Lucid扁線電機技術解析

下圖所示，電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩受到功率和物理條件的限制，所以其最大轉(zhuǎn)矩曲線是一個信封形(envelope)。中間的紅圈是等效率曲線，里面的紅圈代表效率高，越往外效率越低。通過提高最大功率，我們可以提高最大轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，如圖中箭頭所示。

電機轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線

通過齒輪箱，我們可以改變電機的特性曲線。最佳的設計是在增大最大轉(zhuǎn)速、最大轉(zhuǎn)矩同時，獲得大范圍的高效率區(qū)。

通過齒輪箱變速的電機轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線

電機極數(shù)

Lucid電機被設計為6極，以此產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。電機轉(zhuǎn)速與極數(shù)有關，np為極對數(shù)，f單位為Hz，n單位是rpm。對于Lucid的6極電機，極對數(shù)為3。

定子填槽方式

傳統(tǒng)電機采用諸多圓線填滿定子槽體，以削弱集膚效應(skin effect)帶來的電阻增加。集膚效應是指電流在高頻情況下傾向于從導體表面流過。

Lucid采用多層扁線填槽提高槽滿率(slot fill)，減小集膚效應(skin effect)，以上二者共同降低了在高頻下的電阻，降低損耗。與其他扁線電機不同的是，Lucid連接同一槽內(nèi)扁線端部的方法不是焊接(welding)，而是連續(xù)波浪導線continuous wave wire)。焊接會導致諸多焊點，降低產(chǎn)品一致性和可靠性，并且焊點電阻也會增加熱損耗，而Lucid的連續(xù)繞組用一整個連續(xù)的繞組消除了焊點。這是一項革命性的技術，能做到這項技術的唯一機器就在Lucid的亞利桑那中，完全CNC(Computer Numerical Control)、完全自動化控制。

繞組先單獨進行編制，完成后被嵌入定子磁芯中，從而得到完整的定子。每個定子槽中有8根扁線，Lucid是世界上首個對8扁線進行量產(chǎn)的廠家。

最終，Lucid的定子只有24個與逆變器連接的焊點。

定子導流槽

Lucid電機的冷卻液導流槽(jet slot)距離繞組這個發(fā)熱源非常接近，能夠快速帶走熱量

并且通過巧妙的磁路設計，導流槽的存在不會影響磁路。

定子疊片

定子由多層疊片(lamination)構成，以此減少渦流(eddy current)損耗

定子對比

下面是Lucid定子與友商定子的對比。

轉(zhuǎn)子

氣隙

定轉(zhuǎn)子之間的氣隙距離為0.4-0.8mm。

轉(zhuǎn)子磁鏈走向如藍線所示，可見磁鏈不從中空部分經(jīng)過。中空可以減少重量。

內(nèi)置差速器

Lucid轉(zhuǎn)子內(nèi)置差速器(Differential)，能夠節(jié)省空間。

轉(zhuǎn)子磁芯和磁鐵

V型(chevron)磁鐵，能夠減小齒槽轉(zhuǎn)矩 (cogging torque)，有利于NVH(Noise, vibration, and harshness)。兩組V型磁鐵，提高磁阻轉(zhuǎn)矩(reluctance torque)，有利于提高電機最大轉(zhuǎn)矩輸出能力。

疊片邊緣需要有足夠的強度，以保證轉(zhuǎn)子不在離心力(centrifugal)作用下解體

旋轉(zhuǎn)變壓器

旋轉(zhuǎn)變壓器(Resolver) 用于檢測轉(zhuǎn)子相對于定子的位置及其旋轉(zhuǎn)速度，Lucid旋變的旋轉(zhuǎn)部分軸(shaft)合為一體。

轉(zhuǎn)子對比

美國品牌的轉(zhuǎn)子被一層碳纖維包裹，主要是為了增強機械強度，用來對抗離心力，使磁鐵穩(wěn)定在定子中。碳纖維包裹的存在雖然通過刪除連接處(steel bridge)的方式(增強隔磁橋flux barrier)增強了磁場，但也增加了氣隙，最終減小了轉(zhuǎn)矩。實際上，碳纖包裹是賽車設計中借鑒而來，已存在多年。而Lucid通過巧妙的設計，做到了很好的工程權衡(engineering trade-off)——為了產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，磁鐵應該離定子盡可能近;而為了保證機械強度的同時不使用碳纖維，連接處應該盡可能厚。

綜合對比

無論是功率還是功率密度，Lucid的電機都優(yōu)勢明顯。

驅(qū)動單元總體

電機、逆變器、齒輪箱三合一。Lucid的驅(qū)動單元全部自研，并且其生產(chǎn)由Lucid在亞利桑那的工廠完成。

數(shù)據(jù)來源：

1、EV汽車邦

2、汽車商友圈

審核編輯：湯梓紅