从特斯拉电机转子轴设计的变化中学习什么?

汽车   2024-09-03 07:03   上海  

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前言



特斯拉,作为电动汽车行业的领军企业,其技术创新一直备受关注,特斯拉同样展现出了卓越的设计能力和前瞻性。


特别是在电机转子油路设计方面,特斯拉经历了从早期的焊接轴径向喷油到现如今的直接轴系喷油的重要转变。这里我们就好好聊一聊这个转变。



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早期焊接轴径向喷油设计


特斯拉早期的电机转子设计中,采用了焊接轴径向喷油的方式。这种设计的核心理念在于通过油走到转子中间部分然后从径向孔甩到内壁上,油利用转子离心力沿着内孔壁面流动到前后油孔,如下图所示。这样可以确保前后油孔的喷油流量保持一致,从而实现定子的均匀冷却。理论上,这种设计能够最大限度地提高冷却效率,降低电机运行时的温度,延长电机寿命。



但是焊接轴的制造过程复杂且成本高昂,原材料毛坯利用率不高。不仅需要昂贵的加工设备(需要埃马克激光焊接设备),还需要严格的质量控制流程(如焊接过程中可能产生的应力和变形问题需要通过一些工艺手段进行解决)。这些额外的成本和工艺要求使得特斯拉在电机成本不小。


焊接轴焊接工序展示


同时,虽然焊接轴径向喷油设计在理论上能够实现最佳冷却效果,但在实际应用中,其效果却受到多种因素的影响。例如,电机在不同工况下的运行状况不同,所需的冷却流量也会有所差异。此外,随着电机转速的提高和功率的增大,油液的流动状态也会发生变化,进一步影响冷却效果。


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后期轴向喷油设计


面对焊接轴径向喷油设计的挑战,特斯拉进行了深入的技术研究和创新,最终选择取消焊接轴结构直接轴系喷油的设计方案。这一设计方案的核心在于取消了焊接轴结构,转而采用更为简单、直接的轴系喷油方式。


直接轴系喷油设计的主要优势在于降低了制造成本和简化了生产工艺。由于取消了焊接轴结构,供应商得以采用更为简单的加工设备和工艺流程来生产电机转子。这不仅降低了生产成本,还提高了生产效率。

在功能上看,直接轴系喷油设计并不追求前后油孔喷油流量的完全一致,而是更加注重油液的流量和分布是否能够满足电机冷却的需求,确保油液能够充分覆盖电机转子和定子的关键部位,实现有效的冷却。



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设计思路的转变—我们学到哪些?


特斯拉早期设计出来的油冷很明显是假设了很多条件,比如上文说到前后油孔流量一致,因此才会出现焊接轴径向喷油的设计,这是第一代产品重功能,轻成本的思路,把功能先做出来,至于是不是冗余等到后面迭代再考虑。


第一代产品出来之后,就是面对产品了,对于机械类产品而言,原材料成本占比如果比较低(60%以下),那么这个设计就不是一个好的设计。因此迭代适合就要回顾,这个焊接轴设计的功能是否对系统而言是必须的。


显然从结果上来看,特斯拉取消了这个设计,其他主流油冷电驱ter1也没有采取焊接轴这种设计,这么看来焊接轴径向喷油的思路是一个功能的冗余。


总结



以上设计思路变化也是我们工程师应该学习的,一个产品从0到1的难度比较大,由于没有参考物,因此考虑的会比较多,也有的问题会忽略(最明显的就是轴电腐蚀问题)。


但是从1到n,则是我们产品工程师通过回顾总结不断更新的产品功能定义,这样产品才会逐渐被定义清楚,不会使设计过剩,也不会出现功能出现问题的现象。

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