มอเตอร์ตามชื่อบ่งบอกเป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานไฟฟ้าและพลังงานกล มอเตอร์ใด ๆ สามารถทำงานเป็นมอเตอร์หรือเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้ มันไม่ได้สร้างพลังงานเอง แต่รับรู้เพียงการแปลงพลังงานไฟฟ้าเท่านั้น แต่การสูญเสียในกระบวนการแปลงจะถูกแปลงเป็นความร้อน ดังนั้นการออกแบบมอเตอร์ใดๆ ก็ตามรวมถึงการออกแบบด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า การออกแบบทางกล และการออกแบบทางความร้อน เราให้ความสำคัญกับพลังงานไฟฟ้า พลังงานกล การสูญเสียและประสิทธิภาพ อุณหภูมิ และพารามิเตอร์ประสิทธิภาพอื่นๆ มากขึ้น
มอเตอร์มีหลายประเภทขึ้นอยู่กับโครงสร้างและการใช้งาน อย่างไรก็ตาม มอเตอร์หลักที่ใช้ในระบบขับเคลื่อนรถยนต์ในปัจจุบัน ได้แก่ มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร มอเตอร์อะซิงโครนัส (มอเตอร์เหนี่ยวนำ) มอเตอร์รีลักแตนซ์แบบสวิตช์ มอเตอร์กระตุ้นไฟฟ้า และมอเตอร์กระแสตรง ณ จุดนี้ทุกคนอดไม่ได้ที่จะสนใจว่ามอเตอร์เหล่านี้มีความแตกต่างกันอย่างไร และมีข้อดีและข้อเสียของมอเตอร์แต่ละตัวอย่างไร? มาสร้างวิทยาศาสตร์ยอดนิยมง่ายๆ กันเถอะ
กระแสตรง
มอเตอร์กระแสตรงเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่เก่าแก่ที่สุดในตระกูลมอเตอร์ นักประดิษฐ์คือฟาราเดย์ที่รู้จักกันดี มอเตอร์กระแสตรงแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ประกอบด้วยขดลวดกระดองบนโรเตอร์, ขดลวดกระตุ้นบนสเตเตอร์, แกนสเตเตอร์และโรเตอร์, เฟรมและแปรง- สับเปลี่ยนถูกสร้างขึ้น, ขดลวดกระตุ้นให้สนามแม่เหล็กกระตุ้น, และกระดอง ขดลวดให้กระแสที่สร้างแรงบิด
ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ มอเตอร์กระแสตรงมีขดลวดกระตุ้นและขดลวดกระดอง ขนาดของสนามแม่เหล็กสามารถควบคุมได้โดยการควบคุมกระแสของขดลวดกระตุ้น และสามารถปรับแรงบิดได้โดยการควบคุมกระแสของขดลวดกระดอง ดังนั้นข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของมอเตอร์กระแสตรงคือมีประสิทธิภาพการควบคุมที่ดี ความเร็วเอาต์พุตและแรงบิดของมอเตอร์สามารถปรับได้เกือบเป็นเส้นตรงผ่านตัวต้านทานตัวแปรภายนอกเท่านั้น
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการมีอยู่ของแปรง ความน่าเชื่อถือต่ำ ค่าบำรุงรักษาสูง และการสูญเสียเพิ่มเติมที่เกิดจากความต้านทานการสัมผัสของแปรงและความต้านทานภายนอกมีขนาดใหญ่ และประสิทธิภาพของมอเตอร์ค่อนข้างต่ำ ในปัจจุบัน รถยนต์ไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นใหม่โดยพื้นฐานแล้วจะไม่ใช้มอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงอีกต่อไป ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้ในสถานที่ต่างๆ เช่น ลิฟต์หน้าต่าง ที่ปัดน้ำฝนในการขับขี่ ฯลฯ และมีแนวโน้มที่จะใช้เครื่องสับเปลี่ยนแบบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อทดแทนเครื่องสับเปลี่ยนแบบแปรง
มอเตอร์เหนี่ยวนำ
ผู้ประดิษฐ์มอเตอร์เหนี่ยวนำเป็นอีกหนึ่งยักษ์ใหญ่ด้านเทคโนโลยีของเทสลา โดยทั่วไป แกนสเตเตอร์จะฝังด้วยขดลวดไฟฟ้ากระแสสลับสามเฟส และโรเตอร์ประกอบด้วยแกนเหล็กและขดลวดกรงลัดวงจร เมื่อ AC สามเฟสเชื่อมต่อกับขดลวดสเตเตอร์ จะสร้างสนามแม่เหล็กหมุนซิงโครนัสพื้นที่สังเคราะห์ ตัดขดลวดโรเตอร์ จึงสร้างกระแสในขดลวดกรงโรเตอร์ และกระแสจะขึ้นอยู่กับการกระทำของแม่เหล็ก เพื่อสร้างแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนโรเตอร์ให้หมุน
เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้แปรงบนโรเตอร์ โครงสร้างจึงเรียบง่าย ความน่าเชื่อถือดี และเทคโนโลยีการผลิตค่อนข้างสมบูรณ์ ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตภาคอุตสาหกรรม ปัจจุบันมีการใช้ในรถยนต์นั่งส่วนบุคคลบางรุ่น แต่เนื่องจากความหนาแน่นของพลังงานต่ำและการควบคุมที่ซับซ้อน จึงไม่ค่อยได้ใช้ในรถยนต์นั่งส่วนบุคคล เพื่อเป็นการระลึกถึงบุคคลสำคัญนี้ เทสลามอเตอร์จึงใช้กรงกระรอกทองแดงแบบเหนี่ยวนำในผลิตภัณฑ์รุ่นแรกๆ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากประสิทธิภาพโดยรวม ความหนาแน่นของพลังงาน และสมรรถนะอื่นๆ จึงยังไม่สามารถเปรียบเทียบกับมอเตอร์แม่เหล็กถาวรหายากของโลกได้ Model 3 ล่าสุดได้เปลี่ยนไปใช้มอเตอร์ซิงโครนัสแบบแม่เหล็กถาวรเป็นมอเตอร์ขับเคลื่อน
มอเตอร์ซิงโครนัสทั่วไปและมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร
โครงสร้างสเตเตอร์ของมอเตอร์ซิงโครนัสเหมือนกับของมอเตอร์เหนี่ยวนำก่อนหน้า มันเป็นของมอเตอร์กระแสสลับ เฉพาะขดลวดสเตเตอร์เท่านั้นที่ผ่านกระแสไฟ AC แบบสมมาตร ซึ่งจะสร้างแรงแม่เหล็กหมุนในช่องว่างอากาศ ความแตกต่างจากมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสคือความเร็วของโรเตอร์นั้นสอดคล้องกับความเร็วของสนามแม่เหล็กที่หมุน
มันเป็นมอเตอร์ซิงโครนัสแบบกระตุ้นด้วยไฟฟ้าแบบดั้งเดิม และเสาเด่นของโรเตอร์นั้นถูกพันด้วยขดลวดกระตุ้นบาดแผลและดึงออกมาผ่านวงแหวนและแปรงบนเพลา นั่นคือแรงกระตุ้นของสนามแม่เหล็กนั้นมาจากกระแสตรงภายนอก ดังนั้นประสิทธิภาพการควบคุมจึงค่อนข้างดี ตัวประกอบกำลังและประสิทธิภาพอาจค่อนข้างสูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากจำเป็นต้องมีตัวกระตุ้นภายนอก ขนาดใหญ่ และแหวนสลิปของแปรงต้องการการบำรุงรักษาเป็นประจำ ดังนั้น มอเตอร์ประเภทนี้จึงส่วนใหญ่ใช้ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าของโรงไฟฟ้า และค่อนข้างหายากในรถยนต์
ยานยนต์พลังงานใหม่ที่ใช้มากที่สุดคือมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร ความแตกต่างจากอันที่แล้วคือแกนโรเตอร์ไม่มีขดลวด มีเพียงแม่เหล็กถาวรที่ติดตั้งบนพื้นผิวหรือในตัวเท่านั้น การแปลงพลังงานเครื่องกลไฟฟ้าเกิดขึ้นเนื่องจากการกระทำของสนามแม่เหล็กหมุน
เนื่องจากจำเป็นต้องปรับความเร็วของรถบ่อยๆ ความเร็วของมอเตอร์จึงถูกออกแบบให้ค่อนข้างสูง ดังนั้นมอเตอร์ซิงโครนัสแบบแม่เหล็กถาวรที่มีเหล็กแม่เหล็กในตัวด้านขวาจึงได้เปรียบมากกว่าเนื่องจากมีความแข็งแรงทางกลที่ดี และ มีแรงแม่เหล็กค่อนข้างสูงสำหรับมอเตอร์ชนิดนี้ที่มีเหล็กแม่เหล็กในตัว แรงบิดความต้านทานจะเอื้อต่อการลดปริมาณเหล็กแม่เหล็กและปรับปรุงประสิทธิภาพการลดค่าสนาม
เปลี่ยนมอเตอร์ฝืนใจ
มอเตอร์รีลักแตนซ์เป็นมอเตอร์ที่มีโครงสร้างใหม่ ไม่มีวัสดุที่คดเคี้ยวหรือแม่เหล็กถาวรบนโรเตอร์ แต่มีโครงสร้างที่เป็นของแข็งของเสาเด่นที่ซ้อนกันด้วยแผ่นเหล็กซิลิกอน มันขึ้นอยู่กับหลักการของความไม่เต็มใจขั้นต่ำ (ฟลักซ์แม่เหล็กจะต้องปิดตามเส้นทางด้วยความลังเลน้อยที่สุดเสมอ) ด้วยการเปลี่ยนลำดับการเติมพลังงานของขดลวดบนขั้วเด่นของสเตเตอร์ โรเตอร์จะเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งอย่างต่อเนื่องโดยไม่เต็มใจน้อยที่สุด ดังนั้นการขับเคลื่อนโรเตอร์ให้หมุน
โครงสร้างแม่เหล็กนั้นเรียบง่าย มั่นคง เชื่อถือได้ ต้นทุนต่ำ และมีศักยภาพในการพัฒนาสูง ดังนั้นจึงมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในด้านการควบคุมความเร็วของแรงฉุดลากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความผันผวนของแรงบิดโดยธรรมชาติและการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนที่เห็นได้ชัด ปัจจุบันจึงใช้เฉพาะในรถยนต์นั่งบางรุ่นเท่านั้น
ปัจจุบันยังมีมอเตอร์รีลัคแตนซ์ชนิดกระตุ้นไฮบริดรุ่นใหม่ด้วย โดยปกติแล้ว วัสดุแม่เหล็กถาวรเฟอร์ไรท์บางชนิดจะถูกใส่เข้าไปในช่องรีลักแตนซ์ของโรเตอร์ เพื่อให้ประสิทธิภาพของมอเตอร์สูงกว่ามอเตอร์แบบฝืนใจเนื่องจากมีการแนะนำส่วนหนึ่งของแรงบิดแม่เหล็กถาวร และค่าใช้จ่ายไม่สูงเท่ากับมอเตอร์แม่เหล็กถาวรหายากของโลก
บทส่งท้าย
บทความนี้จะแนะนำมอเตอร์หลายตัวที่เราคุ้นเคย โดยรวมแล้ว มอเตอร์กระแสตรงจะค่อยๆ ถูกกำจัดออกไปเนื่องจากความน่าเชื่อถือต่ำและประสิทธิภาพโดยเฉลี่ย เทคโนโลยีการควบคุมของมอเตอร์รีลักแตนซ์แบบสับเปลี่ยนนั้นยังไม่บรรลุนิติภาวะ เสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนนั้นชัดเจนที่ความเร็วต่ำ และประสิทธิภาพก็ต่ำเช่นกัน มันเป็นของทางเลือกในอนาคต โรเตอร์มอเตอร์เหนี่ยวนำมีการใช้ทองแดงในด้านทุติยภูมิ การสร้างความร้อนที่รุนแรง ประสิทธิภาพต่ำ และปริมาณมาก และมักเหมาะสำหรับใช้ในรถยนต์นั่งส่วนบุคคลที่ไม่ต้องการปริมาณที่เข้มงวด ระบบมอเตอร์ซิงโครนัสแบบกระตุ้นด้วยไฟฟ้ามีขนาดใหญ่ และแหวนสลิปแบบมีแปรงไฟฟ้าต้องการการบำรุงรักษาและมีข้อกังวลด้านความน่าเชื่อถือ และปัจจุบันหาได้ยากนอกเหนือจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
ภาพด้านบนเป็นการเปรียบเทียบโครงสร้างและประสิทธิภาพของมอเตอร์หลายตัวที่ผลิตโดยกระทรวงพลังงานสหรัฐและห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์เพื่อการอ้างอิง สำหรับรถยนต์นั่งส่วนบุคคลขนาดเล็ก มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรยังคงเป็นมอเตอร์หลัก และในประเทศของฉัน วัสดุสำรองของแร่แม่เหล็กถาวรหายากมีข้อได้เปรียบด้านทรัพยากรที่ไม่เหมือนใคร แต่ด้วยการเติบโตอย่างรวดเร็วของรถยนต์พลังงานใหม่ ความกระตือรือร้นในการวิจัยสำหรับมอเตอร์ใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูง ต้นทุนต่ำ ปลอดภัยและเชื่อถือได้ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน
