มอเตอร์กระแสตรงแบบไร้แปรงถ่านและสเต็ปเปอร์มอเตอร์อาจได้รับความสนใจมากกว่ามอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านแบบคลาสสิก แต่อย่างหลังอาจยังเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าในบางการใช้งาน

นักออกแบบส่วนใหญ่ที่ต้องการเลือกมอเตอร์กระแสตรงขนาดเล็ก ซึ่งโดยทั่วไปมีหน่วยกำลังต่ำกว่าหรือเป็นเศษส่วน มักจะพิจารณาตัวเลือกเพียงสองตัวเลือกในตอนแรก: มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่าน (BLDC) หรือสเต็ปเปอร์มอเตอร์ตัวเลือกใดให้เลือกขึ้นอยู่กับการใช้งาน เนื่องจากโดยทั่วไปแล้ว BDLC จะดีกว่าสำหรับการเคลื่อนไหวต่อเนื่อง ในขณะที่สเต็ปเปอร์มอเตอร์เหมาะสำหรับการวางตำแหน่ง กลับไปกลับมา และการหยุด/เริ่มการเคลื่อนไหวมอเตอร์แต่ละประเภทสามารถให้ประสิทธิภาพที่ต้องการด้วยตัวควบคุมที่เหมาะสม ซึ่งอาจเป็น IC หรือโมดูล ขึ้นอยู่กับขนาดและลักษณะเฉพาะของมอเตอร์มอเตอร์เหล่านี้สามารถขับเคลื่อนด้วย "อัจฉริยะ" ที่ฝังอยู่ในไอซีควบคุมการเคลื่อนไหวโดยเฉพาะหรือโปรเซสเซอร์ที่มีเฟิร์มแวร์ในตัว

แต่เมื่อพิจารณาข้อเสนอของผู้จำหน่ายมอเตอร์ BLDC เหล่านี้ให้ละเอียดยิ่งขึ้น แล้วคุณจะเห็นว่าพวกเขาเสนอมอเตอร์ DC แบบแปรงถ่าน (BDC) เกือบทุกครั้ง ซึ่งมีอยู่ “ตลอดไป”การจัดเรียงมอเตอร์นี้มีประวัติยาวนานและเป็นที่ยอมรับในประวัติศาสตร์ของพลังขับเคลื่อนที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า เนื่องจากเป็นการออกแบบมอเตอร์ไฟฟ้าชนิดแรกๆมอเตอร์แบบมีแปรงเหล่านี้หลายสิบล้านชิ้นถูกนำมาใช้ทุกปีเพื่อการใช้งานที่จริงจังและไม่สำคัญ เช่น รถยนต์

มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านแบบหยาบรุ่นแรกๆ ได้รับการคิดค้นขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1800 แต่การจ่ายไฟให้กับมอเตอร์ที่มีประโยชน์ขนาดเล็กก็ยังเป็นเรื่องที่ท้าทายเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่จำเป็นในการจ่ายไฟยังไม่ได้รับการพัฒนา และแบตเตอรี่ที่มีอยู่มีความจุจำกัด มีขนาดใหญ่ และยังต้อง "เติม" ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งในที่สุดปัญหาเหล่านี้ก็หมดไปในช่วงปลายทศวรรษที่ 1800 มีการติดตั้งมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านซึ่งมีกำลังหลายสิบถึงร้อยแรงม้าและใช้งานทั่วไปหลายคนยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน

มอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านพื้นฐานไม่จำเป็นต้องใช้ “อิเล็กทรอนิกส์” ในการทำงาน เนื่องจากเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนทิศทางได้เองหลักการทำงานนั้นเรียบง่ายซึ่งเป็นหนึ่งในคุณธรรมของมันมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านใช้การแลกเปลี่ยนทางกลเพื่อสลับขั้วของสนามแม่เหล็กของโรเตอร์ (หรือที่เรียกว่ากระดอง) กับสเตเตอร์ในทางตรงกันข้าม สนามแม่เหล็กของสเตเตอร์ได้รับการพัฒนาโดยขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า (ตามประวัติศาสตร์) หรือแม่เหล็กถาวรอันทรงพลังสมัยใหม่ (สำหรับการใช้งานจำนวนมากในปัจจุบัน) (รูปที่ 1)

ปฏิสัมพันธ์และการกลับตัวซ้ำของสนามแม่เหล็กระหว่างขดลวดโรเตอร์บนกระดองและสนามคงที่ของสเตเตอร์ทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบหมุนอย่างต่อเนื่องการดำเนินการสับเปลี่ยนที่กลับสนามโรเตอร์ทำได้สำเร็จผ่านการสัมผัสทางกายภาพ (เรียกว่าแปรง) ซึ่งสัมผัสและนำพลังงานไปยังขดลวดกระดองการหมุนของมอเตอร์ไม่เพียงแต่ให้การเคลื่อนที่ทางกลที่ต้องการเท่านั้น แต่ยังเป็นการสลับขั้วของคอยล์โรเตอร์ที่จำเป็นในการกระตุ้นแรงดึงดูด/แรงผลักด้วยความเคารพต่อสนามสเตเตอร์คงที่ – ขอย้ำอีกครั้งว่าไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากแหล่งจ่ายไฟ DC จะถูกจ่ายโดยตรงกับ ขดลวดสเตเตอร์ (ถ้ามี) และแปรง

การควบคุมความเร็วขั้นพื้นฐานทำได้โดยการปรับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ แต่สิ่งนี้ชี้ไปที่ข้อบกพร่องประการหนึ่งของมอเตอร์แบบมีแปรงถ่าน นั่นคือ แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าจะลดความเร็ว (ซึ่งเป็นความตั้งใจ) และลดแรงบิดลงอย่างมาก ซึ่งโดยปกติแล้วเป็นผลที่ไม่พึงประสงค์โดยทั่วไปการใช้มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านที่ขับเคลื่อนโดยตรงจากราง DC เป็นที่ยอมรับเฉพาะในการใช้งานที่จำกัดหรือไม่สำคัญ เช่น การใช้งานของเล่นขนาดเล็กและการแสดงภาพเคลื่อนไหว โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากจำเป็นต้องมีการควบคุมความเร็ว

ในทางตรงกันข้าม มอเตอร์แบบไร้แปรงถ่านมีอาร์เรย์ของขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า (ขั้ว) ติดตั้งอยู่กับที่รอบๆ ภายในตัวเครื่อง และมีแม่เหล็กถาวรที่มีความแข็งแรงสูงติดอยู่กับเพลาหมุน (โรเตอร์) (รูปที่ 2)เนื่องจากขั้วได้รับพลังงานตามลำดับโดยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุม (การสับเปลี่ยนทางอิเล็กทรอนิกส์ - EC) สนามแม่เหล็กที่อยู่รอบโรเตอร์จะหมุนและดึงดูด/ผลักโรเตอร์ด้วยแม่เหล็กที่อยู่กับที่ ซึ่งถูกบังคับให้เคลื่อนที่ตามสนาม

กระแสไฟฟ้าที่ขับเสามอเตอร์ BLDC อาจเป็นคลื่นสี่เหลี่ยม แต่ไม่มีประสิทธิภาพและทำให้เกิดการสั่นสะเทือน ดังนั้น การออกแบบส่วนใหญ่จึงใช้รูปคลื่นแบบไล่ระดับที่มีรูปทรงที่ปรับแต่งมาเพื่อการผสมผสานระหว่างประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความแม่นยำในการเคลื่อนที่ที่ต้องการนอกจากนี้ ตัวควบคุมยังสามารถปรับแต่งรูปคลื่นพลังงานเพื่อการเริ่มต้นและหยุดที่รวดเร็วแต่ราบรื่นโดยไม่เกิดโอเวอร์ช็อต และตอบสนองต่อโหลดชั่วคราวทางกลที่คมชัดมีโปรไฟล์การควบคุมและวิถีการเคลื่อนที่ที่แตกต่างกันซึ่งตรงกับตำแหน่งและความเร็วของมอเตอร์ให้ตรงกับความต้องการของการใช้งาน

เรียบเรียงโดยลิซ่า