La théorie de base du fonctionnement des servomoteurs sans balais s'articule autour des principes du magnétisme selon lesquels les pôles identiques se repoussent et les pôles opposés s'attirent. Il existe deux sources magnétiques dans un servomoteur : les aimants permanents qui sont généralement situés sur le rotor du moteur et l'électro-aimant fixe qui entoure le rotor. L'électro-aimant est appelé enroulement du stator ou du moteur et est constitué de plaques d'acier appelées tôles, qui sont liées ensemble. Les plaques d'acier ont généralement des « dents » qui permettent d'enrouler un fil de cuivre autour d'elles.
Pour en revenir aux principes du magnétisme, lorsqu'un conducteur tel qu'un fil de cuivre est transformé en bobine et que le conducteur est alimenté de manière à ce que le courant le traverse, un champ magnétique est créé.
Ce champ magnétique créé par le courant traversant le conducteur aura un pôle nord et un pôle sud. Avec des pôles magnétiques situés sur le stator (lorsqu'il est sous tension) et sur les aimants permanents du rotor, comment créer un état de pôles opposés attirant et de pôles similaires se repoussant ?
La clé est d’inverser le courant traversant l’électro-aimant. Lorsque le courant traverse une bobine conductrice dans une direction, des pôles nord et sud sont créés.
Lorsque la direction du courant change, les pôles sont inversés, de sorte que ce qui était un pôle nord devient maintenant un pôle sud et vice versa. La figure 1 fournit une illustration de base de la façon dont cela fonctionne. Sur la figure 2, l'image de gauche montre une condition dans laquelle les pôles des aimants du rotor sont attirés vers les pôles opposés du stator. Les pôles du rotor, qui sont fixés à l'arbre du moteur, tourneront jusqu'à ce qu'ils soient alignés avec les pôles opposés du stator. Si tout restait le même, le rotor resterait alors stationnaire.
L'image de droite sur la figure 2 montre comment les pôles du stator se sont inversés. Cela se produirait chaque fois que le pôle du rotor rattrapait le pôle opposé du stator en inversant le flux de courant à travers cet emplacement particulier du stator. Le retournement continu des pôles du stator crée une condition dans laquelle les pôles de l’aimant permanent du rotor « poursuivent » toujours leurs opposés du stator, ce qui entraîne la rotation continue de l’arbre rotor/moteur.
L'inversion des pôles du stator est appelée commutation. La définition formelle de la commutation est « l'action des courants de direction sur les phases appropriées du moteur de manière à produire un couple moteur et une rotation de l'arbre moteur optimaux ». Comment les courants sont-ils dirigés au bon moment pour maintenir la rotation de l’arbre ?
La direction est assurée par l'onduleur ou le variateur qui alimente le moteur. Lorsqu'un variateur est utilisé avec un moteur particulier, un angle de décalage est identifié dans le logiciel du variateur, ainsi que d'autres éléments tels que l'inductance du moteur, la résistance et d'autres paramètres. Le dispositif de rétroaction utilisé sur le moteur (codeur, résolveur, etc.) fournit la position de l'arbre du rotor/pôle magnétique au variateur.
Lorsque la position du pôle magnétique du rotor correspond à l'angle de décalage, le variateur inverse le courant traversant la bobine du stator, modifiant ainsi le pôle du stator du nord au sud et du sud au nord, comme le montre la figure 2. Vous pouvez voir que laisser les pôles s'aligner arrêtera la rotation de l'arbre du moteur, ou changer la séquence fera tourner l'arbre dans un sens par rapport à l'autre, et les changer rapidement permettra une rotation à grande vitesse ou juste le contraire pour une rotation lente de l'arbre.
