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電動馬達超高瞬間扭力輸出!原廠解密Taycan動力科技核心

2021-04-02 17:40:00聯合新聞網 記者張振群/綜合報導
關鍵字:
保時捷
Taycan
電動車
變速箱
賽車

全力踩下保時捷(Porsche)Taycan Turbo S「電」門踏板的那一刻,就會立即明白12,000個必須坐穩的理由。當Taycan把12,000Nm扭力瞬間釋放到四個車輪時,令人屏息震驚的加速力道也毫無秒差地將駕駛和乘客狠狠壓進座椅,沒有猶豫、毫無滯延,所有動力盡情全數釋放!前後軸兩具電動馬達更以幾乎恆定的動力,將車輛帶往極速。

當保時捷Taycan把12,000Nm扭力瞬間釋放到四個車輪時,令人屏息震驚的加...
當保時捷Taycan把12,000Nm扭力瞬間釋放到四個車輪時,令人屏息震驚的加速力道也毫無秒差地將駕駛和乘客狠狠壓進座椅,沒有猶豫、毫無滯延,所有動力盡情全數釋放! 圖/Porsche提供

這是一劑強力的腎上腺素,也正是保時捷打造獨特驅動科技不可或缺的要素。保時捷Taycan能獲得知名研究機構汽車管理中心(Center of Automotive Management,簡稱 CAM)評鑑為2020年全球最具創新力車款,絕對實至名歸。對保時捷而言,「創新」始終代表著將科技推向極致,保時捷亦以前所未有的方式,藉由保時捷Taycan展現將電能潛力發揮到淋漓盡致的創新實力。

對保時捷而言「創新」始終代表著將科技推向極致,保時捷亦以前所未有的方式,藉由保時...
對保時捷而言「創新」始終代表著將科技推向極致,保時捷亦以前所未有的方式,藉由保時捷Taycan展現將電能潛力發揮到淋漓盡致的創新實力。 圖/Porsche提供

來自費迪南‧保時捷博士(Ferdinand Porsche)的轉向輪轂馬達

保時捷打造電動車,絕非近年來順應潮流而生的構想;早在120多年前,年輕、創造力十足的費迪南‧保時捷博士(Ferdinand Porsche)設計出他的第一部、也是全世界第一部搭載轉向輪轂馬達的電動車時,便已深植保時捷血液中。電動車的潛能更激發出費迪南‧保時捷博士對賽車的企圖心,這部搭載轉向輪轂馬達的賽車也成為世上首部全輪驅動乘用車。

電動馬達和二速變速箱(前)與後軸平行放置。電力電子系統位於頂部。。 圖/Pors...
電動馬達和二速變速箱(前)與後軸平行放置。電力電子系統位於頂部。。 圖/Porsche提供

昔日簡單的直流電馬達早已被更精密的機器取代。但其基本的物理原則「磁性」始終不變,每一塊磁鐵都是由北極和南極組成─異性相吸,同性相斥。除了以基本粒子相互作用為基礎的永久磁鐵,在電荷移動時也會產生磁場。為了增強電磁作用,電動馬達中的載流導體被整理成一組線圈。根據馬達的設計,電磁鐵和永久磁鐵分別被佈置在兩個不同的組件上,固定不動的組件稱為「定子」,旋轉組件則叫「轉子」,藉由週期性開啟和關閉電壓所產生的吸引力和排斥力產生轉子的旋轉運動。

永磁同步馬達(PSM)非同步馬達(ASM)

然而,可不是每一種馬達都適合電動車。保時捷使用的是永磁同步馬達(PSM),較成本較低的非同步馬達(ASM)擁有更高的連續輸出功率,也不容易因過熱而需要調降功率。保時捷永磁同步馬達(PSM)透過三相交流電壓的電力電子系統供電與控制;換言之,馬達轉速由交流電壓在零點附近從正極流向負極的頻率來決定。

保時捷Taycan的前軸驅動器比後軸的驅動器更節省空間。馬達和變速箱同軸放置;轉...
保時捷Taycan的前軸驅動器比後軸的驅動器更節省空間。馬達和變速箱同軸放置;轉子、變速箱和車軸位於一直線上。 圖/Porsche提供

在保時捷Taycan的馬達中,脈衝變流器負責調節定子磁場旋轉頻率,從而管理轉子轉速。轉子採用釹鐵硼合金製成的高品質永久磁鐵,在製造過程中會經過高強度定向磁場進行永久磁化。永久磁鐵在煞車過程中也有助於高效動能回收。當車輛處於滑行狀態,馬達便進入發電模式,讓磁鐵將電壓和電流導入定子線圈。保時捷電動馬達的動能回收系統具備目前市場上最卓越的動能回收效果。

轉子內填滿了呈V形排列的永久磁鐵。 圖/Porsche提供
轉子內填滿了呈V形排列的永久磁鐵。 圖/Porsche提供

Taycan電動馬達的「髮夾型繞組」

Taycan電動馬達的「髮夾型繞組」技術亦完整體現了保時捷DNA登峰造極的科技。在這項技術中,構成線圈的導線不是圓形,而是矩形。相較於自持續滾動卷軸上取得銅線的傳統繞線技術,髮夾技術則採用成型組裝法,將矩形銅線分成個別好幾段,並彎曲成形似髮夾的U形,分別插入安裝線圈的定子疊片中,令矩形截面的表面層層相疊,再以雷射焊接「髮夾」兩端形成線圈,提升線圈密度,進而提高定子的銅含量。

保時捷髮夾技術的優勢,在於可將銅含量從過去的50%提升至近70%,達成相同容積能夠輸出更高的動力輸出與扭力目標;另一個重要的優勢則是相鄰銅線可均勻接觸,進而改善導熱,強化髮夾定子的冷卻效果。Taycan的電動馬達可將超過 90% 的能量轉化為動力:但是,與內燃機引擎一樣,耗能會轉化為熱能,這也使得電動馬達有一層冷卻水套包覆,為其散熱。

電動模組的定子主要由圓形金屬片層疊成的圓管以及銅線圈組成。U型彎線插入到管內的縫...
電動模組的定子主要由圓形金屬片層疊成的圓管以及銅線圈組成。U型彎線插入到管內的縫隙中並相互連接。 圖/Porsche提供

脈衝變流器的控制系統

為了精確控制永磁同步馬達,電力電子系統必須掌握轉子的準確角度位置,此時就得仰賴解析器了。解析器由一個磁場傳導金屬製成的轉子盤、一個勵磁線圈和兩個接收線圈組成;勵磁線圈產生磁場,透過編碼器傳輸到接收器繞組,並在接收線圈中產生電壓,電壓相位與轉子位置成比例移動。控制系統可依據這些資訊準確計算轉子的角度位置。

名為脈衝變流器的控制系統蘊含保時捷的科技心血結晶,負責將800V直流電轉換為交流電,並輸送至兩具電動馬達中。保時捷是有史以來第一家採用800V電壓的車廠,這項技術一開始是為了保時捷919 Hybrid混合動力賽車而研發,現在則運用在量產車中,採用較細的電纜降低重量和體積,進而縮短充電時間。

保時捷是有史以來第一家採用800V電壓的車廠,這項技術一開始是為了保時捷919 ...
保時捷是有史以來第一家採用800V電壓的車廠,這項技術一開始是為了保時捷919 Hybrid混合動力賽車而研發,現在則運用在量產車中。 圖/Porsche提供

Taycan電動馬達每分鐘轉速高達16,000轉。前後軸的驅動單元亦分別搭載一具變速箱,以在轉速範圍內成就保時捷經典的動態表現、效能和極速的完美協作。Taycan是史上首款後軸搭載二速變速箱的電動跑車,其中第一檔的齒比非常短,前輪動力由一組單速行星變速箱傳輸到車輪。

此組合賦予Taycan Turbo S強大的動力。前軸電動馬達的440Nm扭力經由齒輪比轉換後,將約3,000Nm的扭力傳至車輪;後軸電動馬達的610Nm扭力在第一檔時倍增為9,000Nm,齒比較長的二檔則確保高速行駛間維持高效能和動力儲備。這是一項深富開創性的先進科技,關注最細微之處,使得保時捷在純電時代仍能延續百年來的創新傳統。

保時捷Taycan Turbo S強大的動力,前軸電動馬達440Nm扭力經由齒輪...
保時捷Taycan Turbo S強大的動力,前軸電動馬達440Nm扭力經由齒輪比轉換後,將約3,000Nm的扭力傳至車輪;後軸電動馬達的610Nm扭力在第一檔時倍增為9,000Nm,齒比較長的二檔則確保高速行駛間維持高效能和動力儲備。 圖/Porsche提供

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