在電動汽車界，我們都知道特斯拉的行業地位，雖然其產品已經上市多年，但熱度依然不減，特別是Model S的平臺架構至今仍在被國內很多車企所模仿，並用於高端電動車產品。本期專欄爲大家詳細介紹特斯拉Model S的整車電氣平臺架構。包括感應電機、電池包以及電控系統。並且爲大家介紹它們是如何協同工作並發揮出強大性能的。

　　 特斯拉Model S的電機是如何工作的？

　　特斯拉Model S採用的是尼古拉特斯拉發明的感應電機，也叫交流異步電機。它有轉子和定子兩部分組成。轉子採用鼠籠結構。由若干根導電杆組成一個類似於鼠籠的圓柱形，再由多個硅鋼片製成的導電圓盤疊加在一起，嵌入鼠籠之中。之所以採用硅鋼片是因爲它的導磁性能非常好，在很多大型變壓器中也經常用疊加的硅鋼片來導磁。片狀疊加的設計有利於減少發熱降低內部損耗。定子採用三相銅線繞組。在三相正弦波交流電的作用下，定子會產生一個旋轉磁場。

　　採用鼠籠結構的感應電機轉子

　　也就是說磁場的南極和北極會隨着介入三相交流電的頻率而旋轉。在旋轉磁場的作用下，轉子到電杆會感應到旋轉磁場的變化從而產生電流。事實上這個過程可以理解爲由於定子產生的磁場在旋轉，那麼相當於在切割轉子的導電杆產生電流，再由到電感中產生的電流產生了轉子磁場，從而獲得旋轉動能。由於轉子是通過感應定子的旋轉磁場而產生磁場的，並隨着定子旋轉磁場的轉動而轉動，所以節奏上要比旋轉磁場“慢半拍”，這就是異步電機名稱的由來。

　　轉子感應到定子旋轉磁場則會產生電流從而激發磁場

　　感應電機的轉速取決於交流電的頻率。頻率越高轉速越高，頻率越低轉速越低。通過控制定子三相交流電的頻率就可以隨時控制轉子獲得想要的轉速。這種控制簡單可靠，並且由於感應電機不需要永磁體，材料主要爲鋼和銅，所以成本較低適合大批量生產。由於轉子完全是通過感應產生的磁場，所以不需要電刷和換向器，不會產生損耗能量的電火花，而且完全免維護。

　　與內燃機相比電動機具有強大性能優勢

　　Model S的感應電機可以從0-18000轉隨時調整轉速。傳統燃油發動機之所以需要變速箱是因爲發動機的最大扭矩輸出轉速有很大的侷限性，通常只能在2000-4000轉之間，所以低速時需要大齒比來降低轉速、提高扭矩，高速時需要小齒比來降低扭矩提高轉速。而電動機可以在全轉速範圍段內都能獲得較大的扭矩輸出，特別是低轉速時就能獲得峯值扭矩輸出，隨着轉速的提升扭矩成雙曲線下降，所以不需要變速箱，只需要單級減速器就能完成車輛的驅動。特斯拉採用了兩組減速齒輪後獲得了接近10的傳動比。

　　採用兩組減速齒輪（變速箱及電機輸出）構成的單級齒輪箱

　　採用感應電機驅動汽車之後，沒有傳統燃油發動機的曲柄連桿機構，所以沒有了燃油車的震動噪音。並且由於感應電機不需要怠速，啓動速度幾乎0時差，所以在停車時電機不會消耗任何電能，這可以讓城市走走停停的工況獲得極大的能量利用效率，並且擁有超強的舒適性和靜縊性。

　　所以，感應電機因爲擁有超高的功率密度，並且重量輕、可以直接輸出動力，所以響應快、動力輸出強勁，成了特斯拉Model S超強加速的根本原因。

　　 逆變器是如何驅動感應電機工作的？

　　由於動力電池輸出的是高電壓的直流電，所以逆變器的一個最重要的作用就是把高電壓高功率的直流電轉換成感應電機可以使用的三相交流電。很多在特斯拉展廳見過特斯拉Model S地盤的用戶可以看到，在後驅動橋上方除了有一個碩大的圓柱體電機以外，還有一個與它對稱，體積相當的圓柱體，這就是逆變器。

　　圖中紅色部分爲感應電機，綠色部分爲逆變器

　　逆變器除了可以把直流電轉換成交流電以外，還可以控制交流電的頻率從而控制電機的轉速。正如前文所說，交流感應電機的轉速與交流電頻率同步，所以通過逆變器來控制頻率可以達到精準的電機轉速控制。感應電機除了應用在特斯拉Model S上以外，我們常見的電器如：空調、洗衣機、冰箱都會使用感應電機。我們在購買這些電器的時候經常會聽到變頻恆溫等等這樣的名詞。事實上，採用交流感應電機的這些電器，同樣是通過控制交流電頻率的手段來控制電機轉速。對於空調冰箱這樣的製冷設備來說，轉速可控就意味着壓縮機的負荷可控，從而可以通過控制交流電頻率來控制製冷量達到恆溫的作用，不會像傳統的製冷設備那樣忽冷忽熱。

　　 通過逆變器調節交流電頻率來控制電機轉速

　　除了通過頻率控制轉速以外，逆變器還可以通過控制電壓大小來控制電機的動力輸出。如果說轉速直接決定的是汽車的速度的話，那麼電壓則可以決定汽車的負荷。什麼是負荷？在燃油車當中節氣門（油門）的開度決定了汽車的負荷，在電動車中電門踏板的深度決定了電機的負荷。當電門到底時，意味着電機需要全負荷加速，當電門開度較小時意味着電機只需要提供部分負荷即可實現駕駛者的意圖。通過控制電壓來控制負荷大小從而實現扭矩輸出的收放自如。

　　先進的感應電機加上先進的逆變器控制，造就了特斯拉強大的動力輸出。這一切都要歸功於一個多世紀前尼古拉特斯拉的偉大發明。那麼爲什麼性能這麼優異的電機直到現在纔開始逐漸規模化的應用於汽車？這其實是得益於電池技術的發展，下期爲大家解讀特斯拉Model S的電池組設計以及它是如何實現燃油車上需要複雜系統才能實現的牽引力控制，以及感應電機是如何回收制動能量的。