سروو موتور چیست و چه کاربردی دارد

سروو موتورها Servo Motors از رباتیک تا هوافضا، نقش مهمی در افزایش دقت و بهره وری دارند. این موتورها با کنترل دقیق حرکت، در بسیاری از صنایع از جمله خودروسازی، پزشکی و اتوماسیون استفاده می شوند. در این راهنما، بررسی می کنیم که سروو موتورها چیستند، چگونه کار می کنند، چه مزایایی دارند و چه انواعی دارند.

سروو موتور چیست؟ (Servo Motors)

سروو موتور یک موتور تخصصی است که برای کنترل دقیق حرکت چرخشی یا خطی طراحی شده است. این موتور با استفاده از یک سیستم بازخورد، موقعیت خود را به طور دقیق تنظیم می کند. به طور معمول، یک سیگنال کنترلی جهت و میزان حرکت آن را مشخص می کند تا به موقعیت دلخواه برسد. این ویژگی باعث می شود که سروو موتورها در کاربردهایی که به دقت بالا و حرکت نرم نیاز دارند، نقش کلیدی داشته باشند.

بهترین برند های سروو موتور

بهترین سرو موتورهای موجود در بازار به دلیل توانایی بالا در کنترل دقیق موقعیت و سرعت، برای کاربردهای صنعتی مختلف ایده‌آل هستند. این موتورها با تکنولوژی پیشرفته خود، عملکرد روان و بی‌صدا را در شرایط کاری مختلف تضمین می‌کنند و در نهایت باعث افزایش کارایی و کاهش هزینه‌ها می‌شوند. برندهای معتبر مانند میتسوبیشی با تولید سرو موتورهایی با کیفیت بالا، به پیشرفت صنعت کمک کرده‌اند. برای دسترسی به این برند با کیفیت، فروش سرو درایو و سرو موتور میتسوبیشی در شرکت‌ معتبری مانند رادین صنعت، گزینه‌ای مناسب برای تأمین نیازهای فنی و صنعتی شماست.

تاریخچه سروو موتورها

ایده سرو موتور به اوایل قرن بیستم باز می گردد و در طول زمان، با پیشرفت های نوآورانه، به یکی از اجزای اصلی مهندسی مدرن تبدیل شده است. در ابتدا، این موتورها برای کاربردهای نظامی و صنعتی طراحی شدند، اما به دلیل قابلیت کنترل دقیق، به سرعت در بخش های مختلف مورد استفاده قرار گرفتند.

• دهه ۱۹۲۰: اصطلاح “سروو” برای توصیف سیستم های کنترلی در مکانیزم های هدایت کشتی ها به کار رفت.
• دهه ۱۹۳۰: اولین سیستم های سروو کاربردی برای کنترل خودکار هواپیماها با استفاده از مکانیزم های بازخورد توسعه یافتند.
• دهه ۱۹۵۰: پیشرفت های الکترونیکی و تئوری کنترل، باعث کوچک تر و ارزان تر شدن سیستم های سروو شد و کاربردهای تجاری آن را گسترش داد.
• دهه ۱۹۶۰: گذار به الکترونیک حالت جامد، تحولی بزرگ در طراحی و عملکرد سروو موتورها ایجاد کرد.
• ۱۹۸۲: ثبت اختراع یک سیستم کنترل دیجیتال سروو (Patent US4350959A)، که دقت سروو موتورها را در رباتیک و ماشین آلات CNC بهبود بخشید.

سروو موتور چگونه کار می کند؟

سروو موتور ها به دلیل توانایی بالای خود در کنترل دقیق موقعیت، در بسیاری از کاربردها ضروری هستند. این دقت نتیجه ی تعامل هماهنگ چندین بخش کلیدی درون موتور است:

1. سیگنال کنترلی: همه چیز از اینجا شروع می شود. یک سیگنال الکتریکی از کنترل کننده ارسال می شود که موقعیت یا حرکت موردنظر را مشخص می کند. این سیگنال معمولاً به صورت پالس با عرض متغیر (PWM) است که موقعیت هدف را رمزگذاری می کند.
2. موتور و سیستم چرخ دنده: پس از دریافت سیگنال، مدار داخلی سروو موتور، موتور را به حرکت درمی آورد تا به موقعیت تعیین شده برسد. اغلب، یک جعبه دنده به موتور متصل است تا گشتاور را افزایش دهد و حرکت شفت خروجی را کنترل کند.
3. سیستم بازخورد: برای دقت بالای سروو موتور، یک سیستم بازخورد دائماً موقعیت فعلی شفت خروجی را بررسی می کند. این کار معمولاً با استفاده از حسگر هایی مانند پتانسیومتر یا انکودر انجام می شود.
4. تصحیح خطا: بخش مهم ماجرا در مدار کنترل سروو اتفاق می افتد. این مدار دائماً موقعیت فعلی را با موقعیت هدف مقایسه می کند. اگر اختلافی وجود داشته باشد (خطای موقعیت)، کنترلر مقدار توان ورودی به موتور را تنظیم می کند تا شفت خروجی دقیقاً به موقعیت تعیین شده برسد.

بیشتر بخوانید: سرو درایو چیست

اجزای اصلی سروو موتور

سروو موتورها از چندین بخش کلیدی تشکیل شده اند که هر کدام برای عملکرد دقیق موتور ضروری هستند. درک این اجزا به ما کمک می کند تا بفهمیم چرا سروو موتورها در کاربردهای اتوماسیون و کنترل عملکرد فوق العاده ای دارند.

موتور (AC یا DC)

این بخش منبع اصلی توان مکانیکی در سیستم سروو است. بسته به نوع موتور (AC یا DC)، کاربرد آن متفاوت است. معمولاً موتور AC برای برنامه های با سرعت و قدرت بالا استفاده می شود، در حالی که موتور DC برای کنترل دقیق تر مناسب تر است. این بخش مناسب بودن موتور برای کاربردهای با قدرت بالا یا کنترل دقیق را تعیین می کند.

مدار کنترل

مدار کنترل به عنوان مغز سروو موتور شناخته می شود. این بخش سیگنال های ورودی از کنترلر را پردازش کرده و دستورات را به موتور می فرستد. وظیفه آن تعیین موقعیت، سرعت و گشتاور بر اساس ورودی های دریافت شده است. همچنین اطمینان می دهد که موتور دقیقاً طبق دستورات ورودی عمل کند.

پتانسیومتر

پتانسیومتر عمدتاً در سیستم های سروو ساده تر یا کوچک تر استفاده می شود و بازخورد پایه ای از موقعیت شفت موتور فراهم می کند تا دقت کنترل حفظ شود.

شفت موتور

این بخش، جز چرخان سروو است که توان مکانیکی را از موتور به کاربرد مورد نظر منتقل می کند. شفت موتور مستقیماً با خروجی در ارتباط است و وظیفه انجام اقدامات مطلوب را دارد.

درایو سروو

درایو سروو به عنوان واسطه بین موتور و سیستم کنترل عمل می کند. این بخش سیگنال های کنترلی را دریافت کرده و به موتور توان مورد نیاز را برای حرکت دقیق می دهد، همچنین ولتاژ و جریان را بر اساس بازخورد تنظیم می کند.

چرخ دنده های درایو

این چرخ دنده ها برای تقویت گشتاور خروجی موتور اهمیت دارند و به انجام حرکات دقیق کمک می کنند. چرخ دنده ها به شفت موتور متصل هستند و برای تنظیم مزیت مکانیکی بر اساس نیازها استفاده می شوند.

تقویت کننده سروو

این بخش سیگنال های دریافتی از مدار کنترل را تقویت می کند تا سیگنال ها به اندازه کافی قوی باشند که موتور به طور موثر عمل کند.

انکودر

انکودرها دستگاه های بازخورد پیشرفته ای هستند که اطلاعات دقیقی در مورد موقعیت یا سرعت شفت موتور به مدار کنترل می دهند. این انکودرها می توانند به صورت افزایشی (برای ارائه داده های موقعیت نسبی) یا مطلق (برای ارائه موقعیت دقیق در هر لحظه) عمل کنند.

رزولوور

رزولوورها مشابه انکودرها هستند اما برای محیط هایی با دقت و دوام بالا طراحی شده اند، مانند شرایط دما و لرزش بالا، و بازخورد موقعیت را فراهم می کنند.

منبع تغذیه

سروو موتورها به یک منبع تغذیه خاص نیاز دارند که انرژی الکتریکی لازم برای عملکرد را تامین کند. مشخصات این منبع تغذیه به نوع موتور (AC یا DC) بستگی دارد.

سیستم خنک کننده

برخی از سروو موتورها به ویژه در کاربردهای خاص، سیستم های خنک کننده دارند تا از داغ شدن بیش از حد که می تواند بر عملکرد و طول عمر موتور تاثیر بگذارد، جلوگیری کنند.

انواع مختلف سروو موتورها

سروو موتورها (Servo Motors) بر اساس نوع تأمین جریان، ساختار و نیازهای خاص کاربرد دسته بندی می شوند. هر نوع ویژگی های خاص خود را دارد که آن را برای کاربردهای خاص مناسب می سازد و بر بهره وری عملیاتی و دینامیک کنترل تأثیر می گذارد.

1. سروو موتورها AC (جریان متناوب)

سرو موتورها AC به دلیل استحکام بالا شناخته می شوند و عمدتاً در کاربردهایی با قدرت بالا که نیاز به اعتماد پذیری و دوام دارند، استفاده می شوند. این موتورها با جریان متناوب کار می کنند، به این معنی که جهت و ولتاژ جریان به طور دوره ای تغییر می کند.

مزایای سروو موتورهای AC عبارتند از:

• بهره وری بالا: سروو موتورهای AC از نظر تبدیل برق به قدرت مکانیکی کارایی بالاتری دارند.
• دوام: ساختار این موتورها به آن ها امکان می دهد که در محیط های صنعتی سخت با نگهداری حداقلی عمل کنند.
• گشتاور بالا در سرعت های پایین: این موتورها حتی در سرعت های پایین نیز قادر به تولید گشتاور بالا هستند که برای بسیاری از کاربردهای ماشین آلات سنگین ضروری است.

از معایب این نوع سروو موتور ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• هزینه: سروو موتورها AC معمولاً گران تر از سروو موتورها DC هستند، زیرا قابلیت ها و ساختار آن ها پیچیده تر است.
• پیچیدگی: سیستم های کنترلی برای موتورهای AC پیچیده تر هستند به دلیل تغییرات در جریان متناوب.

2. سروو موتورها DC (جریان مستقیم)

سروو موتورهای DC با جریان مستقیم کار می کنند که به آن ها امکان می دهد تا کنترل دقیقی بر موقعیت و سرعت داشته باشند. این موتورها معمولاً شامل یک موتور DC، یک مدار کنترل و یک مکانیزم بازخورد مانند انکودر یا پتانسیومتر هستند.
مزایای سرو موتور های DC شامل موارد زیر می شود:

• کنترل دقیق: این موتورها امکان موقعیت یابی و تنظیم سرعت دقیق را فراهم می کنند.
• پاسخ سریع: سروو موتورهای DC به سرعت به تغییرات سیگنال های کنترلی پاسخ می دهند، که آن ها را برای کاربردهای پویا مناسب می سازد.
• الکترونیک کنترلی ساده تر: نسبت به موتورهای AC، الکترونیک کنترلی برای موتورهای DC عموماً ساده تر است.

معایب این نوع سروو موتور ها را در زیر بررسی کنید:

• گشتاور محدود: برای کاربردهایی که نیاز به گشتاور بالا دارند، سروو موتورهای DC ممکن است کافی نباشند.
• سایش و خرابی: اجزایی مانند براش ها و کموتاتورها می توانند در طول زمان فرسوده شوند و نیاز به نگهداری یا تعویض داشته باشند.

3. سروو موتورها با براش (Brushed Servo Motors)

سرو موتورهای با براش دارای براش هایی هستند که از طریق کموتاتور، جریان را به موتور منتقل می کنند. این یک طراحی سنتی است که به خوبی شناخته شده است و سال ها در کاربردهای مختلف با اطمینان استفاده شده است.

مزایای این سروو موتورها را در زیر مشاهده کنید:

• صرفه جویی در هزینه: این موتورها عموماً ارزان تر از مدل های بدون براش هستند و هزینه های نگهداری کمتری دارند.
• فناوری اثبات شده: این فناوری به خوبی اثبات شده و براساس سال ها توسعه و استفاده، قابلیت اطمینان بالایی دارد.
• کنترل آسان: به دلیل طراحی براش دار، مدارهای کنترلی ساده ای دارند.

در اینجا چندین مورد از معایب این نوع سروو موتورها را بررسی می کنیم:

• نیاز به نگهداری: براش ها و کموتاتورها به مرور زمان فرسوده می شوند که ممکن است موجب خرابی شود، اگر به درستی نگهداری نشوند.
• نویز الکتریکی: اصطکاک بین براش ها و کموتاتور می تواند نویز الکتریکی تولید کند که ممکن است باعث تداخل با دستگاه های الکترونیکی دیگر شود.

4. موتورهای سروو بدون برس (Brushless Servo Motors)

موتورهای سروو بدون برس با حذف برس ها و استفاده از سیستم های کنترل الکترونیکی به جای کموتاتور مکانیکی، مزایای زیادی نسبت به موتورهای سروو با برس دارند. این تغییر باعث اطمینان بیشتر و کاهش نیاز به نگهداری موتور می شود.

مزایای این موتور ها عبارتند از:

• بازده بالا: بدون اصطکاک و افت ولتاژ معمولی که توسط برس ها ایجاد می شود، موتورهای بدون برس با بازده بالاتری کار می کنند.
• نگهداری کمتر: نبود برس ها موجب کاهش ساییدگی و طولانی تر شدن عمر موتور و کاهش هزینه های نگهداری می شود.
• محدوده سرعت بیشتر: موتورهای بدون برس می توانند در سرعت های مختلف کار کنند بدون اینکه کارایی یا عملکرد آن ها کاهش یابد.

معایب سروو های بدون برش شامل موارد زیر می باشند:

• هزینه اولیه بالا: طراحی پیشرفته و سیستم های کنترل الکترونیکی باعث می شود که موتورهای سروو بدون برس در ابتدا هزینه بیشتری داشته باشند.
• پیچیدگی در کنترل: نیاز به کموتاسیون الکترونیکی دارند که می تواند در برخی کاربردها پیچیدگی هایی در ادغام و برنامه نویسی ایجاد کند.

5. موتورهای همزمان (Synchronous Motors)

موتورهای همزمان که به آنها موتورهای سروو AC همزمان نیز گفته می شود، برای کار در سرعت ثابت طراحی شده اند و سرعت آن ها با فرکانس جریان همزمان است. این موتورها به طور خاص برای دقت بالا ساخته شده اند.

مزایای این سروو موتورها را در زیر مشاهده کنید:

• سرعت ثابت: در سرعت ثابت کار می کنند که تحت تأثیر تغییرات بار قرار نمی گیرد.
• بازده و دقت بالا: بسیار کارآمد هستند و قادرند موقعیت های دقیقی را بدون نیاز به سیستم بازخورد در حالت پایدار حفظ کنند.
• ساختار مقاوم: معمولاً به طور خاص برای تحمل شرایط سخت صنعتی ساخته شده اند که به قابلیت اطمینان آنها می افزاید.

معایب موتور های همزمان عبارتد از:

• نیاز به کنترل دقیق: هرگونه نوسان در فرکانس منبع تغذیه می تواند عملکرد موتور را تحت تاثیر قرار دهد.
• کمبود تطبیق پذیری: به طور عمده تنها در شرایط خاص که به طراحی ویژه نیاز دارند، کارایی دارند.

6. موتورهای آسنکرون (Asynchronous Motors)

موتورهای آسنکرون یا موتورهای القایی بر اساس این اصل کار می کنند که یک میدان مغناطیسی در حال چرخش جریان را در روتور القا می کند. این نوع موتور معمولاً ساده تر از موتورهای همزمان است و فاقد موتورهای با مگنت دائم است.

در ادامه، مزایای آسنکرون ها را مشاهده خواهید کرد:

• مقاومت بالا: به خاطر ساختار مقاوم شان شناخته شده هستند.
• نگهداری کم: به خاطر قطعات کمتری که در معرض سایش هستند، نیاز به نگهداری کمتری دارند.
• صرفه جویی در هزینه: به خاطر ساختار ساده تر معمولاً هزینه کمتری برای تولید و خرید دارند.

معایب این نوع موتور ها را در زیر ببینید:

• تغییر سرعت: سرعت می تواند با تغییر بار و تغییرات در فرکانس ورودی منبع تغذیه متغیر باشد.
• کمبود کارایی: معمولاً در مقایسه با موتورهای همزمان، به ویژه در سرعت های پایین، کارایی کمتری دارند.

7. موتورهای سروو خطی (Linear Servo Motors)

موتورهای سروو خطی مستقیماً انرژی الکتریکی را به حرکت خطی تبدیل می کنند، بدون نیاز به سیستم های مکانیکی مانند پیچ یا چرخ دنده ها. این امر منجر به یک سیستم کنترل حرکت دقیق تر و کارآمدتر می شود.

مزایای موتور های سروو خطی عبارتند از:

• دقت بالا: امکان موقعیت یابی دقیق و کنترل حرکت فراهم می شود.
• سرعت و شتاب بالا: قادر به حرکت با سرعت بالا و شتاب سریع هستند.
• سایش کمتر: عدم وجود اجزای انتقال مکانیکی باعث کاهش سایش و نیاز به نگهداری کمتر می شود.

معایب این موتور ها شامل موارد زیر می باشد:

• هزینه بالا: معمولاً به خاطر فناوری و مواد به کار رفته در آن ها هزینه بیشتری دارند.
• پیچیدگی: برای عملکرد مؤثر نیاز به سیستم های کنترل پیشرفته و مکانیزم های بازخورد دارند.

جمع بندی

نو آوری ها در کنترل دیجیتال و سیستم های کنترل پیشرفته راه را برای سروو موتورهای (Servo Motors) هوشمندتر و پاسخگوتر هموار می کنند. استفاده از مکانیزم های بازخورد پیچیده مانند انکودرها و ریزالورها، دقت کنترل موقعیت را بهبود می بخشد و قابلیت سروو موتورها را برای انجام وظایف پیچیده با کارایی بالا و خطای کم افزایش می دهد. رادین صنعت، به عنوان نمایندگی رسمی میتسوبیشی در ایران، با ارائه سرو موتورهای پیشرفته و فناوری‌های روز دنیا، به مشتریان این امکان را می‌دهد که از بالاترین سطح دقت، سرعت و عملکرد در سیستم‌های خود استفاده کنند.