「連日廠都肯定」 Gogoro 怎麼做出改變市場的馬達?

過去台灣的燃油機車,License(指技術授權)幾乎都來自日本,Gogoro 獲得 Yamaha 肯定並且合作,

我感到很欣慰,代表台灣電動機車走出一條自己的路。

2018年 Gogoro 成立電動機車聯盟,日系車廠 Yamaha 也加入採用  Gogoro 的馬達和電池系統,時任經濟部長的沈榮津在記者會上如此稱讚。

沈榮津的讚賞其來有自,不只 Yamaha 在台灣推出 Gogoro 系統的EC-05電動速可達、在官方宣傳影片大大寫上「台灣 Gogoro 開發製造」, Gogoro 2015年發表第一台電動機車後,不到四年就在台灣機車市場寫下 16%市占。

Gogoro 為何能說服市場和向來以技術自豪的日廠?關鍵因素之一,就是 Gogoro 馬達一推出就突破電動速可達(electric scooter)的動力規格,比肩 125.cc 油車,我們也特別從性能表現上,深度解析 Gogoro 馬達。

 

不只是動力強 長時間全功率輸出、電能轉換率拼最高規

Gogoro 採用水冷式永磁同步馬達,永磁同步馬達的體積小、功率密度高,但相對技術和成本要求也高,市面上多數電動汽車的牽引馬達都採用此設計。

這類的馬達由定子跟轉子兩大區塊組成,定子透過變頻交流電的輸入,產生不同頻率的磁場。接著,這個變頻磁場透過與轉子的永久磁鐵相互作用,進而帶動可以旋轉的轉子,將電能轉變為動能。

而 Gogoro 採用的永磁同步馬達,由於是配合整車設計,加上研發前期做足數學計算和評估,因此在規格條件下,不僅達成功率密度高(小體積、大動力),也滿足長時間最大功率輸出,以及高能量轉換率的需求。

 舉 Gogoro S2 車款的 G2 馬達為例,從 3000 轉到 9000 轉都可以維持約 7.6 千瓦(kW)的最大功率輸出,這樣性能的小馬達,在電動機車市場相當少見。

 「也就是說,騎 Gogoro,約從時速 30 公里的低速,可以一直享有最大功率的加速感,一路催到時速 90 公里左右」 Gogoro 動力部門主管這樣說明。

這個持續「加速感」的難得處在於,很多電動機車馬達可能規格上寫一樣的大功率,但都要在一定的轉速才達到最大輸出,又或者在達到高峰後,到了高轉速輸出功率又下滑,無法維持。

此外,根據數據,在 Gogoro 馬達七成五的操作區間內,都可以有 90%以上的能源轉換效率,所以馬達把電能轉換到動能的過程中,流失的能量很少,除了節能,也讓續航更長,提升整體效能。

 

性能藏在細節裡:從銅線、磁鐵、鋼片「榨」出動力

一個永磁同步馬達像前面提到的,如要提高動力,就要有更大磁場,可能是把銅線繞製的線圈匝數變多,也可以是多加磁鐵。所以 Gogoro 縮小馬達、加強動力的第一步,就是獨門開發出,將更多線圈「塞」進馬達的技術。

最初當 Gogoro 完成動力設計圖時,連台灣頂尖的馬達師傅都認為做不出來,但Gogoro 創辦人暨執行長陸學森和團隊不放棄,抱馬達原型回家用人力慢慢繞、找到更密的繞線方式,再配合電腦和機器開發成功,最後連銅線材質和粗細等,都是歷經測試找出最佳解。 

但繞線還只能算是 Gogoro 馬達的基本功。

馬達能有好表現,開發團隊前期要先算出好的參數組合,再透過模擬找出最佳設計;比方說定子的線圈和轉子的磁鐵,都是靠矽鋼片傳導磁能,在定子上,繞線空間跟矽鋼片的比例,多少面積拿來繞線、多少留給磁力路線走,都經過優化。

「就是從每個細節榨出動力」對於研發過程,Gogoro 動力部門主管如此形容。

除定子外,轉子內磁鐵的排列方式、矽鋼片的形狀等,Gogoro 也一一模擬實驗,研究出讓磁鐵產生最大磁場的特殊角度,讓作為磁力介質的矽鋼片,能承接接近最大負荷值的磁力,減少傳導過程的能量耗損或浪費。

像這樣對參數設計和實作細節,不斷進行測試和改進,就是 Gogoro 馬達能從低轉速全功率輸出到高轉速,並做到高效電能轉換的重點之一。

 

散熱強提升性能 第一台水冷電動速克達

Gogoro 馬達的另個特別之處,是採用水冷散熱系統。由於馬達運轉時會產生高熱,為了避免過熱效能下降甚至零件耗損,汽機車都會裝設冷卻系統。

水冷顧名思義就是由水冷液流經馬達,帶走熱能。如大家所知,馬達過熱的話效率會降低,所以 Gogoro 用水冷液循環,很快的把熱能帶到散熱水排,和大氣接觸交換,每單位時間帶走的熱,比透過氣流散熱的方式多。

據統計,比起一般速可達使用的氣冷散熱系統,水冷單位面積的散熱效益,依設計可以好十到一百倍。

那為何其他速可達少見採用水冷?答案在於成本貴、且工藝技術要求高。水冷系統不只環繞馬達的水道要精細計算,還要確保馬達的防水氣密沒有問題,馬達的設計工藝複雜,因此對於生產端的挑戰更大。

對長時間高功率輸出的 Gogoro 馬達來說,水冷系統幫助 Gogoro 實現更好續航和動力,且因為換電的 Gogoro 不用等充電,所以需更強散熱力,Gogoro 也開發出整合式水冷系統,從幫浦打水流經馬達外殼,再到散熱水排,都配合整車殼體的進氣流場設計,不需傳統風扇,能減少零件與耗電。

小小的 Gogoro 馬達,藏著對動力的大大追求, Gogoro 團隊對於細節和每個可能都執著,才能有所突破,帶來不同想像。

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