[Thảo luận] Động cơ và những thông tin cần biết

[Dương Trần]

P3: Động cơ Servo - Part 1
_____
Xin chào mọi người, để tiếp tục chủ đề về động cơ, hôm nay mình sẽ giới thiệu về một trong những loại động cơ được áp dụng rất nhiều trong các cơ cấu tự động cần độ chính xác cao - Servo motor.

1. Định nghĩa Servo
     Theo các định nghĩa về Servo, cơ cấu "Servo" là thiết bị tự động có sử dụng cảm biến phản hồi để điều chỉnh hành động của cơ cấu. Nó thường bao gồm bộ đếm mã hóa (Encoder) đi kèm bên trong hoặc cơ cấu phản hồi vị trí (ví dụ cảm biến) để đảm bảo cơ cấu chấp hành đầu ra đạt được hiệu quả mong muốn. [1]

     Thuật ngữ này chỉ áp dụng một cách chính xác đối với những hệ thống mà các thông tin phản hồi hoặc các tín hiệu điều chỉnh sai số về vị trí cơ khí, tốc độ... Các cơ cấu Servo có thể dùng để điều khiển vị trí, tốc độ hay moment xoắn.

2. Động cơ Servo
     Một cơ cấu "Servo" có thể là một loại động cơ cụ thể được kết hợp với một bộ mã hóa quay hoặc tịnh tiến (Encoder), hoặc cũng có thể là chiết áp (biến trở) để trờ thành cơ cấu servo. Vì điều này mà động cơ Servo có nhiều loại: AC Servo, DC Servo,...
     Cấu hình của một động cơ Servo thường bao gồm: Động cơ servo, bộ khuếch đại servo, bộ điều khiển servo.

(Minh họa cơ cấu Servo. Nguồn: Realpar)

     Ví dụ với hình minh họa phía trên:
- Động cơ Servo gồm: Servo motor (kèm Encoder gắn phía đuôi) là động cơ AC hoặc DC.

- Bộ khuếch đại tín hiệu Servo: Amplifier (hay còn gọi là Servo Drive), có chức năng nhận tín hiệu lệnh từ bộ điều khiển, khuếch đại tín hiệu đó lên sau đó truyền đi dưới dạng tín hiệu điện tới động cơ Servo để tạo ra chuyển động tỷ lệ với tìn hiệu đầu vào nhằm điều khiển cơ cấu chấp hành theo mong muốn. Các cảm biến gắn trên cơ cấu sẽ báo vị trí thực của cơ cấu chấp hành, so với tín hiệu yêu cầu, từ đó đưa ra lệnh điều chỉnh hành động của động cơ. Thông thường, mỗi loại (dòng động cơ mỗi hãng) sẽ yều cầu loại Drive riêng. Tuy nhiên, cũng có những loại Drive có thể tương thích với nhiều loại động cơ.

- Cơ cấu chấp hành (Actuator): Cơ cấu chấp hành cho ví dụ trên là cơ cấu bàn di chuyển với bộ truyền trục vitme bi-đai ốc. 

     Động cơ Servo được thiết kế cho những hệ thống hồi tiếp vòng kín. Tín hiệu đầu ra được nối với mạch điều khiển. Khi động cơ quay, thông tin về vận tốc và vị trí sẽ được hồi tiếp về mạch điều khiển này. Các cơ cấu điều khiển bằng liên lạc vô tuyến được gọi là động cơ Servo RC (Radio-controlled).

(Minh họa sơ đồ khối về mạch điều khiển kín của Servo. Nguồn: Internet)

3. Cấu tạo Động cơ Servo

(Minh họa về cấu tạo của động cơ Servo. Nguồn: Oriental Motor)

Cấu tạo chung của động cơ Servo gồm có:

1. Stator - Bộ phận cố định, chứa các cuộn dâu cảm ứng.

2. Winding - Các cuộn dây đồng có chức năng tạo ra từ trường

3. Bearing - Vòng bi

4. Shaft - Trục quay của động cơ

5. Rotor - Bộ phận chuyển động, gồm những nam châm lắp trên trục

6. Encoder - Bộ mã hóa giúp xác định vòng quay trục động cơ

7. Phanh

4. Ứng dụng động cơ Servo

a. Cần sự chính xác về vị trí

Khi cần có sự chính xác về vị trí cho trước của cơ cấu chấp hành, Servo motor sẽ được sử dụng. Ví dụ các trường hợp:

Ảnh 1: Các robot vận chuyển trong các nhà kho thông minh, dùng Sevo để truyền động, đưa hàng hóa đến vị trí mong muốn trên các giá kệ...

Ảnh 2: Dùng Servo ở các trục trong máy CNC giúp điều khiển tọa độ phôi theo mong muốn

b. Cần sự chính xác về tốc độ

Khi cần sự chính xác về tốc độ, hoặc có thể điều khiển tốc độ theo ý muốn, ví dụ: điều khiển tốc độ băng tải trong dây chuyền sản xuất

c. Cần sự chính xác về moment

Khi cần điều khiển về moment của trục động cơ, có thể sử dụng Servo motor để điều khiển.