Le servomoteur appartient au groupe des moteurs électriques et se caractérise essentiellement par sa très grande capacité de régulation et par les possibilités de commande qui en découlent. Dans ce contexte, il permet un réglage exact de la position de l’angle, de l’accélération et de la vitesse. Afin de pouvoir offrir cette caractéristique, l’architecture essentielle du servomoteur se compose, en plus du moteur lui-même, d’un capteur de position du rotor compatible. Celui-ci, aussi appelé capteur de position, capteur de rotation ou feedback moteur, est capable d’enregistrer avec précision la position de l’arbre moteur à un moment précis.
L’électronique de régulation – appelée servorégulateur et généralement installée à l’extérieur du servomoteur – se charge ensuite du traitement des informations et des éventuels ajustements qui en résultent. Celui-ci compare les valeurs prévues en temps réel et apporte des corrections le cas échéant, créant ainsi un circuit de régulation. Ce processus s’effectue en continu et a pour but de diminuer au maximum ou plutôt de compenser les différences potentielles entre la valeur théorique et la valeur réelle. Le rotor conserve toutefois sa position définie ; les modifications de position ne se produisent que lorsqu’une charge, une pression ou d’autres conditions sont appliquées.
Le circuit de régulation est généralement intégré à un servomoteur comme système de régulation. Le fonctionnement de ce dernier peut être régulé soit par couple, soit par vitesse ou encore par position. Une intrication de ces variantes est possible grâce à des systèmes de régulation complexes par cascadage.
Un moteur et un régulateur pour créer un servoactionneur
L’interaction du servomoteur et du servorégulateur au sein du circuit de régulation fermé est appelée servoactionneur. Le type de construction dont le moteur électrique dispose ne joue en premier lieu qu’un rôle secondaire. Qu’il s’agisse d’un moteur à courant continu, d’un moteur synchrone ou d’un circuit de régulation fermé, du fait du fonctionnement en circuit de régulation fermé avec un servorégulateur, le servoactionneur devient un entraînement compact.
Le servomoteur (p. ex. un moteur pas-à-pas) se différencie en revanche en raison de sa commande. Alors que le servomoteur fonctionne en circuit de régulation fermé, les moteurs de positionnement ne permettent qu’un fonctionnement non régulé.
Au cas par cas, un réducteur peut être utilisé pour modifier le régime et le couple au niveau de l’application sur un servoactionneur. Dans la pratique, le servomoteur et le régulateur doivent être harmonisés pour travailler efficacement. Grâce à leurs différentes possibilités de configuration, les servoactionneurs Harmonic Drive AG – comme le CanisDriveÒ et le LynxDriveÒ – offrent une grande compatibilité avec presque tous les servorégulateurs du marché. Le servorégulateur de la série YukonDrive ®, qui a été spécialement conçu pour répondre aux besoins du servoactionneur Harmonic Drive ® offre une solution d’entraînement préconfiguré avec servomoteur. Pour les applications spécifiques, les systèmes d’entraînement préconfigurés d’Harmonic Drive® offrent des solutions personnalisées.
Les composants habituels des servoactionneurs
L’alpha et l’oméga du servomoteur : une mesure exacte de la position
Les différentes possibilités ne s’arrêtent pas uniquement aux types de moteurs, il existe en effet également plusieurs méthodes pour mesurer la position du rotor. On différencie ici essentiellement les appareils de mesure de position incrémentaux, les codeurs absolus monotour et les multitour.
Une des caractéristiques essentielles de la mesure de position réside dans la nature physique de la génération de la position. On utilise ici principalement des procédés de mesure optiques, électromagnétiques, inductifs ou capacitifs. Les signaux bruts enregistrés sont généralement traités dans le capteur de position du rotor et transmis au servorégulateur en valeur de position incrémentale, absolue monotour ou multitour.
Selon le capteur de rotation choisi, les signaux analogiques, analogiques et numériques, mais aussi purement numériques sont transmis. En Europe, l’interface de données pour les signaux numériques habituellement utilisées est une interface EnDatÒ, HIPERFACEÒ, BiSS ou SSI.
Les domaines et formes d’application
Les servomoteurs sont d’abord utilisés dans des secteurs qui requièrent une précision et un dynamisme extrêmes. Ainsi, on les retrouve dans des installations industrielles et des fabrications automatisées, mais aussi dans diverses applications de conditionnement et des machines-outils. Ces dernières bénéficient particulièrement de technologies de commande et de régulation modernes, car elles permettent de façonner des pièces usinées, de formes mêmes complexes et fastidieuses à produire.
Un autre champ d’application des servomoteurs est le génie militaire. Les systèmes terrestres militaires, qui exigent essentiellement des temps de réaction courts et une grande fiabilité de tir, misent sur des servomoteurs dotés d’une électronique de régulation et de puissance hautement dynamiques et robustes. Ceux-ci sont souvent implémentés dans des dispositifs d’affichage. Le spectre d’utilisation du servomoteur s’étend toutefois bien au-delà des secteurs militaires et industriels. À l’échelle humaine, les servoactionneurs accomplissent des exploits dans le cadre des exosquelettes. Pour venir en aide aux personnes ayant des problèmes de santé – comme des handicaps ou des maladies telles que la fonte musculaire ou Parkinson – dans les mouvements quotidiens, plusieurs servomoteurs sont placés sur la structure porteuse. L’exosquelette est placé le long du corps et les servomoteurs qui le composent aident à l’enchaînement exact des mouvements déterminés et permettent le cas échéant au patient de se tenir debout ou de marcher.
Les servomoteurs à l’origine de la robotique
La technique des servoactionneurs constitue par ailleurs la base essentielle de la robotique dans son ensemble. De plus en plus d’utilisateurs utilisent les capacités des robots intelligents, posant ainsi des exigences extrêmes en matière de dynamisme et de disponibilité. Afin de répondre aux défis en constante augmentation, la branche des fabricants de robots mise sur les propriétés uniques des servomoteurs comme entraînement électrique régulé. En médecine ou dans l’industrie, l’évolution de la robotique encourage et requiert dans le même temps des innovations dans le domaine des servoactionneurs.
Parmi les autres domaines d’application, l’on peut citer le secteur automobile, le génie mécanique et la construction d’appareils ainsi que les installations de manipulation et de transport. En raison des excellents résultats en matière de puissance volumique et d’efficience énergétique, les domaines d’application ne cessent de se multiplier.