BMW i เลือกใช้มอเตอร์ซิงโครนัสแบบกระตุ้นด้วยไฟฟ้า (EESM) และมอเตอร์ซิงโครนัสแบบกระตุ้นแยกอิสระที่ปราศจากธาตุหายากเป็นหลักสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า นี่คือมอเตอร์แบบใหม่ ซึ่งผลิตโดยแบรนด์ ZF บริษัทผลิตระบบส่งกำลังและระบบไฮดรอลิกชั้นนำจากเยอรมัน โดยเปลี่ยนจากการใช้มอเตอร์แบบแม่เหล็กถาวรดั้งเดิมในรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นใหม่ล่าสุด เพื่อลดการพึ่งพาแร่ธาตุหายากในห่วงโซ่อุปทาน ซึ่งจีนครอบครองเอาไว้เป็นส่วนใหญ่
มอเตอร์ซิงโครนัสแบบกระตุ้นด้วยไฟฟ้า (EESM): ระบบขับเคลื่อนไฟฟ้ารุ่นล่าสุดของ BMW ใช้ EESM สนามแม่เหล็กของโรเตอร์ ถูกสร้างขึ้นโดยขดลวด DC เป็นการทดแทนมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ช่วยให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ให้กำลังขับในรูปแบบของแรงบิดคงที่ตลอดความเร็วรอบที่แตกต่างกันมอเตอร์ซิงโครนัสแบบกระตุ้นแยกอิสระที่ปราศจากธาตุหายากของ ZF มีการพัฒนามอเตอร์ที่ใช้แม่เหล็กไฟฟ้าทั้งในสเตเตอร์และโรเตอร์ ไม่จำเป็นต้องใช้แม่เหล็กถาวร นวัตกรรมนี้ช่วยแก้ไขปัญหาในห่วงโซ่อุปทานและให้ประสิทธิภาพที่เทียบเท่ากับมอเตอร์ที่ใช้ธาตุหายาก
...
ทำไมต้องเปลี่ยน?
การพึ่งพาห่วงโซ่อุปทาน: ผู้ผลิตรถยนต์เยอรมันระมัดระวังในการพึ่งพาเซลล์แบตเตอรี่และธาตุหายากนำเข้า ซึ่งส่วนใหญ่มาจากเอเชียโดยเฉพาะจีน วิวัฒนาการทางเทคโนโลยี ทำให้เกิดแรงผลักดันในการวิจัยและคิดค้นนวัตกรรมระบบส่งกำลังแบบใหม่ เอาชนะข้อจำกัดของเทคโนโลยีในปัจจุบัน นำไปสู่การพัฒนามอเตอร์ขับเคลื่อนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ทนทานมากกว่า และเป็นอิสระจากห่วงโซ่อุปทานที่มีความละเอียดอ่อนBMW: ใช้เทคโนโลยี EESM ในระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าใหม่ จากการที่ ZF Friedrichshafen AG ซัพพลายเออร์รายใหญ่ของอุตสาหกรรมยานยนต์ ลงมือพัฒนามอเตอร์ซิงโครนัสที่ปราศจากแร่ธาตุหายาก สำหรับรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นใหม่ล่าสุดจนประสบความสำเร็จ
ธาตุหายากที่สำคัญ
นีโอดิเมียม (Nd): ส่วนประกอบหลักสำหรับการสร้างแม่เหล็กที่มีกำลังแรงสูงและมีค่าแรงกด (ต้านทานอำนาจแม่เหล็ก)
พราซีโอดิเมียม (Pr): มักผสมกับนีโอดิเมียมเพื่อสร้างแม่เหล็กนีโอดิเมียม-พราซีโอดิเมียม (NdPr) ซึ่งใช้ในรถยนต์ไฟฟ้าหลายแบบ
ดิสโพรเซียม (Dy): เพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนและประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงของแม่เหล็กที่ทำจากนีโอดิเมียม
เทอร์เบียม (Tb): ธาตุหายากที่มีน้ำหนักมากอีกชนิดหนึ่งที่ใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของแม่เหล็กที่อุณหภูมิสูง
เยอรมนีเป็นตลาดรถยนต์ที่ใหญ่ที่สุดในยุโรป เป็นที่ตั้งของผู้ผลิตรถยนต์ชื่อดังอย่าง Daimler, Volkswagen และ BMW มีรถยนต์นั่งส่วนบุคคลประมาณ 46 ล้านคัน บนท้องถนนทั่วประเทศ ในปี 2019 เยอรมนีแซงหน้านอร์เวย์ขึ้นเป็นตลาดรถยนต์ไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดในยุโรปเป็นครั้งแรก ในแง่ของการจดทะเบียนรถยนต์ไฟฟ้าใหม่ แต่จนแล้วจนรอด ผู้คนในเยอรมันก็ยังนิยมรถยนต์สันดาป ICE มากกว่ารถยนต์ไฟฟ้าอย่างชัดเจน
...
ท่ามกลางความท้าทายของการลดคาร์บอน ในยานพาหนะ หนึ่งในความท้าทายที่มีความสำคัญมากที่สุดคือมอเตอร์ไฟฟ้า นักวิจัยในห้องปฏิบัติการทั่วโลกกำลังพยายามค้นหาความก้าวหน้าที่อาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงไปสู่ระบบขนส่งไฟฟ้า นั่นคือ มอเตอร์ไฟฟ้าที่แข็งแรง กะทัดรัด และทรงพลัง มีความหนาแน่นกำลังสูง และสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้ โดยไม่ต้องใช้แม่เหล็กถาวรที่บรรจุแร่ธาตุหายากปัจจุบัน นับเป็นความท้าทายของวิศวกรไฟฟ้ากำลัง และ ZF Friedrichshafen AG หนึ่งในผู้ผลิตระบบส่งกำลังและชิ้นส่วนยานยนต์รายใหญ่ที่สุดของโลกได้สร้างความประหลาดใจให้กับอุตสาหกรรมยานยนต์
ในปี 2023 เมื่อ ZF ประกาศว่าได้สร้างมอเตอร์ลากจูงขนาด 220 กิโลวัตต์ที่ไม่ใช้แร่ธาตุหายาก ยิ่งไปกว่านั้น ZF ยังประกาศอีกว่า มอเตอร์รุ่นใหม่นี้มีคุณสมบัติเทียบเท่ากับมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรที่ใส่แร่ธาตุหายาก ซึ่งปัจจุบันเป็นที่นิยมในรถยนต์ไฟฟ้า รถยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ มีมอเตอร์ที่ใช้แม่เหล็กแร่แรร์เอิร์ธ ตั้งแต่ 150 ถึง 300 กิโลวัตต์ มีความหนาแน่นของพลังงาน อยู่ระหว่าง 1.1 ถึง 3.0 กิโลวัตต์ต่อกิโลกรัม ZF กล่าวว่าได้พัฒนามอเตอร์ที่ปราศจากแม่เหล็กแร่แรร์เอิร์ธ ที่มีกำลังไฟฟ้าอยู่ในช่วง 220 กิโลวัตต์ แต่ยังไม่ได้เปิดเผยกำลังไฟฟ้าของมอเตอร์ ซึ่งก็คือค่ากิโลวัตต์/กิโลกรัม)
...
มอเตอร์ ZF เป็นมอเตอร์ซิงโครนัสแบบแยกกระตุ้น (หรือแบบกระตุ้นสองครั้ง) มีแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งในสเตเตอร์และโรเตอร์ ไม่ต้องใช้แม่เหล็กถาวรที่มีแร่แรร์เอิร์ธแบบเดียวกับที่ใช้ในโรเตอร์ของรถยนต์ไฟฟ้าเกือบทุกรุ่นที่ใช้อยู่บนท้องถนนในปัจจุบัน ในมอเตอร์ซิงโครนัสแบบแยกกระตุ้น กระแสไฟฟ้าสลับที่จ่ายให้กับแม่เหล็กไฟฟ้าของสเตเตอร์จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กหมุน กระแสไฟฟ้าแยกที่จ่ายให้กับแม่เหล็กไฟฟ้าโรเตอร์จะจ่ายพลังงานให้กับโรเตอร์ ทำให้เกิดสนามที่ล็อกเข้ากับสนามสเตเตอร์ที่กำลังหมุน ส่งผลให้เกิดแรงบิด
...
ZF ระบุว่าได้แก้ปัญหาด้วยมอเตอร์ทดลอง ซึ่งเรียกว่า I2SM (In-Rotor Inductive-Excited Synchronous Motor) นอกจากจะไม่ได้ใช้แร่ธาตุหายากแล้ว มอเตอร์แบบใหม่ ยังมีข้อได้เปรียบอื่นๆ เมื่อเทียบกับมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรแบบเดิม เชื่อมโยงกับข้อเท็จจริงที่ว่า เทคโนโลยีในมอเตอร์แบบใหม่ที่ไม่ใช้แร่หายาก มีความสามารถในการควบคุมสนามแม่เหล็กในโรเตอร์ได้อย่างแม่นยำมากกว่า ซึ่งเป็นจุดที่แม่เหล็กถาวรไม่สามารถทำได้ การควบคุมดังกล่าว ช่วยให้สามารถปรับเปลี่ยนสนามแม่เหล็กเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพของแรงบิดที่สูงขึ้นมาก ที่ความเร็วสูง
ZF Friedrichshafen AG มีสำนักงานใหญ่อยู่ที่รัฐบาเดิน-เวือร์ทเทมแบร์ก ประเทศเยอรมนี มีชื่อเสียงในด้านการวิจัยและพัฒนาระบบไฮดรอลิกและระบบส่งกำลัง ย้อนกลับไปถึงปี พ.ศ. 2458 เมื่อ ZF เริ่มจัดหาเกียร์และชิ้นส่วนอื่นๆ ให้กับ Zeppelins ปัจจุบัน ZF มีพนักงานประมาณ 168,000 คน ประจำอยูใน 31 ประเทศ ลูกค้าที่ใช้มอเตอร์และระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าของ ZF ได้แก่ Mercedes-Benz, BMW Jaguar Land Rover หลังจากประกาศเปิดตัวมอเตอร์แบบใหม่ I2SM ไม่นาน ZF แจ้งว่า ได้ส่งมอเตอร์ตัวที่ 3,000,000 ให้กับแบรนด์รถยนต์ชั้นนำของยุโรปไปเรียบร้อยแล้ว
ZF แสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี สำหรับมอเตอร์ในยานยนต์ EV ที่ปราศจากแร่ธาตุหายาก เป็นอีกหนทางในการแก้ปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลก จากการปล่อย CO2 มานานกว่า 2-300 ปี.
อาคม รวมสุวรรณ
E-Mail chang.arcom@thairath.co.th
Facebook https://www.facebook.com/chang.arcom
https://www.facebook.com/ARCOM-CHANG-Thairath-Online-525369247505358/