La teoría básica de funcionamiento de los servomotores sin escobillas gira en torno a los principios del magnetismo, donde los polos iguales se repelen y los polos opuestos se atraen. Hay dos fuentes magnéticas dentro de un servomotor: los imanes permanentes que generalmente se encuentran en el rotor del motor y el electroimán estacionario que rodea el rotor. El electroimán se llama estator o devanado del motor y está formado por placas de acero llamadas laminaciones, que están unidas entre sí. Las placas de acero suelen tener "dientes" que permiten enrollar un alambre de cobre alrededor de ellas.
Volviendo a los principios del magnetismo, cuando un conductor como un alambre de cobre se forma en una bobina y el conductor se energiza para que la corriente fluya a través de él, se crea un campo magnético.
Este campo magnético creado por la corriente que pasa a través del conductor tendrá un polo norte y un polo sur. Con los polos magnéticos ubicados en el estator (cuando está energizado) y en los imanes permanentes del rotor, ¿cómo se crea un estado en el que los polos opuestos se atraen y los polos similares se repelen?
La clave es invertir la corriente que pasa por el electroimán. Cuando la corriente fluye a través de una bobina conductora en una dirección, se crean los polos norte y sur.
Cuando se cambia la dirección de la corriente, los polos se invierten, de modo que lo que era un polo norte ahora es un polo sur y viceversa. La Figura 1 proporciona una ilustración básica de cómo funciona esto. En la figura 2, la imagen de la izquierda muestra una condición en la que los polos de los imanes del rotor son atraídos por los polos opuestos del estator. Los polos del rotor, que están unidos al eje del motor, girarán hasta quedar alineados con los polos opuestos del estator. Si todo permaneciera igual, el rotor permanecería estacionario.
La imagen de la derecha en la figura 2 muestra cómo se han invertido los polos del estator. Esto sucedería cada vez que el polo del rotor alcanzara el polo opuesto del estator al invertir el flujo de corriente a través de esa ubicación particular del estator. El cambio continuo de los polos del estator crea una condición en la que los polos magnéticos permanentes del rotor siempre están "persiguiendo" a sus opuestos del estator, lo que resulta en la rotación continua del eje del rotor/motor.
La inversión de los polos del estator se conoce como conmutación. La definición formal de conmutación es "La acción de dirigir las corrientes a las fases adecuadas del motor para producir un par motor y una rotación del eje del motor óptimos". ¿Cómo se dirigen las corrientes en el momento correcto para mantener la rotación del eje?
La dirección la realiza el inversor o el variador que alimenta el motor. Cuando se utiliza un variador con un motor en particular, se identifica un ángulo de compensación en el software del variador junto con otras cosas como la inductancia del motor, la resistencia y otros parámetros. El dispositivo de retroalimentación que se utiliza en el motor (codificador, resolutor, etc.) proporciona la posición del eje del rotor/polo magnético al variador.
Cuando la posición del polo magnético del rotor coincide con el ángulo de compensación, el variador invertirá la corriente que pasa a través de la bobina del estator, cambiando así el polo del estator de norte a sur y de sur a norte, como se muestra en la Figura 2. A partir de aquí se puede ver que dejar que los polos se alineen detendrá la rotación del eje del motor, o cambiar la secuencia hará que el eje gire en una dirección u otra, y cambiarlos rápidamente permite una rotación de alta velocidad o todo lo contrario para una rotación lenta del eje.
