Borstelloze gelijkstroom- en stappenmotoren krijgen misschien meer aandacht dan de klassieke geborstelde gelijkstroommotor, maar deze laatste kan in sommige toepassingen nog steeds een betere keuze zijn.

De meeste ontwerpers die een kleine gelijkstroommotor willen kiezen – doorgaans een eenheid met een sub- of fractioneel vermogen – kijken meestal in eerste instantie naar slechts twee opties: de borstelloze gelijkstroommotor (BLDC) of de stappenmotor.Welke te selecteren is gebaseerd op de toepassing, aangezien de BDLC over het algemeen beter is voor continue beweging, terwijl de stappenmotor beter geschikt is voor positionering, heen en weer en stop/start-beweging.Elk motortype kan de benodigde prestaties leveren met de juiste controller, die een IC of module kan zijn, afhankelijk van de motorgrootte en specificaties.Deze motoren kunnen worden aangedreven met de ‘smarts’ ingebed in speciale bewegingsbesturings-IC’s of een processor met ingebouwde firmware.

Maar kijk eens wat beter naar het aanbod van de verkopers van deze BLDC-motoren, en je zult zien dat ze bijna altijd ook geborstelde gelijkstroommotoren (BDC) aanbieden, die al ‘altijd’ bestaan.Deze motoropstelling heeft een lange en gevestigde plaats in de geschiedenis van elektrisch aangedreven aandrijfkracht, aangezien het het eerste elektromotorontwerp van welke soort dan ook was.Jaarlijks worden tientallen miljoenen van deze borstelmotoren gebruikt voor serieuze, niet-triviale toepassingen zoals auto's.

De eerste ruwe versies van borstelmotoren werden begin 19e eeuw bedacht, maar het aandrijven van zelfs een kleine bruikbare motor was een uitdaging.De generatoren die nodig waren om ze van stroom te voorzien, waren nog niet ontwikkeld, en de beschikbare batterijen hadden een beperkte capaciteit, waren groot van formaat en moesten nog steeds op de een of andere manier worden ‘bijgevuld’.Uiteindelijk werden deze problemen overwonnen.Tegen het einde van de 19e eeuw werden geborstelde gelijkstroommotoren met tientallen en honderden pk's geïnstalleerd en algemeen gebruikt;velen worden nog steeds gebruikt.

De standaard geborstelde gelijkstroommotor heeft geen ‘elektronica’ nodig om te functioneren, omdat het een zelfcommuterend apparaat is.Het werkingsprincipe is eenvoudig, wat een van de deugden is.De geborstelde gelijkstroommotor maakt gebruik van mechanische commutatie om de polariteit van het magnetische veld van de rotor (ook wel het anker genoemd) ten opzichte van de stator te schakelen.Daarentegen wordt het magnetische veld van de stator ontwikkeld door elektromagnetische spoelen (historisch gezien) of moderne, krachtige permanente magneten (voor veel hedendaagse implementaties) (Figuur 1).

De interactie en herhaalde omkering van het magnetische veld tussen rotorspoelen op het anker en het vaste veld van de stator induceren de continue roterende beweging.De commutatieactie die het rotorveld omkeert, wordt bereikt via fysieke contacten (borstels genoemd), die de ankerspoelen raken en van stroom voorzien.De rotatie van de motor zorgt niet alleen voor de gewenste mechanische beweging, maar ook voor het omschakelen van de polariteit van de rotorspoel die nodig is om de aantrekking/afstoting te induceren ten opzichte van het vaste statorveld. Ook hier is geen elektronica nodig, omdat de DC-voeding rechtstreeks op de motor wordt toegepast. statorspoelwikkelingen (indien aanwezig) en de borstels.

De basissnelheidsregeling wordt bereikt door de aangelegde spanning aan te passen, maar dit wijst op een van de tekortkomingen van de borstelmotor: de lagere spanning verlaagt de snelheid (wat de bedoeling was) en vermindert het koppel dramatisch, wat meestal een ongewenst gevolg is.Het gebruik van een borstelmotor die rechtstreeks wordt aangedreven door de DC-rails is over het algemeen alleen acceptabel in beperkte of niet-kritieke toepassingen, zoals het bedienen van klein speelgoed en geanimeerde displays, vooral als snelheidsregeling nodig is.

De borstelloze motor heeft daarentegen een reeks elektromagnetische spoelen (polen) die op hun plaats rond de binnenkant van de behuizing zijn bevestigd, en krachtige permanente magneten zijn bevestigd aan de roterende as (de rotor) (Figuur 2).Terwijl de polen achtereenvolgens worden bekrachtigd door de besturingselektronica (elektronische commutatie – EC), roteert het magnetische veld rond de rotor en trekt zo de rotor aan/af met zijn vaste magneten, die gedwongen wordt het veld te volgen.

De stroom die de BLDC-motorpolen aandrijft, kan een blokgolf zijn, maar dat is inefficiënt en veroorzaakt trillingen. Daarom gebruiken de meeste ontwerpen een oplopende golfvorm met een vorm die is afgestemd op de gewenste combinatie van elektrische efficiëntie en bewegingsprecisie.Verder kan de controller de stimulerende golfvorm nauwkeurig afstemmen voor snelle maar soepele starts en stops zonder doorschieten en een scherpe reactie op mechanische belastingstransiënten.Er zijn verschillende besturingsprofielen en trajecten beschikbaar die de motorpositie en -snelheid afstemmen op de behoeften van de toepassing.

Bewerkt door Lisa