特斯拉电机技术大揭秘

马斯克又来中国了，这次他没在街头啃煎饼。

新一年的马斯克笑容满面，经过半年紧张准备，特斯拉在中国的第一座工厂，也是它的第一座海外工厂，在上海临港工业区正式破土动工。去年 7 月，马斯克在中美贸易战的硝烟中飞抵上海，同上海市政府方面就建厂签约。急匆匆在街头吃完煎饼在小铺喝过粥。

特斯拉赋予上海工厂 “Dreadnought(无畏舰)”的代号，一期规划产能 25 万辆，总产能可达 50 万辆。项目总投资达 500 亿元(一期投资约 150 亿元)，这也是上海市有史以来最大的外资制造业项目。一般来讲，如此规模的汽车工厂从建厂到投产，需要少则一年半、多则两年的周期。

特斯拉显然不是什么“一般”的汽车公司。

签约前一早，马斯克在 twitter 上透露：上海工厂目标是到夏天完成主体建设，今年年底小批量投产，明年实现大批量生产。另外，生产的车型是 Model 3 与 Model Y(尚未发布)，上海工厂生产的车辆仅供应大中华区。

(图自：twitter)

咱们言归正传，开始内容之前咱们看一个视频：

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先来说说铜芯转子的制造，虽然专利技术早就揭秘，但看看还是很有必要的。

应用在特斯拉(Tesla)Model S的感应电动机铜芯转子是一项创新的技术，即专利US20130069476。这项专利2014年和Tesla的其他专利一并公开，从此可以一窥其中的巧妙之处。

Tesla选择的感应电机是更可靠(没有退磁风险)、低成本(永磁材料成本占到同步电机材料成本的70%)、高效率的解决方案。至于Tesla是怎么将感应电机做到更加高效，就要看铜芯转子的技术了。

1. 铜芯转子的优点与制造

感应电动机的主流结构叫做鼠笼电机，名字的来源是由于它的转子结构好比就是一个鼠笼。在工业感应电机的生产制造中，这样的鼠笼通常都是用铝铸造而成，铝有着较好的电导率和较低的熔点(660.4℃)成本也有优势，因而铸铝转子成为了感应电机转子的主流。

但是使用铸铝转子的感应电机效率有限，难以更进一步，如果使用电导率更高的铜来制作鼠笼，电机的效率将会显著提升!

但是问题来了，既然铜有百般好，为什么却不用它?原因是铜的熔点高(1083℃)、铜芯转子难以铸造，铸铜端环气泡过多、无法进入间隙等问题，6英寸的铜芯转子无法通过铸造方案制造出来。

那么转而使用焊接呢?实际上，通过焊接手段制造铜芯转子是主流的技术手段，它的制造过程是这样的：先将铜条插在转子槽中，再在两侧焊上端环(端环通常使用离心铸造法制造，离心铸造的工艺可以排出其中的杂质和气泡)，如下图：

但制造铜芯转子的焊接工艺需要采用感应钎焊，成本较高。且由于电机转子的工作条件，对焊接点的强度要求比较大。如果焊接点出现损坏，轻则影响整个电机的性能，重则造成转子损毁。

那么Tesla Motors是怎么做的呢?

2. Tesla的专利Rotor Design for An Electric Motor

先是与焊接鼠笼技术方案相同，将铜条插入了转子槽中，插完之后效果如下图：

实物差不多是这个样子：

然后，下一步本应该是焊接端环，而Tesla却另辟蹊径!

Tesla制造了一组表面镀银的铜质楔子，将这些楔子插入了铜条端部的间隙之中，这样一个机械构造的端环就制造完成了!

插完楔子之后，在楔子和铜条之间进行焊接，这个焊接要求比焊接方案中端环的感应钎焊成本、难度都低多了。焊接之后，再在两端箍上禁锢环(下图中107部件)，禁锢环的配合有效保证了转子的机械强度。

这个专利用巧妙的方案完成了低成本、高效率的铜芯转子制造，堪称Tesla的核心技术之一。