Was ist ein Servomotor?
A servomotor besteht typischerweise aus einem vollständigen Servosystem, bestehend aus dem Motor, einem hochpräzisen Encoder (oder anderen Rückmeldesensoren), einem Servotreibgerät und einem übergeordneten Steuergerät. Im Gegensatz zu konventionellen Motoren verlässt sich dieses System auf ein geschlossenes Rückkopplungssystem, das eine hochpräzise Steuerung von Position, Geschwindigkeit und Drehmoment in Echtzeit ermöglicht, basierend auf Befehlen, und gleichzeitig eine schnelle Reaktion bietet.
Wie funktioniert ein Servomotor?
Die Präzision eines Servomotors resultiert aus seinem geschlossenen Regelkreis. Dieses System erreicht eine hochpräzise Steuerung durch einen kontinuierlichen Befehl-Rückmeldung-Korrektur-Zyklus: Der übergeordnete Controller gibt zunächst ein Befehlssignal aus, das die Zielposition vorgibt; der Servoregler verstärkt dieses Signal daraufhin zu einem hochenergetischen Strom, der den Motor antreibt. Gleichzeitig überwacht der im Motor integrierte Encoder oder Sensor in Echtzeit die tatsächliche Position und Geschwindigkeit und sendet diese Informationen als Rückmeldung an den Regler. Der Regler vergleicht kontinuierlich die Ziel- und Ist-Positionen mithilfe von Regelstrategien wie PID-Algorithmen. Sobald eine Abweichung festgestellt wird (z. B. aufgrund von Laständerungen), passt er unverzüglich den Ausgangsstrom zur dynamischen Korrektur an. Der gesamte Prozess wird innerhalb von Millisekunden abgeschlossen, wodurch der Motor rasch die Zielposition erreicht und diese präzise beibehält, auch unter äußeren Störungen stabil bleibt. Damit übertrifft er geschlossene Systeme deutlich hinsichtlich Drehmoment, Geschwindigkeit und Positionsregelung im Vergleich zu offenen Systemen wie Schrittmotoren.
Arten von Servomotoren
Servomotoren können je nach Art der Stromversorgung in Gleichstrom-Servomotoren (DC Servo Motors) und Wechselstrom-Servomotoren (AC Servo Motors) unterteilt werden.
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Mit einer Leistung von mehr als 50 W
Unter Wechselstromversorgung lassen sich Motoren hauptsächlich anhand ihres Wirkprinzips und ihrer Bauweise in permanenterregte Synchronservomotoren (PMSM) und Asynchronservomotoren (ASM) einteilen. PMSM bieten Vorteile wie hohe Präzision und schnelle Reaktionsfähigkeit und werden daher in hochpräzisen Steueranwendungen wie Industrieroboter, CNC-Maschinen, Halbleitergeräte und automatisierte Produktionslinien weit verbreitet eingesetzt. Asynchronservomotoren hingegen sind besser geeignet für Geräte mit hoher Leistung, hoher Geschwindigkeit und relativ geringeren Präzisionsanforderungen, wie beispielsweise Zentrifugen, Kompressoren usw.
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Gleichstrom-Servo-Motoren
Bei Gleichstromversorgung werden Servomotoren hauptsächlich anhand ihrer Bauweise und ihres Arbeitsprinzips in Gleichstrom-Servomotoren mit Bürsten und bürstenlose Gleichstrom-Servomotoren (BLDC) unterteilt. Der wesentliche Unterschied zwischen beiden liegt in der Kommutierungsart: Gleichstrom-Servomotoren mit Bürsten verwenden eine mechanische Kommutierung, bei der die physische Kontaktaufnahme zwischen Bürsten und einem Kommutator erfolgt. BLDC-Servomotoren hingegen verwenden eine elektronische Kommutierung, bei der Positionsensoren und Aktoren für eine präzise Steuerung genutzt werden. Derzeit haben BLDC-Servomotoren aufgrund ihrer deutlichen Vorteile hinsichtlich Leistung, Zuverlässigkeit und Lebensdauer die bürstenbehafteten Motoren nach und nach verdrängt und sind zur bevorzugten Wahl für hochpräzise und zuverlässige Servoanwendungen geworden.
Anwendungen von Servomotoren
Die besonderen Fähigkeiten von Servomotoren machen sie in zahlreichen Bereichen unverzichtbar:
- Industrielle Automatisierung: Robotik, CNC-Bearbeitung, Verpackungsmaschinen usw.
- Robotik: Steuerung von Gelenken in Roboterarmen und -beinen mit präziser Bewegung.
- Consumer Electronics: Treiben Sie das Objektiv in der Kamera an, um die Autofokusfunktion zu erreichen, und steuern Sie die Bewegung des Druckkopfes bei Hochleistungs-3D-Druckern.
- Medizintechnik: Antrieb präziser Werkzeuge in chirurgischen Robotern und Steuerung von Fluidpumpen in Diagnosemaschinen.
Hervorgehobene Servomotoren-Produkte
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NEMA 23 Integrierter Gleichstrom-Servomotor : Ein bürstenloser Gleichstrommotor mit 57-mm-Bauform, kombiniert mit einem 16-Bit-Encoder und einem Servoregler.
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EtherCAT Wechselstrom-Servomotor : Servomotor, der den gängigsten Leistungsbereich von 0,05 kW bis 7,5 kW abdeckt, ausgestattet mit einem magnetischen absoluten Multiturn-Encoder mit 17 Bit. Der Servoregler unterstützt sowohl einphasige als auch dreiphasige Stromversorgungssysteme mit EtherCAT-Kommunikation.
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Puls-Wechselstrom-Servomotor : Servomotor, der den gängigsten Leistungsbereich von 0,05 kW bis 7,5 kW abdeckt, ausgestattet mit einem magnetischen absoluten Multiturn-Encoder mit 17 Bit. Der Servoregler unterstützt sowohl einphasige als auch dreiphasige Stromversorgungssysteme mit Puls-Kommunikation.
