[狂人新聞台] Taycan硬知識 - -12,000 Nm扭力 解密Porsche Taycan 動力核心

＃小編：坐穩了！令人屏息震驚的加速力道將駕駛和乘客狠狠壓進座椅

永磁同步馬達（PSM）而不是非同步馬達（ASM）

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。在 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。

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。

脈衝變流器的控制系統 蘊含保時捷的科技心血結晶

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。此一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 800 V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。

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。
此一組合賦予Taycan Turbo S強大的動力。前軸電動馬達的 440 Nm扭力經由齒輪比轉換後，將約 3,000 Nm的扭力傳至車輪；後軸電動馬達的 610 Nm扭力在第一檔時倍增為 9,000 Nm，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。

＃Porsche #Taycan #TurboS ＃永磁同步馬達 ＃髮夾型繞組 ＃

👨‍🏫 難得沒被炒的公司
這間公司是老朋友了，雖然是半導體 IC 設計公司，但過去兩年價格都沒什麼起伏的慢慢漲，相當的低調，起初的價格為 65 元，期間最高漲到 92 元，2 年來也配發了約 5~6% 的股利，累積報酬 41%，雖說沒什麼人關注，但業績也是穩定的向上。
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🧐 茂達 (6138)是怎麼樣的公司?
台灣類比 IC 設計績優生，成立於 1997 年，為台灣第一家掛牌的 Power IC 設計公司，資本額僅 7.3 億元，員工人數 280 人，但 股東權益報酬率 (ROE) 有 20%，賺錢效率極佳，是一間小型的 IC 設計績優公司。
公司於 2000 年啟動轉型，為了滿足高端市場需求，跨入大 數位/混合 IC 設計市場，成為類比 IC 供應商，提供更完整的Mix-signal Power IC 解決方案。
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小百科 : 什麼是 類比 IC ?
IC 種類可分為 數位 IC 與 類比 IC，數位 IC 負責處理數位資訊，以 0、1 非連續性方式傳送訊息，主要負責數位資料的計算、交換、儲存等任務。
類比 IC 則負責處理 連續性 類比訊號，如光、熱、速度、壓力、溫度、聲音等，扮演現實與數位電子系統的溝通媒介，因能耐高壓、耐大電流，所以主要運用在電源供應器、數位類比轉換器等。
在 IC 設計產業中，類比IC比重雖不大，但強調製程、電路設計、半導體物理特性的整合能力是以經驗取勝之產品，因此具有進入障礙，因為轉換供應商成本較高、產品生命週期稍長的特性，較無產品快速殺價的壓力。
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🧐主要產品 : 電腦&電競周邊
可分為三大宗 :
1) 功率金氧半電晶體(MOSFET) 46.5%
這 46.5% 主要來至子公司大中(TW- 6435)，是針對筆電市場推出的新轉換器，取代傳統電源管理晶片，可提升效能及降低功耗。如果不知道就看下面這個影片。
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2) 影音及驅動 IC 25%
驅動 IC 主要應用在筆記型電腦，負責送出馬達風扇控制訊號，只要是有風扇的電子產品 (GPU、CPU、電競及伺服器)，都會有它的影子，這部份全球市占率約 50%。另外還有像耳機裏頭的 IC 與 挖礦機風扇馬達 IC 都屬於這部分營收。
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3) 電源轉換及管理IC 28.01%
電源切換與管理類型的 IC，主要功能就是用於延長電池使用時間，穩定電壓及降低消耗功率，應用於數位信號處理器、可攜式及桌上型電腦、主機板、NB、TV、手機等。
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終端應用
應用領域含括所有 IT 終端產品，包括:
筆記電腦、主機板、智慧手機、
平板電腦、液晶電視、機上盒、
路由器、5G基地台應用、電源供應器、
致冷風扇，以及家電與車用等。
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營收佔比方面
NB(筆電) 佔 15~20%
MB(主機板) 佔15~20%
VGA 顯卡佔 5~10%
Fan(風扇) 佔 35~40%
顯示裝置 (螢幕) 約佔 5~10%
其他類(行動裝置、通訊等)約佔5~10%。
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【電流特徵＋建立模型＋巡檢定位，多方會診設備健康狀態】

設備機台的維護有三個層次：事發修復、預防保養和預知保養。以構造簡單、成本低廉、應用廣泛的感應馬達為例，正確的預知保養並排除設備的初期故障，可節省 5～20% 能耗。理論上，馬達接近全載時效率最高，但實務上基於可靠度起見，寧可讓多台馬達以 50% 效率同時平行運轉，意謂有半數能源將被浪費！假如處於「半載運轉、但振動未達極限值」，效率會更低；且只量測振動無法評估設備運轉效能，須借助預知保養、依設備即時狀態進行維護。

此外，平行運轉會導致機組「掛點」的時間點相近，越早預知狀態、計算效率，以便及時修護或置換，越有助於備料、估算排程並避免額外損失，偏偏早期振動訊號的微幅上升難以察覺，唯有預知維護才能減少無預警停機。預知保養的檢測技術眾多、莫衷一是，各家互有長短、相輔相成。其中，「振動特徵分析」常用於檢知機械運作，目前業界大多參考 ISO 10816，對於不同的設備功率及基座安裝型式，訂有對應的振動速度方均根值上限及安全等級。

此法可以概括的得知機台的整體狀態，但無法進一步確認故障的成因，且無法預測突發式的故障。另一個方法是觀測振動頻譜，更能辨識問題環節；也有人會在機台安裝多個加速度計 (Accelerometer) 量測，然後從廠務端拉線至中控台、收集數據，但缺點是：硬體需求大、通訊成本高、須慎選量測點位置並排除環境嘈雜的干擾因素。振動頻譜分析在操作上常遇到的困境是：量測多少會干擾製程或現場工作，需要作業人員的配合，但現場人員對於頻譜分析未必有經驗。

這些消極方式僅能檢測會隨時間惡化的故障情形，無法應對突然跳機或已進入故障／失效末期、須立即處置者，且異常訊號易受干擾、數據分析需要專業奧援。於是，業界試圖從量測「電訊號」、冀透過「電壓／電流特徵分析」和以此為基礎的物理模型診斷設備，可直接從中央控制端擷取資料、省下設備端部署成本。高溫、高壓、粉塵皆容易引發感測器、致動器零部件或設備機構故障，可能是漸進、突然、間歇性發生，假如觀測時間不夠長，很難從設備端擷取訊號解析。

因此，建議以「電流特徵分析」對轉動設備進行長時間的連續監控，一旦檢知設備的異常情形，再輔以現場設備的「振動量測」或「頻譜分析」進行確認。電訊號十分敏感，且可估算能耗並回推電流負載率，監測供電品質。不過，訊號式終究只能檢驗設備機械異常，無法具體顯示異常狀況與能耗間的關係，用以維持設備運轉效率；若欲獲悉更明確的訊息或是早期預警，須輔以模型式診斷。電壓、電流可與振動檢測並行不悖，前者用以做連續性監測、發現異常後，再用手持式設備定位確認，遠較在各機台安裝許多加速度計更為實際。

延伸閱讀：
《「預知保養」防患未然，複合式檢測相得益彰》
http://compotechasia.com/a/feature/2018/1211/40617.html
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