Как Tesla взяла двигатель русского учёного и установила в Model S. Мир должен узнать, что она просто гениально переизобрела его

В мире технологий часто случается так, что прорывная идея, кажущаяся новой, на самом деле имеет глубокие корни в прошлом. История электродвигателя, который сделал Tesla Model S эталоном мощности и эффективности, — один из таких случаев.

Мотор на переменном токе — сердце этого автомобиля — был разработан в конце XIX века известным русским ученым и инженером Михаилом Доливо-Добровольским. Он был первым в мире построил трёхфазный асинхронный двигатель, который сегодня является основой промышленности.

Основным достижением Tesla было революционное переосмысление мотора, а не его разработка с нуля. Компания взяла этот надежный, проверенный принцип и адаптировала его для требований современного автомобиля. Инженеры сделали его легче и мощнее, а также смогли интегрировать его с современными батареями и электроникой.

Таким образом, когда вы слышите пение Model S, знайте, что в его основе лежит столетняя идея, гениально адаптированная для нынешнего времени. Это история о мастерском продолжении инженерной традиции, которая изменила мир.

Каким образом работает двигатель во всех электромобилях Tesla

Два принципа магнетизма управляют двигателем автомобилей Tesla, что делает его максимально простым.

Свойство 1. Из-за того, что у обоих постоянных магнитов есть поле с двумя полюсами, второй магнит начнет двигаться.

Магниты, притягиваемые равными полюсами, отталкиваются равными полюсами.

Также есть металлы, которые не имеют магнитного поля, но притягиваются к магниту. Эти металлы называются ферромагнитными.

Свойство 2: Некоторые металлы не являются магнитами сами по себе, но если ток пройдет через них, они создают магнитное поле.

Этот тип материалов и металлов называется диамагнетными.

Магнитные поля будут меняться в зависимости от направления тока в металле.

Этот тип устройства известен как электромагнит или магнит переменного тока.

Эти основные принципы управляют двигателем любого электромобиля, независимо от конструкции. Однако дьявол, безусловно, в деталях.

Почему Tesla хватило старых технологий для Model S

На мотор Tesla подаётся такое же трёхфазное напряжение, как и в большинстве современных технологий.

Две основные части электромоторов автомобилей Tesla. С помощью трёхфазного тока Доливо-Добровольский это строение было разработано Николаем Теслом и было максимально эффективным.

Электричество использовалось в первых автомобилях Tesla для превращения металла в магнит и вращения колес.

В первых моторах Tesla Roadster и Tesla Model S использовали асинхронный двигатель. Основу принципа его работы заложил Никола Тесла, но современную базу разработал Михаил Доливо‑Добровольский.

Его суть такова.

Двигатель состоит из двух частей: подвижного ротора в центре и неподвижного статора, окружающего его.

Ротор представляет собой металлический цилиндр с толстыми по периметру прутьями и замкнутыми кольцами по обе стороны.

Статор состоит из обмотки из металла, которая способна превращаться в магнит при подаче на нее электричества. Прутья расположены под углом и восприимчивы к магнитам.

Когда на статор подаётся трёхфазное напряжение, как на линиях электропередач в любой стране, медь превращается в магнит. Когда фазы электричества меняются быстро, его магнитное поле движется, что заставляет ротор двигаться.

Это самое простое описание того, как работает мотор.

Такой двигатель называется «асинхронным», потому что он работает только тогда, когда ротор вращается со скоростью, отличной от магнитного поля статора, чтобы силы не мешали друг другу.

Это движение, называемое скольжением, необходимо для создания вращающего момента, который заставляет автомобиль двигаться.

Благодаря скольжению асинхронный двигатель имеет большое значение для электромобилей.

Когда ротор вращается быстрее, чем статор, он электризует статор, создавая энергию и заряжая аккумулятор автомобиля.

Несмотря на то, что такие двигатели работают хорошо, для асинхронных двигателей трудно контролировать скольжение, что приводит к потере энергии из-за постоянного контроля соотношения магнитного поля ротора и статора.

Эта проблема возникла для более дешевых автомобилей.

Утверждения о том, что Tesla взяла двигатель русского ученого и включила его в Model S, являются ложными. Вместо того, чтобы копировать чужие разработки, компания создала собственный мощный и производительный электродвигатель. Идеи переменного тока и асинхронных двигателей действительно восходят к Николе Тесле, ученому с русскими корнями, но современная Tesla Motors не использует разработки Николы Тесле. Вместо этого инженеры компании гениально переосмыслили старые правила, адаптировав их под современные технологии, чтобы создать двигатель, который работает дольше, быстрее и надёжнее. Это не кража; это эволюция идей в высшей степени.

Почему двигатель из Model S не подошёл дешёвой Model 3

Асинхронные моторы работают хорошо в стиральных машинах и кондиционерах в течение многих лет из-за их простоты.

Но для перезаряжаемых устройств, таких как автомобиль, инженеры всегда ищут способы создать более энергоэффективный двигатель.

Например, круиз-контроль потребляет до 4% всей энергии автомобиля для поддержания правильного вращения ротора при постоянной скорости.

В Tesla Model 3 для снижения цены установлено на 21% меньше батарей (75 КВт против 95 КВт в Model S), что привело бы к совсем низким показателям дальности поездки на одном заряде.

Компания начала искать способы улучшить механизм.

Какую технологию решили использовать для Model 3. И почему не получилось с первого раза

Есть более эффективный мотоп, при котором постоянные магниты добавляются к ядру ротора одновременно с полем. Это обеспечивает более быстрый и менее затратный на энергию старт.

Это тип двигателя, который называется синхронным.

Когда в статоре создается электромагнитное поле, такой двигатель начинает двигаться быстрее, потому что у него есть постоянное магнитное поле.

Трудность состояла в том, чтобы создать двигатель на основе этой технологии, который будет достаточно надёжным, чтобы его можно было использовать в автомобилях.

Однако у этой альтернативы также были недостатки.

Хотя эта технология потребляет много энергии при движении с постоянной скоростью, она идеально подходит для разгона и зажигания.

Из-за быстрого вращения магниты должны быть зафиксированы таким образом, чтобы центробежная сила не разлетела их и не вызвала разрыв двигателя.

Кроме того, при быстром движении постоянные магниты сами по себе создают электродвижущую силу, которая вырабатывает напряжение в статоре, обратное тому, которое поступает на него с батарей. Это снижает силу магнитного поля статора и еще больше нагревает его.

Несмотря на эти недостатки, при разработке модели 3 решили использовать этот синхронный двигатель с постоянными магнитами внутри.

В результате проблемы надежности и эффективности были решены дырками в роторе.

Как Tesla решила проблему нового двигателя для Model 3

Чтобы обеспечить пригодность двигателя с постоянными магнитами для разгона и постоянной скорости, Tesla использовала еще один интересный аспект металла.

Вместо закольцованных металлических балок в роторе использовали цельный сердечник из железа с полыми V-образными вырезами.

Даже без наличия постоянных магнитов эти отверстия позволяют ротору двигаться синхронно с магнитным полем статора, поскольку железо имеет низкую сопротивляемость магнитному полю.

Таким образом, внутри ротора образовалась особая структура, которая двигалась при наличии магнитного поля.

Этот механизм идеально подходит для поддержания постоянной скорости.

Такой механизм не может запускать автомобиль.

Вот где Tesla нашла оптимальное решение.

Отвертка оказалась идеальным местом для постоянных магнитов синхронного мотора, которые идеально подходят для ускорения.

Таким образом, был создан новый ротор, способный сочетать эффект постоянных магнитов и низкое сопротивление железа.

Угол соотношения магнитных полей ротора и статора регулирует компьютер, установленный прямо в двигателе. Его алгопитмы были одним из наиболее важных достижений Tesla, которые привели к тому, что компания имеет преимущество в эффективности по распределению энергии.

Таким образом, он регулирует положение магнитных полей в различных режимах, таких как зажигание, ускорение, торможение и поддержание скорости.

Это уменьшило расход батарей в течение поездки и улучшило эффективность зажигания, которое требует наибольшего количества энергии для автомобиля.

В этом двигателе ротор движется синхронно с магнитным полем статора, чтобы постоянные магниты, отверстия в железном ядре ротора и магнитное поле статора работали наиболее эффективно.

Именно поэтому двигатель назвали IPM synRM, что значит Internal Permanent Magnet, synchronous, Reluctance Motor или «Внутренний постоянный магнит, синхронный, магнитное сопротивление».

Название просто описывает основные компоненты, которые помогают двигателю работать как можно лучше.

Каким образом, это означает, что Tesla просто скопировала старые советские разработки? Нет. История технологий представляет собой последовательную цепочку идей. Гений инженерной мысли заключается не в том, чтобы придумать что-то новое с нуля, а в том, чтобы взять хорошую, но недооцененную идею и довести ее до совершенства, чтобы она стала полезной и востребованной.

Это именно то, что удалось Илону Маску и его команде: они увидели потенциал в принципе асинхронного двигателя, усовершенствовали его с помощью современных материалов и цифрового управления, а затем объединили его в продуманную экосистему, включающую мощные батареи, умную электронику и прорывной дизайн самого автомобиля. Без этого комплексного подхода блестящая концепция осталась бы в научных журналах.

Таким образом, правильнее говорить о преемственности, а не о заимствовании. Это победа инженерной мысли во всем мире, которая стирает границы. Гениальная идея была предложена русским ученым, а американские инженеры превратили ее в сердце автомобиля, что изменило всю отрасль. В этом нет никакого противоречия — так рождается настоящий технологический прогресс.