มอเตอร์ไฟฟ้า
มอเตอร์ไฟฟ้าอุตสาหกรรม
อุตสาหกรรม	หลากหลาย
แอปพลิเคชัน	การแปลงพลังงาน
ส่วนประกอบ	โรเตอร์ , สเตเตอร์ , ช่องว่างอากาศ , อาร์มาเจอร์ , คอมมิวเทเตอร์ , เพลาและแบริ่ง
นักประดิษฐ์	ไมเคิล ฟาราเดย์
ประดิษฐ์	1821

มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นเครื่องจักรที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล มอเตอร์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ทำงานโดยอาศัยปฏิกิริยาระหว่าง สนามแม่เหล็กของมอเตอร์และกระแสไฟฟ้าในขดลวดทำให้เกิดแรงลอเรนซ์ในรูปของแรงบิดที่กระทำต่อเพลาของมอเตอร์ ส่วนเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีกลไกการทำงานเหมือนกับมอเตอร์ไฟฟ้า แต่ทำงานในทางตรงกันข้าม โดยแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า

มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถใช้พลังงานจาก แหล่งจ่าย ไฟกระแสตรง (DC) เช่น แบตเตอรี่หรือตัวแปลงกระแสไฟฟ้าหรือจาก แหล่งจ่าย ไฟกระแสสลับ (AC) เช่น โครงข่ายไฟฟ้าอินเวอร์เตอร์หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า นอกจากนี้ มอเตอร์ไฟฟ้ายังสามารถจำแนกประเภทได้ตามปัจจัยต่างๆ เช่น ประเภทของแหล่งจ่ายไฟ โครงสร้าง การใช้งาน และประเภทของการเคลื่อนที่ที่ได้ อาจเป็นแบบมีแปรงถ่านหรือไม่มีแปรงถ่านแบบเฟสเดียวสองเฟสหรือสามเฟสแบบ ฟลักซ์ ตามแนวแกนหรือ ตาม แนวรัศมีและอาจระบายความร้อนด้วยอากาศหรือของเหลว

มอเตอร์ไฟฟ้ามาตรฐานให้พลังงานสำหรับการใช้งานในภาคอุตสาหกรรม มอเตอร์ขนาดใหญ่ที่สุดใช้สำหรับการขับเคลื่อนทางทะเลการอัดก๊าซในท่อส่ง และ ระบบ กักเก็บพลังงานแบบสูบกลับโดยมีกำลังขับเกิน 100 เมกะวัตต์การใช้งานอื่นๆ ได้แก่ พัดลม เครื่องเป่าลม และปั๊มในอุตสาหกรรม เครื่องมือกล เครื่องใช้ในครัวเรือน เครื่องมือไฟฟ้า ยานพาหนะ และฮาร์ดไดรฟ์ มอเตอร์ขนาดเล็กอาจพบได้ในนาฬิกาไฟฟ้าในบางการใช้งาน เช่น ในระบบเบรกแบบสร้างพลังงานกลับด้วยมอเตอร์ขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้าสามารถใช้ในทางกลับกันเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อกู้คืนพลังงานที่อาจสูญเสียไปในรูปของความร้อนและแรงเสียดทานได้

มอเตอร์ไฟฟ้าสร้างแรงเชิงเส้นหรือแรงหมุน ( แรงบิด ) เพื่อขับเคลื่อนกลไกภายนอกบางอย่าง ทำให้มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์กระตุ้น ชนิดหนึ่ง โดยทั่วไปแล้วจะถูกออกแบบมาให้หมุนอย่างต่อเนื่อง หรือเคลื่อนที่เชิงเส้นในระยะทางที่มากพอสมควรเมื่อเทียบกับขนาดของมันโซลินอยด์ก็แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลเช่นกัน แต่ในระยะทางที่จำกัดเท่านั้น

มอเตอร์ไฟฟ้ามีส่วนประกอบทางกล 2 ส่วน คือ โรเตอร์ ซึ่งเคลื่อนที่ และสเตเตอร์ ซึ่งไม่เคลื่อนที่ ในทางไฟฟ้า มอเตอร์ประกอบด้วยส่วนประกอบ 2 ส่วน คือ แม่เหล็กสนามและอาร์มาเจอร์ โดยส่วนหนึ่งติดอยู่กับโรเตอร์และอีกส่วนหนึ่งติดอยู่กับสเตเตอร์ เมื่อรวมกันแล้วจะสร้างวงจรแม่เหล็ก^{[ 1 ]}แม่เหล็กจะสร้างสนามแม่เหล็กที่ผ่านอาร์มาเจอร์ แม่เหล็กเหล่านี้อาจเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือแม่เหล็กถาวรโดยปกติแม่เหล็กสนามจะอยู่บนสเตเตอร์และอาร์มาเจอร์อยู่บนโรเตอร์ แต่อาจสลับกันได้

โรเตอร์คือส่วนที่เคลื่อนที่ซึ่งส่งกำลังเชิงกล โดยทั่วไปโรเตอร์จะยึดตัวนำที่นำกระแสไฟฟ้า ซึ่งสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์จะออกแรงกระทำต่อตัวนำเหล่านั้นเพื่อหมุนเพลา^{[ 2 ]}

สเตเตอร์ล้อมรอบโรเตอร์ และโดยปกติจะมีแม่เหล็กสนาม ซึ่งอาจเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า (ขดลวดพันรอบแกนเหล็กเฟอร์โรแมกเนติก) หรือแม่เหล็กถาวร แม่เหล็กเหล่านี้สร้างสนามแม่เหล็กที่ผ่านเข้าไปในอาร์มาเจอร์ของโรเตอร์ ทำให้เกิดแรงกระทำต่อขดลวดของโรเตอร์ แกนสเตเตอร์ทำจากแผ่นโลหะบางๆ หลายแผ่นที่หุ้มฉนวนจากกัน เรียกว่า แผ่นลามิเนต แผ่นลามิเนตเหล่านี้ทำจากเหล็กกล้าไฟฟ้าซึ่งมีค่าการซึมผ่านของแม่เหล็ก ฮิสเทอรีซิส และความอิ่มตัวที่กำหนดไว้ แผ่นลามิเนตช่วยลดการสูญเสียที่อาจเกิดขึ้นจากกระแสไหลวนเหนี่ยวนำ ซึ่งจะเกิดขึ้นหากใช้แกนแข็ง มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้ไฟบ้านมักจะตรึงสายไฟภายในขดลวดโดยการเคลือบด้วยวานิชในสุญญากาศ วิธีนี้ช่วยป้องกันไม่ให้สายไฟในขดลวดสั่นสะเทือนกระทบกัน ซึ่งจะทำให้ฉนวนของสายไฟสึกหรอและทำให้เกิดความเสียหายก่อนกำหนด มอเตอร์บรรจุเรซินที่ใช้ในปั๊มจุ่มน้ำลึก เครื่องซักผ้า และเครื่องปรับอากาศจะห่อหุ้มสเตเตอร์ด้วยเรซิน พลาสติก เพื่อป้องกันการกัดกร่อนและ/หรือลดเสียงรบกวนที่ส่งผ่าน^{[ 3 ]}

ช่องว่างอากาศระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ช่วยให้มอเตอร์หมุนได้ ความกว้างของช่องว่างมีผลอย่างมากต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้าของมอเตอร์ โดยทั่วไปแล้วควรทำให้ช่องว่างมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เพราะช่องว่างที่กว้างเกินไปจะทำให้ประสิทธิภาพลดลง ในทางกลับกัน ช่องว่างที่แคบเกินไปอาจทำให้เกิดแรงเสียดทานและเสียงดังได้

ส่วนประกอบของ มอเตอร์คือขดลวดที่พันรอบ แกน แม่เหล็กเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านขดลวดสนามแม่เหล็กจะออกแรงกระทำ ( แรงลอเรนซ์ ) ต่อขดลวด ทำให้โรเตอร์หมุน ขดลวดเป็นลวดที่ ขดเป็นวงรอบ แกนแม่เหล็กอ่อนที่ทำจากเหล็กหลายชั้นเพื่อให้เกิดขั้วแม่เหล็กเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

เครื่องจักรไฟฟ้ามีทั้งแบบขั้วเด่นและขั้วไม่เด่น ในมอเตอร์แบบขั้วเด่น แกนแม่เหล็กเฟอร์โรเตอร์และสเตเตอร์จะมีส่วนยื่นที่เรียกว่าขั้วซึ่งหันหน้าเข้าหากัน ลวดจะพันรอบแต่ละขั้วด้านล่างหน้าขั้ว ซึ่งจะกลายเป็นขั้วเหนือหรือขั้วใต้เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวด ในมอเตอร์แบบขั้วไม่เด่น (สนามกระจายหรือโรเตอร์กลม) แกนแม่เหล็กเฟอร์โรเตอร์จะเป็นทรงกระบอกเรียบ โดยมีขดลวดกระจายอย่างสม่ำเสมอในช่องรอบเส้นรอบวง การจ่ายกระแสสลับเข้าไปในขดลวดจะสร้างขั้วในแกนที่หมุนอย่างต่อเนื่อง^{[ 4 ]}มอเตอร์แบบขั้วเงาจะมีขดลวดพันรอบส่วนหนึ่งของขั้วซึ่งจะหน่วงเฟสของสนามแม่เหล็กสำหรับขั้วนั้น

คอมมิวเทเตอร์เป็นสวิตช์ไฟฟ้า แบบหมุน ที่จ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับโรเตอร์ โดยจะสลับทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้าในขดลวดโรเตอร์เป็นระยะๆ ขณะที่เพลาหมุน คอมมิวเทเตอร์ประกอบด้วยทรงกระบอกที่ประกอบด้วยส่วนสัมผัสโลหะหลายส่วนบนอาร์มา เจอร์ หน้า สัมผัสไฟฟ้าสองหรือมากกว่านั้นที่เรียกว่าแปรงถ่านซึ่งทำจากวัสดุตัวนำอ่อน เช่นคาร์บอนจะกดกับคอมมิวเทเตอร์ แปรงถ่านจะสัมผัสกับส่วนคอมมิวเทเตอร์ที่ต่อเนื่องกันขณะที่โรเตอร์หมุน ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลไปยังโรเตอร์ ขดลวดบนโรเตอร์เชื่อมต่อกับส่วนคอมมิวเทเตอร์ คอมมิวเทเตอร์จะสลับ ทิศทาง ของกระแสไฟฟ้าในขดลวดโรเตอร์ทุกๆ ครึ่งรอบ (180°) ดังนั้นแรงบิดที่กระทำต่อโรเตอร์จึงอยู่ในทิศทางเดียวกันเสมอ^{[ 5 ]}หากไม่มีการสลับทิศทางนี้ ทิศทางของแรงบิดบนขดลวดโรเตอร์แต่ละขดจะสลับทิศทางทุกๆ ครึ่งรอบ ทำให้โรเตอร์หยุด มอเตอร์แบบคอมมิวเทเตอร์ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยมอเตอร์ไร้แปรงถ่านมอเตอร์แม่เหล็กถาวรและมอเตอร์เหนี่ยวนำ

เพลาของมอเตอร์ยื่นออกมานอกมอเตอร์ ซึ่งทำหน้าที่รับภาระ เนื่องจากแรงของภาระถูกกระทำเกินกว่าแบริ่งด้านนอกสุด จึงกล่าวได้ว่าภาระนั้นยื่นออกมา^{[ 6 ]}

โรเตอร์ได้รับการรองรับโดยแบริ่งซึ่งช่วยให้โรเตอร์หมุนรอบแกนได้โดยการถ่ายโอนแรงของโหลดตามแนวแกนและแนวรัศมีจากเพลาไปยังตัวเรือนมอเตอร์^{[ 6 ]}

ก่อนที่จะมีมอเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าสมัยใหม่ มีการศึกษาค้นคว้ามอเตอร์ทดลองที่ทำงานโดยใช้แรงไฟฟ้าสถิต มอเตอร์ไฟฟ้าตัวแรกเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าสถิต แบบง่ายๆ ที่อธิบายไว้ในการทดลองโดยพระชาวสก็อต แอนดรูว์ กอร์ดอนและนักทดลองชาวอเมริกันเบนจามิน แฟรงคลินในช่วงทศวรรษ 1740 ^{[ 8 ] [ 9 ]}และ 1750 ^{[ 10 ]}หลักการทางทฤษฎีที่อยู่เบื้องหลังคือกฎของคูลอมบ์ซึ่งถูกค้นพบแต่ไม่ได้ตีพิมพ์โดยเฮนรี คาเวนดิชในปี 1771 กฎนี้ถูกค้นพบโดยอิสระโดยชาร์ลส์-ออกัสติน เดอ คูลอมบ์ในปี 1785 ซึ่งเขาได้ตีพิมพ์เผยแพร่จนเป็นที่รู้จักกันในชื่อของเขา^{[ 11 ]}เนื่องจากความยากลำบากในการสร้างแรงดันไฟฟ้าสูงที่จำเป็น มอเตอร์ไฟฟ้าสถิตจึงไม่เคยถูกนำไปใช้ในทางปฏิบัติ

การประดิษฐ์แบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมีโดยอเลสซานโดร โวลตาในปี 1799 ^{[ 12 ]}ทำให้สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าที่ต่อเนื่องได้ฮันส์ คริสเตียน เออร์สเตดค้นพบในปี 1820 ว่ากระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็ก ซึ่งสามารถออกแรงกระทำต่อแม่เหล็กได้อองเดร-มารี อัมแปร์ ใช้เวลาเพียงไม่กี่สัปดาห์ ในการพัฒนาสูตรแรกของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าและนำเสนอกฎแรงของอัมแปร์ซึ่งอธิบายถึงการสร้างแรงเชิงกลโดยปฏิสัมพันธ์ของกระแสไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก^{[ 13 ]}

ไมเคิล ฟาราเดย์สาธิตปรากฏการณ์การเคลื่อนที่แบบหมุนเป็นครั้งแรกเมื่อวันที่ 3 กันยายน ค.ศ. 1821 ในห้องใต้ดินของสถาบันรอยัล^{[ 14 ]}ลวดที่แขวนลอยอยู่ถูกจุ่มลงในสระปรอทซึ่งมีแม่เหล็กถาวร (PM)วางอยู่ เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวด ลวดจะหมุนรอบแม่เหล็ก แสดงให้เห็นว่ากระแสไฟฟ้าทำให้เกิดสนามแม่เหล็กเป็นวงกลมรอบลวด^{[ 15 ]}ฟาราเดย์ตีพิมพ์ผลการค้นพบของเขาในวารสารวิทยาศาสตร์รายไตรมาสและส่งสำเนาบทความพร้อมกับแบบจำลองอุปกรณ์ขนาดพกพาไปยังเพื่อนร่วมงานทั่วโลกเพื่อให้พวกเขาสามารถเห็นปรากฏการณ์การหมุนของแม่เหล็กไฟฟ้าได้เช่นกัน^{[ 14 ]}มอเตอร์นี้มักถูกสาธิตในการทดลองทางฟิสิกส์ โดยใช้น้ำเกลือแทนปรอท (ที่เป็นพิษ) ล้อของบาร์โลว์เป็นการปรับปรุงเบื้องต้นของการสาธิตของฟาราเดย์นี้ แม้ว่ามอเตอร์แบบโฮโมโพลาร์เหล่านี้และมอเตอร์ที่คล้ายกันยังคงไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งานจริงจนกระทั่งปลายศตวรรษ

ในปี ค.ศ. 1827 นักฟิสิกส์ชาวฮังการีÁnyos Jedlikเริ่มทำการทดลองกับขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าหลังจากที่ Jedlik แก้ปัญหาทางเทคนิคของการหมุนอย่างต่อเนื่องด้วยการประดิษฐ์ คอม มิวเทเตอร์เขาเรียกอุปกรณ์รุ่นแรกๆ ของเขาว่า "เครื่องหมุนอัตโนมัติด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า" แม้ว่าจะใช้เพื่อการสอนเท่านั้น แต่ในปี ค.ศ. 1828 Jedlik ได้สาธิตอุปกรณ์ชิ้นแรกที่มีส่วนประกอบหลักสามส่วนของมอเตอร์กระแสตรง ที่ใช้งานได้จริง ได้แก่ ส เตเตอร์โรเตอร์และคอมมิวเทเตอร์ อุปกรณ์นี้ไม่ได้ใช้แม่เหล็กถาวร เนื่องจากสนามแม่เหล็กของทั้งส่วนประกอบที่อยู่กับที่และส่วนประกอบที่หมุนนั้นเกิดจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดเท่านั้น^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]}

คอมมิวเทเตอร์ตัวแรกมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงที่สามารถหมุนเครื่องจักรได้ถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษวิลเลียม สเตอร์เจียนในปี ค.ศ. 1832 ^{[ 24 ]} ต่อจากงานของสเตอร์เจียน นักประดิษฐ์ชาวอเมริกัน โทมัส เดเวนพอร์ตและเอมิลี่ เดเวนพอร์ตได้ ^{สร้างมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบคอมมิวเทเตอร์ขึ้น [ 25 ]}ซึ่งเขาได้จดสิทธิบัตรในปี ค.ศ. 1837 มอเตอร์เหล่านี้หมุนได้ถึง 600 รอบต่อนาที และใช้พลังงานในการขับเคลื่อนเครื่องมือกลและเครื่องพิมพ์ ^{[ 26 ]}เนื่องจากต้นทุนของแบตเตอรี่หลัก มีราคาสูง มอเตอร์เหล่านี้จึงไม่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์และทำให้เดเวนพอร์ตส์ล้มละลาย นักประดิษฐ์หลายคนได้พัฒนาต่อยอดมอเตอร์กระแสตรงตามสเตอร์เจียน แต่ทุกคนก็ประสบปัญหาเรื่องต้นทุนแบตเตอรี่เช่นเดียวกัน เนื่องจากในขณะนั้นยังไม่มีระบบจำหน่ายไฟฟ้า จึงไม่มีตลาดเชิงพาณิชย์ที่ใช้งานได้จริงสำหรับมอเตอร์เหล่านี้ ^{[ 27 ]}

หลังจากความพยายามอื่นๆ ที่ประสบความสำเร็จบ้างไม่มากก็น้อยด้วยอุปกรณ์หมุนและลูกสูบที่ค่อนข้างอ่อนแอMoritz von Jacobi ชาวเยอรมัน-รัสเซีย ได้สร้างมอเตอร์ไฟฟ้าแบบหมุนที่ใช้งานได้จริงเป็นครั้งแรกในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2477 มันพัฒนาพลังงานกลที่น่าทึ่ง มอเตอร์ของเขาสร้างสถิติโลก ซึ่ง Jacobi ได้ปรับปรุงให้ดีขึ้นอีกสี่ปีต่อมาในเดือนกันยายน พ.ศ. 2481 ^{[ 28 ]}มอเตอร์ตัวที่สองของเขามีกำลังมากพอที่จะขับเคลื่อนเรือไฟฟ้าที่มีผู้โดยสาร 14 คนข้ามแม่น้ำกว้างได้ นอกจากนี้ ในช่วงปี พ.ศ. 2482-2483 นักพัฒนารายอื่นๆ ก็สามารถสร้างมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพใกล้เคียงกันและสูงกว่าได้

ในปี พ.ศ. 2460–2461 เจดลิกได้สร้างอุปกรณ์โดยใช้หลักการที่คล้ายคลึงกับที่ใช้ในเครื่องหมุนอัตโนมัติด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าของเขา ซึ่งสามารถใช้งานได้จริง^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 17 ] [ 23 ]}เขาสร้างแบบจำลองรถยนต์ไฟฟ้าในปีเดียวกันนั้น^{[ 35 ]}

จุดเปลี่ยนสำคัญเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2407 เมื่ออันโตนิโอ ปาชิโนตติอธิบายถึงอาร์มาเจอร์แบบวงแหวนเป็นครั้งแรก (แม้ว่าในตอนแรกจะคิดค้นขึ้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง เช่น ไดนาโม) ^{[ 13 ]}ซึ่งมีลักษณะเป็นขดลวดที่จัดกลุ่มอย่างสมมาตร ปิดทับกันเอง และเชื่อมต่อกับแท่งของคอมมิวเทเตอร์ ซึ่งแปรงของมันส่งกระแสไฟฟ้าที่ไม่ผันผวนอย่างแท้จริง^{[ 36 ] [ 37 ]}มอเตอร์กระแสตรงที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรกเกิดขึ้นหลังจากการพัฒนาของเซโนเบ กรัมเมซึ่งในปี พ.ศ. 2414 ได้คิดค้นการออกแบบของปาชิโนตติขึ้นใหม่ และนำเอาบางส่วนของวิธีแก้ปัญหาของเวอร์เนอร์ ซีเมนส์ มา ใช้

ข้อดีของเครื่องจักรไฟฟ้ากระแสตรงมาจากการค้นพบความสามารถในการกลับทิศทางของเครื่องจักรไฟฟ้า ซึ่งซีเมนส์ประกาศในปี พ.ศ. 2410 และปาชิโนตติได้สังเกตในปี พ.ศ. 2412 ^{[ 13 ]}แกรมได้สาธิตโดยบังเอิญในงานมหกรรมโลกเวียนนาปี พ.ศ. 2416เมื่อเขาเชื่อมต่ออุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสตรงสองเครื่องที่อยู่ห่างกันถึง 2 กิโลเมตร โดยใช้เครื่องหนึ่งเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและอีกเครื่องหนึ่งเป็นมอเตอร์^{[ 38 ]}

โรเตอร์แบบดรัมได้รับการแนะนำโดยFriedrich von Hefner-Alteneckแห่ง Siemens & Halske เพื่อแทนที่อาร์มาเจอร์แบบวงแหวนของ Pacinotti ในปี พ.ศ. 2415 ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องจักร^{[ 13 ]}โรเตอร์แบบลามิเนตได้รับการแนะนำโดย Siemens & Halske ในปีถัดมา ซึ่งช่วยลดการสูญเสียเหล็กและเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ ในปี พ.ศ. 2423 Jonas Wenströmได้ออกแบบโรเตอร์ให้มีร่องสำหรับติดตั้งขดลวด ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้ดียิ่งขึ้นไปอีก

ในปี ค.ศ. 1886 แฟรงค์ จูเลียน สปรากได้ประดิษฐ์มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ที่ใช้งานได้จริงเป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ไม่ก่อให้เกิดประกายไฟและสามารถรักษาความเร็วคงที่ได้ภายใต้ภาระที่เปลี่ยนแปลงไป สิ่งประดิษฐ์ทางไฟฟ้าอื่นๆ ของสปรากในช่วงเวลานั้นได้ปรับปรุงระบบจำหน่ายไฟฟ้า (ซึ่งเป็นผลงานก่อนหน้านี้ที่ทำขณะทำงานให้กับโทมัส เอดิสัน ) อย่างมาก ทำให้สามารถส่งพลังงานจากมอเตอร์ไฟฟ้ากลับไปยังโครงข่ายไฟฟ้าได้ จัดให้มีการจำหน่ายไฟฟ้าให้กับรถรางผ่านสายไฟเหนือศีรษะและเสารถราง และจัดให้มีระบบควบคุมสำหรับการทำงานของระบบไฟฟ้า สิ่งเหล่านี้ทำให้สปรากสามารถใช้มอเตอร์ไฟฟ้าในการประดิษฐ์ระบบรถรางไฟฟ้าเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1887–1888 ในเมืองริชมอนด์ รัฐเวอร์จิเนียลิฟต์ไฟฟ้าและระบบควบคุมในปี ค.ศ. 1892 และรถไฟใต้ดินไฟฟ้าที่มีรถขับเคลื่อนอิสระแต่ควบคุมจากส่วนกลาง รถไฟใต้ดินไฟฟ้าเหล่านี้ติดตั้งครั้งแรกในปี ค.ศ. 1892 ในชิคาโกโดยทางรถไฟยกระดับฝั่งใต้ (South Side Elevated Railroad ) ซึ่งต่อมาเป็นที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายในชื่อ " L " มอเตอร์และสิ่งประดิษฐ์ที่เกี่ยวข้องของสปรากนำไปสู่ความสนใจและการใช้งานมอเตอร์ไฟฟ้าในอุตสาหกรรมอย่างแพร่หลาย การพัฒนาของมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพที่ยอมรับได้ถูกล่าช้าไปหลายทศวรรษเนื่องจากความล้มเหลวในการตระหนักถึงความสำคัญอย่างยิ่งของช่องว่างอากาศระหว่างโรเตอร์และสเตเตอร์ การออกแบบที่มีประสิทธิภาพจะมีช่องว่างอากาศที่ค่อนข้างเล็ก^{[ 39 ] [ a ]} ​​มอเตอร์เซนต์หลุยส์ซึ่งใช้ในห้องเรียนมานานเพื่อแสดงหลักการของมอเตอร์นั้นไม่มีประสิทธิภาพด้วยเหตุผลเดียวกัน อีกทั้งยังดูไม่เหมือนมอเตอร์สมัยใหม่เลย^{[ 41 ]}

มอเตอร์ไฟฟ้าได้ปฏิวัติอุตสาหกรรม กระบวนการทางอุตสาหกรรมไม่ถูกจำกัดด้วยการส่งกำลังโดยใช้เพลาส่งกำลัง สายพาน อากาศอัด หรือแรงดันไฮดรอลิกอีกต่อไป แต่เครื่องจักรทุกเครื่องสามารถติดตั้งแหล่งพลังงานของตัวเองได้ ทำให้ควบคุมได้ง่าย ณ จุดใช้งาน และปรับปรุงประสิทธิภาพการส่งกำลัง มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้ในการเกษตรได้ขจัดแรงงานคนและสัตว์ออกจากการทำงานต่างๆ เช่น การจัดการเมล็ดพืชและการสูบน้ำ การใช้งานมอเตอร์ไฟฟ้าในครัวเรือน (เช่น เครื่องซักผ้า เครื่องล้างจาน พัดลม เครื่องปรับอากาศ และตู้เย็น) ช่วยลดงานหนักในบ้านและทำให้มาตรฐานความสะดวกสบาย ความผาสุก และความปลอดภัยสูงขึ้น ปัจจุบัน มอเตอร์ไฟฟ้าใช้พลังงานไฟฟ้ามากกว่าครึ่งหนึ่งของพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตในสหรัฐอเมริกา^{[ 42 ]}

ในปี ค.ศ. 1824 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสFrançois Aragoได้กำหนดสูตรการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กหมุนซึ่งเรียกว่าการหมุนของ Aragoซึ่ง Walter Baily ได้สาธิตในปี ค.ศ. 1879 โดยการเปิดและปิดสวิตช์ด้วยมือ ซึ่งถือเป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบ ดั้งเดิมตัว แรก^{[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}ในช่วงทศวรรษ ค.ศ. 1880 นักประดิษฐ์หลายคนพยายามพัฒนามอเตอร์กระแสสลับที่ใช้งานได้^{[ 47 ]}เนื่องจากข้อดีของกระแสสลับในการส่งแรงดันสูงระยะไกลนั้นถูกหักล้างด้วยความไม่สามารถใช้งานมอเตอร์บนกระแสสลับได้

มอเตอร์เหนี่ยวนำกระแสสลับแบบไม่มีคอมมิวเทเตอร์ตัวแรกถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยกาลิเลโอ เฟอร์ราริสในปี พ.ศ. 2428 เฟอร์ราริสสามารถปรับปรุงการออกแบบครั้งแรกของเขาได้โดยการสร้างชุดอุปกรณ์ที่ทันสมัยยิ่งขึ้นในปี พ.ศ. 2429 ^{[ 48 ]}ในปี พ.ศ. 2431 ราชบัณฑิตยสถานวิทยาศาสตร์แห่งตูรินได้ตีพิมพ์งานวิจัยของเฟอร์ราริสโดยละเอียดเกี่ยวกับพื้นฐานของการทำงานของมอเตอร์ พร้อมทั้งสรุปในเวลานั้นว่า "อุปกรณ์ที่ใช้หลักการดังกล่าวไม่สามารถมีความสำคัญในเชิงพาณิชย์ในฐานะมอเตอร์ได้" ^{[ 46 ] [ 49 ] [ 50 ]}

นิโคลา เทสลามองเห็นถึงความเป็นไปได้ของการพัฒนาอุตสาหกรรมโดยเขาได้ประดิษฐ์มอเตอร์เหนี่ยวนำขึ้นเองในปี 1887 และได้รับสิทธิบัตรในเดือนพฤษภาคม 1888 ในปีเดียวกันนั้น เทสลาได้นำเสนอผลงานวิจัยเรื่อง"ระบบใหม่ของมอเตอร์และหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ"ต่อAIEEซึ่งอธิบายถึงมอเตอร์สองเฟสสี่ขั้วสามประเภทที่ได้รับสิทธิบัตร ได้แก่ มอเตอร์แบบรีลักแทน ซ์ที่ไม่สามารถสตาร์ทเองได้ที่มี โรเตอร์สี่ขั้ว มอเตอร์แบบเหนี่ยวนำที่สามารถสตาร์ทเองได้ที่มีโรเตอร์แบบขดลวดและมอเตอร์แบบซิงโครนัส แท้ ที่มีแหล่งจ่ายไฟกระแสตรงแยกต่างหากสำหรับขดลวดโรเตอร์ อย่างไรก็ตาม หนึ่งในสิทธิบัตรที่เทสลายื่นขอในปี 1887 ยังได้อธิบายถึงมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบโรเตอร์ขดลวดลัดวงจรด้วยGeorge Westinghouseซึ่งได้รับสิทธิ์จาก Ferraris แล้ว (1,000 ดอลลาร์สหรัฐ) ได้ซื้อสิทธิบัตรของ Tesla ทันที (60,000 ดอลลาร์สหรัฐ บวก 2.50 ดอลลาร์สหรัฐต่อแรงม้าที่ขายได้ จ่ายจนถึงปี 1897) ^{[ 48 ]}จ้าง Tesla ให้พัฒนามอเตอร์ของเขา และมอบหมายให้CF Scottช่วย Tesla อย่างไรก็ตาม เทสลาได้ออกไปประกอบอาชีพอื่นในปี พ.ศ. 2432 ^{[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]}พบว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำไฟฟ้ากระแสสลับความเร็วคงที่ไม่เหมาะสำหรับรถราง^{[ 47 ]}แต่วิศวกรของเวสติงเฮาส์ได้ดัดแปลงมันให้สามารถขับเคลื่อนการทำเหมืองในเมืองเทลลูไรด์ รัฐโคโลราโดได้สำเร็จในปี พ.ศ. 2434 ^{[ 55 ] [ 56 ] [ 57 ]}เวสติงเฮาส์ประสบความสำเร็จในการสร้างมอเตอร์เหนี่ยวนำที่ใช้งานได้จริงเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2435 และพัฒนามอเตอร์เหนี่ยวนำแบบหลายเฟส 60 เฮิรตซ์ในปี พ.ศ. 2436 แต่ว่ามอเตอร์เวสติงเฮาส์รุ่นแรกๆ เหล่านี้เป็นมอเตอร์สองเฟสที่มีโรเตอร์แบบขดลวด ต่อมา BG Lammeได้พัฒนาโรเตอร์แบบขดลวดแท่งหมุน^{[ 51 ]}

Mikhail Dolivo-Dobrovolskyมุ่งมั่นในการส่งเสริมการพัฒนาสามเฟส โดยได้ประดิษฐ์มอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสขึ้นในปี 1889 ทั้งแบบโรเตอร์กรงและโรเตอร์ขดลวดที่มีรีโอสแตทสำหรับสตาร์ท และหม้อแปลงสามขาในปี 1890 หลังจากข้อตกลงระหว่าง AEG และMaschinenfabrik Oerlikonแล้ว Doliwo-Dobrowolski และCharles Eugene Lancelot Brownได้พัฒนารุ่นที่ใหญ่กว่า ได้แก่ มอเตอร์กรงกระรอกขนาด 20 แรงม้า และมอเตอร์โรเตอร์ขดลวดขนาด 100 แรงม้าที่มีรีโอสแตทสำหรับสตาร์ท ซึ่งเป็นมอเตอร์อะซิงโครนัสสามเฟสรุ่นแรกที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานจริง^{[ 48 ]}นับตั้งแต่ปี 1889 การพัฒนาเครื่องจักรสามเฟสที่คล้ายคลึงกันได้เริ่มต้นขึ้นที่ Wenström ในงานนิทรรศการอิเล็กโทรเทคนิคระหว่างประเทศแฟรงก์เฟิร์ตปี 1891 ระบบสามเฟสระยะไกลระบบแรกได้รับการนำเสนออย่างประสบความสำเร็จ โดยมีพิกัด 15 kV และขยายออกไปมากกว่า 175 กม. จากน้ำตก Lauffen บนแม่น้ำ Neckar สถานีไฟฟ้า Lauffen ประกอบด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ 240 kW 86 V 40 Hz และหม้อแปลงเพิ่มแรงดัน ในขณะที่ในนิทรรศการ หม้อแปลงลดแรงดันจ่ายไฟให้กับมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสขนาด 100 แรงม้า ซึ่งขับเคลื่อนน้ำตกจำลอง แสดงถึงการถ่ายโอนแหล่งพลังงานดั้งเดิม^{[ 48 ]}ปัจจุบันมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสถูกนำไปใช้ในแอปพลิเคชันเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่^{[ 58 ] [ 59 ]} Mikhail Dolivo-Dobrovolskyอ้างว่ามอเตอร์ของ Tesla ไม่สามารถใช้งานได้จริงเนื่องจากการสั่นสะเทือนแบบสองเฟส ซึ่งกระตุ้นให้เขายังคงทำงานวิจัยเกี่ยวกับมอเตอร์สามเฟสต่อไป^{[ 60 ]}

บริษัทGeneral Electricเริ่มพัฒนามอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสในปี พ.ศ. 2434 ^{[ 51 ]}ในปี พ.ศ. 2439 General Electric และ Westinghouse ได้ลงนามในข้อตกลงแลกเปลี่ยนสิทธิ์การใช้งานสำหรับการออกแบบโรเตอร์แบบขดลวดแท่ง ซึ่งต่อมาเรียกว่าโรเตอร์แบบกรงกระรอก^{[ 51 ]}การปรับปรุงมอเตอร์เหนี่ยวนำที่เกิดจากสิ่งประดิษฐ์และนวัตกรรมเหล่านี้ทำให้มอเตอร์เหนี่ยวนำขนาด 100 แรงม้าในปัจจุบันมีขนาดการติดตั้งเท่ากับมอเตอร์ขนาด 7.5 แรงม้าในปี พ.ศ. 2440 ^{[ 51 ]}

ในปี 2022 ยอดขายมอเตอร์ไฟฟ้าคาดว่าจะอยู่ที่ 800 ล้านหน่วย เพิ่มขึ้น 10% ต่อปี มอเตอร์ไฟฟ้าใช้ไฟฟ้าประมาณ 50% ของไฟฟ้าทั่วโลก^{[ 61 ]}ตั้งแต่ทศวรรษ 1980 ส่วนแบ่งการตลาดของมอเตอร์ DC ลดลงและมอเตอร์ AC ได้รับความนิยมมากขึ้น^{[ 62 ] : 89}

โดยปกติแล้ว มอเตอร์กระแสตรงจะได้รับพลังงานผ่านคอมมิวเทเตอร์แบบวงแหวนแยกตามที่อธิบายไว้ข้างต้น

การสลับกระแสของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) สามารถทำได้โดยใช้คอมมิวเทเตอร์แบบวงแหวนลื่น (slip ring commutator) หรือการสลับกระแสภายนอก (external commutation) สามารถควบคุมความเร็วได้ทั้งแบบคงที่หรือแบบแปรผัน และสามารถเป็นแบบซิงโครนัสหรืออะซิงโครนัสได้มอเตอร์อเนกประสงค์สามารถทำงานได้ทั้งกับไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) และไฟฟ้ากระแสตรง (DC)

มอเตอร์กระแสตรงสามารถทำงานที่ความเร็วแปรผันได้โดยการปรับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับขั้วต่อ หรือโดยการใช้การปรับความกว้างพัลส์ (PWM)

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ทำงานด้วยความเร็วคงที่โดยทั่วไปจะได้รับพลังงานโดยตรงจากโครงข่ายไฟฟ้าหรือผ่านอุปกรณ์สตาร์ทมอเตอร์แบบนุ่มนวล

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ทำงานด้วยความเร็วแปรผันนั้นใช้พลังงานจากเทคโนโลยีต่างๆ เช่นอินเวอร์เตอร์กำลังไฟฟ้าตัวขับความถี่แปรผันหรือคอมมิวเทเตอร์อิเล็กทรอนิกส์

โดยทั่วไป คำว่า คอมมิวเทเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ มักเกี่ยวข้องกับมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน แบบสลับกระแสเอง และมอเตอร์ แบบสวิตช์รีลักแทนซ์

มอเตอร์ไฟฟ้าทำงานโดยอาศัยหลักการทางฟิสิกส์ 3 ประการ ได้แก่แม่เหล็กไฟฟ้าสถิตและเพียโซอิเล็กทริก

ในมอเตอร์แม่เหล็ก สนามแม่เหล็กจะถูกสร้างขึ้นทั้งในโรเตอร์และสเตเตอร์ ผลคูณระหว่างสนามแม่เหล็กทั้งสองนี้ก่อให้เกิดแรงและแรงบิดบนเพลาของมอเตอร์ สนามแม่เหล็กหนึ่งหรือทั้งสองสนามจะเปลี่ยนแปลงไปเมื่อโรเตอร์หมุน การเปลี่ยนแปลงนี้ทำได้โดยการสลับขั้วแม่เหล็กเปิดและปิดในเวลาที่เหมาะสม หรือการปรับความแรงของขั้วแม่เหล็ก

มอเตอร์สามารถออกแบบให้ทำงานด้วยกระแสไฟฟ้าตรง (DC) กระแสไฟฟ้าสลับ (AC) หรือบางประเภทสามารถทำงานได้ทั้งสองแบบ

มอเตอร์ AC อาจเป็นแบบอะซิงโครนัสหรือซิงโครนัสก็ได้^{[ 63 ]}มอเตอร์ซิงโครนัสต้องการให้โรเตอร์หมุนด้วยความเร็วเท่ากับสนามหมุนของสเตเตอร์ โรเตอร์อะซิงโครนัสจะผ่อนคลายข้อจำกัดนี้

มอเตอร์ขนาดเล็กพิเศษ (Fractional-horsepower motor)คือมอเตอร์ที่มีกำลังต่ำกว่าประมาณ 1 แรงม้า (0.746 กิโลวัตต์) หรือผลิตด้วยขนาดโครงสร้างที่เล็กกว่ามอเตอร์ 1 แรงม้ามาตรฐาน มอเตอร์ที่ใช้ในครัวเรือนและอุตสาหกรรมจำนวนมากอยู่ในกลุ่มมอเตอร์ขนาดเล็กพิเศษนี้

หมายเหตุ:

1. การหมุนไม่ขึ้นอยู่กับความถี่ของแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ

2. การหมุนเท่ากับความเร็วซิงโครนัส (ความเร็วของมอเตอร์-สเตเตอร์-สนามแม่เหล็ก)

3. ใน SCIM การหมุนด้วยความเร็วคงที่เท่ากับความเร็วซิงโครนัส ลบด้วยความเร็วสลิป

4. ในระบบ การกู้คืนพลังงานแบบไม่ลื่นไถลWRIM มักใช้สำหรับการสตาร์ทมอเตอร์ แต่สามารถใช้เพื่อปรับความเร็วของโหลดได้

5. การทำงานแบบปรับความเร็วได้

6. ในขณะที่ไดรฟ์มอเตอร์เหนี่ยวนำและซิงโครนัสโดยทั่วไปจะมีเอาต์พุตเป็นรูปคลื่นหกขั้นหรือรูปคลื่นไซน์ ไดรฟ์มอเตอร์ BLDC มักจะมีรูปคลื่นกระแสรูปสี่เหลี่ยมคางหมู อย่างไรก็ตาม พฤติกรรมของเครื่องจักร PM ทั้งแบบไซน์และแบบสี่เหลี่ยมคางหมูนั้นเหมือนกันในแง่ของลักษณะพื้นฐาน^{[ 74 ]}

7. ในการทำงานที่ความเร็วแปรผัน WRIM ถูกนำมาใช้ในการกู้คืนพลังงานจากการลื่นไถลและการใช้งานในเครื่องจักรเหนี่ยวนำแบบป้อนกระแสสองทาง

8. ขดลวดแบบกรงคือโรเตอร์แบบกรงกระรอกที่ลัดวงจร โดยขดลวดจะเชื่อมต่อภายนอกผ่านวงแหวนสลิป

9. ส่วนใหญ่เป็นระบบไฟฟ้าเฟสเดียว และมีบางส่วนเป็นระบบไฟฟ้าสามเฟส

คำย่อ:

• BLAC – มอเตอร์ AC แบบไร้แปรงถ่าน
• BLDC – มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่าน
• BLDM – มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่าน
• EC – คอมมิวเทเตอร์อิเล็กทรอนิกส์
• PM – แม่เหล็กถาวร
• IPMSM – มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรภายใน
• PMSM – มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร
• SPMSM – มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรแบบพื้นผิว
• SCIM – มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก
• SRM – มอเตอร์แบบสวิตช์รีลักแทนซ์
• SyRM – มอเตอร์แบบซิงโครนัสรีลักแทนซ์
• VFD – ตัวขับความถี่แปรผัน
• WRIM – มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบโรเตอร์พันขดลวด
• WRSM – มอเตอร์ซิงโครนัสแบบโรเตอร์พันขดลวด
• LRA – กระแสไฟฟ้าขณะล็อกโรเตอร์: กระแสไฟฟ้าที่คุณคาดว่าจะเกิดขึ้นในสภาวะเริ่มต้นเมื่อคุณจ่ายแรงดันไฟฟ้าเต็มที่ กระแสไฟฟ้านี้เกิดขึ้นทันทีในระหว่างการสตาร์ท
• RLA – กระแสไฟฟ้าขณะโหลดที่กำหนด (Rated-load amps): กระแสไฟฟ้าสูงสุดที่มอเตอร์ควรดึงภายใต้สภาวะการทำงานใดๆ มักเรียกผิดว่ากระแสไฟฟ้าขณะทำงาน (running-load amps) ซึ่งทำให้คนเข้าใจผิดว่ามอเตอร์ควรดึงกระแสไฟฟ้าเท่านี้เสมอ
• FLA – แอมป์ที่รับโหลดเต็ม: เปลี่ยนเป็น "RLA – แอมป์ที่รับโหลดตามพิกัด" ในปี 1976

มอเตอร์ DC ส่วนใหญ่เป็นมอเตอร์แม่เหล็กถาวรขนาดเล็ก (PM) โดยมี กลไกการสลับกระแสภายใน แบบแปรงถ่านเพื่อกลับทิศทางกระแสของขดลวดมอเตอร์ให้สอดคล้องกับการหมุน^{[ 75 ]}

มอเตอร์กระแสตรงแบบมีคอมมิวเทเตอร์ประกอบด้วยขดลวดหมุนหลายชุดที่พันอยู่บนแกนหมุนซึ่งติดตั้งอยู่บนเพลาหมุน เพลานี้ยังมีคอมมิวเทเตอร์อยู่ด้วย ดังนั้น มอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านทุกตัวจึงมีกระแสสลับไหลผ่านขดลวด กระแสจะไหลผ่านแปรงถ่านหนึ่งคู่หรือมากกว่านั้นที่สัมผัสกับคอมมิวเทเตอร์ แปรงถ่านเหล่านี้เชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟฟ้าภายนอกเข้ากับแกนหมุน

แกนหมุนของมอเตอร์ประกอบด้วยขดลวดหนึ่งหรือหลายขดพันรอบ แกน แม่เหล็กอ่อนแบบลามิเนต กระแสไฟฟ้าจากแปรงถ่านไหลผ่านคอมมิวเทเตอร์และขดลวดหนึ่งของแกนหมุน ทำให้เกิดแม่เหล็กชั่วคราว ( แม่เหล็กไฟฟ้า ) สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจะทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กคงที่ที่เกิดจากแม่เหล็กถาวรหรือขดลวดอีกขดหนึ่ง (ขดลวดสนาม) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงมอเตอร์ แรงระหว่างสนามแม่เหล็กทั้งสองทำให้เพลาหมุน คอมมิวเทเตอร์จะสลับกระแสไฟฟ้าไปยังขดลวดขณะที่โรเตอร์หมุน ทำให้ขั้วแม่เหล็กไม่ตรงกับขั้วแม่เหล็กของสเตเตอร์อย่างสมบูรณ์ ดังนั้นโรเตอร์จึงหมุนต่อไปตราบใดที่ยังมีกระแสไฟฟ้าจ่ายอยู่

ข้อจำกัดหลายประการของมอเตอร์กระแสตรงแบบคอมมิวเทเตอร์คลาสสิกนั้นเกิดจากความจำเป็นต้องใช้แปรงถ่านเพื่อรักษาการสัมผัสกับคอมมิวเทเตอร์ ทำให้เกิดแรงเสียดทาน แปรงถ่านจะก่อให้เกิดประกายไฟขณะเคลื่อนที่ผ่านช่องว่างฉนวนระหว่างส่วนต่างๆ ของคอมมิวเทเตอร์ ขึ้นอยู่กับการออกแบบคอมมิวเทเตอร์ แปรงถ่านอาจทำให้เกิดการลัดวงจรระหว่างส่วนที่อยู่ติดกัน—และปลายขดลวด นอกจากนี้ค่าความเหนี่ยวนำ ของขดลวดโรเตอร์ ทำให้แรงดันไฟฟ้าคร่อมแต่ละขดลวดสูงขึ้นเมื่อวงจรเปิด ทำให้เกิดประกายไฟมากขึ้น ประกายไฟนี้จำกัดความเร็วสูงสุดของเครื่องจักร เนื่องจากประกายไฟที่เร็วเกินไปจะทำให้คอมมิวเทเตอร์ร้อนเกินไป สึกกร่อน หรือแม้กระทั่งละลาย ความหนาแน่นของกระแสต่อหน่วยพื้นที่ของแปรงถ่าน ร่วมกับค่าความต้านทาน จำเพาะของแปรงถ่าน จะจำกัดกำลังเอาต์พุตของมอเตอร์ การเคลื่อนที่ผ่านช่องว่างยังก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าประกายไฟก่อให้เกิดการรบกวน ทางคลื่นวิทยุ (RFI ) ในที่สุดแปรงถ่านจะสึกหรอและต้องเปลี่ยนใหม่ และตัวคอมมิวเทเตอร์เองก็อาจสึกหรอและต้องบำรุงรักษาหรือเปลี่ยนใหม่ ชุดคอมมิวเทเตอร์ในมอเตอร์ขนาดใหญ่เป็นส่วนประกอบที่มีราคาแพง ต้องใช้การประกอบชิ้นส่วนจำนวนมากอย่างแม่นยำ ในมอเตอร์ขนาดเล็ก คอมมิวเทเตอร์มักจะถูกรวมเข้ากับโรเตอร์อย่างถาวร ดังนั้นการเปลี่ยนคอมมิวเทเตอร์จึงมักต้องเปลี่ยนโรเตอร์ทั้งตัวด้วย

โดยทั่วไปแล้ว คอมมิวเทเตอร์ส่วนใหญ่มีรูปทรงกระบอก แต่บางชนิดก็เป็นแผ่นกลมแบนแบ่งเป็นส่วนๆ ติดตั้งอยู่บนฉนวน

แปรงถ่านขนาดใหญ่สร้างพื้นที่สัมผัสขนาดใหญ่ ซึ่งช่วยเพิ่มกำลังขับของมอเตอร์ให้สูงสุด ในขณะที่แปรงถ่านขนาดเล็กมีมวลน้อย เพื่อเพิ่มความเร็วในการทำงานของมอเตอร์โดยไม่เกิดประกายไฟมากเกินไป (แปรงถ่านขนาดเล็กเป็นที่ต้องการเนื่องจากต้นทุนต่ำกว่า) สปริงแปรงถ่านที่แข็งกว่าสามารถใช้เพื่อให้แปรงถ่านที่มีมวลเท่ากันทำงานที่ความเร็วสูงขึ้นได้ แม้ว่าจะมีการสูญเสียจากแรงเสียดทานมากขึ้น (ประสิทธิภาพต่ำลง) และการสึกหรอของแปรงถ่านและคอมมิวเทเตอร์เร็วขึ้นก็ตาม ดังนั้น การออกแบบแปรงถ่านของมอเตอร์กระแสตรงจึงต้องมีการประนีประนอมระหว่างกำลังขับ ความเร็ว และประสิทธิภาพ/การสึกหรอ

เครื่องจักร DC ถูกกำหนดไว้ดังนี้: ^{[ 76 ]}

• วงจรอาร์มาเจอร์ – ขดลวดที่รับภาระ ไม่ว่าจะเป็นภาระคงที่หรือภาระหมุน
• วงจรสนามแม่เหล็ก – ชุดขดลวดที่สร้างสนามแม่เหล็ก
• การสลับกระแส: เทคนิคทางกลที่ใช้ในการแปลงกระแสตรงเป็นกระแสตรง หรือแปลงเป็นกระแสสลับ (DC)

มอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่าน 5 ประเภท ได้แก่:

• แผลผ่าตัดบายพาส
• พันแบบอนุกรม
• สารประกอบ (สองรูปแบบ):
  • สารประกอบสะสม
  • ผสมแบบต่างชนิดกัน
• แม่เหล็กถาวร (ไม่แสดงในภาพ)
• กระตุ้นแยกกัน (ไม่แสดงในภาพ)

มอเตอร์แม่เหล็กถาวร (PM) ไม่มีขดลวดสนามแม่เหล็กบนโครงสเตเตอร์ แต่ใช้แม่เหล็กถาวรในการสร้างสนามแม่เหล็กแทน อาจใช้ขดลวดชดเชยแบบอนุกรมกับอาร์มาเจอร์ในมอเตอร์ขนาดใหญ่เพื่อปรับปรุงการสลับกระแสภายใต้ภาระ สนามแม่เหล็กนี้คงที่และไม่สามารถปรับเปลี่ยนเพื่อควบคุมความเร็วได้ สเตเตอร์แม่เหล็กถาวรมีความสะดวกในมอเตอร์ขนาดเล็กเพื่อลดการใช้พลังงานของขดลวดสนามแม่เหล็ก มอเตอร์กระแสตรงขนาดใหญ่ส่วนใหญ่เป็นแบบ "ไดนาโม" ซึ่งมีขดลวดสเตเตอร์ ในอดีต แม่เหล็กถาวรไม่สามารถรักษาฟลักซ์สูงได้หากถูกถอดประกอบ ขดลวดสนามแม่เหล็กจึงใช้งานได้จริงมากกว่าในการสร้างฟลักซ์ที่ต้องการ อย่างไรก็ตาม แม่เหล็กถาวรขนาดใหญ่มีราคาแพง รวมทั้งอันตรายและประกอบยาก จึงทำให้ขดลวดสนามแม่เหล็กเป็นที่นิยมสำหรับเครื่องจักรขนาดใหญ่

เพื่อลดน้ำหนักและขนาดโดยรวม มอเตอร์ PM ขนาดเล็กอาจใช้แม่เหล็กพลังงานสูงที่ทำจากนีโอไดเมียมโดยส่วนใหญ่จะเป็นโลหะผสมนีโอไดเมียม-เหล็ก-โบรอน ด้วยความหนาแน่นของฟลักซ์ที่สูงกว่า เครื่องจักรไฟฟ้าที่มีแม่เหล็ก PM พลังงานสูงจึงสามารถแข่งขันได้กับเครื่องจักรไฟฟ้าแบบซิงโครนัสและแบบเหนี่ยวนำที่ออกแบบอย่างเหมาะสมที่สุดทุกแบบมอเตอร์ขนาดเล็กมีโครงสร้างคล้ายกับในภาพประกอบ ยกเว้นว่ามีขั้วโรเตอร์อย่างน้อยสามขั้ว (เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถสตาร์ทได้ไม่ว่าตำแหน่งโรเตอร์จะเป็นอย่างไร) และตัวเรือนภายนอกเป็นท่อเหล็กที่เชื่อมต่อแม่เหล็กภายนอกของแม่เหล็กสนามโค้งเข้าด้วยกัน

ปัญหาบางประการของมอเตอร์ DC แบบแปรงถ่านถูกกำจัดออกไปในการออกแบบ BLDC ในมอเตอร์นี้ "สวิตช์หมุน" หรือคอมมิวเทเตอร์เชิงกลจะถูกแทนที่ด้วยสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ภายนอกที่ซิงโครไนซ์กับตำแหน่งของโรเตอร์ มอเตอร์ BLDC โดยทั่วไปมีประสิทธิภาพ 85% ขึ้นไป สูงถึง 96.5% ^{[ 77 ]}ในขณะที่มอเตอร์ DC แบบแปรงถ่านโดยทั่วไปมีประสิทธิภาพ 75–80%

รูปคลื่น แรงเคลื่อนไฟฟ้าต้าน กลับ (CEMF) รูป สี่เหลี่ยมคางหมูอันเป็นเอกลักษณ์ของมอเตอร์ BLDC นั้น เกิดจากส่วนหนึ่งมาจากการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอของขดลวดสเตเตอร์ และอีกส่วนหนึ่งมาจากการจัดวางแม่เหล็กถาวรของโรเตอร์ มอเตอร์ BLDC รูปสี่เหลี่ยมคางหมู หรือที่รู้จักกันในชื่อมอเตอร์กระแสตรงแบบสับเปลี่ยนทางอิเล็กทรอนิกส์ หรือมอเตอร์กระแสตรงแบบกลับด้าน ขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์ BLDC รูปสี่เหลี่ยมคางหมูอาจเป็นแบบเฟสเดียว สองเฟส หรือสามเฟส และใช้เซ็นเซอร์ Hall effectที่ติดตั้งบนขดลวดเพื่อตรวจจับตำแหน่งของโรเตอร์และ การ ควบคุม สับเปลี่ยนแบบวงปิด ต้นทุนต่ำ

มอเตอร์ BLDC นิยมใช้ในงานที่ต้องการควบคุมความเร็วอย่างแม่นยำ เช่น ในไดรฟ์ดิสก์คอมพิวเตอร์หรือเครื่องบันทึกวิดีโอเทป แกนหมุนภายในไดรฟ์ CD, CD-ROM (เป็นต้น) และกลไกภายในผลิตภัณฑ์สำนักงาน เช่น พัดลม เครื่องพิมพ์เลเซอร์ และเครื่องถ่ายเอกสาร มอเตอร์ BLDC มีข้อดีหลายประการเหนือกว่ามอเตอร์ทั่วไป:

• พัดลมเหล่านี้มีประสิทธิภาพมากกว่าพัดลม AC ที่ใช้มอเตอร์แบบขั้วเงา และทำงานได้เย็นกว่าพัดลม AC ทั่วไปมาก การทำงานที่เย็นลงนี้ส่งผลให้อายุการใช้งานของตลับลูกปืนพัดลมดีขึ้นมาก
• มอเตอร์ BLDC ที่ไม่มีคอมมิวเทเตอร์จะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่ามอเตอร์ DC แบบมีแปรงถ่านที่มีคอมมิวเทเตอร์อย่างเห็นได้ชัด คอมมิวเทเตอร์มักก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าและคลื่นวิทยุ ดังนั้น มอเตอร์ BLDC ที่ไม่มีทั้งคอมมิวเทเตอร์และแปรงถ่านจึงสามารถนำไปใช้ในอุปกรณ์ที่ไวต่อไฟฟ้า เช่น อุปกรณ์เสียงหรือคอมพิวเตอร์ได้
• เซ็นเซอร์ Hall effectตัวเดียวกันที่ใช้ในการสร้างสัญญาณสลับกระแส ยังสามารถให้ สัญญาณวัด ความเร็วรอบ ที่สะดวก สำหรับการควบคุมแบบวงปิด (ควบคุมด้วยเซอร์โว) ได้อีกด้วย ในพัดลม สัญญาณวัดความเร็วรอบสามารถใช้สร้างสัญญาณ "พัดลมทำงานปกติ" รวมถึงให้ข้อมูลป้อนกลับเกี่ยวกับความเร็วในการทำงานได้
• มอเตอร์สามารถซิงโครไนซ์กับนาฬิกาภายในหรือภายนอกได้ ทำให้สามารถควบคุมความเร็วได้อย่างแม่นยำ
• มอเตอร์ BLDC ไม่ก่อให้เกิดประกายไฟ ทำให้เหมาะกับสภาพแวดล้อมที่มีสารเคมีและเชื้อเพลิงที่ระเหยง่าย นอกจากนี้ การเกิดประกายไฟยังก่อให้เกิดโอโซน ซึ่งอาจสะสมในอาคารที่มีการระบายอากาศไม่ดี
• มอเตอร์ BLDC มักใช้ในอุปกรณ์ขนาดเล็ก เช่น คอมพิวเตอร์ และโดยทั่วไปจะใช้ในพัดลมเพื่อระบายความร้อน
• อุปกรณ์เหล่านี้มีเสียงรบกวนน้อย ซึ่งเป็นข้อดีสำหรับอุปกรณ์ที่ได้รับผลกระทบจากการสั่นสะเทือน

มอเตอร์ BLDC สมัยใหม่มีกำลังตั้งแต่เศษเสี้ยวของวัตต์ไปจนถึงหลายกิโลวัตต์ มอเตอร์ BLDC ขนาดใหญ่ที่มีกำลังสูงสุดถึงประมาณ 100 กิโลวัตต์นั้นใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า นอกจากนี้ยังใช้ในเครื่องบินจำลอง ไฟฟ้าอีก ด้วย

มอเตอร์แบบสวิตช์รีลักแทนซ์ (SRM) ไม่มีแปรงถ่านหรือแม่เหล็กถาวร และโรเตอร์ไม่มีกระแสไฟฟ้า แรงบิดเกิดจากการที่ขั้วของโรเตอร์ไม่ตรงกับขั้วของสเตเตอร์เล็กน้อย โรเตอร์จะปรับแนวให้ตรงกับสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์ ในขณะที่ขดลวดสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์จะได้รับพลังงานตามลำดับเพื่อหมุนสนามแม่เหล็กของสเตเตอร์

ฟลักซ์แม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดสนามแม่เหล็กจะไหลไปตามเส้นทางที่มีสนามแม่เหล็กน้อยที่สุด โดยส่งฟลักซ์ผ่านขั้วโรเตอร์ที่อยู่ใกล้กับขั้วที่ได้รับพลังงานของสเตเตอร์มากที่สุด ทำให้ขั้วเหล่านั้นของโรเตอร์ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กและเกิดแรงบิด เมื่อโรเตอร์หมุน ขดลวดต่างๆ จะได้รับพลังงาน ทำให้โรเตอร์หมุนต่อไป

SRM ใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าบางชนิด^{[ 78 ]}และยานพาหนะ^{[ 79 ]}

มอเตอร์แบบคอมมิวเต็ดที่กระตุ้นด้วยไฟฟ้า ซึ่งอาจเป็นแบบขดลวดอนุกรมหรือขดลวดขนาน เรียกว่า มอเตอร์อเนกประสงค์ เพราะสามารถออกแบบให้ทำงานได้ทั้งกับไฟกระแสสลับ (AC) และไฟกระแสตรง (DC) มอเตอร์อเนกประสงค์ทำงานได้ดีกับไฟกระแสสลับ เนื่องจากกระแสในขดลวดสนามแม่เหล็กและขดลวดอาร์มาเจอร์ (และสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้น) จะเปลี่ยนขั้วพร้อมกัน ดังนั้นแรงทางกลที่เกิดขึ้นจึงมีทิศทางการหมุนคงที่

มอเตอร์อเนกประสงค์ทำงานที่ความถี่ไฟฟ้า ปกติ และมักใช้ในงานที่มีกำลังต่ำกว่ากิโลวัตต์ มอเตอร์อเนกประสงค์เป็นพื้นฐานของมอเตอร์ขับเคลื่อนรถไฟแบบดั้งเดิมใน ระบบรถไฟฟ้ารางเบาในการใช้งานนี้ การใช้ไฟฟ้ากระแสสลับกับมอเตอร์ที่ออกแบบมาให้ทำงานกับไฟฟ้ากระแสตรง จะทำให้ประสิทธิภาพลดลงเนื่องจาก ความร้อน จากกระแสไหลวนในส่วนประกอบแม่เหล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็กของมอเตอร์ ซึ่งสำหรับไฟฟ้ากระแสตรงจะใช้เหล็กตัน (ไม่ใช่เหล็กเคลือบ) ปัจจุบันจึงไม่ค่อยมีการใช้งานมอเตอร์ประเภทนี้แล้ว

ข้อดีอย่างหนึ่งคือ สามารถใช้ไฟ AC กับมอเตอร์ที่มีแรงบิดเริ่มต้นสูงและมีขนาดกะทัดรัดได้ หากต้องการใช้งานที่ความเร็วสูง ในทางกลับกัน การบำรุงรักษาจะสูงกว่าและอายุการใช้งานจะสั้นกว่า มอเตอร์ประเภทนี้ใช้ในอุปกรณ์ที่ไม่ใช้งานหนักและมีความต้องการแรงบิดเริ่มต้นสูง การมีจุดต่อหลายจุดบนขดลวดสนามแม่เหล็กช่วยให้สามารถควบคุมความเร็วได้แบบเป็นขั้น (แต่ไม่แม่นยำนัก) เครื่องปั่นในครัวเรือนที่โฆษณาว่ามีหลายระดับความเร็ว มักจะรวมขดลวดสนามแม่เหล็กที่มีจุดต่อหลายจุดและไดโอดที่สามารถต่ออนุกรมกับมอเตอร์ได้ (ทำให้มอเตอร์ทำงานด้วยไฟ AC แบบครึ่งคลื่น) มอเตอร์อเนกประสงค์ยังเหมาะสำหรับการควบคุมความเร็วด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์และเป็นตัวเลือกสำหรับอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องซักผ้าในครัวเรือน มอเตอร์สามารถหมุนถังซัก (ทั้งไปข้างหน้าและถอยหลัง) โดยการสลับขดลวดสนามแม่เหล็กเทียบกับขดลวดอาร์มาเจอร์

ในขณะที่มอเตอร์ SCIM ไม่สามารถหมุนเพลาได้เร็วกว่าความถี่ที่สายไฟกำหนด มอเตอร์อเนกประสงค์สามารถทำงานที่ความเร็วสูงกว่ามาก ทำให้เหมาะสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้า เช่น เครื่องปั่น เครื่องดูดฝุ่น และเครื่องเป่าผม ที่ต้องการความเร็วสูงและน้ำหนักเบา นอกจากนี้ยังนิยมใช้ในเครื่องมือไฟฟ้าแบบพกพา เช่น สว่าน เครื่องขัด เครื่องเลื่อยวงกลม และเลื่อยจิ๊กซอว์ ซึ่งคุณสมบัติของมอเตอร์ทำงานได้ดี มอเตอร์ของเครื่องดูดฝุ่นและเครื่องตัดหญ้าหลายรุ่นหมุนเกิน10,000 รอบต่อนาทีในขณะที่เครื่องเจียรขนาดเล็กอาจหมุนเกิน30,000 รอบต่อนาที

มอเตอร์เหนี่ยวนำและมอเตอร์ซิงโครนัสกระแสสลับได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการทำงานกับกระแสไฟฟ้าเฟสเดียวหรือหลายเฟสที่มีรูปคลื่นไซน์หรือกึ่งไซน์ เช่น กระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับระบบส่งกำลังไฟฟ้ากระแสสลับสำหรับการใช้งานที่ความเร็วคงที่ หรือกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับ ตัว ควบคุมความเร็วแปรผัน (VFD) สำหรับการใช้งานที่ความเร็วแปรผัน

มอเตอร์เหนี่ยวนำเป็นมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบบอะซิงโครนัส โดยพลังงานจะถูกส่งไปยังโรเตอร์ด้วยการเหนี่ยวนำทางแม่เหล็กไฟฟ้า คล้ายกับการทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้า มอเตอร์เหนี่ยวนำมีลักษณะคล้ายหม้อแปลงไฟฟ้าแบบหมุน เพราะสเตเตอร์ (ส่วนที่อยู่กับที่) เปรียบเสมือนด้านปฐมภูมิของหม้อแปลง และโรเตอร์ (ส่วนที่หมุน) เปรียบเสมือนด้านทุติยภูมิ มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบหลายเฟสมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม

มอเตอร์เหนี่ยวนำสามารถแบ่งออกได้เป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอก (SCIM) และมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบโรเตอร์พันขดลวด (WRIM) มอเตอร์ SCIM มีขดลวดขนาดใหญ่ที่ทำจากแท่งโลหะแข็ง โดยทั่วไปทำจากอะลูมิเนียมหรือทองแดง เชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าด้วยวงแหวนที่ปลายโรเตอร์ แท่งโลหะและวงแหวนโดยรวมนั้นคล้ายกับ กรงออกกำลังกาย แบบ หมุนได้ของสัตว์

กระแสไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำเข้าไปในขดลวดนี้ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กของโรเตอร์ รูปทรงของแท่งโรเตอร์เป็นตัวกำหนดลักษณะความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วและแรงบิด ที่ความเร็วต่ำ กระแสไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในกรงกระรอกจะมีค่าเกือบเท่าความถี่ของสายไฟและมีแนวโน้มที่จะคงอยู่ในส่วนนอกของกรง เมื่อมอเตอร์เร่งความเร็ว ความถี่สลิปจะลดลง และกระแสไฟฟ้าจะไหลเข้าไปภายในมากขึ้น การเปลี่ยนรูปทรงของแท่งเพื่อเปลี่ยนความต้านทานของส่วนขดลวดทั้งภายในและภายนอกของกรง จะทำให้มีการเพิ่มความต้านทานแปรผันเข้าไปในวงจรโรเตอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม มอเตอร์ส่วนใหญ่ใช้แท่งที่มีรูปทรงสม่ำเสมอ

ในมอเตอร์แบบ WRIM ขดลวดโรเตอร์ทำจากลวดหุ้มฉนวนหลายรอบและเชื่อมต่อกับวงแหวนสลิปบนเพลามอเตอร์ สามารถเชื่อมต่อตัวต้านทานภายนอกหรืออุปกรณ์ควบคุมอื่นๆ เข้ากับวงจรโรเตอร์ได้ ตัวต้านทานช่วยให้สามารถควบคุมความเร็วของมอเตอร์ได้ แม้ว่าจะสูญเสียพลังงานจำนวนมากก็ตาม ตัวแปลงสามารถรับพลังงานจากวงจรโรเตอร์และส่งพลังงานความถี่สลิปที่ปกติจะสูญเปล่ากลับคืนสู่ระบบไฟฟ้าผ่านอินเวอร์เตอร์หรือมอเตอร์เจนเนอเรเตอร์แยกต่างหากได้

มอเตอร์ WRIM ใช้เป็นหลักในการสตาร์ทโหลดที่มีแรงเฉื่อยสูง หรือโหลดที่ต้องการแรงบิดเริ่มต้นสูงตลอดช่วงความเร็วทั้งหมด โดยการเลือกตัวต้านทานที่ใช้ในวงจรต้านทานรองหรือวงจรสตาร์ทเตอร์แบบวงแหวนลื่นอย่างถูกต้อง มอเตอร์จะสามารถสร้างแรงบิดสูงสุดได้ที่กระแสไฟเลี้ยงค่อนข้างต่ำ ตั้งแต่ความเร็วศูนย์จนถึงความเร็วสูงสุด

ความเร็วของมอเตอร์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ เนื่องจากเส้นโค้งแรงบิดของมอเตอร์ถูกปรับเปลี่ยนอย่างมีประสิทธิภาพโดยปริมาณความต้านทานที่เชื่อมต่อกับวงจรโรเตอร์ การเพิ่มความต้านทานจะทำให้ความเร็วที่แรงบิดสูงสุดลดลง หากเพิ่มความต้านทานเกินจุดที่แรงบิดสูงสุดเกิดขึ้นที่ความเร็วศูนย์ แรงบิดจะลดลงอีก

เมื่อใช้กับโหลดที่มีกราฟแรงบิดเพิ่มขึ้นตามความเร็ว มอเตอร์จะทำงานที่ความเร็วซึ่งแรงบิดที่มอเตอร์สร้างขึ้นเท่ากับแรงบิดของโหลด การลดโหลดจะทำให้มอเตอร์หมุนเร็วขึ้น ในขณะที่การเพิ่มโหลดจะทำให้มอเตอร์หมุนช้าลงจนกระทั่งแรงบิดของโหลดและมอเตอร์เท่ากันอีกครั้ง การทำงานในลักษณะนี้ การสูญเสียจากการลื่นไถลจะถูกกระจายไปในตัวต้านทานทุติยภูมิและอาจมีนัยสำคัญ การควบคุมความเร็วและประสิทธิภาพโดยรวมจึงไม่ดี

มอเตอร์แรงบิดสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องแม้ในขณะที่หยุดนิ่ง กล่าวคือ ในขณะที่โรเตอร์ถูกล็อกไม่ให้หมุน โดยไม่เกิดความเสียหายใดๆ ในโหมดการทำงานนี้ มอเตอร์จะส่งแรงบิดคงที่ไปยังโหลด

การใช้งานทั่วไปอย่างหนึ่งคือมอเตอร์สำหรับจ่ายและรับเทปในไดรฟ์เทป ในการใช้งานนี้ มอเตอร์เหล่านี้ทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าต่ำ และคุณสมบัติของมอเตอร์เหล่านี้จะสร้างแรงดึงเบาๆ ที่คงที่ให้กับเทป ไม่ว่าลูกกลิ้งจะกำลังป้อนเทปผ่านหัวอ่านหรือไม่ก็ตาม หากใช้แรงดันไฟฟ้าสูงกว่า (ให้แรงบิดสูงกว่า) มอเตอร์แรงบิดจะสามารถทำการกรอไปข้างหน้าและกรอถอยหลังได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องใช้กลไกเพิ่มเติม เช่น เฟืองหรือคลัตช์ ในโลกของเกมคอมพิวเตอร์ มอเตอร์แรงบิดถูกใช้ในพวงมาลัยเกมที่มีระบบตอบสนองแรง (force feedback)

อีกหนึ่งการใช้งานที่พบได้ทั่วไปคือการควบคุมลิ้นปีกผีเสื้อของเครื่องยนต์สันดาปภายในด้วยตัวควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ มอเตอร์ทำงานต้านกับสปริงเพื่อขยับลิ้นปีกผีเสื้อตามสัญญาณเอาต์พุตของตัวควบคุม ตัวควบคุมจะตรวจสอบความเร็วของเครื่องยนต์โดยการนับพัลส์ไฟฟ้าจากระบบจุดระเบิดหรือจากตัวรับสัญญาณแม่เหล็ก และขึ้นอยู่กับความเร็ว ตัวควบคุมจะปรับปริมาณกระแสไฟฟ้าเล็กน้อย หากเครื่องยนต์ช้าลงเมื่อเทียบกับความเร็วที่ต้องการ กระแสไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น ทำให้เกิดแรงบิดมากขึ้น ดึงสปริงกลับและเปิดลิ้นปีกผีเสื้อ หากเครื่องยนต์ทำงานเร็วเกินไป ตัวควบคุมจะลดกระแสไฟฟ้า ทำให้สปริงดึงกลับและลดลิ้นปีกผีเสื้อลง

มอเตอร์ไฟฟ้าแบบซิงโครนัสเป็นมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ประกอบด้วยโรเตอร์ที่หมุนด้วยขดลวดผ่านแม่เหล็กด้วยความถี่เดียวกับกระแสสลับและสร้างสนามแม่เหล็กเพื่อขับเคลื่อน ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ มอเตอร์ชนิดนี้จะไม่มีการลื่นไถล ในทางตรงกันข้าม มอเตอร์เหนี่ยวนำจะต้องมีการลื่นไถลเพื่อสร้างแรงบิด มอเตอร์ซิงโครนัสชนิดหนึ่งคล้ายกับมอเตอร์เหนี่ยวนำ ยกเว้นว่าโรเตอร์ถูกกระตุ้นด้วยสนามไฟฟ้ากระแสตรง วงแหวนลื่นไถลและแปรงถ่านนำกระแสไฟฟ้าไปยังโรเตอร์ ขั้วของโรเตอร์เชื่อมต่อกันและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน มอเตอร์อีกชนิดหนึ่ง สำหรับแรงบิดที่โหลดต่ำ จะมีการเจียรผิวเรียบลงบนโรเตอร์แบบกรงกระรอกทั่วไปเพื่อสร้างขั้วแยก และอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งผลิตโดยแฮมมอนด์สำหรับนาฬิกาก่อนสงครามโลกครั้งที่สอง และในออร์แกนแฮมมอนด์ รุ่นเก่า ไม่มีขดลวดโรเตอร์และมีขั้วแยก มอเตอร์ชนิดนี้ไม่สามารถสตาร์ทเองได้ นาฬิกาต้องสตาร์ทด้วยตนเองโดยใช้ปุ่มเล็กๆ ที่ด้านหลัง ในขณะที่ออร์แกนแฮมมอนด์รุ่นเก่ามีมอเตอร์สตาร์ทเสริมที่เชื่อมต่อด้วยสวิตช์แบบสปริงที่ใช้งานด้วยมือ

มอเตอร์ซิงโครนัสแบบฮิสเทอรีซิสโดยทั่วไปแล้วเป็นมอเตอร์สองเฟส (โดยพื้นฐานแล้ว) ที่มีตัวเก็บประจุเปลี่ยนเฟสสำหรับเฟสหนึ่ง มันเริ่มต้นทำงานเหมือนมอเตอร์เหนี่ยวนำ แต่เมื่ออัตราการลื่นไถลลดลงมากพอ โรเตอร์ (ทรงกระบอกเรียบ) จะกลายเป็นแม่เหล็กชั่วคราว ขั้วแม่เหล็กที่กระจายอยู่ทำให้มันทำงานเหมือนมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร วัสดุของโรเตอร์ เช่นเดียวกับตะปูทั่วไป จะยังคงเป็นแม่เหล็กอยู่ แต่สามารถลดอำนาจแม่เหล็กได้โดยไม่ยาก เมื่อทำงานแล้ว ขั้วของโรเตอร์จะอยู่กับที่ ไม่เคลื่อนที่

มอเตอร์ซิงโครนัสกำลังต่ำ (เช่น มอเตอร์สำหรับนาฬิกาไฟฟ้าแบบดั้งเดิม) อาจมีโรเตอร์แบบถ้วยภายนอกแม่เหล็กถาวรหลายขั้ว และใช้ขดลวดบังเงาเพื่อสร้างแรงบิดเริ่มต้น มอเตอร์นาฬิกา Telechronมีขั้วบังเงาสำหรับแรงบิดเริ่มต้น และโรเตอร์แบบวงแหวนสองก้านที่ทำงานเหมือนโรเตอร์สองขั้วแบบแยกส่วน

มอเตอร์ไฟฟ้าแบบป้อนกระแสสองทางมีชุดขดลวดหลายเฟสอิสระสองชุด ซึ่งให้กำลังไฟฟ้า (เช่น กำลังทำงาน) ในกระบวนการแปลงพลังงาน โดยอย่างน้อยหนึ่งชุดขดลวดจะถูกควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อการทำงานที่ความเร็วแปรผันได้ ชุดขดลวดหลายเฟสอิสระสองชุด (เช่น อาร์มาเจอร์คู่) เป็นจำนวนสูงสุดที่ให้มาในแพ็คเกจเดียวโดยไม่ต้องทำซ้ำโครงสร้าง มอเตอร์ไฟฟ้าแบบป้อนกระแสสองทางมีช่วงความเร็วแรงบิดคงที่ที่มีประสิทธิภาพเป็นสองเท่าของความเร็วซิงโครนัสสำหรับความถี่การกระตุ้นที่กำหนด ซึ่งเป็นสองเท่าของช่วงความเร็วแรงบิดคงที่ของมอเตอร์ไฟฟ้าแบบป้อนกระแสทางเดียวซึ่งมีเพียงชุดขดลวดทำงานชุดเดียว

มอเตอร์ที่ป้อนกระแสสองทางช่วยให้สามารถใช้ตัวแปลงอิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็กกว่าได้ แต่ต้นทุนของขดลวดโรเตอร์และวงแหวนสลิปอาจหักล้างการประหยัดในส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์กำลังได้ ความยากลำบากส่งผลต่อการควบคุมความเร็วใกล้ขีดจำกัดความเร็วซิงโครนัสในแอปพลิเคชัน^{[ 80 ]}

มอเตอร์ DC แบบไร้แกนหรือไร้เหล็กเป็นมอเตอร์ DC แม่เหล็กถาวรแบบพิเศษ^{[ 75 ]} โรเตอร์ได้ รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการเร่งความเร็ว อย่างรวดเร็ว โดยสร้างขึ้นโดยไม่มีแกนเหล็ก โรเตอร์อาจอยู่ในรูปทรงกระบอกที่เต็มไปด้วยขดลวด หรือโครงสร้างที่รองรับตัวเองซึ่งประกอบด้วยลวดและวัสดุเชื่อมต่อเท่านั้น โรเตอร์สามารถพอดีอยู่ภายในแม่เหล็กสเตเตอร์ได้ โดยมีทรงกระบอกที่อ่อนตัวทางแม่เหล็กอยู่ภายในโรเตอร์เป็นเส้นทางส่งกลับสำหรับฟลักซ์แม่เหล็กของสเตเตอร์ การจัดเรียงแบบที่สองมีตะกร้าขดลวดโรเตอร์ล้อมรอบแม่เหล็กสเตเตอร์ ในการออกแบบนั้น โรเตอร์จะพอดีอยู่ภายในทรงกระบอกที่อ่อนตัวทางแม่เหล็กซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นตัวเรือนมอเตอร์ และเป็นเส้นทางส่งกลับสำหรับฟลักซ์

เนื่องจากโรเตอร์มีมวลน้อยกว่าโรเตอร์ทั่วไปมาก จึงสามารถเร่งความเร็วได้เร็วกว่ามาก โดยมักจะได้ค่าคงที่เวลา เชิงกล ต่ำกว่าหนึ่งมิลลิวินาที โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากใช้ขดลวดอะลูมิเนียมแทนทองแดง (ซึ่งหนักกว่า) โรเตอร์ไม่มีมวลโลหะที่จะทำหน้าที่เป็นตัวระบายความร้อน แม้แต่มอเตอร์ขนาดเล็กก็ต้องมีการระบายความร้อน ความร้อนสูงเกินไปอาจเป็นปัญหาสำหรับมอเตอร์แบบนี้

การสั่นเตือนของโทรศัพท์มือถือสามารถสร้างขึ้นได้จากมอเตอร์แม่เหล็กถาวรทรงกระบอก หรือแบบแผ่นกลมที่มีแม่เหล็กสนามแบบหลายขั้วบางๆ และโครงสร้างโรเตอร์พลาสติกขึ้นรูปที่ไม่สมดุลโดยเจตนา พร้อมขดลวดไร้แกนสองขดที่ยึดติดกัน แปรงโลหะและตัวสลับกระแสแบบแบนจะจ่ายไฟให้กับขดลวดโรเตอร์

ตัวขับเคลื่อนแบบจำกัดระยะการเคลื่อนที่ที่เกี่ยวข้องนั้นไม่มีแกนกลางและมีขดลวดที่ยึดติดอยู่ระหว่างขั้วของแม่เหล็กถาวรบางที่มีฟลักซ์สูง เหล่านี้คือตัวกำหนดตำแหน่งหัวอ่านที่รวดเร็วสำหรับไดรฟ์ฮาร์ดดิสก์ แม้ว่าการออกแบบในปัจจุบันจะแตกต่างจากลำโพงอย่างมาก แต่ก็ยังคงถูกเรียกอย่างไม่ถูกต้องว่าเป็นโครงสร้าง "วอยซ์คอยล์" เนื่องจากหัวอ่านของไดรฟ์ฮาร์ดดิสก์รุ่นก่อนๆ บางรุ่นเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง และมีโครงสร้างการขับเคลื่อนคล้ายกับลำโพงมาก

มอเตอร์แบบอาร์มาเจอร์พิมพ์หรือมอเตอร์แพนเค้กมีขดลวดรูปทรงเป็นแผ่นกลมวิ่งระหว่างแถวของแม่เหล็กที่มีฟลักซ์สูง แม่เหล็กถูกจัดเรียงเป็นวงกลมหันหน้าเข้าหาโรเตอร์โดยมีระยะห่างเพื่อสร้างช่องว่างอากาศตามแนวแกน^{[ 81 ]}การออกแบบนี้เป็นที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อมอเตอร์แพนเค้กเนื่องจากมีลักษณะแบนราบ

แกนหมุน (ซึ่งเดิมทีขึ้นรูปบนแผ่นวงจรพิมพ์) ทำจากแผ่นทองแดงเจาะรูที่นำมาประกบกันโดยใช้คอมโพสิตขั้นสูงเพื่อสร้างเป็นแผ่นดิสก์บางและแข็งแรง แกนหมุนนี้ไม่มีตัวสับเปลี่ยนวงแหวนแยกต่างหาก แปรงถ่านเคลื่อนที่โดยตรงบนพื้นผิวของแกนหมุน ทำให้การออกแบบโดยรวมมีขนาดกะทัดรัด

อีกทางเลือกหนึ่งคือการใช้ลวดทองแดงพันเป็นแผ่นเรียบโดยมีคอมมิวเทเตอร์แบบดั้งเดิมอยู่ตรงกลาง ในรูปทรงคล้ายดอกไม้และกลีบดอก โดยทั่วไปแล้วขดลวดจะถูกยึดให้มั่นคงด้วยระบบอีพ็อกซี่สำหรับงานไฟฟ้า อีพ็อกซี่เหล่านี้เป็นอีพ็อกซี่ที่มีส่วนผสม มีความหนืดปานกลาง และมีระยะเวลาการแข็งตัวนาน มีคุณสมบัติเด่นคือการหดตัวต่ำและความร้อนที่เกิดขึ้นต่ำ และโดยทั่วไปได้รับการรับรองตามมาตรฐาน UL 1446 ว่าเป็นสารหุ้มฉนวนที่ทนอุณหภูมิ 180 °C (356 °F) ระดับ Class H

ข้อได้เปรียบที่โดดเด่นของมอเตอร์กระแสตรงแบบไร้แกนเหล็กคือไม่มีปัญหาการกระตุก (การเปลี่ยนแปลงแรงบิดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงแรงดึงดูดระหว่างเหล็กและแม่เหล็ก) กระแสไหลวนที่ไม่พึงประสงค์จะไม่เกิดขึ้นในโรเตอร์เนื่องจากไม่มีแกนเหล็กเลย แม้ว่าโรเตอร์เหล็กจะเป็นแบบลามิเนตก็ตาม สิ่งนี้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมาก แต่ตัวควบคุมความเร็วแบบแปรผันต้องใช้ความถี่สวิตช์ที่สูงขึ้น (>40 kHz) หรือ ใช้ กระแสตรงเนื่องจากความเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ลดลง

มอเตอร์เหล่านี้ถูกคิดค้นขึ้นเพื่อขับเคลื่อนแกนหมุนของไดรฟ์เทปแม่เหล็ก ซึ่งเวลาในการเร่งความเร็วถึงระดับใช้งานและระยะหยุดที่สั้นที่สุดเป็นสิ่งสำคัญ มอเตอร์แบบแพนเค้กถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบควบคุมเซอร์โวประสิทธิภาพสูง ระบบหุ่นยนต์ ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม และอุปกรณ์ทางการแพทย์ เนื่องจากมีโครงสร้างที่หลากหลายให้เลือกใช้ในปัจจุบัน เทคโนโลยีนี้จึงถูกนำไปใช้ในงานต่างๆ ตั้งแต่การใช้งานในอุณหภูมิสูงทางทหารไปจนถึงปั๊มราคาประหยัดและเซอร์โวพื้นฐาน

แนวทางอื่น (Magnax) คือการใช้สเตเตอร์เดี่ยวที่ประกบอยู่ระหว่างโรเตอร์สองตัว การออกแบบดังกล่าวให้กำลังสูงสุด 15 kW/kg และกำลังต่อเนื่องประมาณ 7.5 kW/kg มอเตอร์ฟลักซ์แกนแบบไม่มีแอกนี้มีเส้นทางฟลักซ์ที่สั้นกว่า ทำให้แม่เหล็กอยู่ห่างจากแกนมากขึ้น การออกแบบนี้ช่วยให้ไม่มีขดลวดที่ยื่นออกมา ขดลวดทั้งหมด 100 เปอร์เซ็นต์ทำงานอยู่ ซึ่งได้รับการปรับปรุงด้วยการใช้ลวดทองแดงที่มีหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า มอเตอร์สามารถวางซ้อนกันเพื่อทำงานแบบขนานได้ ความไม่เสถียรจะลดลงเหลือน้อยที่สุดโดยการทำให้แน่ใจว่าแผ่นโรเตอร์ทั้งสองแผ่นออกแรงเท่ากันและตรงข้ามกันบนแผ่นสเตเตอร์ โรเตอร์เชื่อมต่อกันโดยตรงผ่านวงแหวนเพลา ทำให้แรงแม่เหล็กหักล้างกัน^{[ 82 ]}

มอเตอร์ฟลักซ์ขวาง (TFM) เป็นมอเตอร์ประเภทหนึ่งที่มีลักษณะเฉพาะคือเส้นทางฟลักซ์แม่เหล็กตั้งฉากกับแกนหมุน เส้นทางฟลักซ์ไม่ได้เป็นแนวแกนหรือแนวรัศมีโดยสมบูรณ์ แต่จะเดินทางผ่านแกนแม่เหล็กรูปตัว U ที่ประกอบเป็นสเตเตอร์ มอเตอร์ฟลักซ์ขวางมีขดลวดเพียงขดเดียวสำหรับแต่ละเฟสซึ่งพันรอบสเตเตอร์ในแนวเส้นรอบวง การจัดเรียงขดลวดแบบนี้ทำให้จำนวนขั้วของเครื่องจักรแยกออกจากขนาดของขดลวด ส่งผลให้มีความหนาแน่นของแรงบิดและจำนวนขั้วสูง มอเตอร์ฟลักซ์ขวางมีปัญหาเรื่องการกระตุกและแรงบิดกระเพื่อม และมีความซับซ้อนและมีราคาแพงในการออกแบบและการผลิต ปัจจัยเหล่านี้ส่งผลให้มอเตอร์ประเภทนี้มีบทบาทเฉพาะในวงการมอเตอร์ไฟฟ้า^{[ 83 ]}

เซอร์โวมอเตอร์เป็นมอเตอร์ที่ใช้ในระบบควบคุมตำแหน่งหรือระบบควบคุมความเร็วแบบป้อนกลับ เซอร์โวมอเตอร์ถูกนำไปใช้ในงานต่างๆ เช่น เครื่องมือกล เครื่องพล็อตเตอร์ปากกา และระบบกระบวนการอื่นๆ มอเตอร์ที่ใช้ในเซอร์โวกลไกต้องมีลักษณะที่คาดการณ์ได้สำหรับความเร็ว แรงบิด และกำลัง เส้นโค้งความเร็ว/แรงบิดมีความสำคัญและมีอัตราส่วนสูงสำหรับเซอร์โวมอเตอร์ ลักษณะการตอบสนองแบบไดนามิก เช่น ค่าความเหนี่ยวนำของขดลวดและความเฉื่อยของโรเตอร์มีความสำคัญ ปัจจัยเหล่านี้จำกัดประสิทธิภาพ วงจรเซอร์โวขนาดใหญ่ มีกำลังสูง แต่ตอบสนองช้า อาจใช้มอเตอร์ AC หรือ DC แบบดั้งเดิมและระบบขับเคลื่อนที่มีการป้อนกลับตำแหน่งหรือความเร็ว เมื่อความต้องการการตอบสนองแบบไดนามิกเพิ่มขึ้น จะมีการใช้การออกแบบมอเตอร์ที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้น เช่น มอเตอร์ไร้แกน ความหนาแน่นของกำลังและลักษณะการเร่งความเร็วที่เหนือกว่าของมอเตอร์ AC มักจะทำให้มอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร BLDC มอเตอร์เหนี่ยวนำ และ SRM เป็นที่นิยม^{[ 81 ]}

ระบบเซอร์โวแตกต่างจากการใช้งานมอเตอร์สเต็ปเปอร์บางประเภทตรงที่การป้อนกลับตำแหน่งจะต่อเนื่องในขณะที่มอเตอร์กำลังทำงาน ระบบสเต็ปเปอร์โดยธรรมชาติแล้วทำงานแบบวงเปิด โดยอาศัยมอเตอร์ไม่ให้ "พลาดขั้นตอน" เพื่อความแม่นยำในระยะสั้น โดยไม่มีข้อมูลป้อนกลับใดๆ เช่น สวิตช์ "โฮม" หรือตัวเข้ารหัสตำแหน่งภายนอกระบบมอเตอร์^{[ 84 ]}

มอเตอร์สเต็ปเปอร์มักใช้เพื่อให้การหมุนที่แม่นยำ โรเตอร์ภายในที่มีแม่เหล็กถาวรหรือโรเตอร์แม่เหล็กอ่อนที่มีขั้วนูนจะถูกควบคุมโดยชุดแม่เหล็กภายนอกที่ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ มอเตอร์สเต็ปเปอร์อาจเปรียบได้กับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงและโซลินอยด์แบบหมุน เมื่อขดลวดแต่ละขดได้รับพลังงานทีละขด โรเตอร์จะปรับตำแหน่งตัวเองให้ตรงกับสนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดสนามแม่เหล็กที่ได้รับพลังงาน ต่างจากมอเตอร์ซิงโครนัส มอเตอร์สเต็ปเปอร์อาจไม่หมุนอย่างต่อเนื่อง แต่จะเคลื่อนที่ทีละขั้น—เริ่มและหยุด—เคลื่อนจากตำแหน่งหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งเมื่อขดลวดสนามแม่เหล็กได้รับพลังงานและตัดพลังงานตามลำดับ ขึ้นอยู่กับลำดับ โรเตอร์อาจหมุนไปข้างหน้าหรือข้างหลัง และอาจเปลี่ยนทิศทาง หยุด เร่งความเร็ว หรือลดความเร็วได้ตลอดเวลา

วงจรขับมอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบธรรมดาจะจ่ายไฟหรือตัดไฟขดลวดสนามแม่เหล็กทั้งหมด ทำให้โรเตอร์ "ขยับ" ไปยังตำแหน่งจำกัดจำนวนหนึ่ง ส่วน วงจรขับ แบบไมโครสเต็ปสามารถควบคุมกำลังไฟที่จ่ายให้กับขดลวดสนามแม่เหล็กได้อย่างเป็นสัดส่วน ทำให้โรเตอร์สามารถเคลื่อนที่ระหว่างจุดขยับและหมุนได้อย่างราบรื่น มอเตอร์สเต็ปเปอร์ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์เป็นหนึ่งในระบบกำหนดตำแหน่งที่ใช้งานได้หลากหลายที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฐานะส่วนหนึ่งของระบบ ควบคุมเซอร์โว ดิจิทัล

มอเตอร์สเต็ปเปอร์สามารถหมุนไปยังมุมที่กำหนดได้อย่างง่ายดายทีละขั้น ดังนั้นจึงมีการใช้มอเตอร์สเต็ปเปอร์ในการกำหนดตำแหน่งหัวอ่าน/เขียนในฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ รุ่นแรกๆ เนื่องจากความแม่นยำและความเร็วที่มอเตอร์เหล่านี้มีนั้นสามารถกำหนดตำแหน่งหัวอ่าน/เขียนได้อย่างถูกต้อง เมื่อความหนาแน่นของไดรฟ์เพิ่มขึ้น ข้อจำกัดด้านความแม่นยำและความเร็วทำให้มอเตอร์สเต็ปเปอร์ล้าสมัยสำหรับฮาร์ดไดรฟ์—ข้อจำกัดด้านความแม่นยำทำให้ใช้งานไม่ได้ และข้อจำกัดด้านความเร็วทำให้ไม่สามารถแข่งขันได้—ดังนั้นฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์รุ่นใหม่จึงใช้ระบบขับเคลื่อนหัวอ่าน/เขียนแบบวอยซ์คอยล์ (คำว่า "วอยซ์คอยล์" ในที่นี้เป็นคำที่ใช้ในอดีต หมายถึงโครงสร้างในลำโพง แบบกรวย )

มอเตอร์สเต็ปเปอร์มักใช้ในเครื่องพิมพ์คอมพิวเตอร์ เครื่องสแกนแบบออปติคอล และเครื่องถ่ายเอกสารดิจิทัล เพื่อเคลื่อนย้ายส่วนประกอบที่ทำงานอยู่ เช่น หัวพิมพ์ ( สำหรับเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ท ) และ แผ่นรอง พิมพ์หรือลูกกลิ้งป้อนกระดาษ

นาฬิกาข้อมือแบบอนาล็อกควอตซ์ที่เรียกกันทั่วไปนั้นใช้มอเตอร์สเต็ปเปอร์ขนาดเล็กที่สุด มีขดลวดเพียงหนึ่งขด ใช้พลังงานน้อย และมีโรเตอร์เป็นแม่เหล็กถาวร มอเตอร์ชนิดเดียวกันนี้ยังใช้ขับเคลื่อนนาฬิกาควอตซ์ที่ใช้แบตเตอรี่ด้วย นาฬิกาบางประเภท เช่น นาฬิกาโครโนกราฟอาจมีมอเตอร์สเต็ปเปอร์มากกว่าหนึ่งตัว

มอเตอร์สเต็ปเปอร์และ SRM มีการออกแบบที่คล้ายคลึงกันกับมอเตอร์ซิงโครนัส AC สามเฟส และจัดเป็นประเภทมอเตอร์ความต้านทานแปรผัน^{[ 85 ]}

มอเตอร์เชิงเส้นโดยพื้นฐานแล้วคือมอเตอร์ไฟฟ้าใดๆ ที่ถูก "คลี่ออก" เพื่อให้แทนที่จะสร้างแรงบิด (การหมุน) มันจะสร้างแรงเป็นเส้นตรงตามความยาวของมัน

มอเตอร์เชิงเส้นส่วนใหญ่เป็นมอเตอร์เหนี่ยวนำหรือมอเตอร์สเต็ปเปอร์ มอเตอร์เชิงเส้นมักพบในรถไฟเหาะตีลังกา ซึ่งการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วของรถรางที่ไม่มีมอเตอร์จะถูกควบคุมโดยราง นอกจากนี้ยังใช้ในรถไฟแม่เหล็กซึ่งรถไฟ "บิน" เหนือพื้นดิน ในระดับที่เล็กกว่านั้น เครื่องพล็อตเตอร์ปากกา HP 7225A ในยุคปี 1978 ใช้มอเตอร์สเต็ปเปอร์เชิงเส้นสองตัวเพื่อเคลื่อนปากกาไปตามแกน X และ Y ^{[ 86 ]}

มอเตอร์ไฟฟ้าสถิตทำงานโดยอาศัยแรงดึงดูดและแรงผลักของประจุไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้ว มอเตอร์ไฟฟ้าสถิตจะเป็นคู่ตรงข้ามของมอเตอร์แบบขดลวดทั่วไป โดยปกติแล้ว มอเตอร์ไฟฟ้าสถิตต้องการแหล่งจ่ายไฟแรงดันสูง แม้ว่ามอเตอร์ขนาดเล็กจะใช้แรงดันต่ำกว่าก็ตาม ในขณะที่มอเตอร์ไฟฟ้าทั่วไปใช้แรงดึงดูดและแรงผลักของแม่เหล็ก และต้องการกระแสสูงที่แรงดันต่ำ เบนจามิน แฟรงคลินและแอนดรูว์ กอร์ดอนได้พัฒนามอเตอร์ไฟฟ้าสถิตขึ้นเป็นครั้งแรกในช่วงทศวรรษ 1750 มอเตอร์ไฟฟ้าสถิตถูกนำไปใช้บ่อยในระบบไมโครอิเล็กโทรเมคานิกส์ ( MEMS ) ซึ่งแรงดันขับเคลื่อนต่ำกว่า 100 โวลต์ และแผ่นประจุที่เคลื่อนที่ได้นั้นผลิตได้ง่ายกว่าขดลวดและแกนเหล็กมาก เครื่องจักรระดับโมเลกุลที่ทำงานในเซลล์สิ่งมีชีวิตมักใช้มอเตอร์ไฟฟ้าสถิตแบบเชิงเส้นและแบบหมุนเป็นพื้นฐาน

มอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกหรือมอเตอร์เพียโซเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่ใช้หลักการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกเมื่อ มีการใช้ สนามไฟฟ้ามอเตอร์เพียโซอิเล็กทริกใช้ปรากฏการณ์เพียโซอิเล็กทริกผกผัน โดยวัสดุจะสร้างการสั่นสะเทือนแบบอะคูสติกหรืออัลตราโซนิกเพื่อสร้างการเคลื่อนที่เชิงเส้นหรือการหมุน^{[ 87 ]}ในกลไกหนึ่ง การยืดตัวในระนาบเดียวจะถูกนำมาใช้เพื่อสร้างการยืดและการคงตำแหน่งเป็นชุดๆ คล้ายกับวิธีที่หนอนผีเสื้อเคลื่อนที่^{[ 88 ]}

ระบบขับเคลื่อนยานอวกาศที่ใช้พลังงานไฟฟ้าใช้เทคโนโลยีมอเตอร์ไฟฟ้าในการขับเคลื่อนยานอวกาศในอวกาศ ระบบส่วนใหญ่ใช้หลักการเร่งความเร็วเชื้อเพลิงด้วยไฟฟ้าให้สูง ในขณะที่บางระบบใช้หลักการขับเคลื่อน ด้วย สายเคเบิลไฟฟ้า ไปยัง แมกนีโตสเฟียร์^{[ 89 ]}

มอเตอร์ไฟฟ้าแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลโดยอาศัยแรงระหว่างสนามแม่เหล็กสองสนามที่มีทิศทางตรงข้ามกัน อย่างน้อยหนึ่งในสองสนามแม่เหล็กนั้นจะต้องถูกสร้างขึ้นโดยแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสไฟฟ้า

แรงระหว่างกระแสไฟฟ้าในตัวนำที่มีความยาวตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กสามารถคำนวณได้โดยใช้กฎแรงของลอเรนซ์ : ${\displaystyle I}$${\displaystyle \ell }$${\displaystyle \mathbf {B} }$

${\displaystyle \mathbf {F} =I\ell \times \mathbf {B} }$

หมายเหตุ: X แทนผลคูณ เวก เตอร์ แบบไขว้

แนวทางทั่วไปที่สุดในการคำนวณแรงในมอเตอร์ใช้สัญกรณ์เทนเซอร์^{[ 100 ]}

กำลังไฟฟ้าขาออกของมอเตอร์ไฟฟ้าคำนวณได้จากสูตร โดยที่: $${\displaystyle P_{\text{em}}=T\omega =Fv}$$

• ${\displaystyle \omega }$ความเร็วเชิงมุมของเพลา[เรเดียนต่อวินาที]
• ${\displaystyle T}$: แรงบิด [นิวตันเมตร]
• ${\displaystyle F}$แรง [นิวตัน]
• ${\displaystyle v}$: ความเร็ว [เมตรต่อวินาที]

ในหน่วยอิมพีเรียลกำลังส่งเชิงกลของมอเตอร์จะกำหนดโดย^{[ 101 ]}

${\displaystyle P_{\text{em}}={\frac {\omega _{\text{rpm}}T}{5252}}}$(แรงม้า)

ที่ไหน:

• ${\displaystyle \omega _{\text{rpm}}}$ความเร็วเชิงมุมของเพลา [ รอบต่อนาที ]
• ${\displaystyle T}$: แรงบิด [ฟุต-ปอนด์]

ในมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสหรือมอเตอร์เหนี่ยวนำ ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วของมอเตอร์และกำลังไฟฟ้าในช่องว่างอากาศแสดงได้ดังนี้:

${\displaystyle P_{\text{airgap}}={\frac {R_{r}}{s}}I_{r}^{2}}$, ที่ไหน

R _r – ความต้านทานของโรเตอร์

I _r ² – กำลังสองของกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำในโรเตอร์

s – ค่าสลิปของมอเตอร์ กล่าวคือ ความแตกต่างระหว่างความเร็วซิงโครนัสและความเร็วสลิป ซึ่งเป็นค่าที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ที่จำเป็นสำหรับการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าในโรเตอร์

การเคลื่อนที่ของขดลวดอาร์มาเจอร์ของมอเตอร์กระแสตรงหรือมอเตอร์อเนกประสงค์ผ่านสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าขึ้น แรงดันไฟฟ้านี้มีแนวโน้มที่จะต้านแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์ จึงเรียกว่า " แรงเคลื่อนไฟฟ้าต้านกลับ (EMF) " แรงดันไฟฟ้านี้เป็นสัดส่วนกับความเร็วในการทำงานของมอเตอร์ แรงเคลื่อนไฟฟ้าต้านกลับของมอเตอร์ บวกกับแรงดันตกคร่อมความต้านทานภายในของขดลวดและแปรงถ่าน ต้องเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่แปรงถ่าน นี่เป็นกลไกพื้นฐานของการควบคุมความเร็วในมอเตอร์กระแสตรง หากภาระทางกลเพิ่มขึ้น มอเตอร์จะช้าลง ส่งผลให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าต้านกลับลดลง และมีการดึงกระแสไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายมากขึ้น กระแสไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นนี้จะให้แรงบิดเพิ่มเติมเพื่อรักษาสมดุลของภาระ^{[ 102 ]}

ในเครื่องจักร AC บางครั้งการพิจารณาแหล่งกำเนิด EMF ย้อนกลับภายในเครื่องจักรก็มีประโยชน์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการควบคุมความเร็วของมอเตอร์เหนี่ยวนำบน VFD อย่างใกล้ชิด^{[ 102 ]}

การสูญเสียพลังงานในมอเตอร์ส่วนใหญ่เกิดจากการสูญเสียความต้านทานในขดลวด การสูญเสียในแกน และการสูญเสียทางกลในแบริ่ง รวมถึงการสูญเสียจากแรงต้านอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่มีพัดลมระบายความร้อน

การสูญเสียยังเกิดขึ้นในกระบวนการสลับกระแสไฟฟ้าด้วย โดยตัวสลับกระแสไฟฟ้าแบบกลไกจะเกิดประกายไฟ และตัวสลับกระแสไฟฟ้าแบบอิเล็กทรอนิกส์จะทำให้เกิดความร้อนขึ้น

ในการคำนวณประสิทธิภาพของมอเตอร์ จะนำกำลังเอาต์พุตเชิงกลมาหารด้วยกำลังอินพุตทางไฟฟ้า:

${\displaystyle \eta ={\frac {P_{\text{m}}}{P_{\text{e}}}}}$,

โดยที่คือประสิทธิภาพการแปลงพลังงานคือกำลังไฟฟ้าขาเข้า และคือกำลังเชิงกลขาออก: ${\displaystyle \eta }$${\displaystyle P_{\text{e}}}$${\displaystyle P_{\text{m}}}$

${\displaystyle P_{\text{e}}=IV}$

${\displaystyle P_{\text{m}}=T\omega }$

โดยที่คือแรงดันไฟฟ้าขาเข้าคือกระแสไฟฟ้าขาเข้าคือแรงบิดขาออก และคือความเร็วเชิงมุมขาออก สามารถหาจุดที่มีประสิทธิภาพสูงสุดได้โดยวิธีการวิเคราะห์ โดยทั่วไปแล้วจะอยู่ที่ค่าต่ำกว่าครึ่งหนึ่งของแรงบิดขณะหยุดนิ่ง ${\displaystyle V}$${\displaystyle I}$${\displaystyle T}$${\displaystyle \omega }$

หน่วยงานกำกับดูแลระดับชาติหลายแห่งได้ออกกฎหมายเพื่อส่งเสริมการผลิตและการใช้มอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น มอเตอร์ไฟฟ้ามีประสิทธิภาพตั้งแต่ประมาณ 15%-20% สำหรับมอเตอร์ขั้วเงา ไปจนถึง 98% สำหรับมอเตอร์แม่เหล็กถาวร^{[ 103 ] [ 104 ] [ 105 ]}โดยประสิทธิภาพยังขึ้นอยู่กับภาระด้วย ประสิทธิภาพสูงสุดมักอยู่ที่ 75% ของภาระที่กำหนด ดังนั้น (เช่น) มอเตอร์ 10 แรงม้าจะมีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อขับเคลื่อนภาระที่ต้องการ 7.5 แรงม้า^{[ 106 ]}ประสิทธิภาพยังขึ้นอยู่กับขนาดของมอเตอร์ด้วย มอเตอร์ขนาดใหญ่มีแนวโน้มที่จะมีประสิทธิภาพมากกว่า^{[ 107 ]}มอเตอร์บางชนิดไม่สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องนานกว่าระยะเวลาที่กำหนด (เช่น นานกว่าหนึ่งชั่วโมงต่อรอบ) ^{[ 108 ]}

Eric Laithwaite ^{[ 109 ]}เสนอตัวชี้วัดเพื่อกำหนด 'คุณภาพ' ของมอเตอร์ไฟฟ้า: ^{[ 110 ]}

${\displaystyle G={\frac {\omega }{{\text{resistance}}\times {\text{reluctance}}}}={\frac {\omega \mu \sigma A_{\text{m}}A_{\text{e}}}{l_{\text{m}}l_{\text{e}}}}}$

ที่ไหน:

${\displaystyle G}$คือค่าความดี (ค่าที่มากกว่า 1 มีแนวโน้มที่จะมีประสิทธิภาพ)

${\displaystyle A_{\text{m}},A_{\text{e}}}$คือพื้นที่หน้าตัดของวงจรแม่เหล็กและวงจรไฟฟ้า

${\displaystyle l_{\text{m}},l_{\text{e}}}$คือความยาวของวงจรแม่เหล็กและวงจรไฟฟ้า

${\displaystyle \mu }$คือค่าการซึมผ่านของแกนกลาง

${\displaystyle \omega }$คือความถี่เชิงมุมที่มอเตอร์ทำงาน

จากสิ่งนี้ เขาแสดงให้เห็นว่ามอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดมักจะมีขั้วแม่เหล็กขนาดค่อนข้างใหญ่ อย่างไรก็ตาม สมการนี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับมอเตอร์ที่ไม่ใช่แม่เหล็กถาวรเท่านั้น

มอเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าสร้างแรงบิดจากผลคูณเวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กที่ปฏิสัมพันธ์กัน การคำนวณแรงบิดต้องอาศัยความรู้เกี่ยวกับสนามแม่เหล็กในช่องว่างอากาศ เมื่อทราบค่าเหล่านี้แล้ว แรงบิดจะเป็นปริพันธ์ของเวกเตอร์แรงทั้งหมดคูณด้วยรัศมีของเวกเตอร์นั้น กระแสไฟฟ้าที่ไหลในขดลวดสร้างสนามแม่เหล็ก สำหรับมอเตอร์ที่ใช้วัสดุแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กจะไม่แปรผันตรงกับกระแสไฟฟ้า

กราฟที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้ากับแรงบิดสามารถช่วยในการเลือกมอเตอร์ได้ แรงบิดสูงสุดของมอเตอร์ขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าสูงสุด โดยไม่คำนึงถึงปัจจัยด้านความร้อน

เมื่อได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสมภายใต้ข้อจำกัดด้านความอิ่มตัวของแกนแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้าที่ใช้งาน (เช่น กระแสแรงบิด) แรงดันไฟฟ้า จำนวนคู่ขั้ว ความถี่ในการกระตุ้น (เช่น ความเร็วซิงโครนัส) และความหนาแน่นของฟลักซ์ในช่องว่างอากาศ มอเตอร์/เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทุกประเภทจะแสดงแรงบิดเพลาต่อเนื่องสูงสุด (เช่น แรงบิดในการทำงาน) ที่แทบจะเท่ากันภายในพื้นที่ช่องว่างอากาศที่กำหนดด้วยร่องขดลวดและความลึกของเหล็กด้านหลัง ซึ่งเป็นตัวกำหนดขนาดทางกายภาพของแกนแม่เหล็ก การใช้งานบางอย่างต้องการแรงบิดที่เพิ่มขึ้นเกินกว่าค่าสูงสุด เช่น การเร่งความเร็วรถยนต์ไฟฟ้าจากหยุดนิ่ง ความสามารถในการสร้างแรงบิดที่เพิ่มขึ้นเกินกว่าค่าสูงสุดนั้นแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละประเภทของมอเตอร์/เครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยถูกจำกัดด้วยความอิ่มตัวของแกนแม่เหล็กหรือ อุณหภูมิ การทำงาน ที่ปลอดภัย และแรงดันไฟฟ้า

เครื่องจักรไฟฟ้าที่ไม่มีวงจรหม้อแปลงไฟฟ้า เช่น มอเตอร์ WRSM หรือ PMSM ไม่สามารถสร้างแรงบิดฉับพลันได้โดยไม่ทำให้แกนแม่เหล็กอิ่มตัว ณ จุดนั้น กระแสไฟฟ้าเพิ่มเติมจะไม่สามารถเพิ่มแรงบิดได้ ยิ่งไปกว่านั้น ชุดแม่เหล็กถาวรของมอเตอร์ PMSM อาจเสียหายอย่างถาวรได้

เครื่องจักรไฟฟ้าที่มีโครงสร้างวงจรแบบหม้อแปลง เช่น เครื่องจักรเหนี่ยวนำ เครื่องจักรเหนี่ยวนำแบบป้อนกระแสสองทาง และเครื่องจักรเหนี่ยวนำหรือเครื่องจักรซิงโครนัสแบบโรเตอร์พันขดลวดแบบป้อนกระแสสองทาง (WRDF) สามารถสร้างแรงบิดกระชากได้ เนื่องจากกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ด้านใดด้านหนึ่งของหม้อแปลงจะต้านกัน จึงไม่ส่งผลต่อความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กในแกนหม้อแปลง ทำให้หลีกเลี่ยงการอิ่มตัวของแกนได้

เครื่องจักรไฟฟ้าที่อาศัยหลักการเหนี่ยวนำหรือแบบอะซิงโครนัสจะลัดวงจรพอร์ตหนึ่งของวงจรหม้อแปลง และผลที่ตามมาคือ อิมพีแดนซ์รีแอคทีฟของวงจรหม้อแปลงจะกลายเป็นค่าหลักเมื่อค่าสลิปเพิ่มขึ้น ซึ่งจะจำกัดขนาดของกระแสไฟฟ้าจริง (เช่น กระแสไฟฟ้าแอคทีฟ) แรงบิดที่เกิดขึ้นอาจสูงกว่าแรงบิดสูงสุดที่ออกแบบไว้ถึงสองถึงสามเท่า

เครื่องจักรซิงโครนัสแบบป้อนกระแสสองทางแบบขดลวดไร้แปรงถ่าน (BWRSDF) เป็นเครื่องจักรไฟฟ้าเพียงเครื่องเดียวที่มีโครงสร้างวงจรหม้อแปลงแบบพอร์ตคู่ที่แท้จริง (กล่าวคือ พอร์ตทั้งสองถูกกระตุ้นอย่างอิสระโดยไม่มีพอร์ตลัดวงจร) ^{[ 111 ]}โครงสร้างวงจรหม้อแปลงแบบพอร์ตคู่เป็นที่ทราบกันดีว่าไม่เสถียรและต้องใช้ชุดแปรงวงแหวนสลิปแบบหลายเฟสเพื่อส่งกำลังไฟฟ้าที่จำกัดไปยังชุดขดลวดโรเตอร์ หากมีวิธีการที่แม่นยำในการควบคุมมุมแรงบิดและสลิปสำหรับการทำงานแบบซิงโครนัสในระหว่างการทำงานพร้อมๆ กับการจ่ายพลังงานไร้แปรงถ่านให้กับชุดขดลวดโรเตอร์ กระแสไฟฟ้าของเครื่องจักร BWRSDF จะไม่ขึ้นอยู่กับอิมพีแดนซ์รีแอคทีฟของวงจรหม้อแปลง และจะสามารถสร้างแรงบิดที่สูงกว่าแรงบิดในการทำงานสูงสุดอย่างมีนัยสำคัญและเกินกว่าความสามารถในทางปฏิบัติของเครื่องจักรไฟฟ้าประเภทอื่นๆ ได้ แรงบิดที่มากกว่าแปดเท่าของแรงบิดในการทำงานได้รับการคำนวณแล้ว

ความหนาแน่นของแรงบิดต่อเนื่องของเครื่องจักรไฟฟ้าทั่วไปนั้นถูกกำหนดโดยขนาดของพื้นที่ช่องว่างอากาศและความลึกของแกนเหล็ก ซึ่งถูกกำหนดโดยกำลังไฟฟ้าของชุดขดลวดอาร์มาเจอร์ ความเร็วของเครื่องจักร และความหนาแน่นของฟลักซ์ในช่องว่างอากาศที่สามารถทำได้ก่อนที่แกนจะอิ่มตัว แม้ว่าแม่เหล็กถาวรนีโอไดเมียมหรือซาแมเรียม -โคบอลต์จะมีค่าความต้านทานการกลับทิศทางของสนามแม่เหล็กสูง แต่ความหนาแน่นของแรงบิดต่อเนื่องก็แทบจะเท่ากันในเครื่องจักรไฟฟ้าที่มีชุดขดลวดอาร์มาเจอร์ที่ออกแบบอย่างเหมาะสม ความหนาแน่นของแรงบิดต่อเนื่องมีความสัมพันธ์กับวิธีการระบายความร้อนและระยะเวลาการทำงานที่อนุญาตก่อนที่จะเกิดความเสียหายจากการร้อนเกินไปของขดลวดหรือความเสียหายของแม่เหล็กถาวร

แหล่งข้อมูลอื่นระบุว่าโทโพโลยีของเครื่องจักรไฟฟ้าต่างๆ มีความหนาแน่นของแรงบิดที่แตกต่างกัน แหล่งข้อมูลหนึ่งแสดงดังต่อไปนี้: ^{[ 112 ]}

โดยที่ความหนาแน่นแรงบิดจำเพาะจะถูกปรับให้เป็น 1.0 สำหรับแม่เหล็กถาวรบนพื้นผิว (SPM) มอเตอร์กระแสสลับแบบไร้แปรงถ่าน การนำกระแส 180°

มอเตอร์ระบายความร้อนด้วยของเหลวมีแรงบิดต่อพื้นที่การทำงานสูงกว่ามอเตอร์ระบายความร้อนด้วยอากาศประมาณสี่เท่า

แหล่งข้อมูลที่เปรียบเทียบกระแสตรง มอเตอร์เหนี่ยวนำ (IM) PMSM และ SRM แสดงให้เห็นว่า: ^{[ 113 ]}

แหล่งข้อมูลอื่นระบุว่า PMSM ที่มีกำลังสูงสุดถึง 1 MW มีความหนาแน่นของแรงบิดสูงกว่าเครื่องจักรเหนี่ยวนำอย่างมาก^{[ 114 ]}

ความหนาแน่นของกำลังต่อเนื่องถูกกำหนดโดยผลคูณของความหนาแน่นของแรงบิดต่อเนื่องและช่วงความเร็วแรงบิดคงที่ มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถบรรลุความหนาแน่นได้ถึง 20 kW/kg ซึ่งหมายถึงกำลังเอาต์พุต 20 กิโลวัตต์ต่อกิโลกรัม^{[ 115 ]}

เสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนทางเสียงมักถูกจำแนกตามแหล่งกำเนิด 3 ประเภท:

• แหล่งกำเนิดทางกล (เช่น จากตลับลูกปืน )
• แหล่งกำเนิดอากาศพลศาสตร์ (เช่น จากพัดลม ที่ติดตั้งบนเพลา )
• แหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็ก (เช่น เกิดจากแรงแม่เหล็ก เช่น แรงแม็กซ์เวลล์และ แรง แมกนีโตสตริกชันที่กระทำต่อโครงสร้างสเตเตอร์และโรเตอร์)

แหล่งกำเนิดเสียงแบบหลัง ซึ่งอาจเป็นสาเหตุของ "เสียงหอน" ของมอเตอร์ไฟฟ้า เรียกว่าเสียงรบกวนที่เกิดจากการเหนี่ยวนำทางแม่เหล็กไฟฟ้า

ต่อไปนี้คือมาตรฐานหลักด้านการออกแบบ การผลิต และการทดสอบมอเตอร์ไฟฟ้า:

• สถาบันปิโตรเลียมแห่งอเมริกา : มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกชนิดขดลวดขึ้นรูป API 541 – ขนาด 375 กิโลวัตต์ (500 แรงม้า) ขึ้นไป
• สถาบันปิโตรเลียมแห่งอเมริกา : API 546 เครื่องจักรซิงโครนัสไร้แปรงถ่าน – 500 kVA ขึ้นไป
• สถาบันปิโตรเลียมแห่งอเมริกา : API 547 มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกชนิดขดลวดขึ้นรูปอเนกประสงค์ – 250 แรงม้าขึ้นไป
• สถาบันวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ : มาตรฐาน IEEE Std 112 ขั้นตอนการทดสอบมาตรฐานสำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบหลายเฟส
• สถาบันวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ : คู่มือมาตรฐาน IEEE Std 115 สำหรับขั้นตอนการทดสอบเครื่องจักรซิงโครนัส
• สถาบันวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ : มาตรฐาน IEEE Std 841 สำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเลียมและเคมี – มอเตอร์เหนี่ยวนำแบบกรงกระรอกระบายความร้อนด้วยพัดลมแบบปิดสนิทประสิทธิภาพสูงสำหรับงานหนัก – กำลังสูงสุด 370 กิโลวัตต์ (500 แรงม้า)
• คณะกรรมการไฟฟ้าสากล : IEC 60034 เครื่องจักรไฟฟ้าแบบหมุน
• คณะกรรมการไฟฟ้าสากล : IEC 60072 ขนาดและชุดกำลังขับสำหรับเครื่องจักรไฟฟ้าแบบหมุน
• สมาคมผู้ผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าแห่งชาติ : MG-1 มอเตอร์และเครื่องกำเนิด ไฟฟ้า
• สถาบันวิจัย Underwriters Laboratories : UL 1004 – มาตรฐานสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้า

• การพันขดลวดชดเชย
• เครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• มอเตอร์รถยนต์ไฟฟ้า
• ปัจจัยความดี
• ตัวเก็บประจุของมอเตอร์
• ตัวควบคุมมอเตอร์
• มอเตอร์ไฟฟ้าแบบลูกสูบ
• ระบบเบรกแบบสร้างพลังงานกลับคืน
• มอเตอร์ขับเคลื่อน

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับมอเตอร์ไฟฟ้า

• SparkMuseum: มอเตอร์ไฟฟ้ายุคแรก
• การประดิษฐ์มอเตอร์ไฟฟ้า ระหว่างปี 1800 ถึง 1893จัดโดย มาร์ติน ดอปเปลบาวเออร์ จากสถาบันเทคโนโลยีคาร์ลสรูเช่
• MAS.865 2018 วิธีการสร้างสิ่งที่สามารถทำอะไรได้เกือบทุกอย่างภาพเคลื่อนไหวแบบสโลว์โมชั่น และออสซิลโลแกรมสำหรับมอเตอร์หลายชนิด