双转子结构与一体化轮毂电机

电动汽车驱动技术日新月异，德国初创公司DeepDrive正以“双转子”电机架构引领创新。DeepDrive开发出一种内外双转子加夹心定子的电机设计，不仅实现高扭矩密度和高效率，还能用于轮毂电机等多种方案。

Deep Drive

结构原理

DeepDrive的双转子电机采用径向磁通拓扑，独特之处在于定子被夹在内外两个转子之间。简单来说，它用第二个转子取代了传统电机中的定子背铁，定子同时驱动内、外两个转子一起旋转。

这种“双转子+夹心定子”的U型结构将气隙面积加倍，并为磁钢提供了更多空间，在相同尺寸和磁体质量下可将扭矩提升约30%。

也就是说，DeepDrive相当于将两台电机合二为一，使得电机尺寸紧凑却能够输出更大扭矩，同时分散电磁力以降低转矩脉动和振动噪音。

Deep Drive

高扭矩密度与高效率：

得益于双转子架构，DeepDrive电机的扭矩和功率密度处于行业领先水平。中央驱动原型CSD700在集成减速后可输出高达5400 N·m的扭矩，且整机效率在宽广工况下超过96%，续航可提升约20%。

DeepDrive CSD700

双转子设计极大提高了定子磁场的利用率，使电机在整个转速范围都能保持强劲输出。

由于没有传统定子轭铁，铁芯损耗显著降低。部分负载下铁损减少约30%，有效提升了车辆在实际工况中的效率。官方数据显示，这种电机能用约一半的磁钢、五分之一的硅钢，实现同等甚至更高性能，单位扭矩成本降低约30%。

DeepDrive的双转子电机相比传统设计可减少20%的能量损耗，提高车辆续航约20%。

双转子电机内部结构 Deep Drive

创新绕组与冷却：

DeepDrive采用了革命性的定子绕组方案。

由于取消了定子铁心，需要自支撑的线圈结构来传递扭矩并散热。定子绕组使用了分布式的粗铜棒，类似扁铜汇流排，而非细漆包线，每个定子齿槽只嵌入单根铜导体，并在两侧用激光焊接固定成型，槽满率超过80%。

这种刚性铜棒绕组通过铝制支架紧密支撑，将电磁转矩从定子可靠地传递到电机壳体，并确保端部绕组得到有效冷却。由于线圈没有铁心，几乎不存在交流邻近效应损耗，可使用大截面导体使铜损降至更低。

DeepDrive电机采用简单高效的冷却方案。

定子直接水冷，省去了复杂的油冷系统。

配合碳化硅功率模块打造集成式逆变器，进一步降低了损耗并提高功率因数。

DeepDrive为应对双转子拓扑的特殊需求，开发了独特的混合三电平逆变器拓扑：

在小电流时以三电平模式驱动，减小PWM引起的涡流损耗。大功率时切换为两电平模式，兼顾效率与成本。这种逆变器在部分工况下效率高于99.4%，可将由PWM引发的磁钢涡流损耗降低75%以上。

材料节约与低噪音：

双转子架构在性能提升的同时也带来了材料与成本优势。DeepDrive电机由于没有笨重的定子铁轭，所需电工钢铁量减少约80%，且采用表贴式稀土永磁体但避免了重稀土元素的使用，磁材用量减少约50%。

转子由低合金高磁导率的实心钢深冲成型，结构简单坚固。整个设计大幅减轻了电机重量。

研究表明双转子方案的主动部件重量可比传统内嵌式永磁电机减半。更少的铁芯和优化的电磁设计还使电机运转几乎无齿槽转矩脉动，噪声震动极低：实测转矩脉动小于0.5%，运行异常平顺安静。

DeepDrive称在降低噪音方面达到了“最低噪声和转矩波动”的行业水平。

DeepDrive将双转子电机技术成功应用于轮毂驱动领域，推出了IW系列轮毂电机。

IW 2000是一款集成在19英寸车轮内的轮毂电机，峰值扭矩达2000 N·m，自重仅34 kg（含逆变器）。如此高的扭矩密度在无需齿轮减速的直驱电机中极为瞩目，IW 2000实现了零传动损耗的直接驱动，将电能直接转化为车轮扭矩，省去了齿轮传动的机械损失，提高了整车传动链效率。

一体化设计与安装：

DeepDrive的轮毂驱动单元将电机、功率电子和制动系统紧凑集成，安装于轮毂内侧，模块化程度高。安装非常简便，只需将驱动单元固定在车轮悬挂转向节上，接入高压电缆、低压控制线和冷却管路即可，即插即用。DeepDrive采用“一个尺寸通用”的设计理念，当前以19吋轮毂为基础，也可按需调整适配16吋或更大尺寸的车轮，方便主机厂在无需改变整车平台的情况下加装轮边驱动，实现纯电动四驱或混动车型的电动助力。

厂商可以在前驱或后驱车型上通过加装两个轮毂电机轻松升级为四驱，而无需重新设计中央传动系统。

对整车结构与性能的影响：

轮毂电机的优势在于释放了车身空间、简化传动结构。没有笨重的中央电机、变速箱和传动轴，整车可以腾出更多空间布局电池或增加车内空间，减少部件摩擦损耗提升续航。

但轮毂电机也带来簧下质量增加的挑战。每个车轮增重可能影响车辆的悬挂响应和行驶舒适性。

DeepDrive在设计IW系列时特别关注轻量化以缓解簧下质量问题：

通过优化结构和材料，轮毂电机大量减少了铁芯、铜和磁钢用量，仅34千克的重量使其成为同级最轻的产品之一。

轮毂电机置于车轮，更接近路噪和乘员，DeepDrive借助双转子电机超低的转矩脉动和巧妙的电磁拓扑设计，实现了轮毂驱动的静音运行。据DeepDrive工程负责人介绍，该轮毂电机在运行时噪音和振动几乎不可察，电磁噪声极低，使车辆行驶更加安静舒适。

从中长期看，一旦未来的整车平台专门围绕轮毂驱动来设计，省下的发动机舱和传动系统空间可用于更大的乘员舱、电池组或储物空间，这为新概念车提供了设计自由。

双转子径向磁通电机对比轴向磁通电机

设计与性能差异

双转子径向磁通和轴向磁通电机代表了当前高性能电机设计的两大思路。

前者以DeepDrive为代表，将传统径向磁通电机优化出“双转子”结构。

后者则以英国YASA等公司为代表，将磁通沿轴向闭合，实现“盘式”马达。

架构与磁路：

轴向磁通电机的磁通路径沿转轴方向，即定转子呈盘片状相对排列。典型设计是在单个定子圆盘两侧各放置一个转子盘，以缩短磁路、提高磁通利用率和对称性。而DeepDrive双转子电机属于径向磁通，磁通在径向穿过定子。它巧妙地在定子内外两侧各设置一个转子，等于将定子的“一侧磁路”拓展为“双侧磁路”，磁通在内外气隙形成回路。

两者都是对传统单转子径向拓扑的突破：一个改变磁通方向，一个增加转子数量和对称性。

功率和扭矩密度：

轴向磁通电机以高扭矩密度见长，扁平结构使磁钢分布在较大直径上，输出扭矩可观。

得益于双转子加持和铁心减重，DeepDrive的双转子径向电机也实现了极高的扭矩。

冷却与持续性能：

轴向磁通电机由于结构紧凑、转子-定子间隙小，在散热设计上存在挑战。它们常需要在定子盘内开设水冷通道，或利用转子盘旋转产生的气流冷却，但受限于扁平结构，散热面积有限，容易在高持续负载下温升较快。DeepDrive双转子电机的定子为圆柱形且无铁轭包裹，更易于布置冷却套管直接带走铜耗热量。绕组端部通过铝制支架连接机壳，也利于散热。

制造难度与成本：

轴向磁通电机由于形状异于传统电机，批量制造上需攻克定子绕组的绕制及定子盘、转子盘的装配定位等工艺难点。轴向磁通的定子通常由扇形磁轭拼合而成，制造和绝缘处理较复杂，磁钢也常需定制形状，导致成本较高。轴向电机虽有量产案例，但总体而言工艺尚未像传统电机般成熟。DeepDrive双转子电机则保留了许多传统径向电机的制造要素，同时在关键环节进行创新以降低成本。

DeepDrive声称电机每牛米扭矩的成本不足业内现有方案的70%.

双转子径向方案在制造和成本上的可行性更高，更有望大规模应用于平价车型，而轴向磁通电机可能仍主要服务高性能或特殊车辆领域。

DeepDrive凭借技术创新，迅速赢得了行业巨头的关注和资本青睐。早在2021年慕尼黑车展IAA上，BMW集团就发现了DeepDrive的潜力，将其纳入宝马初创车库项目并展开密切合作。

2023年3月，A轮融资筹集了1500万欧元，由宝马风投BMW i Ventures和大陆集团风投co-pace领投。随后在2024年9月完成的B轮融资中，DeepDrive又获得3000万欧元（约3350万美元），由Leitmotif等基金领投，宝马和大陆继续追加投资。截至2024年底，公司累计融资接近5000万欧元，为扩大规模化生产提供了资金。

DeepDrive已在慕尼黑规划建设生产线，计划2025年开始小批量投产双转子电机驱动单元。按照CEO Felix Pörnbacher的说法，预计2028年前后会有搭载DeepDrive电机的量产车型问世。