Servomotoren: Prinzipien, Geschichte & Anwendungen

Grundlagen

„Ein Servomotor (Servo) ist ein elektromechanisches Gerät, bei dem ein elektrischer Eingang die Position des Ankers eines Motors bestimmt“, so die Ingenieurabteilung der Duke University. Der Zweck eines Servomotors ist es, eine primäre Steuerung zu ergänzen, die von einer vergleichsweise schwachen Kraft betrieben wird. In Schiffen wurde der Dampfmotorregler/Governor als die erste Art von Servomotor angesehen. Er wurde entwickelt, um das Ruder zu bewegen. Die Geschichte dieses Mechanismus wird auch im 19. Jahrhundert erwähnt. Während des Zweiten Weltkriegs fanden Servomotoren Anwendung in Feuerleitsystemen, zur Einstellung des Abschusswinkels und des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Servomotoren wurden auch im frühen Entwicklungsstadium im Bereich der Computer verwendet.

Motorenteile

Ein Servo könnte als ein kleines Gerät betrachtet werden, das eine Welle zum Zwecke der Ausgabe hat. Das Winkelmoment der Welle könnte durch das Senden eines Signals (kodiert) an den Servo reguliert werden. Die Winkelposition des Ausgangsgeräts, das die Welle ist, würde beibehalten werden, bis der Servo weiterhin Signale empfängt. Durch Ändern des gesendeten Signals könnte auch die Position der Welle reguliert werden. Es gibt verschiedene Verwendungen für Servomotoren in Anwendungen von Robotern bis hin zu Flugzeugen.

Anwendungen

Der beste Einsatz von Servomotoren ist im Bereich der Robotik zu sehen. Obwohl die Servos klein sind, sind sie für ihre Größe extrem leistungsstark und werden von einer eingebauten Schaltung gesteuert. Der Futaba S-48 gilt als Standardservo in der Robotik. Es heißt, dass er eine Leistung ableitet, die proportional zur Last ist, was auch als mechanische Last bezeichnet wird. Diese Servos sind bekannt für ihre Energieeinsparung. Die Teile in diesem Motor sind im Wesentlichen eine Schaltung, ein Satz Zahnräder und ein Gehäuse, das sie bedeckt.

Mechanismus

Der Arbeitsmechanismus eines Servos ist nicht sehr kompliziert. Die Steuerkreise, die sich im Servo befinden, und ein Potentiometer sind mit der Welle verbunden, die das Ausgangsgerät ist. Der Winkel dieser Welle wird vom Potentiometer mit Hilfe der kodierten Signale reguliert, die von der Steuerleitung empfangen werden. Die Welle kann leicht zwischen 0 und 180 Grad anguliert werden. Die Welle wird jedoch als mit einem Bereich von über 180 Grad behauptet, abhängig vom Hersteller. Die Welle hat eine solche Einschränkung in ihrem Winkelmoment aufgrund der Anwesenheit eines Stopps im Zahnradgehäuse.

Verwendete Technologie

Der Servomotor enthält ein Steuerkabel, das den Winkel des Ausgangsgeräts steuert. Dieses Kabel erhält für eine bestimmte Dauer einen Impuls, der wiederum den Winkel der Welle für einen bestimmten Zeitpunkt in einer bestimmten Position steuert. Diese Modulation ist berühmt als PCM (Pulse Coded Modulation) bezeichnet. Der Servomotor erwartet alle paar Sekunden ein kodiertes Signal. Die Dauer des Impulses bestimmt den Winkelgrad der Welle.

Effizienz

Um hohe Fehlerreduktionsstufen zu erreichen, gilt es als angemessen, dass jeder Mechanismus einen Servomotor hat, der zur optimalen Effizienz des Mechanismus beiträgt. Zum Beispiel umfasst ein Kraftstoffmotor-Servo-Ladegerät eine Dauermagnetmaschine mit zwei Rotoren – dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor. Die Rotationsachse des Kraftstoffmotors ist mit dem ersten Rotor montiert, während die Antriebswelle mit dem zweiten Rotor verbunden ist. Energie wird zwischen den Rotoren durch elektromagnetische Kupplung geliefert, wobei ein Servo das elektromagnetische Drehmoment zwischen den Rotoren reguliert und somit die Drehmomentlast des Kraftstoffmotors steuert. Infolgedessen arbeitet der Kraftstoffmotor mit optimaler Effizienz, liefert maximale mechanische Energie und zeigt optimale Kraftstoffeffizienz.