Een servomotor verwijst naar een elektromotor die in een servosysteem wordt gebruikt om de werking van mechanische componenten te regelen; het functioneert als een hulpmotor en een indirect snelheidsregelapparaat-. Servomotoren bieden nauwkeurige controle over snelheid en positienauwkeurigheid, waarbij spanningssignalen worden omgezet in koppel en rotatiesnelheid om het bestuurde object aan te drijven. De rotorsnelheid van een servomotor wordt bepaald door ingangssignalen, waarop deze snel reageert. In automatische besturingssystemen dienen servomotoren als bedieningselementen; ze worden gekenmerkt door een kleine elektromechanische tijdconstante en hoge lineariteit, waardoor ze ontvangen elektrische signalen kunnen omzetten in hoekverplaatsing of hoeksnelheidsuitgangen op de motoras. Servomotoren worden op grote schaal gebruikt op gebieden als robotica, industriële automatisering, apparatuur voor de productie van lithium-ionbatterijen, fotovoltaïsche apparatuur, hoogwaardige-CNC-bewerkingsmachines en kleinschalige-CNC-machines. DC-servomotoren vinden met name toepassing in apparatuur zoals EDM-machines, robotmanipulatoren en precisiemachines.
Servomotoren worden grofweg onderverdeeld in twee hoofdtypen: DC en AC. AC-servomotoren met permanente magneet vertegenwoordigen een belangrijke evolutionaire stap op dit gebied, waarbij borstelloze servomotoren en de bijbehorende aandrijvingen als voorbeeldproducten binnen deze categorie gelden. Hun belangrijkste kenmerken zijn onder meer de afwezigheid van zelfrotatie (drift) wanneer de stuursignaalspanning nul is, en een rotatiesnelheid die gelijkmatig afneemt naarmate het toegepaste koppel toeneemt. Er wordt verwacht dat China tegen 2025 een hoger lokalisatiepercentage zal bereiken voor kerncomponenten-zoals servomotoren-en dat China naar verwachting een netto-exporteur van deze technologieën zal worden. Bovendien gebruiken producten zoals "slimme elektrische roterende cilinders" servomotoren als hun directe krachtbron; in deze context fungeert de servomotor als de belangrijkste aandrijfeenheid, die in staat is de hydraulische klemsystemen te vervangen die traditioneel worden aangetroffen in CNC-bewerkingsmachines. Servomotoren zijn ook geïdentificeerd als een van de kritische componenten binnen het opkomende gebied van belichaamde AI.
Een servosysteem (of servomechanisme) is een automatisch besturingssysteem dat is ontworpen om ervoor te zorgen dat gecontroleerde uitvoervariabelen-zoals de positie, oriëntatie of status van een object-accuraat alle willekeurige veranderingen in het invoerdoel (of instelpunt) volgen en volgen. Servosystemen zijn voor de positionering voornamelijk afhankelijk van pulsen. In wezen is het concept als volgt: wanneer een servomotor een enkele puls ontvangt, roteert hij over een hoekverplaatsing die overeenkomt met die puls, waardoor een lineaire of roterende beweging wordt bereikt. Omdat de servomotor zelf over het vermogen beschikt om pulsen te genereren, zendt hij voor elke rotatiestap een overeenkomstig aantal pulsen uit. Hierdoor ontstaat er een wederzijdse uitwisseling-die bekend staat als een 'gesloten lus'-tussen de pulsen die door de motor worden ontvangen en de pulsen die deze genereert. Hierdoor kan het systeem precies bijhouden hoeveel pulsen naar de servomotor zijn verzonden en hoeveel er terug zijn ontvangen. Dit maakt zeer nauwkeurige controle over de rotatie van de motor mogelijk, waardoor positioneringsnauwkeurigheid tot 0,001 mm mogelijk wordt. DC-servomotoren worden grofweg onderverdeeld in geborstelde en borstelloze typen. Borstelmotoren worden gekenmerkt door lage kosten, eenvoudige constructie, hoog startkoppel, een breed snelheidsregelbereik en bedieningsgemak; Ze vereisen echter onderhoud-met name de lastige taak van het vervangen van koolborstels-en zijn gevoelig voor het genereren van elektromagnetische interferentie, waardoor specifieke omgevingsomstandigheden nodig zijn voor de werking. Daarom zijn ze zeer geschikt voor kostengevoelige algemene industriële en consumententoepassingen.
Borstelloze motoren hebben daarentegen een compact formaat, een laag gewicht, een hoog vermogen, een snelle respons, een hoog toerental, een lage traagheid, een soepele rotatie en een stabiel koppel. Hoewel hun controlemechanismen complexer zijn, faciliteren ze gemakkelijk intelligente controle-integratie; bovendien zijn hun elektronische commutatiemethoden flexibel, waardoor zowel vierkante- golf- als sinus- golfcommutatie mogelijk is. Deze motoren zijn onderhoudsvrij-, zeer efficiënt, werken bij lagere temperaturen, zenden minimale elektromagnetische straling uit en hebben een lange levensduur, waardoor ze geschikt zijn voor gebruik in een grote verscheidenheid aan omgevingen.
AC-servomotoren zijn ook een type borstelloze motor, ingedeeld in synchrone en asynchrone categorieën. Bij motion control-toepassingen wordt doorgaans de voorkeur gegeven aan synchrone motoren vanwege hun uitgebreide vermogensbereik, waardoor zeer hoge vermogens kunnen worden gerealiseerd. Ze vertonen doorgaans een hoge traagheid en een relatief lage maximale rotatiesnelheid, een limiet die snel afneemt naarmate het motorvermogen toeneemt. Daarom zijn ze bij uitstek geschikt voor toepassingen die een soepele werking op lage-snelheid vereisen.
3. De rotor binnen een servomotor bestaat uit permanente magneten. De drie-fasige U/V/W-stromen die door de motoraansturing worden bestuurd, genereren een elektromagnetisch veld, waardoor de rotor onder invloed van dit veld gaat draaien. Tegelijkertijd stuurt de in de motor geïntegreerde encoder signalen terug naar de bestuurder; de bestuurder vergelijkt deze feedbackwaarden vervolgens met de doelwaarden om de rotatiehoek van de rotor aan te passen. Uiteindelijk wordt de positioneringsnauwkeurigheid van een servomotor bepaald door de precisie van de encoder (met name het aantal lijnen). Qua functionaliteit verschillen AC-servomotoren van borstelloze DC-servomotoren doordat de AC-servo superieure prestaties biedt; dit komt omdat het gebruik maakt van sinusoïdale controle, wat resulteert in een minimale koppelrimpel. DC-servomotoren maken daarentegen gebruik van trapeziumvormige golfvormen. DC-servosystemen zijn echter eenvoudiger van ontwerp en kosteneffectiever.
