La teoria di base del funzionamento dei servomotori brushless ruota attorno ai principi del magnetismo secondo cui i poli uguali si respingono e i poli opposti si attraggono. All'interno di un servomotore si trovano due sorgenti magnetiche: i magneti permanenti che in genere si trovano sul rotore del motore e l'elettromagnete stazionario che circonda il rotore. L'elettromagnete è chiamato avvolgimento dello statore o del motore ed è costituito da piastre di acciaio chiamate lamierini, incollate insieme. Le piastre di acciaio in genere hanno dei "denti" che consentono di avvolgere un filo di rame attorno ad esse.
Tornando ai principi del magnetismo, quando un conduttore come un filo di rame viene formato in una bobina e il conduttore viene energizzato in modo che la corrente lo attraversi, viene creato un campo magnetico.
Questo campo magnetico creato dalla corrente che passa attraverso il conduttore avrà un polo nord e un polo sud. Con i poli magnetici situati sullo statore (quando eccitato) e sui magneti permanenti del rotore, come si crea uno stato in cui i poli opposti si attraggono e i poli simili si respingono?
La chiave è invertire la corrente che passa attraverso l'elettromagnete. Quando la corrente scorre attraverso una bobina conduttrice in una direzione, si creano i poli nord e sud.
Quando la direzione della corrente cambia, i poli vengono invertiti quindi quello che era un polo nord ora è un polo sud e viceversa. La Figura 1 fornisce un'illustrazione di base di come funziona. Nella figura 2, l'immagine a sinistra mostra una condizione in cui i poli dei magneti del rotore vengono attratti dai poli opposti dello statore. I poli del rotore, fissati all'albero del motore, ruoteranno finché non saranno allineati con i poli opposti dello statore. Se tutto rimanesse uguale, il rotore rimarrebbe fermo.
L'immagine a destra nella figura 2 mostra come si sono invertiti i poli dello statore. Ciò accadeva ogni volta che il polo del rotore raggiungeva il polo opposto dello statore invertendo il flusso di corrente attraverso quella particolare posizione dello statore. Il continuo ribaltamento dei poli dello statore crea una condizione in cui i poli dei magneti permanenti del rotore "inseguono" sempre i loro opposti dello statore, il che si traduce nella rotazione continua dell'albero rotore/motore.
L'inversione dei poli dello statore è nota come commutazione. La definizione formale di commutazione è "L'azione delle correnti di indirizzamento sulle fasi corrette del motore in modo da produrre una coppia motore e una rotazione dell'albero motore ottimali". Come vengono guidate le correnti al momento giusto per mantenere la rotazione dell'albero?
Lo sterzo viene eseguito dall'inverter o dall'azionamento che alimenta il motore. Quando un azionamento viene utilizzato con un particolare motore, nel software dell'azionamento viene identificato un angolo di offset insieme ad altri elementi come l'induttanza del motore, la resistenza e altri parametri. Il dispositivo di feedback utilizzato sul motore (encoder, risolutore, ecc.) fornisce all'azionamento la posizione dell'albero del rotore/polo magnetico.
Quando la posizione del polo magnetico del rotore corrisponde all'angolo di offset, l'azionamento invertirà la corrente che passa attraverso la bobina dello statore, cambiando così il polo dello statore da nord a sud e da sud a nord come mostrato nella Figura 2. Da ciò puoi vedere che lasciare che i poli si allineino fermerà la rotazione dell'albero motore, o cambiare la sequenza farà girare l'albero in una direzione rispetto all'altra, e cambiarli rapidamente consente una rotazione ad alta velocità o esattamente il contrario per una rotazione lenta dell'albero.
