Động cơ Servo: Cấu tạo, Nguyên lý và Ứng dụng

Động cơ servo đáp ứng yêu cầu về độ chính xác và linh hoạt trong điều khiển các hệ thống cơ khí và tự động hóa. Hiểu rõ về servo motor sẽ giúp ta thấy được tầm quan trọng của công nghệ này trong việc tối ưu hoá quy trình sản xuất. Với kinh nghiệm hơn 12 năm cung cấp sản phẩm và giải pháp tự động hóa, Siêu Thị Biến Tần – Thiên Phú Thịnh sẽ giải đáp các thắc mắc của bạn ngay bài viết dưới đây!

Động cơ servo là gì?

Động cơ servo là một loại động cơ được thiết kế để cung cấp chính xác và linh hoạt trong việc điều khiển vị trí, tốc độ và gia tốc của các hệ thống cơ khí và tự động hóa. Động cơ servo có khả năng đặc biệt là phản hồi và điều chỉnh tự động dựa trên tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển, giúp duy trì và điều chỉnh vị trí hoặc vận tốc của cơ cấu máy móc theo yêu cầu. 

Động cơ servo là một thành phần của trọn bộ Servo: gồm động cơ, driver, encoder (bộ mã hóa vòng quay) và cáp kết nối (cáp encoder và cáp kết nối động cơ với driver).

Động cơ servo là một dạng động cơ được điều khiển trong một hệ thống hồi tiếp vòng kín, tốc độ và vị trí được giám sát thông qua encoder, nhận lệnh điều khiển từ driver servo và cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khi vận hành với tốc độ và độ chính xác cực kỳ cao.

Cấu tạo của động cơ servo?

Cấu tạo của động cơ servo bao gồm các thành phần chính sau đây:

Rotor và Stator:

Động cơ servo thường bao gồm rotor (phần quay) và stator (phần cố định). Rotor là phần quay được nối với trục cơ khí và chịu tác động từ dòng điện được áp dụng. Stator là phần không di chuyển, thường chứa các cuộn dây và nam châm.

Cuộn dây và nam châm:

Cuộn dây được quấn xung quanh một cấu trúc từ nối với nguồn điện. Dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra một lực từ trường, tương tác với nam châm trên rotor để tạo ra chuyển động quay.

Encoder (Bộ mã hóa):

Để đạt được độ chính xác cao, động cơ servo thường được trang bị các cảm biến phản hồi như encoder. Cảm biến này giúp đo vị trí và tốc độ của rotor và cung cấp thông tin phản hồi cho hệ thống điều khiển để điều chỉnh vị trí của rotor.

Hệ thống Điều khiển:

Động cơ servo cũng đi kèm với một hệ thống điều khiển, thường là một bộ vi điều khiển (microcontroller) hoặc các bộ vi điều khiển chuyên dụng. Hệ thống này nhận thông tin từ cảm biến phản hồi và điều chỉnh dòng điện đi qua cuộn dây để đạt được vị trí và tốc độ mong muốn.

Power Amplifier (Bộ khuếch đại công suất):

Để cung cấp dòng điện đủ cho cuộn dây và rotor, động cơ servo thường đi kèm với bộ khuếch đại công suất để tăng áp đặt vào cuộn dây lên mức cần thiết.

Các cấu trúc cơ khí:

Động cơ servo thường được tích hợp trong các cấu trúc cơ khí phù hợp, như bộ truyền động, hộp giảm tốc, và các cơ cấu để chuyển đổi chuyển động quay thành các chuyển động tuyến tính hoặc theo các hướng khác nhau.

Nguyên lý hoạt động của động cơ servo?

Nguyên lý hoạt động của động cơ servo được điều khiển theo nguyên lý hồi tiếp vòng kín. Tốc độ và vị trí của động cơ được giám sát bởi bộ mã hóa vòng quay (encoder), tín hiệu này được đưa về Bộ điều khiển (driver) Servo. Khi đó bất kỳ lý do nào ngăn cản chuyển động quay của động cơ, cơ cấu hồi tiếp sẽ nhận thấy tín hiệu ra chưa đạt được vị trí mong muốn. Bộ điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động cơ đạt được điểm chính xác nhất.

Ví dụ: nếu động cơ ở góc 30˚ và vi điều khiển cho động cơ góc 60˚ thì mạch điều khiển sẽ quay động cơ theo chiều kim đồng hồ. Khi động cơ đạt đến 60˚, bộ mã hóa sẽ gửi tín hiệu đến mạch điều khiển để dừng động cơ.

Nguyên lý hoạt động của động cơ Servo DC

Nguyên lý hoạt động của động cơ servo DC dựa trên nguyên lý cơ bản của động cơ DC (điện xoay chiều) thông thường, nhưng được điều khiển thông qua phản hồi vòng kín (closed-loop feedback system) để đạt được độ chính xác cao trong việc điều khiển vị trí, tốc độ và gia tốc.

Nguyên lý làm việc của động cơ Servo AC

Nguyên lý hoạt động của động cơ servo AC là một loại động cơ điện xoay chiều (AC) được thiết kế để cung cấp vị trí, tốc độ và gia tốc chính xác trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao. 

Phân loại động cơ servo

Phân loại động cơ servo theo tiêu chí khác nhau như: nguyên tắc hoạt động, cấu trúc, loại cảm biến phản hồi và ứng dụng. Dưới đây là các phân loại chính của động của động cơ servo:

Phân loại theo nguyên tắc hoạt động

Động cơ servo DC:

Hoạt động bằng dòng điện một chiều. Loại động cơ servo này có nguồn DC riêng biệt trong cuộn dây phần ứng và thường được điều khiển bằng cách thay đổi dòng điện kích từ hoặc dòng điện phần ứng. Động cơ servo DC phản ứng nhanh với các tín hiệu, DC servo không được thiết kế cho các dòng điện cao và thường phù hợp hơn cho các ứng dụng nhỏ hơn

Động cơ servo AC:

Được điều khiển bằng dòng điện xoay chiều và được thiết kế để xử lý dòng điện tăng vọt so với động cơ servo DC. Ngoài ra, chúng có thể đạt được mô-men xoắn cao hơn và mang lại khả năng kiểm soát tốt hơn so với động cơ DC. Những ưu điểm này làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các bộ phận máy móc hạng nặng, bao gồm máy CNC và cánh tay robot.

Phân loại theo cấu trúc cơ bản

Rotor Nam châm cứng (Permanent Magnet Rotor):

Động cơ servo có rotor sử dụng nam châm cứng để tạo ra lực từ trường, cung cấp độ chính xác cao và hiệu suất tốt.

Rotor Từ tính (Wound Rotor):

Rotor của động cơ servo có thể là một khối từ tính, thường được sử dụng trong môi trường công nghiệp.

Phân loại theo cảm biến phản hồi

Encoder:

Sử dụng encoder để cung cấp thông tin vị trí và tốc độ cho hệ thống điều khiển.

Resolver:

Sử dụng resolver, một loại cảm biến góc, để cung cấp phản hồi về vị trí và hướng của rotor.

Phân loại theo ứng dụng

Động cơ Servo Công nghiệp:

Có công suất lớn, được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp như máy gia công CNC, robot công nghiệp và hệ thống tự động hóa công nghiệp.

Động cơ Servo Tiêu dùng:

Có kích thước nhỏ gọn, thường được sử dụng trong các thiết bị điều khiển chuyển động như máy in 3D, máy cắt laser nhỏ và các ứng dụng cá nhân.

Ưu nhược điểm của động cơ servo

Động cơ servo là loại động cơ chuyển động điều khiển được thông qua việc gửi một tín hiệu điều khiển đến từng vị trí cụ thể. Dưới đây là một số ưu nhược điểm của động cơ servo:

Ưu điểm

So với động cơ không đồng bộ thông thường, được điều khiển thông qua biến tần hoặc các thiết bị điều khiển khác, thì bộ Servo có những ưu điểm vượt trội:

• Khả năng điều khiển vị trí, tốc độ và momen cực kỳ nhanh chóng và chính xác.
• Trong khoảng tốc độ từ 0 đến tốc độ định mức, Momen của động cơ servo là không đổi, do đó servo thường được sử dụng trong một số ứng dụng cần momen cao ở tốc độ thấp.
• Hiệu suất hoạt động cao, được xác định lên tới hơn 90%, ít sinh nhiệt và hầu như không dao động.
• Tốc độ cao và tần suất làm việc thay đổi nhanh, liên tục.
• Tốc độ đáp ứng và phản hồi nhanh nhưng lực quán tính thấp (gần như không có quán tính).
• Hoạt động êm ái, nhẹ và tiết kiệm điện năng. So với động cơ thường, động cơ servo có thể tiết kiệm 5-15% điện năng).
• Kích thước và trọng lượng nhỏ hơn, ít bị hư hỏng.

Nhược điểm

Dưới đây là một số nhược điểm của động cơ servo: 

• Thao tác điều khiển động cơ khi thực hiện phức tạp
• Các thông số của ổ đĩa phải được điều chỉnh ở các thông số PID.
• Khi vận hành động cơ thường sẽ gây ra tiếng ồn.
• Nhiệt độ tăng lên cao khi vận hành và sinh ra quán tính cao khi giảm tốc độ. 

Ứng dụng động cơ servo trong công nghiệp

Nhờ vào hiệu suất cao và khả năng điều khiển vị trí chính xác, đáp ứng nhanh chóng và hiệu suất ổn định, Servo được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau, dưới đây là các ứng dụng động cơ servo trong công nghiệp: 

Điều khiển cánh tay của Robot, Robot công nghiệp

• Máy gia công CNC
• Ứng dụng vào máy sản xuất khẩu trang
• Hệ thống dao cắt xoay, cắt bay
• Hệ thống máy được sử dùng để cắt các loại túi nilon
• Điều khiển các hệ thống máy đóng gói
• Máy in 3D công nghiệp
• Máy đóng gói và đóng chai tự động.
• Hệ thống vận chuyển cũng như sắp xếp các loại hàng hóa
• Điều khiển các loại máy chế tạo thiết bị điện tử…

Các hãng sản xuất động cơ servo uy tín nhất

Trên thị trường thì hiện nay thương hiệu Xinje là hãng cung các sản phẩm động cơ servo uy tín trong lĩnh vực tự động hóa và điều khiển. Ngoài thương hiệu Xinje ra có một số hãng sản xuất servo khác trong ngành công nghiệp như:

Xem thêm bài viết: Thương hiệu Xinje: Giải pháp hàng đầu cho lĩnh vực tự động hóa

Siemens:

Siemens là một trong những nhà sản xuất công nghệ hàng đầu trên thế giới và cung cấp rất nhiều sản phẩm và giải pháp cho ngành công nghiệp tự động hóa, bao gồm cả động cơ servo và hệ thống điều khiển tương ứng.

Yaskawa:

Yaskawa là một trong những nhà sản xuất hàng đầu về động cơ servo và các sản phẩm điều khiển cho robot và tự động hóa công nghiệp. Họ cung cấp nhiều giải pháp tiên tiến và đáng tin cậy cho các ứng dụng công nghiệp đa dạng.

ABB:

ABB cũng là một trong những công ty hàng đầu về tự động hóa công nghiệp, cung cấp các giải pháp motor servo và hệ thống điều khiển chất lượng cao cho các ứng dụng công nghiệp.

Công nghệ mới và tiềm năng phát triển

Công nghệ mới và tiềm năng phát triển trong động cơ servo mở ra nhiều cơ hội cho việc áp dụng và cải thiện hiệu suất trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và dịch vụ khác nhau.

Xu hướng công nghệ mới trong động cơ servo: IoT, AI, điều khiển tự động thông minh.

Xu hướng công nghệ mới trong động cơ servo:

Internet of Things (IoT):

Kết nối mạng IoT cho phép động cơ servo truyền dữ liệu và nhận thông tin từ các thiết bị và hệ thống khác, tạo ra hệ thống tự động thông minh và khả năng tương tác.

Trí tuệ nhân tạo (AI) và Học máy (Machine Learning):

Sử dụng AI và Machine Learning giúp động cơ servo dự đoán và điều chỉnh hoạt động dựa trên dữ liệu thu thập được, tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

Điều khiển tự động thông minh:

Sự tiến bộ trong các thuật toán và phần mềm điều khiển giúp động cơ servo tự động điều chỉnh, phản hồi và thích ứng với môi trường làm việc một cách linh hoạt và hiệu quả.

Tiềm năng áp dụng trong các lĩnh vực công nghệ cao, y tế và dịch vụ

Tiềm năng áp dụng trong các lĩnh vực công nghệ cao và dịch vụ.

Công nghệ cao và sản xuất thông minh:

Động cơ servo kết hợp với các công nghệ mới mở ra cơ hội cho quy trình sản xuất thông minh, tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng.

Dịch vụ tự động hóa:

Áp dụng động cơ servo trong các dịch vụ tự động hóa như tự động hóa nhà thông minh, robot hỗ trợ, và các ứng dụng dịch vụ tự động khác

Kết Luận

Động cơ servo không chỉ là một phần quan trọng trong ngành công nghiệp hiện đại mà còn có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Hãy khám phá thêm về các giải pháp và tiềm năng mà động cơ servo có thể mang lại cho doanh nghiệp của bạn. Đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi để có thêm thông tin và tư vấn chi tiết. Nếu bạn muốn biết thêm thông tin chi tiết hoặc cần tư vấn về sản phẩm và ứng dụng cụ thể, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi. Đội ngũ chuyên gia của chúng tôi sẵn sàng hỗ trợ bạn.

Công ty TNHH Tự Động Hóa Thiên Phú Thịnh 

Biến tần – HMI – PLC – Servo – Khởi Động Mềm – Tủ điện – Scada

Địa chỉ: Số 1B, Đường Tú Xương, Khu Phố 1, Phường Hiệp Phú, TP Thủ Đức

Hotline/Zalo: 0909 623 689

Email: Thienphuthinh.auto@gmail.com

Fanpage: https://www.facebook.com/TPTAutomation