การใช้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรในรถยนต์มีประโยชน์อย่างไร?

ในภูมิทัศน์ที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของการใช้พลังงานไฟฟ้าในยานยนต์ระบบส่งกำลังไฟฟ้าได้กลายเป็นหัวใจสำคัญของรถยนต์ไฟฟ้าสมัยใหม่ (EV) และรถยนต์ไฟฟ้าไฮบริด (HEV)

ในบรรดาเทคโนโลยีมอเตอร์ต่างๆ ที่มี มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM) ได้กลายเป็นกำลังสำคัญ โดยปฏิวัติวิธีคิดของเราเกี่ยวกับสมรรถนะ ประสิทธิภาพ และความสะดวกสบายของยานพาหนะ บล็อกนี้จะเจาะลึกถึงคุณประโยชน์มากมายของการใช้ PMSM ในรถยนต์ เน้นข้อดีด้านการออกแบบ และสำรวจความเข้ากันได้กับยานพาหนะไฟฟ้าประเภทต่างๆ เสริมด้วยกรณียานพาหนะที่เป็นตัวแทนซึ่งสะท้อนถึงการใช้งานทั่วทั้งอุตสาหกรรม

การเปลี่ยนไปใช้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรในระบบส่งกำลัง EV/HEV สมัยใหม่

อุตสาหกรรมยานยนต์กำลังอยู่ระหว่างการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ โดยเปลี่ยนจากเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบเดิมๆ ไปสู่ระบบส่งกำลังไฟฟ้าที่สะอาดขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงนี้ เนื่องจากคุณลักษณะด้านสมรรถนะที่เหนือกว่าและความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสถาปัตยกรรมยานพาหนะต่างๆ

ความสามารถของพวกเขาในการจ่ายพลังงานความหนาแน่นสูง ประสิทธิภาพเป็นเลิศ และการควบคุมที่แม่นยำทำให้พวกเขาเป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่ทั่วโลก ตั้งแต่บริษัทยักษ์ใหญ่ระดับโลกอย่าง Tesla, BMW และ Toyota ไปจนถึงแบรนด์ชั้นนำในประเทศ ที่ต้องการปรับปรุงประสบการณ์การขับขี่ในขณะที่ลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ภายในปี 2024 PMSM (โดยเฉพาะสายพันธุ์ที่ติดกิ๊บติดผม) เข้าถึงรถยนต์โดยสารพลังงานใหม่ได้เกือบ 70% โดยมีรุ่นต่างๆ เช่น ซีรีส์โมเดลของ Tesla กลุ่มผลิตภัณฑ์ Han/EV ของ BYD และพริอุสไฮบริดของโตโยต้า ล้วนนำเทคโนโลยีมอเตอร์นี้เป็นส่วนประกอบหลักของระบบส่งกำลัง

ข้อได้เปรียบหลัก 1: ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ไม่มีใครเทียบได้สำหรับช่วงขยาย

ประโยชน์ที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของ PMSM คือประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่โดดเด่น ต่างจากมอเตอร์เหนี่ยวนำซึ่งต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมเพื่อสร้างสนามแม่เหล็ก PMSM ใช้แม่เหล็กถาวรเพื่อสร้างฟลักซ์แม่เหล็กคงที่

ส่งผลให้สูญเสียพลังงานน้อยลงและประสิทธิภาพโดยรวมสูงขึ้น ส่งผลให้มีระยะการขับขี่ที่ยาวขึ้นด้วยการชาร์จเพียงครั้งเดียว รถซีดานไฟฟ้ากระแสหลักหลายรุ่นที่ติดตั้ง PMSM เช่น BYD Han EV และ Tesla Model 3 มีระยะการขับขี่รวมกันมากกว่า 600 กม. ภายใต้รอบการทดสอบมาตรฐาน โดยรุ่นท็อปสุดมีระยะทางเกิน 700 กม. สาเหตุส่วนใหญ่มาจากความได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของมอเตอร์ ซึ่งมักจะสูงถึง 95% หรือสูงกว่า (ดีกว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำแบบเดิม 5-10%) สำหรับรถยนต์เพื่อการพาณิชย์ รถบรรทุกและรถโดยสารไฟฟ้าที่ติดตั้ง PMS ยังมีการใช้พลังงานลดลง 10-15% เมื่อเทียบกับที่ใช้มอเตอร์ประเภทอื่น ซึ่งช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานสำหรับผู้ควบคุมยานพาหนะได้อย่างมาก

สำหรับเจ้าของรถ EV นี่หมายถึงการหยุดที่สถานีชาร์จน้อยลง และความอุ่นใจมากขึ้นเมื่อวางแผนการเดินทางไกล นอกจากนี้ ประสิทธิภาพที่ได้รับการปรับปรุงยังช่วยลดการใช้พลังงานตลอดอายุการใช้งานของยานพาหนะ ซึ่งช่วยลดต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ

ข้อได้เปรียบหลัก 2: การขับขี่สมรรถนะสูงพร้อมแรงบิดทันที

PMSM มีชื่อเสียงในด้านความสามารถในการส่งแรงบิดได้ในทันที ทำให้ผู้ขับขี่ได้รับประสบการณ์การขับขี่ที่ตอบสนองและน่าตื่นเต้น การออกแบบของมอเตอร์ช่วยให้สามารถเร่งความเร็วได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ยานพาหนะสามารถเข้าถึงความเร็วบนทางหลวงได้อย่างรวดเร็วและราบรื่น

รถยนต์ไฟฟ้าระยะกลางส่วนใหญ่ที่มี PMSM เช่น Nissan Leaf และ BYD Song PLUS EV สามารถเร่งความเร็วจาก 0 ถึง 100 กม./ชม. ได้ในเวลา 7-10 วินาที ในขณะที่รถยนต์สมรรถนะสูง (มักมี PMSM คู่) เช่น Tesla Model 3 Performance และ BYD Tang EV รุ่นประสิทธิภาพสูงสามารถวิ่งได้สำเร็จภายในเวลาไม่ถึง 5 วินาที การส่งแรงบิดทันทีนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในสถานการณ์การขับขี่ในเมือง ซึ่งการหยุดและออกตัวบ่อยครั้งต้องการการตอบสนองที่รวดเร็ว นอกจากนี้ การควบคุมที่แม่นยำที่นำเสนอโดย PMSM ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการส่งกำลังเป็นไปอย่างราบรื่นและควบคุมได้ เพิ่มเสถียรภาพและการควบคุมรถในระหว่างการเข้าโค้ง การแซง หรือสภาพถนนที่ไม่เรียบ ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่เห็นได้ชัดในรถยนต์พลังงานไฟฟ้าที่หรูหรา เช่น BMW i4

ข้อได้เปรียบหลัก 3: การออกแบบที่กะทัดรัดและน้ำหนักเบาเพื่อความคล่องตัวของยานพาหนะ

ข้อดีที่สำคัญอีกประการหนึ่งของ PMSM คือการออกแบบที่กะทัดรัดและน้ำหนักเบา เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์ประเภทอื่นๆ PMSM สามารถให้กำลังที่สูงกว่าในแพ็คเกจที่เล็กกว่าและคล่องตัวกว่า ทำให้มีพื้นที่ว่างอันมีค่าภายในรถสำหรับแบตเตอรี่ คุณลักษณะความสะดวกสบายของผู้โดยสาร หรือที่เก็บสัมภาระ

ผู้ผลิตรถยนต์หลายรายรวม PMSM เข้ากับระบบส่งกำลังแบบโมดูลาร์ และรุ่นต่างๆ เช่น ซีรีส์ BMW iX3 และ NIO ET ใช้ประโยชน์จากขนาดที่กะทัดรัดของมอเตอร์เพื่อการจัดวางที่ยืดหยุ่น (การกำหนดค่าด้านหน้า ด้านหลัง หรือขับเคลื่อนสี่ล้อ) โดยไม่กระทบต่อพื้นที่ภายใน น้ำหนักที่ลดลงของ PMSM ยังช่วยให้รถมีความคล่องตัวมากขึ้น โดยทุกๆ กิโลกรัมที่ประหยัดได้ส่งผลให้มีอัตราเร่งดีขึ้น ระยะเบรกสั้นลง และเข้าโค้งได้คล่องตัวยิ่งขึ้น สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าที่คำนึงถึงน้ำหนักแบตเตอรี่เป็นหลัก ธรรมชาติที่มีน้ำหนักเบาของ PMSM ยังช่วยชดเชยมวลยานพาหนะโดยรวม ซึ่งช่วยเพิ่มระยะการขับขี่ทางอ้อม ดังที่เห็นในรถยนต์ไฟฟ้าขนาดกะทัดรัด เช่น Volkswagen ID.3

ข้อได้เปรียบหลัก 4: การขับขี่ที่เงียบกว่าด้วยการควบคุม NVH ขั้นสูง

เสียง การสั่นสะเทือน และความรุนแรงเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสบการณ์การขับขี่โดยรวม PMSM เป็นเลิศในด้านนี้ เนื่องจากการทำงานที่ราบรื่นและข้อได้เปรียบด้านการออกแบบโดยธรรมชาติที่ลดการสั่นสะเทือนและการปล่อยเสียงรบกวน

ต่างจากเครื่องยนต์สันดาปภายในหรือแม้แต่มอเตอร์เหนี่ยวนำบางตัว PMSM ทำงานโดยมีเสียงรบกวนทางกลน้อยที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความเร็วต่ำถึงปานกลาง รถยนต์ไฟฟ้าระดับหรู เช่น Mercedes-Benz EQE และ BMW i4 ใช้ประโยชน์จากจุดแข็งนี้ โดยจับคู่ PMSM กับฉนวนกันเสียงเพิ่มเติม เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมในห้องโดยสารที่แทบไม่ได้ยินเสียงจากถนนและลม แม้ในระหว่างการล่องเรือบนทางหลวง การทำงานที่เงียบเชียบนี้ไม่เพียงเพิ่มความสะดวกสบายให้กับผู้โดยสารเท่านั้น แต่ยังยกระดับคุณภาพการรับรู้ของรถอีกด้วย ซึ่งสอดคล้องกับตำแหน่งระดับพรีเมียมของรถยนต์พลังงานไฟฟ้าสมัยใหม่หลายรุ่น

ความเชี่ยวชาญด้านความเข้ากันได้: PMSM ในรถยนต์ไฮบริด ปลั๊กอิน และรถยนต์ไฟฟ้าเต็มรูปแบบ

มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมีความหลากหลายสูงและสามารถรวมเข้ากับยานพาหนะไฟฟ้าประเภทต่างๆ ได้อย่างราบรื่น ทำให้เป็นตัวเลือกที่ยืดหยุ่นสำหรับผู้ผลิตรถยนต์

ในรถยนต์ไฮบริด PMSM ทำงานควบคู่กับเครื่องยนต์สันดาปภายในเพื่อให้กำลังเพิ่มเติมในระหว่างการเร่งความเร็วหรือการขึ้นเนิน ขณะเดียวกันก็ช่วยให้การเบรกแบบจ่ายพลังงานใหม่จับพลังงานได้ ช่วยให้รถไฮบริดที่มียอดขายสูงสุดอย่าง Toyota Prius และ Honda CR-V Hybrid มีประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงดีขึ้น 20-30% เมื่อเทียบกับรถยนต์ไฮบริดที่ใช้น้ำมันเบนซินอย่างเดียว ในรถยนต์ปลั๊กอินไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้าเต็มรูปแบบ PMSM มักทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานหลักหรือแหล่งพลังงานเพียงอย่างเดียว ซึ่งให้ประสิทธิภาพและประสิทธิผลที่สม่ำเสมอสำหรับการเดินทางในแต่ละวันและการเดินทางทางไกล ดังที่แสดงโดย BYD Song PLUS DM-i และ Volkswagen ID ซีรีส์ (บีอีวี) แม้แต่ในรถยนต์เพื่อการพาณิชย์ เช่น รถโดยสารไฟฟ้าและรถตู้ส่งของ PMSM ยังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านความสามารถในการปรับสมดุลความสามารถในการรับน้ำหนักสูงด้วยการออกแบบที่กะทัดรัดและเสียงรบกวนในการทำงานต่ำ

แนวโน้มในอนาคต: การควบคุมอัจฉริยะและการบูรณาการกับระบบส่งกำลังขั้นสูง

ในขณะที่อุตสาหกรรมยานยนต์ยังคงพัฒนาต่อไป PMSM ก็พร้อมที่จะมีบทบาทสำคัญในอนาคตของการขับขี่ด้วยพลังงานไฟฟ้า การบูรณาการระบบควบคุมอัจฉริยะและเทคโนโลยีระบบส่งกำลังขั้นสูงจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและประสิทธิผลให้ดียิ่งขึ้น

ตัวอย่างเช่น ผู้ผลิตรถยนต์หลายรายกำลังจับคู่ PMSM กับระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังของซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) ซึ่งช่วยลดการสูญเสียพลังงานและช่วยให้ควบคุมมอเตอร์ได้เร็วและแม่นยำยิ่งขึ้น ซึ่งเป็นการอัพเกรดที่เห็นแล้วในรุ่นระดับไฮเอนด์เช่น NIO ET7 การใช้ปัญญาประดิษฐ์และอัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่องกำลังกลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้น โดยระบบเหล่านี้จะปรับพารามิเตอร์ของมอเตอร์ให้เหมาะสมแบบเรียลไทม์ตามสภาพการขับขี่ พฤติกรรมของผู้ขับขี่ และสถานะแบตเตอรี่ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและสมรรถนะสูงสุด นอกจากนี้ ความก้าวหน้าในการชาร์จแบบไร้สาย แพลตฟอร์มไฟฟ้าแรงสูง และระบบจัดการแบตเตอรี่จะช่วยเสริม PMSM ต่อไป ขยายช่วง EV และลดเวลาในการชาร์จ

บทสรุป: PMSMs – รากฐานสำคัญของความเป็นเลิศในการขับขี่ด้วยพลังงานไฟฟ้า

โดยสรุป มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรถือเป็นรากฐานสำคัญของการใช้พลังงานไฟฟ้าในยานยนต์ โดยนำเสนอการผสมผสานที่น่าสนใจระหว่างประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ประสิทธิภาพสูง การออกแบบที่กะทัดรัด และการทำงานที่เงียบ ความเข้ากันได้ในวงกว้างกับรถยนต์ไฮบริด ปลั๊กอินไฮบริด และรถยนต์ไฟฟ้าเต็มรูปแบบ ทำให้ผลิตภัณฑ์นี้เป็นตัวเลือกที่หลากหลายสำหรับผู้ผลิตรถยนต์ที่ต้องการตอบสนองความต้องการของตลาดที่หลากหลาย

ตั้งแต่รถยนต์โดยสารทั่วไป (เช่น Volkswagen ID.3) ไปจนถึงรถยนต์ไฟฟ้าหรูหรา (เช่น Mercedes-Benz EQE) และลวดเย็บแบบไฮบริด (เช่น Toyota Prius) PMSM ได้พิสูจน์ความน่าเชื่อถือและประสิทธิผลในการใช้งานแล้ว ในขณะที่อุตสาหกรรมยังคงสร้างสรรค์นวัตกรรมอย่างต่อเนื่อง ด้วยความก้าวหน้าในด้านวัสดุ ระบบควบคุม และการบูรณาการระบบส่งกำลัง PMSM จะยังคงอยู่ในระดับแนวหน้าของความเป็นเลิศในการขับขี่ด้วยพลังงานไฟฟ้า ซึ่งกำหนดอนาคตของการขับเคลื่อนที่มีประสิทธิภาพ ยั่งยืน และสนุกสนานยิ่งขึ้น