पारंपरिक ब्रश वाले डीसी मोटर (आमतौर पर बिजली के खिलौनों और पंखों में उपयोग किए जाते हैं) स्थिर ब्रश और घूमते हुए कम्यूटेटर के बीच यांत्रिक स्लाइडिंग संपर्क पर निर्भर करते हैं। यह घूमने पर रोटर वाइंडिंग में करंट की दिशा को स्वचालित रूप से स्विच करता है, जिससे निरंतर विद्युत चुंबकीय टॉर्क उत्पन्न होता है।
स्टेटर स्थिर रहता है। एक साधारण डीसी मोटर में, इसमें आवरण के दोनों ओर स्थायी चुंबक होते हैं (बाईं ओर एन-ध्रुव/लाल, दाईं ओर एस-ध्रुव/नीला), जो बाएं से दाएं की ओर इशारा करते हुए एक क्षैतिज चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं।
रोटर केंद्र में घूमने वाला हिस्सा है, जो तांबे के तार की वाइंडिंग्स से लिपटा होता है। जब ऊर्जावान किया जाता है, तो ये वाइंडिंग्स एक विद्युत चुंबक के रूप में कार्य करती हैं। उनके चुंबकीय ध्रुव स्टेटर चुंबक के साथ परस्पर क्रिया करते हैं ("समान ध्रुव पीछे हटते हैं, विपरीत ध्रुव आकर्षित होते हैं"), जिससे रोटर घूमने लगता है।
शाफ्ट पर दो अर्ध-गोलाकार तांबे के कम्यूटेटर खंड कॉइल के सिरों से जुड़ते हैं। दोनों तरफ दो स्थिर कार्बन ब्रश डीसी पावर स्रोत से जुड़ते हैं। जैसे ही रोटर घूमता है, कम्यूटेटर खंड बारी-बारी से ब्रश के संपर्क में आते हैं, जो निरंतर रोटेशन बनाए रखने के लिए लंबवत मृत केंद्र को पार करते समय कॉइल की करंट दिशा को स्वचालित रूप से उलट देता है!
इस इंटरैक्टिव मॉडल में, बाईं ओर ब्रश वाले डीसी मोटर का भौतिक क्रॉस-सेक्शन दिखाई देता है, और दाईं ओर इसका कनेक्शन सर्किट दिखाई देता है। जब मोटर डीसी पावर से जुड़ा होता है, तो करंट स्थिर ब्रश के माध्यम से रोटर वाइंडिंग्स में बहता है, जिससे विद्युत चुंबकीय टॉर्क उत्पन्न होता है। चुंबकीय आकर्षण के कारण रोटर घूमता है। हर बार जब रोटर 180° घूमता है और केंद्र रेखा को पार करता है, तो कम्यूटेटर खंडों के बीच का अंतर ब्रश को पार करता है, जिससे वाइंडिंग्स में बहने वाले करंट की ध्रुवीयता उलट जाती है। यह सुनिश्चित करता है कि टॉर्क की दिशा रोटेशन के दौरान सुसंगत रहे।
लोड हो रहा है...
| चरण | रोटर कोण | ब्रश (+) संपर्क | ब्रश (-) संपर्क | विद्युत चुंबकीय टॉर्क | कॉइल करंट |
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कम्यूटेटर रोटर शाफ्ट पर लगे तांबे के संपर्क खंडों का एक सेट (इस सरलीकृत मॉडल में दो खंड) है, जो इसके साथ घूमता है। ब्रश स्थिर कार्बन ब्लॉक होते हैं जिन्हें स्प्रिंग्स द्वारा कम्यूटेटर के खिलाफ दबाया जाता है। जैसे ही रोटर घूमता है, ब्रश बारी-बारी से अलग-अलग खंडों से संपर्क करते हैं। चूंकि एक ब्रश धनात्मक और दूसरा ऋणात्मक होता है, इसलिए वाइंडिंग्स के माध्यम से करंट की दिशा यांत्रिक रूप से हर बार उलट जाती है जब रोटर लंबवत मध्य बिंदु को पार करता है। यह सुनिश्चित करता है कि रोटर के चुंबकीय ध्रुव हमेशा स्टेटर चुंबक को इस तरह से पीछे धकेलें और आकर्षित करें जिससे निरंतर दक्षिणावर्त टॉर्क उत्पन्न हो।
यह ब्रश वाले डीसी मोटर्स का सबसे बड़ा फायदा है! कम्यूटेशन पूरी तरह से यांत्रिक रूप से ब्रश-कम्यूटेटर इंटरफ़ेस द्वारा नियंत्रित किया जाता है जो एक भौतिक स्विच के रूप में कार्य करता है। टर्मिनलों पर केवल डीसी वोल्टेज लागू करने से मोटर लगातार चलती है। इसके लिए किसी माइक्रोकंट्रोलर (MCU), ड्राइवर चिप (MOSFET), या रोटर पोजीशन सेंसिंग एल्गोरिदम की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे यह सिस्टम बेहद सस्ता और सरल हो जाता है।
इसके तीन मुख्य नुकसान हैं:
• ब्रश की घिसावट और छोटा जीवनकाल: ब्रश और कम्यूटेटर के बीच लगातार घर्षण के कारण समय के साथ कार्बन ब्रश घिस जाते हैं, जिससे नियमित रखरखाव या प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है।
• आर्किंग और विद्युत चुंबकीय हस्तक्षेप (EMI): जैसे ही ब्रश संपर्क स्विच करते हैं, कॉइल इंडक्शन के कारण विद्युत आर्किंग होती है। इससे छोटे स्पार्क्स उत्पन्न होते हैं (जो विस्फोटक वातावरण के लिए अनुपयुक्त हैं) और महत्वपूर्ण विद्युत शोर पैदा होता है जो आसपास के इलेक्ट्रॉनिक्स में हस्तक्षेप करता है।
• खराब गर्मी अपव्यय और दक्षता: गर्मी पैदा करने वाली वाइंडिंग्स घूमने वाले रोटर पर होती हैं, जिससे गर्मी को सीधे बाहरी आवरण में स्थानांतरित करना मुश्किल हो जाता है, जो मोटर के बिजली घनत्व को सीमित करता है।
मूल सिद्धांत बिल्कुल एक जैसा है। हालांकि, मोटर को 90° लंबवत मृत केंद्र पर फंसने से रोकने के लिए (जहां यह स्थिर स्थिति से शुरू नहीं हो सकता), व्यावहारिक खिलौना मोटर्स आमतौर पर 3-ध्रुव रोटर (तीन कोर दांत और तीन कम्यूटेटर खंड) का उपयोग करते हैं। यह डिज़ाइन सुनिश्चित करता है कि किसी भी दिए गए कोण पर कम से कम दो चरण हमेशा सक्रिय रहें, जिससे मोटर किसी भी स्थिर स्थिति से विश्वसनीय रूप से खुद शुरू हो सके और सुचारू, अधिक समान टॉर्क के साथ चल सके।