Motor (Động cơ) Servo: Các Loại, Ứng Dụng Và Lắp Đặt

Motor servo là một trong những thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống tự động hóa, máy CNC, robot công nghiệp, dây chuyền sản xuất thông minh. Với khả năng điều khiển vị trí, tốc độ và mô-men xoắn chính xác, motor servo đang dần thay thế các loại động cơ thông thường trong những ứng dụng yêu cầu độ chính xác và độ tin cậy cao.

Motor servo là gì?

Motor servo hay còn gọi là động cơ servo, là loại động cơ điện có tích hợp hệ thống điều khiển phản hồi giúp điều chỉnh chính xác tốc độ quay, vị trí trục và mô-men xoắn theo tín hiệu điều khiển.
Khác với động cơ điện thông thường chỉ quay theo điện áp hoặc dòng điện đầu vào, động cơ servo có khả năng dừng, quay, đảo chiều và điều chỉnh tốc độ tức thì, đảm bảo hoạt động khớp với yêu cầu điều khiển của hệ thống.

Trong hệ thống servo, bộ điều khiển sẽ liên tục so sánh tín hiệu phản hồi từ encoder với tín hiệu đặt trước, từ đó điều chỉnh điện áp và dòng điện cung cấp cho motor để đạt đúng vị trí hoặc tốc độ mong muốn.

Một motor servo nổi tiếng của thương hiệu Rexroth

Cấu tạo

Một motor servo tiêu chuẩn gồm 3 phần chính:

• Động cơ (motor): thường là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (AC servo) hoặc động cơ DC không chổi than.
• Cảm biến phản hồi: giúp đo chính xác vị trí, tốc độ và hướng quay của trục motor, gửi tín hiệu về bộ điều khiển.
• Bộ điều khiển servo: nhận tín hiệu điều khiển từ PLC hoặc bộ điều khiển trung tâm, so sánh với giá trị phản hồi để điều chỉnh dòng điện cấp cho motor.

Ngoài ra còn có:

• Hộp giảm tốc: tăng mô-men xoắn và độ chính xác vị trí.
• Hệ thống phanh: giữ trục motor đứng yên khi dừng hoạt động.

Nguyên lý hoạt động

Motor servo hoạt động theo nguyên lý vòng điều khiển kín

• Bộ điều khiển trung tâm gửi tín hiệu điều khiển (tốc độ, vị trí, mô-men).
• Servo driver điều chỉnh dòng điện cấp cho motor.
• Encoder phản hồi dữ liệu thực tế (vị trí, tốc độ) về driver.
• Driver so sánh giá trị thực tế và giá trị đặt, tự động hiệu chỉnh sai lệch để đảm bảo hoạt động chính xác tuyệt đối.

Nhờ cơ chế phản hồi liên tục này, motor servo đạt được độ chính xác tuyệt đối, tốc độ phản ứng cực nhanh và độ ổn định cao trong thời gian dài.

Các loại motor servo phổ biến

Motor servo được phân loại dựa trên nguồn điện, cấu trúc và nguyên lý điều khiển. Dưới đây là những dòng thông dụng nhất hiện nay:

1. Servo AC

• Sử dụng dòng điện xoay chiều (AC).
• Là loại phổ biến trong máy CNC, robot, băng tải thông minh.
• Ưu điểm: độ chính xác cao, tuổi thọ lâu, ít bảo trì, vận hành êm.
• Nhược điểm: giá thành cao hơn so với DC servo.

2. Servo DC

• Hoạt động bằng dòng điện một chiều (DC).
• Được dùng nhiều trong các thiết bị nhỏ, robot mini hoặc mô hình tự động hóa.
• Ưu điểm: điều khiển dễ, phản ứng nhanh.
• Nhược điểm: chổi than mau mòn, cần bảo dưỡng định kỳ.

3. Servo bước 

• Kết hợp giữa động cơ bước và bộ điều khiển servo, vừa tiết kiệm vừa đạt độ chính xác tương đối cao.
• Phù hợp cho các hệ thống cần kiểm soát vị trí nhưng không yêu cầu tải nặng.

4. Servo tuyến tính

• Thay vì quay, motor này tạo ra chuyển động tịnh tiến trực tiếp, dùng trong máy cắt laser, máy in công nghiệp, hệ thống định vị chính xác.
• Ưu điểm: không cần cơ cấu truyền động trung gian, phản ứng cực nhanh.

Ứng dụng của motor servo

Với khả năng điều khiển chính xác và phản ứng nhanh, motor servo được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật và công nghiệp:

• Máy CNC, trung tâm gia công cơ khí: Giúp điều khiển chính xác vị trí trục X – Y – Z, đảm bảo sai số gia công cực nhỏ, bề mặt chi tiết mịn và đạt chuẩn kích thước.
• Robot công nghiệp: Đóng vai trò như “cơ bắp” của robot, giúp điều khiển chuyển động linh hoạt, ổn định, đảm bảo tốc độ và vị trí lặp lại chính xác.
• Máy ép nhựa, máy in, máy dán nhãn: Điều khiển chính xác hành trình đóng/mở khuôn, cấp liệu, cắt sản phẩm hoặc định vị in ấn.
• Băng tải và dây chuyền tự động: Được dùng để điều khiển tốc độ băng tải, đồng bộ hóa giữa các công đoạn trong dây chuyền.
• Ngành hàng không, y tế, dược phẩm; Trong các hệ thống định vị, đo đạc hoặc thiết bị tự động yêu cầu độ chính xác cực cao.

Lắp đặt motor servo trong hệ thống

Việc lắp đặt động cơ servo đòi hỏi tuân thủ nghiêm ngặt hướng dẫn kỹ thuật để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động:

Sơ đồ lắp đặt động cơ servo trong 1 hệ thống thủy lực

Xem thêm:

 

• Kiểm tra tải và chọn đúng công suất motor: tránh trường hợp motor quá tải hoặc hoạt động không ổn định.
• Đấu nối đúng thứ tự dây tín hiệu và nguồn: đặc biệt chú ý đến dây encoder và tín hiệu điều khiển.
• Cố định motor chắc chắn: hạn chế rung lắc khi vận hành ở tốc độ cao.
• Cài đặt thông số trên servo driver: như tốc độ tối đa, giới hạn mô-men, độ trễ phản hồi.
• Hiệu chỉnh ban đầu: kiểm tra chiều quay, vị trí gốc, tốc độ đáp ứng trước khi đưa vào hoạt động thực tế.

Lưu ý: Motor servo thường đi kèm servo driver cùng hãng để đạt độ tương thích cao nhất. Không nên lắp driver khác hãng nếu không được khuyến nghị bởi nhà sản xuất.

Top 4 thương hiệu motor servo cao cấp nổi tiếng nhất hiện nay

1. Rexroth

Bosch Rexroth là thương hiệu lớn nhất thế giới trong lĩnh vực truyền động và điều khiển thủy lực. Motor servo cũng là một trong những sản phẩm thủy lực nổi tiếng và được ứng dụng trên toàn cầu. Điểm nổi bật:

• Giải pháp mô-đun, hiệu suất cao, tích hợp tốt với hệ tự động hóa công nghiệp.
• Uy tín trong các ứng dụng công nghiệp nặng, máy công trình, hệ thống lớn.
• Ứng dụng: Hệ thống servo thủy lực toàn diện, độ chính xác cao và tích hợp được với hệ thống điều khiển tự động hóa.

2. Parker

Parker là thương hiệu nổi bật với dòng servo motor và động cơ servo thủy lực. Ví dụ: dòng “PMAC & EHP servo motors – Parker GVM series” cho thấy khả năng truyền động điện-thủy lực hiệu suất cao. Điểm nổi bật:

• Hiệu suất và mô-men lớn, phù hợp cho ứng dụng servo động cơ thủy lực.
• Hỗ trợ phản hồi tốc độ/ vị trí tốt, đáp ứng yêu cầu điều khiển chính xác.
• Ứng dụng: Hệ thống cần động cơ có khả năng tích hợp với cơ cấu thủy lực, điều khiển vị trí hoặc tốc độ cao.

3. Danfoss

Một loại động cơ servo từ thương hiệu Danfoss

Danfoss (trước kia Eaton Hydraulics) là một trong số những thương hiệu toàn cầu nổi tiếng trong lĩnh vực động cơ/hệ thống thủy lực servo. Điểm nổi bật:

• Tập trung vào giải pháp tiết kiệm năng lượng, điều khiển servo thủy lực cho máy móc di động và công nghiệp.
• Lựa chọn tốt cho các hệ thống yêu cầu tốc độ hoặc mô-men thay đổi lớn với linh hoạt cao.
• Ứng dụng: Trong máy móc di động, thiết bị công trình hoặc cần linh hoạt

4. Yuken

Yuken là thương hiệu Nhật Bản được biết đến trong lĩnh vực thủy lực, đặc biệt là các dòng van. Động cơ servo của thương hiệu này kém đa dạng hơn các thương hiệu khác nhưng vẫn được xếp vào nhóm hàng đầu về chất lượng. Điểm nổi bật:

• Giải pháp thủy lực servo cho các ứng dụng linh hoạt và công nghiệp Nhật – châu Á.
• Thường có chi phí hợp lý, dễ bảo trì và phù hợp thị trường châu Á.
• Ứng dụng: Hệ thống thủy lực ổn định, chi phí hợp lý.

Lắp đặt motor servo trong hệ thống

Trong một hệ thống tự động hóa hoặc máy thủy lực hiện đại, motor servo thường được lắp tại vị trí truyền động chính, nơi cần điều khiển chính xác tốc độ, vị trí hoặc mô-men xoắn.

Tùy theo ứng dụng, động cơ servo có thể được bố trí và kết nối theo các dạng sau:

1. Trong hệ thống cơ điện (CNC, robot, dây chuyền sản xuất)

• Motor servo được lắp trực tiếp vào trục dẫn động cơ khí như trục vít me bi, bánh răng, dây đai hoặc khớp nối trục của robot.
• Kết nối với driver (bộ điều khiển) bằng cáp nguồn và cáp tín hiệu encoder.
• Driver lại được điều khiển bởi PLC, hoặc bộ điều khiển trung tâm CNC, tạo thành một vòng điều khiển kín giúp hệ thống vận hành chính xác đến từng bước.
• Nhiều motor servo có thể được đồng bộ hóa qua mạng truyền thông công nghiệp như EtherCAT, Profinet, CANopen... để vận hành đồng bộ nhiều trục.

2. Trong hệ thống thủy lực điều khiển điện 

• Motor servo được ghép trực tiếp với bơm thủy lực, tạo thành bộ nguồn
• Tín hiệu điều khiển từ PLC hoặc cảm biến áp suất giúp motor thay đổi tốc độ quay của bơm, từ đó điều chỉnh lưu lượng và áp suất dầu thủy lực theo tải thực tế.
• Cách lắp đặt này giúp giảm tổn thất năng lượng, vì bơm chỉ chạy đúng công suất cần thiết, tiết kiệm điện đáng kể so với hệ thống thủy lực truyền thống.

3. Hệ thống servo tuyến tính

• Trong các máy cắt, máy in, máy đo, motor servo tuyến tính thường được lắp trực tiếp dọc theo trục di chuyển, không cần cơ cấu truyền động trung gian.
• Driver điều khiển vị trí piston hoặc bàn trượt di chuyển với tốc độ và hành trình chính xác cao, thích hợp cho máy ép nhựa chính xác, dây chuyền đóng gói, in ấn công nghiệp.

4. Kết nối phụ trợ và an toàn

Ngoài kết nối chính, motor servo còn có:

• Cáp phanh để điều khiển giữ trục khi dừng.
• Cảm biến nhiệt độ và encoder để phản hồi tình trạng motor về driver.
• Nguồn cấp 24VDC cho tín hiệu điều khiển và bảo vệ.

Hệ thống thường bố trí thêm biến tần để đảm bảo an toàn khi bảo trì hoặc dừng máy.
 

Động cơ servo là một thiết bị khá đắt đỏ và quan trọng trong các hệ thống thủy lực, đặc biệt là tại các nhà máy công nghiệp. Để biết chính xác motor nào phù hợp với hệ thống của mình, hoặc motor của bạn đang gặp vấn đề gì, hãy liên hệ ngay đến Công ty Nam Hải để được đội ngũ kỹ thuật viên tư vấn miễn phí nhé.