วิธีเลือกระหว่างมอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบผิวกับมอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบภายใน?

30 มิถุนายน 2026

รถยนต์ไฟฟ้าสามารถรักษาแรงบิดสูงที่ความเร็วต่ำได้เนื่องจากการวางแม่เหล็กภายในโรเตอร์ เทคโนโลยีหลักที่อยู่เบื้องหลังรถยนต์ไฟฟ้าสมัยใหม่และระบบขับเคลื่อนอุตสาหกรรมประสิทธิภาพสูงคือมอเตอร์แม่เหล็กถาวรภายใน (Interior Permanent Magnet Motor หรือ IPM)

ในยุคของยานพาหนะพลังงานใหม่ เทคโนโลยี IPM กำลังได้รับความสนใจมากขึ้นจากวิศวกรออกแบบมอเตอร์และผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อระบบขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้า หลักการการทำงานของ IPM และความแตกต่างที่สำคัญกับมอเตอร์แม่เหล็กถาวรแบบติดตั้งบนพื้นผิว (SPM) จะถูกอธิบายในหัวข้อต่อไปนี้

การเลือกใช้ระหว่าง IPM และ SPM ถือเป็นการตัดสินใจที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในด้านการออกแบบยานยนต์ไฟฟ้า เนื่องจากความแตกต่างของตำแหน่งแม่เหล็กจะส่งผลต่อแรงบิดของมอเตอร์ เส้นโค้งประสิทธิภาพ และความน่าเชื่อถือในการทำงานที่ความเร็วสูง

รากฐานของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร: บทบาทของแม่เหล็กหายาก

มอเตอร์แม่เหล็กถาวร (PM) เป็นประเภทของมอเตอร์กระแสสลับที่สร้างสนามแม่เหล็กโดยใช้แม่เหล็กที่ฝังหรือติดตั้งบนพื้นผิวของโรเตอร์ สำหรับยานพาหนะไฟฟ้า มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (PMSM) ถูกใช้อย่างแพร่หลายเนื่องจากมีความหนาแน่นของแรงบิดและประสิทธิภาพสูง ทำให้เป็นหนึ่งในประเภทของมอเตอร์ขับเคลื่อนที่พบมากที่สุด

มอเตอร์โดยทั่วไปมักติดตั้งแม่เหล็กนีโอไดเมียม (Nd FeB) ซึ่งในอุตสาหกรรมเรียกว่าแม่เหล็กชนิดพิเศษที่มีความแข็งแกร่งสูง แม่เหล็กนีโอไดเมียมสามารถให้กำลังแม่เหล็กได้เป็นอย่างมากแม้จะมีขนาดเล็กก็ตาม เนื่องจากสนามแม่เหล็กมีความเข้มข้นสูงต่อหน่วยพื้นที่

เนื่องจากประสิทธิภาพสูงและความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กสูง การใช้แม่เหล็กถาวรสามารถลดขนาดของมอเตอร์ให้เหลือเพียงหนึ่งในสามของรุ่นดั้งเดิมในขณะที่ยังคงรักษาระดับประสิทธิภาพเดียวกันได้ ทำให้ยานพาหนะไฟฟ้าสามารถออกแบบให้มีน้ำหนักเบา และลดการใช้พลังงานโดยรวมของยานพาหนะด้วยประสิทธิภาพสูง นอกจากนี้ อายุการใช้งานของแม่เหล็กหายากสามารถคงอยู่ได้ประมาณ 400 ปี ซึ่งสามารถรับประกันการทำงานของมอเตอร์ให้มีประสิทธิภาพที่เสถียรตลอดอายุการใช้งานทั้งหมด

นอกจากแม่เหล็กนีโอไดเมียมแล้ว แม่เหล็กแซมาริอัมโคบอลต์ (SmCo) จะถูกใช้ในบางการใช้งานที่ต้องการอุณหภูมิสูงเช่นกัน ความแรงของแม่เหล็กนั้นอ่อนกว่านีโอไดเมียมเล็กน้อย แต่เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีอุณหภูมิการทำงานเกิน 150°C บ่อยครั้งเนื่องจากมีความทนทานต่ออุณหภูมิสูง เนื่องจากอุณหภูมิในสภาพแวดล้อมการทำงานของมอเตอร์ขับเคลื่อนยานยนต์ไฟฟ้า (EV) มีความผันผวน ความแรงของแม่เหล็กและประสิทธิภาพทางความร้อนจึงควรได้รับการพิจารณาในการเลือกแม่เหล็ก

IPM และ SPM: กำหนดโดยตำแหน่งของแม่เหล็ก

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรมีสองประเภท คือ IPM และ SPM ทั้งสองประเภทสร้างฟลักซ์แม่เหล็กผ่านแม่เหล็กถาวร แต่ตำแหน่งของแม่เหล็กแตกต่างกัน IPM ฝังแม่เหล็กไว้ภายในโรเตอร์ ในขณะที่ SPM ติดตั้งแม่เหล็กโดยตรงบนพื้นผิวของโรเตอร์ ความแตกต่างทางโครงสร้างนี้ส่งผลให้ลักษณะการทำงาน กลยุทธ์การควบคุม และขอบเขตการใช้งานของมอเตอร์ทั้งสองประเภทแตกต่างกัน ซึ่งถือเป็นหนึ่งในลักษณะเด่นที่สำคัญที่สุดในการจำแนกประเภทการออกแบบมอเตอร์ไฟฟ้า

โครงสร้างโรเตอร์ใน SPM มีความเรียบง่ายในมุมมองของการผลิต แม่เหล็กจะถูกฝังโดยตรงบนพื้นผิวด้านนอกของโรเตอร์ โดยในบางการออกแบบจะมีการใช้ปลอกคาร์บอนไฟเบอร์หรือสแตนเลสเพื่อป้องกัน ซึ่งสามารถป้องกันการหลุดของแม่เหล็กเนื่องจากแรงเหวี่ยงขณะหมุนด้วยความเร็วสูงได้ กระบวนการผลิตโรเตอร์ของ IPM มีความซับซ้อนมากกว่า การกลึงช่องแม่เหล็กภายในแกนจำเป็นต้องทำ เนื่องจากประสิทธิภาพของมอเตอร์อาจได้รับผลกระทบจากการจัดวางและความแม่นยำเชิงมุมของแม่เหล็กที่ฝังอยู่ ซึ่งเป็นหนึ่งในสาเหตุที่ทำให้ต้นทุนการผลิตสูง

รูปร่างของการออกแบบแม่เหล็กทั้งสองแบบก็แตกต่างกันด้วย SPM ส่วนใหญ่ใช้แม่เหล็กวงแหวนหรือแม่เหล็กโค้ง ในขณะที่แม่เหล็กสี่เหลี่ยมผืนผ้าหรือแม่เหลี่ยมที่มีร่องกลึงใช้ใน IPM นอกจากนี้ยังมีงานวิจัยที่แสดงให้เห็นว่า IPM ต้องการวัสดุแม่เหล็กเพียง 66.7% ซึ่งใช้ใน SPM เท่านั้น ซึ่งให้ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนภายใต้ราคาที่เพิ่มขึ้นของแร่ธาตุหายาก

การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากยานยนต์ไฮบริดและไฟฟ้า

ประสิทธิภาพความเร็วสูงเป็นข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของ IPM ซึ่งมีความสำคัญในด้านการประยุกต์ใช้กับยานพาหนะ ในทางกลับกัน เส้นโค้งกำลัง-ความเร็วของ SPM มีรูปร่างเป็นไฮเพอร์โบลา ซึ่งหมายความว่ามันจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจนถึงจุดที่คงที่ในช่วงความเร็วแคบ และลดลงหลังจากนั้น SPM เคยครองตลาดของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรมาก่อน แต่มีการเปลี่ยนแปลงเมื่อไม่นานมานี้ ความต้องการ IPM เพิ่มขึ้นเนื่องจากการเติบโตของยานยนต์ไฮบริดและยานยนต์ไฟฟ้า มอเตอร์ IPM สามารถรักษาการส่งออกกำลังคงที่ในช่วงความเร็วที่กว้าง จึงเหมาะสำหรับการใช้งานเช่น มอเตอร์ขับเคลื่อนและมอเตอร์เสริม

ข้อได้เปรียบของมอเตอร์ IPM จะเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นในยานพาหนะ เนื่องจากสามารถควบคุมสถานะการแม่เหล็กของวงจรแม่เหล็กได้ดีขึ้น ซึ่งส่งผลให้มีช่วงการทำงานที่กว้างขึ้นและแรงบิดที่คงที่ ดังนั้น โดยการเปลี่ยนกระแสไฟฟ้า ประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าสามารถควบคุมได้ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญในระบบขับเคลื่อนยานพาหนะไฟฟ้าสมัยใหม่

คาดว่าความต้องการของตลาดสำหรับ IPM จะเพิ่มขึ้นในทศวรรษหน้าพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของอัตราการยอมรับรถยนต์ไฟฟ้าทั่วโลก เกือบทุกแพลตฟอร์มรถยนต์ไฟฟ้าเจเนอเรชั่นถัดไปของแบรนด์รถยนต์ชั้นนำใช้ IPM เป็นมอเตอร์ขับเคลื่อนหลัก และแนวโน้มนี้คาดว่าจะเสริมสร้างตำแหน่งที่โดดเด่นของ IPM ในภาคส่วนมอเตอร์ขับเคลื่อน

คุณสมบัติเชิงโครงสร้างของ SPM

แม่เหล็กถูกติดตั้งบนพื้นผิวของโรเตอร์ ซึ่งมีความแข็งแรงทางกลสัมพัทธ์ต่ำ โครงสร้างนี้จำกัดความเร็วทางกลที่ปลอดภัยสูงสุดในการทำงานของมอเตอร์ นอกจากนี้ ค่าความเหนี่ยวนำที่วัดได้ที่ปลายโรเตอร์เป็นค่าคงที่ไม่ว่าตำแหน่งของโรเตอร์จะเป็นอย่างไร ซึ่งทำให้การสร้างแรงบิดโดย SPM พึ่งพาหลักกลไกเดียวของแรงบิดแม่เหล็กเป็นหลัก

แม้จะมีข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพเหล่านี้ SPM ก็ยังถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในงานที่ไม่ต้องการความแข็งแรงทางกลสูง เช่น เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านและปั๊มน้ำความเร็วต่ำ เนื่องจากการผลิตที่ง่ายและมีต้นทุนต่ำกว่า

ข้อได้เปรียบทางโครงสร้างของ IPM

โครงสร้างของ IPM ที่ฝังแม่เหล็กไว้ภายในโรเตอร์ทำให้มีประสิทธิภาพทางกลที่ดีขึ้น และด้วยเหตุนี้จึงเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความเร็วสูง พวกมันมีอัตราส่วนความเหนี่ยวนำ Lq/Ld ที่ค่อนข้างสูง ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้สำคัญในการวัดความแตกต่างของความไม่เต็มใจทางแม่เหล็กตามแกนโรเตอร์ที่แตกต่างกัน

IPM สามารถสร้างแรงบิดได้ทั้งจากกลไกแรงบิดแม่เหล็กและแรงบิดความไม่เต็มใจ เนื่องจากโครงสร้างของมันซึ่งช่วยให้สามารถปรับตัวให้เข้ากับความต้องการที่แตกต่างกันของยานพาหนะไฟฟ้าได้ จากนั้นสามารถรักษาแรงบิดขาออกที่เหมาะสมได้ตั้งแต่การขับขี่ที่ความเร็วต่ำในเมืองไปจนถึงความเร็วสูงบนทางหลวง

กลยุทธ์การควบคุมแรงบิดสูงสุดต่อแอมแปร์ (MTPA) มักถูกนำมาใช้เพื่อใช้ประโยชน์จากข้อดีของแรงบิดคู่ของ IPM อย่างเต็มที่ แหล่งแรงบิดแม่เหล็กและแรงบิดความไม่เต็มใจควรถูกปรับสมดุลโดยการปรับเวกเตอร์กระแสไฟฟ้าแบบไดนามิกเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด ดังนั้น อัลกอริทึมการควบคุมสำหรับ IPM ซึ่งต้องการเซ็นเซอร์ที่แม่นยำมากขึ้นและกำลังการคำนวณที่มากขึ้น จึงมีความซับซ้อนมากกว่าอัลกอริทึมการควบคุมสำหรับ SPM

ทิศทางในอนาคตของ IPM และ SPM

IPM เป็นตัวเลือกที่ได้รับความนิยมสำหรับการใช้งานความเร็วสูง เช่น มอเตอร์ขับเคลื่อน เนื่องจากสามารถให้แรงบิดที่เทียบเคียงได้กับวัสดุแม่เหล็กที่น้อยกว่า นอกเหนือจากแรงบิดแม่เหล็กแล้ว แรงบิดความไม่เต็มใจยังถูกนำมาใช้ใน IPM เพื่อสร้างแรงบิดสูงอีกด้วย เทคโนโลยีการควบคุมเวกเตอร์ยังถูกนำมาใช้ใน IPM เพื่อปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงต่างๆ ในความต้องการระหว่างการทำงานของมอเตอร์ความเร็วสูง

ในการเปรียบเทียบเส้นโค้งประสิทธิภาพ SPM สามารถบรรลุประสิทธิภาพสูงที่ความเร็วต่ำและคงที่เนื่องจากการออกแบบวงจรแม่เหล็กที่เรียบง่าย ในขณะที่ IPM สามารถรักษาประสิทธิภาพสูงได้ในช่วงความเร็วที่กว้างขึ้น ดังนั้น ประสิทธิภาพของระบบ IPM จะสูงขึ้นเมื่อมีความเร็วสูง การรักษาประสิทธิภาพสูงในช่วงความเร็วที่กว้างสามารถทำได้ในระบบ IPM โดยการปรับสภาพการเหนี่ยวนำของวงจรแม่เหล็ก แม่เหล็กจะถูกห่อหุ้มไว้ภายในโรเตอร์ และจะไม่หลุดออกโดยแรงเหวี่ยง ดังนั้น ความน่าเชื่อถือทางกลจึงได้รับการปรับปรุงเนื่องจากความทนทานสูงของโครงสร้างโรเตอร์โดยรวม IPM สามารถประหยัดพลังงานได้ประมาณ 30% เมื่อเทียบกับการออกแบบแบบดั้งเดิมภายใต้กำลังการผลิตเดียวกัน ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่น่าสนใจสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าที่มุ่งเน้นระยะการขับขี่และประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

การใช้เทคโนโลยีการลดสนามแม่เหล็กในภาคสนามของระบบ IPM ระหว่างการทำงานด้วยความเร็วสูงสามารถลดสนามแม่เหล็กที่มีประสิทธิภาพของโรเตอร์ได้หลังจากความเร็วพื้นฐานถูกทำลาย ซึ่งช่วยให้มอเตอร์สามารถรักษา 출력กำลังไฟฟ้าคงที่ในช่วงความเร็วที่กว้างขึ้นได้ ด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพสูงของรถยนต์ไฟฟ้าสามารถรักษาไว้ได้ ไม่ว่าจะเป็นการไต่ระดับด้วยความเร็วต่ำหรือการขับขี่ด้วยความเร็วสูง และนี่คือเหตุผลที่ IPM ได้รับความนิยมในภาคยานยนต์พลังงานใหม่

จะเลือกอย่างไร?

สำหรับแอปพลิเคชันที่ไม่ต้องการช่วงความเร็วที่กว้าง หรืองบประมาณเป็นปัจจัยหลัก ควรเลือกใช้ SPM เนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและมีต้นทุนต่ำกว่า

หากต้องการประสิทธิภาพสูงในช่วงความเร็วที่กว้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการความเร็วสูงและแรงบิดสูง เช่น มอเตอร์ขับเคลื่อนยานยนต์ไฟฟ้า (EV traction motor) หรือการใช้งานพลังงานใหม่ ควรพิจารณาใช้มอเตอร์แบบ IPM เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงที่ความเร็วสูง ความหนาแน่นของแรงบิดที่สูงกว่า และความน่าเชื่อถือทางกลที่ดีกว่า

การระบายความร้อนในระดับหนึ่งเกิดขึ้นใน IPM เนื่องจากโครงสร้างการห่อหุ้มแกน ซึ่งช่วยรักษาแม่เหล็กให้อยู่ในอุณหภูมิต่ำและป้องกันการเสื่อมประสิทธิภาพทางแม่เหล็กจากอุณหภูมิสูง ในทางตรงกันข้าม การระบายความร้อนที่ไม่ดีใน SPM เกิดจากการที่แม่เหล็กสัมผัสโดยตรงกับสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ยังเป็นเหตุผลที่ IPM ถูกเลือกใช้สำหรับการใช้งานที่มีความหนาแน่นกำลังสูง

สรุปได้ว่า สำหรับการใช้งานที่มีความต้องการต่ำในด้านช่วงความเร็วและความสม่ำเสมอของแรงบิด เช่น เครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้านและปั๊มน้ำความเร็วต่ำ SPM เป็นตัวเลือกที่แนะนำเนื่องจากความได้เปรียบด้านต้นทุน สำหรับมอเตอร์ขับเคลื่อนหรือระบบขับเคลื่อนอุตสาหกรรมที่ทำงานในช่วงความเร็วที่กว้าง แม้ว่าต้นทุนเริ่มต้นของการใช้ IPM จะสูง แต่สามารถครอบคลุมได้ผ่านประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นในระยะยาวและการลดการใช้แม่เหล็ก

ก่อนที่จะตัดสินใจ ขอแนะนำให้สื่อสารกับผู้จัดจำหน่ายวัสดุแม่เหล็กเกี่ยวกับความต้องการในการใช้งาน เช่น ความเร็วเป้าหมายและข้อจำกัดด้านงบประมาณ เพื่อรับประกันว่าตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดจะถูกเลือกโดยไม่เกิดการออกแบบใหม่เนื่องจากความไม่ตรงกันของข้อกำหนดในอนาคต

แบ่งปัน: