Un servomoteur fait référence à un moteur électrique utilisé dans un système d'asservissement pour contrôler le fonctionnement des composants mécaniques ; il fonctionne comme un moteur auxiliaire et un dispositif de régulation indirecte de la vitesse-. Les servomoteurs offrent un contrôle précis de la vitesse et de la position, convertissant les signaux de tension en couple et en vitesse de rotation pour piloter l'objet contrôlé. La vitesse du rotor d'un servomoteur est régie par des signaux d'entrée auxquels il répond rapidement. Dans les systèmes de contrôle automatique, les servomoteurs servent d'éléments d'actionnement ; ils se caractérisent par une faible constante de temps électromécanique et une linéarité élevée, leur permettant de convertir les signaux électriques reçus en sorties de déplacement angulaire ou de vitesse angulaire au niveau de l'arbre du moteur. Les servomoteurs sont largement utilisés dans des domaines tels que la robotique, l'automatisation industrielle, les équipements de fabrication de batteries lithium-ion, les équipements photovoltaïques, les machines-outils CNC haut de gamme-et les machines CNC à petite échelle-. Les servomoteurs à courant continu, en particulier, trouvent des applications dans des équipements tels que les machines EDM, les manipulateurs robotiques et les machines de précision.
Les servomoteurs sont globalement classés en deux types principaux : DC et AC. Les servomoteurs AC à aimant permanent représentent une étape d'évolution significative dans ce domaine, les servomoteurs sans balais et leurs entraînements associés étant des produits exemplaires dans cette catégorie. Leurs principales caractéristiques incluent l'absence d'auto-rotation (dérive) lorsque la tension du signal de commande est nulle et une vitesse de rotation qui diminue uniformément à mesure que le couple appliqué augmente. D'ici 2025, la Chine devrait atteindre un taux plus élevé de localisation de composants de base-tels que les servomoteurs-et devrait devenir un exportateur net de ces technologies. De plus, des produits tels que les « cylindres rotatifs électriques intelligents » utilisent des servomoteurs comme source d'alimentation directe ; dans ce contexte, le servomoteur agit comme l'unité d'entraînement principale, capable de remplacer les systèmes de serrage hydrauliques traditionnellement présents dans les machines-outils à commande numérique. Les servomoteurs ont également été identifiés comme l’un des composants essentiels du domaine émergent de l’IA incorporée.
Un système d'asservissement (ou mécanisme d'asservissement) est un système de contrôle automatique conçu pour garantir que les variables de sortie contrôlées-telles que la position, l'orientation ou l'état d'un objet- suivent et suivent avec précision tout changement arbitraire dans la cible d'entrée (ou le point de consigne). Les systèmes d'asservissement reposent principalement sur des impulsions pour le positionnement. Fondamentalement, le concept est le suivant : lorsqu'un servomoteur reçoit une seule impulsion, il tourne selon un déplacement angulaire correspondant à cette impulsion, réalisant ainsi un mouvement linéaire ou de rotation. Étant donné que le servomoteur lui-même possède la capacité de générer des impulsions, il émet un nombre correspondant d'impulsions pour chaque incrément de rotation. Cela crée un échange réciproque-appelé "boucle fermée"-entre les impulsions reçues par le moteur et celles qu'il génère. Par conséquent, le système est capable de suivre précisément combien d’impulsions ont été transmises au servomoteur par rapport à combien ont été reçues. Cela permet un contrôle très précis de la rotation du moteur, facilitant une précision de positionnement jusqu'à 0,001 mm. Les servomoteurs à courant continu sont largement classés en types avec et sans balais. Les moteurs à balais se caractérisent par un faible coût, une construction simple, un couple de démarrage élevé, une large plage de contrôle de vitesse et une facilité de contrôle ; cependant, ils nécessitent un entretien-en particulier la tâche peu pratique de remplacement des balais de charbon-et sont susceptibles de générer des interférences électromagnétiques, nécessitant des conditions environnementales spécifiques pour leur fonctionnement. Par conséquent, ils sont bien-adaptés aux applications industrielles générales et grand public-sensibles aux coûts.
Les moteurs sans balais, à l'inverse, se caractérisent par une taille compacte, un poids léger, une puissance de sortie élevée, une réponse rapide, une vitesse de rotation élevée, une faible inertie, une rotation douce et un couple stable. Bien que leurs mécanismes de contrôle soient plus complexes, ils facilitent facilement l’intégration intelligente du contrôle ; de plus, leurs méthodes de commutation électronique sont flexibles, permettant une commutation à onde carrée-ou sinusoïdale-. Ces moteurs ne nécessitent aucun entretien-, sont très efficaces, fonctionnent à des températures plus basses, émettent un rayonnement électromagnétique minimal et offrent une longue durée de vie, ce qui les rend adaptés à une utilisation dans une grande variété d'environnements.
Les servomoteurs AC sont également un type de moteur sans balais, classés en catégories synchrones et asynchrones. Dans les applications de contrôle de mouvement, les moteurs synchrones sont généralement préférés en raison de leur large plage de puissance, qui permet d'atteindre des puissances de sortie très élevées. Ils présentent généralement une inertie élevée et une vitesse de rotation maximale relativement faible-une limite qui diminue rapidement à mesure que la puissance nominale du moteur augmente. Par conséquent, ils sont parfaitement adaptés aux applications nécessitant un fonctionnement fluide et à faible vitesse.
3. Le rotor d'un servomoteur est constitué d'aimants permanents. Les courants triphasés U/V/W contrôlés par le pilote du moteur génèrent un champ électromagnétique, provoquant la rotation du rotor sous l'influence de ce champ. Simultanément, l'encodeur intégré au moteur renvoie des signaux au pilote ; le conducteur compare ensuite ces valeurs de retour aux valeurs cibles pour ajuster l'angle de rotation du rotor. En fin de compte, la précision de positionnement d'un servomoteur est déterminée par la précision de son codeur (en particulier, son nombre de lignes). En termes de fonctionnalité, les servomoteurs AC diffèrent des servomoteurs DC sans balais en ce sens que le servo AC offre des performances supérieures ; en effet, il utilise un contrôle sinusoïdal, ce qui entraîne une ondulation de couple minimale. À l’inverse, les servomoteurs à courant continu utilisent des formes d’onde trapézoïdales. Cependant, les systèmes d'asservissement CC sont de conception plus simple et plus rentables-.
