जब इंजीनियरों को यांत्रिक कार्यों को करने के लिए विद्युत उपकरण डिजाइन करने की चुनौती का सामना करना पड़ता है, तो वे सोच सकते हैं कि विद्युत संकेतों को ऊर्जा में कैसे परिवर्तित किया जाता है। इसलिए एक्चुएटर और मोटर उन उपकरणों में से हैं जो विद्युत संकेतों को गति में परिवर्तित करते हैं। मोटरें विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में बदलती हैं।

मोटर का सबसे सरल प्रकार ब्रश्ड डीसी मोटर है। इस प्रकार की मोटर में, विद्युत धारा उन कुंडलियों के माध्यम से प्रवाहित की जाती है जो एक निश्चित चुंबकीय क्षेत्र के भीतर व्यवस्थित होती हैं। धारा कुंडलियों में चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है; इससे कॉइल असेंबली घूमने लगती है, क्योंकि प्रत्येक कॉइल को समान ध्रुव से दूर धकेल दिया जाता है और निश्चित क्षेत्र के विपरीत ध्रुव की ओर खींच लिया जाता है। घूर्णन को बनाए रखने के लिए, धारा को लगातार उलटना आवश्यक है - ताकि कुंडल ध्रुवीयताएं लगातार फ़्लिप होती रहें, जिससे कुंडलियाँ विपरीत स्थिर ध्रुवों का "पीछा" करती रहें। कॉइल्स को बिजली की आपूर्ति निश्चित प्रवाहकीय ब्रशों के माध्यम से की जाती है जो घूमने वाले कम्यूटेटर के साथ संपर्क बनाते हैं; यह कम्यूटेटर का घूर्णन है जो कुंडलियों के माध्यम से धारा के उत्क्रमण का कारण बनता है। कम्यूटेटर और ब्रश ब्रश डीसी मोटर को अन्य मोटर प्रकारों से अलग करने वाले प्रमुख घटक हैं। चित्र 1 ब्रश मोटर के सामान्य सिद्धांत को दर्शाता है।

चित्र 1: ब्रश्ड डीसी मोटर का संचालन।

स्थिर ब्रश घूमने वाले कम्यूटेटर को विद्युत ऊर्जा की आपूर्ति करते हैं। जैसे ही कम्यूटेटर घूमता है, यह कॉइल में धारा की दिशा को लगातार फ़्लिप करता है, कॉइल की ध्रुवताओं को उलट देता है ताकि कॉइल दाईं ओर घूमती रहे। कम्यूटेटर घूमता है क्योंकि यह रोटर से जुड़ा होता है जिस पर कॉइल लगे होते हैं।

जैसा कि उनके नाम से पता चलता है, ब्रशलेस डीसी मोटर ब्रश का उपयोग नहीं करते हैं। ब्रश मोटर के साथ, ब्रश कम्यूटेटर के माध्यम से रोटर पर कॉइल में करंट पहुंचाते हैं। तो एक ब्रशलेस मोटर रोटर कॉइल्स में करंट कैसे प्रवाहित करती है? ऐसा नहीं है—क्योंकि कॉइल्स रोटर पर स्थित नहीं हैं। इसके बजाय, रोटर एक स्थायी चुंबक है; कुंडलियाँ घूमती नहीं हैं, बल्कि स्टेटर पर अपनी जगह पर स्थिर हो जाती हैं। चूँकि कुंडलियाँ हिलती नहीं हैं, इसलिए ब्रश और कम्यूटेटर की कोई आवश्यकता नहीं है। (चित्र 3 देखें)

ब्रश मोटर के साथ, रोटर पर कॉइल्स द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र को नियंत्रित करके रोटेशन प्राप्त किया जाता है, जबकि स्थिर चुंबकों द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र स्थिर रहता है। रोटेशन की गति को बदलने के लिए, आप कॉइल के लिए वोल्टेज को बदलते हैं। बीएलडीसी मोटर के साथ, यह स्थायी चुंबक है जो घूमता है; आसपास के स्थिर कुंडलियों द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र की दिशा को बदलकर घूर्णन प्राप्त किया जाता है। घूर्णन को नियंत्रित करने के लिए, आप इन कुंडलियों में धारा के परिमाण और दिशा को समायोजित करते हैं।

चूंकि रोटर एक स्थायी चुंबक है, इसलिए इसे किसी करंट की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे ब्रश और कम्यूटेटर की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। स्थिर कॉइल्स में करंट को बाहर से नियंत्रित किया जाता है।

स्टेटर पर तीन कॉइल वाली बीएलडीसी मोटर में इन कॉइल से छह विद्युत तार (प्रत्येक कॉइल में दो) फैले होंगे। अधिकांश कार्यान्वयनों में इनमें से तीन तार आंतरिक रूप से जुड़े होंगे, शेष तीन तार मोटर बॉडी से विस्तारित होंगे (पहले वर्णित ब्रश मोटर से फैले दो तारों के विपरीत)। बीएलडीसी मोटर केस में वायरिंग केवल पावर सेल के सकारात्मक और नकारात्मक टर्मिनलों को जोड़ने से अधिक जटिल है; हम इस शृंखला के दूसरे सत्र में इस पर अधिक बारीकी से गौर करेंगे कि ये मोटरें कैसे काम करती हैं। नीचे, हम बीएलडीसी मोटर्स के फायदों को देखकर निष्कर्ष निकालते हैं।

एक बड़ा फायदा दक्षता है, क्योंकि ये मोटरें अधिकतम घूर्णी बल (टॉर्क) पर लगातार नियंत्रण कर सकती हैं। इसके विपरीत, ब्रश वाली मोटरें घूर्णन के केवल कुछ निश्चित बिंदुओं पर ही अधिकतम टॉर्क तक पहुंचती हैं। ब्रश मोटर के लिए ब्रशलेस मॉडल के समान टॉर्क देने के लिए, इसे बड़े मैग्नेट का उपयोग करने की आवश्यकता होगी। यही कारण है कि छोटी बीएलडीसी मोटरें भी काफी शक्ति प्रदान कर सकती हैं।

दूसरा बड़ा लाभ-पहले से संबंधित-नियंत्रणीयता है। वांछित टॉर्क और रोटेशन गति प्रदान करने के लिए, फीडबैक तंत्र का उपयोग करके बीएलडीसी मोटर्स को नियंत्रित किया जा सकता है। परिशुद्धता नियंत्रण बदले में ऊर्जा की खपत और गर्मी उत्पादन को कम करता है, और - ऐसे मामलों में जहां मोटरें बैटरी चालित होती हैं - बैटरी जीवन को बढ़ाती हैं।

ब्रश की कमी के कारण बीएलडीसी मोटरें उच्च स्थायित्व और कम विद्युत शोर उत्पन्न करने की पेशकश भी करती हैं। ब्रश की गई मोटरों के साथ, लगातार चलते संपर्क के परिणामस्वरूप ब्रश और कम्यूटेटर खराब हो जाते हैं, और जहां संपर्क होता है वहां चिंगारी भी उत्पन्न होती है। विद्युत शोर, विशेष रूप से, तेज़ चिंगारी का परिणाम है जो उन क्षेत्रों में उत्पन्न होता है जहां ब्रश कम्यूटेटर में अंतराल के ऊपर से गुजरते हैं। यही कारण है कि बीएलडीसी मोटर्स को अक्सर उन अनुप्रयोगों में बेहतर माना जाता है जहां विद्युत शोर से बचना महत्वपूर्ण है।

हमने देखा है कि बीएलडीसी मोटर्स उच्च दक्षता और नियंत्रणीयता प्रदान करते हैं, और उनका परिचालन जीवन लंबा होता है। तो वे किसके लिए अच्छे हैं? उनकी दक्षता और दीर्घायु के कारण, वे लगातार चलने वाले उपकरणों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। इनका उपयोग लंबे समय से वाशिंग मशीन, एयर कंडीशनर और अन्य उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में किया जाता रहा है; और हाल ही में, वे पंखों में दिखाई दे रहे हैं, जहां उनकी उच्च दक्षता ने बिजली की खपत में उल्लेखनीय कमी लाने में योगदान दिया है।

इनका उपयोग वैक्यूम मशीनों को चलाने के लिए भी किया जा रहा है। एक मामले में, नियंत्रण कार्यक्रम में बदलाव के परिणामस्वरूप घूर्णी गति में एक बड़ा उछाल आया - इन मोटरों द्वारा प्रदान की जाने वाली उत्कृष्ट नियंत्रणीयता का एक उदाहरण।

बीएलडीसी मोटर्स का उपयोग हार्ड डिस्क ड्राइव को स्पिन करने के लिए भी किया जा रहा है, जहां उनका स्थायित्व ड्राइव को लंबे समय तक भरोसेमंद रूप से संचालित रखता है, जबकि उनकी बिजली दक्षता उस क्षेत्र में ऊर्जा में कमी में योगदान करती है जहां यह तेजी से महत्वपूर्ण होता जा रहा है।

हम भविष्य में बीएलडीसी मोटरों का उपयोग व्यापक श्रेणी के अनुप्रयोगों में देखने की उम्मीद कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, उनका उपयोग संभवतः सेवा रोबोटों को चलाने के लिए व्यापक रूप से किया जाएगा - छोटे रोबोट जो विनिर्माण के अलावा अन्य क्षेत्रों में सेवाएं प्रदान करते हैं। कोई सोच सकता है कि स्टेपर मोटर्स इस प्रकार के अनुप्रयोग में अधिक उपयुक्त होंगे, जहां स्थिति को सटीक रूप से नियंत्रित करने के लिए दालों का उपयोग किया जा सकता है। लेकिन बीएलडीसी मोटरें बल को नियंत्रित करने के लिए बेहतर अनुकूल हैं। और एक स्टेपर मोटर के साथ, रोबोट बांह जैसी संरचना की स्थिति को पकड़ने के लिए अपेक्षाकृत बड़े और निरंतर प्रवाह की आवश्यकता होगी। बीएलडीसी मोटर के साथ, केवल बाहरी बल के अनुपात में करंट की आवश्यकता होगी - जो अधिक शक्ति-कुशल नियंत्रण की अनुमति देगा। बीएलडीसी मोटरें गोल्फ कार्ट और मोबिलिटी कार्ट में साधारण ब्रश वाली डीसी मोटरों की जगह भी ले सकती हैं। अपनी बेहतर दक्षता के अलावा, बीएलडीसी मोटर्स अधिक सटीक नियंत्रण भी प्रदान कर सकते हैं - जो बदले में बैटरी जीवन को और बढ़ा सकते हैं।

बीएलडीसी मोटरें ड्रोन के लिए भी आदर्श हैं। सटीक नियंत्रण प्रदान करने की उनकी क्षमता उन्हें विशेष रूप से मल्टीरोटर ड्रोन के लिए उपयुक्त बनाती है, जहां प्रत्येक रोटर की घूर्णी गति को सटीक रूप से नियंत्रित करके ड्रोन के रवैये को नियंत्रित किया जाता है।

इस सत्र में, हमने देखा है कि कैसे बीएलडीसी मोटर्स उत्कृष्ट दक्षता, नियंत्रणीयता और दीर्घायु प्रदान करते हैं। लेकिन इन मोटरों की क्षमता का पूरा लाभ उठाने के लिए सावधानीपूर्वक और उचित नियंत्रण आवश्यक है। अपने अगले सत्र में हम देखेंगे कि ये मोटरें कैसे काम करती हैं।