[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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#科語錄 你知道現在電路的運算基礎是怎麼打下的嗎？
　
邏輯設計的運算採用布林代數，但是第一個將布林代數應用於電路上的，卻是被稱為「資訊理論之父」的夏農 (Claude Elwood Shannon)。
　
而他的碩論《繼電器與交換電路的符號分析》，更被後世譽為資訊時代的大憲章。
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從小就喜歡搞電子實驗的夏農，自密西根大學畢業時已取得數學與電機雙學位，接著便進入MIT電機研究所就讀，並在科學巨擘凡納爾・布希 (Vannevar Bush) 教授的實驗室當研究助理。
　
當時，夏農的主要工作是協助調整布希所設計的分析儀，需要掌握近百個控制電動馬達的繼電器。
　
繼電器的開關掌控著電流進出，串成迴路後，就能以特定的順序開開關關，讓微分分析儀解出各種微分方程式。
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第二年暑假，夏農到了正在開發「縱橫式自動交換機」的美國電話電報公司（AT&T）貝爾實驗室實習。
　
雖然和夏農過去操作的微分分析儀不同，但聰明的夏農卻能看出兩者在運作上的共通點。
　
兩個繼電器在一條電路上前後串聯，必須打開電流才能通過。若電路一分為二，各經一個繼電器再並聯，其中只要有一個是開的，電流就能繼續往前了。
　
領悟這其中奧妙的夏農，從這組實體電路聯想到了抽象的邏輯關係，更看出電子迴路與布林代數的關聯。
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在夏農眼中，繼電器的開、關兩種狀態，恰可用布林代數中的 1 與 0 兩種數字表示。
　
不只如此，他還將繼電器的串聯看作邏輯運算的「且」(AND)，並聯則當成「或」(OR)，就這樣一彈指，將所有的迴路都用布林代數來描述。畢竟如果可以簡單誰想要複雜對吧XD
　
回到學校，夏農以此做為碩論題目。沒多久，便在 1937 年完成碩士論文──《繼電器與交換電路的符號分析》(A Symbol Analysis of Relay and Switching Circuits)。
　
而論文更是開宗明義地宣告：「任何電路都可以用一組方程式表示，……。事實證明，其計算方式完全等同於符號邏輯所用的命題運算。」
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這篇碩論公開後立即引起巨大迴響，甚至被譽為「應該是本世紀最重要、最值得注意的碩士論文」；原本複雜的電路圖改用布林代數表示後，就能在機器實際建造前先計算出執行的結果，找出更精簡的方案，錯誤成本大幅降低。
　
科技產品也因為設計效率提升、製造成本下降，得以更迅速推陳出新，往後計算機、電腦的發展也受惠於他的創見。
　
很快地，打造現代電腦的各路好漢，也將在這條計算機路上一個個出現。
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本文改寫自泛科學文章《獨自搞定電腦與通訊的理論基礎，卻罕為人知的天才——夏農│《電腦簡史》數位時代（四）》
https://pansci.asia/archives/191130
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延伸閱讀：
夏農誕辰│科學史上的今天：4/30
https://pansci.asia/archives/140465
人工智慧憑什麼叫做人工智慧？AI的名稱政治學──《科學月刊》
https://pansci.asia/archives/139201