มอเตอร์ไฟฟ้าแบบไบโพลาร์คือมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีขั้วเพียงสองขั้ว (จึงเรียกว่าbi- ) สำหรับสนามแม่เหล็กคงที่^{[ 1 ]}เป็นตัวอย่างของมอเตอร์ DC แบบแปรงถ่าน ธรรมดา ที่มีคอมมิวเทเตอร์สนามแม่เหล็กนี้อาจสร้างขึ้นจากแม่เหล็กถาวรหรือขดลวดสนามแม่เหล็กก็ได้

คำว่า 'ไบโพลาร์' หมายถึงสนามคงที่ของมอเตอร์ ไม่ใช่โรเตอร์^{[ 1 ]}โรเตอร์มักจะมีขั้วมากกว่าสองขั้ว สามขั้วสำหรับมอเตอร์แบบง่าย และอาจมีมากกว่านั้นสำหรับมอเตอร์กำลังสูง โรเตอร์สองขั้วมีข้อเสียคือไม่สามารถสตาร์ทเองได้ในทุกตำแหน่ง ดังนั้นจึงต้องสะบัดเพื่อสตาร์ท

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงรุ่นแรกๆ ตั้งแต่มอเตอร์ Grammeในช่วงทศวรรษ 1870 เป็นต้นมา ใช้สนามแม่เหล็กแบบสองขั้ว เครื่องจักรยุคแรกๆ เหล่านี้ใช้ชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็กที่ออกแบบอย่างหยาบๆ โดยมีวงจรแม่เหล็กยาว ช่องว่างระหว่างขั้วกว้าง และชิ้นส่วนขั้วแคบ ทำให้เกิดฟลักซ์ แม่เหล็ก ผ่านอาร์มาเจอร์ได้จำกัด สนามแม่เหล็กเหล่านี้มักมีรูปร่างคล้ายเกือกม้า โดยอาจใช้แม่เหล็กถาวรรูปเกือกม้าหรือไม่ก็ขดลวดสนามแม่เหล็กหนึ่งหรือสองขดที่อยู่ห่างจากขั้ว

สายไฟหุ้มฉนวนในยุคแรกนั้นหากมีการหุ้มฉนวนเลย^{[หมายเหตุ 1 ]}ก็จะใช้ด้ายฝ้ายพันรอบ ขดลวดเหล่านี้สามารถทนต่ออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นได้เพียงเล็กน้อยก่อนที่จะร้อนเกินไปและไหม้จนเกิดไฟฟ้าลัดวงจร ดังนั้นขดลวดจึงยาวและตื้น บางครั้งอาจมีเพียงลวดชั้นเดียว ซึ่งต้องใช้แกนยาวเพื่อรองรับขนาดของมัน ขดลวดขนาดเล็กเดี่ยวๆ สามารถติดตั้งในแนวนอนได้ แต่การจัดเรียงที่พบได้บ่อยที่สุดคือการใช้ขดลวดสูงสองขดวางเคียงข้างกัน

เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของวงจรแม่เหล็กจึงได้มีการค้นพบว่าสามารถสร้างเส้นทางแม่เหล็กหลายเส้นทางผ่านแกนหมุนเดียวกันได้ โดยแยกขดลวดทั้งสองออกจากกันและวางไว้ด้านข้างของมอเตอร์ โดยให้แกนเหล็กเป็นวงจรรูปเลข 8 ในแนวนอน และวางแกนหมุนไว้ในช่องว่างตรงกลาง ฟลักซ์จากขดลวดทั้งสองจะผ่านช่องว่างนี้ ทำให้ได้วงจรแม่เหล็กที่สั้นลงโดยรวมและมีการสูญเสียทางแม่เหล็กน้อยลง การพันขดลวดที่กะทัดรัดยิ่งขึ้นนั้นเป็นไปได้ด้วยการใช้เชลแล็กในการเคลือบขดลวดและปรับปรุงความน่าเชื่อถือของฉนวน

การออกแบบในภายหลัง ตั้งแต่ราวปี 1900 เป็นต้นมา มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น โดยใช้วงจรแม่เหล็กที่สั้นกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่า ขดลวดสนามแม่เหล็กถูกย้ายไปอยู่ใน ขดลวด ภายใน ที่สั้นและเตี้ยกว่า พัน รอบชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็ก^{[ 1 ]}ส่วนที่เหลือของวงจรแม่เหล็กเป็นเส้นทางวงกลมสองด้านรอบตัวเรือนมอเตอร์ แม้ว่าจะได้รับการออกแบบมาเพื่อให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นเป็นหลัก แต่ก็ทำให้มีโครงสร้างที่กะทัดรัดมากขึ้นในแง่ของพื้นที่

รูปแบบวงกลมนี้ยังแสดงถึงจุดสิ้นสุดของมอเตอร์แบบไบโพลาร์ในฐานะแหล่งพลังงานอุตสาหกรรม เป็นไปได้ที่จะวางขดลวดสนามและชิ้นส่วนขั้วชุดที่สองไว้ภายในตัวเรือนขนาดเดียวกัน ทำให้ได้การจัดเรียงแบบสี่ขั้ว เนื่องจากการกระจายฟลักซ์สนามรอบเส้นรอบวงของอาร์มาเจอร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ทำให้มอเตอร์มีกำลังเกือบสองเท่าสำหรับกระแสอาร์มาเจอร์เท่าเดิม^{[ 1 ]}กระแสอาร์มาเจอร์ รวมถึงคอมมิวเทเตอร์และแปรงถ่านที่เกี่ยวข้อง ถือเป็นหนึ่งในชิ้นส่วนที่มีราคาแพงที่สุดในการผลิตมอเตอร์

หนึ่งในการใช้งานทางอุตสาหกรรมครั้งสุดท้ายของมอเตอร์ไบโพลาร์ขนาดใหญ่คือสำหรับหัวรถจักรไฟฟ้าคลาส EP-2ของMilwaukee Road ในปี 1917 ^{[ 2 ]}เส้นทางดังกล่าวเลือกที่จะใช้ไฟฟ้ากับ เส้นทาง Coast Divisionโดยใช้แรงดันไฟฟ้า 3,000 V DC นี่ไม่ใช่หัวรถจักรไฟฟ้า รุ่นแรก ที่ผลิตขึ้น และได้นำบทเรียนที่ได้เรียนรู้จากการปฏิบัติก่อนหน้านี้มาใช้ หัวรถจักรรุ่นแรกๆ หลายคันใช้มอเตอร์ขนาดใหญ่หนึ่งหรือสองตัวที่ติดตั้งบนโครงหัวรถจักรโดยส่งกำลังไปยังล้อด้วยวิธีการแบบดั้งเดิมของหัวรถจักรไอน้ำ คือ การใช้ ก้านเชื่อมต่อในกรณีที่ใช้มอเตอร์ AC ซึ่งต้องการขั้วจำนวนมากและมีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ มอเตอร์ที่ติดตั้งบนโครงเหล่านี้จึงดูเหมือนหลีกเลี่ยงไม่ได้ แม้ว่าจะต้องใช้ระบบขับเคลื่อนเชิงกลที่ต้องบำรุงรักษาอย่างมากไปยังล้อก็ตาม ระบบทางเลือกของมอเตอร์ขับเคลื่อน แบบแขวนด้านหน้า ใช้มอเตอร์ความเร็วสูงขนาดเล็กที่อยู่ข้างๆ เพลาแต่ละอัน โดยขับเคลื่อนผ่านเกียร์ทดรอบ ระบบนี้ในที่สุดจะแพร่หลายในทั้งหัวรถจักรไฟฟ้าและดีเซล แต่ในเวลานั้นการผลิตเกียร์ทดรอบกำลังสูงที่เชื่อถือได้นั้นเป็นเรื่องยาก

การออกแบบแบบ "สองขั้ว" ใช้มอเตอร์ที่ติดตั้งบนเพลา ขับเคลื่อนล้อแต่ละล้อโดยตรง เพลาทำหน้าที่เป็นแกนหมุนของล้อและยังรวมถึงแกนหมุนของมอเตอร์ด้วย ระบบที่ดูเรียบง่ายนี้เคยใช้มาก่อน แต่ใช้เฉพาะกับหัวรถจักรที่มีกำลังต่ำและมอเตอร์น้ำหนักเบาเท่านั้น เนื่องจากล้อและเพลา และในกรณีนี้มอเตอร์ด้วย ไม่ได้รับการรองรับจากระบบกันสะเทือน น้ำหนักที่เพิ่มขึ้นใดๆ จะทำให้คุณภาพการขับขี่แย่ลง เพื่อให้สามารถใช้งานกับหัวรถจักรใหม่ที่มีกำลังสูงมากเหล่านี้ มอเตอร์จึงถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน แกนหมุนถูกสร้างขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของเพลา แต่ขั้วสนามแม่เหล็กและขดลวดที่มีน้ำหนักมากกว่ามากนั้นถูกติดตั้งบนโครงแขวนของหัวรถจักร ซึ่งทำให้การขับขี่ดีขึ้นในระดับที่ยอมรับได้

ความซับซ้อนของระบบนี้อยู่ที่ว่า แกนหมุนจะต้องสามารถเคลื่อนที่ขึ้นลงได้อย่างอิสระเมื่อเทียบกับสนามแม่เหล็ก เนื่องจากระบบกันสะเทือนเคลื่อนที่ หากใช้มอเตอร์สี่ขั้วแบบสมัยใหม่ การเคลื่อนที่แบบนี้จะทำให้ช่องว่างระหว่างขั้วบนและขั้วล่างเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งอาจถึงขั้นที่แกนหมุนไปชนกับชิ้นส่วนขั้ว (เนื่องจากระยะการเคลื่อนที่ของระบบกันสะเทือนนั้นมากกว่าช่องว่างระหว่างขั้วทั่วไปมาก) วิธีแก้ปัญหาคือการกลับไปใช้มอเตอร์แบบสองขั้วซึ่งค่อนข้างล้าสมัย โดยการวางขั้วไว้ด้านข้างของแกนหมุนและทำให้พื้นผิวของขั้วเป็นระนาบแนวตั้ง ทำให้แกนหมุนสามารถเคลื่อนที่ขึ้นลงได้อย่างอิสระระหว่างขั้วเหล่านั้น การออกแบบมอเตอร์นั้นค่อนข้างไม่มีประสิทธิภาพ แม้แต่เมื่อเทียบกับมาตรฐานในยุคนั้น แต่หัวรถจักรเหล่านี้ถูกออกแบบมาเพื่อเน้นกำลังและความสามารถในการลากจูง โดยใช้ไฟฟ้าพลังน้ำราคาถูกอย่างเหลือเฟือ มากกว่าที่จะออกแบบมาเพื่อประสิทธิภาพ

การออกแบบ "ไบโพลาร์" ในยุคแรกๆ ได้แก่มอเตอร์ S-Motorรุ่นบุกเบิกของNew York Centralในปี 1904 และมอเตอร์ T-Motorในปี 1913 อย่างไรก็ตาม รถไฟรุ่น EP-2ของMilwaukee Roadกลายเป็นรุ่นที่เกี่ยวข้องกับมอเตอร์ไบโพลาร์มากที่สุด จนถึงขั้นได้รับชื่อว่า "Bi-Polar" สำหรับรถไฟรุ่นนี้

หัวรถจักร EP-2 ใช้งานได้อย่างน่าเชื่อถือและประสบความสำเร็จเป็นเวลา 35 ปี ในที่สุดก็ถูกปลดระวางเนื่องจากภาวะเศรษฐกิจตกต่ำโดยทั่วไปของระบบรถไฟในสหรัฐอเมริกาในช่วงปลายทศวรรษ 1950 การเข้ามาของพลังงานดีเซลราคาถูก และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการปรับปรุงโครงสร้างของหัวรถจักรประเภทนี้ที่ดำเนินการอย่างไม่ดี ทำให้หัวรถจักรที่ได้รับการปรับปรุงใหม่มีปัญหาด้านความน่าเชื่อถือ

มอเตอร์แบบไบโพลาร์ยังคงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ในงานที่มีกำลังปานกลางและต้นทุนต่ำ เช่นมอเตอร์อเนกประสงค์ที่ใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้านเช่นเครื่องผสมอาหารเครื่องดูดฝุ่นและสว่านไฟฟ้า

มอเตอร์เหล่านี้โดยทั่วไปมีดีไซน์เป็นมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านโดยมีขดลวดสนามแม่เหล็กต่ออนุกรมกัน นอกจากนี้ยังทำงานได้ดีกับแหล่งจ่ายไฟกระแสสลับ และปัจจุบันพบเห็นได้ทั่วไปในแหล่งจ่ายไฟกระแสสลับ มอเตอร์เหล่านี้ให้แรงบิดและความเร็วมากกว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำดังนั้นจึงมีการใช้งานมากมายที่ต้นทุนเริ่มต้นและน้ำหนักเบามีความสำคัญมากกว่าประสิทธิภาพทางไฟฟ้า

มอเตอร์แบบไบโพลาร์อย่างง่ายถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในของเล่นไฟฟ้ามาตั้งแต่ยุคแรกๆ ของของเล่นที่ทำจากแผ่นดีบุก

มอเตอร์แบบแรกๆ ใช้แม่เหล็กถาวรรูปเกือกม้า แบบง่ายๆ ส่วนมอเตอร์แบบ "กระป๋อง" รุ่นใหม่กว่า ตั้งแต่ทศวรรษ 1960 เป็นต้นมา ยังคงเป็นแบบสองขั้ว แต่เช่นเดียวกับมอเตอร์อุตสาหกรรม ได้ใช้แม่เหล็กรูปตัว C สองตัวที่มีประสิทธิภาพมากกว่าอยู่ภายในตัวเรือนเหล็กทรงกลม

เนื่องจากต้นทุนและความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้น มอเตอร์ที่มีขดลวดสนามแม่เหล็กจึงถูกนำมาใช้กับโมเดลน้อยมาก ข้อยกเว้นที่รู้จักกันดีอย่างหนึ่งคือ มอเตอร์ตระกูล 'Taycol' ซึ่งมุ่งเป้าไปที่เรือจำลอง ขนาดใหญ่เป็นหลัก [ ^{3 ]} มอเตอร์ เหล่านี้ได้รับความนิยมสูงสุดในช่วงทศวรรษ 1950 และ 1960 ก่อนที่จะล้าสมัยและไม่สามารถแข่งขันด้านราคาได้ เนื่องจากมีวัสดุที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นสำหรับแม่เหล็กถาวร โดยเฉพาะ^{เฟอร์}ไรต์ออกมาวางจำหน่าย

Taycol เริ่มต้นด้วยมอเตอร์แม่เหล็กรูปเกือกม้าแบบง่ายๆ^{[ 4 ]}แต่ความเชี่ยวชาญที่แท้จริงของพวกเขาคือสนามแม่เหล็กแบบขดลวด^{[ 5 ]}ส่วนใหญ่ใช้ขดลวดสนามแม่เหล็กตามขวางเดี่ยวที่ติดตั้งอยู่เหนือโรเตอร์ มอเตอร์รุ่น 'Marine' และ 'Double Special' ขนาดใหญ่กว่าใช้โครงสร้างขดลวดคู่ โดยมีขดลวดสนามแม่เหล็กแนวตั้งสองขดติดตั้งอยู่ที่ด้านข้าง^{[ 3 ]}

มอเตอร์ที่คล้ายกันแต่มีขนาดเล็กกว่าและมีกำลังน้อยกว่ามากคือ มอเตอร์ Meccano E15R ^{[ 6 ] [ 7 ]}

การสร้างมอเตอร์ไบโพลาร์แบบง่าย ซึ่งมักจะมีโรเตอร์ไบโพลาร์ด้วย ยังคงเป็นโครงงานวิทยาศาสตร์พื้นฐานยอดนิยมสำหรับเด็ก^{[ 8 ] [ 9 ]}