Động cơ servo, với tư cách là thành phần năng lượng cốt lõi trong hệ thống điều khiển chính xác và tự động hóa công nghiệp hiện đại, trực tiếp quyết định hiệu quả và độ chính xác của toàn bộ hệ thống. Trong số rất nhiều yếu tố ảnh hưởng động cơ servo hiệu suất, phanh đóng một vai trò quan trọng—không chỉ là một thiết bị dừng đơn giản. Nó phục vụ như một cơ chế bảo vệ, tăng cường hiệu quả và bảo vệ an toàn.
Trước khi đi sâu vào chi tiết kỹ thuật, chúng ta phải hiểu vai trò của phanh trong hệ thống động cơ servo. Về cốt lõi, phanh dừng hoặc giữ chuyển động quay của động cơ, ngăn chặn chuyển động ngoài ý muốn khi mất điện hoặc trục trặc. Tuy nhiên, chức năng của nó còn mở rộng hơn nữa:
Đảm bảo an toàn
Trong các ứng dụng trục dọc, động cơ servo phải chống lại trọng lực để giữ tải. Mất điện đột ngột có thể gây ra tình trạng rơi máy không kiểm soát được, dẫn đến hư hỏng thiết bị hoặc thậm chí gây thương tích. Phanh ngăn chặn những mối nguy hiểm như vậy.
Định vị chính xác
Điều khiển chuyển động có độ chính xác cao yêu cầu dừng nhanh và chính xác. Phanh làm việc với ổ đĩa servo để đảm bảo định vị chính xác.
Giữ tải
Trong các ứng dụng yêu cầu duy trì tải kéo dài, phanh loại bỏ nhu cầu tiêu thụ điện năng liên tục, giảm mức sử dụng năng lượng và hao mòn động cơ.
Ngăn ngừa quay ngược
Ví dụ, trong tuabin gió, phanh ngăn động cơ bị tải quay ngược lại khi lực gió không đủ.
Hỗ trợ phanh
Trong thời gian dừng khẩn cấp, hệ thống phanh bổ sung bộ truyền động servo để giảm thiểu sốc và rung, kéo dài tuổi thọ thiết bị.
Rõ ràng, phanh động cơ servo không chỉ là “thiết bị dừng” mà còn là hệ thống tích hợp để an toàn, chính xác và hiệu quả năng lượng.
Mặc dù thiết kế phanh khác nhau nhưng hầu hết đều có chung các thành phần chính sau:
1. Phần ứng
Một vòng hoặc đĩa sắt mềm có thể di chuyển được, tiếp xúc với các bề mặt ma sát khi được kích hoạt.
2. Cuộn dây
Tạo ra lực điện từ để nhả phanh khi được cấp nguồn.
3. Đĩa phanh/Tang trống
Bề mặt chống mài mòn tiếp xúc với lớp lót ma sát để phanh.
4. Lớp lót ma sát
Vật liệu có độ ma sát cao gắn vào phần ứng; quan trọng đối với hiệu quả phanh.
5. Mùa xuân
Tác dụng lực để gài phanh khi mất điện; độ cứng ảnh hưởng đến thời gian đáp ứng.
6. Giá đỡ
Cố định phanh vào động cơ với sự căn chỉnh chính xác.
Hiểu rõ các bộ phận này là điều cần thiết để nắm bắt được hoạt động của phanh.
Phanh động cơ servo dựa vào ma sát điều khiển lực điện từ. Một phanh điện từ điển hình hoạt động như sau:
Trạng thái tắt nguồn (Phanh)
Không có dòng điện → không có từ trường → lò xo ép phần ứng vào đĩa/trống → ma sát làm động cơ dừng lại.
Trạng thái bật nguồn (Phát hành)
Dòng điện cung cấp năng lượng cho cuộn dây → từ trường kéo phần ứng đi → mất ma sát → động cơ quay tự do.
Ngắt Điện (Quá Trình Phanh)
Khi mất điện, lò xo ngay lập tức tác động trở lại ma sát để dừng có kiểm soát.
Sức mạnh tổng hợp giữa điện từ và ma sát này cho phép điều khiển động cơ chính xác.
1. Phanh điện từ
• Spring-Applied (Fail-Safe): Tham gia khi mất điện (thường gặp ở động cơ servo).
• Power-Applied: Hoạt động khi được cấp nguồn (ít phổ biến hơn).
• Ưu điểm: Đơn giản, tin cậy, phản hồi nhanh.
2. Phanh nam châm vĩnh cửu
• Sử dụng nam châm vĩnh cửu thay vì cuộn dây.
• Ưu điểm: Không cần nguồn điện bên ngoài; lý tưởng cho hệ thống pin.
3. Phanh trễ
• Sử dụng hiện tượng trễ từ để phanh êm ái, không bị mài mòn.
• Ưu điểm: Im lặng, chính xác; phù hợp cho các ứng dụng cao cấp.
4. Phanh thủy lực
• Sử dụng áp suất chất lỏng để có mô-men xoắn cao.
• Ưu điểm: Có khả năng chịu tải nặng; Nhược điểm: Bảo trì phức tạp.
Lựa chọn phụ thuộc vào các yếu tố tải trọng, độ chính xác, an toàn và môi trường.
Phanh servo có mặt khắp nơi ở:
• Robotics (điều khiển chung)
• Máy CNC (định vị dụng cụ)
• Thang máy (dự phòng an toàn)
• Tua bin gió (bảo vệ chống đảo ngược)
• Thiết bị y tế (chuyển động chính xác)
Khi tự động hóa tiến bộ, vai trò của họ còn mở rộng hơn nữa.
• Giám sát độ mòn của lớp lót ma sát.
• Giữ đĩa phanh/trống phanh sạch sẽ (không có dầu/mảnh vụn).
• Kiểm tra cách điện cuộn dây để tránh đoản mạch.
• Bôi trơn định kỳ các bộ phận chuyển động.
• Tránh tình trạng quá tải vượt quá công suất định mức.
Chăm sóc đúng cách sẽ tối đa hóa tuổi thọ và hiệu suất của phanh.
Phanh động cơ servo là những anh hùng thầm lặng trong lĩnh vực điều khiển chuyển động. Bằng sự hiểu biết của họ thiết kế, vật lý và ứng dụng, các kỹ sư có thể tối ưu hóa độ an toàn, hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống—khai thác toàn bộ tiềm năng của tự động hóa điều khiển bằng servo.
Làm chủ được phanh và bạn làm chủ được chuyển động.
