Podstawowa teoria działania bezszczotkowych serwomotorów opiera się na zasadach magnetyzmu, w którym jednakowe bieguny odpychają się, a przeciwne bieguny przyciągają. W serwomotorze znajdują się dwa źródła pola magnetycznego: magnesy trwałe, które zwykle znajdują się na wirniku silnika, oraz stacjonarny elektromagnes otaczający wirnik. Elektromagnes nazywany jest stojanem lub uzwojeniem silnika i składa się ze stalowych płytek zwanych laminatami, które są ze sobą połączone. Płyty stalowe zazwyczaj mają „zęby”, które umożliwiają owinięcie wokół nich drutu miedzianego.
Wracając do zasad magnetyzmu, kiedy przewodnik podobny do drutu miedzianego jest uformowany w cewkę, a przewodnik jest zasilany tak, że przepływa przez niego prąd, powstaje pole magnetyczne.
To pole magnetyczne wytworzone przez prąd przepływający przez przewodnik będzie miało biegun północny i południowy. Za pomocą biegunów magnetycznych umieszczonych na stojanie (pod napięciem) i na magnesach trwałych wirnika, jak stworzyć stan, w którym przeciwne bieguny przyciągają się i jak bieguny odpychają?
Kluczem jest odwrócenie prądu płynącego przez elektromagnes. Gdy prąd przepływa przez cewkę przewodzącą w jednym kierunku, powstają bieguny północny i południowy.
Kiedy zmienia się kierunek prądu, bieguny zostają odwrócone, tak że to, co było biegunem północnym, jest teraz biegunem południowym i odwrotnie. Rysunek 1 przedstawia podstawową ilustrację działania tego rozwiązania. Na rysunku 2 obraz po lewej stronie przedstawia stan, w którym bieguny magnesów wirnika są przyciągane do przeciwnych biegunów stojana. Bieguny wirnika, które są przymocowane do wału silnika, będą się obracać, aż znajdą się w jednej linii z przeciwległymi biegunami stojana. Gdyby wszystko pozostało takie samo, wirnik pozostałby nieruchomy.
Obraz po prawej stronie na rysunku 2 pokazuje, w jaki sposób bieguny stojana zostały odwrócone. Miało to miejsce za każdym razem, gdy biegun wirnika dogonił przeciwny biegun stojana, odwracając przepływ prądu przez to konkretne miejsce stojana. Ciągłe odwracanie biegunów stojana stwarza stan, w którym bieguny magnesów trwałych wirnika zawsze „gonią” swoje przeciwne strony stojana, co skutkuje ciągłym obrotem wału wirnika/silnika.
Odwracanie biegunów stojana nazywa się komutacją. Formalna definicja komutacji to „działanie prądów sterujących na odpowiednie fazy silnika w celu wytworzenia optymalnego momentu obrotowego silnika i obrotów wału silnika”. W jaki sposób prądy są sterowane we właściwym czasie, aby utrzymać obrót wału?
Sterowanie odbywa się poprzez falownik lub napęd zasilający silnik. Kiedy przemiennik jest używany z konkretnym silnikiem, w oprogramowaniu napędu identyfikowany jest kąt przesunięcia wraz z innymi parametrami, takimi jak indukcyjność silnika, rezystancja i inne parametry. Urządzenie sprzężenia zwrotnego zastosowane w silniku (enkoder, rezolwer itp.) podaje do napędu położenie wału wirnika/bieguna magnetycznego.
Kiedy położenie bieguna magnetycznego wirnika odpowiada kątowi przesunięcia, przemiennik odwróci prąd płynący przez cewkę stojana, zmieniając w ten sposób biegun stojana z północy na południe i z południa na północ, jak pokazano na rysunku 2. Z tego widać, że ustawienie biegunów w jednej linii spowoduje zatrzymanie obrotu wału silnika lub zmiana kolejności spowoduje, że wał będzie się obracał w jednym kierunku w drugim, a szybka ich zmiana umożliwi obrót z dużą prędkością lub odwrotnie w przypadku wolnego obrotu wału.
