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Gogoro的馬達有比較特別嗎?–馬達技術解密

source:William Li

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「電動車」使用者一直跟行動不便的身障者、從菜市場滿載而歸的老人,或在觀光景點悠閒環湖的遊客劃上等號,只是現在,這種刻版印象應該要改觀了!

有鑑於其緩慢的速度,電動車長期被框架在既定使用模式下,但就在今年夏天,出現了一台不同於以往、甚至可以說是直攻痛處的智慧型電動車-Gogoro。究竟它是如何破解「魔咒」?這台挑戰限制的前驅者,其創新便是來自於它動能的靈魂──馬達:

馬達(又稱為電動機)是一種將電能轉化成機械能、再以機械能產生動能來驅動裝置的電氣設備。那馬達是如何運轉的呢?這要來談談「電」與「磁」之間的微妙關係,如果將指北針放在導線附近並通上電,就會觀察到指針有明顯的偏轉現象,這表示當導線中有電流通過時,其周圍會產生磁場(指受磁力所影響的場域範圍)。當通電的導線放置於以固定磁鐵產生的磁場內時,利用電流磁效應可使導線移動,若電流方向不變就會產生連續的轉動,因而產生動能。透過下圖的示意圖可以理解如何從磁場和電流方向,利用「右手開掌定則」來判斷受力方向。

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知道馬達如何轉動後,該如何讓它的動力提高呢?這取決於「電磁鐵」磁場的強度,那電磁鐵又是什麼?電磁鐵便是以通電來產生磁力的裝置,從「右手安培定則」可以知道,當直流電通過螺旋狀的導體時會產生具有方向性的磁場,若在螺旋線圈中加入磁性物質(如鐵芯),此磁性物質便會被磁化且達到加強磁場的效果。一般來說,磁場的強度和電流大小、線圈匝數和磁性物質的材質有關,電流越強、線圈匝數越多,磁場就會越強,動力也會提高。

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和一般市面上現有的電動車相較,Gogoro 的馬達產生的動力較高,但體積卻相較小上許多,這顛覆了以往馬達「越大越有力」的想法,其原因就在於它的獨門銅線纏繞技術。為了解密其中的技術,泛科學專訪了 Gogoro 研究團隊,團隊表示 Gogoro 的馬達原以電腦先行模擬、運算出銅線編織結構,再請經驗老道的師傅手工纏繞,但以普通方法並無法在預期的體積內完成此纏繞模式,「這不是科學上的創新,而是技術上的挑戰。」Gogoro 產品管理經理王光祖語帶堅定的說Gogoro 研發團隊將整顆馬達模組化、切割成 12 等分,並在每等分上以自動化技術用更密集的方式堆疊銅線,「就像小時候玩四驅車一樣,要想辦法在一顆馬達上繞上越多銅線越好。」再以串接技術連接起所有銅線,組裝、固定成完整的馬達。

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馬達在產生動能的過程中也會產生熱能,這時候冷卻系統就很重要了,冷卻系統能夠幫助動力系統在運作過程中達到熱平衡,不讓零件因過熱而損耗,尤其 Gogoro 在馬達體積縮小、維持高功率情況下,會達到發熱密度Gogoro 採用高效率的水冷系統,藉由冷卻液在水流道中循環帶走熱能,再經由散熱器的鰭片和外界的空氣進行熱能交換,以維持冷卻液的溫度。比起傳統水冷系統,這款水冷系統以模組化設計的散熱器配合車體空氣流道,來取代耗電的風扇與過長的水管,讓體積變小、質量更輕,不但提高整體的能源使用效率、導風效果更好,精簡零件避免了維修的風險,模組化設計也易於拆解、清洗。

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除了動力系統本身以外,傳動系統和懸吊系統的配合也會影響馬達的功率輸出。比起需要維持扭力輸出而使變速系統損耗較大的汽油引擎,電動車的馬達只需要通電就能全扭力運轉,而 Gogoro 更是使用了輕量、高張力的碳纖維複合材質傳動皮帶,以及體積小、動力輸出平穩、效率更高的行星齒輪作為減速裝置。且不同於一般電動車將馬達置於後輪附近以利於驅動,Gogoro 則是將馬達置於車架中間,使後輪在行駛過程中所產生的跳動不會影響馬達構造,維持良好的壽命表現。

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根據截自今年8月的統計,台灣的機車數量是約1,400萬輛左右,其中電動車約有3萬輛;每年各家機車廠商賣出約80萬輛燃油機車,電動機車卻不到9千輛。台灣交通環境下,一般人通勤還是以成本和功能為選擇考量,然而 Gogoro 不以車商角度自居,以自行開發設計、台灣製造和智慧化系統為賣點進軍電動機車市場。Gogoro 特製馬達的確給了電動機車彪悍的能耐,但是否能夠帶著 Gogoro 衝破現在環境、價格和使用習慣等挑戰,甚至往「行動能源」、「大數據」等願景前進,是值得關注的下一步。

source:William Li

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