Lucid如何用更小的電機趕超特斯拉
Lucid 稱其電機設計是小型化的，並且一直自誇其Air電動汽車中輕型且「緊湊「的電機輕便到可以放進登機行李箱中。然而，小型只是一個方面。Lucid的電機每個重只有67磅，能夠產生670馬力的動力，你沒看錯，即每磅10馬力。此外，Lucid的碳化矽逆變器、減速齒輪組和差速器加在一起重約163磅。
圖 | GREEN CAR REPORTS
在一場技術演講中，Lucid執行長兼首席技術官Peter Rawlinson和動力總成副總裁Emad Dlala介紹了電機的設計重點、如何通過低阻力和熱管理實現功率和效率的提升、以及如何從設計之初就將這些考慮在內，以便易化電機的製造。演講中，兩人花了很多時間討論定子的設計，定子是電機的靜態外部部分，通過逆變器形成的電流並產生磁場，使中間的轉子旋轉。
例如，Lucid的六極永磁同步電機定子不像有些電機那樣使用銅線繞組，也不使用髮夾。為了降低功率損耗和易於組裝，Lucid尋求連續繞組組件，該組件以有限數量的焊縫包裹到定子中。它是由一台CNC控制的機器和類似編織的過程製成，然後由CNC控制的芯軸幫助對齊和插入編織網。
這對搭檔拿特斯拉在Plaid中採用的解決方案舉了個例子。碳纖維外殼，Rawlinson指出，這種技術與用於燃料電池氫氣儲存的技術是一樣的，可以承受巨大的壓力。Dlala推測，將其量產的話會很昂貴。
Lucid 電機的奇妙之處在哪裡？
如下圖所示，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，裡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。
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，獲得大範圍的高效率區。
通過齒輪箱變速的電機轉矩-轉速曲線
Lucid Air動力單元拆解圖
Lucid電機定子
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。對於Lucid的6極電機，極對數為3。
Lucid電機有6極（三對NS極）
定子填槽方式
傳統電機採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於從導體表面流過。
扁線、圓線填槽示意圖
集膚效應（skin effect）示意圖
Lucid採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，並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。
傳統的扁線電機通過焊接來連接線材
Lucid連續繞組實拍
繞組先單獨進行編制，完成後被嵌入定子磁芯中，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。
Lucid定子繞組焊點
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.
冷卻液從導流槽中噴射而出
冷卻液在定子上的流動
定子導流槽特寫
並且通過巧妙的磁路設計，導流槽的存在不會影響磁路。
導流槽兩旁的齒部寬度與齒部末端寬度相等
定子疊片
定子由多層疊片（lamination）構成，以此減少渦流（eddy current)損耗。
疊片減少渦流損耗
定子對比
下面是Lucid定子與友商定子的對比。
Lucid定子整體
ucid定子繞組切面
與逆變器連接的匯流線
美國品牌定子繞組切面
美國品牌定子導流槽
繞組端子大小對比，這個友商的端子其實已經算比較短的，很多其他友商端子長度是這個的數倍。
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。
轉子磁鏈走向示意
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），有利於NVH（Noise, vibration, and harshness）。兩組V型磁鐵，提高磁阻轉矩（reluctance torque），有利於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） 用於檢測轉子相對於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。
旋變旋轉部分被集成在軸體上，3瓣式（three lobes）設計
旋變本體定子
旋變本體全貌
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鑑而來，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，磁鐵應該離定子儘可能近；而為了保證機械強度的同時不使用碳纖維，連接處應該儘可能厚。
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，並且其生產由Lucid在亞利桑那的工廠完成。