深度解析Lucid扁线电机

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如下图所示，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 Lucid Air动力单元拆解图 Lucid电机定子 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。 Lucid电机有6极（三对NS极） 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。 扁线、圆线填槽示意图 集肤效应（skin effect）示意图 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。 传统的扁线电机通过焊接来连接线材 Lucid连续绕组实拍 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。 Lucid定子绕组焊点 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 冷却液从导流槽中喷射而出 冷却液在定子上的流动 定子导流槽特写 并且通过巧妙的磁路设计，导流槽的存在不会影响磁路。 导流槽两旁的齿部宽度与齿部末端宽度相等 定子叠片 定子由多层叠片（lamination）构成，以此减少涡流（eddy current)损耗 叠片减少涡流损耗 定子对比 下面是Lucid定子与友商定子的对比。 Lucid定子整体 ucid定子绕组切面 与逆变器连接的汇流线 美国品牌定子绕组切面 美国品牌定子导流槽 绕组端子大小对比，这个友商的端子其实已经算比较短的，很多其他友商端子长度是这个的数倍 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。 转子磁链走向示意 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。 旋变旋转部分被集成在轴体上，3瓣式（three lobes）设计 旋变本体定子 旋变本体全貌 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。

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