01 มอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนคืออะไร?
มอเตอร์สามารถแบ่งตามทิศทางของเส้นทางฟลักซ์แม่เหล็กได้เป็นมอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนและมอเตอร์ฟลักซ์แนวรัศมี แม้ว่าทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็กจะแตกต่างกัน แต่หลักการทำงานทั้งหมดล้วนปฏิบัติตามกฎพื้นฐานของแม่เหล็กไฟฟ้า
นั่นคือไดรเวอร์มอเตอร์ควบคุมความแรงของสนามแม่เหล็กและทิศทางของขดลวด (โรเตอร์) โดยการเปลี่ยนทิศทางและขนาดของกระแสไฟฟ้าที่ผ่านขดลวด (โรเตอร์) เนื่องจากขั้วแม่เหล็กของสเตเตอร์คงที่ เมื่อทิศทางและความแรงของสนามแม่เหล็กของโรเตอร์เปลี่ยนแปลง สนามแม่เหล็กจะโต้ตอบกันเพื่อสร้างแรงลอเรนซ์ จึงขับเคลื่อนโรเตอร์ให้หมุน
แผนผังทิศทางเส้นทางฟลักซ์แม่เหล็ก
ขั้วแม่เหล็กของสเตเตอร์ของมอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนจะเรียงตัวตามแนวแกน โรเตอร์มักมีโครงสร้างทรงกระบอก ฟลักซ์แม่เหล็กจะผ่านแกนกลางของโรเตอร์ เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดสเตเตอร์ สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะผ่านโรเตอร์ไปตามแกน ตามกฎแรงของลอเรนซ์ สนามแม่เหล็กนี้จะสร้างแรงบิดในโรเตอร์ จึงทำให้โรเตอร์หมุนได้
ช่องว่างอากาศของมอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนเป็นแบบระนาบ ความยาวแนวแกนสั้น และมีรูปร่างเป็นดิสก์บาง จึงเรียกอีกอย่างหนึ่งว่ามอเตอร์แบบดิสก์
แผนผังโครงสร้างของมอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนและแนวรัศมี
โครงสร้างทางโทโพโลยีของมอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนมีความยืดหยุ่นและสามารถนำมาผสมผสานกันได้ตามสถานการณ์การใช้งานจริง ตามโครงสร้างแบบผสมผสานสเตเตอร์-โรเตอร์ มอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนสามารถแบ่งออกได้เป็นสี่โครงสร้างดังต่อไปนี้:
โครงสร้างสเตเตอร์เดี่ยว/โรเตอร์เดี่ยว: โรเตอร์ 1 ตัว + สเตเตอร์ 1 ตัว โครงสร้างเรียบง่ายและกะทัดรัด แต่มีแรงดึงแม่เหล็กด้านเดียวสูง รับน้ำหนักมาก มีการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนมาก และมีความเสี่ยงจากแรงเสียดทานระหว่างสเตเตอร์กับโรเตอร์ ซึ่งทำให้อายุการใช้งานของมอเตอร์ลดลง
โครงสร้างสเตเตอร์เดี่ยว/โรเตอร์คู่: สเตเตอร์ภายนอก 2 ตัว + โรเตอร์ภายใน 1 ตัว ความหนาแน่นพลังงานสูง เหมาะสำหรับระบบขับเคลื่อน อวกาศ และสาขาอื่นๆ
โครงสร้างสเตเตอร์คู่/โรเตอร์เดี่ยว: โรเตอร์ด้านนอก 2 ตัว + สเตเตอร์ด้านใน 1 ตัว มีความสมมาตรดี แรงดึงแม่เหล็กด้านเดียวค่อนข้างน้อย เหมาะสำหรับระบบผลิตพลังงานลมมากกว่า
โครงสร้างสเตเตอร์หลายตัว/โรเตอร์หลายตัว: สเตเตอร์หลายตัว + โรเตอร์หลายตัว เหมาะสำหรับสถานการณ์แรงบิดขนาดใหญ่ เช่น ระบบขับเคลื่อนเรือ การผลิตพลังงานลมขนาดใหญ่ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำ
02 ข้อดีและข้อจำกัดของมอเตอร์ฟลักซ์แนวแกน
ข้อดีของมอเตอร์ฟลักซ์แนวแกน
ขนาดเล็กและน้ำหนักเบา: ปริมาตรและมวลของมอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนคือ 5L และ 24 กก. ตามลำดับ ในขณะที่ปริมาตรและมวลของมอเตอร์ฟลักซ์แนวรัศมีทั่วไปสำหรับรถยนต์คือ 10L และ 50 กก. ตามลำดับ มอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนสอดคล้องกับแนวโน้มของรถยนต์น้ำหนักเบา ในเวลาเดียวกันยังมีโครงสร้างที่กะทัดรัด ความยาวแนวรัศมีสั้นกว่า และอิสระในการติดตั้งสูง
| พารามิเตอร์ | มอเตอร์ฟลักซ์แนวแกน | มอเตอร์ฟลักซ์เรเดียล |
| ปริมาตร (ลิตร) | 5 | 10 |
| น้ำหนัก (กิโลกรัม) | 24 | 50 |
| แรงบิด (นิวตันเมตร) | 800 | 400 |
| กำลังไฟ (กิโลวัตต์) | 358 | 186 |
| ความหนาแน่นของแรงบิด (Nm/L) | 160 | 40 |
| ความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้า (kW/กก.) | 14.9 | 3.7 |
ความหนาแน่นของแรงบิดและความหนาแน่นของกำลังสูง: พื้นที่ผิวแม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรฟลักซ์แนวแกนตั้งอยู่บนพื้นผิวของโรเตอร์มอเตอร์ ไม่ได้อยู่ที่เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก ดังนั้นจึงมักจะสามารถให้แรงบิดได้มากขึ้นภายในปริมาตรที่กำหนด จึงทำให้ความหนาแน่นของแรงบิดและความหนาแน่นของกำลังดีขึ้น
ประสิทธิภาพสูง: ด้วยเส้นทางฟลักซ์แบบมิติเดียวที่สั้นกว่า ทำให้ประสิทธิภาพของมอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนสูงมาก โดยปกติจะสูงกว่า 96% ซึ่งเทียบได้กับหรือดีกว่ามอเตอร์ฟลักซ์แนวรัศมีสองมิติที่ดีที่สุดในตลาด มอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนประหยัดพลังงานได้ประมาณ 15%-25% เมื่อเทียบกับมอเตอร์แนวรัศมีทั่วไปที่ระดับพลังงานทั้งหมด และสามารถรักษากำลังส่งออกสูงสุดได้นานกว่า
โครงสร้างมอเตอร์ฟลักซ์แนวแกน
เสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนต่ำ: เนื่องจากการกระจายตัวที่สม่ำเสมอของสนามแม่เหล็ก มอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนจึงสร้างเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนต่ำในระหว่างการทำงาน ซึ่งเหมาะเป็นพิเศษสำหรับสถานการณ์การใช้งานที่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับเสียงรบกวนและการสั่นสะเทือน
การประหยัดพลังงานและการลดคาร์บอน: ข้อดีด้านปริมาตรและน้ำหนักของมอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนสามารถลดการใช้ทองแดง เหล็ก แม่เหล็กถาวร และวัสดุอื่นๆ ในกระบวนการผลิตได้ประมาณ 50% เมื่อเทียบกับมอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบเรเดียล หากพิจารณาถึงเทคโนโลยีสเตเตอร์ PCB แบบไม่มีแกน การใช้ทองแดงของมอเตอร์แนวแกนจะลดลงเหลือ 34% ของการใช้ทองแดงของมอเตอร์แนวแกน
ในเวลาเดียวกัน มีน้ำหนักตายที่เล็กลงและประสิทธิภาพสูงขึ้น ในการใช้งาน มอเตอร์ใช้พลังงานน้อยลงและมีความสามารถในการขับเคลื่อนที่แข็งแกร่งขึ้น ซึ่งเอื้อต่อการประหยัดพลังงานและลดการปล่อยคาร์บอน
ข้อจำกัดของมอเตอร์ฟลักซ์แนวแกน
ปัญหาเรื่องต้นทุน: มอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนต้องใช้วัสดุและกระบวนการผลิตพิเศษ ดังนั้นต้นทุนการผลิตจึงมักจะสูงกว่ามอเตอร์ฟลักซ์แนวรัศมีแบบดั้งเดิม ตัวอย่างเช่น การใช้โทโพโลยีแบบไม่มีแอกและการออกแบบสเตเตอร์-โรเตอร์พิเศษจะเพิ่มต้นทุน
ความซับซ้อนของการออกแบบและการผลิต: การออกแบบและการผลิตมอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนมักจะมีความซับซ้อนมากกว่า ตัวอย่างเช่น ช่องว่างอากาศระหว่างโรเตอร์และสเตเตอร์จะต้องคงความสม่ำเสมอ แรงแนวแกนระหว่างการทำงานอาจทำให้เกิดแรงตึงบนเพลาของมอเตอร์อย่างรุนแรง กระบวนการผลิตและอุปกรณ์ทางกลยังไม่สมบูรณ์เท่ากับมอเตอร์แนวรัศมี ทั้งหมดนี้จำกัดความสามารถในการผลิตจำนวนมาก
หน้าตัดของมอเตอร์ฟลักซ์แนวแกน
ความท้าทายในการกระจายความร้อน: เนื่องจากขดลวดของมอเตอร์ฟลักซ์แนวแกนตั้งอยู่ลึกเข้าไปในสเตเตอร์และอยู่ระหว่างดิสก์โรเตอร์ทั้งสองแผ่น การกระจายความร้อนจึงทำได้ยากมาก ปัญหาความร้อนสูงเกินไปจะเกิดขึ้นเมื่อมอเตอร์ทำงานภายใต้ภาระงานสูง ซึ่งจะส่งผลต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของมอเตอร์
