ยานพาหนะไฟฟ้าส่วนใหญ่ประกอบด้วยสามส่วน: ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ ระบบแบตเตอรี่ และระบบควบคุมยานพาหนะ ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์เป็นส่วนที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลโดยตรงซึ่งเป็นตัวกำหนดตัวชี้วัดประสิทธิภาพของยานพาหนะไฟฟ้า ดังนั้นการเลือกมอเตอร์ขับเคลื่อนจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
ในสภาพแวดล้อมที่รักษาสิ่งแวดล้อม ยานพาหนะไฟฟ้าก็กลายเป็นจุดสำคัญในการวิจัยในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ยานพาหนะไฟฟ้าสามารถปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นศูนย์หรือต่ำมากในการจราจรในเมือง และมีข้อได้เปรียบอย่างมากในด้านการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม ทุกประเทศกำลังทำงานอย่างหนักเพื่อพัฒนารถยนต์ไฟฟ้า ยานพาหนะไฟฟ้าส่วนใหญ่ประกอบด้วยสามส่วน: ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ ระบบแบตเตอรี่ และระบบควบคุมยานพาหนะ ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์เป็นส่วนที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลโดยตรงซึ่งเป็นตัวกำหนดตัวชี้วัดประสิทธิภาพของยานพาหนะไฟฟ้า ดังนั้นการเลือกมอเตอร์ขับเคลื่อนจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
1. ข้อกำหนดสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าสำหรับมอเตอร์ขับเคลื่อน
ในปัจจุบัน การประเมินประสิทธิภาพของรถยนต์ไฟฟ้าจะพิจารณาตัวชี้วัดประสิทธิภาพ 3 ประการดังต่อไปนี้เป็นหลัก
(1) ระยะทางสูงสุด (กม.): ระยะทางสูงสุดของรถยนต์ไฟฟ้าหลังจากชาร์จแบตเตอรี่เต็มแล้ว
(2) ความสามารถในการเร่งความเร็ว: เวลาขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าในการเร่งความเร็วจากการหยุดนิ่งจนถึงความเร็วที่กำหนด
(3) ความเร็วสูงสุด (กม./ชม.): ความเร็วสูงสุดที่รถยนต์ไฟฟ้าสามารถเข้าถึงได้
มอเตอร์ที่ออกแบบมาเพื่อลักษณะการขับขี่ของยานพาหนะไฟฟ้ามีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพพิเศษเมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์อุตสาหกรรม:
(1) มอเตอร์ขับเคลื่อนของรถยนต์ไฟฟ้ามักต้องการข้อกำหนดด้านสมรรถนะไดนามิกสูงสำหรับการสตาร์ท/หยุดบ่อยครั้ง การเร่งความเร็ว/การลดความเร็ว และการควบคุมแรงบิด
(2) เพื่อลดน้ำหนักของรถทั้งคัน โดยปกติระบบเกียร์หลายสปีดจะถูกยกเลิก ซึ่งกำหนดให้มอเตอร์สามารถให้แรงบิดที่สูงขึ้นที่ความเร็วต่ำหรือเมื่อขึ้นทางลาดชัน และมักจะทนทานได้ 4-5 เท่า โอเวอร์โหลด;
(3) ช่วงการควบคุมความเร็วจะต้องมีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และในขณะเดียวกันก็จำเป็นต้องรักษาประสิทธิภาพการทำงานให้สูงภายในช่วงการควบคุมความเร็วทั้งหมด
(4) มอเตอร์ได้รับการออกแบบให้มีความเร็วพิกัดสูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และในขณะเดียวกัน จะใช้ปลอกอลูมิเนียมอัลลอยด์ให้มากที่สุด มอเตอร์ความเร็วสูงมีขนาดเล็กซึ่งเอื้อต่อการลดน้ำหนักของยานพาหนะไฟฟ้า
(5) ยานพาหนะไฟฟ้าควรมีการใช้พลังงานอย่างเหมาะสมและมีหน้าที่ในการกู้คืนพลังงานเบรก โดยทั่วไปพลังงานที่ได้รับจากการเบรกแบบสร้างพลังงานใหม่ควรอยู่ที่ 10%-20% ของพลังงานทั้งหมด
(6) สภาพแวดล้อมการทำงานของมอเตอร์ที่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้ามีความซับซ้อนและรุนแรงมากขึ้น ทำให้มอเตอร์ต้องมีความน่าเชื่อถือและการปรับตัวต่อสภาพแวดล้อมที่ดี และในขณะเดียวกันก็ต้องแน่ใจว่าต้นทุนการผลิตมอเตอร์จะไม่สูงเกินไป
2. มอเตอร์ขับเคลื่อนที่ใช้กันทั่วไปหลายตัว
2.1 มอเตอร์กระแสตรง
ในระยะแรกของการพัฒนารถยนต์ไฟฟ้า ยานพาหนะไฟฟ้าส่วนใหญ่ใช้มอเตอร์กระแสตรงเป็นมอเตอร์ขับเคลื่อน เทคโนโลยีมอเตอร์ประเภทนี้ค่อนข้างสมบูรณ์ โดยมีวิธีการควบคุมที่ง่ายดายและการควบคุมความเร็วที่ยอดเยี่ยม เคยถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านมอเตอร์ควบคุมความเร็ว - อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโครงสร้างทางกลที่ซับซ้อนของมอเตอร์กระแสตรง เช่น: แปรงและตัวสับเปลี่ยนทางกล ความสามารถในการโอเวอร์โหลดทันทีและความเร็วมอเตอร์ที่เพิ่มขึ้นอีกจึงมีจำกัด และในกรณีของการทำงานระยะยาว โครงสร้างทางกลของ มอเตอร์จะเกิดการสูญเสียและค่าบำรุงรักษาเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ เมื่อมอเตอร์ทำงาน ประกายไฟจากแปรงทำให้โรเตอร์ร้อนขึ้น เปลืองพลังงาน ทำให้กระจายความร้อนได้ยาก และยังทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงซึ่งส่งผลต่อสมรรถนะของรถยนต์ เนื่องจากข้อบกพร่องข้างต้นของมอเตอร์กระแสตรง ยานพาหนะไฟฟ้าในปัจจุบันจึงได้กำจัดมอเตอร์กระแสตรงออกไป
2.2 มอเตอร์อะซิงโครนัสไฟฟ้ากระแสสลับ
มอเตอร์อะซิงโครนัส AC เป็นมอเตอร์ประเภทหนึ่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม มีลักษณะเฉพาะคือสเตเตอร์และโรเตอร์เคลือบด้วยแผ่นเหล็กซิลิกอน ปลายทั้งสองข้างบรรจุด้วยฝาอะลูมิเนียม การดำเนินงานที่เชื่อถือได้และทนทานบำรุงรักษาง่าย เมื่อเทียบกับมอเตอร์กระแสตรงที่มีกำลังเท่ากัน มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส AC จะมีประสิทธิภาพมากกว่า และมวลจะเบากว่าประมาณครึ่งหนึ่ง หากใช้วิธีการควบคุมของการควบคุมเวกเตอร์ จะสามารถได้รับการควบคุมและช่วงการควบคุมความเร็วที่กว้างขึ้นซึ่งเทียบได้กับมอเตอร์กระแสตรง เนื่องจากข้อดีของประสิทธิภาพสูง กำลังเฉพาะสูง และความเหมาะสมสำหรับการใช้งานที่ความเร็วสูง มอเตอร์อะซิงโครนัสแบบ AC จึงเป็นมอเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในยานพาหนะไฟฟ้ากำลังสูง ปัจจุบัน มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส AC มีการผลิตเป็นจำนวนมาก และมีผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปหลายประเภทให้เลือก อย่างไรก็ตาม ในกรณีของการทำงานที่ความเร็วสูง โรเตอร์ของมอเตอร์จะได้รับความร้อนอย่างมาก และมอเตอร์จะต้องมีการระบายความร้อนระหว่างการทำงาน ในเวลาเดียวกัน ระบบขับเคลื่อนและการควบคุมของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสมีความซับซ้อนมากและต้นทุนของตัวมอเตอร์ก็สูงเช่นกัน เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์แม่เหล็กถาวรและสวิตช์ฝืนสำหรับมอเตอร์ ประสิทธิภาพและความหนาแน่นของกำลังของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสนั้นต่ำ ซึ่งไม่เอื้อต่อการปรับปรุงระยะทางสูงสุดของยานพาหนะไฟฟ้า
2.3 มอเตอร์แม่เหล็กถาวร
มอเตอร์แม่เหล็กถาวรสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทตามรูปคลื่นกระแสที่แตกต่างกันของขดลวดสเตเตอร์ ประเภทแรกคือมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านซึ่งมีกระแสคลื่นพัลส์เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า อีกอันคือมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรซึ่งมีกระแสคลื่นไซน์ มอเตอร์ทั้งสองประเภทโดยพื้นฐานแล้วมีโครงสร้างและหลักการทำงานเหมือนกัน โรเตอร์เป็นแม่เหล็กถาวร ซึ่งช่วยลดการสูญเสียที่เกิดจากการกระตุ้น สเตเตอร์ถูกติดตั้งด้วยขดลวดเพื่อสร้างแรงบิดผ่านไฟฟ้ากระแสสลับ ดังนั้นการระบายความร้อนจึงค่อนข้างง่าย เนื่องจากมอเตอร์ประเภทนี้ไม่จำเป็นต้องติดตั้งแปรงและโครงสร้างการเปลี่ยนทางกล จึงไม่เกิดประกายไฟในการสับเปลี่ยนระหว่างการทำงาน การทำงานมีความปลอดภัยและเชื่อถือได้ การบำรุงรักษาสะดวก และอัตราการใช้พลังงานสูง
ระบบควบคุมของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรนั้นง่ายกว่าระบบควบคุมของมอเตอร์อะซิงโครนัสแบบ AC อย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อจำกัดของกระบวนการวัสดุแม่เหล็กถาวร ช่วงพลังงานของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรจึงมีน้อย และโดยทั่วไปพลังงานสูงสุดจะอยู่ที่สิบล้านเท่านั้น ซึ่งเป็นข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ในเวลาเดียวกัน วัสดุแม่เหล็กถาวรบนโรเตอร์จะมีปรากฏการณ์การสลายตัวของแม่เหล็กภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง การสั่นสะเทือน และกระแสเกิน ดังนั้นภายใต้สภาพการทำงานที่ค่อนข้างซับซ้อน มอเตอร์แม่เหล็กถาวรจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดความเสียหาย นอกจากนี้ ราคาของวัสดุแม่เหล็กถาวรยังสูง ดังนั้นต้นทุนของมอเตอร์ทั้งหมดและระบบควบคุมจึงสูง
2.4 มอเตอร์ฝืนแบบสวิตช์
เนื่องจากเป็นมอเตอร์ประเภทใหม่ มอเตอร์รีลัคแทนซ์แบบสวิตช์จึงมีโครงสร้างที่ง่ายที่สุดเมื่อเทียบกับมอเตอร์ขับเคลื่อนประเภทอื่น สเตเตอร์และโรเตอร์เป็นทั้งโครงสร้างเด่นสองเท่าที่ทำจากแผ่นเหล็กซิลิกอนธรรมดา ไม่มีโครงสร้างบนโรเตอร์ สเตเตอร์มาพร้อมกับขดลวดเข้มข้นอย่างง่าย ซึ่งมีข้อดีหลายประการ เช่น โครงสร้างที่เรียบง่ายและมั่นคง ความน่าเชื่อถือสูง น้ำหนักเบา ต้นทุนต่ำ ประสิทธิภาพสูง อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นต่ำ และการบำรุงรักษาง่าย นอกจากนี้ยังมีคุณลักษณะที่ยอดเยี่ยมในการควบคุมระบบควบคุมความเร็ว DC ได้ดี และเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง และเหมาะมากสำหรับใช้เป็นมอเตอร์ขับเคลื่อนสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า
เมื่อพิจารณาว่าเนื่องจากมอเตอร์ขับเคลื่อนยานพาหนะไฟฟ้า มอเตอร์กระแสตรง และมอเตอร์แม่เหล็กถาวร มีความสามารถในการปรับตัวได้ไม่ดีในโครงสร้างและสภาพแวดล้อมการทำงานที่ซับซ้อน และมีแนวโน้มที่จะเกิดความล้มเหลวทางกลไกและการล้างอำนาจแม่เหล็ก บทความนี้จึงมุ่งเน้นไปที่การแนะนำมอเตอร์ฝืนแบบสวิตช์และมอเตอร์อะซิงโครนัสแบบไฟฟ้ากระแสสลับ เมื่อเปรียบเทียบกับตัวเครื่องแล้ว มันมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในด้านต่อไปนี้
2.4.1 โครงสร้างของตัวมอเตอร์
โครงสร้างของมอเตอร์รีลัคแทนซ์แบบสวิตช์นั้นง่ายกว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นคือไม่มีการพันบนโรเตอร์ และทำจากแผ่นเหล็กซิลิกอนธรรมดาเท่านั้น การสูญเสียมอเตอร์ทั้งหมดส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ขดลวดสเตเตอร์ ซึ่งทำให้มอเตอร์ผลิตได้ง่าย มีฉนวนที่ดี ระบายความร้อนได้ง่าย และมีคุณสมบัติการกระจายความร้อนที่ดีเยี่ยม โครงสร้างมอเตอร์นี้สามารถลดขนาดและน้ำหนักของมอเตอร์ได้ และสามารถรับได้ด้วยปริมาตรที่น้อย กำลังขับที่มากขึ้น เนื่องจากโรเตอร์ของมอเตอร์มีความยืดหยุ่นเชิงกลที่ดี จึงสามารถใช้มอเตอร์รีลัคแทนซ์แบบสวิตช์สำหรับการทำงานที่ความเร็วสูงพิเศษได้
2.4.2 วงจรขับเคลื่อนมอเตอร์
กระแสเฟสของระบบขับเคลื่อนมอเตอร์แบบฝืนสวิตช์เป็นแบบทิศทางเดียวและไม่เกี่ยวข้องกับทิศทางของแรงบิด และอุปกรณ์สวิตชิ่งหลักเพียงตัวเดียวเท่านั้นที่สามารถใช้เพื่อให้ตรงกับสถานะการทำงานของมอเตอร์สี่ควอแดรนท์ วงจรแปลงกำลังเชื่อมต่อโดยตรงแบบอนุกรมกับขดลวดกระตุ้นของมอเตอร์ และวงจรแต่ละเฟสจะจ่ายพลังงานอย่างอิสระ แม้ว่าการพันเฟสหรือตัวควบคุมมอเตอร์จะล้มเหลว เพียงแต่ต้องหยุดการทำงานของเฟสโดยไม่ทำให้เกิดผลกระทบมากขึ้น ดังนั้นทั้งตัวมอเตอร์และตัวแปลงกำลังจึงมีความปลอดภัยและเชื่อถือได้มาก ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมากกว่าเครื่องจักรแบบอะซิงโครนัส
2.4.3 ด้านสมรรถนะของระบบมอเตอร์
มอเตอร์รีลัคแตนซ์แบบสวิตช์มีพารามิเตอร์ควบคุมมากมาย และง่ายต่อการตอบสนองข้อกำหนดของการทำงานแบบสี่ควอแดรนท์ของยานพาหนะไฟฟ้าผ่านกลยุทธ์การควบคุมและการออกแบบระบบที่เหมาะสม และสามารถรักษาความสามารถในการเบรกที่ดีเยี่ยมในพื้นที่การทำงานที่ความเร็วสูง มอเตอร์รีลัคแทนซ์แบบสวิตช์ไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพสูงเท่านั้น แต่ยังรักษาประสิทธิภาพสูงในการควบคุมความเร็วที่หลากหลาย ซึ่งไม่มีระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ประเภทอื่นใดเทียบได้ ประสิทธิภาพนี้เหมาะมากสำหรับการทำงานของรถยนต์ไฟฟ้า และมีประโยชน์อย่างมากในการปรับปรุงระยะการขับเคลื่อนของรถยนต์ไฟฟ้า
3. บทสรุป
บทความนี้มุ่งเน้นที่จะหยิบยกข้อดีของสวิตช์รีลัคแทนซ์มอเตอร์เป็นมอเตอร์ขับเคลื่อนสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า โดยการเปรียบเทียบระบบควบคุมความเร็วมอเตอร์ขับเคลื่อนที่ใช้กันทั่วไปต่างๆ ซึ่งเป็นจุดสำคัญในการวิจัยในการพัฒนารถยนต์ไฟฟ้า สำหรับมอเตอร์ชนิดพิเศษนี้ ยังมีพื้นที่อีกมากสำหรับการพัฒนาในการใช้งานจริง นักวิจัยจำเป็นต้องใช้ความพยายามมากขึ้นในการดำเนินการวิจัยเชิงทฤษฎี และในขณะเดียวกันก็จำเป็นต้องรวมความต้องการของตลาดเพื่อส่งเสริมการประยุกต์ใช้มอเตอร์ประเภทนี้ในทางปฏิบัติ
เวลาโพสต์: 24 มี.ค. 2022