2026年3月16日 星期一

【圖解電動車心臟】第 7 篇(最終回):把馬達塞進輪胎裡?「輪轂馬達」與多合一超融合電驅



【圖解電動車心臟】第 7 篇(最終回):把馬達塞進輪胎裡?「輪轂馬達」與多合一超融合電驅

歡迎來到《圖解電動車心臟》解密系列的最終回!在上一篇文章中,我們看到工程師為了擺脫稀土勒索,連碳纖維包覆、鐵氧體磁鐵這種極限招式都用上了。

馬達變得越來越小、越來越扁,甚至連磁鐵都不用了。那你可能會靈光一閃:「既然馬達變這麼小,我們為什麼不乾脆把它從車身裡面拿出來,直接塞進四個輪胎裡呢?」

恭喜你,你的想法跟全球最頂尖的車廠工程師一模一樣!今天我們就來聊聊 2026 年電動車的終極夢想與現實:輪轂馬達,以及震撼業界的超融合電驅系統

科幻電影成真:輪轂馬達 (In-Wheel Motor)

傳統的汽車,動力是從車身中央的引擎或馬達產生,然後透過變速箱、傳動軸、差速器,一路千辛萬苦才把力量傳遞到車輪上。這中間不僅耗損能量,還佔用了車內巨大的空間。

輪轂馬達的邏輯極度暴力美學:直接把微型高功率馬達,鑲嵌在輪圈裡面!

這樣做有什麼好處?首先,車子底下那些笨重的傳動軸通通可以丟掉,車內空間瞬間大解放。更誇張的是,因為四個輪子都有獨立的大腦和動力,它可以做到真正的「坦克原地掉頭(Tank Turn)」、像螃蟹一樣側著開(Crab Walk),甚至在冰面上打滑的瞬間,微秒級修正單一車輪的轉速,讓車子穩如泰山。



迷思破解:為什麼不早點用?因為「物理詛咒」

既然輪轂馬達這麼神,為什麼你在路上看到的電動車幾乎都還沒裝?這就要來破解一個百年汽車物理學的迷思:簧下質量(Unsprung Mass)過重

所謂的「簧下質量」,指的是汽車避震器彈簧「以下」的重量(包含輪胎、輪框、煞車系統)。在汽車工程界有一句名言:「寧少簧下一公斤,不如少簧上十公斤」。

如果你把幾十公斤重的金屬馬達塞進輪胎裡,輪胎就會變得超級重。當車子壓到坑洞時,過重的輪胎會像一顆不受控的籃球一樣瘋狂彈跳,避震器根本抓不住它。這會導致車內乘客被震到懷疑人生,高速過彎時輪胎也會失去抓地力,非常危險!

直到 2026 年的今天,靠著超輕量化的材料、體積超小的軸向磁通馬達(對,就是第 5 篇那塊鬆餅),以及反應極快的「主動式電磁懸吊」,工程師才終於慢慢打破了這個物理詛咒,讓輪轂馬達準備走向高階量產車。

幕後黑科技:讓馬達起飛的「碳化矽 (SiC)」

不管是塞在輪子裡,還是放在車身裡,2026 年的馬達能這麼猛,其實還要感謝站在馬達背後的超級大腦:逆變器(Inverter)

馬達吃的是交流電,電池給的是直流電,逆變器就是負責把它們轉換的橋樑。以前這座橋是用傳統的矽(Silicon)做的,但在 800V 高壓快充的時代,傳統矽晶片會發高燒、受不了。

於是,碳化矽(SiC)技術誕生了!這是一種第三代半導體材料,它不僅不怕高壓、不怕高溫,它的「開關切換速度」更是傳統晶片的十幾倍。因為它切換得太快太順了,馬達的能量耗損大幅降低,續航力直接多出好幾十公里。現在沒有標配 SiC 的電動車,根本不敢說自己是最新世代!

2026 的現實王者:十二合一「超融合」電驅系統

輪轂馬達雖然科幻,但目前的絕對主流,是一場瘋狂的「俄羅斯娃娃」合併遊戲。

早期電動車打開引擎蓋,裡面是散落各地的馬達、齒輪箱、充電器、逆變器,各種粗大的橘色高壓線條纏繞在一起。但現在,像是 BYD 等大廠推出了令人震撼的「十二合一超融合電驅系統」

他們把馬達、減速器、SiC 逆變器、車載充電器、電池管理系統...全部塞進一個只有登機箱大小的金屬盒子裡!這不僅省下了大量昂貴的高壓線材,還把重量減輕了 20% 以上,把能量轉換效率推向了極致的 92%。這才是 2026 年電動車能越跑越遠、越賣越便宜的真正秘密武器。




結語:不斷跳動的電動心臟

從第 1 篇會啪啪起火花的「有刷馬達」,一路講到把馬達塞進輪胎裡的科幻狂想,這 7 篇文章帶大家走過了一趟精彩的機電物理之旅。

下次當你坐上電動車,踩下電門,感受那毫無遲滯的貼背感時,別忘了你的屁股底下,正有著精密的磁場在飛速旋轉、有 SiC 晶片在進行每秒上萬次的運算。電動車的心臟,遠比你想像的還要迷人!

《圖解電動車心臟》系列到此完結,感謝大家的閱讀!

2026年3月15日 星期日

【圖解電動車心臟】第 6 篇:擺脫稀土勒索!沒有昂貴磁鐵怎麼辦?無稀土馬達的工程奇蹟



【圖解電動車心臟】第 6 篇:擺脫稀土勒索!沒有昂貴磁鐵怎麼辦?無稀土馬達的工程奇蹟

歡迎來到電動車心臟解密系列!在上一篇文章中,我們見識到了「永磁同步馬達 (PMSM)」如何靠著超強的永久磁鐵展現恐怖的加速力。但這項黑科技背後,藏著一個讓全球車廠老闆頭痛欲裂的致命傷:稀土依賴

為了製造那些超強磁鐵,我們需要釹(Nd)、鐠(Pr)和鏑(Dy)等稀土金屬 。但這些材料不僅價格昂貴、開採過程極不環保,更面臨高度集中於單一國家的地緣政治與出口管制風險。如果買不到稀土,難道電動車就不用做了嗎?

當然不是!2026 年的瘋狂工程師們決定:「既然磁鐵這麼麻煩,那我們乾脆不用了!」

最堅不可摧的極簡鐵塊:開關磁阻馬達 (SRM)

如果要選出世界上構造最簡單的馬達,絕對是開關磁阻馬達(Switched Reluctance Motor,簡稱 SRM)。它的轉子是一塊由矽鋼片疊壓而成的實心鐵芯,上面有著像齒輪一樣的凸起,沒有任何銅線,也沒有任何磁鐵

它的原理超像你在玩磁鐵吸鐵釘:當外圍的電磁鐵通電時,轉子上的鐵齒為了尋找「磁力線最短、最輕鬆」的位置(磁阻最小原理),就會被硬生生拉過去對齊,馬達就這樣轉起來了。

以前的 SRM 雖然便宜又耐操,但轉動時會發出超巨大的噪音和震動,根本無法放在家用車上 。但到了 2026 年,工程師導入了「微秒級預測演算法(MPC)」與碳化矽逆變器,精準控制每一次通電的力道,成功把噪音壓制下來,現在連平價乘用車都準備開始使用了!




加點便宜料就很猛:同步磁阻馬達 (SynRM)

另一種兄弟款叫做同步磁阻馬達(SynRM)。為了讓力量更大,工程師在它的轉子內部挖出許多層複雜的「空氣溝槽(Flux Barriers)」,用來精確引導磁力線的走向。

最好玩的 2026 年新玩法,是 Hitachi Astemo 開發的「磁鐵輔助型同步磁阻馬達」。既然買不起稀土磁鐵,他們就把超級便宜、到處都有的「鐵氧體磁鐵(主要成分就是氧化鐵)」塞進轉子的溝槽裡。雖然鐵氧體的磁力很弱,但靠著特殊的聚磁結構和超強油冷技術,這顆馬達依然能爆發 180 kW 的超大馬力,徹底擺脫稀土勒索!

Tesla 的超狂黑科技:給馬達穿上「碳纖維緊身衣」

Tesla 在 2026 年量產的第四代驅動單元(搭載於 Cybercab 平台與小改款 Model Y),也正式宣布達成「零稀土永磁馬達」的成就 !

前面提到,便宜的非稀土磁鐵有一個大缺點:太脆了。如果讓馬達飆到每分鐘兩萬轉(20,000 rpm),強大的離心力會直接把這些脆弱的磁鐵甩碎 。

為此,Tesla 從航太工業借來了技術,用高張力的「碳纖維」把整個轉子緊緊纏繞包覆起來。這件「碳纖維緊身衣」完美抵抗了擴張力,保護了內部脆弱的磁鐵,更震撼的是,這讓單顆馬達的成本極限壓縮到了 1000 美元以下!



鍊金術成真?氮化鐵與無接觸供電

除了上述方法,2026 年還有兩個令人下巴掉下來的黑科技:

  • 人造超級磁鐵:Stellantis 聯手材料公司發表了「氮化鐵(Fe16N2)」馬達。用地球上最多的「鐵」和「氮」合成出理論磁力比頂級稀土磁鐵還要強的材料,簡直就是現代鍊金術 !
  • 無線充電馬達:BMW 和 Renault 放棄了永久磁鐵,改用定子把電傳給轉子來製造磁場(外激磁同步馬達 EESM)。更猛的是 ZF 系統,直接在馬達內部加入「高頻無線感應」,連傳電用的實體電刷都省了,完全沒有物理磨損。

看著工程師們為了擺脫稀土,硬是把各種瘋狂點子變成現實,是不是覺得特別熱血?

不過,我們現在看的都是一顆顆獨立的馬達。在 2026 年的最終極態勢裡,這些馬達的「形狀」和「位置」將發生更不可思議的變化——它們甚至被直接塞進了輪胎裡!敬請期待系列最終回:【2026 未來已來】把馬達塞進輪胎裡?「輪轂馬達」與十二合一超融合電驅!

2026年3月14日 星期六

【圖解電動車心臟】第 5 篇:現代 EV 的終極武器!永磁同步馬達與「軸向磁通」的降維打擊



【圖解電動車心臟】第 5 篇:現代 EV 的終極武器!永磁同步馬達與「軸向磁通」的降維打擊

歡迎回到電動車心臟解密系列!在上一篇文章中,我們認識了沒有實體磁鐵、靠著物理感應苦苦追趕的交流感應馬達(ACIM)。雖然它很耐用,但在這個講求「零百加速 3 秒內」、「續航力破千」的 2026 年瘋狂 EV 時代,我們需要的是更殘暴、更高效的終極武器。

於是,工程師們決定把最強力的「稀土永久磁鐵」直接塞進馬達肚子裡,這就誕生了目前稱霸電動車界的主力:永磁同步馬達(Permanent Magnet Synchronous Motor,簡稱 PMSM)

完美同步的雙人舞:永磁同步馬達

上一篇我們說到,感應馬達的轉子永遠追不上外圍的磁場(有轉差率)。但 PMSM 不一樣!它的轉子內部直接鑲嵌了磁力超強的「釹鐵硼」永久磁鐵。

因為自帶了超強磁性,當外圍定子產生旋轉磁場時,轉子上的磁鐵就會被死死地「鎖住」,跟著外圍磁場以完全相同的速度旋轉,這就是名字裡「同步」兩個字的由來。沒有了追逐的落差,也沒有了轉子發熱(銅損)的問題,它的能量轉換效率極高,體積也能做得更小。



告別抖動的絕招:FOC 磁場導向控制

你可能會問:「這不就跟第 2 篇介紹的無刷馬達(BLDC)很像嗎?」沒錯,它們是親戚!但 BLDC 轉起來會有一點「小碎步」的抖動感,而 PMSM 則是絲滑到了極點。

這是因為 PMSM 搭配了現代電機工程的神級演算法——FOC 磁場導向控制(Field Oriented Control)。它不再是簡單的「六步換相」,而是精算出一條完美的「正弦波」電流。這就像是從「機械舞」進化成了「芭蕾舞」,讓馬達在任何轉速下都極度平順、安靜,這也是為什麼高級電動車開起來會有一種像在冰上滑行般的高級感。

形狀大革命:「徑向」變「軸向」的降維打擊

前面介紹的馬達,不管裡面長怎樣,外觀都是一個「圓柱體」。這種傳統設計叫做「徑向磁通(Radial Flux)」,磁力線是從中心往外輻射的。

但在 2026 年的今天,為了把超強馬達塞進空間極度受限的超級跑車(例如 McLaren 或 Ferrari 的油電混合系統)裡,工程師發明了一種徹底顛覆空間幾何的黑科技:軸向磁通馬達(Axial Flux Motor,簡稱 AFM)

工程師把長長的圓柱體給「壓扁」了!它的結構變成像「三明治」或「鬆餅」一樣,把定子和轉子做成扁平的圓盤狀,面對面貼在一起。磁力線不再往外輻射,而是平行於旋轉軸心(軸向)穿梭。



扁平鬆餅的恐怖威力

千萬別小看這塊「鬆餅」!因為磁力作用的面積變大了,加上極致的輕量化,軸向磁通馬達的「扭矩密度」可以達到傳統圓柱馬達的 3 到 4 倍

也就是說,它不僅只有一般馬達三分之一的厚度,可以輕鬆塞進引擎和變速箱之間的狹小縫隙,力氣還比別人大好幾倍。這完全就是對傳統馬達的「降維打擊」,成為了現代千萬級超跑與頂級性能 EV 的標準配備。


永磁同步馬達雖然強到沒朋友,但它有一個致命弱點:它太依賴「稀土」了!稀土材料(如釹、鏑)不僅超級昂貴,還面臨嚴重的地緣政治卡脖子危機。

如果有一天買不到稀土磁鐵了,電動車產業會崩潰嗎?當然不會!天才工程師們早就準備好「備胎」了。敬請期待下一篇:【擺脫稀土勒索】沒有昂貴磁鐵怎麼辦?無稀土馬達 (SRM/SynRM) 的工程奇蹟!