[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 ＃

雷尼機車教室

1.機車的神經中樞(電子系統概論)

如果將引擎譬喻成機車的心臟，那麼燃料就跟食物，或者血液一樣重要。然而在人體中掌管一切運作的司令官，就是我們的大腦，它夠過神經系統將訊號傳給器官與組織，而在機車之中，也有類似的構造，例如噴射系統Fi管理電腦ECU、ECM之於各個感知器與最終的供油與點火。

我們都知道進壓燃排是引擎運轉的一個輪迴，但是誰讓它點火產生爆炸，誰發出個各個最終訊號，以及它的頻率為何，這一切從何而來？引擎的第一次運轉來自人力啟動或是電瓶送電給啟動馬達，爾後藉由曲軸位置感知器，讓系統可以知道引擎的轉動狀況，並且知道何時該發出下一個點火訊號，透過晶體放大以及考爾升壓，強大的電流透過火星塞成為閃電般的放電火花將汽缸中的混燃氣整個點燃於是爆炸產生，機車開始有了屬於自己的第一下心跳，這第一次的爆炸經過發電系統的磁生電原理，為下一次的爆炸儲存了能量，爾後機車可以不依靠外力，自給自足的爆炸燃燒，直到它的燃料用完為止。

機車的電力供需，我們透過路徑的方式將它稍作描述，電的起源是化油汽車款的分電盤或是噴射車款的發電機，這時磁生電的物理特性產生交流電後，透過整流器轉換為直流電，以及進行穩壓工作，以14伏特的較高電流對電瓶充電，同時電瓶也再次透過穩壓器輸出穩定的12V電流來到保險絲盒中進行電力分配。這裡不僅有啟動馬達，燈組系統、喇叭、風扇冷卻系統需要用電，某些豪華車款可能如同汽車一般有影音設備或是通訊設備需要用電，這些系統不僅藉由保險絲做安全設定，許多部位更透過繼電器或是二極體進行切換以及流向控管。

電流除了在車上扮演能量與食物的角色之外，它也是神經系統中訊號傳導的媒介。不論汽機車，在進入噴射的新世紀後，車上都開始配備處理器去計算最省的油耗與最適的點火頻率，因此整個Fi的噴射系統只為兩件事而生，一個是給多少油，一個是什麼時候點火。Fi系統的構成從進氣端、引擎本體、排氣端的依序是進氣溫度感知器，進氣壓力、節氣門開啟度、凸輪軸角度、引擎溫度、曲軸角度、排氣溫度與含氧感知器等，當然更環保的車輛還有廢氣回收、引擎吹漏等等輔助系統控制以降排污值。這些感知器大多以電位差的方式轉換成可被讀取的數值給ECU處理器，僅有少數採脈衝回饋ECU，例如點火系統。ECU電腦中還有一個固定的唯讀程式，就是所謂的map，一個三維的供油與點火程式。以上的敘述的感知器，可以偵測出目前騎車環境與電腦內map預設值的差異，然後予以補正，例如噴射供油頻率與目前最新的科技開起時間，以及點火頻率、提前與延後等變化，讓引擎處於最適化的運轉狀態，例如在化油器車款上，天氣冷熱、海拔高低等，空氣中的含氧量變化讓燃燒狀況有過濃或是過稀，如此的太過與不及表現。然而在電子噴射的世界中，這些問題將不再發生，車廠甚至再研發車輛時，就能夠將各種環境參數考量進去，爾後車輛可以自行適應各種環境與氣候，不像化油器時代，需要為各種環境修改其設定。此外，在眾多的感知器中，只須對電路予以設定，待任何部位出了問題，或是訊號斷訊，ECM都可以得知，並且發出故障訊號，通知車主趕緊回廠維修，或是提供安全模式，避免損害擴大，這些人性化的考量，亦是化油器年代所不及。

2.如何突破原廠設定，邁入改裝領域

所謂道高一呎魔高一丈，改裝的生命總是能夠找到出路，去破解原廠的Fi供油設定。其實各家車廠都是用自己的程式語言去編撰ECU內部的程式，也包括我們說的map，因此一般人要去讀取就會遇到困難。當然，如果改裝廠願意砸下重資，是沒有破解不了的程式，但是得看背後的利潤是否足以cover一切，如果市場規模經濟不夠大，這一切的開發也是枉然。這部份的改裝有所謂的取代是電腦，也就是整個ECM換成改裝廠自己出的可程式化電腦，灌入改裝廠所欲使用的軟體與map便能開始工作，目前歐陸與美國都有這樣的產品。第二種是直接更換掉原廠電腦ECM中的晶片，同樣是換上可程式化的晶片，然後灌入自己的資料進去。

如果不看破解原廠程式的做法，還有一個方法可行，雖然這個方法比較低階，但是成本較低，效果也非常顯著，重點是價錢具備親和力，能夠讓一般消費者所接受。這種方式就是先量出Fi的偵測系統感知器採用電位差或者脈衝訊號，然後加以增減觀察其變化，待抓出向量後，便可以利用可變電阻或者攔截訊號，由外界重新給於訊號，如此也可以讓ECM在正常運作下，做出供油的增減供應或是點火的提前與延後。這部分產品有國人自行研發的KOSO系列或是美國的動力司令Power Commander為代表。

他發現台灣水產養殖業增氧水車超耗電 竟然1年用電可讓高鐵跑17年 於是他投入研發新馬達 能讓水車省電五成!!! (09/29/2017 聯合報/商業週刊 1559期)

“..... 台灣水產養殖業至少有100萬台增氧機，1年用電量上看85億度，可讓高鐵列車跑17.9年，」陳善南說，這是過去沒發現的吃電怪獸，他一頭栽入節能增氧機研發。

傳統高密度的養殖漁業，為了提高池中的溶氧量，必須使用增氧機打水，以提高魚蝦的存活率。

電費是水產養殖業的3大成本之一。「水車要24小時運轉很耗電，我還特別跑到南部去看，養殖戶沿著台電的電線杆偷牽電線供電，有人因此被電死。」

辛苦堅持，換來好成果。他的智慧馬達，讓增氧機的效能大幅提升，經成功大學前瞻綠色產業科技研究暨驗證中心的實驗證明，其增氧效果比傳統水車多2倍，「更能節省約5成的耗電量。

從IC設計，投入省電馬達，原來是因為他7年前從國際能源總署的統計發現，全球有50%用電量是被馬達所消耗，因此先投入智慧馬達的研發。身為上市IC設計公司老董的陳善南帶領研發團隊，花了7年、燒光10億元，要為台灣解決缺電問題，進而找到商機。....."

文：林淑慧/商業週刊

815全台無預警大停電，造成逾600萬戶居民陷入黑暗，揭露台灣電力供應的潛藏危機。不過，卻有一家上市IC設計公司的老董，花了7年、燒光10億元，要為台灣解決缺電問題，進而找到商機。

他，是茂達電子創辦人陳善南，研發工程師出身的他，曾為台積電發表第一篇國際專利論文，早在7年前就投身節能馬達的研發，提倡「自己的電自己省」。

創辦大青節能科技，已晉升為全台最大智慧馬達製造商，從IC設計跨業經營，他要解決台灣限電危機的最新方法，竟是挑戰水產養殖業。

他發現養殖水車超耗電 1年用電可讓高鐵跑17年

「台灣水產養殖業至少有100萬台增氧機，1年用電量上看85億度，可讓高鐵列車跑17.9年，」陳善南說，這是過去沒發現的吃電怪獸，他一頭栽入節能增氧機研發。

從IC設計，投入省電馬達，原來是因為他7年前從國際能源總署的統計發現，全球有50%用電量是被馬達所消耗，因此先投入智慧馬達的研發。

當時，智慧馬達的技術，掌握在日本大廠之手，為找出節能秘密，他發揮研發工程師的性格，花了一年半拆解至少500顆的日本馬達，終於發現馬達的銅線線圈位置是其關鍵。「線圈從馬達外面改放到裡面，銅線用量省一半，成本也降低4成。」他說。

「他的馬達節電效率超過50%，拿下國內8成變頻電風扇的馬達訂單，」國內最大家電馬達供應商、宥力翔董事長邱三福說。大青不僅間接供貨給東元、聲寶、統一與奇美等大廠，也跨足商用空調馬達市場，連澳門美高梅（MGM）酒店也是它客戶。

智慧馬達一役成功叩關，有了利器加持，陳善南著手各式產品的改造，從果汁機到電動車，都有他投入研發的身影。2015年底，在富美鑫集團副總裁夏立言的引介下，結識了印尼的養殖業者，讓他找到節能的新目標。

「傳統高密度的養殖漁業，為了提高池中的溶氧量，必須使用增氧機打水，以提高魚蝦的存活率。」夏立言說。他的提醒，讓陳善南特地調閱空拍圖，觀察東南亞和台灣的養殖池增氧機（俗稱水車）的分布情況，「不只是東南亞，台灣中南部的魚塭、蝦塘，密密麻麻的分布點，都是一台台的水車。」這才發現其用電量之大。

電費是水產養殖業的3大成本之一。「水車要24小時運轉很耗電，我還特別跑到南部去看，養殖戶沿著台電的電線杆偷牽電線供電，有人因此被電死。」陳善南說，這讓他更堅定研發節能水車的決心。

他砸近6成年營收 幫水車「減重」，省電5成

傳統式水車因使用交流感應馬達，須以減速器來間接驅動馬達，只能發揮5成的馬達效率，每年耗電量更上看8,500度。他足足花了2年時間，帶領團隊研發，先是計算馬達的輸出扭力，再重新設計適合的新式水車馬達。

為達省電效果，他曾買扭力大的中國製摩托車馬達來開發，不料卻踢到鐵板。

「中國做的品質不佳，拿到池裡一試用就爆炸。」陳善南笑說。貴為上市公司老董的他，帶著工程師，「也穿著青蛙裝下水，只為了測試馬達效果，一下要去追沒綁好的浮筒，一下扯掉電線，還有一回踩到池底的魚，滑了一大跤。」20年的老戰友、大青節能科技公司總經理沈正民回憶。

最後的解決方式，還是選擇投資1億元、等同其公司去年營收的五成九，重新開模打造馬達模組；他以智慧馬達取代減速器的功率，讓增氧機成功減重40公斤，馬達效率是傳統式的3倍。

提升效率還不夠，如何防水才是關鍵。池中的水無孔不入，「從螺絲孔滲入馬達內部，造成IC驅動裝置短路，」陳善南說，為了研究防銹、防水的馬達製程，他至少做出30個馬達樣品，測試十多種防水材質，最後設計出O型環，成功封住接縫處，讓馬達滴水不進。

辛苦堅持，換來好成果。他的智慧馬達，讓增氧機的效能大幅提升，經成功大學前瞻綠色產業科技研究暨驗證中心的實驗證明，其增氧效果比傳統水車多2倍，「更能節省約5成的耗電量。」旺欣節能科技公司董事長邱毓全說。

據台電規畫，備轉容量低於50萬瓩則要啟動限電，陳善南說：「我的增氧機每台節能500瓦，全台至少有100萬台增氧機在運轉，如果全改用節能增氧機，就能節電50萬瓩，等於1個核電機組的發電量。」

稱霸相對成熟的電風扇馬達市場後，現在陳善南要進軍一個沒有既定通路的領域，他要如何讓台灣的水產養殖業，願意換上智慧省電馬達，才是接下來的挑戰。

★ 小檔案：陳善南
出生：1954年
學歷：美國新墨西哥大學電機博士
經歷：台積電研發工程師、茂達電子創辦人兼總經理
現職：茂達電子董事長、大青節能科技公司董事長
地位：全台最大智慧馬達製造商

★ 小辭典：智慧馬達，學名為「DC直流無刷馬達」。使用IC驅動器回路，透過電流切換來使馬達轉動，並結合微電子控制器，達到節能效果。當有過載或接觸不良等異常發生，能立即停止馬達運轉，比傳統交流感應式馬達更安全。

※精彩全文，詳見《商業周刊》1559期。

文章內容資料原始來源：
https://udn.com/news/story/6837/2729490