เรื่องน่ารู้! จริงๆ แล้วรถยนต์มีมอเตอร์มากมาย!

An มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล และนับตั้งแต่ฟาราเดย์ประดิษฐ์มอเตอร์ไฟฟ้าตัวแรก เราก็สามารถใช้ชีวิตได้โดยไม่ต้องมีอุปกรณ์นี้อีกต่อไป

ปัจจุบัน รถยนต์กำลังเปลี่ยนจากการใช้เครื่องจักรกลเป็นหลักมาเป็นอุปกรณ์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว และการใช้มอเตอร์ในรถยนต์ก็แพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ หลายคนอาจเดาไม่ออกว่ารถยนต์ของพวกเขามีมอเตอร์กี่ตัว บทความนี้จะช่วยให้คุณรู้จักมอเตอร์ในรถยนต์ของคุณ

การประยุกต์ใช้มอเตอร์ในรถยนต์

หากต้องการทราบว่ามอเตอร์อยู่ที่ใดในรถของคุณ เบาะนั่งปรับไฟฟ้าคือตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุด ในรถยนต์ประหยัด มอเตอร์มักจะสามารถปรับเลื่อนไปด้านหน้าและด้านหลังได้ และปรับเอนพนักพิงได้ ในรถยนต์ระดับพรีเมียมมอเตอร์ไฟฟ้าสามารถควบคุมการปรับความสูงได้ เช่น การเอนเบาะนั่ง การรองรับช่วงเอว การปรับพนักพิงศีรษะ และความแน่นของเบาะ รวมถึงคุณสมบัติอื่นๆ ที่สามารถใช้งานได้โดยไม่ต้องใช้มอเตอร์ไฟฟ้า คุณสมบัติอื่นๆ ของเบาะนั่งที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้า ได้แก่ การพับเบาะด้วยไฟฟ้าและการปรับน้ำหนักเบาะหลังด้วยไฟฟ้า

ที่ปัดน้ำฝนเป็นตัวอย่างที่พบได้บ่อยที่สุดมอเตอร์ไฟฟ้าการใช้งานในรถยนต์สมัยใหม่ โดยทั่วไป รถยนต์ทุกคันจะมีมอเตอร์ปัดน้ำฝนอย่างน้อยหนึ่งตัวสำหรับที่ปัดน้ำฝนด้านหน้า ที่ปัดน้ำฝนกระจกหลังกำลังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ในรถ SUV และรถยนต์ที่มีประตูท้ายแบบ Barn Door ซึ่งหมายความว่าที่ปัดน้ำฝนด้านหลังและมอเตอร์ที่เกี่ยวข้องจะมีอยู่ในรถยนต์ส่วนใหญ่ มอเตอร์อีกตัวหนึ่งจะสูบน้ำฉีดกระจกไปที่กระจกหน้า และในรถยนต์บางคันจะสูบไปที่ไฟหน้า ซึ่งอาจมีที่ปัดน้ำฝนขนาดเล็กของตัวเอง
รถยนต์เกือบทุกคันมีพัดลมที่หมุนเวียนอากาศผ่านระบบทำความร้อนและความเย็น รถยนต์หลายคันมีพัดลมสองตัวหรือมากกว่าในห้องโดยสาร รถยนต์ระดับไฮเอนด์ก็มีพัดลมที่เบาะนั่งเพื่อระบายอากาศและกระจายความร้อนเช่นกัน

ในอดีต กระจกมักจะเปิดและปิดด้วยมือ แต่ปัจจุบันกระจกไฟฟ้าเป็นที่นิยมมากขึ้น มอเตอร์ที่ซ่อนอยู่ในกระจกแต่ละบาน รวมถึงซันรูฟและกระจกหลัง ตัวกระตุ้นที่ใช้กับกระจกเหล่านี้อาจเรียบง่ายเหมือนรีเลย์ แต่ด้วยข้อกำหนดด้านความปลอดภัย (เช่น การตรวจจับสิ่งกีดขวางหรือการยึดวัตถุ) นำไปสู่การใช้ตัวกระตุ้นที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้น พร้อมระบบตรวจสอบการเคลื่อนไหวและจำกัดแรงขับเคลื่อน

การเปลี่ยนจากระบบล็อคแบบธรรมดาเป็นระบบล็อคไฟฟ้าทำให้ระบบล็อครถยนต์มีความสะดวกสบายมากขึ้น ประโยชน์ของระบบควบคุมด้วยมอเตอร์ประกอบด้วยฟีเจอร์ที่สะดวก เช่น การควบคุมจากระยะไกล และความปลอดภัยและความชาญฉลาดที่เพิ่มขึ้น เช่น การปลดล็อกอัตโนมัติหลังการชน ต่างจากกระจกไฟฟ้า ระบบล็อคประตูไฟฟ้ายังคงมีตัวเลือกการทำงานแบบแมนนวล ซึ่งส่งผลต่อการออกแบบมอเตอร์และโครงสร้างของระบบล็อคประตูไฟฟ้า

ไฟแสดงบนแผงหน้าปัดหรือแผงหน้าปัดอาจพัฒนาไปเป็นไดโอดเปล่งแสง (LED) หรือจอแสดงผลประเภทอื่นๆ แต่ปัจจุบัน หน้าปัดและมาตรวัดทุกอันใช้มอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็ก มอเตอร์อื่นๆ ในหมวดหมู่ที่ให้ความสะดวกสบาย ได้แก่ คุณสมบัติทั่วไป เช่น การพับและปรับตำแหน่งกระจกมองข้าง รวมถึงการใช้งานที่เน้นความเรียบง่าย เช่น หลังคาเปิดประทุน แป้นเหยียบแบบพับเก็บได้ และฉากกั้นกระจกระหว่างคนขับและผู้โดยสาร

มอเตอร์ไฟฟ้ากำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นในหลายพื้นที่ ในหลายกรณี มอเตอร์ไฟฟ้ากำลังเข้ามาแทนที่ชิ้นส่วนกลไกที่ขับเคลื่อนด้วยสายพาน ตัวอย่างเช่น พัดลมหม้อน้ำ ปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิง ปั๊มน้ำ และคอมเพรสเซอร์ การเปลี่ยนฟังก์ชันเหล่านี้จากระบบขับเคลื่อนด้วยสายพานเป็นระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ามีข้อดีหลายประการ ประการแรกคือ การใช้มอเตอร์ขับเคลื่อนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ประหยัดพลังงานมากกว่าการใช้สายพานและรอก ส่งผลให้เกิดประโยชน์ต่างๆ เช่น ประหยัดเชื้อเพลิงมากขึ้น น้ำหนักเบาลง และปล่อยมลพิษน้อยลง อีกข้อดีหนึ่งคือ การใช้มอเตอร์ไฟฟ้าแทนสายพานช่วยให้มีอิสระในการออกแบบเชิงกลมากขึ้น เนื่องจากตำแหน่งติดตั้งปั๊มและพัดลมไม่จำเป็นต้องถูกจำกัดด้วยสายพานเซอร์เพนไทน์ที่ต้องติดตั้งกับรอกแต่ละตัว

แนวโน้มเทคโนโลยีมอเตอร์ในรถยนต์

มอเตอร์ไฟฟ้ามีความจำเป็นในตำแหน่งต่างๆ ที่ระบุไว้ในแผนภาพด้านบน และเมื่อรถยนต์มีการพัฒนาเป็นระบบอิเล็กทรอนิกส์มากขึ้น และมีการพัฒนาระบบขับขี่อัตโนมัติและระบบอัจฉริยะ มอเตอร์ไฟฟ้าจะถูกนำมาใช้ในรถยนต์มากขึ้นเรื่อยๆ และประเภทของมอเตอร์สำหรับขับเคลื่อนก็เปลี่ยนไปเช่นกัน

ในขณะที่มอเตอร์ส่วนใหญ่ในรถยนต์ใช้ระบบ 12V มาตรฐานในรถยนต์ แต่ปัจจุบันระบบแรงดันไฟฟ้าคู่ 12V และ 48V กำลังเป็นที่นิยม โดยระบบแรงดันไฟฟ้าคู่นี้ช่วยให้สามารถตัดโหลดกระแสไฟฟ้าสูงบางส่วนออกจากแบตเตอรี่ 12V ได้ ข้อดีของการใช้แหล่งจ่ายไฟ 48V คือ กระแสไฟฟ้าลดลงสี่เท่าสำหรับกำลังไฟฟ้าเดียวกัน และน้ำหนักของสายไฟและขดลวดมอเตอร์ที่ลดลง การใช้งานที่มีโหลดกระแสไฟฟ้าสูงซึ่งอาจเปลี่ยนเป็นกำลังไฟฟ้า 48V ได้ ได้แก่ มอเตอร์สตาร์ท เทอร์โบชาร์จเจอร์ ปั๊มเชื้อเพลิง ปั๊มน้ำ และพัดลมระบายความร้อน การติดตั้งระบบไฟฟ้า 48V สำหรับส่วนประกอบเหล่านี้อาจช่วยประหยัดการใช้เชื้อเพลิงได้ประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับประเภทของมอเตอร์
การใช้งานที่แตกต่างกันจำเป็นต้องใช้มอเตอร์ที่แตกต่างกัน และสามารถแบ่งประเภทมอเตอร์ได้หลายวิธี

1. การจำแนกตามแหล่งพลังงานที่ใช้งาน - มอเตอร์สามารถจำแนกได้เป็นมอเตอร์กระแสตรงและมอเตอร์กระแสสลับ ขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงานที่ใช้งาน มอเตอร์กระแสสลับยังแบ่งออกเป็นมอเตอร์เฟสเดียวและมอเตอร์สามเฟส

2. ตามหลักการทำงาน - มอเตอร์สามารถแบ่งตามโครงสร้างและหลักการทำงานที่แตกต่างกันได้เป็นมอเตอร์กระแสตรง มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส และมอเตอร์แบบซิงโครนัส นอกจากนี้ มอเตอร์แบบซิงโครนัสยังสามารถแบ่งได้เป็นมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร มอเตอร์ซิงโครนัสแบบรีลัคแตนซ์ และมอเตอร์แบบฮิสเทรีซิส ส่วนมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสสามารถแบ่งได้เป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำและมอเตอร์คอมมิวเตเตอร์กระแสสลับ

3. การจำแนกตามโหมดการสตาร์ทและการทำงาน - มอเตอร์ตามโหมดการสตาร์ทและการทำงานสามารถแบ่งได้เป็นมอเตอร์อะซิงโครนัสเฟสเดียวที่สตาร์ทด้วยตัวเก็บประจุ มอเตอร์อะซิงโครนัสเฟสเดียวที่ทำงานด้วยตัวเก็บประจุ มอเตอร์อะซิงโครนัสเฟสเดียวที่ทำงานด้วยตัวเก็บประจุ และมอเตอร์อะซิงโครนัสเฟสเดียวแบบแยกเฟส

4. การจำแนกตามการใช้งาน - มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถแบ่งตามการใช้งานได้เป็นมอเตอร์ขับเคลื่อนและมอเตอร์ควบคุม มอเตอร์ขับเคลื่อนแบ่งออกเป็นเครื่องมือไฟฟ้า (รวมถึงเครื่องมือเจาะ ขัดเงา เจียร เจาะร่อง ตัด คว้าน และอื่นๆ) ที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้า เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน (รวมถึงเครื่องซักผ้า พัดลมไฟฟ้า ตู้เย็น เครื่องปรับอากาศ เครื่องบันทึกเทป เครื่องเล่นวีซีอาร์ เครื่องบันทึกวิดีโอ เครื่องเล่นดีวีดี เครื่องดูดฝุ่น กล้องถ่ายรูป ไดร์เป่าผม เครื่องโกนหนวดไฟฟ้า ฯลฯ) ที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้า และเครื่องจักรและอุปกรณ์ขนาดเล็กทั่วไปอื่นๆ (รวมถึงเครื่องมือกลขนาดเล็ก เครื่องจักรขนาดเล็ก อุปกรณ์ทางการแพทย์ เครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์ และอื่นๆ) มอเตอร์ควบคุมแบ่งออกเป็นมอเตอร์สเต็ปเปอร์และมอเตอร์เซอร์โว

5. การจำแนกตามโครงสร้างของโรเตอร์ - มอเตอร์ตามโครงสร้างของโรเตอร์สามารถแบ่งได้เป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรง (มาตรฐานเก่าเรียกว่ามอเตอร์อะซิงโครนัสแบบกรงกระรอก) และมอเตอร์เหนี่ยวนำโรเตอร์แบบพันลวด (มาตรฐานเก่าเรียกว่ามอเตอร์อะซิงโครนัสแบบพันลวด)

6. การจำแนกตามความเร็วในการทำงาน - มอเตอร์สามารถแบ่งตามความเร็วในการทำงานเป็นมอเตอร์ความเร็วสูง มอเตอร์ความเร็วต่ำ มอเตอร์ความเร็วคงที่ มอเตอร์ความเร็ว

ปัจจุบัน มอเตอร์ส่วนใหญ่ที่ใช้ในตัวถังรถยนต์ใช้มอเตอร์กระแสตรงแบบแปรงถ่าน ซึ่งเป็นวิธีการแบบดั้งเดิม มอเตอร์เหล่านี้ขับเคลื่อนง่ายและราคาไม่แพงนักเนื่องจากแปรงถ่านมีฟังก์ชันการสับเปลี่ยน ในบางการใช้งาน มอเตอร์กระแสตรงแบบแปรงถ่าน (BLDC) มีข้อได้เปรียบที่สำคัญในแง่ของความหนาแน่นของพลังงาน ซึ่งช่วยลดน้ำหนัก ประหยัดเชื้อเพลิง และปล่อยมลพิษน้อยลง ผู้ผลิตจึงเลือกใช้มอเตอร์ BLDC ในพัดลมและปั๊มสำหรับที่ปัดน้ำฝน ระบบทำความร้อนในห้องโดยสาร ระบบระบายอากาศและปรับอากาศ (HVAC) ในการใช้งานเหล่านี้ มอเตอร์มักจะทำงานเป็นเวลานานมากกว่าการทำงานชั่วคราว เช่น กระจกไฟฟ้าหรือเบาะไฟฟ้า ซึ่งความเรียบง่ายและความคุ้มค่าของมอเตอร์แบบแปรงถ่านยังคงมีข้อได้เปรียบ

มอเตอร์ไฟฟ้าที่เหมาะกับรถยนต์ไฟฟ้า
การเปลี่ยนแปลงจากยานพาหนะประหยัดน้ำมันไปเป็นยานพาหนะไฟฟ้าล้วนจะทำให้รถยนต์หันมาใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เป็นหัวใจหลัก

ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ถือเป็นหัวใจสำคัญของยานยนต์ไฟฟ้า ซึ่งประกอบด้วยมอเตอร์ ตัวแปลงไฟฟ้า เซ็นเซอร์ตรวจจับต่างๆ และแหล่งจ่ายไฟ มอเตอร์ที่เหมาะสมสำหรับยานยนต์ไฟฟ้า ได้แก่ มอเตอร์กระแสตรง มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน มอเตอร์อะซิงโครนัส มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร และมอเตอร์รีลักแตนซ์แบบสวิตช์

มอเตอร์กระแสตรง (DC Motor) คือมอเตอร์ที่แปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงเป็นพลังงานกล นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบไฟฟ้าแรงสูง เนื่องจากสามารถควบคุมความเร็วได้อย่างมีประสิทธิภาพ มอเตอร์กระแสตรงมีแรงบิดเริ่มต้นสูงและควบคุมได้ค่อนข้างง่าย ดังนั้น เครื่องจักรใดๆ ที่ต้องสตาร์ทภายใต้ภาระหนักหรือต้องการการควบคุมความเร็วที่สม่ำเสมอ เช่น โรงรีดขนาดใหญ่แบบกลับด้านได้ รอกกว้าน หัวรถจักรไฟฟ้า รถราง ฯลฯ จึงเหมาะสำหรับการใช้งานกับมอเตอร์กระแสตรง

มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่านนั้นสอดคล้องกับลักษณะการใช้งานของยานยนต์ไฟฟ้าอย่างมาก ด้วยคุณสมบัติแรงบิดสูงที่ความเร็วต่ำ จึงสามารถให้แรงบิดเริ่มต้นที่สูงเพื่อตอบสนองความต้องการการเร่งความเร็วของยานยนต์ไฟฟ้า ขณะเดียวกันก็สามารถทำงานได้ในช่วงความเร็วต่ำ กลาง และสูงที่กว้าง นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติประสิทธิภาพสูง และมีประสิทธิภาพสูงในสภาวะที่มีภาระเบา ข้อเสียคือตัวมอเตอร์มีความซับซ้อนมากกว่ามอเตอร์ AC และตัวควบคุมมีความซับซ้อนมากกว่ามอเตอร์ DC แบบแปรงถ่าน

มอเตอร์แบบอะซิงโครนัส หรือมอเตอร์เหนี่ยวนำ เป็นอุปกรณ์ที่โรเตอร์วางอยู่ในสนามแม่เหล็กหมุน และภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กหมุน จะสร้างแรงบิดหมุน ทำให้โรเตอร์หมุน โครงสร้างมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสนั้นเรียบง่าย ผลิตและบำรุงรักษาง่าย มีคุณสมบัติการรับน้ำหนักที่ความเร็วคงที่ สามารถตอบสนองความต้องการของเครื่องจักรอุตสาหกรรมและการเกษตรส่วนใหญ่ได้ อย่างไรก็ตาม ความเร็วของมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสและความเร็วซิงโครนัสของสนามแม่เหล็กหมุนมีอัตราการหมุนคงที่ ทำให้การควบคุมความเร็วไม่มีประสิทธิภาพ และไม่ประหยัดเท่ามอเตอร์กระแสตรง มีความยืดหยุ่น นอกจากนี้ ในการใช้งานที่มีกำลังสูงและความเร็วต่ำ มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสยังมีความเหมาะสมน้อยกว่ามอเตอร์แบบซิงโครนัส

มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรคือมอเตอร์ซิงโครนัสที่สร้างสนามแม่เหล็กหมุนแบบซิงโครนัสโดยการกระตุ้นแม่เหล็กถาวร ซึ่งทำหน้าที่เป็นโรเตอร์เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กหมุน และขดลวดสเตเตอร์สามเฟสจะทำปฏิกิริยาผ่านอาร์เมเจอร์ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กหมุน ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าแบบสมมาตรสามเฟส มอเตอร์แม่เหล็กถาวรมีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา มีความเฉื่อยในการหมุนต่ำ และมีความหนาแน่นกำลังสูง เหมาะสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าที่มีพื้นที่จำกัด นอกจากนี้ มอเตอร์ยังมีอัตราส่วนแรงบิดต่อความเฉื่อยสูง รองรับภาระเกินกำลังสูง และแรงบิดเอาต์พุตสูง โดยเฉพาะที่ความเร็วรอบต่ำ ซึ่งเหมาะสำหรับการเร่งความเร็วในการสตาร์ทรถยนต์ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ ดังนั้น มอเตอร์แม่เหล็กถาวรจึงได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางจากการใช้งานรถยนต์ไฟฟ้าทั้งในและต่างประเทศ และถูกนำมาใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าหลายรุ่น ตัวอย่างเช่น รถยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ในญี่ปุ่นขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ซึ่งใช้ในรถยนต์ไฮบริดโตโยต้าพรีอุส