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Lucid扁線電機技術解析

jf_IvoARX3P ? 來源:EV汽車邦、汽車商友圈 ? 2023-08-25 14:57 ? 次閱讀

下圖所示,電機的轉速和轉矩受到功率和物理條件的限制,所以其最大轉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矩和轉速,如圖中箭頭所示。

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電機轉矩-轉速曲線

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速、最大轉矩同時,獲得大范圍的高效率區。

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通過齒輪箱變速的電機轉矩-轉速曲線

電機極數

Lucid電機被設計為6極,以此產生旋轉磁場。電機轉速與極數有關,np為極對數,f單位為Hz,n單位是rpm。對于Lucid的6極電機,極對數為3。

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定子填槽方式

傳統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連接同一槽內扁線端部的方法不是焊接(welding),而是連續波浪導線continuous wave wire)。焊接會導致諸多焊點,降低產品一致性和可靠性,并且焊點電阻也會增加熱損耗,而Lucid的連續繞組用一整個連續的繞組消除了焊點。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。

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轉子

氣隙

定轉子之間的氣隙距離為0.4-0.8mm。

轉子磁鏈走向如藍線所示,可見磁鏈不從中空部分經過。中空可以減少重量。

內置差速器

Lucid轉子內置差速器(Differential),能夠節省空間。

轉子磁芯和磁鐵

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

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

旋轉變壓器

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

轉子對比

美國品牌的轉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)——為了產生較大轉矩,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的電機都優勢明顯。

驅動單元總體

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

數據來源:

1、EV汽車邦

2、汽車商友圈

審核編輯:湯梓紅

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原文標題:如何從技術角度評價Lucid扁線電機

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