News
หัวใจของยานพาหนะไฟฟ้า: คู่มือที่ครอบคลุมเกี่ยวกับประเภทมอเตอร์ EV และวิวัฒนาการของเทคโนโลยี
เมื่อพูดถึงรถยนต์ไฟฟ้า ระยะทางของแบตเตอรี่มักจะถือเป็นประเด็นสำคัญ อย่างไรก็ตาม จิตวิญญาณที่แท้จริงของรถยนต์ ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นกำลังในการขับขี่ ก็คือมอเตอร์ไฟฟ้า แตกต่างจากความสม่ำเสมอของเครื่องยนต์สันดาปภายในในช่วงศตวรรษที่ผ่านมา ภาพรวมของรถยนต์ไฟฟ้านำเสนอภาพที่มีความซับซ้อนของเทคโนโลยีที่หลากหลายและแข่งขันกัน "มอเตอร์ประเภทใดที่ใช้ใน EV" คำตอบคือตัวเลือกที่เกิดจากเมทริกซ์ข้อด้อยทางวิศวกรรม ทั้งประสิทธิภาพ ต้นทุน ประสิทธิภาพ และความยั่งยืนรวมกันเป็นองค์ประกอบทางเทคโนโลยีซิมโฟนีนี้ บทความนี้จะให้การวิเคราะห์เชิงลึกเกี่ยวกับเทคโนโลยีมอเตอร์ EV กระแสหลักและที่เกิดขึ้นใหม่ และนำคุณไปสู่แพลตฟอร์มระดับมืออาชีพสำหรับการสำรวจเชิงลึก: www.pumbaaev.com-
I. พื้นฐานทางเทคนิค: หลักการทำงานและคุณลักษณะของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสหลักสองตัว
ปัจจุบัน ยานพาหนะไฟฟ้าที่ผลิตในปริมาณมากมากกว่า 95% ใช้เทคโนโลยีมอเตอร์สองประเภทเป็นหลัก ได้แก่ มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร และมอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้ากระแสสลับ
1. มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM)
เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีกระแสหลักที่โดดเด่นในตลาดปัจจุบัน PMSM จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการขับเคลื่อนเพลาหน้าหรือเพลาหลังเนื่องจากมีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม
-
หลักการทางเทคนิคหลัก:
โรเตอร์ของมันฝังอยู่กับแม่เหล็กถาวรที่มีความแข็งแรงสูง (โดยทั่วไปทำจากวัสดุหายาก เช่น นีโอดิเมียม-เหล็ก-โบรอน) เมื่อขดลวดสเตเตอร์ถูกกระตุ้นด้วยกระแสสลับสามเฟสเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุน สนามแม่เหล็กถาวรบนโรเตอร์จะหมุนแบบซิงโครนัสที่เข้มงวดกับสนามนั้น โดยแทบไม่มีความแตกต่างของความเร็ว (สลิป) จึงเป็นที่มาของชื่อ "ซิงโครนัส" "การล็อค" ด้วยแม่เหล็กโดยตรงนี้เป็นพื้นฐานของประสิทธิภาพสูง
-
การวิเคราะห์เชิงลึกเกี่ยวกับข้อดีหลัก:
-
ประสิทธิภาพสูงสุดและความหนาแน่นของกำลังสูง: PMSM รักษาประสิทธิภาพการแปลงสภาพที่สูงมาก (มักจะเกิน 95%) ตลอดช่วงการทำงานส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงความเร็วปานกลางถึงต่ำ และช่วงแรงบิดปานกลางถึงสูงที่ใช้กันทั่วไปในการขับขี่ในเมือง ซึ่งหมายความว่าพลังงานไฟฟ้าที่สิ้นเปลืองน้อยลง ส่งผลโดยตรงต่อระยะการขับขี่ที่ยาวขึ้น คุณลักษณะ "ขนาดเล็ก กำลังสูง" ยังช่วยในการบรรจุภัณฑ์ของยานพาหนะและการมีน้ำหนักเบาอีกด้วย
-
ประสิทธิภาพการควบคุมที่ดีเยี่ยม: ด้วยสนามแม่เหล็กที่เสถียรจากแม่เหล็กถาวร การควบคุมมอเตอร์จึงแม่นยำและตอบสนอง ให้แรงบิดที่นุ่มนวลในทันทีเพื่อประสบการณ์การขับขี่ที่ประณีตและเป็นเส้นตรง
-
ความต้องการการทำความเย็นแบบง่าย: แหล่งความร้อนหลักอยู่ในสเตเตอร์ (ขดลวด) โดยมีการให้ความร้อนจากโรเตอร์น้อยที่สุด ทำให้การออกแบบระบบทำความเย็นค่อนข้างตรงไปตรงมา
-
-
ความท้าทาย:
-
การพึ่งพาและต้นทุนของ Rare-Earth: ธาตุหายาก (เช่น ดิสโพรเซียม เทอร์เบียม) ในแม่เหล็กถาวรมีราคาแพง และห่วงโซ่อุปทานกระจุกตัว ทำให้เกิดความเสี่ยงด้านภูมิรัฐศาสตร์และความผันผวนของราคา
-
การควบคุมการอ่อนตัวของสนามความเร็วสูงที่ซับซ้อน: ที่ความเร็วสูงมาก จำเป็นต้องมีกลยุทธ์การควบคุมเพิ่มเติมเพื่อ "ทำให้" สนามแม่เหล็กถาวร "อ่อนลง" เพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าที่มากเกินไป ซึ่งจะเพิ่มความซับซ้อนของตัวควบคุม
-
-
รูปแบบการใช้งานทั่วไป:
ชุดขับเคลื่อนด้านหลังใน Tesla รุ่น 3/Y ชุดขับเคลื่อนไฟฟ้า 8-in-1 ใน BYD Dolphin/Han EV, NIO ET7, XPeng P7 และรุ่นไฟฟ้าส่วนใหญ่จาก Hyundai, Kia, GM และแบรนด์อื่นๆ
2.มอเตอร์เหนี่ยวนำกระแสสลับ (มอเตอร์อะซิงโครนัส)
คิดค้นโดย Nikola Tesla และนำกลับเข้าสู่กระแสหลักโดย Tesla Motors นี่เป็นโซลูชันที่คลาสสิก เชื่อถือได้ และทรงพลัง
-
หลักการทางเทคนิคหลัก:
โรเตอร์ใช้โครงสร้าง "กรงกระรอก" ที่ทำจากแท่งนำไฟฟ้าและไม่มีแม่เหล็กถาวร สนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนของสเตเตอร์จะเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าในแถบโรเตอร์ที่ลัดวงจร กระแสนี้จะสร้างสนามแม่เหล็กของโรเตอร์ สนามโรเตอร์จะ "ไล่" สนามสเตเตอร์ตลอดเวลาโดยไม่เกิดการซิงโครไนซ์ (มีการสลิป) จึงเป็นที่มาของชื่อ "อะซิงโครนัส" สลิปนี้เองที่สร้างแรงบิด
-
การวิเคราะห์เชิงลึกเกี่ยวกับข้อดีหลัก:
-
ต้นทุนและความทนทาน: โครงสร้างที่เรียบง่ายและทนทาน ไม่ต้องใช้วัสดุจากแร่หายาก และโดยทั่วไปจะมีต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่า ลักษณะที่ทนทานทำให้สามารถทนทานต่ออุณหภูมิที่รุนแรงและสภาวะโอเวอร์โหลดที่สูงขึ้น ส่งผลให้อัตราความล้มเหลวต่ำ
-
ประสิทธิภาพความเร็วสูงและความน่าเชื่อถือ: เนื่องจากไม่มีแม่เหล็กถาวร จึงไม่เสี่ยงต่อการลดอำนาจแม่เหล็ก ทำให้เหมาะมากสำหรับการทำงานที่ RPM สูงอย่างต่อเนื่อง การควบคุมสนามที่อ่อนแอนั้นง่ายกว่าโดยธรรมชาติ
-
การบำรุงรักษาต่ำและการเบรกแบบสร้างใหม่: แทบไม่ต้องมีการบำรุงรักษา และสามารถแปลงพลังงานจลน์กลับเป็นพลังงานไฟฟ้าสำหรับแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพในระหว่างการเคลื่อนที่หรือการเบรก
-
-
ความท้าทาย:
-
ประสิทธิภาพการโหลดบางส่วน: โดยทั่วไป ประสิทธิภาพจะต่ำกว่า PMSM เล็กน้อยภายใต้สภาวะเช่นการล่องเรือที่มีโหลดต่ำ เนื่องจากต้องใช้กระแสเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กของโรเตอร์ (กระแสแม่เหล็ก)
-
ความหนาแน่นของกำลัง: เพื่อให้ได้กำลังส่งออกเท่ากัน ขนาดและน้ำหนักของมันมักจะใหญ่กว่า PMSM ที่เทียบเท่ากันเล็กน้อย
-
-
รูปแบบการใช้งานทั่วไป:
มอเตอร์เพลาหน้าใน Tesla Model S/X (รุ่นแรกๆ), Audi e-tron บางรุ่น และมักใช้ในระบบมอเตอร์คู่ควบคู่กับ PMSM ในรถยนต์ไฟฟ้าเพื่อการพาณิชย์และรถยนต์สมรรถนะสูงหลายรุ่น เพื่อใช้ประโยชน์จากจุดแข็งตามลำดับ
ครั้งที่สอง การเปรียบเทียบเทคโนโลยี: ทางเลือกเชิงกลยุทธ์ระหว่าง PMSM และมอเตอร์เหนี่ยวนำ
|
มิติข้อมูลคุณสมบัติ |
มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM) |
มอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้ากระแสสลับ |
|---|---|---|
|
ประสิทธิภาพหลัก |
สูงมาก ยอดเยี่ยมตลอดช่วงการทำงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความเร็วปานกลางถึงต่ำ |
สูง แต่สามารถลดลงได้เล็กน้อยภายใต้ภาระบางส่วนหรือความเร็วเฉพาะ |
|
ความหนาแน่นของกำลัง/แรงบิด |
โครงสร้างกะทัดรัดสูงมาก อัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักดีเยี่ยม |
สูง แต่มักจะใหญ่กว่า/หนักกว่าเล็กน้อยเพื่อให้ได้กำลังที่เท่ากัน |
|
โครงสร้างต้นทุน |
สูงขึ้น (เนื่องจากวัสดุแม่เหล็กและการแปรรูป) แต่ลดลงตามขนาด |
ต่ำกว่า (ต้นทุนวัสดุลดลง กระบวนการที่สมบูรณ์) |
|
ความทนทานต่ออุณหภูมิและความน่าเชื่อถือ |
ดี แต่แม่เหล็กถาวรเสี่ยงต่อการล้างอำนาจแม่เหล็กที่อุณหภูมิสูง (ต้องมีการจัดการระบายความร้อนที่ดี) |
ดีเยี่ยม ทนต่ออุณหภูมิสูงและทนทานต่อโหลดเกินได้อย่างดีเยี่ยม เชื่อถือได้มาก |
|
ความซับซ้อนในการควบคุม |
สูง (ต้องใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่งโรเตอร์ที่แม่นยำและอัลกอริธึมการลดความแรงของสนาม) |
ค่อนข้างต่ำกว่า |
|
ขึ้นอยู่กับโลกที่หายาก |
ใช่ ความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นจากห่วงโซ่อุปทาน |
ไม่ |
|
กลยุทธ์การใช้งานทั่วไป |
รุ่นมอเตอร์เดี่ยวที่มีช่วงสูงสุด มอเตอร์ประสิทธิภาพหลักในระบบมอเตอร์คู่ |
มอเตอร์รองในระบบมอเตอร์คู่ประสิทธิภาพสูง แบบจำลองที่เน้นต้นทุนและความน่าเชื่อถือ |
แนวโน้มอุตสาหกรรม: ผู้ผลิตรถยนต์หลายรายนำกลยุทธ์การกำหนดค่าแบบผสมมาใช้ ในรุ่น AWD มอเตอร์คู่ เพลาหน้าอาจใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำ (ประสิทธิภาพและราคาที่สมดุล) ในขณะที่เพลาล้อหลังใช้ PMSM (สำหรับกำลังและประสิทธิภาพสูงสุด) หรือในทางกลับกัน สิ่งนี้ทำให้เกิดประสิทธิภาพ "โหมด Ludicrous" ที่ระเบิดได้ในขณะที่อาศัยมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพเป็นหลักในระหว่างการล่องเรือ เพื่อให้ได้ความสมดุลระหว่างสมรรถนะและระยะที่เหมาะสมที่สุด
ที่สาม ดาวรุ่งและทางเลือก: เทคโนโลยีมอเตอร์ไฟฟ้าเกิดใหม่
เพื่อจัดการกับปัญหาการพึ่งพาแร่หายากและปัญหาคอขวดทางเทคนิค วิศวกรกำลังพัฒนาเทคโนโลยีมอเตอร์ยุคต่อไปอย่างแข็งขัน:
-
มอเตอร์ซิงโครนัสตื่นเต้นด้วยไฟฟ้า (EESM):
นี่เป็นเทคโนโลยีที่ "ดีที่สุดในทั้งสองโลก" ที่มีแนวโน้มดี โดยจะแทนที่แม่เหล็กถาวรด้วย ขดลวดพลัง (แม่เหล็กไฟฟ้า) บนโรเตอร์ ด้วยการควบคุมกระแสกระตุ้น ทำให้สามารถปรับความแรงของสนามโรเตอร์แบบไดนามิกได้ โดยจะทำให้สนามอ่อนลงด้วยความเร็วสูงเพื่อประสิทธิภาพ และเสริมกำลังสนามในระหว่างการเร่งความเร็วเพื่อให้ได้แรงบิดสูงสุด e-drive รุ่นที่ 5 ของ BMW (iX, i4 ฯลฯ) และ Renault บางรุ่นได้เริ่มใช้งานแล้ว โดยผสมผสานประสิทธิภาพสูง การออกแบบที่ปราศจากธาตุหายาก และความสามารถในการควบคุมสูง แม้ว่าจะมีโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่าเล็กน้อยก็ตาม
-
สวิตช์รีลัคแทนซ์มอเตอร์ (SRM):
หนึ่งในโครงสร้างมอเตอร์ที่ง่ายที่สุด ทั้งโรเตอร์และสเตเตอร์ทำจากเหล็กซิลิคอนเคลือบพร้อมเสาที่โดดเด่น โรเตอร์ไม่มีแม่เหล็กหรือขดลวด แรงบิดถูกสร้างขึ้นตามหลักการฝืนสนามแม่เหล็กขั้นต่ำเท่านั้น มีศักยภาพที่ดีเยี่ยมในด้านต้นทุนที่ต่ำเป็นพิเศษ ความเร็วสูงมาก และความน่าเชื่อถือขั้นสุดยอด (ความทนทานต่ออุณหภูมิสูง) ความท้าทายหลักคือการกระเพื่อมของแรงบิดที่ทำให้เกิดเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือน และการควบคุมที่ซับซ้อนอย่างยิ่ง ปัจจุบันใช้เป็นหลักในยานพาหนะเพื่อการพาณิชย์/พิเศษ เป็นหัวข้อการวิจัยที่ร้อนแรงในแวดวงวิชาการและอุตสาหกรรม
IV. เหนือกว่ามอเตอร์: ระบบ E-Drive ที่สมบูรณ์แบบ
การเลือกมอเตอร์ EV ไม่ใช่แค่การเลือกการจัดเรียงแม่เหล็กหรือลวดทองแดงเท่านั้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับการทำงานร่วมกันของระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าทั้งหมด:
-
อินเวอร์เตอร์: "สมอง" ที่แปลงพลังงานแบตเตอรี่ DC เป็นไฟฟ้ากระแสสลับที่มอเตอร์ต้องการ ประสิทธิภาพของโมดูล IGBT หรือ SiC (ซิลิคอนคาร์ไบด์) จะกำหนดประสิทธิภาพเอาท์พุตและการตอบสนองของมอเตอร์โดยตรง
-
ตัวลด/กระปุกเกียร์: โดยปกติแล้ว EV ต้องการตัวลดความเร็วเพียงระดับเดียว แต่ประสิทธิภาพในการส่งผ่านและประสิทธิภาพของ NVH (เสียงรบกวน การสั่นสะเทือน ความแข็ง) นั้นมีความสำคัญ
-
ระบบการจัดการความร้อน: ประสิทธิภาพที่ยั่งยืนของมอเตอร์ขึ้นอยู่กับความสามารถในการกระจายความร้อน เทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยน้ำมันขั้นสูงกลายเป็นมาตรฐานสำหรับมอเตอร์สมรรถนะสูง
-
การบูรณาการระบบ: ระบบ e-drive "มัลติ-อิน-วัน" ที่มีการผสานรวมในระดับสูง (การบูรณาการมอเตอร์ ตัวควบคุม ตัวลด เครื่องชาร์จในตัว ฯลฯ) เป็นทิศทางกระแสหลักในปัจจุบัน ซึ่งช่วยประหยัดพื้นที่และน้ำหนักได้อย่างมาก
V. เจาะลึก & การจัดหาทรัพยากร: จากทฤษฎีสู่การปฏิบัติ
สำหรับวิศวกร ผู้สนใจขั้นสูง ผู้ประกอบการ หรือนักศึกษาด้านยานยนต์ การทำความเข้าใจหลักการเหล่านี้เป็นเพียงก้าวแรกเท่านั้น หากคุณต้องการ:
-
รับพารามิเตอร์ทางเทคนิคโดยละเอียดสำหรับมอเตอร์รุ่นเฉพาะ
-
จัดหามอเตอร์ ตัวควบคุม หรือระบบ e-drive คุณภาพสูงสำหรับการแปลงหรือการพัฒนาต้นแบบ
-
เรียนรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยน้ำมันล่าสุด ตัวควบคุม SiC หรือโซลูชัน e-axle ในตัว
-
รับคำปรึกษาด้านเทคนิคสำหรับโครงการเฉพาะ (เช่น การแปลง EV การใช้พลังงานไฟฟ้าของยานพาหนะ)
ดังนั้นแพลตฟอร์มระดับมืออาชีพที่อุดมด้วยทรัพยากรจึงเป็นสิ่งจำเป็น เราขอแนะนำให้เยี่ยมชม www.pumbaaev.com- แพลตฟอร์มดังกล่าวไม่เพียงแต่นำเสนอการวิเคราะห์ทางเทคนิคในอุตสาหกรรมเชิงลึกและการวิจารณ์ผลิตภัณฑ์เท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมผู้ใช้มืออาชีพด้วยส่วนประกอบและโซลูชั่นระบบส่งกำลัง EV ที่มีคุณภาพ ไม่ว่าคุณจะมีส่วนร่วมในการวิจัยเชิงวิชาการหรือการพัฒนาทางวิศวกรรมเชิงปฏิบัติ คุณจะพบข้อมูลและทรัพยากรอันมีค่าได้จากที่นั่น
บทสรุป
กลับมาที่คำถามแรก: มอเตอร์ประเภทใดที่ใช้ใน EV? คำตอบคือเมทริกซ์ทางเทคโนโลยีแบบไดนามิก มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM) มีอิทธิพลเหนือเนื่องจากประสิทธิภาพระดับสูงสุด มอเตอร์เหนี่ยวนำกระแสสลับ ยึดตำแหน่งของตนอย่างมั่นคงในรถยนต์สมรรถนะสูงและรูปแบบผสม เนื่องมาจากความน่าเชื่อถือและความสามารถด้านความเร็วสูง ในขณะที่เทคโนโลยีที่ปราศจากธาตุหายาก เช่น มอเตอร์ไฟฟ้าแบบตื่นเต้นด้วยไฟฟ้า (EESM) ก็พร้อมที่จะเติบโต ซึ่งแสดงถึงอนาคตที่ยั่งยืน การเลือกมอเตอร์แต่ละตัวสะท้อนถึงการคำนวณที่แม่นยำของผู้ผลิตรถยนต์เกี่ยวกับประสิทธิภาพ ต้นทุน ช่วง และความปลอดภัยของห่วงโซ่อุปทาน
การปฏิวัติทางเทคโนโลยีของยานพาหนะไฟฟ้ายังไม่สิ้นสุด และวิวัฒนาการของเทคโนโลยีมอเตอร์จะเป็นหนึ่งในตัวขับเคลื่อนหลัก เพื่อให้ทันกับการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีที่น่าตื่นเต้นและเปลี่ยนความรู้ไปสู่การปฏิบัติ อย่าลืมบุ๊กมาร์กและเยี่ยมชม www.pumbaaev.com สำหรับฐานความรู้ระดับมืออาชีพที่ล้ำสมัยและการสนับสนุนทรัพยากรในระบบส่งกำลังของรถยนต์ไฟฟ้า