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如何把電能轉化成動能?淺談電動車馬達的奧秘
小明
小明是車我就愛
2.1萬瀏覽/2021-07-14
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電動車看似構造簡單,但其實蘊含大量科技,光是馬達就有好幾種,而「永磁同步馬達」是靠什麼優勢成為現在電動車主流?

電動車在這幾年有著跳躍性發展,被認為是汽車產業的未來,在傳統燃油車上,動力心臟是來自於「引擎」,沒了引擎的電動車則是由「馬達」承擔輸出動力的責任,直列引擎、V型引擎、水平對臥引擎,不同引擎型式有不同的優缺點,而電動車的馬達其實也有不同種類!

馬達是如何運作?靠什麼產生動能?

馬達的運作原理非常簡單,由固定不動的「定子」以及會旋轉的「轉子」所組成,使用的是最基本的電磁感應原理,根據安培右手定則,將電流通過導體周圍,就會產生磁場,若將導體置於另一固定磁場中,則將產生「同性相吸、異性相斥」現象,進而造成轉子移動產生動能,所有類型的馬達運作都是根據以上原理,差別在於產生磁場的方式不同。


馬達百百種,哪個最適合當作車輛動力來源?

馬達有很多種類,若以電流種類來區分,可劃分「直流馬達」與「交流馬達」兩大類,直流馬達又可再區分為「有刷」及「無刷」,有易於控制與構造簡單的優點,但其特性較不適合高溫、易燃環境,雖然廣泛應用在消費產品上,但並不適合當作電動汽車的動力來源。賓士EQA馬達結構而交流馬達具有效率高、輸出大的特性,是目前電動車主要採用的動力來源,其中又可區分成「感應馬達」及「永磁同步馬達」,兩者間最大差異是其中轉子的不同,永磁同步馬達的轉子自帶磁場,而感應馬達的轉子只是導體並不帶磁場,是通電之後產生電磁感應才能與定子進行運動,因此也稱為「感應非同步馬達」。2012年特斯拉Model S推出時採用的感應馬達感應馬達可以說是現代工業使用最廣的馬達種類,有易於控制轉速、構造簡單、成本較低及維護容易等優點,被廣泛應用在各個場合,家裡的電風扇、洗衣機等日常電器都能見到,而在電動車上,採用感應馬達最知名的車廠就是特斯拉,在2019年進行改款前,旗下Model S、Model X就採用兩具感應馬達作為動力來源,另外Audi e-tron、賓士EQC等車款也是採用感應馬達,不過缺點是體積較大、耗能較高。保時捷Taycan的永磁同步馬達而目前最多電動車使用的則是永磁同步馬達,最大原因是在同等功率條件下,有體積更小、重量更輕、效率更高的優勢,單就體積來說,永磁同步馬達可以比感應馬達小25%,但輸出效率卻好上一截,因此在對空間錙銖必較的車輛設計上獲得重用,BMW i3、保時捷Taycan、Jaguar I-Pace、特斯拉Model 3等車款皆採用永磁同步馬達,Model S、Model X在2019年改款後也換上前永磁+後感應的馬達設計。


永磁同步馬達的關鍵優勢保時捷Taycan馬達構造前面有說到永磁同步馬達的轉子自帶磁場,其中就是因為轉子是使用永久磁鐵製成,這是唯一不需要通電就帶有磁場的磁鐵,除了有助於縮小馬達體積,也可以在更短時間內達到高轉速,使馬達出力更直接快速、耗能更少。保時捷Taycan馬達中的永磁轉子雖然種種條件看來,永磁同步馬達比感應馬達還要強,然而其中永久磁鐵的關鍵原料是必須使用釹鐵硼這類稀土金屬打造,這不僅讓永磁同步馬達的成本提高不少,地球上的稀土資源也有限,是將來全面發展電動車勢必會遇到的問題,因此研發替代原料、開發不需稀土的馬達成了近年車廠們的目標。

馬達雙分天下
低成本、高耗能v.s效率好、高成本綜觀來說,永磁同步馬達與感應馬達是現在、也將是未來電動車動力來源的兩大主要技術方向,兩者雖然各有優缺點,但與燃油引擎一樣,不同型式的馬達並沒有絕對的誰好誰壞,這要取決於車款的整體定位與以及鎖定買家族群的需求而定,不過可以肯定的是,隨著科技進步、經驗累積,未來的馬達效能只會越來越強大。

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