หัวใจของรถยนต์ไฟฟ้ามีอยู่ 2 ส่วน คือ เรื่องของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ซึ่งทำหน้าที่เก็บพลังงานไฟฟ้าและมอเตอร์ ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลเพื่อให้เกิดการเคลื่อนที่
วันนี้จะพูดถึงเรื่องของมอเตอร์ เป็นที่แน่นอนว่ามอเตอร์เป็นส่วนสำคัญในเรื่องของความเร็ว อัตราเร่งกำลังในการขับเคลื่อนของรถ ซึ่งเหมือนเครื่องยนต์ของรถน้ำมัน
มอเตอร์ที่ใช้กับรถยนต์ไฟฟ้าที่จำหน่ายทั่วไปมีทั้งหมด 4 แบบ ดังนี้
1. มอเตอร์ PMSM (Permanent-Magnet synchronous Motor) คือ มอเตอร์ที่ใช้แม่เหล็กถาวรใน
การขับเคลื่อนอย่างต่อเนื่อง
เป็นที่นิยมใช้ในรถยนต์ EV ทั่วไป ไม่ว่าจะเป็นรถ ORA Good Cat, MG EP, MG ZS EV, MG 4, NETA V หรือ
แม้กระทั่ง BYD Atto 3
หลักการทำงานของมอเตอร์ PMSM จะมีตัว STATOR ที่ฟิคอยู่กับที่ และ ROTOR ทำหน้าที่หมุนจะมีแกนออกมา
เมื่อนำ 2 ตัวนี้มาประกอบกันเป็นมอเตอร์ เวลาจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไปด้านใน ตัว STATOR จะสร้างสนาม
แม่เหล็กทำหน้าที่ดูดแล้วก็ผลัก ทำให้ ROTOR หมุนและจะส่งกำลังไปวงล้อเพื่อให้เกิดการขับเคลื่อน
สำหรับมอเตอร์ PMSM มีสิ่งที่มันแตกต่างออกไป คือ ตัว STATOR เป็นตัวที่สร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าใช้ขดลวดจากกระแสไฟฟ้าสลับ AC 3 เฟส โดยเฟสหนึ่งจะห่างกัน 120 องศา และป้อนกระแสไฟฟ้าเข้าไปสลับ ๆ เป็นองศา ทำให้ ROTOR เกิดการหมุน
ส่วน ROTOR เป็นแม่เหล็กถาวรที่มีขั้ว N และขั้ว S เมื่อเจอสนามแม่เหล็กจากกระแสสลับเหนี่ยวนำ ROTOR
จะเกิดการหมุน
ข้อดีของมอเตอร์ PMSM
1. ให้แรงบิดสูงสุดออกมาได้ในทันที เพราะว่าเป็นแม่เหล็กถาวร พอเจอสนามแม่เหล็กผ่านแรงก็ออกมาได้ทันที จะรู้สึกได้เวลาเหยียบรถยนต์ไฟฟ้าสามารถออกตัวอย่างรวดเร็วได้ทันที
2. มอเตอร์ PMSM เป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาและเอามาใช้สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าในยุคปัจจุบัน ที่สามารถทำให้มีขนาดเล็กได้
ข้อเสียของมอเตอร์ PMSM
1. ไม่ทนต่อความร้อน อย่างในกรณีของรถ ORA Good CAT ที่มีคนเอาขึ้นทางชัน แล้วกำลังมอเตอร์ไปไม่ไหวแม้ว่าจะพยายามเหยียบ จนมอเตอร์ไฟฟ้ามันร้อนเกิน 80 °C
ซึ่งจะทำให้ตัวแม่เหล็กถาวรที่ตัว ROTOR เสื่อมความเป็นแม่เหล็ก ซึ่งเป็นปัญหาไม่สามารถแก้ไขได้
เมื่อแม่เหล็กเกิดความร้อน จะส่งผลให้ความเป็นแม่เหล็กลดลง ทำให้แรงบิดมันลดลงตามไปด้วย จะต้อง
รอให้อุณหภูมิเย็นลงก่อน ดังนั้นสิ่งสำคัญของมอเตอร์ PMSM คือ เรื่องอายุการใช้งานจะอยู่ที่แม่เหล็กถาวรและ
การระบายความร้อน เพราะถ้าระบายความร้อนได้ไม่ดี ส่งผลให้แม่เหล็กเสื่อมสภาพได้เร็วและกำลังของมอเตอร์
จะตกลง
2. ราคาแพง เพราะว่าแม่เหล็กถาวรเป็นแร่ที่มีอยู่อย่างจำกัดในโลก ดังนั้นในการขุดแม่เหล็กเพื่อมาทำ
ตัว ROTOR จะมีต้นทุนที่สูง
2. มอเตอร์ IM (Induction Motor ) หรือมอเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ซึ่งเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้กันมาอย่างยาวนานเป็นหลายสิบปี โดยเฉพาะในกลุ่มมอเตอร์อุตสาหกรรม
มีจุดเด่นสำคัญ คือ เรื่องของความทนทาน Induction Motor ที่สามารถทนความร้อนได้สูงถึง 120 °C สามารถใช้ในโรงงานที่มีทั้งความร้อนและฝุ่น ถ้าเปรียบเทียบกับมอเตอร์แบบ PMSM เมื่อเจอความร้อนที่ 80 °C
ตัวแม่เหล็กถาวรจะเสื่อมสภาพความเป็นแม่เหล็ก ทำให้แรงหรือกำลังตกลง
ดังนั้นจึงมีการแก้จุดอ่อนดังกล่าว คือ Induction Motor เอาแม่เหล็กถาวรออกมาเป็นแม่เหล็กเหนี่ยวนำ
โดยจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไปแทน ทำให้สามารถทนทานความร้อนได้มากขึ้น
ข้อดีของมอเตอร์ของมอเตอร์ IM (Induction Motor )
1. มีราคาที่ถูกกว่า มอเตอร์ PMSM เพราะว่าไม่ต้องใช้แม่เหล็กตัวแม่เหล็กถาวรที่มีต้นทุนราคาแพงมาก
2. สามารถทนความร้อนจากรอบที่สูง เมื่อใช้รถวิ่งไปเรื่อย ๆ จนเกิดความร้อนสะสม เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์ PMSM พอวิ่งที่ความเร็วที่สูงมาก จนเกิดความร้อนจะทำให้แรงบิดตกลง
3. โครงสร้างที่ไม่ซับซ้อนและอยู่ในประเทศไทยมาอย่างยาวนาน ทำให้ช่างสามารถซ่อมบำรุง เวลาที่
มอเตอร์เสีย สามารถแก้ไขได้โดยพันขดลวดใหม่ ดังนั้นการซ่อมแซมจะทำได้ง่ายกว่า
สาเหตุที่ไม่ใช้มอเตอร์ Induction Motor แทน มอเตอร์ PMSM เพราะมีข้อเสียบางอย่าง
ข้อเสียของมอเตอร์ IM (Induction Motor )
1. เรื่องของขนาดที่ใหญ่และน้ำหนักที่มากกว่า มอเตอร์ PMSM ถ้าต้องการทำรถยนต์ไฟฟ้า City Car บน
พื้นที่จำกัดบนรถ จะใช้มอเตอร์ที่มีขนาดใหญ่ไม่ได้ จึงเลือกใช้มอเตอร์ PMSM
2. Induction Motor ช่วงออกตัวแรงบิดไม่ได้มาในทันทีเหมือน มอเตอร์ PMSM เพราะว่าการที่ไฟฟ้าจะ เหนี่ยวนำจนเกิดแรงบิดจะต้องใช้เวลาในการรอให้รอบถึงในระดับหนึ่ง
3. ระบบควบคุมไฟฟ้า เนื่องจากว่าเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่จะต้องจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไปก่อนทั้ง
ตัว STATOR และตัว ROTOR ถึงจะเกิดสนามแม่เหล็กดูดผลัก ๆ เพื่อให้มอเตอร์จะเกิดการหมุน ซึ่งตัวระบบควบคุมไฟฟ้ามีความซับซ้อนสูงมาก ทำให้ต้นทุนในการทำตัวควบคุมไฟฟ้าทำได้ยากกว่า
สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้ Induction Motor มีเพียงไม่กี่ค่ายอย่าง Tesla Model S, Model x และ Model S Plaid
3. มอเตอร์ PM-SynRM (Permanent-Magnet Assisted Synchronous Reluctance Motor)
คือ มอเตอร์ที่ใช้แม่เหล็กชั่วคราวผสมกับแม่เหล็กถาวรในการขับเคลื่อนมอเตอร์ ซึ่งมอเตอร์ชนิดนี้เป็นลูกผสมระหว่างมอเตอร์แบบ Synchronous Reluctance Motors (SynRM) และ Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM)
จากที่กล่าวมาข้างต้นถึงข้อดีของมอเตอร์ PMSM คือ แรงบิดที่สูงแต่เมื่อเจอกับความร้อน ความเป็นแม่เหล็ก ก็จะหายไป ประกอบกับต้นทุนที่มีราคาแพง เพราะตัว ROTOR ใช้แม่เหล็กถาวรที่เป็นแร่หายากและมีจำกัด ส่งผลให้ราคาแพงขึ้น
ส่วน Synchronous Reluctance Motors (SynRM) สามารถแก้ปัญหาโดยการเปลี่ยนแกนกลาง ROTOR เป็นเหล็กแทนการใช้ขดลวดและแม่เหล็กถาวร
สนามแม่เหล็กของในตัวมอเตอร์ชนิดนี้จะได้แม่เหล็กมาจากเจ้าตัว STATOR ที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่ยวนำ
โดยที่ตัว ROTOR จะเป็นเหล็กที่ทำรูปร่างเหมือนสนามแม่เหล็ก
มีข้อดีคือต้นทุนที่ถูก จากที่ไม่ต้องมีแม่เหล็กและขดลวด แต่ข้อเสีย คือ แรงบิดมันไม่สม่ำเสมอ เนื่องจากว่า ตัว ROTOR ของมอเตอร์ SynRM จะเป็นการเลียนแบบรูปร่างสนามแม่เหล็ก ถ้ารูปร่างมันตรงกับสนามแม่เหล็กของ STATOR แรงบิดก็จะสูง แต่ถ้ารูปร่างมันบิดไปช่วงรอยต่อของสนามแม่เหล็ก จะทำให้แรงบิดจะตกลงอย่างรวดเร็ว
ดังนั้นจึงมีการนำตัวแม่เหล็กถาวรนำมาใส่ในตัวร่องของตัว ROTOR นี้เพื่อเพิ่มแรงบิดให้มีความสม่ำเสมอ ทำให้สามารถเอามาใช้งานได้
ข้อดีของมอเตอร์ PM-SynRM
การใช้มอเตอร์แบบ Synchronous Reluctance Motors (SynRM) และ Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) มาผสมกัน ทำให้ราคาถูกกว่ามอเตอร์ PMSM ทั่วไปแน่นอน
ซึ่งรถที่เอามาใช้งาน คือ Tesla Model 3 และ โมเดล Y
ข้อเสียของมอเตอร์ PM-SynRM
1. ขั้นตอนการผลิตมีความยุ่งยากและซับซ้อน
2. มีราคาแพงกว่ามอเตอร์ SynRM หรือมอเตอร์แบบ SRM ทั่วไป
4. In Wheel Motor หรือมอเตอร์ไฟฟ้าที่อยู่ในล้อรถ ซึ่งมอเตอร์ลักษณะนี้มีการพัฒนามาอย่างยาวนาน
ในปี 2022 จะเห็นได้ว่ามอเตอร์ไฟฟ้าแบบอยู่ในล้อจะถูกนำมาใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า แต่ยังไม่มีการนำมาใช้งานแบบเป็นเชิงพาณิชย์อย่างจริงจัง
ลักษณะการทำงานของ In Wheel Motor จะมีความคล้ายคลึงกับมอเตอร์ PMSM คือมีส่วนประกอบเป็น
แม่เหล็กถาวรทำงานร่วมกับแม่เหล็กที่เป็นขดลวดไฟฟ้าเหนี่ยวนำ แต่ว่ารูปลักษณ์จะเปลี่ยนจากรูปทรงกระบอกเป็นรูปจานแทน
ข้อดีของ In Wheel Motor
1. การประหยัดพื้นที่ เพราะว่ามอเตอร์จะไปอยู่ในตำแหน่งล้อรถทั้งด้านหน้าและด้านหลังแทนที่จะอยู่บนแพลตฟอร์ม ทำให้มีพื้นที่ในการวางแบตเตอรี่ได้มากขึ้น
2. เรื่องของการส่งกำลัง จะสูญเสียกำลังน้อยมากในระหว่างทาง โดยปกติมอเตอร์จะส่งกำลังลงเพลาถึงจะ
มาลงที่ล้อทั้ง 2 ข้าง แต่มอเตอร์นี้จะเข้ามาที่ล้อโดยตรง ทำให้ประสิทธิภาพลงล้อแทบจะ 100%
ข้อเสียของ In Wheel Motor ที่ไม่สามารถนำมาใช้งานได้
1. มีราคาแพง ถ้าให้รถ 1 คันมีมอเตอร์ทั้งหมด 4 ตัว ราคาจะสูงขึ้น จากต้นทุนมอเตอร์เพิ่มขึ้น
2. การควบคุม หรือ MCU (Motor Control Unit) จะต้องมีความฉลาดที่สามารถควบคุมมอเตอร์ให้ขับเคลื่อนสัมพันธ์กันทั้ง 4 มอเตอร์
กลุ่มที่คาดว่าจะนำ In Wheel Motor มาใช้ก่อน จะเป็นรถกลุ่ม Hypercar รถ High-Performance ที่มีราคาแพง
ในอนาคตเรื่องของมอเตอร์มีแนวโน้มจะพัฒนาเพื่อลดการใช้แม่เหล็กถาวรซึ่งเป็นแร่ที่หายาก โดยให้ใช้เป็น
ขดลวดเหมือน Induction Motor แต่จะทำให้มีขนาดเล็กที่เล็กลงและสามารถระบายความร้อนได้ดีขึ้น ซึ่งตอนนี้เทคโนโลยีมอเตอร์กำลังมีการพัฒนาอย่างก้าวกระโดด
เพื่อน ๆ มีความคิดเห็นอย่างไรเกี่ยวกับมอเตอร์ไฟฟ้าชนิดต่่าง ๆ และถ้าต้องการดูเนื้อหาฉบับเต้มเพื่อให้เข้าใจได้มากขึ้น สามารถดูได้จากคลิปด้านล่างนี้ หากคุณคลิปนี้ ขอฝาก กดไลค์ กดแชร์ กด Subscribe ด้วยน้า
