سروو موتور چیست؟ کاربرد، مزایا و معایب سرو موتورها

سرو موتورها، که گاهی اوقات به عنوان قلب فناوری کنترل حرکت شناخته می‌شوند، اجزای حیاتی در دنیای اتوماسیون و رباتیک به شمار می‌روند. این موتورها با قابلیت ‌های کنترل دقیق موقعیت، سرعت، و شتاب، به ما امکان می‌ دهند که با دقت بی ‌نظیری حرکت ‌ها را در سیستم‌ های مختلف کنترل کنیم. از ربات ‌های صنعتی گرفته تا دستگاه‌ های پزشکی پیشرفته، سروو موتورها نقش کلیدی در بهبود دقت، انعطاف‌پذیری و کارایی ایفا می ‌کنند و معمولاً به عنوان جایگزینی برای استپ موتور استفاده می‌شوند. در این مقاله، ما به بررسی عمیق ‌تر این موتورها، از جمله ساختار، اصول کارکرد، انواع و کاربردهای آن ‌ها می‌ پردازیم، همچنین به توانایی ‌ها و چالش‌ های پیش روی آن‌ه ا در آینده‌ ی فناوری نگاهی می ‌اندازیم.

سروو موتور چیست؟

موتور سرو یک محرک چرخشی یا یک موتور است که امکان کنترل دقیق از نظر موقعیت زاویه‌ ای و خطی، همچنین شتاب و سرعت را فراهم می‌ کند. در اصل از ویژگی‌ های خاصی برخوردار است که یک موتور معمولی از آن برخوردار نیست. سرو موتور در اصل یک مکانیسم حلقه بسته است که بصورت زاویه‌ ای و خطی امکان تغییر موقعیت را فراهم می‌ کند.

این موتورها نوعی مبدل حرکتی است که قابلیت کنترل دقیق موقعیت، سرعت و شتاب را دارد. این ویژگی‌ ها موتورهای سرو را برای کاربردهایی که نیاز به دقت بالای حرکتی دارند، ایده‌ آل می ‌کند. Serve motorها از سه بخش اصلی تشکیل شده ‌اند: یک موتور الکتریکی (که می‌تواند AC یا DC باشد)، یک سیستم کنترل (معمولاً یک کنترلر دیجیتال) و یک سنسور موقعیت که بازخورد دقیقی از موقعیت فعلی موتور ارائه می ‌دهد. این ساختار به سیستم اجازه می‌ دهد تا با دقت بالا و به صورت حلقه بسته عمل کند.

کاربردهای موتورهای سرو بسیار متنوع است و شامل رباتیک، سیستم‌ های کنترل هوایی، دستگاه‌ های پزشکی و دیگر سیستم‌ های اتوماسیون صنعتی می ‌شود. توانایی آن ‌ها در ارائه حرکت دقیق و قابل کنترل، آن ‌ها را به ابزاری حیاتی در عرصه ‌های فناوری پیشرفته تبدیل کرده است.

تاریخچه پیدایش موتورهای سرو

تاریخچه پیدایش سرو موتور، به اوایل قرن بیستم بازمی ‌گردد، جایی که نیاز به سیستم ‌های کنترل دقیق در حوزه‌ های نظامی و صنعتی به وجود آمد. این موتورها ابتدا به صورت مکانیکی و با استفاده از سیستم‌ های هیدرولیک و پنوماتیک طراحی شدند. با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی، موتورهای سرو تکامل یافتند و به سیستم‌ های الکترونیکی پیچیده ‌تری تبدیل شدند.

در دهه ‌های میانی قرن بیستم، با پیشرفت ‌های چشمگیر در الکترونیک و میکروالکترونیک، موتورهای سرو دقت و کارایی بیشتری پیدا کردند. این پیشرفت‌، به کاربردهای گسترده‌ تری در صنایع مختلف منجر شد. از دهه 1980 به بعد، با ظهور فناوری سروو موتور بدون برس و کنترل‌ کننده‌ های دیجیتالی، کاربردها و کارایی این موتورها به طور قابل توجهی افزایش یافت. امروزه، موتورهای سرو جزء لاینفک سیستم‌ های اتوماسیون پیشرفته هستند و در عرصه‌ هایی مانند رباتیک پیشرفته و تکنولوژی‌ های پزشکی نوآورانه کاربرد دارند.

نحوه کارکرد سرو موتور

این موتورها، امکان حرکت خطی و  دورانی را فراهم می‌ کنند و لختی (اینرسی) پایینی دارند. در نتیجه امکان تغییر سرعت در آنها سریع است. این سیستم الکترومکانیکی به وسیله کنترل فیدبک و بر اساس جریان و ولتاژ ورودی؛ می تواند موقعیت دستگاه، قدرت،سرعت و گشتاور آن را تغییر دهد.

اساس عملکرد یک سرو موتور، به سیگنال‌ های دریافتی، که از طریق سیم کنترلی تعبیه شده در آن، به سرو موتور اعمال می‌ گردد، بستگی دارد. هر سروو موتور، دارای یک شفت (محور) خروجی می‌ باشد و این محور قادر است به واسطه دریافت مجموعه‌ ایی از سیگنال‌ های رمزی، طی یک حرکت زاویه‌ ایی، در موقعیت زاویه‌ ایی متناسب با سیگنال ورودی قرار بگیرد.

به عبارتی، این موتور تنها زمانی که پالس ورودی فرستاده شده به آن فعال باشد، می‌ تواند در مکان زاویه‌ ایی منحصر به آن، قرار گیرد و در صورت تغییر پالس ورودی، موقعیت زاویه‌ ایی آن نیز دچار تغییر شود.

مزایا سروو موتور

پیش از خرید سرو موتور لازم است با مزایا و معایب آن ها به خوبی آشنا شوید. آشنایی با این ویژگی‌ ها قبل از خرید، کمک شایانی به شما می‌ کند. مزایای این موتورها به شرح زیر است:

• ایجاد گشتاور بسیار بالا نسبت به سرعت
• دقت بسیار بالا در کنترلرهای حلقه بسته
• راندمان بالا تا بیش از 90%
• توان خروجی بسیار بالا نسبت به وزن موتور

معایب سروو موتور

معایب موتورهای سرو به شرح زیر می‌ باشد:

• سرو موتور‌ها سیستم هشداری جهت پیش بینی ندارند و نیازمند استفاده از مدار کنترل (مدار ایمنی) هستند.
• در صورت استفاده بیش از حد توان دچار آسیب‌ های جبران ناپذیر می‌ شوند.
• در سرعت‌ های بالا برای انتقال قدرت نیازمند استفاده از گیربکس خورشیدی هستند.
• هزینه نصب و متعلقات بطور کلی در سروو موتورها بیشتر از سایر موتورهای پله‌ ای است.

انواع سرو موتورها

موتورهای سرو براساس کاربردهایی که دارند؛ می توانند به انواع مختلفی تقسیم شوند. از جمله آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• سروو موتور AC
• موتور سروو دی سی
• موتور بی موتور DC بدون برس
• موتور سرو چرخش موقعیتی
• موتور سرووسیت چرخش مداوم
•  موتور خطی سرو

سرو موتور DC

کار اصلی سرو موتور DC همانند سایر موتورهای الکترومغناطیسی است. یعنی مانند سایر موتورها با جریان برق مستقیم (DC) کار می‌ کنند. اما در طراحی، ساخت و نحوه کار با یکدیگر متفاوت هستند. اصول اصلی عملکرد این سرو موتور شبیه موتورهای DC معمولی است. موتورهای سرو DC عمدتا توسط ولتاژ آرمیچر کنترل می‌ شوند.

آرمیچر در این موتورها دارای مقاومت بالایی است؛ لذا مشخصه‌ های گشتاور_سرعت این موتورها خطی بوده و شیب منفی نسبتا زیادی دارند. باید دانست در ماشین‌ های DC، نیرو محرکه مغناطیسی (MMF) آرمیچر و mmf مدار تحریک متعامدند، لذا تغییرات پله‌ ای در ولتاژ آرمیچر (جریان) باعث می‌ گردد در موقعیت یا سرعت رتور، تغییر سریع حاصل شود.

روتورهای این نوع موتور، با طول زیاد و قطرهای کوچک طراحی شده‌ اند. اندازه آن ها نسبت به موتورهای معمولی دارای قدرت مشابه بزرگتر است. انواع مختلفی از موتورهای دی سی سروو وجود دارد که عبارتند از:

• موتورهای سری: موتورهای سری، گشتاور ابتدایی بالایی دارند و جریان بزرگی را ترسیم می‌ کنند. تنظیم سرعت این نوع موتور ضعیف است. در آن ها، می‌ توان از طریق جا به جا کردن قطب‌ های سیم پیچ و ولتاژ میدان، عملکرد سرو را معکوس نمود که البته این کار، باعث کاهش بازدهی موتور می‌ شود.
• موتور سری اسپلیت:  آن ها موتورهایی با میزان تقسیم میدان با مقداری کیلووات کسری هستند. موتور سری اسپلیت دارای منحنی سرعت گشتاور معمولی است. این منحنی نشان دهنده گشتاور غرفه بلند و کاهش سریع گشتاور با سرعت بالا است.
• موتور کنترل شنت: این نوع از سروو موتور DC دو سیم پیچ جداگانه دارد. سیم پیچ field بر روی استاتور و سیم پیچ armature بر روی روتور دستگاه. هر دو سیم پیچ به یک منبع تغذیه dc وصل می‌ شوند.
• موتور شنت آهنربای دائمی: این یک موتور تحریک ثابت است که در آن زمینه توسط یک آهنربای دائمی تأمین می‌ شود. علاوه بر این، عملکردی مشابه موتور ثابت کنترل شده آرماتور دارد.
• موتور سری چاکدار: در این سرو موتورها، در شرایطی که بتوان آرمیچر را از طریق یک منبع جریان ثابت تغذیه نمود، می‌ توان یک میدان قابل کنترل ایجاد نمود و از موتور، به عنوان یک موتور با تحریک مستقل و بدون نیاز به منبع خارجی بهره گرفت.

سروو موتور AC

سرو موتور AC همانگونه که از نام شان پیداست با جریان برق متناوب یا همان AC کار می‌ کنند. امروزه در توان‌ های کم از موتورهای سرو AC استفاده می‌ شود. این مدل مقاوم‌ تر بوده و اینرسی (لختی) آن ها نیز کم است. در صنعت، سروو موتور AC معمولا به دلیل مزایایی همچون راندمان بالا، تعمیر و نگهداری آسان‌ تر، اندازه کوچک‌ تر، قیمت مناسب و … موارد استفاده بیشتری نسبت به نوع DC آن دارد. اما باید متذکر شد که سرو موتورهای AC غیر خطی هستند و مشخصه‌ های گشتاور-سرعت آن ها به خوبی و ایده الی مدل DC نمی‌ باشد.

گفتنی است که گشتاور موتور سرو AC از گشتاور DC با توان مشابه کمتر است. اکثرا موتور الکتریکی‌ های AC، در سیستم‌ های کنترل مورد استفاده قرار می‌ گیرند. در این موتورها استاتور حاوی دو سیم پیچی است که در طول محیط استاتور درون شیارها توزیع و گسترده شده‌ اند. سیم پیچ اول، که به سیم پیچ مرجع یا سیم پیچ فاز ثابت معروف است و منبع ولتاژ ثابت متصل می‌ باشد. سیم پیچ دوم، که به سیم پیچ کنترل فاز موسوم می‌ باشد؛ به منبع ولتاژ متغییر Va متصل می‌ شود.

طبقه بندی سروو AC به دو نوع انجام می‌ شود:

• سرو موتور 2 فاز AC
• سروو موتور 3 فاز AC

قطعات تشکیل دهنده سروو موتور

سرو موتور بخشی از یک سیستم کنترل حلقه بسته است که از پنج بخش تشکیل شده است:

• مدار کنترلی

در کنترل مدار بسته، عمليات کنترل به صورت يک حلقه بسته انجام شده و علاوه بر ورودي، خروجي نيز از طريق قسمتي به نام فيدبک در تغيير مقدار خروجي مؤثر خواهد بود. 

• موتور

دستگاه‌ های CNC به عنوان دستگاه‌ هایی هوشمند شناخته می‌ شوند که تحت کنترل یک نرم افزار قرار دارند، اما بخش حرکتی آن ها با دو نوع موتور استپر و موتور سروو می‌ چرخد.

• شفت

شافت قطعه‌ ای به شکل میله است که در ابزار و ماشین‌ آلات صنعتی مختلف با هدف انتقال نیرو یا گشتاور از یک وسیله به وسیله دیگر مورد استفاده قرار می‌ گیرد. شفت‌ ها از نظر ظاهری شبیه به میله‌ ای فلزی هستند که با توجه به کاربرد‌های مختلفی که دارند در ابعاد و انواع مختلفی ساخته می‌ شوند.

• آمپلی فایر

بطور کلی آمپلی فایر به دستگاهی گفته می‌ شود که کیفیت صدای خروجی دستگاه شما را افزایش می‌ دهد، شاید در برخی از مراکز عمومی دیده‌ اید که صدای بلندگوها بسیار کم کیفیت یا قطع و وصل می‌ شود که نشان از کیفیت کم صدا می‌ باشد، ولی با استفاده از آمپلی فایرها این مشکل حل می‌ شود.

• انکودر

انکودرها جزء جدایی ناپذیر سروو موتورها هستند. این نوع موتورها با فیدبکی که از سیستم در حال کار می‌ گیرند و با کمک سنسور انکودر، حرکت خود را تصحیح می‌ نمایند. سیستم بسته‌ ی کنترلی و تصحیح حرکت موتور، برتری بارز سروو موتورها بر استپ موتورها را نمایان می کند.

سایر اجزای موتورهای سرو عبارتند از:

• Servo case : قاب بیرونی
• motor : موتور
• Gear train : چرخدنده‌ها
• Output shaft : شفت خروجی (شفت اصلی)
• Potentiometer : پتانسیومتر
• Control wire : سیم‌های سیگنال و تغذیه
• Control circuitry : مدارهای الکترونیکی
• Servo Arm : بازوهای سرو

کاربردهای serve motor

سروو موتورها به دلیل قابلیت کنترل دقیق و پاسخگویی سریعشان، در زمینه‌ های متعددی کاربرد دارند:

1. رباتیک

در ربات ‌های صنعتی و تحقیقاتی برای حرکت دقیق اجزاء، مانند بازوها و انگشتان ربات.

2. صنعت تولید

در ماشین‌ های CNC و خطوط مونتاژ خودکار برای کنترل دقیق ابزارها و قطعات.

3. هوافضا و دفاع

برای کنترل سیستم ‌های هدایت موشک و هواپیماها.

4. وسایل الکترونیکی

در دستگاه ‌هایی مانند دوربین‌ های فیلمبرداری برای کنترل دقیق زوم و فوکوس.

5. سیستم ‌های خودرویی

در سیستم ‌های کنترل پیشرفته خودرو، مانند سیستم‌ های ضد قفل ترمز.

6. تجهیزات پزشکی

در دستگاه‌ های جراحی دقیق و تجهیزات تصویربرداری پزشکی.

7. سرگرمی و بازی ‌ها

در سیستم‌ های شبیه‌ ساز پرواز و بازی‌ه ای ویدئویی برای ایجاد حرکت واقع‌ گرایانه.

کاربردهای موتورهای سرو بسیار متنوع هستند و با پیشرفت فناوری، این کاربردها روز به روز گسترده‌ تر می ‌شوند.

برندهای سروو موتور

برندهای زیادی از سرو موتور در بازار موجود می‌باشند. از جمله بهترین برندهای سروو موتور، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• DELTA
• ESTUN
• SIEMENSE
• LS
• MITSUBISHI
• YASKAWA
• MULLER
• INOVANCE

جهت خرید هر نوع موتور صنعتی، می‌ توانید با کارشناسان لاین حرکت در تماس باشید. تلفن‌ های تماس جهت دریافت مشاوره پیش از خرید: 02133975008 – 02136058599

جنس چرخ دنده های سرو موتورها

سرووها از لحاظ جنس چرخ دنده های داخلی در دو نوع فلزی (Metal Gear) و پلاستیکی (Plastic Gear) ساخته می شوند. چرخ دنده فلزی دوام، قدرت و قیمت بالاتری نسبت به نوع پلاستیکی دارد. چرخ دنده های پلاستیکی معمولا در سرووهای استاندارد یا معمولی که از لحاظ قدرت، سرعت و قیمت در سطح پایینی قرار دارند؛ استفاده می شوند. چرخ دنده های فلزی معمولاً از فولاد و برنج ساخته می شوند؛ اما در برخی سرووها از فلز گرانقیمت و مستحکم تیتانیوم، برای ساخت آن ها استفاده می کنند و به آن ها (Titanium Gear) می گویند.

بررسی سرو موتورهای بدون هسته و موتورهای استاندارد

سرووها از نظر نوع موتور به سروو موتورهای استاندارد و سروو موتورهای بدون هسته تقسیم می شوند.

یک سروو موتور استاندارد دارای هسته آهنی متراکم بوده که روی آن سیم پیچی و سپس آهن ربا قرار داده شده است. با ورود جریان الکتریکی به موتور، آهنرباها بطور متناوب باردار شده و هسته به چرخش در می آید.

اما در یک سروو بدون (Coreless) هسته یک آهنربای استوانه ای (بسیار سبکتر از هسته آهنی) در مرکز موتور قرار داشته و سیم پیچ به شکل یک استوانه تو خالی پیچیده شده، که نهایتاً هسته آهنربایی را درون خود جای می دهد.

موتورهای بدون هسته سبک تر، دارای پاسخ دهی سریع تر، حرکت نرم تر، پیوسته و دقیق تر از موتورهای استاندارد بوده و در سرووهای پرقدرت و پرسرعت از آن ها استفاده می شود. اما به علت پیچیده تر بودن ساخت، از سرووهای استاندارد گرانتر می باشند.

سروو های دیجیتال در مقابل سروو های آنالوگ (Digital vs. Analog)

سرو موتورهای دیجیتال دارای یک مدار کنترل کننده فرکانس بالا بوده که باعث می شود، سروو در زوایای مختلف، دقیق تر حرکت کند و به مرکز باز گردد. ضمنا حرکت این نوع سرو موتورها نرم تر و سریع تر است. اما متاسفانه برخی ار این نوع سرووها برای افزایش و کاهش گاز موتور، در نقش سرووی تراتل (Throttle) عمر کمی دارند. چرا که آمپلی فایر دیجیتال سروو، هنگامی که سرو موتور در موقعیت بیشینه (FullThrottle) یا کمینه (Idle) قرار دارد، بطور پیوسته جریان الکتریکی را پمپ می کند که این عمل باعث سوختن زود هنگام سروو می گردد.

سرووهای آنالوگ با وجود اینکه نسبت به سرووهای دیجیتال، دقت و نرمی کمتری دارند، جهت استفاده به عنوان سروو تراتل بسیار مناسب تر و با دوام تر می باشد. قیمت سرو موتورهای آنالوگ نیز بطور قابل توجهی نسبت به سرووهای دیجیتال کمتر است.

سخن پایانی

در این مقاله در مورد سرو موتور، انواع آن و مزایا و معایب آن صحبت کردیم و دانستیم که تفاوت عمده موتورهای سرو AC و DC در چیست. سرو موتورها جزو قطعات صنعتی جدایی ناپذیر در فرآیندهای مهم صنایع هستند، بدون آن ها دستگاه‌ های CNC قادر به درست کار کردن نیستند، دستگاه‌ های چاپ و صنایع چاپ، ربات‌ ها و… همگی فعالیت خود را مدیون موتورهای سرو هستند.

منابع: realpars , sparkfun

سوالات متداول درباره سروو موتور

• از کجا می توانیم سروو موتور با کیفیت خریداری کنیم؟

اگر قصد خرید سروو موتور یا سایر قطعات صنعتی همچون اینورتر را دارید می توانید از طریق سایت لایت حرکت که سال ها است در زمینه فروش قطعات cnc مشغول است و توانسته رضایت مشتریان خود را جلب نماید؛ اقدام کنید.

• انواع موتورهای سرو به چند دسته تقسیم می‌ شود؟

سروو موتور ها به دو دسته سرو موتور AC و سرو موتور های DC تقسیم بندی می‌شوند.

• به غیر از سرو موتور زیمنس کدام برند برای خرید سروو موتور مناسب است؟

برندهای معتبر بسیاری وجود دارند که موتورهای سرو تولید می‌ کنند، از جمله: دلتا، یاسکاوا، میتسوبیشی و ….