 모델에는 후드 아래에 3상 AC 유도 전동기가 있습니다.
Tesla 엔진은 어떻게 작동합니까? 비동기식 전기 모터는 자기장의 고정자에서 회전으로 인해 EMF가 발생하여 작동합니다. 역방향 이동은 스타터 코일의 극성 반전에 의해 제공됩니다.
Tesla 엔진은 어디에 있습니까? 테슬라 자동차는 후륜구동입니다. 따라서 모터는 리어 액슬 샤프트 사이에 위치합니다. 모터는 베어링을 통해서만 서로 접촉하는 회전자와 고정자로 구성됩니다.
Tesla 엔진의 무게는 얼마입니까? Tesla 모델용으로 조립된 전기 모터의 무게는 240kg입니다. 기본적으로 하나의 엔진 수정이 사용됩니다.