Motorerna i Tesla Model 3

M3awd

Bakhjulsdrivna Tesla Model 3 har en elmotor som driver bakaxeln, bakhjulen. Nu när fyrhjulsdrift introduceras har Tesla lagt till en elmotor till, som driver framaxeln, framhjulen. Samma lösning som på Tesla Model S och X.

Medan Tesla Model S och X använder asynkrona växelströmsmotorer drivs dock Model 3 bakhjul av en annan motortyp: en reluktansmotor.

Reluktansmotor

De flesta elmotorer utnyttjar effekten att magneter dras mot varandra, eller stöts ifrån beroende på polaritet. Reluktansmotorer utnyttjar istället en annan natureffekt: att magneter drar till sig järn. Därför är rotorn i en reluktansmotor bara en simpel järnklump. Motorhöljet statorn har ett antal spolar. Genom att leda ström i närmsta spole blir den magnetisk och drar till sig järnet i rotorn, motorn vrider sig lite. Sedan leds strömmen till nästa spole så vrids motorn lite till och så vidare.

Reluktansmotorn i sin enklaste form kräver många faser för att drivas. Medan de flesta synkrona och asynkrona elmotorer drivs med tre faser kräver reluktansmotorer ofta sex faser. Att framställa så många olika elektriska signaler kräver mer komplicerad och därmed dyrare drivelektronik. Därför brukar de flesta reluktansmotorer istället vara switchade reluktansmotorer, SRM. De har färre poler i rotorn än stratorn och klarar sig med färre faser att drivas med, oftast tre. Switchade reluktansmotorn är faktiskt en form av en stegmotor, dvs den kan hålla rotorn still med hög kraft. Den kan matas med fyrkantsvåg men matas oftast med sinusvåg för tystare gång (mikrosteg).

Reluktansmotorns fördel är att den är billig att tillverka och väldigt energieffektiv. Dess nackdel däremot är ryckig gång och hörbart oljud på grund av detta.

PMA-SynRM

Därför använder Tesla en variant av reluktansmotorn där man har stoppat in små magneter i järnrotorn. Motortypen heter permanentmagnetassisterad reluktansmotor, PMA-SRM. Magneterna ”smetar ut” magnetfälten och gör rotationen därmed mjukare men rotorn blir mer komplicerad att tillverka och kräver magneter med sällsynta jordartsmetaller i.

Bakre motorn i Tesla Model 3 är en permanentmagnetassisterad reluktansmotor. Tesla utnyttjar den motortypens energieffektivitet – effektivare motor betyder lägre förbrukning och därmed längre räckvidd. Men på grund av magneterna tål inte motorn att överhettas. Varma magneter tappar sin kraft och blir motorn riktigt hett kan magneterna till och med tappa sin magnetism permanent.

M3awd

När Tesla skulle utveckla prestandamodellen av Model 3 valde de därför att åter använda ”trotjänaren” asynkron växelströmsmotor. Dess fördel är att den innehåller inga sällsynta jordartsmetaller då rotorn inte har några magneter, men framför allt att den tål att överbelastas mångdubbelt sin märkeffekt. Även om motorn blir het tappar den inte effektivitet då den har inga magneter i sig som tappar styrka.

Tesla tog även en annan beprövad trick med från Model S och X: den främre och bakre motorn har olika utväxlingar. Mellan bakre elmotorn och bakaxeln sitter en fast utväxling som minskar varvtalet. Den utväxlingen är på ungefär 10:1 på Model S. En utväxling anpassad för att ge snabb acceleration – men är för hög för att vara riktigt effektiv i motorvägsfart.

Extramotorn på framaxeln som de fyrhjulsdrivna bilarna har har istället en lägre utväxling. Den utväxlingen orkar inte accelerera bilen så snabbt men är anpassad för bättre effektivitet vid höga farter. Så vid acceleration från stillastående är det den bakre motorn som arbetar mest, den främre hjälper bara till. Medan vid körning i hög jämn fart på motorväg är det framför allt den främre motorn som drar, den bakre hjälper bara till – eller är rent av helt avstängd för att spara på el.

I Model S och X är det samma motortyp fram och bak så fyrhjulsdrivna versionen av bilen har faktiskt bättre räckvidd än enbart bakhjulsdrivna, pga optimeringen av främre utväxlingen.

Model 3 har den snåla reduktansmotorn bak. Extra asynkrona växelströmsmotorn framme har inte en chans att komma ner till samma låga förbrukning ens med hjälp av effektivare utväxling. Asynkrona motorer är helt enkelt inte lika effektiva som reduktansmotorer. Därför blir inte räckvidden längre för fyrhjulsdrivna Model 3. Fast folk vana vid avgasmotorer kommer ändå vara positivt överraskade att en bil med fyrhjulsdrift har samma låga förbrukning som en bakhjulsdriven.

 


TCS ett år sedan: Hjärnan i handskfacket

För ett år sedan tog vi en titt på elektronhjärnan som i framtiden ska styra din Tesla. Den sitter ovanför handskfacket i din bil.

Tagged , . Bookmark the permalink.
  • Peter Thorsen

    Det undrer mig at AC motoren sidder foran og ikke bagi. Muligheden for at opnå høj spidsbelastning i kort tid må være mere nyttig bagi, da forhjulene blot vil spinne. På model S performance sidder den stærkeste motor jo også bagi, så hvad opnår Tesla i det hele taget ved at bruge den potentielt stærkere AC motor fremfor 2 ens PM motorer?

    • Marcus

      Förmodligen är det så av tillverkningsskäl. Jag gissar att den bakre motorn är likadan, eller nästan i alla fall, i alla Model 3, oavsett prestandamodell eller inte. Genom att trycka in samma motortyp där bak blir tillverkningen enklare. Det är min teori i alla fall.
      Bra artikel förresten Tibor. Man lär sig alltid nåt nytt. :-)

    • Björn Forslund

      Tänker samma som Marcus, dvs, att det priset/tillverkningsskäl som är det intressanta. Elon nämnde att prestandamodellen har en annan inverter (silicon carbide) samt att man sorterar ut de motorer som har bäst testvärden. Gissar på att det också finns en del marginaler på den befintliga motorn, dvs, att den är mjukvarubegränsad på RWD modellen. Så kanske S/X frontmotor (259 hk märkeffekt) och 350 hk på den bakre. Det borde räcka för att nå 0-60 mph på 3.5s, speciellt eftersom 3:an verkar vara ligga en del under de 5.1s den klarar på pappret.

  • G F

    Tack Tibor! Helt underbart enkel men heltäckande o pedagogisk förklaring av PMA-SRM!