Il servomotore rientra nel gruppo dei motori elettrici e si caratterizza fondamentalmente per la sua estrema controllabilità e le possibilità di comando: consente la regolazione precisa di posizione angolare, accelerazione e velocità. Per ottenere questi risultati, oltre al servomotore in sé fa parte dell'architettura di base del dispositivo anche un sensore di posizione del rotore. Questo sensore, detto anche encoder rotativo o sistema di feedback motore, è in grado di rilevare con precisione la posizione dell'albero motore in un determinato momento.

Un sistema elettronico di regolazione si occupa della successiva elaborazione delle informazioni e degli eventuali aggiustamenti: è il cosiddetto servoregolatore (generalmente montato all'esterno del servomotore). Questo dispositivo confronta i valori correnti con quelli previsti, correggendoli laddove necessario e dando così origine a un circuito di regolazione. Il processo sopra descritto si svolge continuamente e ha l'obiettivo di ridurre al minimo o di bilanciare le differenze tra valori target e valori effettivi. In linea di principio, tuttavia, il rotore del servomotore mantiene la sua posizione stabilita; solo per effetto di carico, pressione o altre condizioni di contorno si possono verificare cambiamenti di posizione.

Per la sua funzione, il circuito di regolazione contribuisce in modo determinante alla progettazione di un servomotore: il suo funzionamento può essere regolato in base a coppia, velocità o posizione. È possibile anche una combinazione di queste varianti attraverso complessi sistemi di regolazione a cascata.

Motore e regolatore danno origine al servoattuatore

La combinazione di servomotore e servoregolatore in un circuito di regolazione chiuso prende il nome di servoazionamento. Quale sia la tipologia costruttiva del motore elettrico è di secondaria importanza: che sia a corrente continua, sincrono o asincrono, tramite il funzionamento in un circuito di regolazione chiuso con servoregolatore il servoazionamento opera come unità di azionamento compatta.

L'attuatore (ad es. il motore passo passo) viene invece definito in base al tipo di comando. Mentre il servomotore funziona all'interno di un circuito di regolazione chiuso, con gli attuatori è possibile solamente un funzionamento “non regolato”.

In taluni casi, con il servoazionamento viene impiegato un riduttore per adeguare velocità e coppia all'applicazione. Per lavorare in modo efficiente, servomotore e regolatore devono essere coordinati tra loro. Grazie alle flessibili possibilità di configurazione, i servoazionamenti di Harmonic Drive AG (tra cui il CanisDriveÒ e il LynxDriveÒ) possiedono un'elevata compatibilità con quasi tutti i servoregolatori presenti sul mercato. Con il servoregolatore della serie YukonDrive®, appositamente realizzato per soddisfare le esigenze dei servoazionamenti Harmonic Drive®, è disponibile un sistema di azionamento preconfigurato comprensivo di servomotore. Per applicazioni specifiche, i sistemi di azionamento preconfigurati Harmonic Drive® offrono una soluzione individualizzata.

Componenti generali di un servoazionamento

  • Servoconvertitore con sistema elettronico di potenza e di controllo
  • Servomotore con dispositivi di misurazione e freno per la tenuta in posizione di riposo
  • Riduttori per la conversione di velocità e coppia

Rilevazione precisa della posizione: l'ABC del servomotore

Le diverse possibilità non riguardano soltanto la tipologia del servomotore: vi sono vari metodi di misurazione anche per quanto concerne la rilevazione della posizione del rotore. In questo ambito si distingue fondamentalmente tra apparecchi di misurazione incrementali, singleturn absolute e multiturn absolute.

Una caratteristica distintiva fondamentale per quanto concerne la rilevazione della posizione concerne il tipo fisico di realizzazione della posizione: in linea di massima si utilizzano procedimenti di misurazione ottici, magnetici, elettromagnetici, induttivi o capacitivi. I segnali grezzi rilevati vengono elaborati dal sensore di posizione del rotore e inviati al servoregolatore come valori di posizione incrementali, singleturn absolute o multiturn absolute.

A seconda dell'encoder rotativo selezionato si trasmettono segnali analogici, analogico-digitali e anche puramente digitali. Come interfaccia dati per i segnali digitali, in Europa si utilizzano generalmente EnDatÒ, HIPERFACEÒ, BiSS oppure SSI. 

Campi d'applicazione e forme

I servomotori vengono utilizzati principalmente laddove sono richieste enormi precisione e dinamica: ad esempio negli impianti industriali e nella produzione automatizzata, ma anche in un'ampia gamma di applicazioni nelle macchine per imballaggi e nelle macchine utensili. Queste ultime in particolare traggono vantaggio dalle moderne tecniche di controllo e regolazione che consentono la lavorazione di pezzi anche con forme complesse e costose.

Un altro campo di applicazione dei servomotori è la tecnologia di difesa bellica. Qui, dove sono decisivi rapidi tempi di reazione ed elevate probabilità di colpire il bersaglio, i sistemi militari di terra fanno affidamento sui servomotori con la loro elettronica di regolazione e di potenza estremamente dinamica e robusta. Spesso i servomotori vengono implementati nei dispositivi di visualizzazione. Ma la loro gamma di applicazioni si estende tuttavia ben oltre i settori militare e industriale. In campo biomedico i servoazionamenti forniscono alte prestazioni con i cosiddetti esoscheletri: diversi servomotori, collegati a una struttura di supporto, aiutano nei movimenti di tutti i giorni le persone con problemi di salute come la paralisi o malattie come la degenerazione muscolare e il morbo di Parkinson. L'esoscheletro viene applicato al corpo e i servomotori collegati fungono da supporto per schemi di movimento definiti con precisione e, se necessario, creano le condizioni per camminare e stare in piedi.

Servomotori come fondamento della robotica

La tecnologia dei servoazionamenti costituisce anche una base essenziale per tutta la robotica: sempre più applicazioni si avvalgono delle capacità dei robot intelligenti e richiedono requisiti estremi in termini di dinamica e disponibilità.  Per essere all'altezza di queste sfide sempre crescenti, l'industria dei produttori di robot fa affidamento sulle caratteristiche uniche dei servomotori in quanto azionamenti elettrici controllati. Nella medicina e nell'industria, l'ulteriore sviluppo della robotica incentiva e promuove le innovazioni nel campo della tecnologia dei servoazionamenti.

Altre aree di applicazione sono l'industria automobilistica e quella della fabbricazione di apparecchiature, macchine e dispositivi nonché il settore degli impianti di movimentazione e di trasporto. Grazie all'elevata gamma di prestazioni e all'efficienza energetica i campi di applicazione sono in costante espansione.