0
0
เมื่อพูดถึงของมอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่มีบทบาทสำคัญต่อยุคของรถยนต์ไฟฟ้าที่กำลังเติบโตในปัจจุบัน สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าที่ถูกคาดหวังในเรื่องของสมรรถนะ จากส่วนของระบบขับเคลื่อนที่สำคัญในรถยนต์ไฟฟ้าที่ประกอบด้วยแบตเตอรี่ตัวควบคุมและมอเตอร์
การที่ตัวรถยนต์จะมีความแรงหรือไม่แรง หากเป็นกลุ่มของรถน้ำมันจะดูที่เครื่องยนต์ แต่ถ้าเป็นรถยนต์ไฟฟ้าจะอยู่ที่กำลังของมอเตอร์ ซึ่งเหมือนกับการเล่นรถทามิย่าหรือรถวิทยุบังคับหากต้องการให้รถแรงขึ้น จะต้องทำ
การโมมอเตอร์ จึงเป็นเหตุผลที่จะมาพูดถึงเรื่องของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ในยุคของรถยนต์ไฟฟ้าที่มีการพัฒนาเทคโนโลยีในเรื่องของมอเตอร์ขึ้นมา และเดิมทีมีการใช้งานมอเตอร์มาอย่างยาวนานร่วม 200 ปี เพื่อมาใช้แทนกำลังคน
ในระบบอุตสาหกรรมการผลิต แต่ในปัจจุบันมอเตอร์จะถูกนำมาใช้ในรถยนต์ไฟฟ้ามากขึ้น ที่คาดหวังว่าสมรรถนะของมอเตอร์จะสูงมากขึ้น ถ้าสามารถทำอัตราเร่ง 0 – 100 ต่ำกว่า 2 วินาที จะดีเป็นอย่างมาก
ประวัติของมอเตอร์ไฟฟ้า
เมื่อย้อนกลับไปในปี 1820 มีการคิดค้นมอเตอร์ไฟฟ้าเกิดขึ้นครั้งแรกบนโลก โดยนาย Michael Faraday
โดยนำไฟฟ้ามาแปลงเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่ยวนำ จนเกิดเป็นพลังงานกลหรือเกิดการเคลื่อนที่
ซึ่งจะเป็นรากฐานหลักการของมอเตอร์ไฟฟ้าในยุคปัจจุบัน
ต่อมาในยุคปี 1800 ที่เป็นการปฏิวัติอุตสาหกรรมครั้งที่ 2 ได้เกิดไฟฟ้าครั้งแรกบนโลก มีการนำไฟฟ้ามาใช้อรรถประโยชน์อย่างหลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นหลอดไฟที่เปลี่ยนไฟฟ้าเป็นแสงสว่าง แต่สำหรับมอเตอร์ไฟฟ้า คือ
การใช้ไฟฟ้ามาเป็นพลังงานกลแทนคน ซึ่งในยุคแรกจะถูกนำไปใช้ในไลน์การผลิตอุตสาหกรรมการเกษตรทั้งหลาย
เพื่อเป็นการทุ่นแรงคน โดยยังไม่ได้ถูกนำมาใช้ในรถยนต์
จนกระทั่งปี 1835 ทางนาย Thomas Davenport เป็นนักประดิษฐ์ชาวอเมริกัน
เป็นผู้ทำการดัดแปลงรถม้าขนาดเล็กที่ใส่มอเตอร์และแบตเตอรี่ลงไป แล้วเมื่อลองเปิดสวิตช์ ผลปรากฏว่า
รถม้าขนาดเล็กสามารถวิ่งได้ จึงได้รับการยกย่องว่าเป็นคนที่ทำรถยนต์ไฟฟ้าจากมอเตอร์ได้สำเร็จเป็นครั้งแรก
บนโลก
ในยุคนั้นเทคโนโลยีมอเตอร์ที่เริ่มเอามาใช้จะเป็นเทคโนโลยี Brush Motor DC
คือ มอเตอร์กระแสตรงที่มีแปรงถ่านที่ตัว Rotor จะเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่ยวนำ และตัว Stater หรือตัวบอดี้
จะเป็นแม่เหล็กถาวร ส่วนตรง Brush จะมีแปรงทำหน้าที่สัมผัส Rotor คือ การจ่ายไฟขั้วบวกขั้วลบ ทำให้เกิด
การหมุนเวียน
ถ้าต้องการเห็นภาพหน้าตาที่ชัดเจน อาจลองแกะรถวิทยุบังคับออกมาที่ส่วนใหญ่จะใช้ Brush Motor DC
แต่ทั้งนี้ Brush Motor มีจุดอ่อนเมื่อตัวแปรงถ่านเกิดการสึกหรอ จะทำให้มอเตอร์ไม่สามารถใช้งานได้
จึงมีการพัฒนาเพื่อเพิ่มความทนทานมากขึ้น จนเกิดเป็น Brushless Motor DC ที่นำตัวแปรงถ่านออกไป
คนที่คิดค้นบอกถึงหลักกการทำงาน คือ การนำตัวแม่เหล็กถาวรที่อยู่ตรง Stater ไปอยู่ที่ Rotor แทน
และเอาแม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะไปอยู่ที่ตรง Stater เพื่อทำให้เกิดการหมุน ถ้าให้เข้าใจง่าย ๆ คือ จะนำไฟฟ้าไปป้อนที่ตัว Stater แทนที่ตัวขั้ว Rotor ที่มีการเคลื่อนที่ ซึ่งจะสาเหตุที่ทำให้เกิดการสึกหรอ
Brushless Motor DC จึงเกิดขึ้นเป็นครั้งแรกตั้งแต่ปี 1960 และมีการพัฒนามาจนถึงปี 1970
จนในปี 1980 ที่มีการใช้ Brushless Motor DC มากขึ้น โดยในช่วงแรกๆ จะถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรม
ประกอบกับข้อดีของ Brushless Motor DC คือ มีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่า Brush Motor DC
และในปี 1990 ตัว Brushless Motor DC มีการพัฒนาเพื่อให้สามารถใช้งานที่หลากหลายมากขึ้นและ
มีราคาที่ถูกลง อาทิ การนำมาใช้ในรถวิทยุบังคับ เครื่องบินบังคับ เป็นต้น
จนถึงปี 2000 มีการนำ Brushless Motor DC มาใช้ในรถยนต์ครั้งแรก โดยนำมาใช้กับรถยนต์ที่เป็นพลังงาน Hybrid เนื่องจาก Brushless Motor DC ให้กำลังดีแต่มีรอบไม่สูง จึงเหมาะสมที่จะนำมาใช้กับเทคโนโลยี Hybrid
ในการช่วยการออกตัว
จึงเกิดรถยนต์ที่นำมอเตอร์ไฟฟ้ามาผสมเป็นครั้งแรกของโลกกับเทคโนโลยี Hybrid ดังนั้นในช่วงเวลาปี 2000 ที่คนได้ลองทำต้นแบบรถยนต์ไฟฟ้าออกมา โดยส่วนใหญ่ก็จะใช้ Brushless Motor DC ที่สามารถวิ่งไฟฟ้าได้
แต่มีข้อเสียในเรื่องของความเร็วยังไม่สูงมาก มีสมรรถนะที่ไม่ค่อยดี และกินพลังงานค่อนข้างมาก
เมื่อมาถึงยุครถยนต์ไฟฟ้าที่เริ่มต้นตั้งแต่ปี 2010 เริ่มมีการทำรถยนต์ไฟฟ้าออกมาและมอเตอร์ไฟฟ้า
โดยมีการพัฒนาเทคโนโลยีเป็น AC Motor หรือมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ สาเหตุที่ต้องใช้เป็น AC มอเตอร์
เพราะว่าเมื่อเป็น AC Motor ไฟ 3 เฟส ที่จะมีแรงในการรับไม้ต่อกัน 3 เฟส ช่วยกันวงละ 120 องศา
แต่ถ้าเป็น DC จะต้องรอให้ครบรอบ แล้วถึงค่อยผลักออก แต่สำหรับ AC Motor เมื่อครบ 1/3 รอบ จะสามารถ
ผลักออกได้เลย ทำให้เกิดสมรรถนะเสี้ยววินาทีที่ดีมากกว่า จึงนิยมใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าตั้งแต่ปี 2010
ซึ่งมอเตอร์ไฟฟ้าที่คุ้นเคย คือ มอเตอร์ไฟฟ้าชนิด Permanent – Magnet Synchronous Motor (PMSM)
เป็นการผสมผสานเหมือนกับ Brushless Motor DC คือ ตัวแม่เหล็กถาวรจะอยู่ที่ Rotorตัวแกนหมุน
ส่วนแม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่ยวนำจะอยู่ที่ตัว Stator แต่เปลี่ยนจาก DC มาเป็น AC 3 เฟส ทำให้หมุนเวียนถี่มากขึ้น
จนกลายเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าที่นิยมใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าทั่วไปตามท้องตลาด ไม่ว่าจะเป็น ORA Good Cat,
MG ZS EV หรือ BYD โดยส่วนใหญ่จะใช้เป็น Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM)
และมีอีกเทคโนโลยีหนึ่งที่นำมาใช้กับมอเตอร์รถไฟฟ้าในปัจจุบัน จะเป็นเทคโนโลยีมอเตอร์อินดักชั่น
(Induction Motor) หรือมอเตอร์ไฟฟ้าเหนี่ยวนำ
จากการที่คนหันใช้รถยนต์ไฟฟ้ามากขึ้น จะเจอประสบปัญหาสิ่งหนึ่ง คือ เรื่องของแร่แรร์เอิร์ธ (Rare Earth)
ที่หายากไม่ว่าจะเป็นแร่ลิเธียมโคบอลต์ของแบตเตอรี่ ส่วนในมอเตอร์ที่ใช้แร่ที่หายากที่สุด คือ แม่เหล็กธรรมชาติ หรือแม่เหล็กถาวร
ดังนั้นมอเตอร์อินดักชั่น (Induction Motor) จะเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้การเหนี่ยวนำของขดลวดทั้ง 2 อัน คือ
ทั้งของ Rotor และ Stater ที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าเหนี่ยวนำทั้งคู่ แต่ความยากของมอเตอร์อินดักชั่น
(Induction Motor) จะต้องมีตัวควบคุมที่ซับซ้อนกว่า Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM)
จึงไม่นิยมใช้อย่างแพร่หลาย แต่จะใช้กับรถยนต์ไฟฟ้าที่มีราคาค่อนข้างสูง อย่างเช่น Tesla Model S และ Model X จะเป็น Induction Motor ส่วน Tesla ถ้าเป็น Tesla Model 3 หรือ Model Y จะใช้เป็น Switched Reluctance Motor (SRM) และ Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM)
ซึ่ง Switched Reluctance Motor (SRM) จะเป็นมอเตอร์ที่เปลี่ยน Rotor จากแม่เหล็กถาวร หรือขดลวกไฟฟ้าเหนี่ยวนำ มาเป็นเหล็กธรรมดาที่ถูกออกแบบรูปร่างเป็นสนามแม่เหล็ก ส่งผลให้มีราคาถูกลง ส่วน Stater จะเป็น
ขดลวดไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ทำให้ประหยัดต้นทุนลงมา จึงเหมาะสมสำหรับกับการผลิตจำนวนมากและมีราคาที่ไม่สูง อย่าง Tesla ที่เป็น Model 3 หรือ Model Y เป็นต้น
เมื่อถึงตรงนี้หลายคนมีคำถามสาเหตุที่ต้องพัฒนามอเตอร์ไฟฟ้าให้มีความแรงมากขึ้น ทั้งทีมอเตอร์ไฟฟ้าที่เราใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าอยู่อัตราเร่งสูงถึง 0 – 100 ต่ำกว่า 4 วินาที แต่จากยุคของรถยนต์ไฟฟ้าที่กำลังเริ่มต้น
จึงมีเวลาที่สามารถพัฒนาในด้านต่าง ๆ ให้ดีมากขึ้น อย่างถ้าเราต้องการรถยนต์ไฟฟ้าที่เป็นรุ่นใหม่คนคาดหวังว่า
จะต้องมีสมรรถนะที่ดีมากกว่ารถรุ่นเก่า ดังนั้นเทคโนโลยีมอเตอร์ไฟฟ้าก็จะต้องมีการพัฒนาตามขึ้นไป
ในอนาคตการพัฒนาเทคโนโลยีของมอเตอร์ไฟฟ้ามี 5 ปัจจัยหลัก คือ
1. เรื่องของน้ำหนัก
ถ้ามอเตอร์ไฟฟ้ามีน้ำหนักมาก จะทำให้ใช้ไฟฟ้ามากขึ้น เพราะวันนี้รถยนต์ไฟฟ้าจะวิ่งได้ในระยะทางที่
ค่อนข้างจำกัด แต่ถ้าสามารถลดน้ำหนักให้เบาลง ส่งผลให้รถยนต์ไฟฟ้าสามารถวิ่งในระยะทางที่ไกลมากขึ้น
2. ขนาดของมอเตอร์ไฟฟ้า
ถ้ามอเตอร์ไฟฟ้ามีขนาดเล็กลงจะมีพื้นที่ที่วางแบตเตอรี่ หรือพื้นที่ห้องโดยสารที่ใหญ่มากขึ้น
3. เรื่องของการใช้แร่แรร์เอิร์ธ (Rare Earth)
จากราคาของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ไม่สามารถทำให้ถูกลงได้ เป็นเพราะว่า Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) ที่จะใช้แม่เหล็กถาวร ซึ่งเป็นแร่หายากที่มีจำกัดและมีวันหมดไป ดังนั้นในอนาคตข้างหน้าจะไม่ใช้
แร่แม่เหล็กถาวรในการทำมอเตอร์ เพื่อให้ราคาถูกลง
4. เรื่องของระบบการระบายความร้อน
ซึ่งแน่นอนมอเตอร์ไฟฟ้าในอนาคตจะมีรอบที่สูงมากขึ้น เมื่อพอรอบสูงขึ้นจะต้องมีการใช้ความร้อนและ
เกิดความร้อนมากขึ้น จึงต้องมีระบบระบายความร้อนที่ดี ซึ่งปัจจุบันระบบระบายความร้อนสามารถระบายความร้อนที่ตัวแกน Rotor ซึ่งจะเป็นเทคโนโลยีมอเตอร์ไฟฟ้าที่จะเพิ่มขึ้นมาในอนาคตข้างหน้า
5. เรื่องของกำลังต่อน้ำหนัก
มอเตอร์ในอนาคตจะมีกำลังแรงมากขึ้นและมีน้ำหนักที่เบาลง ซึ่งในปัจจุบันมอเตอร์ที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า
ส่วนใหญ่มีกำลังต่อน้ำหนักจะอยู่ที่ 6 กิโลวัตต์ต่อกิโลกรัม แต่ในอนาคตข้างหน้ามอเตอร์จะเป็น 10 กิโลวัตต์ต่อกิโลกรัม และสามารถทำได้เรียบร้อยแล้ว ซึ่งมอเตอร์ที่เห็นออกมาเป็นรูปธรรมมากที่สุด คือ Axial Flux Motor
ถือว่าเป็นการพลิกโฉมมอเตอร์ที่มีอย่างยาวนานตั้งแต่ในอดีต โดยเปลี่ยนรูปแบบใหม่และแพ็คเกจใหม่
จากที่เป็น Radial คือ ตัวแกนแม่เหล็กเหนี่ยวนำจะอยู่ในแนวที่เป็นทรงกระบอก ส่วน Axial Flux Motor คือ
ตัวแกน Rotor จะมีลักษณะเหมือนแพนเค้ก
ข้อดีของ Axial Flux Motor คือ มีกำลังที่แรงมากขึ้นและใช้พื้นที่น้อยลง ผู้ที่สามารถทำได้ คือ YASA
ที่ทำให้กับเบนซ์ เดมเลอร์ ถ้าเป็นรถเบนซ์รุ่นพิเศษอย่าง Mercedes-benz AMG จะนำมอเตอร์ชนิดนี้มาใช้
โดยสามารถนำมาติดที่ล้อได้เพราะมีขนาดที่เล็ก แทบจะเรียกว่าเป็น In Wheel Motor
Axial Flux Motor จึงเป็นการเปลี่ยนรูปแบบ Format ของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้ร่วมมา 200 ปี จากทรงกระบอก
ที่เรียกว่า Radial Motor มาเป็น Axial Flux Motor ที่เปลี่ยนจากแนวทรงกระบอก มาเป็นแนวขวางหรือจานแพนเค้ก ซึ่งเป็นการเปลี่ยนรูปแบบการเหนี่ยวนำ ทำให้มีแรงที่มากขึ้น แรงบิดมากขึ้น และประหยัดพื้นที่มากขึ้น
นอกเหนือจากmuj Axial Flux Motor มีการเปลี่ยนในเรื่องของแพ็คเกจ ทำให้มอเตอร์ไฟฟ้ามีขนาดเล็กลง
ที่ไม่ได้เป็นทรงกระบอกแล้ว และมีก้านยื่นออก อย่าง In Wheel Motor คือ การนำมอเตอร์ไปอยู่ในล้อ
ซึ่งเป็น Radial ที่เหนียวนำเป็นทรงกระบอก แต่เพียงว่าอยู่ในรูปแพ็คเกจของล้อ
ซึ่งอย่างที่เห็นมีการนำมาใช้ในเรื่องของรถมอเตอร์ไซค์ไฟฟ้า หรือที่เรียกว่า ฮับมอเตอร์ ซึ่งมีข้อดี คือ
การประหยัดพื้นที่ ทำให้รถมอเตอร์ไซค์ไฟฟ้าสามารถวางแบตเตอรี่บนตัวรถ ถ้าเป็นมอเตอร์ Mid-Drive
จะไม่มีพื้นที่วางแบตเตอรี่ เนื่องจากมีพื้นที่จำกัด
ส่วนสุดท้าย คือ การทำมอเตอร์ไฟฟ้าที่ไม่ใช้แร่หายากอย่างพวกแม่เหล็กถาวร ซึ่งวันนี้ทาง Tesla บอกว่า
จะทำ Switched Reluctance Motor (SRM) ที่จะไม่ใช้แม่เหล็กถาวรและตัวขดล่วงเหนี่ยวนำ โดยจะออกแบบ Switched Reluctance Motor (SRM) ให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น มีราคาที่ถูกลงมากกว่าเดิมและให้กำลังที่ดีมากขึ้น
ในตอนนี้อยู่ในระหว่างการพัฒนาและเชื่อว่าจะสามารถทำออกมาได้อย่างแน่นอน
สรุป สำหรับการพลิกโฉมมอเตอร์ไฟฟ้าในรอบ 200 ปี เข้าสู่ยุคของรถยนต์ไฟฟ้าสมรรถนะสูงที่อัตราเร่ง
0 – 100 ต่ำกว่า 2 วินาทีเท่านั้น จะเห็นได้ว่าจากจุดกำเนิดเมื่อ 200 ปีที่แล้ว ที่ค้นพบมอเตอร์ไฟฟ้าครั้งแรกบนโลก
จะเป็น Brush Motor DC ที่เน้นมอเตอร์ที่มีกำลังดีแต่ให้ความเร็วที่ไม่สูงมาก นำมาใช้เป็นรถม้าคันแรกและในอุตสาหกรรมเป็นหลักเพื่อทุ่นแรงแทนคน หลังจากนั้นจึงยกระดับขึ้นมาเป็น Brushless Motor DC ที่ไม่ต้องใช้
แปรงถ่าน ซึ่งมีการนำมาใช้ในอุตสาหกรรมและรถยนต์ครั้งแรกอย่างรถยนต์ Hybrid จากจุดหยุดนิ่งมาเคลื่อนที่
ทำให้ประหยัดน้ำมันมากขึ้น
จนมาถึงยุคของรถยนต์ไฟฟ้าอย่างเต็มตัวที่จะใช้เป็น AC Motor ไม่ว่าจะเป็น Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) หรือ Induction Motor และในยุคของยานยนต์ไฟฟ้าในอนาคตข้างหน้า
คาดหวังว่ามอเตอร์จะมีเทคโนโลยีที่ดีมากขึ้น ไม่ว่าจะเป็นเรื่องของน้ำหนักที่เบาลง มีขนาดที่เล็กลง
ให้กำลังมากขึ้น มีรอบจัดมากขึ้น ระบายความร้อนดีขึ้น และสุดท้ายเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ที่ไม่ใช้แม่เหล็กถาวร
ซึ่งสิ่งเหล่านี้กำลังเกิดขึ้นในยุคของเรา
และนี้คือเรื่องราวของมอเตอร์ไฟฟ้าที่คุณสามารถดูได้จากคลิปด้านล่าง และถ้าหากคุณชอบคลิปนี้ขอฝาก กด LIKE กด SHARE กด SUBSCRIBE ที่ช่องของพวกเราด้วยนะครับ
