Die grundlegende Funktionstheorie bürstenloser Servomotoren basiert auf den Prinzipien des Magnetismus, bei dem sich gleiche Pole abstoßen und entgegengesetzte Pole anziehen. In einem Servomotor gibt es zwei Magnetquellen: Permanentmagnete, die sich normalerweise am Rotor des Motors befinden, und den stationären Elektromagneten, der den Rotor umgibt. Der Elektromagnet wird entweder Stator- oder Motorwicklung genannt und besteht aus miteinander verbundenen Stahlplatten, sogenannten Blechlamellen. Die Stahlplatten haben typischerweise „Zähne“, um die ein Kupferdraht gewickelt werden kann.
Zurück zu den Prinzipien des Magnetismus: Wenn ein Leiter wie ein Kupferdraht zu einer Spule geformt wird und der Leiter mit Strom versorgt wird, so dass Strom durch ihn fließt, entsteht ein Magnetfeld.
Dieses Magnetfeld, das durch den Stromfluss durch den Leiter erzeugt wird, hat einen Nordpol und einen Südpol. Wie kann man mit Magnetpolen am Stator (bei Stromzufuhr) und an den Permanentmagneten des Rotors einen Zustand erzeugen, in dem sich entgegengesetzte Pole anziehen und ähnliche Pole sich abstoßen?
Der Schlüssel besteht darin, den durch den Elektromagneten fließenden Strom umzukehren. Wenn Strom in einer Richtung durch eine leitende Spule fließt, entstehen Nord- und Südpole.
Wenn sich die Richtung des Stroms ändert, werden die Pole umgekehrt, sodass aus dem ehemaligen Nordpol nun ein Südpol wird und umgekehrt. Abbildung 1 zeigt schematisch, wie das funktioniert. In Abbildung 2 zeigt das Bild links einen Zustand, in dem die Pole der Rotormagnete von den entgegengesetzten Polen des Stators angezogen werden. Die Rotorpole, die an der Motorwelle befestigt sind, drehen sich, bis sie mit den gegenüberliegenden Polen des Stators ausgerichtet sind. Wenn alles gleich bliebe, würde der Rotor stationär bleiben.
Das Bild rechts in Abbildung 2 zeigt, wie sich die Statorpole umgedreht haben. Dies würde jedes Mal passieren, wenn der Rotorpol den gegenüberliegenden Statorpol einholt, indem der Stromfluss durch diese bestimmte Statorstelle umgekehrt wird. Durch das kontinuierliche Umdrehen der Statorpole entsteht ein Zustand, in dem die Permanentmagnetpole des Rotors ständig ihren Statorpolen „jagen“, was zu einer kontinuierlichen Drehung des Rotors/der Motorwelle führt.
Das Umdrehen der Statorpole wird als Kommutierung bezeichnet. Die formale Definition von Kommutierung lautet „Die Wirkung von Lenkströmen auf die richtigen Motorphasen, um ein optimales Motordrehmoment und eine optimale Motorwellendrehung zu erzeugen“. Wie werden die Ströme zum richtigen Zeitpunkt gesteuert, um die Wellenrotation aufrechtzuerhalten?
Die Lenkung erfolgt durch den Wechselrichter oder Antrieb, der den Motor antreibt. Wenn ein Antrieb mit einem bestimmten Motor verwendet wird, wird in der Antriebssoftware ein Versatzwinkel zusammen mit anderen Dingen wie Motorinduktivität, Widerstand und anderen Parametern identifiziert. Das am Motor verwendete Rückkopplungsgerät (Encoder, Resolver usw.) übermittelt dem Antrieb die Position der Rotorwelle/des Magnetpols.
Wenn die Magnetpolposition des Rotors mit dem Versatzwinkel übereinstimmt, kehrt der Antrieb den durch die Statorspule fließenden Strom um und ändert so den Statorpol von Nord nach Süd und von Süd nach Nord, wie in Abbildung 2 dargestellt. Daran können Sie das erkennen Wenn Sie die Pole ausrichten, wird die Drehung der Motorwelle gestoppt. Wenn Sie die Reihenfolge ändern, dreht sich die Welle in die eine Richtung und nicht in die andere. Wenn Sie sie schnell ändern, wird eine Hochgeschwindigkeitsdrehung ermöglicht, oder genau umgekehrt, eine langsame Wellendrehung.
