| รหัสโครงการ : | R000000659 |
| ชื่อโครงการ (ภาษาไทย) : | การออกแบบและพัฒนาจักรยานไฟฟ้าต้นแบบ (NSRU e-Bike) พร้อมแท่นชาร์จแบตเตอรี่แบบสลับ เปลี่ยนต้นแบบที่ควบคุมผ่านแอปพลิเคชันบนสมาร์ทโฟน |
| ชื่อโครงการ (ภาษาอังกฤษ) : | Designed and developed an NSRU e-Bike and a swapping battery charging stand prototypes controlled via a smartphone application |
| คำสำคัญของโครงการ(Keyword) : | จักรยานไฟฟ้า, แบตเตอรีสลับเปลี่ยน, มอเตอร์ดีซีบัสเลส, การควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้าแบบจัดปรับ สนามแม่เหล็ก |
| หน่วยงานเจ้าของโครงการ : | คณะเทคโนโลยีการเกษตรและเทคโนโลยีอุตสาหกรรม > ภาควิชาเทคโนโลยีอุตสาหกรรม สาขาวิชาวิศวกรรมพลังงาน |
| ลักษณะโครงการวิจัย : | โครงการวิจัยเดี่ยว |
| ลักษณะย่อยโครงการวิจัย : | ไม่อยู่ภายใต้แผนงานวิจัย/ชุดโครงการวิจัย |
| ประเภทโครงการ : | โครงการวิจัยใหม่ |
| สถานะของโครงการ : | propersal |
| งบประมาณที่เสนอขอ : | 86000 |
| งบประมาณทั้งโครงการ : | 86,000.00 บาท |
| วันเริ่มต้นโครงการ : | 18 มีนาคม 2567 |
| วันสิ้นสุดโครงการ : | 17 มีนาคม 2568 |
| ประเภทของโครงการ : | งานวิจัยประยุกต์ |
| กลุ่มสาขาวิชาการ : | วิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยี |
| สาขาวิชาการ : | สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย |
| กลุ่มวิชาการ : | วิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีพื้นฐานทางวิศวกรรมศาสตร์ |
| ลักษณะโครงการวิจัย : | ระดับนานาชาติ |
| สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์ : | สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์ |
| สร้างความร่วมมือประหว่างประเทศ GMS : | ไม่สร้างความร่วมมือทางการวิจัยระหว่างประเทศ |
| นำไปใช้ในการพัฒนาคุณภาพการศึกษา : | ไม่นำไปใช้ประโยชน์ในการพัฒนาณภาพการศึกษา |
| เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต : | เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต |
| ความสำคัญและที่มาของปัญหา : | ปัจจุบันแนวโน้มการใช้ยานพาหนะในการเดินทางเริ่มเปลี่ยนแปลงจากการใช้เครื่องยนต์แบบสันดาปซึ่งมีการเผาไหม้ เชื้อเพลิงฟอสซิล
(Fossil Fuel) ที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมโดยการปล่อยมลพิษทางอากาศ ฝุ่น ควันและเสียง ทำให้เกิดสภาวะโลกร้อน มาเป็นยานพาหนะที่ใช้
พลังงานไฟฟ้ามากขึ้น เช่น รถไฟฟ้า จักรยานยนต์ไฟฟ้า จักรยานไฟฟ้า สกู๊ตเตอร์ (Scooter) เซกเวย์ (Segway) เป็นต้น ในหลายๆ ประเทศเริ่มมีการ
ส่งเสริมให้มีการผลิตและใช้งานยานยนต์ไฟฟ้า (Electrical Vehicle: EV) มากขึ้น ได้แก่ ฝรั่งเศส สหรัฐอเมริกา จีน อังกฤษ แคนาดา ไต้หวัน เป็นต้น
สำหรับประเทศไทยเองก็มีนโยบายสนับสนุน เช่น ปลอดภาษีในการซื้อรถไฟฟ้า ลดราคาค่าไฟฟ้า เป็นต้น ตลอดจนมุ่นเน้นให้เกิดการวิจัยและพัฒนา
เกี่ยวกับยานยนต์ไฟฟ้าและสถานีชาร์จ โดยเฉพาะในสถาบันอุดมศึกษาเพื่อเป็นสถานที่บริการวิชาการเกี่ยวกับทักษะอาชีพในอนาคตเพื่อรองรับอาชีพ
ใหม่ในอนาคตอันใกล้ เนื่องด้วยมหาวิทยาลัยราชภัฏนครสวรรค์มีนโยบายผลักดันเกิดการสร้างศูนย์พัฒนากำลังคนเพื่อเน้นการวิจัยและสร้างทักษะต่อ
อาชีพใหม่ที่จะเกิดขึ้นในอนาคตอันใกล้ ดังเห็นได้จากการเปิดหลักสูตรในสาขายานยนต์ไฟฟ้า ที่เริ่มรับนักศึกษารุ่นแรกไปแล้วในปีการศึกษา 2566 ซึ่ง
ทีมวิจัยเล็งเห็นว่านักศึกษาจะสามารถเรียนรู้ได้ดีจากการลงมือปฏิบัติจริงจากยานยนต์ไฟฟ้าจริง หรืออุปกรณ์ชุดฝึก ดังนั้น จึงเกิดโครงการวิจัยเรื่องการ
ออกแบบและสร้างต้นแบบจักรยานไฟฟ้าและแท่นชาร์จแบตเตอรี่แบบสลับสับเปลี่ยนที่สามารถควบคุมผ่านแอพพลิเคชั่นบนสมาร์ทโฟน และใช้ต้น
กำลังประเภทมอเตอร์กระแสตรงชนิดบัสเลสดีซีมอเตอร์ที่สามารถความคุมการทำงานด้วยกล่องคอนโทรล และใช้แบตเตอรี่ประเภทลิเทียมไอออน
ฟอสเฟต (Lithium iron phosphate) เป็นแหล่งพลังงานหลักในการขับเคลื่อน และมีระบบจัดการพลังงานและแบตเตอรีด้วยอุปกร์อิเล็กทรอนิกส์
กำลังที่เชื่อมต่อกับแอปพลิเคชันที่ออกแบบขึ้นโดยเฉพาะสำหรับงานวิจัยนี้ เพื่อเป็นชุดฝึกปฏิบัติการและถ่ายทอดทักษะด้านนวัตกรรมยานยนต์ไฟฟ้า
ให้กับนักศึกษาและประชาชนที่สนใจ เพื่อการใช้งานจริงในอนาคต และเป็นอัตลักษณ์ที่ดีต่อมหาวิทยาลัยราชภัฏนครสวรรค์อีกด้วย จุดเด่นของงาน
วิจัยในแต่ละส่วน จักรยานไฟฟ้า (NSRU e-Bike) เน้นเทคโนโลยีที่หาได้ง่ายในประเทศเป็นหลัก ตัวโครงจะศึกษาและออกแบบและทดสอบจากวัสดุที่
มีนํ้าหนักเบา มอเตอร์ดีซีบัสเลส ที่ใช้วิธีควบคุมแบบเวกเตอร์คอนโทรลด้วยวิธีจัดปรับสนามแม่เหล็ก (Field Orient Controlled: FOC) จะเป็น
สามารถเพิ่มแรงบิด Torque ในย่าน Field weakening Speed ที่เป็นจุดด่อยของการควบคุมแบบอื่นๆ ได้มีการติดตั้ง Sensor ปรับความเร็วและ
แรงบิดเมื่อขึ้นทางลาดชัน เพื่อควบคุมการจ่ายกระแสของแบตเตอรีที่มากเกินไปทำให้ระบบร้อนแสะสูญเสียพลังงานมาก แบตเตอรีที่ใช้เป็นแบบ Li-
Ion ที่มีประสิทธิภาพในการจ่ายกระแสสูงต่อเนื่องได้ (C-rate) แบตเตอรีเป็นแบบสลับเปลี่ยนได้ (Swapping) ซึ่งสะดวกต่อการใช้งาน ด้านการประหยัดเวลา ที่มีประสิทธิภาพสูงแต่ใช้พลังงานตํ่า ในการควบคุมมอเตอร์และคำนวณค่าพารามิเตอร์ที่สำคัญ เช่น SOC, Speed, Range เป็นต้น
สามารถเชื่อมต่อกับแอปพลิเคชันบนสามารถโฟนได้ ซึ่งสามารถเรียกดูข้อมูลของจักรยานไฟฟ้าได้ เป็นชุดฝึกปฏิบัติทางวิศวกรรมด้านการออกแบบและ
สร้างยานยนต์ไฟฟ้า 2 ล้อ และการควบคุมรวมถึงการสื่อสารแบบ CANBUS 2) แท่นชาร์จแบบสลับเปลี่ยนแบตเตอรี เหมาะแก่การใช้ในระบบ
สาธารณะ เช่น การสร้างให้เกิดระบบ e-Bike sharing ใน มรภ. นครสวรรค์ เพื่อบริการแก่นักศึกษา หรือเช่า ที่สามารถนำรายได้มาสู่องค์กร ในท้อง
ตลาดยังไม่มีจำหน่าย เนื่องจาก ยังไม่มีผู้นำเข้าอย่างเป็นทางการจากต่างประเทศ จึงเป็นข้อดีของการริเริ่มวิจัยในโครงการนี้ สามารถต่อยอดเป็นสถานี
ชาร์จโดยใช้พลังงานทดแทน เช่น โซลาร์เซลล์ หรือ สร้างเป็น Solar parking ในแต่ละอาคารได้ เป็นชุดฝึกปฏิบัติทางวิศวกรรมในการออกแบบและ
สร้างเครื่องชาร์จ และการควบคุมการชาร์จด้วยโหมดต่างๆ |
| จุดเด่นของโครงการ : | จักรยานไฟฟ้า (NSRU e-Bike) เน้นเทคโนโลยีที่หาได้ง่ายในประเทศเป็นหลัก ตัวโครงจะศึกษาและออกแบบและทดสอบจากวัสดุที่
มีนํ้าหนักเบา มอเตอร์ดีซีบัสเลส ที่ใช้วิธีควบคุมแบบเวกเตอร์คอนโทรลด้วยวิธีจัดปรับสนามแม่เหล็ก (Field Orient Controlled: FOC) จะเป็น
สามารถเพิ่มแรงบิด Torque ในย่าน Field weakening Speed ที่เป็นจุดด่อยของการควบคุมแบบอื่นๆ ได้มีการติดตั้ง Sensor ปรับความเร็วและ
แรงบิดเมื่อขึ้นทางลาดชัน เพื่อควบคุมการจ่ายกระแสของแบตเตอรีที่มากเกินไปทำให้ระบบร้อนแสะสูญเสียพลังงานมาก แบตเตอรีที่ใช้เป็นแบบ Li-
Ion ที่มีประสิทธิภาพในการจ่ายกระแสสูงต่อเนื่องได้ (C-rate) แบตเตอรีเป็นแบบสลับเปลี่ยนได้ (Swapping) ซึ่งสะดวกต่อการใช้งาน ด้านการประหยัดเวลา ที่มีประสิทธิภาพสูงแต่ใช้พลังงานตํ่า ในการควบคุมมอเตอร์และคำนวณค่าพารามิเตอร์ที่สำคัญ เช่น SOC, Speed, Range เป็นต้น
สามารถเชื่อมต่อกับแอปพลิเคชันบนสามารถโฟนได้ ซึ่งสามารถเรียกดูข้อมูลของจักรยานไฟฟ้าได้ เป็นชุดฝึกปฏิบัติทางวิศวกรรมด้านการออกแบบและ
สร้างยานยนต์ไฟฟ้า 2 ล้อ และการควบคุมรวมถึงการสื่อสารแบบ CANBUS 2) แท่นชาร์จแบบสลับเปลี่ยนแบตเตอรี เหมาะแก่การใช้ในระบบ
สาธารณะ เช่น การสร้างให้เกิดระบบ e-Bike sharing ใน มรภ. นครสวรรค์ เพื่อบริการแก่นักศึกษา หรือเช่า ที่สามารถนำรายได้มาสู่องค์กร ในท้อง
ตลาดยังไม่มีจำหน่าย เนื่องจาก ยังไม่มีผู้นำเข้าอย่างเป็นทางการจากต่างประเทศ |
| วัตถุประสงค์ของโครงการ : | 1) ออกแบบและพัฒนาจักรยานไฟฟ้าต้นแบบ (NSRU E-Bike) ขนาด 2 ล้อ ขับเคลื่อนที่ล้อหลัง ใช้แบตเตอรีชนิดลิเทียมไอออนที่สามารถ
สลับเปลี่ยนได้ (Swapping) โดยใช้มอเตอร์ดีซีบัสเลสเป็นระบบขับเคลื่อนหลัก การควบคุมมอเตอร์แบบการจัดปรับสนามแม่เหล็ก (FOC controller)
ด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ 32-bit แบบ DSP จักรยานไฟฟ้าติดตั้งระบบเซนเซอร์พร้อม GPS 2) ออกแบบและสร้างแท่นชาร์จแบตเตอรีแบบสลับ
เปลี่ยนต้นแบบ (NSRU Swapping station) จำนวน 2 ช่องชาร์จ/สล๊อต ที่ควบคุมด้วยไมโคคอนโทรลเลอร์ 32-bit สามารถเชื่อมระบบผ่าน IoT
network (Client and server) ระหว่างจักรยานไฟฟ้าและสถานีชาร์จได้ 3) ออกแบบและสร้างแอปพลิเคชันที่แสดงผลข้อมูล และเชื่อมระบบผ่าน
IoT network ระหว่างจักรยานไฟฟ้าและสถานีชาร์จได้ |
| ขอบเขตของโครงการ : | ออกแบบและพัฒนาจักรยานไฟฟ้าต้นแบบ (NSRU E-Bike) ขนาด 2 ล้อ ขับเคลื่อนที่ล้อหลัง ใช้แบตเตอรีชนิดลิเทียมไอออนที่สามารถ
สลับเปลี่ยนได้ (Swapping) โดยใช้มอเตอร์ดีซีบัสเลสเป็นระบบขับเคลื่อนหลัก การควบคุมมอเตอร์แบบการจัดปรับสนามแม่เหล็ก (FOC
controller) ด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ 32-bit แบบ DSP จักรยานไฟฟ้าติดตั้งระบบเซนเซอร์พร้อม GPS และแท่นชาร์จ NSRU Swapping
station จำนวน 2 ช่องชาร์จ/สล๊อต ที่มีแอปพลิเคชันสำหรับแสดงผลและควบคุมระบบ |
| ผลที่คาดว่าจะได้รับ : | ได้จักรยานไฟฟ้าต้นแบบ (NSRU E-Bike) จำนวน 1 คัน ที่สามารถนำไปเป็นสื่อการสอนและชุดฝึกปฏิบัติทางวิศวกรรมได้ 2. ได้แท่น
ชาร์จ NSRU Swapping station จำนวน 2 ช่องชาร์จ/สล๊อต จำนวน 1 แท่น ที่สามารถนำไปเป็นสื่อการสอนและชุดฝึกปฏิบัติทางวิศวกรรมได้ 3. ได้
แอปพลิเคชันสำหรับแสดงผลและควบคุมระบบจักรยานไฟฟ้าต้นแบบ (NSRU E-Bike) สามารถนำไปต่อยอดในเชิงธุระกิจได้ |
| การทบทวนวรรณกรรม/สารสนเทศ : | ณัฐชัย โปธินำเสนอการออกแบบยานยนต์ 4 ล้อ ขับเคลื่อน 2 ล้อหลัง ใช้มอเตอร์กระแสตรงชนิดบัสเลสดีซีมอเตอร์ (Brushless DC Motor: BLDC) เป็นต้นกำลัง โดยใช้แบตเตอรี่ชนิดลิเทียมไอออนฟอสเฟตเป็นพลังงานหลัก และออกแบบระบบส่งถ่ายกำลังด้วยโซ่และชุดเกียร์ทดรอบเพื่อสามารถปรับแต่งความเร็วได้ตามต้องการ ผลการ
ประเมิน สมรรถนะยานยนต์พบว่า ความเร็วสูงสุดกรณีบรรทุกผู้โดยสาร 1 คน เท่ากับ 29.4 กิโลเมตรต่อชั่วโมง กรณีบรรทุกผู้โดยสาร 2 คน เท่ากับ 28.4 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ระยะทางสูงสุดที ขับเคลื อนต่อการชาร์จ 1 ครั้ง เท่ากับ 21.398 กิโลเมตร ระยะเวลาสูงสุดที่ขับเคลื่อนต่อการชาร์จ 1 ครั้ง เท่ากับ 46.48 นาทีและมีอัตราการสิ้นเปลื้องพลังงานต่อการชาร์จ 1 ครั้ง โดยใช้พลังงานไฟฟ้า 8 กิโลวัตต์ชั วโมง คิดเป็น 35 บาท
P. Treeyakarn และคณะ นำเสนอการวิเคราะห์สมรรถนะของรถยนต์ไฟฟ้าเมื่อใช้แบตเตอรี่ ประเภทต่างๆ รถยนต์ไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นเพื่อการทดสอบ ติดตั้งมอเตอร์ BL DC ขนาด 5 กิโลวัตต์เลือกแบตเตอรี ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตและแบตเตอรี ตะกั่วกรดรอบลึกที่มีความจุเท่ากันที 48V 120 Ah รถยนต์ไฟฟ้าได้รับการทดสอบบนเครื่องวัดไดนาโมมิเตอร์ของแชสซีโดยมีการทดสอบ 2 โหมด มีการวิ่งสองครั้งใน 5 รอบในเมือง และขับต่อเนื่องในวงจรการขับขี่ในเมืองจนกระทั่งรถยนต์ไฟฟ้าไม่สามารถทำความเร็วได้ถึง 50 กม./ชม. ขณะทำการทดสอบได้ดำเนินการวิเคราะห์กำลังไฟฟ้าเพื่อบันทึกข้อมูลไฟฟ้าต่างๆ ผลการวิจัยพบว่ารถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตสามารถตอบสนองการเข้าถึงโปรไฟล์เส้นโค้งความเร็วเป้าหมายได้ดีกว่าเมือใช้แบตเตอรีตะกั่วกรดรอบลึก นอกจากนี้ ระยะการขับขี่ต่อการชาร์จหนึ่งครั้งของรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี ลิเธียม-ไอรอนฟอสเฟตก็ยาวขึ้นเช่นกัน
Xian Zhang ได้ศึกษากรอบกำหนดการแบตเตอรี่ เพื่อจัดส่งแบตเตอรี่ระหว่างสถานีชาร์จแบตเตอรี (BCS) และสถานีเปลี่ยนแบตเตอรี (BSS) อย่างมีประสิทธิภาพ รูปแบบการจ่ายแบตเตอรี่ แบบสองทิศทางเพื่อลดต้นทุนการขนส่งนั้นถูกสร้างขึ้นและแก้ไขโดยวิธี PSO ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อพิจารณาถึงข้อจำกัดด้านความสามารถในการให้บริการอัลกอริทึมการจัดกลุ่ม K-mean ถูกนำมาใช้เพื่อแบ่งพาร์ติชัน BCS และ BSS ล่วงหน้าเพื่อให้การจ่ายแบตเตอรี่ มีประสิทธิภาพและประสิทธิผลมากขึ้น ในที่สุดวิธีการที่เสนอได้รับการตรวจสอบโดยกรณีการขนส่งแบตเตอรี่ในเขตเมือง
Bansilal Bairwa และคณะ นำเสนอแนวทางใหม่ในการให้บริการเปลี่ยนแบตเตอรี่แก่ผู้ใช้รถยนต์ไฟฟ้า โดยมีศูนย์กลางอยู่ที่สถานีเคลื่อนที สำหรับเปลี่ยนแบตเตอรี่ ประการแรก บทความนี้ กำหนดสถาปัตยกรรมโครงสร้างสำหรับการให้บริการการแลกเปลี่ยนที่ราบรื่นและมีประสิทธิภาพแก่ผู้ใช้ยังกำหนดหน้าที่ และบทบาทของเอนทิตีต่างๆ ที่มีอยู่ในองค์กร และ กำหนดความแตกต่างระหว่างสถานีชาร์จและสถานีสลับ ประการที่สอง ให้คำอธิบายสั้น ๆ เกียวกับการทำงานของกลไกที่เกียวข้องในหน่วยสลับอุปกรณ์เคลือนที่ นอกจากนีแอปพลิเคชันมือถือและการสื่อ สารระหว่างผู้ใช้กับระบบการจัดการบริการ และกำหนดวิธีที่ผู้ใช้สามารถส่งคำขอแจ้งข้อร้องเรียนผ่านแอปพลิเคชัน ประการที่สาม พลังงานที่ใช้โดยหน่วยสลับแบตเตอรี เวลาทำงาน และวิธี การชาร์จโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ข้างต้นได้รับการสนับสนุนโดยการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์
กอบชัย จันทรดิลกรัตน์และคณะ นำเสนอการก่อสร้างรถจักรยานไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อเวลาใช้จักรยานไฟฟ้าได้นานขึ้น ติดตั้งระบบโซล่าเซลล์กับจักรยานยนต์ไฟฟ้า 36 V, 350 W พร้อมแผงโซล่าเซลล์ 12 V, 40 W. เครื่องควบคุมการประจุไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ 12/24 V, 10 Ah และอินเวอร์เตอร์ (Input 12-24
V/Output 12-80 V) 10 Ah เพี่อชาร์จแบตเตอรี ผลการทดลองพบว่าระยะเวลาการใช้งานรถจักรยานไฟฟ้าที่ความเร็ว 15 และ 30 กม./ชม. เพิ่มขึ้น |
| ทฤษฎี สมมุติฐาน กรอบแนวความคิด : | 1. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ก. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบแยกวงจรกระแสกระตุ้นสนามแม่เหล็ก (Separately excited D.C. motor) ข. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบขนาน (D.C. shunt motor) ค. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบอนุกรม (D.C. series motor) ง. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบผสม (D.C. compound motor)
ภาพที 1 มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
2 แรงดันไฟฟ้าและแรงบิดของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง
2.1 แรงดันไฟฟ้าต้านกลับ (Back e.m.f) เกิดขึนขณะที อาร์เมเจอร์หมุนตัวนําที อาร์เมเจอร์จะตัดกับเส้นแรงแม่เหล็ก ทําให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนําเกิดขึ้นที อาร์เมเจอร์ (Eb) ซึ งจะมีทิศทางตรงกันข้ามกับแรงดันไฟฟ้าทีจ่ายให้กับมอเตอร์ (E) จึงเรียกแรงดันไฟฟ้าที เกิดขึ้นนีว่าแรงดันไฟฟ้าต้านกลับ และแรงดันไฟฟ้าต้านกลับนี จะมีค่าน้อยกว่าแรงดันที่ป้อนเข้ามาเสมอ
ภาพที 2 ทิศทางของแรงดันไฟฟ้าต้านกลับ
2.2 สมการแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์
2.3 แรงบิดที่เกิดขึ้นในอาร์เมเจอร์ (Armature torque of a motor? Ta) แรงบิด หมายถึง โมเมนต์ของแรงที่ทําให้เกิดการหมุนหรือการบิดรอบแกนเพลาของมอเตอร์ซึ่งสามารถวัดได้โดยใช้ผลคูณของแรงกับรัศมีณ จุดทีแรงกระทําเมื่อ พิจารณาเพลาอันหนึงทีมีรัศมี r เมตร มีแรง F นิวตัน มากระทํากับเพลา ทําให้เพลานี้หมุนไปด้วยความเร็ว n รอบต่อวินาที
ภาพที 3 แรงบิดที่เกิดขึนที่เพลาของอาร์เมเจอร์
2.5 ความเร็วเรกกูเรชั่น (Speed regulation)
2.6 การสูญเสียและประสิทธิภาพ (Efficiency and Losses)
ภาพที 4 แสดงการสูญเสียและประสิทธิภาพ
3. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่าน (Brushless DC motor) มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่าน (Brushless DC motor: BLDC) ปัจจุบันเป็นมอเตอร์อีกชนิดหนึงที กําลังได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในหลายๆ อุปกรณ์ ตั้งแต่เครืองใช้ในครัวเรียนจนถึงอุปกรณ์ทีใช้ในอุตสาหกรรม โดยเฉพาะในจักยานยนต์ไฟฟ้าทีแพร่หลายในปัจจุบัน ดังภาพที 5 ต่อไปนี
ภาพที 5 ตัวอย่างการใช้งานมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่าน
3.1 โครงสร้างและหลักการทํางานมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่านมีชื่อเรียกอีกอย่างหนีงว่า มอเตอร์กระแสตรงแบบซิงโครนัส (synchronous DC motor ) ด้วยที การ BLDC เป็นมอเตอร์ทีทํางานโดยอาศัยตัวควบคุมอิเลคทรอนิกส์หรือ electronic controller ทําหน้าทีสวิตชิงหรือควบคุมการจ่ายแรงดันไฟฟ้าดีซีให้กับขดลวดสเตเตอร์ที ทําหน้าทีเป็นชุดสร้างสนามแม่เหล็ก ซึงคล้ายกันกับการทํางานของซิงโครนัสมอเตอร์แบบใช้แม่เหล็กถาวร (Permanent magnet synchronous motor ,PMSM) สําหรับเหตุผลทีได้ชือว่าเป็นดีซีมอเตอร์แบบไร้แปรงถ่าน ก็เนืองจากว่ามอเตอร์ชนิดนี มีหลักการทํางานเหมือนกับดีซีมอเตอร์ทีใช้แปรงถ่าน แต่จะแตกต่างกันเพียงแค่วิธีการลําเรียงกระแสเข้าไปยังขดลวด ซึงในส่วนของดีซีมอเตอร์แบบเดิมนั้นจะใช้แปรง ถ่านในการลําเรียงกระแสเข้าไปที (คู่ของ) ขดลวดทีอยู่บนโรเตอร์เพือทําให้เป็นแม่เหล็กไฟฟ้า จากนั้นก็ทําให้เกิดการดูดและผลักกันกับขั้วแม่เหล็กทีอยู่ทีสเตเตอร์และทําให้เกิดการหมุนเคลือนที แต่ BLDC นั้นจะใช้อิเลคทรอนิกส์คอนโทรล เข้ามาแทนที่แปรงถ่าน เพือทําหน้าทีเป็นตัวควบคุมการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับขดลวดสเตเตอร์เพือควบคุมทอร์ค ทิศทางการหมุน รวมถึงการควบคุม ความเร็วรอบของมอเตอร์
ภาพที 6 โครงสร้างของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่าน
3.2 ประเภทของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่าน โดยลักษณะของโครงสร้างแล้วโรเตอร์ของมอเตอร์ชนิดนี้ จะทําจากแม่เหล็กถาวรและจะหมุนเคลื่อนที่ หรือวิงตามสนามแม่เหล็กทีเกิดจากฟิลด์หรือขดลวดสเตเตอร์หลังจากได้รับการจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไปยังขดลวด ซึงลักษณะของโรเตอร์โดยทั่วไปก็จะมี 2 รูปแบบดังนี
1) ชนิดที่โรเตอร์หรือส่วนที หมุนเคลื่อนที อยู่ด้านนอก หรือ โรเตอร์อยู่ด้านนอกของขวดลวดสเตเตอร์ (Outer rotor type)
ภาพที 7 โครงสร้างของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่านชนิดทีโรเตอร์หรือส่วนทีหมุนเคลือนที่อยู่ด้านนอก
ข้อดี (Advantages )
- ง่ายต่อการรับแรงบิดหรือทอร์คขนาดใหญ่หรือรับทอร์คได้มากกว่า ( Easy to obtain large torque.)
- ความเร็วคงทีช่วงที ไม่มีการเปลียนแปลงสปีด (Speed is stable during constant rotation.)
ข้อเสีย (Disadvantages)
- โรเตอร์มีขนาดใหญ่การออกตัวหรือการเคลื่อนทีช้า (The rotor is large (the motion is slow)
- โรเตอร์อยู่ด้านนอกมีความต้องการเรื องมาตรการด้านความปลอดภัยทีเหมาะสม (The outside rotor requires appropriate safety measures)
2) ชนิดที่โรเตอร์หรือส่วนที หมุนเคลื่อนที่อยู่ด้านในหรือโรเตอร์อยู่ด้านในของสเตเตอร์ (Inner rotor type)
ภาพที 8 โครงสร้างของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่านชนิดที่โรเตอร์หรือส่วนที่หมุนเคลื่อนทีอยู่ด้านนอก
ข้อดี (Advantages)
- โรเตอร์มีขนาดเล็กและสามารถตอบสนองได้อย่างรวดเร็ว (The rotor is small and can respond quickly)
- คอยล์อยู่ด้านนอกและระดับการกระจายความร้อนสูงหรือระบายความร้อนได้ดีกว่า (The coil is located on the outside and the level of heat dissipation is high)
ข้อเสีย ( Disadvantages)
- การทําให้เกิดทอร์คหรือแรงบิดสุงๆทําได้ยาก (Difficult to obtain large torque. )
- แม่เหล็กสามารถเสียหายได้ด้วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง (Magnets can be damaged by centrifugal force )
3.3 ความแตกต่างระหว่างมอเตอร์มีแปรงถ่านและมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน
ภาพที 9 ลักษณะที้แตกต่างกันมอเตอร์มีแปรงถ่านและมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน
1. มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน BLDC จะไม่มีแปรงประกอบ ซึ่งก็จะมีขนาดกะทัดรัดกว่า แต่จะต้องใช้งานควบคู่กับอิเลคทรอนิกส์คอนโทรลเลอร์electronic Controller หรือ BLDC drives
2. มอเตอร์แบบมีแปรงมีราคาถูกและใช้งานง่ายกว่า ซึ่งสามารถต่อสายโดยตรงกับแหล่งจ่าย DCและมีการควบคุมเบื้องต้น เช่น การควบคุมทิศทางการหมุน หรือ ควบคุมความเร็วสามารถทําได้ง่ายกว่า
3. BLDC โรเตอร์จะหมุนด้วยการควบคุมที ใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ส่วนแบบที มีแปรงถ่านจะต้องเรียงกระแสผ่านแปรงถ่านเข้าไปยังขดลวดที่พันอยู่บนโรเตอร์
4. สายไฟแบบไม่มีแปรงจะใช้สายไฟมากกว่า ส่วนแบบมีแปรงถ่านจะใช้สายไฟ 2 เส้น หรือ 4 เส้นหากมีการแยกขดลวดฟิลด์และขดลวดอาร์เมเจอร์
5. มอเตอร์ไร้แปรงถ่านมีประสิทธิภาพมากกว่า (85-90%) เนื่องจากไม่มีการสูญเสียทีแปรงถ่านและความฝืดเนืองจากแรงเสียดทาน ส่วนแบบทีมีแปรงถ่านจะมีประสิทธิภาพประมาณ 75-80%
6. BLDC ไม่มีแปรงถ่านจะไม่ทําให้เกิดประกายไฟที่แปรงถ่าน
7. BLDC การบํารุงรักษาต่ำกว่าและแทบไม่ต้องทําการบํารุงรักษา
8. BLDC เสียงรบกวนน้อยกว่า
3.4 การควบคุมความเร็วมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่าน การควบคุมความเร็ว BLDC ก็อาศัยการเปลียนแปลงความเร็วของการสวิตซิงที่จ่ายให้กับขดลวดสเตเตอร์ถ้ามีการสวิตซิงกระแสไฟฟ้าด้วยความถี่สูงด้วยสัญญาณ PWM ขั้วแม่เหล็กหรือสนามแม่เหล็กหมุนทีสเตเตอร์ก็จะหมุนเร็วขึ้นตามความถี่สวิตชิง จากนั้นก็จะดูดหรือดึง ขั้วแม่เหล็กทีอยู่ทีโรเตอร์ให้หมุนเคลื่อนที่ ตามดังภาพที 10
ภาพที 10 ตัวอย่างการควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่าน โดยใช้ PWM techniques
การควบคุมหรือการคอนโทรลของ BLDC โดยทั่วไปจะเป็นการทํางานแบบลูปปิด หรือ Closed Loop Control โดยจะอาศัยเซ็นเซอร์ที เรียกว่า Hall Effect IC เป็นอุปกรณ์ป้อนกลับเพื่อรายรายตําแหน่งของโรเตอร์ให้คอนโทรลเลอร์ทราบเพื่อทําการจ่ายกระแสเข้าขดลวดให้สัมพันธ์กับตําแหน่งของโรเตอร์มอเตอร์BLDC เป็นรูปแบบหนึ่งของ มอเตอร์กระแสตรงมาตรฐานทั่วไป ความแตกต่างพื้นฐานทีเป็นมอเตอร์ BLDC นั้นจําเป็นต้องมีการสับเปลียนโดยวิธีการทางอิเล็กทรอนิกส์มากกว่าการใช้แปรงแบบกลไกโรเตอร์ของมอเตอร์ BLDC ประกอบด้วยแม่เหล็กถาวร และสเตเตอร์ถูกพันด้วยชุดเสาที่สอดคล้องกัน วงจรควบคุมใช้เพื่อกระตุ้นขดลวดและสร้างสนามหมุนการเคลื่อนทีและแรงบิดถูกสร้างขึ้นเมื่อแม่เหล็กโรเตอร์พยายามปรับแนวให้เข้ากับสนามสเตเตอร์ทีหมุนอยู่
ภาพที 11 แสดงบล๊อคไดอะแกรมของ BLDC, Hall Effect และรูปคลื่นของแรงดันและกระแสที่จ่ายให้กับขดลวดสเตเตอร์
3.5 การควบคุมเชิงสนามแบบไร้เซนเซอร์ (FOC)
การควบคุมเชิงสนามแบบไร้เซนเซอร์ (Sensorless Field Oriented Control (FOC)) เป็นหนึ่งในวิธีการควบคุมความเร็วและแรงบิดของมอเตอร์ BLDC การควบคุมเชิงสนาม (หรือที่เรียกว่าการควบคุมเวกเตอร์) เป็นเทคนิคที่ใช้ในการสร้างมอดูเลตไซน์แบบ 3 เฟส ซึงสามารถควบคุมความถี่และแอมพลิจูดได้ การคํานวณใช้เพือแปลงสัญญาณสามเฟสเป็นสองเฟสที่ง่ายต่อการควบคุมและนําไปใช้ในวงจรควบคุมมอเตอร์การควบคุมแบบไร้เซ็นเซอร์จะกําจัดเซ็นเซอร์ตําแหน่งและวัดแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ (EMF) แทนเพื่อกําหนดตําแหน่งของโรเตอร์ การใช้FOC แบบไร้เซ็นเซอร์จําเป็นต้องมีการวัดสัญญาณและทําการคํานวณทางคณิตศาสตร์ไมโครคอนโทรลเลอร์ทีมีประสิทธิภาพและชุดอุปกรณ์ต่อพ่วงทีจําเป็นเหมาะสมที่จะใช้ฟังก์ชันนี จาก Infineon TLE9879QXA40 เป็น SoC ไดรเวอร์มอเตอร์ 3 เฟสชิปตัวเดียวที่ผนวกรวมกับ Arm? Cortex?-M3 core เอาไว้แสดงดังภาพที 12
ภาพที 12 ตัวอย่างการควบคุมเชิงสนามแบบไร้เซนเซอร์ (FOC) ด้วย MCU base DSP
4 เทคโนโลยียานยนต์ไฟฟ้า
การขนส่งและการคมนาคมทางถนนเป็นปัจจัยสําคัญในการพัฒนาทางเศรษฐกิจ อย่างไรก็ตามการใช้พลังงานฟอสซิลของยานยนต์ในภาคการขนส่งและการคมนาคมทางถนน ก่อให้เกิดก๊าซมลพิษต่างๆ ซึงเป็นผลจากการสันดาปของเครื่องยนต์สันดาปภายในยานยนต์ไฟฟ้าสามารถนํามาใช้ทดแทนยานยนต์ที่ใช้เครืองยนต์สันดาปภายในเพื่อลดปริมาณการปล่อยก๊าซมล |
| วิธีการดำเนินการวิจัย และสถานที่ทำการทดลอง/เก็บข้อมูล : | 1. ศึกษางานวิจัยที่เกี่ยวข้อง 2.ออกแบบและพัฒนาจักรยานไฟฟ้าต้นแบบ (NSRU E-Bike) ขนาด 2 ล้อ ขับเคลื่อนที่ล้อหลัง 3.ออกแบบและสร้างแท่นชาร์จ NSRU Swapping station จำนวน 2 ช่องชาร์จ/สล๊อต 4.ออกแบบตัวถัง battery pack ที่เหมาะกับสล๊อตของระบบ Swapping 5.สร้างโค้ดโปรแกรมควบคุมการชาร์จ ในโหมด CC และ CV พร้อมการเชื่อมต่อแบบไร้สาย 6.สร้างแอปพลิเคชันแสดงผลและควบคุมระบบ 7.ตีพิมพิ์เผยเพร่ในวารสารนานาชาติ SCOPUS Q4 ขึ้นไป |
| คำอธิบายโครงการวิจัย (อย่างย่อ) : | - |
| จำนวนเข้าชมโครงการ : | 154 ครั้ง |