Lucid VS 特斯拉电驱系统

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Lucid如何用更小的电机赶超特斯拉

Lucid 称其电机设计是小型化的，并且一直自夸其Air电动汽车中轻型且“紧凑“的电机轻便到可以放进登机行李箱中。然而，小型只是一个方面。Lucid的电机每个重只有67磅，能够产生670马力的动力，你没看错，即每磅10马力。此外，Lucid的碳化硅逆变器、减速齿轮组和差速器加在一起重约163磅。



图 | GREEN CAR REPORTS

在一场技术演讲中，Lucid首席执行官兼首席技术官Peter Rawlinson和动力总成副总裁Emad Dlala介绍了电机的设计重点、如何通过低阻力和热管理实现功率和效率的提升、以及如何从设计之初就将这些考虑在内，以便易化电机的制造。演讲中，两人花了很多时间讨论定子的设计，定子是电机的静态外部部分，通过逆变器形成的电流并产生磁场，使中间的转子旋转。

例如，Lucid的六极永磁同步电机定子不像有些电机那样使用铜线绕组，也不使用发夹。为了降低功率损耗和易于组装，Lucid寻求连续绕组组件，该组件以有限数量的焊缝包裹到定子中。它是由一台CNC控制的机器和类似编织的过程制成，然后由CNC控制的芯轴帮助对齐和插入编织网。

这对搭档拿特斯拉在Plaid中采用的解决方案举了个例子。碳纤维外壳，Rawlinson指出，这种技术与用于燃料电池氢气储存的技术是一样的，可以承受巨大的压力。Dlala推测，将其量产的话会很昂贵。

Lucid 电机的奇妙之处在哪里？

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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数据来源：

1、RIO电驱动

xiaocheng

针对Lucid与特斯拉的电驱系统对比，Lucid采用更小型、轻量的电机设计，实现了高效动力输出。其电机每磅能产生高达10马力的动力，加上碳化硅逆变器、减速齿轮组和差速器的优化组合，整体重量控制得相当出色。通过降低电阻和优化的热管理系统，Lucid实现了高性能且高效的电驱系统。虽然特斯拉在电动汽车领域已有深厚积累，但Lucid凭借其创新技术，成功在更小的电机上实现了与特斯拉的竞争优势。

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针对Lucid与特斯拉的电驱系统对比，Lucid采用更小型、轻量的电机设计，实现了高效动力输出。其电机每磅能产生高达10马力的动力，加上碳化硅逆变器、减速齿轮组和差速器的优化组合，整体重量轻盈。通过降低阻力、优化热管理等技术手段，Lucid在电驱系统方面实现了性能提升。尽管电机体积较小，但在性能上已实现对特斯拉的赶超。其设计创新和专业优化，展示了Lucid在电动汽车领域的竞争力。

mqh0386

针对Lucid与特斯拉的电驱系统对比，Lucid采用更小型、轻量的电机设计实现了高效的性能。其电机每个重仅67磅，却能产生高达每磅10马力的强劲动力。碳化硅逆变器、减速齿轮组和差速器的集成设计确保了整体重量控制在合理范围。通过降低阻力、优化热管理，Lucid实现了高效的能量利用和出色的性能表现。尽管面临市场竞争，Lucid仍凭借其独特技术展现了赶超特斯拉的潜力。

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针对Lucid与特斯拉的电驱系统对比，Lucid采用更小型、轻量的电机设计，实现了高效动力输出。其电机每磅能产生高达10马力的动力，且整体重量轻盈，核心部件包括碳化硅逆变器、减速齿轮组和差速器，整体重量优化。在设计重点上，Lucid注重低阻力和热管理，以确保电机高效运行并优化性能。因此，Lucid通过优化电驱系统设计和采用高效组件，实现了用小电机赶超特斯拉的实力。

mizhongquan

针对Lucid与特斯拉的电驱系统对比，Lucid采用更小型、轻量的电机设计，实现了高效动力输出。其电机重量仅为67磅，却可产生高达670马力的动力，展现出卓越的性能表现。此外，Lucid采用的碳化硅逆变器、减速齿轮组和差速器等核心部件的总重量为约163磅。通过优化设计和降低阻力，以及高效的热管理策略，Lucid成功实现了电机性能的提升和整体重量的降低。这种紧凑而高效的电驱系统，使Lucid在电动汽车市场上具备了强有力的竞争力。

wwj557

针对Lucid与特斯拉的电驱系统对比，Lucid采用更小型、轻量的电机设计，实现了高效动力输出。其电机每磅能产生高达10马力的动力，且整体重量轻盈，核心部件包括碳化硅逆变器、减速齿轮组和差速器，总重约163磅。在设计中，Lucid注重低阻力和热管理，通过优化结构和材料，提高系统效率和性能。此外，Lucid的电机设计还具有高度的可靠性和耐久性，能够保证车辆的长期稳定运行。因此，Lucid通过高效小型化的电驱系统实现了与特斯拉的竞争优势。