Động cơ servo là một loại động cơ điện rất phổ biến được sử dụng trong lĩnh vực gia công cơ khí hoặc trong việc gia công các sản phẩm công nghiệp mà yêu cầu cần độ chính xác cao. Vậy động cơ servo là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như các ứng dụng của động cơ servo là gì? Hãy cùng
Bảo An tìm hiểu trong bài viết dưới đây.
1. Động cơ servo là gì?
Động cơ servo là gì? Động cơ servo là một loại động cơ điện được thiết kế để cung cấp một đầu ra chính xác và kiểm soát được vị trí. Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu chính xác và kiểm soát vị trí trong các hệ thống tự động hóa. Điểm đặc biệt của động cơ servo là khả năng đáp ứng và điều chỉnh vị trí theo yêu cầu. Nó được điều khiển bằng các tín hiệu điều khiển như xung và một tín hiệu phản hồi trở lại về vị trí hiện tại của động cơ.
Hình 1: Động cơ servo là gì?
Để hiểu thêm về động cơ servo, hãy cùng tham khảo hình ảnh và thông số kỹ thuật của sản phẩm Động cơ servo MITSUBISHI HG-KR13 hiện đang được phân phối ở Bảo An
tại đây.
2. Cấu tạo của động cơ servo
Động cơ servo thường có cấu tạo gồm ba thành phần chính: động cơ, bộ điều khiển và hệ thống phản hồi vị trí. Dưới đây là mô tả chi tiết về từng thành phần này:
- Động cơ: Động cơ servo thường là loại động cơ DC (điện một chiều) có rotor (trục quay) và stator (vỏ cố định). Rotor được gắn với trục quay và có thể xoay. Stator chứa một bộ điện từ, gồm từ dây và nam châm cố định, tạo ra lực từ để xoay rotor. Điện áp được cấp cho động cơ để tạo ra lực từ và điều khiển vị trí.
- Bộ điều khiển: Bộ điều khiển của động cơ servo nhận tín hiệu điều khiển từ nguồn điều khiển chính, chẳng hạn như một vi xử lý hoặc mạch điều khiển. Bộ điều khiển phân tích tín hiệu điều khiển và tạo ra tín hiệu điện áp phù hợp để điều chỉnh vị trí của động cơ. Nó thường sử dụng các phương pháp điều khiển phản hồi như điều khiển PID (proportional-integral-derivative) để đạt được vị trí chính xác và ổn định.
- Hệ thống phản hồi vị trí: Để đảm bảo độ chính xác trong việc điều chỉnh vị trí, động cơ servo được trang bị một hệ thống phản hồi vị trí. Thông thường, hệ thống này bao gồm một bộ mã hóa hoặc cảm biến vị trí được gắn trên trục quay của động cơ. Bộ mã hóa hoặc cảm biến này theo dõi và ghi lại vị trí hiện tại của trục quay và truyền tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển. Bằng cách so sánh tín hiệu điều khiển và tín hiệu phản hồi, bộ điều khiển điều chỉnh động cơ để đạt được vị trí mong muốn.
Ngoài ra, động cơ servo có thể đi kèm với các bộ gia tốc và hệ thống giảm tốc để cung cấp tăng tốc và lực xoắn tốt hơn trong các ứng dụng yêu cầu.
Hình 2: Cấu tạo động cơ servo
3. Nguyên lý hoạt động của động cơ servo
Nguyên lý hoạt động của động cơ servo dựa trên việc sử dụng hệ thống phản hồi vị trí để điều chỉnh vị trí của động cơ và đạt được một vị trí chính xác. Dưới đây là quá trình hoạt động cơ bản của động cơ servo:
- Nhận tín hiệu điều khiển: Đầu tiên, động cơ servo nhận tín hiệu điều khiển từ nguồn điều khiển chính, chẳng hạn như một vi xử lý hoặc mạch điều khiển. Tín hiệu điều khiển này thường là một tín hiệu xung PWM (Pulse Width Modulation) có tần số và mạch thời gian đại diện cho vị trí mong muốn của động cơ.
- So sánh tín hiệu điều khiển và tín hiệu phản hồi: Bộ điều khiển trong động cơ servo so sánh tín hiệu điều khiển với tín hiệu phản hồi về vị trí hiện tại của động cơ. Tín hiệu phản hồi này được gửi từ hệ thống phản hồi vị trí, chẳng hạn như bộ mã hóa hoặc cảm biến vị trí được gắn trên trục quay của động cơ. So sánh giữa tín hiệu điều khiển và tín hiệu phản hồi cho phép bộ điều khiển xác định sai lệch vị trí hiện tại của động cơ so với vị trí mong muốn.
- Điều chỉnh vị trí: Dựa trên sai lệch vị trí, bộ điều khiển tính toán và tạo ra tín hiệu điện áp phù hợp để điều chỉnh vị trí của động cơ. Thông qua việc điều chỉnh tín hiệu điện áp đến động cơ, lực từ trong bộ điện từ sẽ thay đổi và tạo ra lực xoay, làm xoay trục quay của động cơ.
- Lặp lại quá trình: Quá trình này được lặp lại liên tục. Khi động cơ xoay và đạt tới vị trí mong muốn, tín hiệu điều khiển và tín hiệu phản hồi sẽ cân bằng và không có sai lệch. Nếu có sai lệch vị trí mới xuất hiện, bộ điều khiển sẽ tiếp tục điều chỉnh tín hiệu điện áp để đưa động cơ về vị trí chính xác.
Tổng quát, động cơ servo sử dụng hệ thống phản hồi vị trí và bộ điều khiển để duy trì và điều chỉnh vị trí chính xác theo yêu cầu. Quá trình này cho phép động cơ servo đáp ứng nhanh chóng và chính xác trong các ứng dụng yêu cầu kiểm soát vị trí như robot, máy in 3D và máy CNC.
Hình 3: Nguyên lý hoạt động động cơ servo
4. Phân loại động cơ servo
Động cơ servo có thể được phân loại dựa trên các yếu tố khác nhau như nguồn cấp, cấu trúc và phạm vi ứng dụng. Dưới đây là một số phân loại phổ biến của động cơ servo:
- Động cơ servo DC: Đây là loại động cơ servo sử dụng nguồn cấp là điện một chiều (DC). Động cơ servo DC thường có cấu trúc gồm một rotor và stator, và sử dụng nguyên tắc hoạt động của động cơ DC để tạo ra lực từ và điều chỉnh vị trí.
- Động cơ servo AC: Đây là loại động cơ servo sử dụng nguồn cấp là điện xoay chiều (AC). Động cơ servo AC thường có cấu trúc phức tạp hơn so với động cơ servo DC và thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp lớn.
- Động cơ servo brushless: Đây là loại động cơ servo không chổi than (brushless), trong đó lực từ được tạo ra bằng cách sử dụng từ dây và nam châm cố định. Động cơ servo brushless thường có tuổi thọ cao hơn, hiệu suất tốt hơn và ít bị mòn hơn so với các loại động cơ servo sử dụng chổi than.
- Động cơ servo không đồng bộ: Đây là loại động cơ servo không đồng bộ, trong đó cấu trúc rotor và stator không được đồng bộ. Động cơ servo không đồng bộ thường có kích thước nhỏ, đáp ứng nhanh và tiếng ồn thấp, và thường được sử dụng trong các ứng dụng nhỏ gọn như robot nhỏ, máy in và thiết bị gia đình.
- Động cơ servo tuyến tính: Đây là loại động cơ servo được thiết kế để tạo ra chuyển động tuyến tính thay vì chuyển động quay. Động cơ servo tuyến tính thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu chính xác vị trí tuyến tính như các hệ thống trượt và máy CNC.
Trên đây chỉ là một số phân loại phổ biến của động cơ servo. Có nhiều yếu tố khác có thể được sử dụng để phân loại động cơ servo, tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể của ứng dụng.
5. Ứng dụng của động cơ servo
Qua các phần trên, Bảo An đã giúp các bạn hiểu được về động cơ servo là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của động cơ servo cũng như một số loại động cơ servo phổ biến. Vậy động cơ servo có những ứng dụng gì trong công nghiệp và đời sống? Hãy cùng tìm hiểu trong phần dưới đây.
Động cơ servo có rất nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của động cơ servo:
a. Ứng dụng trong ngành robot
Động cơ servo được sử dụng rộng rãi trong ngành robot để cung cấp chuyển động chính xác và linh hoạt. Chúng có thể được sử dụng trong các khớp robot để điều khiển chuyển động của cánh tay robot, chân robot, hoặc các bộ phận khác.
Hình 4: Ứng dụng của động cơ servo trong ngành robot
b. Ứng dụng trong máy CNC (Computer Numerical Control)
Trong máy CNC, động cơ servo được sử dụng để điều khiển chuyển động của trục quay và trục tuyến tính. Chúng giúp cung cấp chính xác và đáng tin cậy trong quá trình gia công, đảm bảo chất lượng và độ chính xác của các bộ phận gia công.
Hình 5: Ứng dụng của động cơ servo trong máy CNC
c. Ứng dụng trong máy in 3D
Động cơ servo được sử dụng trong máy in 3D để điều khiển chuyển động của các trục in. Chúng giúp định vị và điều khiển vị trí của đầu in trong quá trình in, đảm bảo rằng các lớp và chi tiết được in ra chính xác và nhất quán.
Hình 6: Ứng dụng của động cơ servo trong máy in 3D
d. Ứng dụng trong tự động hóa công nghiệp
Trong các ứng dụng tự động hóa công nghiệp, động cơ servo được sử dụng để điều khiển chuyển động của các bộ phận trong các hệ thống máy móc và thiết bị. Chúng có thể được sử dụng để điều khiển van, cổng, băng chuyền, cánh tay máy.robot, và nhiều ứng dụng khác
Hình 7: Ứng dụng của động cơ servo trong tự động hóa công nghiệp
e. Trong lĩnh vực y tế
Trong lĩnh vực y tế, động cơ servo có thể được sử dụng trong các thiết bị như máy phẫu thuật robot, máy quét hình ảnh y tế và thiết bị hỗ trợ chức năng. Chúng giúp cung cấp chính xác và điều khiển chuyển động trong các ứng dụng y tế quan trọng.
g. Ứng dụng trong các thiết bị gia dụng
Động cơ servo cũng có thể được sử dụng trong các thiết bị gia dụng như máy giặt, máy lạnh, máy hút bụi tự động và các loại robot gia đình. Chúng giúp cung cấp chuyển động mịn màng và chính xác để cải thiện hiệu suất và trải nghiệm người dùng.
Trên đây chỉ là một số ví dụ về ứng dụng của động cơ servo. Thực tế, động cơ servo được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và gia đình khác nhau nhờ khả năng điều khiển chính xác và linh hoạt của chúng.
Kết luận: Qua bài viết trên, Bảo An Automation đã cung cấp cho các bạn kiến thức về động cơ servo là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, một số loại động cơ servo chính và nguyên lý hoạt động của động cơ servo. Hy vọng bài viết sẽ giúp ích cho công việc của bạn.
