الکتروموتور DC با تحریک الکتریکی و چگونگی عملکرد آن

الکتروموتور DC کموتاتوری دارای مجموعه‌ای از سیم پیچ‌های دوار می باشد که بر روی یک آرمیچر (armature) قرار داده شده و بر روی یک شافت دوار پیچیده شده‌اند. شافت کموتاتور را نیز حمل می‌کند که شامل یک سوییچ الکتریکی دوار بلند است که با چرخش شافت به صورت دوره‌ای جریان سیم پیچ روتور را معکوس می‌کند. بنابراین، هر الکتروموتور DC جاروبکی دارای جریان AC درون سیم‌پیچ‌های دوار خود است. جریان از درون یک یا چند جاروبک که بر روی کموتاتور قرار دارند جریان می‌یابد. جاروبک‌ها یک منبع خارجی برق را به آرمیچر دوار اتصال می‌دهند. آرمیچر دوار شامل یک یا چند سیم پیچ در اطراف یک هسته فرو مغناطیسی لایه‌لایه که از نظر مغناطیسی نرم  می‌باشد. جریان از جاروبک‌ها به کموتاتور و یک سیم پیچ از آرمیچر جریان می‌یابد و آن را یک آهن‌ربای موقت می‌کند. میدان مغناطیسی تولید شده توسط آرمیچر با یک میدان مغناطیسی ثابت تولید شده توسط آهن‌رباهای دایمی و یا یک سیم پیچ میدان دیگر که بخشی از قاب الکتروموتور هستند، تعامل می‌کند. نیروی بین دو میدان مغناطیسی تمایل به چرخاندن محور الکتروموتور دارد. با چرخش شافت الکتروموتور، کموتاتور برق را میان سیم‌پیچ‌ها قطع و وصل می‌کند، که باعث جلوگیری از هم‌راستا شدن کامل قطب مغناطیسی روتور با قطب مغناطیسی میدان استاتور می‌شود و این باعث می‌شود که روتور هرگز متوقف نشود (بر خلاف سوزن قطب‌نما) و تا زمانی که برق تامین می‌شود به چرخش خود ادامه دهد.

بسیاری از محدودیت‌های الکتروموتور DC کموتاتوری کلاسیک به دلیل نیاز به جاروبک‌هایی است که در مقابل کموتاتور فشار وارد می‌کنند. این کار باعث ایجاد اصطکاک می‌شود. زمانی که روتور از شکاف عایق بین بخش‌های کموتاتور می‌گذرد، جاروبک‌ها تولید جرقه می‌کنند که باعث قطع شدن مدارهای کویل می‌شود. بسته به نوع طراحی کموتاتور، این ممکن است شامل اتصال کوتاه شدن بخش‌های مجاور به وسیله جاروبک‌ها و در نتیجه انتهای کویل‌ها در لحظه‌ای باشد که از شکاف‌ها عبور می‌کنند. علاوه بر این، اندوکتانس سیم پیچ روتور باعث می‌شود که ولتاژ هر مدار در زمانی که آن مدار باز می‌شود افزایش یابد که باعث افزایش جرقه جاروبک‌ها می‌گردد. این جرقه باعث محدودتر شدن سرعت ماشین می‌شود زیرا جرقه بسیار سریع باعث گرم شدن بیش از حد، سایش و یا حتی ذوب شدن کموتاتور می‌گردد. چگالی جریان در واحد سطح جاروبک‌ها در ترکیب با مقاومت آن‌ها باعث محدود شدن خروجی الکتروموتور DC می‌گردد. قطع و وصل تماس‌های الکتریکی همچنین باعث تولید نویز الکتریکی می‌شود. جاروبک‌ها در نهایت فرسوده می‌شوند و نیاز به جایگزینی دارند و خود کموتاتور در اثر فرسایش نیاز به تعمیرات (در موتورهای بزرگ) و یا تعویض (در موتورهای کوچک) دارد. تجهیز کموتاتور در الکتروموتورهای بزرگ، یک قطعه گران قیمت می باشد که نیاز به مونتاژ دقیق بسیاری از قطعات دارد. در موتورهای کوچک کموتاتور معمولا به صورت دایمی با روتور یکپارچه شده است، بنابراین جایگزینی آن معمولا نیاز به جایگزین کردن کل روتور دارد. در حالی که بیش‌تر کموتاتورها استوانه‌ای هستند، برخی از آن‌ها به صورت دیسک‌های مسطح متشکل از چندین قسمت (به طور معمول، حداقل سه قسمت) می‌باشند که بر روی یک عایق نصب شده‌اند. جاروبک‌های بزرگ برای سطح تماس بزرگ‌تر جاروبک مطلوب هستند تا خروجی الکتروموتور را به حداکثر برسانند، اما جاروبک‌های کوچک برای کاهش جرم و به حداکثر رساندن سرعتی که در آن موتور می‌تواند بدون برخورد بیش از حد جاروبک‌ها و جرقه کار کند به کار روند. جاروبک‌های کوچک برای کاهش هزینه‌ها نیز مطلوب هستند. فنرهای سخت‌تر نیز می‌توانند برای استفاده از جاروبک‌ها با جرم مشخص در سرعت بالاتر به کار روند اما این کار به قیمت تلفات اصطکاکی بیش‌تر و راندمان پایین‌تر و فرسایش سریع‌تر جاروبک و کموتاتور می‌باشد. بنابراین طراحی جاروبک الکتروموتور DC مستلزم ایجاد توازن بین توان خروجی، سرعت و کارایی/فرسایش می‌باشد.