มอเตอร์ขับเคลื่อนคือมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้ในการขับเคลื่อนยานพาหนะ เช่นหัวรถจักรรถยนต์ไฟฟ้าหรือรถยนต์ไฮโดรเจนหรือรถไฟ ไฟฟ้าหลายตู้โดยสาร

มอเตอร์ ขับเคลื่อนใช้ในยานพาหนะทางรถไฟที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า ( รถไฟฟ้าหลายตู้ ) และยานพาหนะไฟฟ้า อื่นๆ รวมถึงรถส่งนมไฟฟ้ารถรางไฟฟ้าลิฟต์รถไฟเหาะและระบบสายพานลำเลียงตลอดจนยานพาหนะที่มีระบบส่งกำลังไฟฟ้า (หัว รถจักร ดีเซล-ไฟฟ้า ยานพาหนะไฮบริดไฟฟ้า) และยานพาหนะไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่

คำว่าtractionมาจากภาษาละตินซึ่งเป็นคำนามแสดงผู้กระทำของtrahereที่แปลว่า "ดึง" ในความหมายว่า "ลาก" ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} ถูกนำมาใช้ในการตั้งชื่อเครื่องจักรลากจูงที่พัฒนาขึ้นราวปี พ.ศ. 2413 ^{[ 4 ]}

รถรางไฟฟ้าแบบทดลองคันแรกในปี พ.ศ. 2418 ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วในระดับนานาชาติเพื่อใช้ในเมือง^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]} ในศตวรรษที่ 19 บริษัทรถโดยสารที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าเริ่มแข่งขันกับระบบขนส่งทางรางที่ใช้ม้าลากซึ่ง ครองตลาดทั่วเมือง ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

มอเตอร์กระแสตรงแบบขดลวด อนุกรมเป็นมอเตอร์ ขับเคลื่อนแบบเก่าที่สุดมอเตอร์ประเภทนี้ให้ลักษณะความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วและแรงบิดที่เหมาะสมสำหรับการขับเคลื่อน โดยให้แรงบิดสูงที่ความเร็วต่ำเพื่อเร่งความเร็วของยานพาหนะ และแรงบิดจะลดลงเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น การจัดเรียงขดลวดสนามแม่เหล็กด้วยจุดต่อหลายจุดทำให้สามารถปรับลักษณะความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วและแรงบิดได้ ทำให้ผู้ใช้งานควบคุมการเร่งความเร็วได้อย่างราบรื่น การควบคุมที่ดียิ่งขึ้นสามารถทำได้โดยการใช้มอเตอร์สองตัวในยานพาหนะแบบอนุกรม-ขนานสำหรับการทำงานที่ช้าหรือภาระหนัก สามารถใช้มอเตอร์สองตัวต่ออนุกรมกับแหล่งจ่ายไฟกระแสตรงได้ เมื่อต้องการความเร็วสูงขึ้น สามารถใช้มอเตอร์เหล่านี้ต่อขนานกัน ทำให้มีแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นที่แต่ละมอเตอร์ จึงทำให้สามารถวิ่งด้วยความเร็วสูงขึ้นได้ ส่วนต่างๆ ของระบบรางอาจใช้แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน โดยใช้แรงดันไฟฟ้าสูงกว่าในระยะทางไกลระหว่างสถานี และใช้แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าใกล้สถานีที่ต้องการการทำงานที่ช้ากว่าเท่านั้น

มอเตอร์กระแสตรงแบบอนุกรม หรือที่รู้จักกันในชื่อมอเตอร์อเนกประสงค์ เป็นอีกรูปแบบหนึ่งของมอเตอร์กระแสตรงซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นอุปกรณ์เดียวกันแต่ทำงานด้วยกระแสสลับเนื่องจากกระแสในขดลวดอาร์มาเจอร์และขดลวดสนามแม่เหล็กจะกลับทิศทางพร้อมกัน พฤติกรรมของมอเตอร์จึงคล้ายกับเมื่อได้รับพลังงานจากกระแสตรง เพื่อให้ได้สภาวะการทำงานที่ดีขึ้น รถไฟกระแสสลับมักได้รับกระแสไฟฟ้าที่มี ความถี่ ต่ำ กว่ากระแสไฟฟ้าที่ใช้ในเชิงพาณิชย์สำหรับแสงสว่างและพลังงานทั่วไป จึง มีการใช้สถานีจ่าย กระแสไฟฟ้าสำหรับรถไฟ โดยเฉพาะ หรือ ใช้ ตัวแปลงแบบหมุนเพื่อแปลงกระแสไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ 50 หรือ 60 เฮิรตซ์ ให้เป็น 25 หรือ16 เฮิรตซ์+ ความถี่ 2/3 เฮิรตซ์ ใช้สำหรับมอเตอร์ขับเคลื่อนไฟฟ้ากระแสสลับ เนื่องจากระบบไฟฟ้ากระแสสลับช่วยให้สามารถใช้หม้อแปลงไฟฟ้าได้อย่างง่ายดายจึงช่วยให้การกระจายพลังงานตลอดความยาวของรางรถไฟมีประสิทธิภาพ และยังช่วยให้สามารถควบคุมความเร็วได้ด้วยอุปกรณ์สวิตช์บนตัวรถ

มอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้ากระแสสลับและมอเตอร์ซิงโครนัสเป็นแบบเรียบง่ายและบำรุงรักษาง่าย แต่จนกระทั่งมีการพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้า มอเตอร์เหล่านี้ก็ยากที่จะนำมาใช้เป็นมอเตอร์ขับเคลื่อนเนื่องจากมีลักษณะความเร็วคงที่ มอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้ากระแสสลับสร้างกำลังไฟฟ้าที่มีประโยชน์ได้เฉพาะในช่วงความเร็วแคบๆ เท่านั้น ซึ่งกำหนดโดยโครงสร้างและความถี่ของแหล่งจ่ายไฟกระแสสลับ การพัฒนาเซมิคอนดักเตอร์กำลังไฟฟ้าทำให้สามารถติดตั้งไดรฟ์ความถี่แปรผันบนหัวรถจักรได้ ซึ่งช่วยให้สามารถใช้ความเร็วได้หลากหลายช่วง การส่งกำลังไฟฟ้ากระแสสลับ และการใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำที่ทนทานซึ่งไม่มีชิ้นส่วนสึกหรอ เช่น แปรงถ่านและคอมมิวเทเตอร์^{[ 11 ]}

โดยทั่วไปแล้ว ยานพาหนะบนท้องถนน (รถยนต์ รถโดยสาร และรถบรรทุก) ใช้เครื่องยนต์ดีเซลและเบนซินร่วมกับระบบส่งกำลังแบบกลไกหรือไฮดรอลิก ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 ยานพาหนะที่มีระบบส่งกำลังไฟฟ้า (ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายในแบตเตอรี่ หรือเซลล์เชื้อเพลิง ) เริ่มได้รับการพัฒนาขึ้น ข้อดีอย่างหนึ่งของการใช้เครื่องจักรไฟฟ้าคือ เครื่องจักรบางประเภทสามารถสร้างพลังงานกลับคืนได้ (เช่น ทำหน้าที่เป็นเบรกแบบสร้างพลังงานกลับคืน ) ซึ่งช่วยลดความเร็วและเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมด้วยการชาร์จแบตเตอรี่

โดยทั่วไปแล้วมอเตอร์ที่ใช้จะเป็นมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านที่ต่อแบบอนุกรมซึ่งมักทำงานที่แรงดันประมาณ 600 โวลต์ แต่ปัจจุบัน การมีเซมิคอนดักเตอร์กำลังสูง ( ไทริสเตอร์และIGBT ) ทำให้สามารถใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำกระแสสลับที่ เรียบง่ายกว่าและมีความน่าเชื่อถือสูงกว่า ซึ่งเรียกว่ามอเตอร์ขับเคลื่อนแบบ อะซิงโครนัสได้ อย่างไรก็ตาม บางครั้งก็ยังมีการใช้ มอเตอร์กระแสสลับแบบซิงโครนัส อยู่บ้าง เช่น ใน รถไฟ TGVของฝรั่งเศส

ก่อนกลางศตวรรษที่ 20 มักใช้มอเตอร์ขนาดใหญ่เพียงตัวเดียวในการขับเคลื่อนล้อขับเคลื่อน หลายล้อ ผ่านก้านเชื่อมต่อที่คล้ายกับที่ใช้ในหัวรถจักรไอน้ำตัวอย่างเช่นรถไฟ Pennsylvania Railroad รุ่น DD1 , FF1และL5และรถไฟSwiss Crocodile รุ่นต่างๆ ปัจจุบัน การใช้มอเตอร์ขับเคลื่อนเพียงตัวเดียวขับเคลื่อนแต่ละเพลาผ่านระบบเกียร์ เป็นมาตรฐานแล้ว

โดยปกติ มอเตอร์ขับเคลื่อนจะถูกแขวนไว้สามจุดระหว่าง โครง โบกี้และเพลาขับ ซึ่งเรียกว่า "มอเตอร์ขับเคลื่อนแบบแขวนด้านหน้า" ปัญหาของการจัดเรียงแบบนี้คือ น้ำหนักส่วนหนึ่งของมอเตอร์ไม่ได้ถูกรองรับทำให้เกิดแรงที่ไม่พึงประสงค์บนรางเพิ่มขึ้น ในกรณีของรถไฟ Pennsylvania Railroad GG1ที่มีชื่อเสียง มอเตอร์ที่ติดตั้งบนโครงสองตัวจะขับเคลื่อนแต่ละเพลาผ่านระบบขับเคลื่อนแบบก้านสูบรถจักรไฟฟ้า" Bi-Polar " ที่สร้างโดย General ElectricสำหรับMilwaukee Roadมีมอเตอร์ขับเคลื่อนโดยตรง เพลาหมุนของมอเตอร์ยังเป็นเพลาสำหรับล้อด้วย ในกรณีของรถไฟ TGV ของฝรั่งเศส มอเตอร์ที่ติดตั้งบนโครงของรถไฟจะขับเคลื่อนแต่ละเพลา ระบบขับเคลื่อนแบบ "สามขา" ช่วยให้มีความยืดหยุ่นเล็กน้อยในระบบขับเคลื่อน ทำให้โบกี้ของรถสามารถหมุนได้ การติดตั้งมอเตอร์ขับเคลื่อนที่มีน้ำหนักค่อนข้างมากโดยตรงกับโครงของรถไฟ แทนที่จะติดตั้งบนโบกี้ จะทำให้ได้พลศาสตร์ที่ดีขึ้น ช่วยให้การทำงานที่ความเร็วสูงดีขึ้น^{[ 12 ]}

โดยทั่วไปแล้ว หัวรถจักรไฟฟ้าจะมี พิกัด กำลังต่อเนื่องและ พิกัด กำลังหนึ่งชั่วโมงพิกัดกำลังหนึ่งชั่วโมงคือพลังงานสูงสุดที่มอเตอร์สามารถสร้างได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงโดยไม่ร้อนเกินไป การทดสอบดังกล่าวเริ่มต้นด้วยมอเตอร์ที่อุณหภูมิ +25 °C (และอากาศภายนอกที่ใช้สำหรับการระบายอากาศก็มีอุณหภูมิ +25 °C เช่นกัน) ในสหภาพโซเวียต ตามมาตรฐาน GOST 2582-72 ที่มีฉนวนคลาส N อุณหภูมิสูงสุดที่อนุญาตสำหรับมอเตอร์ DC คือ 160 °C สำหรับอาร์มาเจอร์ 180 °C สำหรับสเตเตอร์ และ 105 °C สำหรับคอลเลคเตอร์^{[ 13 ]} พิกัดกำลังหนึ่งชั่วโมงโดยทั่วไปจะสูงกว่าพิกัดกำลังต่อเนื่องประมาณ 10% และถูกจำกัดโดยการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในมอเตอร์

เนื่องจากมอเตอร์ขับเคลื่อนใช้ระบบเกียร์ทดรอบเพื่อส่งแรงบิดจากแกนมอเตอร์ไปยังเพลาขับ ภาระที่กระทำต่อมอเตอร์จึงแตกต่างกันไปตามอัตราทดเกียร์ มอเตอร์ขับเคลื่อนที่ "เหมือนกัน" ในด้านอื่นๆ อาจมีพิกัดรับน้ำหนักที่แตกต่างกันอย่างมาก มอเตอร์ขับเคลื่อนที่ออกแบบมาสำหรับการขนส่งสินค้าโดยมี อัตรา ทดเกียร์ต่ำจะสามารถสร้างแรงบิดที่ล้อได้สูงกว่าอย่างปลอดภัยและยาวนานกว่าในระดับกระแสไฟฟ้าเดียวกัน เนื่องจากเกียร์ต่ำทำให้มอเตอร์มีข้อได้เปรียบเชิงกลมากกว่า

ใน หัวรถจักร ดีเซลไฟฟ้าและหัวรถจักรเทอร์ไบน์ไฟฟ้ากำลังของมอเตอร์ขับเคลื่อนมักจะอยู่ที่ประมาณ 81% ของกำลังของเครื่องยนต์ต้นกำลังโดยสมมติว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแปลงกำลังเอาต์พุตของเครื่องยนต์ 90% เป็นพลังงานไฟฟ้า และมอเตอร์ขับเคลื่อนแปลงพลังงานไฟฟ้า 90% นี้กลับเป็นพลังงานกล การคำนวณ: 0.9 × 0.9 = 0.81

โดยทั่วไปแล้ว มอเตอร์ขับเคลื่อนแต่ละตัวจะมีกำลังสูงสุดถึง 1,600 กิโลวัตต์ (2,100 แรงม้า)

อีกปัจจัยสำคัญในการออกแบบหรือกำหนดคุณสมบัติของมอเตอร์ขับเคลื่อนคือความเร็วในการทำงาน แกนหมุนของมอเตอร์มีอัตราการหมุนที่ปลอดภัยสูงสุด ซึ่งที่ความเร็วรอบดังกล่าวหรือต่ำกว่านั้น ขดลวดจะยังคงอยู่ในตำแหน่งที่ปลอดภัย

เมื่อความเร็วเกินขีดจำกัดสูงสุด แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่กระทำต่อแกนหมุนจะทำให้ขดลวดถูกเหวี่ยงออกไปด้านนอก ในกรณีที่รุนแรง อาจทำให้เกิดปรากฏการณ์ "รังนก" เนื่องจากขดลวดสัมผัสกับตัวเรือนมอเตอร์และในที่สุดก็จะหลุดออกจากแกนหมุนโดยสิ้นเชิงและคลายตัวออก

ปรากฏการณ์ "รังนก" (การดีดตัวออกของขดลวดอาร์มาเจอร์จากแรงเหวี่ยง) อันเนื่องมาจากความเร็วเกินกำหนด อาจเกิดขึ้นได้ทั้งในมอเตอร์ขับเคลื่อนที่กำลังทำงานของหัวรถจักร หรือในมอเตอร์ขับเคลื่อนของหัวรถจักรที่จอดเสียและถูกขนส่งไปพร้อมกับขบวนรถที่วิ่งเร็วเกินไป สาเหตุอีกประการหนึ่งคือ การเปลี่ยนมอเตอร์ขับเคลื่อนที่สึกหรอหรือเสียหายด้วยมอเตอร์ที่มีอัตราทดเกียร์ไม่เหมาะสมกับการใช้งาน

ความเสียหายจากการใช้งานเกินกำลังและความร้อนสูงเกินไปอาจทำให้เกิดการพันกันของขดลวด (bird-nesting) แม้ในความเร็วต่ำกว่าที่กำหนด เมื่อชุดแกนหมุนและตัวรองรับขดลวด รวมถึงตัวยึดได้รับความเสียหายจากการใช้งานผิดวิธีมาก่อนหน้านี้

เนื่องจากเกี่ยวข้องกับกำลังไฟฟ้าสูง มอเตอร์ขับเคลื่อนจึงมักถูกระบายความร้อนด้วยอากาศอัด น้ำ หรือ ของเหลว ที่ เป็นฉนวนไฟฟ้า ชนิดพิเศษเสมอ

ระบบระบายความร้อนทั่วไปของหัวรถจักรดีเซลไฟฟ้าในสหรัฐอเมริกาประกอบด้วยพัดลมไฟฟ้าที่เป่าลมเข้าไปในท่อที่ติดตั้งอยู่ภายในโครงหัวรถจักร ท่อระบายความร้อนที่ทำจากยางจะเชื่อมต่อท่อดังกล่าวกับมอเตอร์ขับเคลื่อนแต่ละตัว และอากาศระบายความร้อนจะไหลลงและผ่านแกนหมุนก่อนที่จะถูกระบายออกสู่บรรยากาศ

• การรถไฟอังกฤษ (1962). "ส่วนที่ 13: การควบคุมแรงฉุด". คู่มือการเดินรถดีเซลสำหรับพนักงานขับรถไฟ (ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 1). คณะกรรมการขนส่งแห่งอังกฤษ. หน้า  172–189 .
• โบลตัน, วิลเลียม เอฟ. (1963). คู่มือดีเซลสำหรับพนักงานรถไฟ (ฉบับที่ 4). หน้า  107–111 , 184–190 .

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับมอเตอร์ขับเคลื่อน

• "การถอดประกอบมอเตอร์ขับเคลื่อน - บริษัท แอสโซซิเอทเต็ด รีวินด์ส (ไอร์แลนด์) จำกัด"
• ภาพมอเตอร์ขับเคลื่อนที่ติดตั้งอยู่ด้านหน้าของ รถไฟใต้ดินสาย R46ในนครนิวยอร์ก สามารถมองเห็นมอเตอร์ได้อย่างชัดเจนอยู่ด้านหลังเพลา โดยมีกล่องเกียร์ที่มีตัวอักษรเขียนอยู่ตรงกลาง
• มอเตอร์ขับเคลื่อนที่ติดตั้งอยู่ด้านหน้าอีกตัวหนึ่งบนรถไฟใต้ดินรุ่นR38 ที่พังเสียหาย
• ร้านซ่อมรถบรรทุกโคนีย์ไอส์แลนด์; มีรูปภาพมากมายเกี่ยวกับมอเตอร์ขับเคลื่อน
• รถบรรทุกแยกส่วนพร้อมมอเตอร์ขับเคลื่อน