Borstlösa DC- och stegmotorer kan få mer uppmärksamhet än den klassiska borstade DC-motorn, men den senare kan fortfarande vara ett bättre val i vissa applikationer.

De flesta konstruktörer som vill välja en liten likströmsmotor – vanligtvis en enhet med sub- eller fraktionerad hästkraft – tittar vanligtvis på bara två alternativ: den borstlösa likströmsmotorn (BLDC) eller stegmotorn.Vilken man ska välja beror på applikationen, eftersom BDLC i allmänhet är bättre för kontinuerlig rörelse medan stegmotorn passar bättre för positionering, fram och tillbaka och stopp/startrörelse.Varje motortyp kan leverera den prestanda som behövs med rätt styrenhet, som kan vara en IC eller modul beroende på motorstorlek och specifikationer.Dessa motorer kan drivas med "smarta" inbäddade i dedikerade rörelsestyrda IC:er eller en processor med inbyggd firmware.

Men titta lite närmare på erbjudandena från leverantörerna av dessa BLDC-motorer, och du kommer att se att de nästan alltid också erbjuder borstade DC-motorer (BDC), som har funnits "för evigt".Detta motorarrangemang har en lång och etablerad plats i historien om elektriskt driven drivkraft, eftersom det var den första elmotorkonstruktionen av något slag.Tiotals miljoner av dessa borstade motorer används varje år för seriösa, icke-triviala applikationer som bilar.

De första råa versionerna av borstade motorer utarbetades i början av 1800-talet men att driva även en liten användbar motor var utmanande.Generatorerna som behövdes för att driva dem hade ännu inte utvecklats, och de tillgängliga batterierna hade begränsad kapacitet, stor storlek och måste fortfarande "fyllas på" på något sätt.Så småningom övervanns dessa problem.I slutet av 1800-talet installerades borstade likströmsmotorer som sträckte sig upp till tiotals och hundratals hästkrafter och användes allmänt;många används än idag.

Den grundläggande borstade DC-motorn kräver ingen "elektronik" för att fungera, eftersom den är en självkommuterande enhet.Funktionsprincipen är enkel, vilket är en av dess fördelar.Den borstade DC-motorn använder mekanisk kommutering för att växla polariteten för rotorns magnetfält (även kallad ankaret) mot statorn.Däremot utvecklas statorns magnetfält av antingen elektromagnetiska spolar (historiskt) eller moderna, kraftfulla permanentmagneter (för många dagens implementeringar) (Figur 1).

Interaktionen och den upprepade omkastningen av magnetfältet mellan rotorspolarna på ankaret och statorns fasta fält inducerar den kontinuerliga roterande rörelsen.Kommuteringsåtgärden som vänder om rotorfältet åstadkoms via fysiska kontakter (kallade borstar), som berör och ger kraft till ankarspolarna.Motorns rotation ger inte bara den önskade mekaniska rörelsen utan även omkopplingen av rotorspolens polaritet som behövs för att inducera attraktionen/repulsionen med avseende på det fasta statorfältet – återigen, ingen elektronik behövs, eftersom DC-matningen appliceras direkt till statorspollindningar (om några) och borstarna.

Grundläggande varvtalsreglering åstadkommes genom att justera den applicerade spänningen, men detta pekar på en av bristerna med den borstade motorn: den lägre spänningen minskar hastigheten (vilket var avsikten) och minskar dramatiskt vridmomentet, vilket vanligtvis är en oönskad konsekvens.Att använda en borstad motor som drivs direkt från likströmsskenorna är i allmänhet endast acceptabelt i begränsade eller icke-kritiska applikationer som att använda små leksaker och animerade skärmar, särskilt om hastighetskontroll behövs.

Däremot har den borstlösa motorn en uppsättning elektromagnetiska spolar (poler) fixerade runt husets insida, och höghållfasta permanentmagneter är fästa på den roterande axeln (rotorn) (Figur 2).Eftersom polerna matas i sekvens av styrelektroniken (elektronisk kommutering – EC), roterar magnetfältet som omger rotorn och attraherar/avstöter så rotorn med sina fasta magneter, som tvingas följa fältet.

Strömmen som driver BLDC-motorpolerna kan vara en fyrkantsvåg, men det är ineffektivt och inducerar vibrationer, så de flesta konstruktioner använder en rampande vågform med en form som är skräddarsydd för den önskade kombinationen av elektrisk effektivitet och rörelseprecision.Vidare kan styrenheten finjustera den energigivande vågformen för snabba men jämna starter och stopp utan översvängning och skarpt svar på mekaniska belastningstransienter.Olika styrprofiler och banor finns tillgängliga som matchar motorposition och hastighet till applikationens behov.

Redigerad av Lisa