เมื่อวิศวกรเผชิญกับความท้าทายในการออกแบบอุปกรณ์ไฟฟ้าเพื่อทำงานด้านกลไก พวกเขาอาจคิดว่าสัญญาณไฟฟ้าแปลงเป็นพลังงานได้อย่างไรดังนั้นแอคทูเอเตอร์และมอเตอร์จึงเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ที่แปลงสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นการเคลื่อนที่มอเตอร์แลกเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล

มอเตอร์ประเภทที่ง่ายที่สุดคือมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านในมอเตอร์ประเภทนี้ กระแสไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านขดลวดที่จัดเรียงอยู่ภายในสนามแม่เหล็กคงที่กระแสจะสร้างสนามแม่เหล็กในขดลวดสิ่งนี้ทำให้ชุดคอยล์หมุนเนื่องจากแต่ละคอยล์ถูกผลักออกจากขั้วที่คล้ายกันและดึงไปยังขั้วที่ไม่เหมือนของสนามคงที่เพื่อรักษาการหมุน จำเป็นต้องกลับกระแสอย่างต่อเนื่อง เพื่อที่ขั้วของคอยล์จะพลิกอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้คอยล์ "ไล่" ต่อไปในขั้วที่แตกต่างจากขั้วคงที่กำลังของคอยล์นั้นจ่ายผ่านแปรงนำไฟฟ้าแบบคงที่ซึ่งสัมผัสกับตัวสับเปลี่ยนที่หมุนได้มันคือการหมุนของตัวสับเปลี่ยนที่ทำให้เกิดการกลับกระแสผ่านขดลวดตัวสับเปลี่ยนและแปรงเป็นส่วนประกอบสำคัญที่ทำให้มอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านแตกต่างจากมอเตอร์ประเภทอื่นๆรูปที่ 1 แสดงหลักการทั่วไปของมอเตอร์แบบมีแปรงถ่าน

รูปที่ 1: การทำงานของมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่าน

แปรงคงที่จ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับตัวสับเปลี่ยนที่กำลังหมุนในขณะที่เครื่องสับเปลี่ยนหมุน มันจะพลิกทิศทางของกระแสเข้าไปในขดลวดอย่างต่อเนื่อง โดยกลับขั้วของขดลวดเพื่อให้ขดลวดคงการหมุนไปทางขวาคอมมิวเตเตอร์หมุนเพราะมันติดอยู่กับโรเตอร์ที่ติดตั้งคอยล์อยู่

ตามชื่อของมัน มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่านไม่ใช้แปรงด้วยมอเตอร์แบบมีแปรงถ่าน แปรงจะส่งกระแสผ่านตัวสับเปลี่ยนไปยังขดลวดบนโรเตอร์มอเตอร์ไร้แปรงถ่านจะส่งกระแสไปยังคอยล์โรเตอร์ได้อย่างไร?ไม่ได้ เพราะคอยล์ไม่ได้อยู่บนโรเตอร์โรเตอร์เป็นแม่เหล็กถาวรแทนขดลวดไม่หมุน แต่จะถูกยึดเข้ากับสเตเตอร์แทนเนื่องจากขดลวดไม่เคลื่อนที่จึงไม่จำเป็นต้องมีแปรงและตัวสับเปลี่ยน(ดูรูปที่ 3)

ด้วยมอเตอร์แบบมีแปรงถ่าน การหมุนสามารถทำได้โดยการควบคุมสนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดบนโรเตอร์ ในขณะที่สนามแม่เหล็กที่เกิดจากแม่เหล็กที่อยู่นิ่งจะยังคงคงที่หากต้องการเปลี่ยนความเร็วในการหมุน คุณต้องเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าของคอยล์ด้วยมอเตอร์ BLDC จะเป็นแม่เหล็กถาวรที่หมุนการหมุนทำได้โดยการเปลี่ยนทิศทางของสนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดที่อยู่รอบๆเพื่อควบคุมการหมุน คุณจะต้องปรับขนาดและทิศทางของกระแสลงในขดลวดเหล่านี้

เนื่องจากโรเตอร์เป็นแม่เหล็กถาวร จึงไม่จำเป็นต้องมีกระแสไฟฟ้า จึงไม่ต้องใช้แปรงและตัวสับเปลี่ยนกระแสไฟไปยังคอยล์คงที่จะถูกควบคุมจากภายนอก

มอเตอร์ BLDC ที่มีขดลวดสามเส้นอยู่บนสเตเตอร์จะมีสายไฟหกเส้น (สองเส้นต่อขดลวดแต่ละเส้น) ที่ยื่นออกมาจากขดลวดเหล่านี้ในการใช้งานส่วนใหญ่ สายไฟเหล่านี้สามเส้นจะเชื่อมต่อกันภายใน โดยสายไฟที่เหลืออีกสามเส้นจะยื่นออกมาจากตัวมอเตอร์ (ตรงกันข้ามกับสายไฟสองเส้นที่ต่อจากมอเตอร์แบบมีแปรงถ่านที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้)การเดินสายไฟในกล่องมอเตอร์ BLDC มีความซับซ้อนมากกว่าการต่อขั้วบวกและขั้วลบของเซลล์กำลังเราจะมาดูอย่างใกล้ชิดมากขึ้นว่ามอเตอร์เหล่านี้ทำงานอย่างไรในช่วงที่สองของซีรี่ส์นี้ด้านล่างนี้เราสรุปโดยพิจารณาถึงข้อดีของมอเตอร์ BLDC

ข้อได้เปรียบที่สำคัญประการหนึ่งคือประสิทธิภาพ เนื่องจากมอเตอร์เหล่านี้สามารถควบคุมได้อย่างต่อเนื่องที่แรงหมุนสูงสุด (แรงบิด)ในทางตรงกันข้าม มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านจะมีแรงบิดสูงสุดที่จุดใดจุดหนึ่งของการหมุนเท่านั้นเพื่อให้มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านให้แรงบิดเท่ากับรุ่นไร้แปรงถ่าน จะต้องใช้แม่เหล็กที่มีขนาดใหญ่กว่านี่คือสาเหตุที่แม้แต่มอเตอร์ BLDC ขนาดเล็กก็สามารถส่งกำลังได้มาก

ข้อได้เปรียบใหญ่ประการที่สอง—ที่เกี่ยวข้องกับข้อแรก—คือความสามารถในการควบคุมสามารถควบคุมมอเตอร์ BLDC ได้โดยใช้กลไกป้อนกลับ เพื่อส่งแรงบิดและความเร็วในการหมุนที่ต้องการอย่างแม่นยำการควบคุมที่แม่นยำจะช่วยลดการใช้พลังงานและการสร้างความร้อน และในกรณีที่มอเตอร์ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ จะช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่

มอเตอร์ BLDC ยังมีความทนทานสูงและเกิดเสียงรบกวนทางไฟฟ้าต่ำ เนื่องจากไม่มีแปรงเมื่อใช้มอเตอร์แบบมีแปรง แปรงและตัวสับเปลี่ยนจะสึกหรอลงอันเป็นผลมาจากการสัมผัสที่เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง และยังทำให้เกิดประกายไฟเมื่อมีการสัมผัสกันโดยเฉพาะสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้านั้นเป็นผลมาจากประกายไฟที่รุนแรงซึ่งมักจะเกิดขึ้นในบริเวณที่แปรงผ่านช่องว่างในตัวสับเปลี่ยนนี่คือสาเหตุที่มอเตอร์ BLDC มักถูกมองว่าดีกว่าในการใช้งานที่จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า

เราได้เห็นแล้วว่ามอเตอร์ BLDC มีประสิทธิภาพและความสามารถในการควบคุมสูง และมีอายุการใช้งานยาวนานแล้วพวกเขามีประโยชน์อะไร?เนื่องจากมีประสิทธิภาพและอายุการใช้งานยาวนาน จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ที่ทำงานอย่างต่อเนื่องมีการใช้กันมานานในเครื่องซักผ้า เครื่องปรับอากาศ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆและเมื่อไม่นานมานี้ พวกมันปรากฏตัวต่อหน้าแฟนๆ ซึ่งประสิทธิภาพสูงช่วยลดการใช้พลังงานลงอย่างมาก

พวกมันยังถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนเครื่องดูดฝุ่นอีกด้วยในกรณีหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงในโปรแกรมควบคุมส่งผลให้ความเร็วในการหมุนเพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งเป็นตัวอย่างของความสามารถในการควบคุมขั้นสูงสุดที่นำเสนอโดยมอเตอร์เหล่านี้

นอกจากนี้ มอเตอร์ BLDC ยังถูกใช้เพื่อหมุนฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ ซึ่งความทนทานของมอเตอร์ช่วยให้ไดรฟ์ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในระยะยาว ในขณะที่ประสิทธิภาพการใช้พลังงานมีส่วนช่วยลดพลังงานในพื้นที่ที่สิ่งนี้มีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ

เราคาดหวังว่าจะได้เห็นมอเตอร์ BLDC นำไปใช้งานในวงกว้างมากขึ้นในอนาคตตัวอย่างเช่น พวกมันอาจจะถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการขับเคลื่อนหุ่นยนต์บริการ ซึ่งเป็นหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่ให้บริการในสาขาอื่นนอกเหนือจากการผลิตบางคนอาจคิดว่าสเต็ปเปอร์มอเตอร์จะเหมาะสมกว่าในการใช้งานประเภทนี้ ซึ่งสามารถใช้พัลส์เพื่อควบคุมตำแหน่งได้อย่างแม่นยำแต่มอเตอร์ BLDC เหมาะกับการควบคุมแรงมากกว่าและเมื่อใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์ การยึดตำแหน่งของโครงสร้าง เช่น แขนหุ่นยนต์ จะต้องอาศัยกระแสที่ค่อนข้างสูงและต่อเนื่องเมื่อใช้มอเตอร์ BLDC สิ่งที่จำเป็นต้องมีคือกระแสที่ได้สัดส่วนกับแรงภายนอก ช่วยให้สามารถควบคุมพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นมอเตอร์ BLDC อาจเข้ามาแทนที่มอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านธรรมดาในรถกอล์ฟและรถลากนอกจากประสิทธิภาพที่ดีขึ้นแล้ว มอเตอร์ BLDC ยังให้การควบคุมที่แม่นยำยิ่งขึ้น ซึ่งจะทำให้อายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนานขึ้น

มอเตอร์ BLDC ยังเหมาะสำหรับโดรนอีกด้วยความสามารถในการควบคุมที่แม่นยำทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโดรนหลายใบพัด โดยที่ทัศนคติของโดรนจะถูกควบคุมโดยการควบคุมความเร็วการหมุนของโรเตอร์แต่ละตัวอย่างแม่นยำ

ในเซสชั่นนี้ เราได้เห็นว่ามอเตอร์ BLDC มีประสิทธิภาพ การควบคุม และอายุการใช้งานที่เป็นเลิศได้อย่างไรแต่การควบคุมอย่างระมัดระวังและเหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญในการใช้ประโยชน์สูงสุดจากศักยภาพของมอเตอร์เหล่านี้ในเซสชั่นหน้า เราจะมาดูว่ามอเตอร์เหล่านี้ทำงานอย่างไร