Servomotorer: Principper, historie og anvendelser

»En servomotor (servo) er en elektromekanisk enhed, hvor et elektrisk input bestemmer positionen af en motors ankerring,« ifølge Dukes universitets ingeniørafdeling. Formålet med en servomotor er at supplere en primær kontrol, der betjenes af en forholdsvis svag kraft. På skibe blev dampmaskinens regulator/governor betragtet som den første type servomotor. Den blev udviklet til at bevæge roret. Mekanismens historie henvises også til 19. århundrede. Under 2. verdenskrig fandt servomotorer anvendelse i brandkontrollere, til justering af affyringsvinklen og luft-brændstof-forholdet. Servomotorer blev også brugt på computermonets tidlige udviklingsstadier.

Motordele

En servo kan betragtes som en lille enhed, der har en aksel til outputformål. Akselens vinkelmoment kan reguleres ved at sende et signal (kodet) til servoen. Den vinkelmæssige position af outputenheden, som er akse, opretholdes, så længe servoen modtager signaler. Ved at ændre det sendte signal kan akselens position også reguleres. Der er forskellige anvendelser for servomotorer i applikationer fra robotter til fly.

Anvendelser

Den bedste anvendelse af servomotorer ses inden for robotik. Selvom servos er små, er de ekstremt kraftfulde for deres størrelse, og de styres af et indbygget kredsløb. Futaba S-48 betragtes som standardservoen i robotik. Det siges at levere kraft, der er proportional med belastningen, som også kaldes den mekaniske belastning. Disse servos er meget kendt for deres energibesparelse. Dele i denne motor er grundlæggende et kredsløb, et sæt tandhjul og et kabinet, der dækker dem.

Mekanisme

En servos arbejdsmekanisme er ikke meget kompliceret. De kontrolkredsløb, der er til stede inde i servoen, og et potentiometer er forbundet med akse, som er outputenheden. Akselens vinkel reguleres af potentiometeret med hjælp fra de kodede signaler, der modtages fra kontrolkredsløbet. Akse kan nemt vinkles mellem 0 til 180 grader. Akse hævdes dog at have et område ud over 180 grader, afhængigt af producenten. Akslen har sådan begrænsning i sin vinkelmæssige bevægelse på grund af en stopper i tandhjulskabinet.

Brugt teknologi

Servomotoren indeholder en styrledning, der kontrollerer outputenhedens vinkel. Denne ledning gives en pulsapplikation i en specificeret varighed, som i sin tur kontrollerer akselens vinkel i en bestemt position i et bestemt tidsrum. Denne modulation kaldes berømt PCM (Puls-kodet modulation). Servomotoren forventer et kodet signal hvert par sekunder. Pulsen varighed bestemmer akselens vinkelmæssige grad.

Effektivitet

For at opnå høje niveauer af fejlreduktion anses det for hensigtsmæssigt, at enhver mekanisme har en servomotor, der hjælper med mekanismens optimale effektivitet. For eksempel indeholder en brændstofmotors servo-belastningsenhed en permanentmagnetmaskine, der har et par rotorer – den første rotor og den anden rotor. Brændstofmotorens rotationsaksel er monteret med den første rotor, mens drevachsen er forbundet med den anden rotor. Strøm leveres mellem rotorerne gennem elektromagnetisk kobling, hvor en servo regulerer det elektromagnetiske moment mellem rotorerne, derved kontrollerer brændstofmotorens momentbelastning. Som resultat kører brændstofmotoren med optimal effektivitet, leverer maksimal mekanisk energi samt viser optimal brændstoføkonomi.