Lucid扁線電機(jī)技術(shù)解析

下圖所示，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩受到功率和物理?xiàng)l件的限制，所以其最大轉(zhuǎn)矩曲線是一個(gè)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(guò)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(jī)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線

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

通過(guò)齒輪箱變速的電機(jī)轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速曲線

電機(jī)極數(shù)

Lucid電機(jī)被設(shè)計(jì)為6極，以此產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。電機(jī)轉(zhuǎn)速與極數(shù)有關(guān)，np為極對(duì)數(shù)，f單位為Hz，n單位是rpm。對(duì)于Lucid的6極電機(jī)，極對(duì)數(shù)為3。

定子填槽方式

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

Lucid采用多層扁線填槽提高槽滿率(slot fill)，減小集膚效應(yīng)(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(jī)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(dǎo)線continuous wave wire)。焊接會(huì)導(dǎo)致諸多焊點(diǎn)，降低產(chǎn)品一致性和可靠性，并且焊點(diǎn)電阻也會(huì)增加熱損耗，而Lucid的連續(xù)繞組用一整個(gè)連續(xù)的繞組消除了焊點(diǎn)。這是一項(xiàng)革命性的技術(shù)，能做到這項(xiàng)技術(shù)的唯一機(jī)器就在Lucid的亞利桑那中，完全CNC(Computer Numerical Control)、完全自動(dòng)化控制。

繞組先單獨(dú)進(jìn)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(gè)定子槽中有8根扁線，Lucid是世界上首個(gè)對(duì)8扁線進(jìn)行量產(chǎn)的廠家。

最終，Lucid的定子只有24個(gè)與逆變器連接的焊點(diǎn)。

定子導(dǎo)流槽

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

并且通過(guò)巧妙的磁路設(shè)計(jì)，導(dǎo)流槽的存在不會(huì)影響磁路。

定子疊片

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

定子對(duì)比

下面是Lucid定子與友商定子的對(duì)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(lán)線所示，可見(jiàn)磁鏈不從中空部分經(jīng)過(guò)。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(jī)最大轉(zhuǎn)矩輸出能力。

疊片邊緣需要有足夠的強(qiáng)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(cè)轉(zhuǎn)子相對(duì)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(duì)比

美國(guó)品牌的轉(zhuǎn)子被一層碳纖維包裹，主要是為了增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度，用來(lái)對(duì)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(guò)刪除連接處(steel bridge)的方式(增強(qiáng)隔磁橋flux barrier)增強(qiáng)了磁場(chǎng)，但也增加了氣隙，最終減小了轉(zhuǎn)矩。實(shí)際上，碳纖包裹是賽車(chē)設(shè)計(jì)中借鑒而來(lái)，已存在多年。而Lucid通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)，做到了很好的工程權(quán)衡(engineering trade-off)——為了產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩，磁鐵應(yīng)該離定子盡可能近;而為了保證機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)不使用碳纖維，連接處應(yīng)該盡可能厚。

綜合對(duì)比

無(wú)論是功率還是功率密度，Lucid的電機(jī)都優(yōu)勢(shì)明顯。

驅(qū)動(dòng)單元總體

電機(jī)、逆變器、齒輪箱三合一。Lucid的驅(qū)動(dòng)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(lái)源：

1、EV汽車(chē)邦

2、汽車(chē)商友圈

審核編輯：湯梓紅