De basistheorie van de werking van borstelloze servomotoren draait om de principes van magnetisme, waarbij gelijke polen elkaar afstoten en tegengestelde polen elkaar aantrekken. Er zijn twee magnetische bronnen in een servomotor: permanente magneten die zich doorgaans op de rotor van de motor bevinden, en de stationaire elektromagneet die de rotor omringt. De elektromagneet wordt de stator- of motorwikkeling genoemd en bestaat uit stalen platen, lamineringen genaamd, die aan elkaar zijn gehecht. De stalen platen hebben doorgaans ‘tanden’ waarmee een koperdraad eromheen kan worden gewikkeld.
Terugkomend op de principes van magnetisme: wanneer een geleider zoals een koperdraad tot een spoel wordt gevormd en de geleider wordt bekrachtigd zodat er stroom doorheen vloeit, wordt er een magnetisch veld gecreëerd.
Dit magnetische veld dat wordt gecreëerd door de stroom die door de geleider gaat, zal een noordpool en een zuidpool hebben. Hoe creëer je, met magnetische polen op de stator (wanneer bekrachtigd) en op de permanente magneten van de rotor, een toestand waarin tegengestelde polen elkaar aantrekken en soortgelijke polen afstoten?
De sleutel is om de stroom die door de elektromagneet gaat, om te keren. Wanneer stroom in één richting door een geleidende spoel vloeit, ontstaan er noord- en zuidpolen.
Wanneer de richting van de stroom wordt veranderd, worden de polen omgedraaid, zodat wat een noordpool was nu een zuidpool is en omgekeerd. Figuur 1 geeft een eenvoudige illustratie van hoe dit werkt. In figuur 2 toont de afbeelding aan de linkerkant een toestand waarin de polen van de rotormagneten worden aangetrokken door de tegenovergestelde polen van de stator. De rotorpolen, die aan de motoras zijn bevestigd, zullen draaien totdat ze op één lijn liggen met de tegenoverliggende polen van de stator. Als alles hetzelfde zou blijven, zou de rotor stationair blijven.
De afbeelding rechts in figuur 2 laat zien hoe de statorpolen zijn omgedraaid. Dit gebeurde elke keer dat de rotorpool de tegenovergestelde statorpool inhaalde door de stroom door die specifieke statorlocatie om te keren. Het voortdurend omdraaien van de statorpolen creëert een toestand waarin de permanente magneetpolen van de rotor altijd hun statortegenpolen “achtervolgen”, wat resulteert in de continue rotatie van de rotor/motoras.
Het omdraaien van de statorpolen staat bekend als commutatie. De formele definitie van commutatie is “De actie van het sturen van stromen naar de juiste motorfasen om een optimaal motorkoppel en motorasrotatie te produceren”. Hoe worden de stromingen op het juiste moment gestuurd om de asrotatie te behouden?
De besturing gebeurt door de omvormer of aandrijving die de motor aandrijft. Wanneer een frequentieregelaar met een bepaalde motor wordt gebruikt, wordt in de software van de frequentieregelaar een offsethoek geïdentificeerd, samen met andere zaken zoals motorinductie, weerstand en andere parameters. Het feedbackapparaat dat op de motor wordt gebruikt (encoder, solver, enz.) geeft de positie van de rotoras/magneetpool door aan de aandrijving.
Wanneer de magnetische poolpositie van de rotor overeenkomt met de offsethoek, zal de aandrijving de stroom die door de statorspoel gaat, omkeren, waardoor de statorpool van noord naar zuid en van zuid naar noord verandert, zoals weergegeven in figuur 2. Hieruit kunt u zien dat Als u de polen op één lijn laat staan, stopt de rotatie van de motoras, of als u de volgorde verandert, gaat de as in de ene richting draaien versus de andere, en als u ze snel verandert, kunt u op hoge snelheid draaien of juist het tegenovergestelde voor langzame asrotatie.
