Lucid电驱动技术全解析

Lucid由特斯拉前副总裁兼董事谢家鹏 (Bernard Tse)和甲骨文前高管温世铭 (Sam Weng)两位华人于2007年创建。

成立之初叫Atieva，谢家鹏是原特斯拉副总裁、董事会成员、电池研发负责人。

Paul Rawlinson作为前特斯拉首席工程师，曾参与过Model S等重要项目，也是此次Lucid新车的主要负责人。

2014年Atieva进行C轮融资，北汽集团以1亿美元入股，约占25%股权，随后乐视也投资数千万美元，双方以第一、第二大股东的身份进入公司。

2015年，北汽转让股权给乐视，乐视持股比例提升至40%。为了给法拉第未来“输血”，乐视后来也卖出了股份。

2018 年 9 月，沙特阿拉伯主权基金"公共投资基金"投资 Lucid Motors 超10亿美元。

2019年，CEO温世铭辞职，Rawlinson 兼任Lucid的CEO和CTO，掌舵公司。

Lucid自己宣称将要占据的是豪华电动车市场，这块目前相对竞争对手少（主要是保时捷Taycan）。Lucid在官网上描述：特斯拉创新但不豪华，并非直接竞争对手。

目前市面上宝马属于运动豪华，奥迪属于科技豪华，奔驰是经典豪华，自己要做后-豪华市场（大概意思就是在未来要兼包并蓄，科技，表现力，持续力都会有）

Lucid Air 底盘最多可以布置三台电机，这体现了Lucid Air 的超高集成能力。Lucid Air 全系可以按单电机后驱、双电机全驱和前1后2/3电机全驱来布置。而三电机版将会是一台1800马力的性能怪兽。

▲Lucid Air electric sedan - Highly innovative & a cut above the rest

根据 Lucid Motors 的测试，三电机版的Lucid Air 最高速度可以达到 378 km/h。而特斯拉 Model S 和保时捷 Taycan Turbo S的最高速度分别为262 km/h 和 260 km/h。

▲Lucid reveals its insane 500-mile range is achieved on 113 kWh battery pack

部分得益于电机等零部件的高度集成，Lucid Air 拥有容积超过 280 升的前舱箱（比目前最大的轿车前舱箱大 89%），加上后备箱的总容积达到 739 升。

▲Lucid Motors Air — A Brand-New American Luxury EV

Lucid Air使用了Lucid Electric Advanced Platform (LEAP)平台打造，这个平台其实与其他品牌全新的纯电平台都是类似的，都是尽可能压缩前后悬架空间，尽可能让中部区域空间最大化，因为这样可以给电池留出更多空间，并且也让车内空间更大了。

▲Lucid Air Shows Off Bold Zenith Red Color Option In NYC

▲2021 Lucid Air electric Performance and MPG

▲Lucid Air前电驱总成

▲Lucid Air前电驱总成外形尺寸

▲Lucid Air后电驱总成

▲Lucid Air后电驱总成外形尺寸

Lucid Air 全系均为永磁电机，单电机功率可以达到 447 kW，是目前全球量产纯电动车中峰值功率最高的电机，同时也是峰值功率最大的电机，包括感应电机在内。为了解决永磁电机可能存在的发热问题，Lucid Air 对该电机进行了独特设计。

▲The Lucid Air is betting on these electric motors to beat Tesla and Porsche

Lucid Air四驱车型前后均采用双永磁同步电机，外形尺寸相仿；减速箱采用行星排齿轮机构，分布于电机两侧；根据整车的布置要求不同，前后电机的控制器分别布置于整车的Z向和X向。

▲Lucid Air Debuts with 500-mile Range and Car-to-Car Charging

根据官方披露，全驱版的Lucid Air拥有1080马力（805kW）输出的实力，是当前动力输出最大的一款电动车。

此外，Lucid Air的续航能力，在美国EPA测试标准下为综合里程836公里，如果在国内的话，实际续航里程还会更高。

根据上图能够看到，Lucid Air拥有体积更小的电动机，比保时捷、特斯拉电动机的体积还要小不少。

▲确实非常的紧凑

Lucid的电机体积明显小，一方面是转子绕组体积小、另一方面是Lucid电机的减速器集成度高，并不像其他电机一样单独凸出来做减速器，Lucid电机使用行星齿轮结构，将减速器集成在电机中，所以Lucid电机左右是直接接传动轴的，这样可以节省不少空间。

以这张PPT所展示的电机“马力/重量”比值对比图来看，Lucid Air的“马力/重量”比值超越包括特斯拉在内的主要市场竞争对手。

实际对比看出，Lucid Air的电动机重量为74千克，而保时捷电动机重量为170千克，特斯拉单电机重量为92千克，双电机为134千克。除了重量轻外，Lucid Air的电动机峰值功率更达到了惊人的670HP（500kW）。是目前量产的峰值功率最大的电机，超越了特斯拉。

▲Lucid Motors could very well be a force for good in the EV industry

Lucid的技术优化集中在三个方向：

• 让冷却液尽可能贴近导线，降低电阻。

• 找到电机中的Dead Zone，即对电动机内部的电磁场进行了数学建模后，发现定子中有几个区域对导电没有帮助，因此可以将冷却系统从这些区域引入电机的核心。

• 使用了具有连续波状独特绕组模式的计算机化线圈绕组系统，这样可以使温度更加一致。

我们都知道，永磁同步电机的转子是由很多硅钢片叠加而成的，而每个硅钢片都会进行打孔，把永磁体嵌入其中。

永磁同步电机转子根据永磁体的位置可分为表面磁铁（表贴式）和内置磁铁两种，表面磁铁顾名思义就是把永磁体放置在转子外表面，这样的话，磁铁就是弧形的。

它的上面需要有一层金属壳来固定它，当电机工作时，这层金属壳不但增加了转子直径，还会产生感应电流，增加了热损耗，而且这层金属壳的强度要足够高，以防止被转子的离心力甩出去，特斯拉最新搞了个碳纤维包裹的转子，在不改变永磁体的前提下，通过对转子结构的颠覆来实现更高的效率，属于很激进，甚至逆天的设计了。

所以目前的常规设计是内置永磁体，为了多放几块磁铁，大家通常采用V型内嵌方案，让一组永磁体以V形夹角的方式对立摆放。

永磁同步电机使用的永磁体一般有两种，分别是烧结永磁体和粘结永磁体。常用的是烧结永磁体，一般只能加工成特定形状，通常为长方形。烧结永磁体的优点是密度最大，性能最强，是目前驱动电机上使用量最大的。

它的缺点是制造工艺复杂，加工成异型成本高，不能将叠片孔隙全部填满。而粘结永磁体虽然磁性小，但是可以加工成任意形状，甚至可以浇筑进需要填充的孔隙中，提高磁通量。

▲Lucid Air motor的转子叠片打孔图，采用6极单V型设计，但打孔不规则

▲Lucid Air motor嵌入了烧结永磁体的结构图

长方形的永磁体嵌入后，还留下了两侧形状对称的异形空间：

▲填充完烧结永磁体的转子叠片还存在大量的空隙，属于一种浪费

Lucid Air的工程师们没有浪费这些空隙，他们将粘结永磁体嵌入或浇筑到这些空隙中，不仅增加了永磁体的体积，提高了磁通量，也增加了永磁体与叠片之间的连接强度。这就是Lucid的Hybrid Rotor Assembly（混合磁铁技术）。

利用这种方式，在有限的空间内增加了磁通量。

下图很明显看出，混合磁体技术在各个方面都占有明显的优势。同转速情况下，扭矩提升明显。达到同样扭矩的情况下，803的效率更高，能耗更低。

▲烧结永磁体801和混合磁铁803技术的性能对比

在上图中，横向坐标轴是电机转速，纵向坐标轴对应的是扭矩，可以看出，由于混合磁铁的磁性更大，能够在相同转速下带来一定的扭矩提升；换句话说，相同扭矩下，Lucid电机效率更高，需要的能耗更小，带来更长的续航里程。

▲A Game Of Inches: 2021 Lucid Air EV Sedan

Lucid电机定子冷却管路是直接集成到了定子里面的，这样既能节省外部空间，同时也能优化内部的热管理，Lucid有个专利叫做“同轴冷却系统”

由于定子线圈通电工作时会产生大量的热，不但是很大的能量损耗，也限制了功率和扭矩的进一步提高。

而Lucid在对定子建模仿真过程中发现定子中有一些没有产生电磁感应的“死角”，Lucid工程师就把冷却管道“穿进”这些“死角”中，让冷却管路成为了定子的一部分，这样就能让冷却液尽可能靠近定子线圈，最大程度进行降温，温度降低了，铜线电阻就降低了，效率就提升了。

Peter Rawlinson：工程师试图通过尽可能靠近铜线的冷却液来管理这一点，但是笨重的铁定子 - 包裹旋转转子并向其导电的固定组件 - 往往会妨碍。

团队对电机内部的电磁场进行了一些数学建模，发现定子中有几个"死区"对电传导没有贡献，因此可能用于使冷却剂更接近绕组。以前没有人真正关注过这些区域，这些地方没有电磁感应。

Lucid首先想到的只是去除材料并放一些孔以减轻重量，但后来他们意识到，可以将冷却系统通过这些区域直接带到电机绕组产生的热量。

Lucid对于定子线圈的缠绕模式也进行了建模分析，找到了最优的解决方案，让铜线各个部分的温度保持一致，能够避免局部电阻增大，该绕组由24根方形铜线“编织”成一个需要最少粘合的便捷组件。

Peter Rawlinson：定子中的铜导线也是着眼于温度控制的。大多数电动汽车电机中的电线缠绕不精确，这增加了一个电机与下一个电机之间的差异，从而影响了工程师准确预测和塑造磁场的能力。我们使用计算机化的线圈绕组系统，使用独特的波绕组模式，这使得温度更加一致。这也使我们能够避免将所有导线焊接在一起。

Lucid电机定子部分

▲Lucid_Air_Stator_Profile

▲Lucid电机定子6极72槽，专利：US20200127508A1

电机出线端结构

▲Lucid Air 电机定子结构（图片来源：公众号【调皮的JINX】）

• 定子线圈采用8层W-PIN绕组：该工艺路线量产难度较大，看起来Lucid在这一块花了不少精力，是否具备量产条件有待后续观察；

• 键槽配合：采用6个键槽与电机壳体相连，此方式简单、可靠；

• 螺栓直连：三相出线采用螺母形式，与控制器铜排直连，省去了常规的接线座；

• Busbar采用采用包塑的形式。

▲Lucid Air 电机三相连接（图片来源：公众号【调皮的JINX】）

▲Lucid_Air_Rotor_Fastener

电机转子结构

▲Lucid Air 电机转子结构（图片来源：公众号【调皮的JINX】）

• 猜测两侧动平衡板通过类似铆钉的零件与铁芯相连接；

• 转子两侧动平衡孔数较少，仅针对此台样机，转子初始不平衡量尚可；

• 前后轴承室以子零件的形式分别固定在转子两端，与其配合的是转子支撑轴承；

• 两个轴承室的外形形状不同；

• 转子两侧各布置一个轴承，用于支撑内部行星轴；

• 前后电机转子的表面颜色一白一黑；

• 转轴为桶状中空结构，转轴内部布置差速器行星机构；

• 冷却油通过减速箱输入轴进入转子内部同时润滑轴承，是否冷却铁芯存疑；

• 转子甩油设计可能性不大。

▲无法言说的结构之美

中间壳体结构

▲Lucid Air电驱中间壳体结构（图片来源：公众号【调皮的JINX】）

• 电机轴承的内圈与此处配合，外圈与上文转子轴承室配合；

• 以花键形式与减速箱输出外齿圈相配合；

• 与主壳体油道配合，并与油冷器连接。

旋变

定子导油环

▲Lucid Air定子导油环结构（图片来源：公众号【调皮的JINX】）

• 入油口为主动冷却；

• 减速箱侧齿轮/轴承冷却；

• 周向均布的小孔，为绕组提供冷却；

• 定子绕组仿形结构。

减速器部分

▲Lucid Air前驱同轴行星减速器

▲Lucid Air后驱同轴行星减速器

变速器和差速器首次完全集成在电机内，构成单独的传动系统，既轻便又高效。同时，Lucid在其逆变器中使用高压碳化硅MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）系统，以最大限度地提高效率，特别是提高了车辆在实际行驶过程中的效率。

储油壳

油冷器

电控部分

▲Lucid_Air_HV Connector plug_Plug wiring

Peter Rawlinson是Lucid Motors的首席执行官和首席技术官，并以他作为特斯拉Model S和Lucid Air的车辆工程师而闻名。

2009年加入特斯拉后，罗林森担任特斯拉Model S的车辆工程副总裁和车辆工程师。在此职位上，罗林森负责Model S的技术执行和交付，通过利用电动汽车传动系统在三年内减少的限制来改善结构和生产。

Peter于2013年加入Lucid Motors，担任首席技术官，并于2019年被任命为首席执行官。

Peter Rawlinson：Lucid Air的外表比特斯拉Model S更紧凑，它更短、更窄、更低，实际上窄约43毫米。然而，它拥有更多的内部空间，特别是在后部。事实上，我们的内部空间比长轴距的S级梅赛德斯更多。我真的不认为这在网络上的一些照片中完全体现出来。当人们坐在里面时，他们经常惊讶地说："哦，我的天哪，我没有意识到它会像这样好。我看到你们现在在做什么，这是非同寻常的。这是一个真正的突破。以前没有人真正这样做过。

为什么这很重要，首先，更紧凑的汽车是更好的驾驶汽车。我喜欢驾驶它，这是一辆非常快的真正跑车，一台很棒的机器。它在城镇周围更具机动性，更可用。我开过一些这样的大型汽车 - 我们有一辆梅赛德斯S级作为基准车，这是一个了不起的工程，但它不是一辆真正令人愉快的驾驶汽车 - 它太大了。

从外网的评论来看，大家对于这款车还是很认可。「This is the high end electric luxury car. The real Tesla rival（这才是真正的高端豪华电动车，特斯拉真正的对手）。」

Lucid的CEO兼CTO，Peter Rawlinson是一个非常热爱三电技术的人，Lucid在油管上发布了视频展示了电池设计技术（官方Tech Talks讲座共10集），由Peter Rawlinson亲自来介绍电池系统，包含Lucid如何有做到高效冷却电池、电池控制等等。讲解深入浅出，通俗易懂，这对于品牌的宣传有不小的帮助。

不过Lucid要做豪华车，这个品牌建立的消费者认知是非常厉害的车，而不仅仅是非常厉害的电池和电机技术。

甚至，Lucid CEO & CTO Peter Rawlinson 说的一些言论引来特斯拉掌门人马斯克的关注。不管这个事件是不是 Lucid 「碰瓷」特斯拉，都从侧面说明：Lucid 让马斯克重视了。

总之，Lucid Air 足够亮眼。50 万元以上豪华车市场，除了特斯拉和保时捷 Taycan，终于有值得一看的对手了。

不过，还不能高兴的太早。对于 Lucid 来说，拿出产品只是第一步，接下来的量产交付才是更难的。正如 Rawlinson 说的那样：Words are cheap. We are nothing until we’ve got anything into production（放狠话很容易，但是在真正量产前，我们屁都不是）。

Lucid Air Dream Edition specs:

118 kWh usable battery capacity

• 22 modules

• 2170-type cylindrical cells (6,600)

• >900 V battery system

EPA range:

• Dream Edition Performance (19") - 471 miles (758 km)

• Dream Edition Performance (21") - 451 miles (726 km)

• Dream Edition Range (19") - 520 miles (837 km)

• Dream Edition Range (21") - 481 miles (774 km)

0-60 mph (96.5 km/h) time

• Dream Edition Performance (19") - 2.5 seconds

• Dream Edition Performance (21") - 2.42 seconds; quarter-mile in 9.67 seconds @149.87 mph *on prepared track surface

• Dream Edition Range (19") - 2.7 seconds

• Dream Edition Range (21") - 2.74 seconds

top speed of 168 mph (270 km/h)

dual motor all-wheel drive

• Dream Edition Performance - 1,111 hp (828 kW) and 1,025 lb-ft (1,390 Nm)

• Dream Edition Range - 933 hp (695 kW) and 1,025 lb-ft (1,390 Nm)

on-board charger: 19.2 kW

fast charging at up to around 300 kW (about 20 minutes to replenish 300 miles of range)

参考资料：

• 雪球【run_rabbit_run】《Lucid Air：电机》

• 公众号 【调皮的JINX】《辨-电驱动技术—Lucid首席工程师谈三电设计》

• 公众号 【电动新视界】《Lucid Air motor混合磁铁技术介绍》

• 西瓜视频【大刘科普】《Lucid Motors电机技术独家揭秘！马斯克的噩梦？》

• 汽车之家《特斯拉杀手？关于Lucid Air的核心信息》