A teoria básica de operação dos servomotores sem escova gira em torno dos princípios do magnetismo, onde pólos semelhantes se repelem e pólos opostos se atraem. Existem duas fontes magnéticas encontradas em um servo motor: ímãs permanentes que normalmente estão localizados no rotor do motor e o eletroímã estacionário que envolve o rotor. O eletroímã é chamado de estator ou enrolamento do motor e é composto de placas de aço chamadas laminações, que são coladas entre si. As placas de aço normalmente têm “dentes” que permitem que um fio de cobre seja enrolado em torno delas.
Voltando aos princípios do magnetismo, quando um condutor como um fio de cobre é transformado em uma bobina, e o condutor é energizado para que a corrente flua através dele, um campo magnético é criado.
Este campo magnético criado pela corrente que passa pelo condutor terá um pólo norte e um pólo sul. Com pólos magnéticos localizados no estator (quando energizado) e nos ímãs permanentes do rotor, como criar um estado de pólos opostos se atraindo e pólos semelhantes se repelindo?
A chave é reverter a corrente que passa pelo eletroímã. Quando a corrente flui através de uma bobina condutora em uma direção, são criados os pólos norte e sul.
Quando a direção da corrente é alterada, os pólos são invertidos, de modo que o que era um pólo norte agora é um pólo sul e vice-versa. A Figura 1 fornece uma ilustração básica de como isso funciona. Na figura 2, a imagem à esquerda mostra uma condição onde os pólos dos ímãs do rotor estão sendo atraídos pelos pólos opostos do estator. Os pólos do rotor, que estão presos ao eixo do motor, girarão até ficarem alinhados com os pólos opostos do estator. Se tudo permanecesse igual, o rotor permaneceria estacionário.
A imagem à direita na figura 2 mostra como os pólos do estator mudaram. Isso aconteceria toda vez que o pólo do rotor alcançasse o pólo oposto do estator, invertendo o fluxo de corrente através daquele local específico do estator. A inversão contínua dos pólos do estator cria uma condição em que os pólos magnéticos permanentes do rotor estão sempre “perseguindo” seus opostos do estator, o que resulta na rotação contínua do eixo do rotor/motor.
A inversão dos pólos do estator é conhecida como comutação. A definição formal de comutação é “A ação das correntes de direção para as fases adequadas do motor, de modo a produzir o torque ideal do motor e a rotação do eixo do motor”. Como as correntes são direcionadas no momento correto para manter a rotação do eixo?
A direção é feita pelo inversor ou drive que alimenta o motor. Quando um inversor está sendo usado com um motor específico, um ângulo de deslocamento é identificado no software do inversor junto com outras coisas como indutância do motor, resistência e outros parâmetros. O dispositivo de realimentação usado no motor (encoder, resolver, etc.) fornece a posição do eixo do rotor/pólo magnético ao inversor.
Quando a posição do pólo magnético do rotor corresponde ao ângulo de deslocamento, o inversor reverterá a corrente que passa pela bobina do estator, mudando assim o pólo do estator de norte para sul e de sul para norte, conforme mostrado na Figura 2. A partir disso você pode ver que deixar os pólos alinhados interromperá a rotação do eixo do motor, ou alterar a sequência fará com que o eixo gire em uma direção versus outra, e alterá-los rapidamente permite uma rotação em alta velocidade ou apenas o oposto para uma rotação lenta do eixo.
