Зачем электромобилям с одноступенчатой коробкой передач вообще нужна коробка передач?

Причина этого проста.

Чтобы получить большую мощность при компактных размерах двигателя, нужны высокие обороты. Размер двигателя определяет крутящий момент. Чтобы получить большую мощность, можно либо увеличить крутящий момент (тем самым увеличив размер двигателя и, следовательно, стоимость редкоземельных материалов в магнитах, если двигатель работает на постоянных магнитах), либо увеличить обороты (что, по сути, бесплатно). Исходя из этого, становится ясно, что производители добиваются максимальной мощности за счёт увеличения оборотов. Затем редукторы преобразуют высокие обороты в более низкие и увеличивают крутящий момент.

Однако колесу с окружностью 2 метра или около того потребуется 1000 оборотов в минуту, чтобы разогнаться до 120 км/ч. Это примерно та скорость, с которой ездят большинство людей на своих автомобилях. Электродвигатели могут вращаться со скоростью, в десять раз превышающей эту.

1000 оборотов в минуту — это очень низкая скорость для электродвигателя. Электродвигатели вращаются с гораздо большей скоростью, чем двигатели внутреннего сгорания, потому что у них нет ограничений по потоку воздуха: электродвигателям не нужен воздух, как двигателям внутреннего сгорания.

Мотор-генератор 1 (MG1) в моем гибридном автомобиле Toyota RAV4 2016 года выпуска развивает максимальную мощность при 12 500 оборотах в минуту (источник)! Это намного выше, чем у обычных двигателей внутреннего сгорания.

Из-за той же проблемы электрические велосипеды сложно сконструировать. Велосипедист крутит педали на очень низких оборотах, колесо вращается на чуть более высоких оборотах, но электродвигатели должны вращаться на гораздо более высоких оборотах. Большинство производителей устанавливают двигатель в ступицу колеса, потому что там обороты выше, чем на кривошипном валу. Но это всё равно неоптимальное решение. Гораздо более оптимальным было бы изменить передаточное число, чтобы обеспечить высокие обороты на кривошипном валу, и убрать шатуны и педали, полностью заменив их электродвигателем. Но без шатунов и педалей это был бы не электрический велосипед. Существует фундаментальное несоответствие между передаточным числом, необходимым для вращения педалей, и передаточным числом, необходимым для электродвигателей. Пожалуй, единственная причина, по которой эти мотор-колеса работают, заключается в том, что по закону их мощность не должна превышать 250 Вт.

По той же причине стиральные машины, как правило, не имеют прямого привода, а оснащены ременным приводом. Ременной привод обеспечивает высокие обороты двигателя. Некоторые производители выпускают машины с прямым приводом (например, LG), но для их существования нет веских причин, кроме маркетинговых.

Двигатели Tesla имеют пиковую мощность в диапазоне 5–10 000 об/мин. Им нужно снизить обороты, чтобы мощность использовалась при скорости вращения колёс в диапазоне 1–2 000 об/мин. (очень округлые цифры, ребята..)

Не путайте тот факт, что электродвигатели имеют практически постоянный крутящий момент, с постоянной мощностью

Возможно, это связано с особенностями упаковки. Я не смог быстро найти шестерню, но, скорее всего, это не имеет большого значения. На фотографии видно, что двигатель установлен на подрамнике. Похоже, это позволяет полуосям проходить прямо к дифференциалу, а затем к двигателю.