Основна теорія роботи безщіткових серводвигунів спирається на принципи магнетизму, коли однакові полюси відштовхуються, а протилежні полюси притягуються. У серводвигуні є два магнітних джерела: постійні магніти, які зазвичай розташовані на роторі двигуна, і нерухомий електромагніт, який оточує ротор. Електромагніт називається обмоткою статора або двигуна і складається зі сталевих пластин, які називаються шарами, які скріплені разом. Сталеві пластини зазвичай мають «зубці», які дозволяють намотати на них мідний дріт.
Повертаючись до принципів магнетизму, коли провідник, як-от мідний дріт, формується в котушку, і на провідник подається напруга так, що через нього тече струм, створюється магнітне поле.
Це магнітне поле, створене струмом, що проходить через провідник, матиме північний полюс і південний полюс. З магнітними полюсами, розташованими на статорі (під напругою) і на постійних магнітах ротора, як ви створюєте стан протилежних полюсів, що притягуються, і як полюси відштовхуються?
Ключ полягає в тому, щоб змінити струм, що проходить через електромагніт. Коли струм тече через провідну котушку в одному напрямку, утворюються північний і південний полюси.
Коли напрямок струму змінюється, полюси перевертаються, тому північний полюс тепер стає південним і навпаки. На малюнку 1 представлена базова ілюстрація того, як це працює. На рисунку 2 зображення ліворуч показує стан, коли полюси магнітів ротора притягуються до протилежних полюсів статора. Полюси ротора, які прикріплені до валу двигуна, будуть обертатися, доки вони не будуть вирівняні з протилежними полюсами статора. Якби все залишилося без змін, ротор залишився б нерухомим.
Зображення праворуч на малюнку 2 показує, як перевернулися полюси статора. Це відбуватиметься щоразу, коли полюс ротора наздоганятиме протилежний полюс статора шляхом реверсування потоку струму через це місце статора. Постійне перекидання полюсів статора створює умови, коли полюси постійного магніту ротора завжди «переслідують» свої протилежні сторони статора, що призводить до безперервного обертання ротора/вала двигуна.
Переворот полюсів статора відомий як комутація. Формальне визначення комутації: «Дія керуючих струмів на належні фази двигуна для створення оптимального крутного моменту двигуна та обертання вала двигуна». Як регулюються струми в правильний час, щоб підтримувати обертання валу?
Керування здійснюється інвертором або приводом, який живить двигун. Коли привод використовується з певним двигуном, кут зміщення визначається в програмному забезпеченні приводу разом з іншими параметрами, такими як індуктивність двигуна, опір та інші параметри. Пристрій зворотного зв’язку, який використовується на двигуні (кодер, резольвер тощо), забезпечує приводу положення вала ротора/магнітного полюса.
Коли положення магнітного полюса ротора збігається з кутом зміщення, привод змінює струм, що проходить через котушку статора, змінюючи таким чином полюс статора з півночі на південь і з півдня на північ, як показано на малюнку 2. З цього ви бачите, що вирівнювання полюсів призведе до зупинки обертання вала двигуна, або зміна послідовності призведе до обертання валу в одному напрямку проти іншого, а їх швидка зміна дозволяє обертатися на високій швидкості або якраз навпаки для повільного обертання валу.
