วิวัฒนาการของตลาดมอเตอร์ไฟฟ้าสมัยใหม่สำหรับใช้ในยานยนต์ไฟฟ้า

มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้ในงานลากจูงอาจมีการพัฒนาขึ้นมาตั้งแต่ช่วงทศวรรษที่ 1800 และยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่องมาจนกระทั่งปัจจุบัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในตลาดยานยนต์ไฟฟ้า (EV) ที่กำลังเติบโตขณะนี้ ทำให้เห็นถึงการนำเสนอเทคโนโลยีใหม่ๆ ในด้านนี้ รวมทั้ง โอกาส และความต้องการใช้งานมอเตอร์ไฟฟ้า โดย IDTechEx ได้ทำรายงานการวิจัยเกี่ยวกับมอเตอร์ไฟฟ้าสำหรับลากจูงในยานยนต์ไฟฟ้ามาตั้งแต่ปี ค.ศ. 2012 ซึ่งในแต่ละปีนั้นได้เห็นถึงพัฒนาการใหม่ๆ ที่สร้างความประหลาดใจและประทับใจมาอย่างต่อเนื่อง

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการยกระดับความสำคัญเกี่ยวกับวัสดุที่นำมาใช้กับมอเตอร์ไฟฟ้ากันมากขึ้นเช่นเดียวกับความสำคัญด้านโทโพโลยีพื้นฐานของมอเตอร์ไฟฟ้า ในผู้ผลิตบางรายต้องการปรับปรุงคุณสมบัติต่างๆ เช่น เพิ่มความหนาแน่นของกำลังและแรงบิด โดยมุ่งพัฒนาส่วนที่เกี่ยวข้องกับมอเตอร์แบบฟลักซ์ในแนวแกน (axial flux motor) ขณะที่รายอื่นๆ พยายามมองหาวิธีการที่ทำให้เกิดความคุ้มค่าและยั่งยืนมากขึ้นด้วยการลดหรือเลิกใช้ธาตุหายาก ซึ่งในโลกอุดมคติ ทั้งสองแนวทางตามตัวอย่างข้างต้นนั้นสามารถทำพร้อมกันได้ แต่ในความเป็นจริงแล้ว มีหลายกรณีที่ทำให้ได้อย่างเสียอย่าง ต้องเลือกเอาอย่างใดอย่างหนึ่ง

จากงานล่าสุดของ IDTechEx เรื่อง “Electric Motors for Electric Vehicles 2024-2034” ได้นำเสนอข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับเทคโนโลยียานยนต์ การยอมรับของตลาด การใช้วัสดุ และการคาดการณ์ของตลาดในช่วง 10 ปีข้างหน้า โดยนำมาสรุปในประเด็นของวัสดุและธาตุหายาก และมอเตอร์ไฟฟ้าที่จะนำมาเป็นตัวเลือกใหม่ ดังนี้

วัสดุและธาตุหายาก

มีข้อควรพิจารณาที่สำคัญสำหรับตลาดมอเตอร์ EV ในขณะนี้ นั่นคือ วัสดุที่ใช้เป็นแม่เหล็ก นับตั้งแต่ปี ค.ศ. 2015-2022 มอเตอร์แบบแม่เหล็กถาวร (PM; permanent magnet) สำหรับตลาดรถยนต์ไฟฟ้ายังคงมีส่วนแบ่งในตลาดสูงกว่า 75% มาอย่างต่อเนื่อง ทำให้แม่เหล็กที่เป็นธาตุหายากกลายเป็นเรื่องน่ากังวลในปี 2023 เนื่องจากห่วงโซ่อุปทานที่มีอยู่อย่างจำกัดนั้นอยู่ที่ประเทศจีน และทำให้เริ่มมีราคาเพิ่มสูงขึ้นอย่างมากในปี 2021 (เกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันกับปี 2011/2012)

ดังนั้น เพื่อหลีกเลี่ยงความเกี่ยวข้องกับประเด็นเหล่านี้ OEM ในยุโรปหลายรายจึงเลือกที่จะออกแบบมอเตอร์ไฟฟ้าโดยที่ไม่ใช้แม่เหล็ก ดังเช่นกรณีการใช้มอเตอร์แบบโรเตอร์พันขดลวด (wound rotor motor) ของ Renault และ BMW และการใช้มอเตอร์แบบเหนี่ยวนำ (induction motor) ของ Audi ในปี ค.ศ. 2023 ขณะที่ Tesla ประกาศว่า มอเตอร์รุ่นต่อไปจะเป็นเครื่องกลไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวรที่ปราศจากธาตุหายาก โดยจะมุ่งเน้นการใช้วัสดุแม่เหล็กทางเลือก เช่น แม่เหล็กเฟอร์ไรต์ และยังเป็นความท้าทายต่อการกำหนดให้เป็นที่ยอมรับในวงกว้าง

ตัวอย่างเช่น OEM หลายรายได้ลดปริมาณแร่หายากในมอเตอร์แบบแม่เหล็กถาวรของตนลงอย่างต่อเนื่องด้วยการพัฒนาวัสดุขั้นสูงและการออกแบบมอเตอร์ที่เหมาะสมที่สุด แต่โดยทั่วไปแล้วการนำแม่เหล็กที่ปราศจากแร่หายากมาใช้อย่างสมบูรณ์นั้นจะต้องส่งผลกระทบต่อสมรรถนะหากไม่มีการปรับเปลี่ยนการออกแบบอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งการใช้แม่เหล็กเฟอร์ไรต์จะทำให้สูญเสียกำลังและแรงบิดมากกว่า 60% แต่อย่างไรก็ตาม หากสามารถปรับปรุงในด้านต่างๆ จากงานออกแบบที่เกิดผลสัมฤทธิ์ ก็อาจจะชดเชยให้กับสมรรถนะที่ลดลงจากการใช้แม่เหล็กเฟอร์ไรต์ได้ นอกจากนี้ ยังมีผู้เล่นบางรายที่กำลังมองไปที่โลหะเจือแม่เหล็กชนิดใหม่ อย่างเช่น แม่เหล็กไนไตรด์เหล็ก (iron nitride magnets) ของ Niron

ในรายงานได้แสดงให้เห็นถึงการวิเคราะห์การออกแบบมอเตอร์ที่ปราศจากแม่เหล็ก เส้นทางสู่การลดการใช้ธาตุหายาก และตัวเลือกสำหรับวัสดุแม่เหล็กทางเลือก โดย IDTechEx คาดการณ์ว่า มอเตอร์แบบแม่เหล็กถาวร จะยังคงเป็นชนิดที่ครอบครองตลาดของมอเตอร์ต่อไป (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จะเห็นชัดเจนมากเมื่อจีนครองตลาด EV) แต่จะมีอัตราส่วนการใช้ธาตุหายากลดลงเมื่อเทียบกับจำนวนมอเตอร์และวัสดุแม่เหล็กทางเลือก ซึ่งเป็นสิ่งที่แสดงให้เห็นได้ว่า ตลาดมอเตอร์ไฟฟ้ามีความก้าวหน้ามากขึ้น

ตัวเลือกใหม่: มอเตอร์แบบฟลักซ์ในแนวแกน และมอเตอร์แบบอยู่ในล้อ

นอกจากมอเตอร์แบบฟลักซ์ในแนวรัศมี (radial flux motor) ที่มีอยู่ในยานยนต์ไฟฟ้าแบบพื้นฐานทั่วไปแล้ว ยังมีทางเลือกใหม่อีกสองทางเลือกที่ได้รับความสนใจอย่างมาก เพียงแต่ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการเข้าสู่ตลาดการใช้งาน นั่นคือ มอเตอร์แบบฟลักซ์ในแนวแกน และมอเตอร์แบบอยู่ในล้อ (in-wheel motor)

สำหรับมอเตอร์แบบฟลักซ์ในแนวแกน ทิศทางของฟลักซ์แม่เหล็กจะขนานไปกับแกนของการหมุน ประโยชน์ของมอเตอร์แบบฟลักซ์ในแนวแกน คือ ได้กำลังและความหนาแน่นของแรงบิดเพิ่มขึ้น และด้วยฟอร์มแฟกเตอร์ที่มีลักษณะเหมือนแพนเค้กนั้น ทำให้เหมาะสำหรับการนำไปบูรณาการตามฉากทัศน์ต่างๆ ที่หลากหลาย แม้ว่าก่อนหน้านี้จะไม่เป็นที่ยอมรับก็ตาม แต่เทคโนโลยีนี้ก็ได้รับการพัฒนาไปสู่การรวมตลาด โดยที่ Daimler ได้ซื้อกิจการที่มีความสำคัญอย่าง YASA เพื่อถือครองสิทธิ์ในการใช้มอเตอร์ที่กำลังจะมาเป็นแพลตฟอร์มไฟฟ้าของ AMG และ Renault ได้ร่วมมือกับ WHYLOT เพื่อใช้มอเตอร์แบบฟลักซ์ในแนวแกนในรถยนต์ไฮบริดที่จะเริ่มในปี ค.ศ. 2025

ขณะที่มอเตอร์แบบอยู่ในล้อ ได้กลายมาเป็นส่วนของยานยนต์ที่วิ่งอยู่บนท้องถนนแล้วในบางรุ่น เช่น รถบรรทุก Lordstown ที่ยังมีจำนวนไม่มากนัก แต่ที่เห็นความคืบหน้าไปกว่านั้น คือ Protean ซึ่ง Dongfeng ได้สาธิตรถยนต์นั่งส่วนบุคคลรุ่นแรกที่มี ProteanDrive (แพลตฟอร์มมอเตอร์แบบอยู่ในล้อ) แล้วในปี ค.ศ. 2023 และกำลังจะตามมาด้วยการทดสอบในกลุ่มยานพาหนะ

IDTechEx คาดว่า ความต้องการมอเตอร์แบบฟลักซ์ในแนวแกน และมอเตอร์อยู่ในล้อ จะเพิ่มขึ้นอย่างมากสำหรับยานยนต์บางประเภท แต่ก็ไม่ได้คาดการณ์ว่า มอเตอร์ชนิดนี้จะเข้ามาแทนที่เครื่องกลไฟฟ้าแบบฟลักซ์ในแนวรัศมีแบบดั้งเดิมในอนาคตอันใกล้นี้แต่อย่างใด

ที่มา: IDTechEx