เหตุใดมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจึงกลายเป็นมอเตอร์ขับเคลื่อนหลัก

เหตุใดมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจึงกลายเป็นมอเตอร์ขับเคลื่อนหลัก

มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล และถ่ายโอนพลังงานกลไปยังล้อผ่านระบบส่งกำลังเพื่อขับเคลื่อนยานพาหนะเป็นหนึ่งในระบบขับเคลื่อนหลักของรถยนต์พลังงานใหม่ปัจจุบัน มอเตอร์ขับเคลื่อนที่ใช้กันทั่วไปในรถยนต์พลังงานใหม่ส่วนใหญ่เป็นมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรและมอเตอร์อะซิงโครนัสแบบ ACรถยนต์พลังงานใหม่ส่วนใหญ่ใช้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรบริษัทรถยนต์ที่เป็นตัวแทน ได้แก่ BYD, Li Auto เป็นต้น ยานพาหนะบางคันใช้มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสแบบ ACมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นตัวแทนของบริษัทรถยนต์ เช่น Tesla และ Mercedes-Benz

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสส่วนใหญ่ประกอบด้วยสเตเตอร์ที่อยู่กับที่และโรเตอร์หมุนเมื่อขดลวดสเตเตอร์เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ AC โรเตอร์จะหมุนและส่งออกพลังงานหลักการสำคัญคือเมื่อขดลวดสเตเตอร์ถูกกระตุ้น (กระแสสลับ) มันจะก่อตัวเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่กำลังหมุน และขดลวดของโรเตอร์เป็นตัวนำแบบปิดที่จะตัดเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสเตเตอร์อย่างต่อเนื่องในสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนของสเตเตอร์ตามกฎของฟาราเดย์ เมื่อตัวนำปิดตัดเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก กระแสจะถูกสร้างขึ้น และกระแสจะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในขณะนี้ มีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ 2 สนาม สนามแรกคือสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสเตเตอร์ที่เชื่อมต่อกับกระแสสลับภายนอก และอีกสนามหนึ่งถูกสร้างขึ้นโดยการตัดสายเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าสเตเตอร์สนามแม่เหล็กไฟฟ้าของโรเตอร์ตามกฎของเลนซ์ กระแสเหนี่ยวนำจะต้านทานสาเหตุของกระแสเหนี่ยวนำเสมอ นั่นคือพยายามป้องกันไม่ให้ตัวนำบนโรเตอร์ตัดเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กหมุนของสเตเตอร์ผลลัพธ์ก็คือ: ตัวนำบนโรเตอร์จะ "ตาม" ของสเตเตอร์ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่กำลังหมุนหมายความว่าโรเตอร์จะไล่ตามสนามแม่เหล็กที่กำลังหมุนของสเตเตอร์ และในที่สุดมอเตอร์ก็เริ่มหมุนในระหว่างกระบวนการ ความเร็วในการหมุนของโรเตอร์ (n2) และความเร็วในการหมุนของสเตเตอร์ (n1) จะไม่ซิงค์กัน (ความเร็วต่างกันประมาณ 2-6%)ดังนั้นจึงเรียกว่ามอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบบอะซิงโครนัสในทางตรงกันข้ามถ้าความเร็วในการหมุนเท่ากันจะเรียกว่ามอเตอร์ซิงโครนัส

มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรก็เป็นมอเตอร์ AC ชนิดหนึ่งเช่นกันโรเตอร์ทำจากเหล็กพร้อมแม่เหล็กถาวรเมื่อมอเตอร์ทำงาน สเตเตอร์จะถูกจ่ายพลังงานเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กหมุนเพื่อดันโรเตอร์ให้หมุน"การซิงโครไนซ์" หมายความว่าการหมุนของโรเตอร์ระหว่างการทำงานในสภาวะคงตัว ความเร็วจะซิงโครไนซ์กับความเร็วการหมุนของสนามแม่เหล็กมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมีอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักที่สูงกว่า มีขนาดเล็กกว่า น้ำหนักเบากว่า มีแรงบิดเอาท์พุตที่ใหญ่กว่า และมีขีดจำกัดความเร็วและประสิทธิภาพการเบรกที่ยอดเยี่ยมดังนั้นมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจึงกลายเป็นรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันของมอเตอร์ไฟฟ้าอย่างไรก็ตาม เมื่อวัสดุแม่เหล็กถาวรอยู่ภายใต้การสั่นสะเทือน อุณหภูมิสูง และกระแสไฟฟ้าเกิน ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กอาจลดลง หรืออาจเกิดการล้างอำนาจแม่เหล็ก ซึ่งอาจลดประสิทธิภาพของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรนอกจากนี้ มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรของธาตุหายากยังใช้วัสดุของธาตุหายาก และต้นทุนการผลิตไม่คงที่

เมื่อเทียบกับมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสจำเป็นต้องดูดซับพลังงานไฟฟ้าเพื่อกระตุ้นเมื่อทำงาน ซึ่งจะใช้พลังงานไฟฟ้าและลดประสิทธิภาพของมอเตอร์มอเตอร์แม่เหล็กถาวรมีราคาแพงกว่าเนื่องจากมีการเพิ่มแม่เหล็กถาวร

รุ่นที่เลือกมอเตอร์อะซิงโครนัสแบบ AC มักจะให้ความสำคัญกับประสิทธิภาพและใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพเอาต์พุตและข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสแบบ AC ที่ความเร็วสูงโมเดลตัวแทนคือรุ่น S รุ่นแรกๆ คุณสมบัติหลัก: เมื่อรถขับด้วยความเร็วสูง สามารถรักษาการทำงานด้วยความเร็วสูงและการใช้พลังงานไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ ลดการใช้พลังงานในขณะที่ยังคงรักษากำลังขับสูงสุด

รุ่นที่เลือกมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมีแนวโน้มที่จะจัดลำดับความสำคัญของการใช้พลังงาน และใช้ประสิทธิภาพเอาต์พุตและการทำงานที่มีประสิทธิภาพของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรที่ความเร็วต่ำ ทำให้เหมาะสำหรับรถยนต์ขนาดเล็กและขนาดกลางลักษณะคือมีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และอายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนานในขณะเดียวกันก็มีประสิทธิภาพในการควบคุมความเร็วที่ดีและสามารถรักษาประสิทธิภาพสูงเมื่อต้องเผชิญกับการสตาร์ท การหยุด การเร่งความเร็ว และการชะลอตัวซ้ำๆ

มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมีอิทธิพลเหนือตามสถิติจาก "ฐานข้อมูลรายเดือนของห่วงโซ่อุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่" ที่เผยแพร่โดยสถาบันวิจัยอุตสาหกรรมขั้นสูง (GGII) กำลังการผลิตติดตั้งในประเทศของมอเตอร์ขับเคลื่อนรถยนต์พลังงานใหม่ตั้งแต่เดือนมกราคมถึงเดือนสิงหาคม 2565 อยู่ที่ประมาณ 3.478 ล้านหน่วย ต่อปี -ปีเพิ่มขึ้น 101%กำลังการผลิตติดตั้งของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรอยู่ที่ 3.329 ล้านยูนิต เพิ่มขึ้น 106% เมื่อเทียบเป็นรายปีกำลังการผลิตติดตั้งของมอเตอร์อะซิงโครนัส AC อยู่ที่ 1.295 ล้านหน่วย เพิ่มขึ้น 22% เมื่อเทียบเป็นรายปี

มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรได้กลายเป็นมอเตอร์ขับเคลื่อนหลักในตลาดรถยนต์นั่งไฟฟ้าล้วนๆ

เมื่อพิจารณาจากการเลือกมอเตอร์สำหรับรุ่นกระแสหลักทั้งในและต่างประเทศ ยานพาหนะพลังงานใหม่ที่เปิดตัวโดย SAIC Motor ในประเทศ, Geely Automobile, Guangzhou Automobile, BAIC Motor, Denza Motors ฯลฯ ล้วนใช้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรส่วนใหญ่จะใช้ในประเทศจีนประการแรก เนื่องจากมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมีประสิทธิภาพความเร็วต่ำที่ดีและประสิทธิภาพการแปลงสูง ซึ่งเหมาะมากสำหรับสภาพการทำงานที่ซับซ้อนซึ่งมีการสตาร์ทและหยุดบ่อยครั้งในการจราจรในเมืองประการที่สอง เนื่องจากแม่เหล็กถาวรนีโอดิเมียมเหล็กโบรอนในมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรวัสดุดังกล่าวจำเป็นต้องใช้ทรัพยากรธาตุหายาก และประเทศของฉันมีทรัพยากรธาตุหายากถึง 70% ของโลก และผลผลิตรวมของวัสดุแม่เหล็ก NdFeB ถึง 80% ของโลก ดังนั้นจีนจึงกระตือรือร้นมากขึ้นในการใช้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร

Tesla และ BMW จากต่างประเทศใช้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรและมอเตอร์อะซิงโครนัส AC เพื่อพัฒนาร่วมกันจากมุมมองของโครงสร้างการใช้งาน มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรเป็นตัวเลือกหลักสำหรับรถยนต์พลังงานใหม่

ต้นทุนของวัสดุแม่เหล็กถาวรคิดเป็นประมาณ 30% ของต้นทุนของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรวัตถุดิบสำหรับการผลิตมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรส่วนใหญ่ประกอบด้วยโบรอนเหล็กนีโอดิเมียม เหล็กแผ่นซิลิกอน ทองแดง และอลูมิเนียมในหมู่พวกเขาโบรอนเหล็กนีโอไดเมียมวัสดุแม่เหล็กถาวรส่วนใหญ่จะใช้เพื่อสร้างแม่เหล็กถาวรโรเตอร์และองค์ประกอบต้นทุนประมาณ 30%แผ่นเหล็กซิลิกอนส่วนใหญ่จะใช้ในการปรับแต่งองค์ประกอบต้นทุนของแกนโรเตอร์อยู่ที่ประมาณ 20%องค์ประกอบต้นทุนของขดลวดสเตเตอร์ประมาณ 15%องค์ประกอบต้นทุนของเพลามอเตอร์ประมาณ 5%และองค์ประกอบต้นทุนของเปลือกมอเตอร์คือประมาณ 15%

ทำไมOSG มอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบสกรูเครื่องอัดอากาศมีประสิทธิภาพมากกว่า?

มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนประกอบสเตเตอร์ โรเตอร์ และเปลือกเช่นเดียวกับมอเตอร์ AC ทั่วไป แกนสเตเตอร์มีโครงสร้างแบบเคลือบเพื่อลดการสูญเสียธาตุเหล็กเนื่องจากกระแสไหลวนและผลกระทบจากฮิสเทรีซิสเมื่อมอเตอร์กำลังทำงานขดลวดมักเป็นโครงสร้างสมมาตรแบบสามเฟส แต่การเลือกพารามิเตอร์ค่อนข้างแตกต่างกันส่วนของโรเตอร์มีรูปแบบหลากหลาย รวมถึงโรเตอร์แม่เหล็กถาวรที่มีกรงกระรอกเริ่มต้น และโรเตอร์แม่เหล็กถาวรบริสุทธิ์แบบฝังหรือติดตั้งบนพื้นผิวแกนโรเตอร์สามารถทำเป็นโครงสร้างแข็งหรือเคลือบได้โรเตอร์ประกอบด้วยวัสดุแม่เหล็กถาวร ซึ่งเรียกกันทั่วไปว่าแม่เหล็ก

ภายใต้การทำงานปกติของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร สนามแม่เหล็กของโรเตอร์และสเตเตอร์จะอยู่ในสถานะซิงโครนัสไม่มีกระแสเหนี่ยวนำในส่วนของโรเตอร์ และไม่มีการสูญเสียทองแดงของโรเตอร์ ฮิสเทรีซิส หรือการสูญเสียกระแสไหลวนไม่จำเป็นต้องคำนึงถึงปัญหาการสูญเสียและความร้อนของโรเตอร์โดยทั่วไป มอเตอร์แม่เหล็กถาวรจะใช้พลังงานจากตัวแปลงความถี่พิเศษ และมีฟังก์ชันสตาร์ทแบบนุ่มนวลตามธรรมชาตินอกจากนี้ มอเตอร์แม่เหล็กถาวรยังเป็นมอเตอร์ซิงโครนัสซึ่งมีคุณลักษณะในการปรับค่าตัวประกอบกำลังผ่านความเข้มของการกระตุ้น จึงสามารถออกแบบค่าตัวประกอบกำลังให้เป็นค่าที่ระบุได้

จากจุดเริ่มต้น เนื่องจากมอเตอร์แม่เหล็กถาวรสตาร์ทด้วยแหล่งจ่ายไฟความถี่แปรผันหรืออินเวอร์เตอร์ที่รองรับ กระบวนการสตาร์ทมอเตอร์แม่เหล็กถาวรจึงง่ายมากซึ่งคล้ายกับการสตาร์ทมอเตอร์ความถี่แปรผัน และหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องในการสตาร์ทของมอเตอร์อะซิงโครนัสแบบกรงธรรมดา

ในระยะสั้น ประสิทธิภาพและตัวประกอบกำลังของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรสามารถเข้าถึงได้สูงมาก โครงสร้างนั้นง่ายมาก และตลาดก็ร้อนแรงมากในช่วงสิบปีที่ผ่านมา

อย่างไรก็ตาม การสูญเสียความล้มเหลวในการกระตุ้นเป็นปัญหาที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในมอเตอร์แม่เหล็กถาวรเมื่อกระแสมีขนาดใหญ่เกินไปหรืออุณหภูมิสูงเกินไป อุณหภูมิของขดลวดมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นทันที กระแสจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และแม่เหล็กถาวรจะสูญเสียการกระตุ้นอย่างรวดเร็วในการควบคุมมอเตอร์แม่เหล็กถาวร มีการตั้งค่าอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์ถูกเผา แต่การสูญเสียการกระตุ้นและการปิดอุปกรณ์ที่เป็นผลตามมาเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้