Безщіточні двигуни постійного струму та крокові двигуни можуть привернути більше уваги, ніж класичні щіткові двигуни постійного струму, але останній може бути кращим вибором у деяких застосуваннях.

Більшість дизайнерів, які хочуть вибрати невеликий двигун постійного струму – як правило, потужність менше чи невелику кількість кінських сил – зазвичай розглядають лише два варіанти: безщітковий двигун постійного струму (BLDC) або кроковий двигун.Який з них вибрати, залежить від програми, оскільки BDLC, як правило, краще підходить для безперервного руху, тоді як кроковий двигун краще підходить для позиціонування, руху вперед-назад і зупинки/початку.Кожен тип двигуна може забезпечити необхідну продуктивність за допомогою правильного контролера, який може бути мікросхемою або модулем залежно від розміру двигуна та специфіки.Ці двигуни можуть керуватися «інтелектуальними», вбудованими в спеціальні мікросхеми керування рухом, або процесором із вбудованим програмним забезпеченням.

Але подивіться уважніше на пропозиції постачальників цих двигунів BLDC, і ви побачите, що вони майже завжди також пропонують щіткові двигуни постійного струму (BDC), які існують «вічно».Ця конструкція двигуна займає давнє місце в історії рушійної сили з електричним приводом, оскільки це була перша конструкція електродвигуна будь-якого типу.Щороку десятки мільйонів цих щіткових двигунів використовуються для серйозних, нетривіальних завдань, таких як автомобілі.

Перші грубі версії щіткових двигунів були розроблені на початку 1800-х років, але живити навіть невеликий корисний двигун було складно.Генератори, необхідні для їх живлення, ще не були розроблені, а доступні батареї мали обмежену ємність, великі розміри, і їх все одно потрібно було якось «поповнювати».Згодом ці проблеми вдалося подолати.Наприкінці 1800-х років були встановлені і широко використовувалися щіткові двигуни постійного струму потужністю в десятки й сотні кінських сил;багато з них використовуються й сьогодні.

Базовий щітковий двигун постійного струму не потребує «електроніки» для функціонування, оскільки це самокомутаційний пристрій.Принцип дії простий, що є однією з його переваг.Матовий двигун постійного струму використовує механічну комутацію для перемикання полярності магнітного поля ротора (також називається якорем) проти статора.Навпаки, магнітне поле статора створюється або електромагнітними котушками (історично), або сучасними потужними постійними магнітами (для багатьох сучасних реалізацій) (рис. 1).

Взаємодія та повторюване змінення магнітного поля між котушками ротора на якорі та фіксованим полем статора викликають безперервний обертальний рух.Комутаційна дія, яка реверсує поле ротора, здійснюється за допомогою фізичних контактів (званих щітками), які торкаються котушок якоря та передають їх живлення.Обертання двигуна забезпечує не тільки бажаний механічний рух, але й перемикання полярності котушки ротора, необхідне для виклику притягання/відштовхування відносно фіксованого поля статора – знову ж таки, електроніка не потрібна, оскільки джерело постійного струму подається безпосередньо до обмотки котушки статора (якщо є) і щітки.

Основне керування швидкістю здійснюється шляхом регулювання прикладеної напруги, але це вказує на один із недоліків щіткового двигуна: нижча напруга зменшує швидкість (що й було наміром) і різко зменшує крутний момент, що зазвичай є небажаним наслідком.Використання щіткового двигуна, що живиться безпосередньо від рейок постійного струму, зазвичай прийнятно лише в обмежених або некритичних застосуваннях, таких як керування невеликими іграшками та анімованими дисплеями, особливо якщо потрібне керування швидкістю.

Навпаки, безщітковий двигун має масив електромагнітних котушок (полюсів), закріплених навколо внутрішньої частини корпусу, а високоміцні постійні магніти прикріплені до обертового валу (ротора) (Малюнок 2).Оскільки електроніка керування (електронна комутація – EC) подає напругу на полюси послідовно, магнітне поле, що оточує ротор, обертається і таким чином притягує/відштовхує ротор із закріпленими магнітами, який змушений слідувати за полем.

Струм, що керує полюсами двигуна BLDC, може бути прямокутним, але це неефективно та викликає вібрацію, тому в більшості конструкцій використовується хвиля з наростанням із формою, адаптованою для бажаного поєднання електричної ефективності та точності руху.Крім того, контролер може точно налаштувати форму хвилі живлення для швидкого, але плавного запуску та зупинки без перерегулювання та чіткої реакції на перехідні процеси механічного навантаження.Доступні різні профілі керування та траєкторії, які відповідають положенню та швидкості двигуна відповідно до потреб програми.

Під редакцією Лізи