เหตุใด PMSM จึงถูกใช้ในยานพาหนะไฟฟ้า คู่มือขั้นสุดท้ายเกี่ยวกับมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรใน EV

สำรวจว่าทำไมมอเตอร์ PMSM สำหรับรถยนต์จึงมีอิทธิพลเหนือระบบส่งกำลังของรถยนต์ไฟฟ้า ค้นพบประสิทธิภาพ ความหนาแน่นของกำลัง และข้อได้เปรียบในโลกแห่งความเป็นจริงเหนือทางเลือกอื่นๆ เช่น มอเตอร์เหนี่ยวนำ

ในขณะที่ตลาดรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ทั่วโลกพุ่งสูงขึ้น โดยคาดว่าจะแตะ 200 ล้านคันภายในปี 2573 วิศวกรและผู้ผลิตรถยนต์ยังคงให้ความสำคัญกับองค์ประกอบที่สำคัญอย่างหนึ่ง นั่นก็คือ มอเตอร์ไฟฟ้า ในบรรดาตัวเลือกทั้งหมด มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM) ได้กลายเป็นมาตรฐานทองคำสำหรับระบบส่งกำลัง EV แต่อะไรทำให้ไม่สามารถถูกแทนที่ได้? บทความนี้จะแจกแจงรายละเอียดเหตุผลด้านเทคนิคและการปฏิบัติว่าทำไมมอเตอร์ PMSM สำหรับรถยนต์จึงเป็นตัวเลือกที่นิยมใช้ โดยมีข้อมูล การเปรียบเทียบ และแนวโน้มของอุตสาหกรรมสนับสนุน

มอเตอร์ PMSM คืออะไร? ทบทวนอย่างรวดเร็ว

ก่อนที่จะเจาะลึกเกี่ยวกับการใช้งาน EV มาทำความเข้าใจกันก่อนว่า PMSM คือมอเตอร์ AC แบบไร้แปรงถ่านที่ใช้แม่เหล็กถาวร (โดยทั่วไปคือนีโอไดเมียมหรือซาแมเรียมโคบอลต์) ฝังอยู่ในโรเตอร์ ต่างจากมอเตอร์เหนี่ยวนำ (IM) ซึ่งอาศัยการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อสร้างกระแสของโรเตอร์ PMSM จะซิงโครไนซ์ความเร็วของโรเตอร์กับสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนของสเตเตอร์ ทำให้สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำและมีประสิทธิภาพที่เหนือกว่า

5 เหตุผลสำคัญที่ PMSM Motor สำหรับรถยนต์เป็นผู้นำระบบส่งกำลัง EV

1. ประสิทธิภาพที่ไม่มีใครเทียบได้: สำคัญสำหรับความวิตกกังวลในช่วง

กลุ่ม EV เป็นปัญหาอันดับต้นๆ ของผู้บริโภค และ PMSM กล่าวถึงเรื่องนี้โดยตรง ด้วยการออกแบบโรเตอร์แม่เหล็กถาวร:

-ประสิทธิภาพสูงสุดเกิน 95% (เทียบกับ ~92% สำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำ) ลดการสูญเสียพลังงานระหว่างการทำงาน

-โดยจะรักษาประสิทธิภาพสูงในช่วงความเร็วที่กว้างขึ้น (โดยเฉพาะที่ภาระบางส่วน) ซึ่งการขับขี่ส่วนใหญ่เกิดขึ้นในแต่ละวัน

ตัวอย่างเช่น รุ่น Model 3 Long Range ของเทสลาใช้ระบบไฮบริดมอเตอร์ฝืดแม่เหล็กถาวร (PRM) ที่ขับเคลื่อนด้วย PMSM ซึ่งสามารถเดินทางได้ไกลถึง 513 กม. (WLTP) ส่วนหนึ่งเนื่องมาจากการทำงานที่สูญเสียน้อยของ PMSM

2. ความหนาแน่นของพลังงานสูง: เล็กกว่า เบากว่า ทรงพลังกว่า

นักออกแบบ EV เผชิญกับข้อแลกเปลี่ยนอย่างต่อเนื่อง: เพิ่มกำลังสูงสุดในขณะที่ลดน้ำหนักและพื้นที่ให้เหลือน้อยที่สุด PMSM เก่งที่นี่:

-แม่เหล็กถาวรช่วยลดความจำเป็นในการพันขดลวดทองแดงขนาดใหญ่ในโรเตอร์ ส่งผลให้ขนาดและน้ำหนักของโรเตอร์ลดลง

-ความหนาแน่นของกำลัง (กำลังที่ส่งออกต่อมวลหน่วย) สูงกว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำ 2–3 เท่า ช่วยให้มอเตอร์ขนาดกะทัดรัดให้กำลัง 200+ kW (270+ แรงม้า) ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าสมรรถนะสูงเช่น Taycan ของ Porsche

ความกะทัดรัดนี้ช่วยเพิ่มพื้นที่ว่างสำหรับแบตเตอรี่หรือห้องโดยสาร ซึ่งเป็นจุดขายสำคัญสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าสมัยใหม่

3. ความแม่นยำในการควบคุมที่เหนือกว่า: ประสิทธิภาพที่ราบรื่นและความสามารถในการขับขี่

รถยนต์ไฟฟ้าต้องการอัตราเร่งที่ตอบสนอง การทำงานที่เงียบ และการควบคุมแรงบิดที่แม่นยำ PMSM ส่งมอบ:

-การลื่นของโรเตอร์เป็นศูนย์ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการหมุนแบบซิงโครนัส ทำให้สามารถปรับแรงบิดระดับมิลลิวินาทีผ่านการควบคุมเวกเตอร์ (FOC)

-การกระเพื่อมของแรงบิดที่ลดลง (การสั่นสะเทือน) ส่งผลให้อัตราเร่งราบรื่นขึ้นและการขับขี่ที่เงียบขึ้น ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับรถยนต์พลังงานไฟฟ้าระดับพรีเมียมที่มุ่งเป้าไปที่ตลาดหรูหรา

ตัวอย่างเช่น i4 ของ BMW ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี PMSM เพื่อให้ได้ความแม่นยำ "การขับขี่ด้วยแป้นเหยียบเดียว" ซึ่งช่วยเพิ่มความสะดวกสบายให้กับผู้ขับขี่

4. ความเสถียรทางความร้อน: ความน่าเชื่อถือในทุกสภาวะ

มอเตอร์ EV ทำงานในอุณหภูมิที่สูงมาก (-40°C ถึง 85°C) และต้องทนต่อรอบการเร่งความเร็ว/การลดความเร็วซ้ำๆ PMSM มีประสิทธิภาพเหนือกว่าทางเลือกอื่น:

-แม่เหล็กถาวรรักษาความเสถียรของสนามแม่เหล็กตลอดช่วงอุณหภูมิ (ด้วยการเคลือบที่เหมาะสม) หลีกเลี่ยงความเสี่ยงในการล้างอำนาจแม่เหล็กที่พบใน IM กำลังสูงบางรุ่น

-การสูญเสียโรเตอร์ที่ลดลงช่วยลดการสร้างความร้อน ทำให้การออกแบบระบบระบายความร้อนง่ายขึ้นและลดต้นทุน

5. ความเข้ากันได้กับเทคโนโลยีขั้นสูง

รถยนต์ไฟฟ้าสมัยใหม่ผสมผสานการเบรกแบบใหม่ การอัปเดตแบบ over-the-air (OTA) และเวกเตอร์แรงบิดอัจฉริยะ PMSM เข้ากันได้โดยเนื้อแท้:

-ประสิทธิภาพที่สูงในการทำงานแบบย้อนกลับช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเบรกแบบจ่ายพลังงานใหม่ (กู้คืนพลังงานได้มากกว่า IM ถึง 20%)

-อัลกอริธึมการควบคุมแบบไร้เซ็นเซอร์ (ทั่วไปใน PMSM) ช่วยให้การดำเนินงานคุ้มค่าและไม่ต้องบำรุงรักษา ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญสำหรับการผลิต EV ที่ปรับขนาดได้

การยอมรับในโลกแห่งความเป็นจริง: PMSM ใน EV ชั้นนำ

-Tesla รุ่น S/X Plaid: มอเตอร์แม่เหล็กถาวรคู่ (ด้านหน้า: การเหนี่ยวนำ ด้านหลัง: PMSM) เพื่อกำลังและประสิทธิภาพที่สมดุล

-Hyundai Ioniq 6: PMSM ขับเคลื่อนล้อหลังให้กำลัง 225 กิโลวัตต์ (302 แรงม้า) ในระยะ 582 กม. (WLTP)

-Rivian R1T: PMSM อิสระสี่ตัว (หนึ่งตัวต่อล้อ) ช่วยให้สามารถเวกเตอร์แรงบิดเพื่อความคล่องตัวแบบออฟโรด

อนาคต: มอเตอร์ PMSM สำหรับรถยนต์จะครอง EVs

ในขณะที่ผู้ผลิตรถยนต์ไล่ตามระยะทางที่ไกลขึ้น ชาร์จเร็วขึ้น และลดต้นทุน PMSM จะยังคงเป็นศูนย์กลาง นวัตกรรมเช่นแม่เหล็กแบบแบ่งส่วน (ลดการพึ่งพาธาตุหายาก) และอินเวอร์เตอร์ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) (เพิ่มประสิทธิภาพเพิ่มเติม) จะช่วยเสริมความแข็งแกร่งให้กับตำแหน่งของพวกเขาเท่านั้น

บทสรุป

ความโดดเด่นของมอเตอร์ PMSM สำหรับรถยนต์ใน EV ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ แต่เป็นผลมาจากประสิทธิภาพที่ไม่มีใครเทียบได้ ความหนาแน่นของกำลัง และความแม่นยำในการควบคุม สำหรับผู้ผลิตรถยนต์ การเลือก PMSM หมายถึงการส่งมอบช่วง ประสิทธิภาพ และความน่าเชื่อถือที่กำหนดนิยามของ EV ในปัจจุบัน สำหรับผู้บริโภค สิ่งนี้หมายถึงการขับขี่ที่ยาวนานขึ้น การขับขี่ที่นุ่มนวลขึ้น และต้นทุนการดำเนินงานที่ลดลง ในขณะที่การปฏิวัติ EV เร่งตัวขึ้น PMSM จะยังคงเป็นฮีโร่ที่ไม่มีใครเอ่ยถึงภายใต้ประทุน