暗物質電機是什么？和YASA、長城、比亞迪的設計理念有何不同？

在探索汽車動力技術的最前沿，柯尼賽格以其創(chuàng)新的“暗物質”電機，展現(xiàn)了軸向磁通盤式電機的極致性能。本期通過解析其設計理念與工程哲學，我們見證了電機領域從徑向磁通向軸向磁通的轉變，以及無磁軛拓撲、雙倍轉子等前沿技術的應用。這些技術不僅提升了電機的功率密度和能效，也為未來汽車動力系統(tǒng)的演進指明了方向。

暗物質電機你聽過嗎？39 公斤 600 千瓦，功率密度遠超特斯拉？小作坊難道又要下猛料？

無磁軛拓撲、軸向磁通、六相驅動。設計理念到底和國產有何不同？

1700 匹馬力、3500 ?！っ住?1.9的零百、400的極速，究竟是噱頭還是黑科技？

本期懂車老王，咱們就借柯尼賽格Gemera(圖片|配置|詢價)搭載的暗物質電機，帶你看懂各家電機的設計理念和工程哲學。

暗物質物理學界也還是懵懂狀態(tài)，柯尼賽格就把人家名字占了，事實上，這臺電機里面并沒有暗物質，也無法產生吞噬行星的能量，它僅僅是一種創(chuàng)新的軸向磁通永磁同步電機。

去年一年，老王帶大家見證了很多有意思的電機，像特斯拉，華為，比亞迪，最近又拆了iCAR03和小米的V8s，除了這些純電EV，也有像沃爾沃P4，豐田的THS、本田i-MMD，比亞迪的DMO這些混動電機。但柯尼賽格這臺電機和我們之前所有電機都不同，這種全新形態(tài)的盤式電機，功率輸出可以做到600千瓦，卻只有39公斤，功率密度達到了15.4千瓦每公斤，可以說把特斯拉Plaid和YASA電機都甩在了后面。

其實你從暗物質電機的圖片來看，也沒覺得有多稀奇，不就是一個扁平的盤式電機么，這類電機我們之前也見過一些，像老王剛講過的長城Hi4-Z和蘭博基尼使用的YASA，還有奔馳的ISG混動，都屬于盤式電機。

盤式電機起初就是為了混動而生的，而且往往在P2這個位置，不過最早的有據可查的實驗型P2架構貌似是沒用盤式電機的，比如這輛80年代百利通打造的六輪混動車，他們家是做割草機的兩沖單缸和拖拉機雙缸起家的，當時石油危機爆發(fā)，這家公司的老板覺得自己也可以效仿蘭博基尼，來一次拖拉機變超跑的華麗轉型，于是就開發(fā)了這輛混動六輪車，電機就位于兩缸發(fā)動機和4速變速箱之間，油耗百公里不到八個，但可惜發(fā)動機功率只有13千瓦，最高車速100左右，最后不了了之。

當時很多公司對這輛車做過研究，有一種說法是因為電機和電池過重，不是不想上大排量，而是載荷非常難平衡，如果能用上軸向方向相對緊湊的盤式電機，這輛車可能也不必用六個輪子去平衡，整車定義水平不高。但這輛車卻實實在在啟發(fā)了很多公司，這里面包括大眾、奔馳和保時捷，八十年代之后，這些車企就把盤式電機的需求提上日程了。

相信很多人都開過2010款的途銳和卡宴S的混動，包括最近幾年奔馳9AT搭配的ISG電機，無一例外從外形上來看，都可以歸納為盤式電機。

講到這，老王跟大家做個互動，以下三種電機之前節(jié)目我都講過，分別是比亞迪、長城Hi4-Z的P2、以及蘭博基尼上面的YASA，你覺得誰和誰更親近，更適合歸納為一類電機？大家可以把你的挑選，寫在彈幕和留言中。

我相信很多人會把YASA和長城Hi4-Z的兩個盤式電機歸為一類，因為他們長得真的很像。但我現(xiàn)在講一個概念，大家看懂以后，你會覺得長城Hi4-Z和比亞迪分成一類更為合適。這個概念叫做電機的拓撲結構，說白了，我們在看待電機時不可只看形狀，還是要看磁通走向。

拓撲這個詞來源于數(shù)學，電機拓撲學和數(shù)學拓撲都是不考慮尺寸和形狀的變化，只研究結構的內在關系的科學。舉個例子，一個甜甜圈和一個咖啡杯，在拓撲學上是相同的， 因為它們都只有一個通孔，你如果把咖啡杯想象成橡皮泥做的，你從把手這個地方一捏，它其實就變成一個甜甜圈，只要不在咖啡杯上打出另一個通孔，拓撲關系就都是一樣的。

在電機領域，電機不同的定義就不再是尺寸大小，而是不同的磁通和繞組的拓撲分布。我們主要觀察的是磁感線生成的方向，到底是徑向還是軸向。

我們現(xiàn)在最普遍的徑向磁通電機，就是我手中這種，這是一個切開的比亞迪e3.0電機的定子，六層發(fā)卡扁線，扁線這一圈是要過電流的，電流會豎著按照扁線電機的閉合回路旋轉，產生的磁場就是沿著電機半徑方向的。

那么再看看長城Hi4-Z的盤式電機，因為內部要容納一套行星排，軸向尺寸又要足夠短以容納后面的3擋變速箱，雖然它電機非常扁平，但因為永磁體出來的磁感線依然是半徑方向為主，無論做得有多緊湊，還是不可算軸向磁通，只能稱之為一種非典型的、扁平狀的徑向磁通電機。這就是我們說，為什么長城和比亞迪的更為接近。

那真正的軸向磁通又是什么樣的？你看這是YASA的電機，它的繞線方式使得磁感線和電機軸線平行，所以這種就是軸向磁通電機。記住這個形態(tài)我們一會兒還要講。

通過這幾個素材，大家要知道一個概念，雖然大多數(shù)盤式電機都是軸向磁通，但盤式電機不可和軸向磁通電機劃等號。“盤式”只是幾何描述，電機種類仍然要由磁通路徑的拓撲結構來決定。所以你別看長城Hi4-Z和YASA都是盤式外形非常緊湊，比亞迪那么老大個，但要論親疏遠近，長城的Hi4-Z的P2電機，和比亞迪的驅動電機它是一類的，都屬于徑向磁通，而YASA則是另一類，軸向磁通。

緊接著問題來了，就是人們?yōu)樯兑_發(fā)軸向磁通電機？往大了說，這是人類不斷探尋更強動力的一個追求，往小了說，總有一些車在設計時，需要在有限空間內做出更大的功率，這就是我們常說的體積功率密度和重量功率密度，并且以后者為主要考核對象。

電機沖片，傳統(tǒng)徑向磁通的電機有個最大的困難，就是永磁體它無法做到緊貼表層，當然貼在表層的這種電機也有啊，叫表貼式電機，但這種電機無法做到高轉，可以忽略不計，現(xiàn)如今只要講究功率講扭矩講轉速的電機，疊片必須要考慮高轉速避免解體這樣的問題，所以會反復設計這個磁橋，就是永磁體它距離定子會非常的遠，而軸向磁通因為磁感線沿著軸向，定轉子可以扁平化處理，讓磁通路徑更短，銅損和鐵損都會更低，更容易獲得功率輸出。

這也是開發(fā)軸向磁通電機的初衷，我們看到柯尼賽格的暗物質電機，包括YASA的盤式電機，它們的繞組磁感線，都是垂直于電機軸線的，定子線圈繞線方向造成它的磁感線和電機軸線平行，而此前我們講過的多數(shù)電機都應該叫做非盤式的徑向磁通電機，主要利用的是轉子沖片上嵌入的永磁體沿電機半徑方向擴散出來的磁感線，去和定子的旋轉磁場進行配合，這樣布局的優(yōu)點就是效率高，散熱好，缺點就是軸向尺寸長而且特別重，用在純電上面還好，混動上就不太利于內燃機協(xié)同布局，而把這種電機做成盤式的形狀，既可以獲得高功率，又可以變得又輕又緊湊。

明白了這個之后，你會發(fā)現(xiàn)，在具體設計上，軸向磁通盤式電機根據磁軛的有無，還可以分成了兩大派別。這又是一層細分，本期我們都要去搞清楚。大家看這張圖，你覺得這倆圖有啥區(qū)別么？

給大家三秒鐘時間，3、2、1，沒錯，看上去二者都由類似的軸向線圈組成，但右側這個底部有一個類似托盤的鐵家伙，另一個則沒有，無磁軛就是左邊這樣的，每個線圈獨立，它們之間不用下面的鐵盤子作為磁軛連一起，也可以生成旋轉磁場去驅動轉子。

軛是啥意思，軛的英文叫做Yoke，這是少數(shù)中英文意義一致的詞匯，都指的是套在牛馬脖子上的橫木，代表一種駕馭牲口的農具。在電機中，磁軛的作用正如牛軛一樣，引導磁通的路徑。

本質它是提供了一個低磁阻通道，讓磁場能高效閉合，避免磁場漏磁和無序擴散，和把無序變?yōu)橛行虻?、駕馭牲畜的農具有高度的關聯(lián)耦合性。像YASA這個名字就是按這個核心技術起的，全稱Yokeless And Segmented Armature無軛分段定子。 Yokeless無磁軛是因，Segmented Armature分段定子為果，因果相交，進而得名。目前YASA公司作為奔馳控股的獨立供應商，和柯尼賽格暗物質電機在行業(yè)內都是頂流。

在電機中，空氣的磁阻大于鐵，磁感線如同水往低處流的道理一樣，會往磁阻小的地方去聚集，軛鐵本身不產生磁場，但可以通過自身導磁性，讓磁通盡可能在體內閉合，像引導牲畜那樣將磁場引導到想要的地方去優(yōu)化電機性能。但缺點也隨之而來，就是這么大一個鐵盤子里充滿磁感線，磁場旋轉起來得是什么效果？自然會帶來鐵耗發(fā)熱。

這個時候柯尼賽格發(fā)現(xiàn)，可以取消最下面的大鐵盤，通過空氣或者其他非磁性材料將每個磁體隔開，做成相互獨立的，形成一種新的電機，就叫做無磁軛電機，這一點和YASA一致。但獨立之后我們的收益是什么？這是需要講清楚的，無磁軛設計雖然減少了鐵損，但磁通路徑受限，容易造成漏磁，下降電機的整體磁通密度。

現(xiàn)在各個品牌在電機上面的設計理念都是如何提升功率密度和能效指標，在盤式軸向磁通電機這個領域主要有兩個手段，一個叫做優(yōu)化氣隙，另一個叫做雙倍快樂。 咱一個個說。

首先，氣隙Air Gap這個概念，指的是電機定轉子的間隙，雖然看起來不大，但對于電機的性能至關重要。它是磁場的橋梁，連接了“產生磁場”的定子和“被磁場驅動旋轉“的轉子。磁通量需要穿過這個微小的氣隙，才能在轉子上產生扭矩形成驅動力。

原則上，電機的設計方向，就是在不剮蹭的前提下，把電機氣隙盡可能做小去縮短磁路，磁路短了后，磁通密度就增加了，扭矩和功率都容易做大，而且還不用大幅提高電流作為補償，所以銅損也可以做的很小。而且你發(fā)現(xiàn)軸向磁通電機，它的轉子不需要經過徑向電機的疊片那樣的磁橋壁面，可以快速直接地到達緊挨著的定子上，因此磁感線會集中在磁體和繞組附近，鐵損會非常小，再有就是輕量化可以做得更好?？梢宰岆姍C布局更靈活，就算實在沒招了，增大一下圓盤的面積重新布局磁鋼，和軸向距離也沒關系。你看柯尼賽格Gemera，前橋的暗物質電機就是X縱向的，像蘭博基尼又可以讓電機和前橋車軸Y方向平行，布局方式非常多樣。

傳統(tǒng)徑向磁通電機的氣隙是一個圓筒，氣隙面積基本等于轉子圓柱的側面積。想增加扭矩，要么增加半徑，要么拉長電機，上次老王試駕的保時捷PPE平臺的Macan Turbo,它搭載的ECM頂級的電機就是通過這兩個策略來區(qū)分高低配功率的。

在徑向磁通電機你基本上可以做一個總結，就是在一定維度內，電機布局的形式，空間架構，基本上是受到諸多限制的，包括分布式，分布式電機可能還好一些，兩邊一邊一個像Zeekr001 FR是交錯布局，小米V8s是對稱布局，大家可以看我之前的節(jié)目。

軸向磁通電機其實還有一個絕招，這類電機除了輕以外，不是又去掉了磁軛么，你有想過去掉這么大一側的這個鐵盤會造成什么嗎？沒錯，就是兩側磁感線就變對稱的了，此時，如果將兩側各設置一個轉子，就可以得到一個雙倍轉子電機，或者像這張圖，中間是轉子，兩側各采用一個線圈，雙倍定子。當然，從嚴謹?shù)慕嵌葋碚f，有磁軛的電機也可以做成雙轉子，這張圖就是反例，但這樣一來線圈的高度就不可保證，還是做不大扭矩。

所以總的來說，去掉磁軛之后，線圈高度和匝數(shù)的提升，得到的功率收益它是指數(shù)型的，這就是柯尼賽格暗物質高功率密度的訣竅之一。

通過本期大家應該至少可以明確一個概念，就是當電機尺寸一定時，氣隙的表層積越大，意味著定子和轉子之間的磁場作用范圍更廣，能容納更多的磁通，進而提高電磁作用力。因此，在相同體積下，氣隙表層積越大，電機能產生的扭矩也就越大。從而提升輸出。

盤式軸向磁通電機本質上就是運用完全不同的拓撲設計，把之前徑向磁通的瓶頸進行突破，解決了一些痛點。當然，盤式軸向磁通電機也有缺點，最大的一個缺點就是散熱需求是極高的，這個我們后期會講怎么解決這個問題，這是需要一期完整節(jié)目分享的。

其實本期還要留一個懸念，就是從拆下來的逆變器來看，柯尼賽格暗物質電機大概率是一種特殊的六相或者雙三相定子，廠家同樣也起了一個炸裂的名字叫做軌道定子，這是一種獨特的六相拓撲結構。融合了軸向和徑向磁通，普通電機我們都知道出來的是UVW三相，逆變器把電池直流電改為交流，然后用UVW三相去輸入。

暗物質電機的六相設計，將正弦波間隔由120度縮短到60度，相位分布更均勻，能有效下降電流紋波。相同的逆變器開關頻率，等效諧波頻率會更高，開關周期內的電流波動也會更小，從而優(yōu)化噪音和振動?？履豳惛裰霸诎l(fā)布會上曾暗示過，會在今年年內通過專利上傳的形式來披露技術細節(jié)，大家可以關注一下我，咱們專利披露之后馬上出節(jié)目。

從數(shù)據來看，傳統(tǒng)的徑向磁通電機很難突破 10千瓦每公斤，而柯尼賽格可以達到 15.4 ，高于了特斯拉的徑向磁通電機，也高于了YASA的軸向磁通電機，不過不太清楚和比亞迪580千瓦相比，二者誰更厲害。簡單來說，這臺暗物質電機，你可以認為是目前乘用車最強的輸出。

參數(shù)

Koenigsegg Dark Matter

Tesla Model S Plaid 電機

Rimac Nevera 電機

功率

800 hp (600千瓦)

400 hp (298千瓦)

470 hp (350千瓦)

扭矩

1250 Nm

600 Nm

700 Nm

重量

39 kg

45 kg

42 kg

功率密度

15.4千瓦/kg

~6.6千瓦/kg

~8.3千瓦/kg

磁通類型

徑向磁通+混合結構

碳套徑向磁通

徑向磁通

當然電機可不光只有定子，這臺電機的轉子也值得分享。首先就是電機軸，柯尼塞格的電機轉子軸采用了300M特種鋼，老王去查了一下供應商Tech Steel and Materials這家公司的資料，這種特殊鋼材是一種低合金真空熔煉鋼。如果你不懂這些，你可以記住，飛機起落架和襟翼上使用的材料和暗物質電機軸是一樣的。

其次，轉子碳纖維纏繞，這個很多家都有比如特斯拉，但纏繞方式與Model S Plaid略有不同，特斯拉采用的是濕法纏繞。上一次老王講柯尼賽格時，分析過輪轂的空心碳纖維包覆技術叫做Aircore ，這種技術這回也用在了這款電機的轉子上。

而且用到了高溫模壓技術，是將預先浸漬樹脂的碳纖維編織物經過特定角度鋪層，然后放入模具進行高溫高壓加熱的工藝，目的是讓樹脂完全滲透碳纖維并且凝固成型，而且柯尼賽格的標準和F1是一樣的，會有二次高溫處理，進一步優(yōu)化樹脂的交聯(lián)結構，提高耐久和強度。

其實我在和歐洲的一些工程師朋友交流時，他們還給我講了一個方案，柯尼賽格差一點就用了，就是結合了鈦金屬絲做了一個復合嵌套纏繞。一般我們認知中的鈦合金比如鈦六鋁四釩，這種材料因為太硬不容易編織，柯尼賽格用了一種新材料叫做鈦三鋁二點五釩，這種材料有很好的抗腐蝕性，并且彈性模量比不錯，相對容易編織，最關鍵的是這種材料，基本可以認為是和碳纖差不多的非磁性或弱磁性材料。

那么我得到的消息是，柯尼賽格暗物質電機，已經有用到冷拉拔工藝做成直徑只有幾十微米的細絲與碳纖維進行編織，最終把爆破轉速做到了7萬轉的原型機，但因為這輛車實際應用區(qū)間只有3萬轉左右，所以用高溫模壓就夠了。這些技術目前僅作為儲備，但即便如此，目前的暗物質電機依然把對手甩在了后面。

本期老王在寫稿時，一開始是想去研究一下為啥柯尼賽格Gemera這輛車可以把一輛三缸車賣到兩千萬？但研究過程當中，越看越驚訝。首先，他這車是個2+2的大四座，后排賊寬敞，后備箱還能放不少行李。

當你驚訝于它舒適性時，你會發(fā)現(xiàn)它還設計了一個大尺寸無B柱剪刀門，這已經很拉風了。當你覺得這輛車就算性能稍微差都能接受時，你發(fā)現(xiàn)它總輸出竟然高達到1700馬力和3500牛米的峰值扭矩，零百加速只有1.9 秒，極速高于400公里每小時的。此外，他還有后輪轉向、自適應懸架、主動空氣動力學和前后排都有大型娛樂屏，就差給你配一冰箱了。

其實Gemera這臺三缸機也挺逗的，它名字特別萌叫TFG，Tiny Friendly Giant，友好的小巨人，但實際上你了解它之后你會發(fā)現(xiàn)它既不友好馬力也不小，尺寸上也不是個巨人。他有一項叫做FreeValve氣門的黑科技咱們之前講過，就是取消了凸輪軸，改用電機控制液壓系統(tǒng)去獨立控制每個氣門的開閉時間和角度，可以做出普通發(fā)動機想都不敢想的輸出曲線。而且它只有70公斤，體積也非常小。搭配三臺暗物質電機，能爆發(fā) 1700 馬力的綜合功率。

最離譜的是，柯尼賽格可能已經提前知道老王討厭三缸機了，所以Gemera這輛車上還貼心地提供了另一種選項，就是用4.0V8發(fā)動機取代三缸，讓整車總功率達到了更恐怖的2300馬力和3728?！っ住?/p>結尾

節(jié)目的最后老王想說，如果你去看老王之前幾期節(jié)目你會有一種感覺，就是各大品牌對電驅動的接受度完全不一樣，法拉利家大業(yè)大，既能讓V12馬王傲然獨立，也能用F80混動新旗艦指點江山；蘭博基尼妙手生花，把變速箱做成P2P3自由切換的混動架構；布加迪更是豪氣沖天，直接融資孵化出瑞馬克，全力打造電動新貴，保時捷911加了兩臺電機，都不給哪怕一公里的純電能力，貌似對和新能源沾上邊非常敏感，野馬GTD更是堅持內燃機直到宇宙恒星熄滅的盡頭。

而柯尼賽格，這個追求極致性能的小作坊，資源有限，只能挑選劍走偏鋒，深挖電驅，在混動領域狂下猛料，祭出了“暗物質”電機，讓 Gemera這輛車啟發(fā)了整個汽車行業(yè)。本期我們探討的磁通拓撲結構、輕量化工藝，以及復合材料，這些獨特的技術，不只是柯尼賽格的獨門絕技，更是未來民用車的風向標，根據老王的消息，新型盤式電機，隨著應用的需求，今后會在國產車型中逐漸嶄露頭角。汽車的世界里，動力的演進從來都是一場關于極限與平衡的博弈。從蒸汽機、內燃機再到電驅，人類不斷在功率、重量、效率之間找尋最優(yōu)解。

我是老王，下期見