暗物质电机是什么？和YASA、长城、比亚迪的设计思路有何不同？

导视

暗物质电机你听过吗？39 公斤 600 千瓦，功率密度远超特斯拉？小作坊难道又要下猛料？

无磁轭拓扑、轴向磁通、六相驱动。设计思路到底和国产有何不同？

1700 匹马力、3500 牛·米、 1.9的零百、400的极速，究竟是噱头还是黑科技？

本期懂车老王，咱们就借柯尼赛格Gemera(图片|配置|询价)搭载的暗物质电机，带你看懂各家电机的设计思路和工程哲学。

开头

暗物质物理学界也还是懵懂状态，柯尼赛格就把人家名字占了，事实上，这台电机里面并没有暗物质，也无法产生吞噬行星的能量，它仅仅是一种创新的轴向磁通永磁同步电机。

去年一年，老王带大家见证了很多有意思的电机，像特斯拉，华为，比亚迪，最近又拆了iCAR03和小米的V8s，除了这些纯电EV，也有像沃尔沃P4，丰田的THS、本田i-MMD，比亚迪的DMO这些混动电机。但柯尼赛格这台电机和我们之前所有电机都不同，这种全新形态的盘式电机，功率输出可以做到600千瓦，却只有39公斤，功率密度达到了15.4千瓦每公斤，可以说把特斯拉Plaid和YASA电机都甩在了后面。

为什么会有盘式电机？

1. 盘式电机的发展

其实你从暗物质电机的图片来看，也没觉得有多稀奇，不就是一个扁平的盘式电机么，这类电机我们之前也见过一些，像老王刚讲过的长城Hi4-Z和兰博基尼使用的YASA，还有奔驰的ISG混动，都属于盘式电机。

盘式电机起初就是为了混动而生的，而且往往在P2这个位置，不过最早的有据可查的实验型P2架构貌似是没用盘式电机的，比如这辆80年代百利通打造的六轮混动车，他们家是做割草机的两冲单缸和拖拉机双缸起家的，当时石油危机爆发，这家公司的老板觉得自己也可以效仿兰博基尼，来一次拖拉机变超跑的华丽转型，于是就开发了这辆混动六轮车，电机就位于两缸发动机和4速变速箱之间，油耗百公里不到八个，但可惜发动机功率只有13千瓦，最高车速100左右，最后不了了之。

当时很多公司对这辆车做过研究，有一种说法是因为电机和电池过重，不是不想上大排量，而是载荷非常难平衡，如果能用上轴向方向相对紧凑的盘式电机，这辆车可能也不必用六个轮子去平衡，整车定义水平不高。但这辆车却实实在在启发了很多企业，这里面包括大众、奔驰和保时捷，八十年代之后，这些车企就把盘式电机的需求提上日程了。

相信很多人都开过2010款的途锐和卡宴S的混动，包括最近几年奔驰9AT搭配的ISG电机，无一例外从外形上来看，都可以归纳为盘式电机。

1. 什么是拓扑概念？

讲到这，老王跟大家做个互动，以下三种电机之前节目我都讲过，分别是比亚迪、长城Hi4-Z的P2、以及兰博基尼上面的YASA，你觉得谁和谁更亲近，更适合归纳为一类电机？大家可以把你的选择，写在弹幕和留言中。

我相信很多人会把YASA和长城Hi4-Z的两个盘式电机归为一类，因为他们长得真的很像。但我现在讲一个概念，大家看懂以后，你会觉得长城Hi4-Z和比亚迪分成一类更为合适。这个概念叫做电机的拓扑结构，说白了，我们在看待电机时不能只看形状，还是要看磁通走向。

拓扑这个词来源于数学，电机拓扑学和数学拓扑都是不考虑尺寸和形状的变化，只研究结构的内在关系的科学。举个例子，一个甜甜圈和一个咖啡杯，在拓扑学上是相同的， 因为它们都只有一个通孔，你如果把咖啡杯想象成橡皮泥做的，你从把手这个地方一捏，它其实就变成一个甜甜圈，只要不在咖啡杯上打出另一个通孔，拓扑关系就都是一样的。

在电机领域，电机不同的定义就不再是尺寸大小，而是不同的磁通和绕组的拓扑分布。我们主要观察的是磁感线生成的方向，到底是径向还是轴向。

我们现在最常见的径向磁通电机，就是我手中这种，这是一个切开的比亚迪e3.0电机的定子，六层发卡扁线，扁线这一圈是要过电流的，电流会竖着按照扁线电机的闭合回路旋转，产生的磁场就是沿着电机半径方向的。

那么再看看长城Hi4-Z的盘式电机，因为内部要容纳一套行星排，轴向尺寸又要足够短以容纳后面的3挡变速箱，虽然它电机非常扁平，但因为永磁体出来的磁感线依然是半径方向为主，无论做得有多紧凑，还是不能算轴向磁通，只能称之为一种非典型的、扁平状的径向磁通电机。这就是我们说，为什么长城和比亚迪的更为接近。

那真正的轴向磁通又是什么样的？你看这是YASA的电机，它的绕线方式使得磁感线和电机轴线平行，所以这种就是轴向磁通电机。记住这个形态我们一会儿还要讲。

通过这几个素材，大家要知道一个概念，虽然大多数盘式电机都是轴向磁通，但盘式电机不能和轴向磁通电机划等号。“盘式”只是几何描述，电机种类仍然要由磁通路径的拓扑结构来决定。所以你别看长城Hi4-Z和YASA都是盘式外形非常紧凑，比亚迪那么老大个，但要论亲疏远近，长城的Hi4-Z的P2电机，和比亚迪的驱动电机它是一类的，都属于径向磁通，而YASA则是另一类，轴向磁通。

什么是轴向和径向电机？暗物质都不属于

紧接着问题来了，就是人们为啥要开发轴向磁通电机？往大了说，这是人类不断探寻更强动力的一个追求，往小了说，总有一些车在设计时，需要在有限空间内做出更大的功率，这就是我们常说的体积功率密度和重量功率密度，并且以后者为主要考核对象。

电机冲片，传统径向磁通的电机有个最大的困难，就是永磁体它无法做到紧贴表面，当然贴在表面的这种电机也有啊，叫表贴式电机，但这种电机无法做到高转，可以忽略不计，现如今只要讲究功率讲扭矩讲转速的电机，叠片必须要考虑高转速防止解体这样的问题，所以会反复设计这个磁桥，就是永磁体它距离定子会非常的远，而轴向磁通因为磁感线沿着轴向，定转子可以扁平化处理，让磁通路径更短，铜损和铁损都会更低，更容易获得功率输出。

这也是开发轴向磁通电机的初衷，我们看到柯尼赛格的暗物质电机，包括YASA的盘式电机，它们的绕组磁感线，都是垂直于电机轴线的，定子线圈绕线方向导致它的磁感线和电机轴线平行，而此前我们讲过的多数电机都应该叫做非盘式的径向磁通电机，主要利用的是转子冲片上嵌入的永磁体沿电机半径方向扩散出来的磁感线，去和定子的旋转磁场进行配合，这样布局的优点就是效率高，散热好，缺点就是轴向尺寸长而且特别重，用在纯电上面还好，混动上就不太利于内燃机协同布局，而把这种电机做成盘式的形状，既可以获得高功率，又可以变得又轻又紧凑。

什么是磁轭Yoke？

明白了这个之后，你会发现，在具体设计上，轴向磁通盘式电机根据磁轭的有无，还可以分成了两大派别。这又是一层细分，本期我们都要去搞清楚。大家看这张图，你觉得这俩图有啥区别么？

给大家三秒钟时间，3、2、1，没错，看上去二者都由类似的轴向线圈组成，但右侧这个底部有一个类似托盘的铁家伙，另一个则没有，无磁轭就是左边这样的，每个线圈独立，它们之间不用下面的铁盘子作为磁轭连一起，也可以生成旋转磁场去驱动转子。

轭是啥意思，轭的英文叫做Yoke，这是少数中英文意义一致的词汇，都指的是套在牛马脖子上的横木，代表一种驾驭牲口的农具。在电机中，磁轭的作用正如牛轭一样，引导磁通的路径。

本质它是提供了一个低磁阻通道，让磁场能高效闭合，防止磁场漏磁和无序扩散，和把无序变为有序的、驾驭牲畜的农具有高度的关联耦合性。像YASA这个名字就是按这个核心技术起的，全称Yokeless And Segmented Armature无轭分段定子。 Yokeless无磁轭是因，Segmented Armature分段定子为果，因果相交，进而得名。目前YASA公司作为奔驰控股的独立供应商，和柯尼赛格暗物质电机在行业内都是顶流。

在电机中，空气的磁阻大于铁，磁感线如同水往低处流的道理一样，会往磁阻小的地方去聚集，轭铁本身不产生磁场，但可以通过自身导磁性，让磁通尽可能在体内闭合，像引导牲畜那样将磁场引导到想要的地方去优化电机性能。但缺点也随之而来，就是这么大一个铁盘子里充满磁感线，磁场旋转起来得是什么效果？自然会带来铁耗发热。

这个时候柯尼赛格发现，可以取消最下面的大铁盘，通过空气或者其他非磁性材料将每个磁体隔开，做成相互独立的，形成一种新的电机，就叫做无磁轭电机，这一点和YASA一致。但独立之后我们的收益是什么？这是需要讲清楚的，无磁轭设计虽然减少了铁损，但磁通路径受限，容易导致漏磁，降低电机的整体磁通密度。

现在各个品牌在电机上面的设计思路都是如何提升功率密度和能效指标，在盘式轴向磁通电机这个领域主要有两个手段，一个叫做优化气隙，另一个叫做双倍快乐。 咱一个个说。

什么是电机的气隙？

首先，气隙Air Gap这个概念，指的是电机定转子的间隙，虽然看起来不大，但对于电机的性能至关重要。它是磁场的桥梁，连接了“产生磁场”的定子和“被磁场驱动旋转“的转子。磁通量需要穿过这个微小的气隙，才能在转子上产生扭矩形成驱动力。

原则上，电机的设计方向，就是在不剐蹭的前提下，把电机气隙尽可能做小去缩短磁路，磁路短了后，磁通密度就增加了，扭矩和功率都容易做大，而且还不用大幅提高电流作为补偿，所以铜损也可以做的很小。而且你发现轴向磁通电机，它的转子不需要经过径向电机的叠片那样的磁桥壁面，可以快速直接地到达紧挨着的定子上，因此磁感线会集中在磁体和绕组附近，铁损会非常小，再有就是轻量化可以做得更好。可以让电机布局更灵活，就算实在没招了，增大一下圆盘的面积重新布局磁钢，和轴向距离也没关系。你看柯尼赛格Gemera，前桥的暗物质电机就是X纵向的，像兰博基尼又可以让电机和前桥车轴Y方向平行，布局方式非常多样。

传统径向磁通电机的气隙是一个圆筒，气隙面积基本等于转子圆柱的侧面积。想增加扭矩，要么增加半径，要么拉长电机，上次老王试驾的保时捷PPE平台的Macan Turbo,它搭载的ECM顶级的电机就是通过这两个策略来区分高低配功率的。

在径向磁通电机你基本上可以做一个总结，就是在一定维度内，电机布局的形式，空间架构，基本上是受到诸多限制的，包括分布式，分布式电机可能还好一些，两边一边一个像Zeekr001 FR是交错布局，小米V8s是对称布局，大家可以看我之前的节目。

轴向磁通电机其实还有一个绝招，这类电机除了轻以外，不是又去掉了磁轭么，你有想过去掉这么大一侧的这个铁盘会导致什么吗？没错，就是两侧磁感线就变对称的了，此时，如果将两侧各设置一个转子，就可以得到一个双倍转子电机，或者像这张图，中间是转子，两侧各采用一个线圈，双倍定子。当然，从严谨的角度来说，有磁轭的电机也可以做成双转子，这张图就是反例，但这样一来线圈的高度就不能保证，还是做不大扭矩。

所以总的来说，去掉磁轭之后，线圈高度和匝数的提升，得到的功率收益它是指数型的，这就是柯尼赛格暗物质高功率密度的诀窍之一。

通过本期大家应该至少能够明确一个概念，就是当电机尺寸一定时，气隙的表面积越大，意味着定子和转子之间的磁场作用范围更广，能容纳更多的磁通，进而提高电磁作用力。因此，在相同体积下，气隙表面积越大，电机能产生的扭矩也就越大。从而提升输出。

盘式轴向磁通电机本质上就是运用完全不同的拓扑设计，把之前径向磁通的瓶颈进行突破，解决了一些痛点。当然，盘式轴向磁通电机也有缺点，最大的一个缺点就是散热需求是极高的，这个我们后期会讲怎么解决这个问题，这是需要一期完整节目分享的。

柯尼赛格的轨道定子

其实本期还要留一个悬念，就是从拆下来的逆变器来看，柯尼赛格暗物质电机大概率是一种特殊的六相或者双三相定子，厂家同样也起了一个炸裂的名字叫做轨道定子，这是一种独特的六相拓扑结构。融合了轴向和径向磁通，普通电机我们都知道出来的是UVW三相，逆变器把电池直流电改为交流，然后用UVW三相去输入。

暗物质电机的六相设计，将正弦波间隔由120度缩短到60度，相位分布更均匀，能有效降低电流纹波。相同的逆变器开关频率，等效谐波频率会更高，开关周期内的电流波动也会更小，从而优化噪音和振动。柯尼赛格之前在发布会上曾暗示过，会在今年年内通过专利上传的形式来披露技术细节，大家可以关注一下我，咱们专利披露之后马上出节目。

从数据来看，传统的径向磁通电机很难突破 10千瓦每公斤，而柯尼赛格可以达到 15.4 ，超过了特斯拉的径向磁通电机，也超过了YASA的轴向磁通电机，不过不太清楚和比亚迪580千瓦相比，二者谁更厉害。简单来说，这台暗物质电机，你可以认为是目前乘用车最强的输出。

转子的黑科技：碳纤维包裹技术

当然电机可不光只有定子，这台电机的转子也值得分享。首先就是电机轴，柯尼塞格的电机转子轴采用了300M特种钢，老王去查了一下供应商Tech Steel and Materials这家公司的资料，这种特殊钢材是一种低合金真空熔炼钢。如果你不懂这些，你可以记住，飞机起落架和襟翼上使用的材料和暗物质电机轴是一样的。

其次，转子碳纤维缠绕，这个很多家都有比如特斯拉，但缠绕方式与Model S Plaid略有不同，特斯拉采用的是湿法缠绕。上一次老王讲柯尼赛格时，分析过轮毂的空心碳纤维包覆技术叫做Aircore ，这种技术这回也用在了这款电机的转子上。

而且用到了高温模压技术，是将预先浸渍树脂的碳纤维编织物经过特定角度铺层，然后放入模具进行高温高压加热的工艺，目的是让树脂完全渗透碳纤维并且固化成型，而且柯尼赛格的标准和F1是一样的，会有二次高温处理，进一步优化树脂的交联结构，提高耐久和强度。

其实我在和欧洲的一些工程师朋友交流时，他们还给我讲了一个方案，柯尼赛格差一点就用了，就是结合了钛金属丝做了一个复合嵌套缠绕。一般我们认知中的钛合金比如钛六铝四钒，这种材料因为太硬不容易编织，柯尼赛格用了一种新材料叫做钛三铝二点五钒，这种材料有很好的抗腐蚀性，并且弹性模量比较好，相对容易编织，最关键的是这种材料，基本可以认为是和碳纤差不多的非磁性或弱磁性材料。

那么我得到的消息是，柯尼赛格暗物质电机，已经有用到冷拉拔工艺做成直径只有几十微米的细丝与碳纤维进行编织，最终把爆破转速做到了7万转的原型机，但因为这辆车实际应用区间只有3万转左右，所以用高温模压就够了。这些技术目前仅作为储备，但即便如此，目前的暗物质电机依然把对手甩在了后面。

柯尼赛格Gemera最终什么样？

本期老王在写稿时，一开始是想去研究一下为啥柯尼赛格Gemera这辆车可以把一辆三缸车卖到两千万？但研究过程中，越看越惊讶。首先，他这车是个2+2的大四座，后排贼宽敞，后备箱还能放不少行李。

当你惊讶于它舒适性时，你会发现它还设计了一个大尺寸无B柱剪刀门，这已经很拉风了。当你觉得这辆车就算性能稍微差都能接受时，你发现它总输出竟然高达到1700马力和3500牛米的峰值扭矩，零百加速只有1.9 秒，极速超过400公里每小时的。此外，他还有后轮转向、自适应悬架、主动空气动力学和前后排都有大型娱乐屏，就差给你配一冰箱了。

其实Gemera这台三缸机也挺逗的，它名字特别萌叫TFG，Tiny Friendly Giant，友好的小巨人，但实际上你了解它之后你会发现它既不友好马力也不小，尺寸上也不是个巨人。他有一项叫做FreeValve气门的黑科技咱们之前讲过，就是取消了凸轮轴，改用电控液压系统去独立控制每个气门的开闭时间和角度，可以做出普通发动机想都不敢想的输出曲线。而且它只有70公斤，体积也非常小。搭配三台暗物质电机，能爆发 1700 马力的综合功率。

最离谱的是，柯尼赛格可能已经提前知道老王讨厌三缸机了，所以Gemera这辆车上还贴心地提供了另一种选项，就是用4.0V8发动机取代三缸，让整车总功率达到了更恐怖的2300马力和3728牛·米。

结尾

节目的最后老王想说，如果你去看老王之前几期节目你会有一种感觉，就是各大品牌对电驱动的接受度完全不一样，法拉利家大业大，既能让V12马王傲然独立，也能用F80混动新旗舰指点江山；兰博基尼妙手生花，把变速箱做成P2P3自由切换的混动架构；布加迪更是豪气冲天，直接融资孵化出瑞马克，全力打造电动新贵，保时捷911加了两台电机，都不给哪怕一公里的纯电能力，貌似对和新能源沾上边非常敏感，野马GTD更是坚持内燃机直到宇宙恒星熄灭的尽头。

而柯尼赛格，这个追求极致性能的小作坊，资源有限，只能选择剑走偏锋，深挖电驱，在混动领域狂下猛料，祭出了“暗物质”电机，让 Gemera这辆车启发了整个汽车行业。本期我们探讨的磁通拓扑结构、轻量化工艺，以及复合材料，这些独特的技术，不只是柯尼赛格的独门绝技，更是未来民用车的风向标，根据老王的消息，新型盘式电机，随着应用的需求，今后会在国产车型中逐渐崭露头角。汽车的世界里，动力的演进从来都是一场关于极限与平衡的博弈。从蒸汽机、内燃机再到电驱，人类不断在功率、重量、效率之间找寻最优解。

我是老王，下期见