保時捷 Porsche 電動車的動力系統大解密:永磁同步馬達(PSM)

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。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。

 

動力核心: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。

 

 

Taycan 電動馬達採用「髮夾型繞組」技術,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。

 

核心組件: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。

 

 

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。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。

 

結構緊湊: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。

 

 

飛輪結構:轉子內填滿了呈 V 形排列的永久磁鐵。

 

 

脈衝變流器的控制系統負責將 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。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。

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C Jay
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