Nuttanon P.
มอเตอร์ไฟฟ้า Axial-flux ขนาดเล็กเบา แรงบิดเยอะกว่าแบบเดิม 30% พัฒนาโดย YASA และ Mercedes-Benz ที่แบรนด์ซุปเปอร์คาร์หลายแบรนด์นำไปใช้จริง
Axial-flux มอเตอร์ไฟฟ้าโดย YASA และ Mercedes-Benz ที่ Ferrari, Lamborghini และ McLaren เลือกใช้
ด้วยเสียงเครื่องยนต์อย่าง V8 ของ Mercedes-AMG หรือเครื่องยนต์ 6 สูบแถวเรียงจาก BMW M อันไพเราะที่ถูกใจหลายคน แต่แล้วการมาของรถยนต์ไฟฟ้าที่เติบโตอย่างรวดเร็ว ปัจจุบันรถยนต์ไฟฟ้าสมรรถนะสูงสามารถทำความเร็วสูงใกล้เคียงซุปเปอร์คาร์ได้อย่างรวดเร็วและเงียบอีกด้วย แต่ก็มีเสียงบ่นว่าสิ่งเหล่านี้ทำให้เสน่ห์เรื่องของเสียงเครื่องยนต์ และเรื่องของชุดเกียร์นั้นหายไป
ผู้ผลิตรถยนต์ก็ยังคงกังวลเกี่ยวกับเรื่องนี้เช่นกัน เพราะเรื่องการวิศวะในรถยนต์ไฟฟ้าก็น้อยลงเช่นกัน ทำให้เหลือเพียงแต่การออกแบบตัวรถ, การส่งกำลังไฟฟ้า และเทคโนโลยีใหม่ ๆ ที่จะทำให้รถยนต์ไฟฟ้าแต่ละแบรนด์โดดเด่นและแตกต่างกันออกไปเพื่อตอบโจทย์กลุ่มลูกค้า ไม่มีเหตุผลเลยที่จะต้องพยายามทำมาแข่งขันกับรถยนต์ไฟฟ้าทำอัตราเร่งได้เร็วอย่าง Tesla และ Lucid สำหรับรถที่ใช้งานจริงบนท้องถนน เพราะถึงจะไวกว่านี้ก็ไม่มีประโยชน์เนื่องจากมันเกินความจำเป็น
แต่สำหรับมอเตอร์ Axial-flux จะเป็นทางเลือกสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า : ระหว่างมอเตอร์ไฟฟ้าเดิมอย่าง Radial-flux ที่รถยนต์ไฟฟ้าเกือบทุกคันในปัจจุบันใช้งานอยู่ และนี่คือระบบมอเตอร์ไฟฟ้าสำหรับระบบการขับเคลื่อนใหม่ให้กับรถยนต์ไฟฟ้าสมรรถนะสูง
มอเตอร์ Axial-flux ไม่จำเป็นต้องให้พละกำลังที่มากกว่ามอเตอร์แบบเดิม แต่ด้วยน้ำหนักที่เบากว่าและมีขนาดเล็กกว่า จึงเป็นข้อได้เปรียบหลักที่ช่วยให้สมรรมถนะรถยนต์ไฟฟ้าได้ดีมากขึ้น และผนวกกับสถาปัตยากรรมการออกแบบรถให้เข้ากับมอเตอร์ใหม่นี้จึงไม่น่าแปลกใจที่แบรนด์ผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้าสมรรถนะสูงเลือกใช้
ด้วยการติดตั้งมอเตอร์ Axial-flux ไว้ที่ล้อทั้ง 4 ทำให้มีพื้นที่ในตัวรถเพิ่มมากขึ้น ทำให้มีพื้นที่สำหรับแบตเตอรี่เพิ่มมากขึ้น บรรทุกคนและจุสิ่งของได้มากขึ้น และทำให้ผู้ผลิตสามารถออกแบบดีไซน์ตัวรถได้มากยิ่งขึ้นอย่างที่ไม่เคยทำได้มาก่อน
ที่สำคัญการออกแบบของมอเตอร์ใหม่นี้จะช่วยพลักดันเรื่องของน้ำหนักของรถยนต์ไฟฟ้าที่เคยมีน้ำหนักเยอะ และมีราคาที่สูง ด้วยมอเตอร์ Axial-flux สามารถลดน้ำหนักให้รถยนต์ไฟฟ้าได้ถึง 200 กก. น้ำหนักที่เบาขนาดนี้จะช่วยให้รีดประสิทธิภาพของแบตเตอรี่และเบรกนั้นทำงานได้ดีมากขึ้นด้วย
ผลจากน้ำหนักที่กดลงนั้นทำให้รถยนต์ไฟฟ้ามีระยะวิ่งที่ดีขึ้น, ลดต้นทุน และยังทำให้ตัวรถสามารถควบคุมได้อย่างคล่องตัวเนื่องจากนำ้หนักที่เบา ทำให้เหล่าคนรักรถคลายกังวลเรื่องน้ำหนักของรถยนต์ไฟฟ้าที่มากไปได้นั่นเอง
เกี่ยวกับมอเตอร์ Axial-flux
หลักการนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่แต่อย่างใด เพราะมอเตอร์ Axial-flux ได้ถูกคิดค้นครั้งแรกโดย Michael Faraday ในปี 1821 แต่ก็ถูกหยุดพัฒนาไปกว่า 200 ปี เนื่องจากไม่มีใครรู้วิธีพัฒนาต่อให้สามารถนำไปผลิตจริงได้
มอเตอร์ Axial-flux มีการออกแบบเหมือน “แพนเค้ก” , สเตเตอร์ (ส่วนที่อยู่กับที่และรับพลังไฟฟ้าจากภายนอก เพื่อเปลี่ยนเป็นสนามแม่เหล็กไฟฟ้า) และโรเตอร์ (ส่วนที่ทำหน้าที่หมุนเพื่อสร้างพลังงานกล), วางข้างกันห่างกันน้อยกว่า 1 มิลลิเมตร, โดยการบิดจะไหลผ่านสเตเตอร์ตามแนวแกนหรือขนานกับเพลา และทําให้เกิดกำลังไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรในโรเตอร์ทั้งสองข้างให้สามารถหมุนและส่งกำลังให้กับตัวรถได้
ภายในของโรเตอร์มีการออกแบบมาคล้ายกับมอเตอร์ Radial-flux ด้วยโรเตอร์ ถูกหมุนโดยแม่เหล็กซึ่งไหลในแนวรัศมีรอบขดลวดทองแดงของสเตเตอร์
ข้อดีของมอเตอร์ Axial-flux คือมีความหนาเพียง 1 ใน 3 ของมอเตอร์แบบ Radial-flux และมีน้ําหนักเพียง 12 กก. คิดเป็น 1 ใน 4 จากมอเตอร์เดิม แต่มีพลังมากกว่าที่ 250 แรงม้า และทำสามารถส่งกำลังไฟฟ้าได้มีประสิทธิภาพกว่ามอเตอร์แบบ Radial-flux ถึง 30% และสามารถเพิ่มระยะที่วิ่งอีก 5-10%
ข้อดีของมอเตอร์ Axial-flux สามารถระบายความร้อนได้ง่ายขึ้น เพราะไม่จำเป็นต้องมีโครงมอเตอร์ “Yoke” เหมือนกับใน Radial-flux และด้วยการคดตัวและวางตำแหน่งของลวดทองแดงในสเตเตอร์ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้ทองแดงเยอะเหมือนมอเตอร์แบบเดิม ที่ต้องใช้เยอะและพันไปรอบ ๆ มอเตอร์ แรงบิดจาก Axial-flux จะมากขึ้นตามขนาดของรัศมีที่กว้างขึ้นแต่ไม่จำเป็นต้องหนาขึ้น เหล่านี้สามารถช่วยลดการใช้เหล็กได้มากถึง 80% ทำให้มอเตอร์ Axial-flux มีน้ำหนักที่เบาลง
มอเตอร์ที่เหมือนกับเครื่องประดับ
สำหรับ Woolmer’s coils หรือการคดลวดทองแดงเสมือนกับเครื่องประดับ ด้วยการคดตัวรูปแบบสามเหลี่ยม เรียงตัวกันในสเตเตอร์เสมือนกับการเรียงตัวของส้ม การออกแบบนี้ทำให้มอเตอร์ทำงานอย่างต่อเนื่องส่งกำลังได้สูงสุด 90% เมื่อเทียบกับประมาณ 70% สําหรับมอเตอร์ Radial-flux
Woolmer ก่อตั้ง YASA ในปี 2009 ก่อนที่เขาจะจบปริญญาเอก และการคิดทบทวนหลักการแรกของ Faraday จนตอนนี้เขาได้จดสิทธิบัตรไปมากกว่า 150 ฉบับ ชื่อบริษัทอาจฟังดูแปลกใหม่ แต่มันย่อมาจาก “Yokeless and segmented armature” ซึ่งเป็นหลักการทางวิศวกรรมที่สําคัญซึ่งยังคงอยู่ภายใต้การออกแบบของเขา ช่วงปีแรก ๆ ของ YASA ส่วนใหญ่ใช้เวลา “การสร้างเครื่องจักร (Motor) เพื่อสร้างเครื่องจักร” ตามที่ Woolmer กล่าวไว้ เนื่องจากไม่มีซัพพลายเออร์ใดสามารถสร้างเครื่องมือเพื่อสร้างสิ่งที่ไม่เคยทํามาก่อนได้
ในช่วงปี 2019 Farrari SF90 ได้เป็นรถซุปเปอร์คาร์คันแรกที่ได้นำ YASA มอเตอร์มาใช้งาน ตามมาด้วย 296GTB เนื่องจาก SF90 ใช้ระบบส่งกำลังไฮบริดที่ล้อคู่หลังทำให้วางมอเตอร์ได้อย่างเหมาะสมกับเครื่องยนต์ วางกลางและชุดเกียร์ Lamborghini เองก็ได้นำมาใช้ใน Revuelto ส่งกำลังคู่กับเครื่อง V12 และทาง McLaren เองก็ได้รายงานว่าได้เป็นลูกค้ากับทาง YASA แล้ว
Ferrari SF90
Mercedes Makeover
Mercedes-Benz ต้องการนำเทคโนโลยีของ YASA มาใช้ในแพลตฟอร์มใหม่ AMG.EA สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าสมรรถนะสูงโดยเฉพาะที่จะเปิดตัวรถยนต์ไฟฟ้าคันใหม่ในช่วงหลังของปีหน้า
ในขณะที่ YASA สามารถเพิ่มฐานการผลิตมอเตอร์สำหรับลูกค้าซุปเปอร์คาร์ที่จำนวนไม่ได้เยอะมาก แต่การผลิตมากถึงหลักแสนมอเตอร์ให้กับ Mercedes-Benz อาจจะทำให้ YASA ล้มละลายได้ ทำให้ทาง Mercedes-Benz เข้าไปซื้อธุรกิจทั้งหมดจาก YASA ไม่รวมธุรกิจ Evolito ในช่วงปี 2021 แต่ไม่มีการเปิดเผยเรื่องของจำนวนเงิน
Mercedes-Benz ได้นำรถคอนเซ็ปอย่าง Vision One Eleven ที่มีการนำมอเตอร์ YASA มาใช้งาน ออกมาโชว์ในช่วงปีที่แล้ว ทางเราทีม iMoD มีโอากสเคยได้ทำการพรีวิวคันจริงให้ได้ชมกันด้วยครับ
ตอนนี้ Mercedes-Benz กำลังสร้างโรงงานผลิตมอเตอร์ที่ในกรุงเบอร์ลิน ประเทศเยอรมัน สำหรับการผลิตมอเตอร์ใน AMG โดยเฉพาะ และอาจจะมีการผลิตชิ้นส่วนอื่น ๆ เกี่ยวกับรถยนต์ไฟฟ้าของแบรนด์ที่ทาง Mercedes-Benz เคยพยายามจะลดทอนความสำคัญลงไป
“นี่คือเหตุผลที่เราได้เข้าไปซื้อ YASA ไว้” Ola Kallenius CEO ของ Mercedes-Benz ได้กล่าวไว้ “ความเป็น AMG นั่นโดดเด่นในเรื่องของเครื่องยนต์และระบบส่งกำลังมาโดยตลอดในระยะเวลากว่า 60 ปี จนกระทั่งเข้าสู่ยุครถยนต์ไฟฟ้า (Electric era) แล้วเราจะทำให้มันแตกต่างได้อย่างไร? เราก็กลับไปหาวัตถุดิบและส่วนผสมที่ดีที่สุดให้กับ AMG ยังไงหละ”
“ตอนที่เราได้ไปเห็นมอเตอร์จริงใน YASA ถือว่ามีขนาดเล็กกระทัดรัดมาก ๆ มันน่าทึ่งมาก เพราะเรื่องของอัตราส่วนการส่งพละกำลังเทียบกับน้ำหนักนั้นทำได้อย่างมีประสิทธิภาพจากการออกแบบของ Axial-flux หากใช้งานร่วมกับแบตเตอรี่สมรรถนะที่ดี และส่วนผสมของความเป็น AMG ที่มอบเทคโนโลยีที่แตกต่างกันมาเป็นมาตราฐาน เราเชื่อว่าสิ่งเหล่านี้จะส่งผลดีให้กับลูกค้า AMG และพวกเขาจะภูมิใจที่ได้รับสิ่งที่ไม่เคยมีที่ไหนมาก่อน”
ยกเว้นลูกค้าของแบรนด์อย่าง Ferrari, Lamborghini และ McLaren ที่ตำแหน่งแบรนด์เหล่านี้ถือว่าไม่ได้เป็นคู่แข่งของ AMG โดยตรง หากความต้องการในรถเหล่านี้สูงก็จะผลให้มีการพัฒนาเทคโนโลยีของ YASA ต่อทำให้เป็นผลดีมาถึงลูกค้าของ AMG
Lucid Alternatives
ไม่ใช่ทุกแบรนด์ที่จะตัดสินใจใช้เทคโนโลยีมอเตอร์ Axial-flux แม้ว่าแรงบิดที่ดีถือเป็นเรื่องที่ยากจะปฏิเสธ แต่ก็มีคำถามหลายอย่างจากการนำมอเตอร์ไปติดตั้งที่ล้อ, อาจจะทำให้เกิดการไม่คืนตัวของช่วงล่าง (Unsprung Mass) เพิ่มได้, ชิ้นส่วนที่ซ้ำซ้อน และเรื่องความเสียหายของมอเตอร์ที่อาจจะเกิดขึ้นได้
หากแยกชิ้นส่วนมอเตอร์ของ Lucid จะเห็นได้ว่ามีการออกแบบและวิศกรรมออกมาได้สวยงามไม่แพ้กับของ YASA เลย เส้นทองแดงดัดยืดเป็นเส้นเดียว และกดเข้าไปยังสเตเตอร์ ทั้งหมด 8 ชั้นที่เป็นเอกลักษณ์ของ Lucid ที่แตกต่างจากการเรียงทองแดง (End Windings) ที่รกและไม่สวยงามจากมอเตอร์ของ Tesla และ Porsche
ด้วยกำลังไฟฟ้า 500 kW จากมอเตอร์น้ำหนัก 31.4 กก. หรือ 16 kW/กก. ทำให้มอเตอร์ของ Lucid ส่งกำลังไฟฟ้าได้แรงกว่า Porsche เป็น 2 เท่า และแรงกว่ามอเตอร์ “Raven” ของ Tesla 2.5 เท่า ที่โรเตอร์ทำด้วยคาร์บอนไฟเบอร์
มอเตอร์ Radial ของ Rimac เองก็สามารถบูสต์พละกำลังได้ใกล้เคียง ทำได้ถึง 24,000 rpm เพิ่มจากในช่วง 6 ปีก่อนที่ทำได้เพียง 15,000 rpm
“เราไม่เคยพึ่งพอใจในเทคโนโลยีของเราเลย” Woolmer กล่าวไว้ “ระบบมอเตอร์แบบ Radial กำลังพัฒนาอย่างมาก เราได้พูดเกี่ยวกับข้อดีที่ได้เปรียบด้านแรงบิดของมอเตอร์ Axial แต่ติดที่เรายังคงอยู่กับกว่า 5 ปีที่อาจจะไม่ได้พัฒนาไปอย่างก้าวกระโดด”
Emad Dlala หัวหน้าแผนกระบบส่งกำลังของ Lucid ได้ให้ความรู้ว่ามอเตอร์ Axial-flux ก็มีกลุ่มเป้าหมายที่ชัดเจน แต่ Lucid ไม่ได้เป็นหนึ่งในนั้น “เพราะการนำไปใช้ร่วมกับระบบไฮบริดนั้นถือว่าเป็นประโยชน์ที่ดีของมอเตอร์ Axial-flux เช่น การนำไปใช้กับเครื่องบิน หรือแบรนด์หรูอย่าง Ferrari ที่เรื่องของงบประมาณหรือต้นทุนด้านการผลิตไม่ใช่ปัญหา”
เขากล่าวว่า “แต่แล้วนิยามของคำว่ามอเตอร์ไฟฟ้าที่ดีที่สุดคืออะไร? เราได้มีมอเตอร์ที่สามารถให้กำลัง 500 kW ทำความเร็วได้มากกว่า 321 กม./ชม. ทำให้เราย้อนกลับมาแล้วมาคิดว่าจริง ๆ แล้วลูกค้าต้องการอะไร เรานึกได้ว่ารถยนต์ไฟฟ้านั้นควรจะมีราคาที่สมเหตุสมผล และผมไม่คิดว่ามอเตอร์ Axial-flux จะสามารถทำให้มีต้นทุนที่ต่ำลงได้”
Mate Rimac ได้ชื่นชมการตัดสินใจเข้าซื้อ YASA ของ Mercedes-Benz แต่เขากล่าวว่าเขาเองก็จะยังคงเลือกใช้มอเตอร์แบบ Radial ต่อไป “กลยุทธ์การทำรถยนต์ไฟฟ้าของเรานั้นขึ้นอยู่กับมอเตอร์ Radial-flux และเรามองเห็นความสามารถในการขยายขนาดของแบตเตอรี่เป็นข้อดีและข้อได้เปรียบ” เขากล่าวในบทสัมภาษณ์ของ WIRED และกล่าวว่า “Axial-flux ก็มีข้อดีเช่นกันเพราะ YASA วางตำแหน่งของมอเตอร์ได้อย่างลงตัว ทำให้ Rimac ไม่จำเป็นต้องนำไปใช้ การที่ Mercedes-Benz ตัดสินใจซื้อ YASA ถือว่าเป็นสิ่งที่ดีต่อ Mercedes-AMG โดยตรง แต่สำหรับซุปเปอร์คาร์นั้นมันเสมือนกับสัตว์คนละชนิดเลย เพราะรถเหล่านี้จะต้องการพละกำลังและแรงบิดเพิ่มอยู่เสมอ ทำให้ในมุมของเรามองว่ามอเตอร์ Radial-flux นั้นเหมาะสมที่สุดแล้ว”
Mate Rimac
Woolmer อาจจะไม่เห็นด้วย เพราะมอเตอร์ของ YASA จะสามารถให้พละกำลังมาถึง 800 แรงม้าในสักวัน ณ ตอนนี้เขามีทีมงานกว่า 400 ชีวิตที่อังกฤษ และสามารถผลิตมอเตอร์ได้ 70,000 มอเตอร์ที่เตรียมส่งมอบให้กับลูกค้าระดับซุปเปอร์คาร์ในโรงงานใกล้ Oxford ใกล้กับที่ที่เขาเคยได้มีไอเดียในการชุบชีวิต Axial-flux ให้เกิดขึ้นจริง
เหลือเพียงแค่ Mercedes-Benz ที่นำ Axial-flux มาใช้สำหรับในรถยนต์ไฟฟ้าสมรรถนะสูง ส่งผลให้รถคล่องตัวและเบาเป็นอิสระ และ Ola Kallenius เองก็ได้ให้คำมั่นสัญญาว่าจะใช้เทคโนโลยีของ YASA ต่อไป : และนี่คือเหตุผลที่ลูกค้าจะเลือกซื้อรถจากเราเหนือคู่แข่ง
Woolmer ได้กล่าวทิ้งท้ายไว้ว่า “นี่ผมฝันไปใช่ไหม? ที่ได้เป็นผู้อยู่เบื้องหลังให้กับ AMG สุดท้ายผมก็หวังว่าทุกคนจะเห็นด้วยกับเราและ Mercedes-Benz สำหรับไอเดียการนำ YASA หรือมอเตอร์ Axial-flux มาผลิตจริง”
ที่มา : Wired
