Lucid扁线电机技术解析

下图所示，电机的转速和转矩受到功率和物理条件的限制，所以其最大转矩曲线是一个信封形(envelope)。中间的红圈是等效率曲线，里面的红圈代表效率高，越往外效率越低。通过提高最大功率，我们可以提高最大转矩和转速，如图中箭头所示。

电机转矩-转速曲线

通过齿轮箱，我们可以改变电机的特性曲线。最佳的设计是在增大最大转速、最大转矩同时，获得大范围的高效率区。

通过齿轮箱变速的电机转矩-转速曲线

电机极数

Lucid电机被设计为6极，以此产生旋转磁场。电机转速与极数有关，np为极对数，f单位为Hz，n单位是rpm。对于Lucid的6极电机，极对数为3。

定子填槽方式

传统电机采用诸多圆线填满定子槽体，以削弱集肤效应(skin effect)带来的电阻增加。集肤效应是指电流在高频情况下倾向于从导体表面流过。

Lucid采用多层扁线填槽提高槽满率(slot fill)，减小集肤效应(skin effect)，以上二者共同降低了在高频下的电阻，降低损耗。与其他扁线电机不同的是，Lucid连接同一槽内扁线端部的方法不是焊接(welding)，而是连续波浪导线continuous wave wire)。焊接会导致诸多焊点，降低产品一致性和可靠性，并且焊点电阻也会增加热损耗，而Lucid的连续绕组用一整个连续的绕组消除了焊点。这是一项革命性的技术，能做到这项技术的唯一机器就在Lucid的亚利桑那中，完全CNC(Computer Numerical Control)、完全自动化控制。

绕组先单独进行编制，完成后被嵌入定子磁芯中，从而得到完整的定子。每个定子槽中有8根扁线，Lucid是世界上首个对8扁线进行量产的厂家。

最终，Lucid的定子只有24个与逆变器连接的焊点。

定子导流槽

Lucid电机的冷却液导流槽(jet slot)距离绕组这个发热源非常接近，能够快速带走热量

并且通过巧妙的磁路设计，导流槽的存在不会影响磁路。

定子叠片

定子由多层叠片(lamination)构成，以此减少涡流(eddy current)损耗

定子对比

下面是Lucid定子与友商定子的对比。

转子

气隙

定转子之间的气隙距离为0.4-0.8mm。

转子磁链走向如蓝线所示，可见磁链不从中空部分经过。中空可以减少重量。

内置差速器

Lucid转子内置差速器(Differential)，能够节省空间。

转子磁芯和磁铁

V型(chevron)磁铁，能够减小齿槽转矩 (cogging torque)，有利于NVH(Noise, vibration, and harshness)。两组V型磁铁，提高磁阻转矩(reluctance torque)，有利于提高电机最大转矩输出能力。

叠片边缘需要有足够的强度，以保证转子不在离心力(centrifugal)作用下解体

旋转变压器

旋转变压器(Resolver) 用于检测转子相对于定子的位置及其旋转速度，Lucid旋变的旋转部分轴(shaft)合为一体。

转子对比

美国品牌的转子被一层碳纤维包裹，主要是为了增强机械强度，用来对抗离心力，使磁铁稳定在定子中。碳纤维包裹的存在虽然通过删除连接处(steel bridge)的方式(增强隔磁桥flux barrier)增强了磁场，但也增加了气隙，最终减小了转矩。实际上，碳纤包裹是赛车设计中借鉴而来，已存在多年。而Lucid通过巧妙的设计，做到了很好的工程权衡(engineering trade-off)——为了产生较大转矩，磁铁应该离定子尽可能近;而为了保证机械强度的同时不使用碳纤维，连接处应该尽可能厚。

综合对比

无论是功率还是功率密度，Lucid的电机都优势明显。

驱动单元总体

电机、逆变器、齿轮箱三合一。Lucid的驱动单元全部自研，并且其生产由Lucid在亚利桑那的工厂完成。

数据来源：

1、EV汽车邦

2、汽车商友圈

审核编辑：汤梓红