[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。
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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
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