ไดรฟ์ทดสอบมอเตอร์ซิงโครนัส: หมายความว่าอย่างไร

รถยนต์ไฟฟ้ายังคงถูกบดบังด้วยการพัฒนาแบตเตอรี่

การพัฒนาระบบส่งกำลังแบบไฮบริดอย่างรวดเร็วและความก้าวหน้าอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อนในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาในด้านยานยนต์ไฟฟ้าเป็นจุดสนใจหลักของการพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ พวกเขาต้องการทรัพยากรสูงสุดจากนักพัฒนาและเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดสำหรับนักออกแบบ อย่างไรก็ตามเราไม่ควรมองข้ามความจริงที่ว่าความก้าวหน้าในการพัฒนาเทคโนโลยีลิเธียมไอออนขั้นสูงนั้นมาพร้อมกับความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านการควบคุมพลังงานของกระแสไฟฟ้าและมอเตอร์ไฟฟ้า ปรากฎว่าแม้ว่ามอเตอร์ไฟฟ้าจะมีประสิทธิภาพสูง แต่ก็มีสนามที่จริงจังสำหรับการพัฒนา

นักออกแบบคาดหวังว่าอุตสาหกรรมนี้จะเติบโตในอัตราที่สูงมากไม่เพียง แต่เนื่องจากยานยนต์ไฟฟ้ากลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น แต่ยังเป็นเพราะการใช้พลังงานไฟฟ้าของรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยการเผาไหม้เป็นองค์ประกอบสำคัญของระดับการปล่อยมลพิษที่กำหนดไว้ในสหภาพยุโรป

แม้ว่ามอเตอร์ไฟฟ้าจะมีประวัติอันยาวนาน แต่นักออกแบบก็ต้องเผชิญกับความท้าทายใหม่ ๆ ในปัจจุบัน มอเตอร์ไฟฟ้าขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์สามารถมีการออกแบบที่แคบและมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่หรือเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กและตัวยาว พฤติกรรมของพวกมันในรถยนต์ไฟฟ้าล้วนแตกต่างจากรถไฮบริดตรงที่ต้องคำนึงถึงความร้อนที่เกิดจากเครื่องยนต์สันดาปภายใน สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าช่วงความเร็วจะกว้างขึ้นและผู้ที่ติดตั้งในระบบไฮบริดคู่ขนานในกระปุกเกียร์จะต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ทำงานภายในช่วงความเร็วของเครื่องยนต์สันดาป เครื่องจักรส่วนใหญ่ทำงานด้วยไฟฟ้าแรงสูง แต่เครื่องไฟฟ้า 48 โวลต์จะได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ

ทำไมต้องเป็นมอเตอร์ AC

แม้ว่าแหล่งที่มาของกระแสไฟฟ้าในตัวของแบตเตอรี่จะเป็นไฟฟ้ากระแสตรง แต่นักออกแบบระบบไฟฟ้าในปัจจุบันไม่ได้คิดถึงการใช้มอเตอร์กระแสตรง แม้จะคำนึงถึงการสูญเสียการแปลงหน่วย AC โดยเฉพาะอย่างยิ่งหน่วยซิงโครนัสมีประสิทธิภาพดีกว่าหน่วย DC แต่จริงๆแล้วมอเตอร์แบบซิงโครนัสหรืออะซิงโครนัสหมายถึงอะไร? เราจะแนะนำให้คุณรู้จักกับส่วนนี้ของโลกยานยนต์เนื่องจากในขณะที่รถยนต์ไฟฟ้ามีอยู่ในรถยนต์มานานแล้วในรูปแบบของสตาร์ตเตอร์และอัลเทอร์เนเตอร์เทคโนโลยีใหม่ ๆ เพิ่งได้รับการแนะนำในพื้นที่นี้

ปัจจุบัน Toyota, GM และ BMW เป็นผู้ผลิตไม่กี่รายที่เข้าควบคุมการพัฒนาและผลิตมอเตอร์ไฟฟ้าด้วยตนเอง แม้แต่ Lexus ซึ่งเป็นบริษัทในเครือของ Toyota ก็ยังส่งอุปกรณ์เหล่านี้ให้กับบริษัทอื่นคือ Aisin ของญี่ปุ่น บริษัทส่วนใหญ่พึ่งพาซัพพลายเออร์ เช่น ZF Sachs, Siemens, Bosch, Zytec หรือบริษัทจีน เห็นได้ชัดว่าการพัฒนาอย่างรวดเร็วของธุรกิจนี้ทำให้บริษัทดังกล่าวได้รับประโยชน์จากการเป็นพันธมิตรกับผู้ผลิตรถยนต์ สำหรับด้านเทคโนโลยีของสิ่งต่าง ๆ ในปัจจุบันสำหรับความต้องการของรถยนต์ไฟฟ้าและไฮบริดนั้นส่วนใหญ่จะใช้มอเตอร์ซิงโครนัส AC ที่มีโรเตอร์ภายนอกหรือภายใน

ความสามารถในการแปลงแบตเตอรี่ DC เป็น AC สามเฟสได้อย่างมีประสิทธิภาพและในทางกลับกันส่วนใหญ่เกิดจากความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการควบคุม อย่างไรก็ตามระดับกระแสไฟฟ้าในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูงกว่าระดับที่พบในเครือข่ายไฟฟ้าในครัวเรือนหลายเท่าและมักจะเกิน 150 แอมแปร์ สิ่งนี้สร้างความร้อนจำนวนมากที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังต้องจัดการ ในปัจจุบันปริมาณของอุปกรณ์ควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ยังคงมีอยู่มากเนื่องจากอุปกรณ์ควบคุมเซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ไม่สามารถลดลงได้ด้วยไม้กายสิทธิ์

ทั้งมอเตอร์ซิงโครนัสและอะซิงโครนัสเป็นเครื่องไฟฟ้าสนามแม่เหล็กหมุนชนิดหนึ่งที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่า โดยทั่วไปแล้ว โรเตอร์ของมอเตอร์เหนี่ยวนำประกอบด้วยแผ่นแข็งอย่างง่ายที่มีขดลวดลัดวงจร กระแสไหลในขดลวดสเตเตอร์เป็นคู่ตรงข้าม โดยมีกระแสจากหนึ่งในสามเฟสไหลในแต่ละคู่ เนื่องจากในแต่ละเฟสมีการเลื่อนเฟส 120 องศาเมื่อเทียบกับอีกอันหนึ่งจึงได้สนามแม่เหล็กหมุนที่เรียกว่า ในทางกลับกันสิ่งนี้ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กในโรเตอร์และการทำงานร่วมกันระหว่างสนามแม่เหล็กสองสนาม - การหมุนในสเตเตอร์และสนามแม่เหล็กของโรเตอร์นำไปสู่การขึ้นรถไฟหลังและการหมุนที่ตามมา อย่างไรก็ตามในมอเตอร์ไฟฟ้าประเภทนี้ โรเตอร์จะอยู่หลังสนามเสมอ เนื่องจากหากไม่มีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างสนามกับโรเตอร์ ก็จะไม่เหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กในโรเตอร์ ดังนั้นระดับความเร็วสูงสุดจะถูกกำหนดโดยความถี่ของกระแสไฟและโหลด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมอเตอร์ซิงโครนัสมีประสิทธิภาพสูงขึ้น ผู้ผลิตส่วนใหญ่จึงยึดติดกับมัน

มอเตอร์ซิงโครนัส

หน่วยเหล่านี้มีประสิทธิภาพและความหนาแน่นของพลังงานสูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญ ความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากมอเตอร์เหนี่ยวนำคือสนามแม่เหล็กในโรเตอร์ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยการโต้ตอบกับสเตเตอร์ แต่เป็นผลมาจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดเพิ่มเติมที่ติดตั้งอยู่หรือแม่เหล็กถาวร ดังนั้นสนามในโรเตอร์และสนามในสเตเตอร์จึงเป็นแบบซิงโครนัสและความเร็วของมอเตอร์สูงสุดยังขึ้นอยู่กับการหมุนของสนามตามลำดับความถี่ของกระแสและโหลด เพื่อหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการจ่ายไฟเพิ่มเติมให้กับขดลวดซึ่งจะเพิ่มการใช้พลังงานและทำให้กฎระเบียบปัจจุบันในรถยนต์ไฟฟ้าและรุ่นไฮบริดมีความซับซ้อนจึงใช้มอเตอร์ไฟฟ้าที่มีการกระตุ้นคงที่ที่เรียกว่าเช่น ด้วยแม่เหล็กถาวร ดังที่ได้กล่าวไปแล้วผู้ผลิตรถยนต์ประเภทนี้เกือบทั้งหมดใช้หน่วยประเภทนี้ดังนั้นตามที่ผู้เชี่ยวชาญหลายคนยังคงมีปัญหากับการขาดแคลนนีโอดิเมียมและดิสโพรเซียมของธาตุดินหายากราคาแพง มอเตอร์ซิงโครนัสมีให้เลือกหลายแบบและโซลูชันเทคโนโลยีแบบผสมเช่น BMW หรือ GM แต่เราจะบอกข้อมูลเพิ่มเติมให้คุณทราบ

การก่อสร้าง

เครื่องยนต์ของรถยนต์ไฟฟ้าล้วนมักจะเชื่อมต่อโดยตรงกับส่วนต่างของเพลาขับ และกำลังจะถูกส่งไปยังล้อผ่านทางเพลา ช่วยลดการสูญเสียการส่งกำลังเชิงกล ด้วยเลย์เอาต์ใต้พื้นนี้ จุดศูนย์ถ่วงจะลดลงและการออกแบบบล็อกโดยรวมจะมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น สถานการณ์แตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับเค้าโครงของรุ่นไฮบริด สำหรับรถไฮบริดเต็มรูปแบบ เช่น โหมดเดี่ยว (โตโยต้าและเล็กซัส) และโหมดคู่ (เชฟโรเลต ทาโฮ) มอเตอร์ไฟฟ้าจะเชื่อมโยงไม่ทางใดก็ทางหนึ่งกับเฟืองดาวเคราะห์ในระบบขับเคลื่อนไฮบริด ซึ่งในกรณีนี้ความกะทัดรัดจำเป็นต้องออกแบบให้ยาวขึ้นและเล็กลง เส้นผ่านศูนย์กลาง ในรถยนต์ไฮบริดแบบขนานแบบคลาสสิก ความต้องการที่กะทัดรัดหมายถึงการประกอบที่พอดีระหว่างมู่เล่และกระปุกเกียร์มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่กว่าและค่อนข้างแบน ผู้ผลิตเช่น Bosch และ ZF Sachs ถึงกับใช้การออกแบบโรเตอร์รูปจาน นอกจากนี้ยังมีโรเตอร์หลายรูปแบบ - ในขณะที่ Lexus LS 600h องค์ประกอบการหมุนจะอยู่ด้านใน ในบางรุ่น Mercedes โรเตอร์หมุนจะอยู่ด้านนอก การออกแบบหลังยังสะดวกอย่างยิ่งในกรณีที่ติดตั้งมอเตอร์ไฟฟ้าในดุมล้อ

ข้อความ: Georgy Kolev