Основная теория работы бесщеточных серводвигателей основана на принципах магнетизма, когда одинаковые полюса отталкиваются, а противоположные полюса притягиваются. В серводвигателе есть два источника магнитного поля: постоянные магниты, которые обычно расположены на роторе двигателя, и стационарный электромагнит, окружающий ротор. Электромагнит называется статором или обмоткой двигателя и состоит из стальных пластин, называемых пластинами, которые соединены вместе. Стальные пластины обычно имеют «зубцы», позволяющие наматывать на них медную проволоку.
Возвращаясь к принципам магнетизма, когда проводник, подобный медной проволоке, формируется в катушку и на проводник подается напряжение, так что через него течет ток, создается магнитное поле.
Это магнитное поле, создаваемое током, проходящим через проводник, будет иметь северный и южный полюс. Если магнитные полюса расположены на статоре (когда он находится под напряжением) и на постоянных магнитах ротора, как создать состояние, когда противоположные полюса притягиваются, а полюсы отталкиваются?
Ключевым моментом является изменение направления тока, проходящего через электромагнит. Когда ток протекает через проводящую катушку в одном направлении, образуются северный и южный полюса.
Когда направление тока меняется, полюса меняются местами, и то, что раньше было северным полюсом, теперь становится южным полюсом, и наоборот. На рисунке 1 представлена базовая иллюстрация того, как это работает. На рисунке 2 изображение слева показывает состояние, когда полюса магнитов ротора притягиваются к противоположным полюсам статора. Полюса ротора, прикрепленные к валу двигателя, будут вращаться до тех пор, пока не совместятся с противоположными полюсами статора. Если бы все оставалось по-прежнему, ротор оставался бы неподвижным.
Изображение справа на рисунке 2 показывает, как поменялись полюса статора. Это будет происходить каждый раз, когда полюс ротора догонит противоположный полюс статора, меняя направление тока через это конкретное место статора. Постоянное переключение полюсов статора создает состояние, при котором полюсы постоянного магнита ротора всегда «преследуют» свои противоположности статора, что приводит к непрерывному вращению вала ротора/двигателя.
Переключение полюсов статора называется коммутацией. Формальное определение коммутации: «Воздействие управляющих токов на соответствующие фазы двигателя с целью создания оптимального крутящего момента двигателя и вращения вала двигателя». Как токи регулируются в нужное время для поддержания вращения вала?
Управление осуществляется инвертором или приводом, который приводит в действие двигатель. Когда привод используется с конкретным двигателем, угол смещения определяется в программном обеспечении привода наряду с другими параметрами, такими как индуктивность двигателя, сопротивление и другие параметры. Устройство обратной связи, используемое на двигателе (энкодер, резольвер и т. д.), передает приводу положение вала ротора/магнитного полюса.
Когда положение магнитного полюса ротора совпадает с углом смещения, привод меняет направление тока, проходящего через катушку статора, тем самым меняя полюс статора с севера на юг и с юга на север, как показано на рисунке 2. Из этого вы можете видеть, что выравнивание полюсов остановит вращение вала двигателя, а изменение последовательности приведет к вращению вала в одном направлении по сравнению с другим, а быстрое их изменение обеспечивает высокоскоростное вращение или наоборот - медленное вращение вала.
