Principio di funzionamento
Un motore in continua con spazzole produce coppia grazie alla forza che agisce su un conduttore percorso da corrente immerso in un campo magnetico. Il campo proviene da magneti permanenti o da avvolgimenti di eccitazione nello statore; la corrente scorre nelle bobine di armatura sul rotore. Un collettore meccanico e una coppia di spazzole in carbone invertono la corrente d'armatura ogni mezzo giro, così la coppia spinge sempre nello stesso verso. È proprio quel collettore a rendere la macchina autonoma in corrente continua pura.
Forza controelettromotrice e regolazione di velocità
Ruotando, l'armatura genera una forza controelettromotrice che si oppone alla tensione applicata. La corrente che circola davvero è la differenza fra le due divisa per la resistenza d'armatura, il che rende il motore naturalmente autoregolante: sotto carico rallenta, la f.c.e.m. cala, corrente e coppia salgono. La velocità è quasi proporzionale alla tensione applicata, perciò una semplice regolazione di tensione o in PWM dà un controllo di velocità lineare e fluido su tutto il campo.
Corrente di spunto e coppia
All'istante dell'accensione il rotore è fermo, non c'è f.c.e.m. e solo la piccola resistenza d'armatura limita la corrente. La corrente di spunto o a rotore bloccato può quindi essere molte volte quella nominale, ed è anche il motivo per cui questo motore fornisce coppia elevatissima già da velocità zero. La stessa relazione implica che un motore meccanicamente bloccato resta indefinitamente alla corrente di stallo e si surriscalda rapidamente se un azionamento non la limita.
Vantaggi e limiti
I motori in continua con spazzole costano poco, non richiedono commutazione elettronica e sono banali da pilotare: per questo restano in giocattoli, attuatori per auto, elettroutensili e piccoli progetti hobbistici. Il prezzo è il gruppo spazzole: si consumano, producono polvere e scintille, limitano la velocità massima e richiedono manutenzione periodica. Quando contano durata o rendimento, un motore brushless esegue elettronicamente la stessa commutazione.