Giới thiệu động cơ servo: động cơ servo là gì, phân loại, cấu tạo và cách chọn

Động cơ servo là loại động cơ được điều khiển theo vòng kín: bộ điều khiển luôn biết trục đang ở đâu, quay nhanh bao nhiêu và chỉnh dòng điện liên tục để trục đến đúng vị trí, đúng tốc độ, đúng mô-men được yêu cầu. Nhờ vậy, động cơ servo có mặt trong máy CNC, robot, máy đóng gói, máy cắt theo chiều dài, máy in, máy ép nhựa và rất nhiều thiết bị cần chuyển động chính xác. Phần giới thiệu động cơ servo dưới đây đi từ khái niệm, các loại servo, cấu tạo, encoder cho đến cách đọc tem, đọc mã và cách chọn công suất cơ bản.

Với người mới tìm hiểu hoặc người chuẩn bị mua, câu hỏi "động cơ servo là gì" thường đi kèm hàng loạt thuật ngữ khó hiểu trên catalog: 17 bit, mô-men đỉnh, quán tính thấp, khung 110, mã 130ST-M10025... Khi đã nắm được các khái niệm này, việc đọc catalog, so sánh các mã và chọn đúng cỡ servo cho máy trở nên đơn giản hơn nhiều.

1. Động cơ servo là gì?

Từ "servo" bắt nguồn từ tiếng Latin servus, nghĩa là người phục vụ: động cơ làm đúng theo lệnh, sai lệch bao nhiêu thì tự sửa bấy nhiêu. Về mặt kỹ thuật, động cơ servo là động cơ có gắn cảm biến phản hồi (thường là encoder) và làm việc cùng một bộ điều khiển riêng gọi là driver (bộ khuếch đại servo). Driver so sánh lệnh với giá trị thực đo được từ encoder, rồi điều chỉnh dòng điện cấp cho động cơ trong từng phần nghìn giây để triệt tiêu sai lệch.

Điểm khác biệt cốt lõi so với motor thường là vòng phản hồi. Motor 3 pha cắm điện là quay nhưng không biết trục dừng ở góc nào; động cơ bước trượt bước thì bộ điều khiển không hay biết. Động cơ servo luôn đo và luôn sửa, nên vừa chính xác vừa dùng được mô-men cực đại trong thời gian ngắn mà không mất vị trí. Cần nhớ: servo là một hệ thống, không phải một chiếc motor đứng một mình.

Một bộ servo hoàn chỉnh gồm những gì

• Động cơ servo: phần chấp hành, tạo mô-men quay, có encoder gắn ở đuôi.
• Driver servo: nhận nguồn điện lưới, tạo dòng điện ba pha có tần số và biên độ thay đổi theo vị trí rotor, xử lý tín hiệu encoder và thực hiện các vòng điều khiển.
• Cáp động lực và cáp encoder: hai sợi cáp riêng nối động cơ với driver; cáp encoder thường có chống nhiễu.
• Bộ điều khiển cấp trên: PLC, bộ điều khiển chuyển động, bo CNC hoặc vi điều khiển, gửi lệnh vị trí hay tốc độ cho driver.
• Phụ kiện tùy ứng dụng: điện trở xả, bộ lọc nguồn, hộp giảm tốc, phanh giữ trên động cơ.

2. Các loại động cơ servo phổ biến

Cùng mang tên "servo" nhưng các loại dưới đây khác nhau rất xa về công suất, điện áp và cách dùng. Phân biệt đúng loại là bước đầu tiên trước khi tìm hiểu sâu hơn.

a. Động cơ servo AC đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Đây là loại người ta thường nghĩ tới khi nói "motor servo" trong nhà xưởng. Rotor gắn nam châm vĩnh cửu, stator có dây quấn ba pha, driver cấp dòng hình sin đồng bộ với vị trí rotor đo từ encoder. Công suất trải từ vài chục watt đến hàng chục kilowatt, điện áp driver phổ biến là 220 V (1 pha hoặc 3 pha) và 380 V 3 pha. Các dòng servo của Nhật, Đài Loan, châu Âu và các mã khung 60ST, 80ST, 110ST, 130ST, 180ST của Trung Quốc đều thuộc nhóm này.

b. Động cơ servo AC không đồng bộ

Rotor lồng sóc như motor 3 pha thường nhưng có encoder và được điều khiển vector. Loại này hay dùng cho trục chính máy CNC (spindle servo) hoặc ứng dụng công suất lớn cần dải tốc độ rộng, chịu được nhiệt độ rotor cao vì không có nam châm. So với servo nam châm vĩnh cửu cùng công suất, kích thước lớn hơn và đáp ứng chậm hơn.

c. Động cơ servo DC có chổi than

Thế hệ servo đời đầu trên máy công cụ, nay còn gặp ở thiết bị cũ, máy nhỏ chạy ắc quy và servo tự làm từ motor DC giảm tốc gắn encoder. Điều khiển đơn giản bằng cầu H, nhưng chổi than mòn, phát tia lửa và giới hạn tốc độ.

d. Động cơ servo DC không chổi than (BLDC servo)

Về cấu tạo, BLDC và servo AC nam châm vĩnh cửu rất giống nhau; khác biệt nằm ở dạng sức phản điện động (hình thang hay hình sin) và cách driver cấp dòng. BLDC servo điện áp thấp 24–48 VDC phổ biến trong robot di động, xe AGV, thiết bị y tế, máy tự động cỡ nhỏ. Một motor BLDC chỉ có cảm biến Hall để chuyển mạch thì chưa phải servo; muốn định vị chính xác phải có encoder và driver điều khiển vòng kín.

e. RC servo

Là loại servo nhỏ dùng trong mô hình, robot học tập, cánh tay robot mini: một khối nhựa hoặc nhôm chứa motor DC, hộp số, biến trở hoặc cảm biến từ đo góc và mạch điều khiển, nhận lệnh bằng độ rộng xung. Góc quay thường giới hạn khoảng 180° (trừ bản quay liên tục). RC servo không dùng thay servo công nghiệp được vì mô-men, độ bền và độ chính xác ở hai thế giới khác nhau.

f. Động cơ servo tuyến tính và động cơ truyền động trực tiếp

Động cơ servo tuyến tính "trải phẳng" stator và rotor để tạo lực đẩy thẳng, không cần vít me hay dây đai, vị trí đo bằng thước quang hoặc thước từ; không khe hở, không mòn cơ khí nhưng giá cao và không tự hãm. Động cơ truyền động trực tiếp dạng vòng (DD motor) gắn thẳng vào bàn xoay, không qua hộp số. Hai loại này dùng trong máy bán dẫn, máy gắp đặt linh kiện, máy đo, bàn chia độ chính xác cao; máy CNC thông thường vẫn hợp với servo quay kèm vít me bi.

3. Cấu tạo động cơ servo AC

Bên ngoài, động cơ servo AC trông như một khối hộp vuông dài, phía trước là mặt bích vuông với 4 lỗ bắt vít, phía sau là phần đuôi chứa encoder và các giắc cắm. Bên trong gồm các bộ phận chính sau.

Stator

Lõi thép lá kỹ thuật điện quấn dây ba pha U, V, W, cấp cách điện thường là B hoặc F. Stator nằm sát vỏ nên nhiệt tản qua vỏ nhôm và mặt bích vào khung máy.

Rotor nam châm vĩnh cửu

Trục thép mang các thanh nam châm đất hiếm (thường là NdFeB) dán hoặc gắn chìm trong lõi thép. Rotor được làm dài và có đường kính nhỏ để giảm quán tính, giúp động cơ tăng tốc, đảo chiều nhanh. Số cặp cực phổ biến ở các dòng servo phổ thông là 4 cặp cực (8 cực).

Encoder

Gắn ở đuôi trục, cho driver biết vị trí cực từ để cấp dòng đúng pha và phản hồi tốc độ, vị trí. Đây là bộ phận nhạy cảm nhất: gõ búa vào trục khi lắp khớp nối có thể làm hỏng encoder.

Ổ bi, phớt và vỏ

Hai ổ bi đỡ trục, phớt chắn đầu trục, vỏ nhôm kín; phần lớn servo công nghiệp đạt IP65. Trục có bản trục trơn và bản có rãnh then.

Phanh giữ (tùy chọn)

Là phanh điện từ nằm giữa thân và encoder, thường dùng điện 24 VDC: có điện thì nhả, mất điện thì ăn. Phanh chỉ để giữ trục đứng yên khi tắt máy, không dùng để hãm trục đang quay. Bản có phanh dài hơn bản thường vài chục milimét, cần tính khi bố trí lắp đặt.

Video sau tháo rời một động cơ servo AC để thấy rõ rotor nam châm, cuộn dây stator và encoder gắn ở đuôi trục:

4. Nguyên lý hoạt động của động cơ servo

Khi driver được bật và cho phép chạy (servo ON), nó đọc góc rotor từ encoder rồi cấp dòng ba pha sao cho từ trường stator luôn lệch khoảng 90° điện so với từ trường nam châm rotor, vị trí cho mô-men lớn nhất trên mỗi ampe. Mô-men tỉ lệ gần như tuyến tính với dòng điện, nên muốn trục mạnh hơn thì driver tăng dòng, muốn đổi chiều thì đảo chiều dòng.

Lệnh từ bộ điều khiển cho biết trục cần đến đâu hoặc quay nhanh bao nhiêu; driver liên tục so lệnh với encoder và chỉnh dòng để triệt tiêu sai lệch. Khi trục đứng yên, driver vẫn giữ trục bằng dòng điện, nên vặn tay sẽ thấy trục cứng như bị khóa. Động cơ servo không tự chạy khi cắm điện trực tiếp; các chế độ và cách ra lệnh cho driver nằm trong bài cách điều khiển động cơ servo.

5. Encoder của động cơ servo: tăng dần và tuyệt đối

Encoder quyết định độ phân giải vị trí, độ êm ở tốc độ thấp và việc có phải chạy về gốc mỗi lần bật máy hay không. Trên tem và catalog, encoder thường được ghi bằng "số dòng" (line, PPR) hoặc "số bit".

Encoder tăng dần (incremental)

Phát ra hai kênh xung A, B lệch pha nhau và một xung Z mỗi vòng. Loại phổ biến nhất trên servo giá phổ thông là 2.500 dòng; driver đếm cả 4 sườn xung nên được 10.000 xung mỗi vòng. Một số bản dùng 5.000 dòng (20.000 xung mỗi vòng). Khi mất điện, encoder tăng dần không nhớ vị trí, nên máy phải chạy về gốc (homing) bằng cảm biến sau mỗi lần bật nguồn.

Encoder tuyệt đối (absolute)

Truyền vị trí dạng số qua đường truyền nối tiếp. Độ phân giải ghi bằng bit: 17 bit tương ứng 131.072 vị trí mỗi vòng, 20 bit là 1.048.576, 23 bit là 8.388.608. Encoder tuyệt đối một vòng biết góc trong một vòng; encoder tuyệt đối đa vòng còn đếm được số vòng đã quay, nhờ pin gắn ngoài hoặc cơ cấu đếm không cần pin tùy hãng. Với loại đa vòng, máy không cần chạy về gốc mỗi lần bật, rất có lợi cho robot, trục đứng và máy có hành trình dài.

• Độ phân giải encoder không đồng nghĩa với độ chính xác của máy: khe hở, độ giãn dây đai, sai số vít me thường lớn hơn nhiều.
• Encoder độ phân giải cao giúp trục chạy êm ở tốc độ thấp và cho phép đặt gain cao hơn mà không rít.
• Motor và driver phải dùng cùng giao thức encoder; encoder tuyệt đối của hãng này thường không đọc được trên driver hãng khác.

6. Cách đọc tem và mã động cơ servo

Các dòng servo khung vuông của Trung Quốc dùng một kiểu đặt mã khá thống nhất, nhìn vào là biết ngay cỡ khung, mô-men và tốc độ. Lấy ví dụ mã 110ST-M06030:

• 110: cỡ khung, tức mặt bích vuông khoảng 110 mm. Các cỡ phổ biến: 40, 60, 80, 90, 110, 130, 150, 180.
• ST: ký hiệu dòng động cơ servo AC (một số hãng ghi SY, CST, AST hoặc thêm chữ số phiên bản).
• M: động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
• 060: mô-men định mức nhân 10, tức 6,0 Nm.
• 30: tốc độ định mức chia 100, tức 3.000 vòng/phút.

Từ hai con số mô-men và tốc độ có thể tự kiểm tra công suất: P (kW) = T (Nm) × n (vòng/phút) / 9.550. Với 110ST-M06030: 6 × 3.000 / 9.550 ≈ 1,88 kW, nhà sản xuất ghi tròn 1,8 kW. Phần chữ cái nối thêm phía sau mã (ví dụ L, H, F, B, Z...) chỉ điện áp 220 V hay 380 V, loại encoder, có phanh hay không, kiểu trục; mỗi hãng quy ước một kiểu nên phải tra đúng catalog của hãng đó.

Video dưới đây giới thiệu thực tế động cơ servo 1,8 kW mã 110ST-M06030, mô-men 6 Nm, tốc độ 3.000 vòng/phút, đối chiếu đúng các con số vừa giải mã:

Các mã servo khung vuông thường gặp

• Mô-men đỉnh, dòng điện và quán tính rotor có thể chênh nhẹ giữa các nhà sản xuất dù cùng mã; luôn đối chiếu datasheet đi kèm.
• Cùng khung 130 nhưng bản 1.500 vòng/phút cho mô-men lớn hơn hẳn bản 2.500 vòng/phút: chọn theo tốc độ thực cần, không chỉ theo kW.
• Kích thước mặt bích, đường kính trục, đường kính gờ định tâm giữa các hãng có thể khác nhau dù cùng cỡ khung.

Các thông số cần đọc trên tem

Tem của động cơ servo hãng Nhật, Đài Loan hay châu Âu không theo cách đặt mã trên, nhưng luôn có các dòng thông số giống nhau: công suất định mức (W hoặc kW), điện áp, dòng định mức (A), mô-men định mức (Nm), tốc độ định mức và tốc độ tối đa (vòng/phút hoặc r/min), cấp cách điện, cấp bảo vệ IP, loại encoder và số seri. Khi mua thay thế, cần chụp đủ tem cả động cơ lẫn driver, vì hai mã phải nằm trong bảng ghép đôi của hãng.

7. Mô-men định mức, mô-men đỉnh và đường đặc tính

Động cơ servo có hai giới hạn mô-men, và hiểu đúng hai giới hạn này là chìa khóa để không chọn servo quá to hoặc quá nhỏ.

Mô-men định mức (liên tục)

Là mô-men động cơ chịu được lâu dài mà không vượt quá nhiệt độ cho phép, ở nhiệt độ môi trường tiêu chuẩn và khi gắn lên tấm tản nhiệt có kích thước quy định trong catalog. Đây là giới hạn về nhiệt: dòng điện bình phương nhân điện trở sinh nhiệt, nên vượt mô-men định mức lâu ngày thì cuộn dây và nam châm nóng dần.

Mô-men đỉnh (cực đại)

Là mô-men động cơ tạo được trong thời gian ngắn, phục vụ tăng tốc, giảm tốc và vượt tải tức thời. Với nhiều dòng servo nam châm vĩnh cửu, mô-men đỉnh vào khoảng 3 lần mô-men định mức; một số mã khung lớn tốc độ thấp chỉ khoảng 2–2,5 lần. Mô-men đỉnh thực tế còn bị giới hạn bởi dòng tối đa của driver ghép kèm, nên driver nhỏ hơn đề xuất thì motor không đạt được mô-men đỉnh trên catalog.

Đường đặc tính mô-men – tốc độ

Catalog servo luôn có biểu đồ chia hai vùng. Vùng liên tục có mô-men gần như không đổi từ 0 đến tốc độ định mức rồi giảm dần đến tốc độ tối đa. Vùng ngắn hạn chạm mức mô-men đỉnh ở tốc độ thấp và co lại ở tốc độ cao vì sức phản điện động tăng; điện lưới yếu làm vùng này co thêm, máy tăng tốc chậm và dễ báo quá tải. Servo có đủ mô-men định mức ngay từ tốc độ 0, nhưng ở tốc độ thấp công suất cơ thực tế nhỏ hơn số kW trên tem.

8. Quán tính rotor: thấp, trung bình và cao

Cùng công suất, nhiều hãng làm vài phiên bản với quán tính rotor (kg·cm²) khác nhau, quyết định động cơ tăng tốc nhanh đến đâu và ổn định đến đâu với tải nặng.

a. Servo quán tính thấp

Rotor dài, đường kính nhỏ, tăng tốc rất nhanh, tốc độ định mức thường 3.000 vòng/phút và tối đa có thể đến 5.000–6.000 vòng/phút. Hợp với tải nhẹ cần chạy dừng liên tục: máy gắp đặt, máy dán nhãn, trục X–Y nhỏ, cơ cấu dây đai. Ví dụ: dòng SGM7A của Yaskawa được hãng xếp loại quán tính thấp, tốc độ cao; dòng MSMF của Panasonic cũng thuộc nhóm quán tính thấp.

b. Servo quán tính trung bình

Là lựa chọn đa dụng, cân bằng giữa đáp ứng nhanh và khả năng ổn định với tải nặng hơn: vít me bi máy CNC, bàn trượt, robot, băng tải định vị. Yaskawa có dòng SGM7J (quán tính trung bình, tốc độ cao) và SGM7G (quán tính trung bình, tốc độ thấp, mô-men lớn); Panasonic có MDMF. Phần lớn servo khung 110, 130 phổ thông nằm ở vùng này.

c. Servo quán tính cao

Rotor lớn hơn, mô-men lớn ở tốc độ thấp (thường 1.000–2.000 vòng/phút), dễ chỉnh và ổn định khi tải có quán tính lớn như bàn xoay nặng, cuộn vật liệu, trục kéo, máy ép. Đổi lại, khả năng tăng tốc kém hơn. Panasonic có dòng MHMF thuộc nhóm này.

Quán tính tải quy về trục động cơ so với quán tính rotor tạo thành "tỉ số quán tính". Tỉ số càng nhỏ thì servo càng dễ chỉnh và đáp ứng càng nhanh; tỉ số quá lớn khiến máy rung, vọt lố khi dừng. Ngưỡng tỉ số nên dùng và cách giảm tỉ số bằng hộp giảm tốc được phân tích trong bài lưu ý khi sử dụng động cơ servo.

9. Các mức công suất và cỡ khung động cơ servo

Công suất servo AC trải rộng, nhưng phần lớn máy móc trong xưởng nằm ở khoảng 100 W đến 7,5 kW. Bảng dưới tóm tắt các cỡ khung vuông phổ biến và dải công suất thường gặp của từng cỡ.

• Dải trong bảng là dải thường gặp trên thị trường, mỗi hãng có thể có thêm mã ngoài khoảng này.
• Servo khung 110 trở lên đa số dùng driver điện 220 V 3 pha hoặc 380 V; kiểm tra nguồn tại xưởng trước khi chọn.
• Cùng kW nhưng khung lớn hơn thường là bản tốc độ thấp, mô-men cao và quán tính cao hơn.

Trong danh mục motor servo, các mức công suất phổ biến được xếp theo đúng các cỡ khung này. Motor servo 400W khung 60 và 80 dùng nhiều cho máy đóng gói, cơ cấu dây đai, trục nhẹ. Motor servo 750W khung 80 là cỡ quen thuộc của trục X, Y máy CNC router và máy cắt. Nhóm motor servo 1,5kW và motor servo 2kW khung 110, 130 phục vụ máy công cụ cỡ vừa, trục nâng, máy cấp phôi. Motor servo 2,3kW 15 Nm 1.500 vòng/phút hợp với tải cần mô-men lớn ở tốc độ vừa phải như trục kéo, bàn xoay, máy ép.

Ví dụ về một động cơ servo khung 130: video dưới đây giới thiệu motor servo 2 kW mã 130ST-M07725 (mô-men 7,7 Nm, 2500 vòng/phút).

10. Ứng dụng của động cơ servo

Động cơ servo được dùng ở bất cứ đâu cần một trong ba điều: định vị chính xác, đồng bộ nhiều trục với nhau, hoặc thay đổi tốc độ, chiều quay liên tục và nhanh.

• Máy CNC và máy công cụ: trục X, Y, Z của máy phay, máy tiện, CNC router, máy cắt laser, plasma; trục chính trên máy tiện, máy phay đời mới.
• Robot công nghiệp: mỗi khớp robot là một động cơ servo gắn hộp giảm tốc chính xác; robot hàn, robot gắp sản phẩm, robot SCARA.
• Đóng gói và chế biến: máy đóng gói gối, máy dán nhãn, máy chiết rót, máy cắt theo chiều dài bám theo dấu in (cắt bay, cắt quay).
• Máy ép nhựa, máy ép thủy lực: servo kéo bơm dầu, chỉ quay khi cần áp suất và lưu lượng, giảm điện năng so với motor chạy liên tục.
• In ấn, dệt, giấy: đồng bộ tốc độ nhiều trục cuộn, kiểm soát lực căng màng, căn chỉnh chồng màu in.
• Điện tử, kho vận: máy gắp đặt linh kiện, máy phân loại, xe AGV, thang nâng định vị.

11. Cách chọn công suất động cơ servo cơ bản

Chọn servo không bắt đầu từ số kW mà từ ba đại lượng của tải: tốc độ lớn nhất, mô-men trong từng đoạn chuyển động và quán tính tải.

1. Chu trình chuyển động: quãng đường, thời gian tăng tốc, chạy đều, giảm tốc và dừng; chu trình hình thang đủ cho phần lớn máy.
2. Tốc độ trục động cơ: với vít me, n (vòng/phút) = v (mm/s) × 60 / bước vít (mm); không vượt tốc độ định mức.
3. Mô-men tải và quán tính tải: ma sát, trọng lực (trục đứng), lực cắt và quán tính bàn, vật, vít me đều quy về trục động cơ.
4. Mô-men tăng tốc và mô-men hiệu dụng: mô-men tăng tốc = tổng quán tính × gia tốc góc; mô-men lớn nhất so với mô-men đỉnh, mô-men hiệu dụng (căn trung bình bình phương cả chu trình) so với mô-men định mức.
5. Tỉ số quán tính và dự phòng: chọn mã thỏa cả ba điều kiện, kiểm tra tỉ số quán tính, chừa khoảng 20–30% mô-men dự phòng.

Ví dụ tính chọn cho bàn trượt nằm ngang

Bàn trượt nằm ngang mang tải tổng 100 kg, dùng vít me bi đường kính 20 mm, dài 1 m, bước 10 mm, hiệu suất 0,9; hệ số cản ước lượng 0,1. Cần chạy 500 mm/s, tăng tốc và giảm tốc mỗi đoạn 0,1 s, chạy đều 0,2 s, dừng 0,6 s; chu trình 1 s.

Thử với hai mã khung 80 có quán tính rotor theo catalog lần lượt 1,05 kg·cm² (400 W) và 1,82 kg·cm² (750 W):

Cả hai mã đều đạt: động cơ 400 W chỉ dùng khoảng 44% mô-men đỉnh và 54% mô-men định mức, còn dư đủ dự phòng. Động cơ 750 W dư nhiều hơn, phù hợp khi muốn rút thời gian tăng tốc xuống ngắn hơn hoặc khi hệ số cản thực tế lớn hơn ước lượng.

• Trục đứng phải cộng thêm mô-men do trọng lực ở mọi đoạn, kể cả lúc dừng, nên mô-men hiệu dụng tăng mạnh.
• Tốc độ cần đã chạm tốc độ định mức thì không còn dư; muốn chạy nhanh hơn nên đổi vít bước lớn hơn thay vì ép động cơ chạy vùng tốc độ tối đa.
• Có hộp giảm tốc thì mô-men tải chia cho tỉ số truyền, quán tính tải chia cho bình phương tỉ số truyền.
• Hệ số cản, hiệu suất là giá trị ước lượng; nếu không chắc, cộng thêm dự phòng mô-men.

12. Câu hỏi thường gặp về động cơ servo

• Động cơ servo AC là động cơ đồng bộ hay không đồng bộ? Phần lớn servo AC trên thị trường là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu: rotor quay đúng theo từ trường stator, không có hệ số trượt như motor lồng sóc. Chữ "M" trong các mã kiểu 110ST-M06030 chính là ký hiệu nam châm vĩnh cửu. Servo không đồng bộ vẫn tồn tại nhưng chủ yếu dùng cho trục chính máy công cụ và công suất lớn.
• Động cơ servo có phanh khác loại không phanh ở điểm nào? Loại có phanh lắp thêm một phanh điện từ ở đuôi motor, thường dùng nguồn 24 VDC riêng, có nhiệm vụ giữ trục đứng yên khi mất điện hoặc khi driver tắt Servo ON. Phanh này chỉ để giữ, không dùng để hãm motor đang quay. Thân motor có phanh dài hơn và quán tính rotor lớn hơn một chút; nên chọn loại có phanh cho trục đứng, trục nâng hạ hoặc tải có thể tự trôi khi mất điện.
• Vì sao động cơ servo không có chân đế như motor thường? Servo được thiết kế lắp bằng mặt bích để trục đồng tâm chính xác với khớp nối, hộp số hoặc vít me, đồng thời mặt bích là đường tản nhiệt chính vào khung máy. Nếu cần lắp kiểu chân đế, người ta dùng bát gá mặt bích bằng nhôm hoặc thép đủ dày, đảm bảo truyền nhiệt và không cộng hưởng.
• Hai động cơ cùng 1,5 kW nhưng một mã khung 110, một mã khung 130 thì khác nhau thế nào? Thường mã khung 110 là bản 3.000 vòng/phút mô-men khoảng 5 Nm, còn khung 130 là bản tốc độ thấp hơn (2.000–2.500 vòng/phút) với mô-men lớn hơn và quán tính rotor cao hơn. Mặt bích, đường kính trục cũng khác nên không lắp lẫn trực tiếp. Chọn bản nào tùy tốc độ cần ở trục động cơ và quán tính tải.
• Người mới nên chọn servo encoder tăng dần hay tuyệt đối? Máy có cảm biến gốc và chạy về gốc mỗi lần bật thì encoder tăng dần 2.500 dòng là đủ cho đa số ứng dụng phổ thông. Robot, trục đứng, máy hành trình dài khó chạy về gốc, hoặc máy cần khởi động lại ngay sau mất điện nên chọn encoder tuyệt đối đa vòng. Encoder tuyệt đối còn cho độ phân giải cao hơn, giúp chạy êm ở tốc độ thấp.
• Servo khung 80 hãng này có lắp thay servo khung 80 hãng khác được không? Về cơ khí thường lắp được nếu trùng kích thước gờ định tâm, đường kính vòng lỗ bắt vít, đường kính và chiều dài trục; cần đo đủ các kích thước này chứ không chỉ dựa vào chữ "80". Về điện thì gần như luôn phải thay cả driver và cáp đi kèm, vì giao thức encoder và thông số động cơ giữa các hãng khác nhau.
• Nên mua bộ servo chạy điện 220 V hay 380 V? Servo đến khoảng 1,5 kW thường có bản driver 220 V 1 pha, rất tiện cho xưởng nhỏ. Từ khoảng 2 kW trở lên, bản 380 V 3 pha cho dòng nhỏ hơn, dây gọn hơn và tận dụng tốt vùng tốc độ cao. Động cơ 220 V và 380 V cùng khung nhìn giống hệt nhau nhưng cuộn dây khác, không dùng lẫn driver được.
• Servo quán tính thấp có yếu hơn servo quán tính trung bình không? Không hẳn. Cùng công suất, mô-men định mức của hai bản thường gần bằng nhau; khác biệt nằm ở khả năng tăng tốc và độ ổn định khi tải nặng. Servo quán tính thấp tăng tốc nhanh hơn với tải nhẹ, nhưng với tải có quán tính lớn thì tỉ số quán tính cao, khó chỉnh và dễ rung hơn bản quán tính trung bình.
• Khi đặt mua một bộ servo cần những thành phần nào? Tối thiểu gồm động cơ, driver ghép đúng mã, cáp động lực và cáp encoder đúng chiều dài cần dùng. Tùy máy có thể cần thêm cáp tín hiệu điều khiển, điện trở xả ngoài, bản có phanh cho trục đứng, pin encoder với loại tuyệt đối, bát gá và khớp nối.
• Có nên mua động cơ servo cũ tháo máy không? Có thể tiết kiệm nếu mua được trọn cặp động cơ và driver cùng đời, còn tem rõ và chạy thử được. Cần kiểm tra trục quay trơn khi không cấp điện, không có tiếng lạo xạo ổ bi, encoder không báo lỗi khi cấp nguồn, và thử chạy có tải một lúc để xem nhiệt. Động cơ lẻ không kèm driver thường rất khó tìm driver tương thích, nhất là với encoder tuyệt đối đời mới.

13. Kết luận

Động cơ servo là động cơ làm việc trong vòng kín cùng driver và encoder, cho phép điều khiển chính xác vị trí, tốc độ và mô-men. Khi nắm được các loại servo, cấu tạo, ý nghĩa của encoder 2.500 dòng hay 17 bit, cách đọc mã như 110ST-M06030, khác biệt giữa mô-men định mức và mô-men đỉnh cùng ba nhóm quán tính rotor, người mua có thể tự đọc catalog và kiểm tra được lựa chọn của mình. Tính tốc độ, mô-men đỉnh, mô-men hiệu dụng và tỉ số quán tính là cơ sở để chọn đúng cỡ servo, không thiếu cũng không thừa.