【四輪解密】解析主流電動車馬達系統!同步 vs 非同步優勝劣敗?

【四輪解密】解析主流電動車馬達系統!同步 vs 非同步優勝劣敗?
【四輪解密】解析主流電動車馬達系統!同步 vs 非同步優勝劣敗?

轉眼不出幾年的時間,電動車早已成為最具代表性的移動指標,並且隨著工藝技術不斷演進之下,車型選擇自然也是趨於多元豐富;不過在有關於動力來源-電動馬達的討論上,卻好似以為「電動車=永磁同步馬達」?

當然不是...今次咱們就來好好討論一下所謂的「永磁同步電動馬達」與較為少見的「感應式非同步電動馬達」間差異啦!

同不同步

簡單一點的來說,同步與否和轉子設計有著莫大的關係。
簡單一點的來說,同步與否和轉子設計有著莫大的關係。

從兒時記憶的四驅軌道車,一直到如電風扇、吹風機等等層面的運用,真要說起來電動馬達的存在早已超過數百年之久,只是這數年的演化之下仍大底不脫馬達本體「定子+轉子」的組合,而所謂定子便是馬達中外圍固定不動的部分,並且纏繞大量的銅線組成線圈,通電產生電生磁效應而影響內部的轉子結構,只是說這轉子結構的不同,也自然變定義了所謂同步與非同步之間的差異所在。

永磁同步電動馬達

內部的轉子使用永久磁鐵,定子通電後便開始同步轉動。��圖片來源:Porsche
內部的轉子使用永久磁鐵,定子通電後便開始同步轉動。👉圖片來源:Porsche
輸出即時、重量輕體積又小,用在Porsche Taycan非常合理。
輸出即時、重量輕體積又小,用在Porsche Taycan非常合理。

永磁在前而同步在後,永磁同步電動馬達的轉子直接自帶磁場,選用永久磁鐵製作而成,而在外圈的定子進行通電、產生磁性後,內部的永磁轉子便會開始同步驅動,因而便以「永磁同步電動馬達」稱之,那麼也正是因為是同步驅動的特性,反應自然也較為迅速即時、損耗較低等優點,體積更小、重量更輕,如今像是Porsche Taycan、Audi e-tron GT等車款獲得重用。

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感應式非同步電動馬達

Audi e-tron 就是個感應式非同步電動馬達的應用實例。��圖片摘自:Audi
Audi e-tron 就是個感應式非同步電動馬達的應用實例。👉圖片摘自:Audi

在了解永磁同步電動馬達後,另一端的感應式非同步電動馬達則是採用截然不同的設計,然而就字面上:感應式在前、非同步在後的主從關係來看,其轉子就不是使用永久磁鐵、而是使用高導材料環繞而成;就運作原理上,在外部定子通電、產生磁場的同時,便會開始影響內部轉子進行驅動,由於是一層一層相互感應和影響的路徑,因而轉子總是在追趕著定子旋轉磁場的速度,也得到「感應式非同步電動馬達」之名。

即使重達2,661kg,Audi e-tron S Sportback仍有著4.5秒加速破百成績。
即使重達2,661kg,Audi e-tron S Sportback仍有著4.5秒加速破百成績。

從2019年以前的Tesla車款(之後改為永磁同步+感應式非同步)到Audi e-tron、Mercedes-EQ EQC等等皆是使用感應式非同步電動馬達的結構設計,雖然就馬達特性上在「定子通電-轉子感應」進而產生驅動力的路徑,效率絕對不比永磁同步馬達高,且高導材料的轉子再怎麼減重也絕對比不過永久磁鐵,還需要更為複雜的冷卻系統,但由於功率提升速度較快和易於控制的優勢,加速性能更強,並且無需釹、鐵、硼等稀土資源、有著較低的製造成本。

總的來看,不諱言的永磁同步電動馬達在效率上明顯優於感應式非同步電動馬達,有著相對起來較高的行駛里程,但也別忘了所需要的稀土資源如何進一步墊高造車成本。感應式非同步電動馬達看似是個舊時代產物、除了造價便宜就沒有任何可取之處,但更高的轉速範圍使得它擁有更好的加速性能和極速表現,並且在高溫狀態下也不會有磁力消退的問題,以至於為何Tesla Model S和Model X直到近年才由全感應式非同步,改為前永磁而後感應的特殊設計。

所以說同步與非同步之間到底誰優誰劣...倒也不是非常的絕對,應該是說該如何替產品定位找到最合適的結構設計才是!

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