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Servomotore

Cos'è un servomotore?


Definizione di un servomotore

Il termine "servo" si riferisce al meccanismo di controllo e deriva da "servus", la parola latina per schiavo. I servomotori prendono il nome dal fatto che ci si può fidare che funzionino "esattamente come indicato".
Un motore che può controllare parametri come la posizione e la velocità viene definito un servomotore, indipendentemente da come questo controllo viene ottenuto. Di conseguenza, il termine è talvolta usato per includere i motori passo-passo e i motori senza nucleo.
Nel contesto delle nostre intenzioni qui, tuttavia, un servomotore sarà definito come un motore con un encoder (rilevatore di movimento rotazionale) insieme a un driver che utilizza le informazioni da tale encoder per controllare la velocità e la posizione (angolo di rotazione).

Differenze tra servomotori e motori passo-passo

Come i servomotori, i motori passo-passo sono in grado di controllare il loro angolo di rotazione in risposta a degli input esterni. Possono quindi essere utilizzati anche per macchine di posizionamento e applicazioni simili. Ma ci sono molte differenze tra questi due tipi di motori.

1. Meccanismo di controllo

I servomotori hanno un encoder (rilevatore di movimento rotazionale) che individua la loro posizione di rotazione e fornisce un controllo di feedback della posizione del motore. In questo modo viene fornita una precisione di arresto precisa e il motore è in grado di tornare alla sua posizione originale in caso di deviazione dalla posizione del motore al momento dell'arresto. Al contrario, per i motori passo-passo, l'angolo di rotazione del motore è proporzionale al numero di impulsi in ingresso. Pertanto, esso controlla la posizione in base al numero di impulsi d'ingresso ricevuti dal controllore. Sebbene si eviti la necessità di un sensore di posizione, ciò significa anche l'assenza di mezzi per rilevare le deviazioni di posizione. Per esempio, cambiamenti inaspettati nel carico possono causare la desincronizzazione del motore (il che significa che il motore ruota con un angolo diverso da quello specificato dall'input).


2. Coppia e velocità

I servomotori possono funzionare ad alte velocità e possono anche fornire una coppia affidabile su un'ampia gamma di velocità, da bassa ad alta. I motori passo-passo possono fornire una coppia elevata a basse velocità, ma la loro coppia diminuisce all'aumentare della velocità, rendendoli meno adatti al funzionamento ad alta velocità.

3. Costo

Poiché i servomotori richiedono un encoder rotativo e un servocontrollore (driver), sono più costosi dei motori passo-passo.


Per leggere più dettagli sul servomotore e sul motore passo-passo, clicca: Servo motore vs motore passo-passo.

Storia dei servomotori

A partire dagli anni 50, l'interesse per l'automazione delle fabbriche cominciò a crescere negli Stati Uniti, inizialmente in settori come i trasportatori a nastro, i macchinari automatici e i robot industriali. I primi macchinari automatici e i robot industriali tendevano a usare tecniche idrauliche o pneumatiche per controllare il posizionamento degli attuatori, ma soffrivano di problemi in termini di precisione, affidabilità operativa, tubazioni associate, perdite di olio idraulico o aria.
Successivamente, con i miglioramenti nella tecnologia, l'uso dei servomotori DC è aumentato durante gli anni '50 e '60 e hanno cominciato a essere installati nei robot industriali per sostituire i fastidiosi meccanismi idraulici e pneumatici.
Insieme ai progressi nei robot industriali sono arrivati grandi progressi tecnologici nei servomotori. I servomotori AC sono diventati disponibili negli anni '80. I loro vantaggi pratici includono il rendere i robot più piccoli e più leggeri e, di conseguenza, i servomotori sono ampiamente utilizzati nei moderni macchinari industriali.



Tipi di servomotori

I servomotori possono essere divisi in servomotori DC e servomotori AC.


1. Servomotori DC

Sono servomotori azionati da motori DC (corrente continua) spazzolati. I motori DC sono più facili da controllare rispetto ai motori AC. Sono ampiamente utilizzati a causa delle loro piccole dimensioni e del basso costo, ma l'uso dei motori DC è diminuito di recente a causa dei progressi nella tecnologia di controllo dei motori AC.


2. Servomotori AC

Si tratta di servomotori azionati da motori a corrente alternata (AC). Anche se più complicato da controllare rispetto ai motori DC, i progressi nella tecnologia di controllo li hanno resi il tipo più comune di servomotore.
A seconda del loro meccanismo di azionamento, i servomotori AC possono essere divisi in motori sincroni (SM) e motori a induzione (IM). Si distinguono sulla base della loro presenza o assenza di un magnete permanente.
Gli SM contengono un magnete permanente. Per aumentare la potenza del motore, l'uso di magneti permanenti deve aumentare, i magneti permanenti sono costosi e il costo del motore diventa elevato. Per questo motivo, sono ampiamente utilizzati in applicazioni a bassa potenza (fino a 10kW). Tuttavia, con la disponibilità di magneti permanenti ad alte prestazioni negli ultimi anni, i servomotori AC sincroni sono ora la scelta predefinita preferita.
Gli IM non utilizzano magneti permanenti e tendono ad essere utilizzati per applicazioni di potenza superiore (10kW o più).



Applicazioni dei servomotori

Con le loro caratteristiche di posizionamento accurato, i servomotori sono ampiamente utilizzati in applicazioni come i robot industriali e i macchinari di precisione. Esempi di applicazioni sono i seguenti:

  • Giunti di robot industriali
  • Giunti di robot umanoidi
  • Controllo delle attrezzature nelle macchine per la lavorazione degli alimenti
  • Controllo dell'attrezzatura nelle macchine per l'imballaggio
  • Trasmissioni a cinghia nei sistemi di trasporto
  • Porte automatiche nei treni
  • Tavole X-Y usate nelle macchine di ispezione di LCD e semiconduttori
  • Presse/alimentatori di rulli
  • Stadi rotanti per macchine utensili o sistemi di ispezione
  • Controllo di presse
  • Controllo di macchine per l'incollaggio
  • Controllo di macchine per lo stampaggio della plastica
  • Controllo di macchine per il divertimento
  • Controllo radio e altre applicazioni hobbistiche
  • Macchine di rivestimento o di deposizione di vapore
  • Macchine per la pulizia a rotazione per LCD e semiconduttori


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