TESLA- budowa silników samochodów elektrycznych
Silnik elektryczny w samochodach Tesli to trójfazowa maszyna prądu przemiennego, której rdzeń stanowi bardzo kompaktowy zespół: stojan z uzwojeniami, specjalnie ukształtowany wirnik (indukcyjny lub z magnesami trwałymi/IPM‑SynRM) oraz zaawansowany układ chłodzenia olejowego, sterowany falownikiem wysokonapięciowym. Współczesne modele (np. Model 3/Model Y Dual Motor) łączą synchroniczny silnik z magnesami trwałymi na tylnej osi z silnikiem indukcyjnym na osi przedniej, optymalizując zasięg i osiągi.
Rodzaje silników w Tesli
Pierwsze Tesle (np. Model S w starszych wersjach) wykorzystywały głównie trójfazowe silniki indukcyjne, nawiązujące zasadą pracy do klasycznej maszyny asynchronicznej Nikoli Tesli. Wirnik takiego silnika jest klatkowy, bez magnesów trwałych, a moment powstaje dzięki prądom indukowanym przez wirujące pole stojana.
W nowszych konstrukcjach, przede wszystkim w Modelu 3 i Modelu Y, podstawowym napędem osi tylnej stał się synchroniczny silnik z magnesami trwałymi typu IPM‑SynRM (Interior Permanent Magnet – Synchronous Reluctance Motor), łączący efekty magnesów i reluktancji magnetycznej.
Budowa silnika
Stojan silnika Tesli jest klasycznym pakietem cienkich blach elektrotechnicznych z wyciętymi żłobkami, w których umieszczone są uzwojenia trójfazowe z grubych przewodów miedzianych. Uzwojenia tworzą układ wielobiegunowy (np. sześciobiegunowy w Modelu 3), co pozwala na bardzo płynny przebieg momentu i wysoką gęstość mocy przy zasilaniu z falownika o zmiennej częstotliwości.
W Modelu 3 stosuje się dodatkowo kanały olejowe w pakiecie stojana (ponad setkę drobnych kanałów), którymi przepływa olej chłodzący bezpośrednio przy powierzchni blach i czołach uzwojeń.
W silniku indukcyjnym Tesli wirnik ma postać klatki odlanych prętów (np. aluminiowych/miedzianych) połączonych pierścieniami, osadzonych w pakiecie blach – bez osobnego zasilania, co upraszcza konstrukcję.
W silniku IPM‑SynRM stosowanym w Modelu 3 magnesy trwałe są zatopione głęboko w pakiecie wirnika, w specjalnie wyfrezowanych kanałach, co zmniejsza straty wirowe i pozwala uzyskać jednocześnie moment od magnesów oraz moment reluktancyjny. Segmentacja magnesów w kilka węższych części dalej redukuje straty i poprawia stabilność cieplną przy bardzo dużych prędkościach obrotowych.
Silniki Tesli są chłodzone głównie olejem napędowym, który obiega zarówno stojan, jak i wirnik, a następnie oddaje ciepło do wymienników ciepła współpracujących z układem klimatyzacji/baterii.
W Modelu 3 zastosowano złożone chłodzenie: olej przepływa przez kanały w jarzmie stojana, spryskuje czoła uzwojeń, a następnie przez otwory w drążonym wale i wirniku jest odśrodkowo rozprowadzany, chłodząc wewnętrzną stronę pakietu stojana. Takie rozwiązanie zwiększa dopuszczalny moment ciągły nawet o 40–50% względem typowego silnika tylko wodno‑chłodzonego, co przekłada się na wysoki ciągły moment podczas długotrwałego przyspieszania lub jazdy z dużą prędkością.
Elektronika mocy i sterowanie
Silnik Tesli zasilany jest z falownika, który z napięcia stałego baterii (rzędu kilkuset woltów) wytwarza trójfazowe napięcie przemienne o regulowanej częstotliwości i amplitudzie. Sterowanie realizowane jest wektorowo (FOC/field‑oriented control) z pomiarem prądu i położenia wirnika, co umożliwia precyzyjną kontrolę momentu, rekuperację energii przy hamowaniu oraz płynne przełączanie pomiędzy wysokim momentem a wysoką sprawnością. Wersje Dual Motor (np. Model 3 Long Range) mają dwa niezależne falowniki – dla silnika przedniej osi (indukcyjnego) i tylnej osi (PMSM), co pozwala dynamicznie sterować rozdziałem momentu i minimalizować zużycie energii.
Integracja w zespole napędowym
Silnik, falownik, przekładnia redukcyjna i mechanizm różnicowy tworzą kompaktowy „drive unit”, montowany osiowo przy osi napędzanej. Prosta, jednobiegowa przekładnia stała jest bezpośrednio sprzęgnięta z wałami półosi, a brak klasycznej skrzyni biegów i sprzęgła upraszcza mechanikę oraz zwiększa niezawodność układu. W zależności od wersji nadwozia i napędu, jeden taki zespół znajduje się przy osi tylnej (RWD), lub dwa – przy osi przedniej i tylnej (AWD), co pozwala na precyzyjne sterowanie trakcją i realizację trybów jazdy o odmiennych charakterystykach momentu.