Funzionamento

I servomotori sono un tipo particolare di motori, che generalmente non ruotano in modo continuo (sebbene esistano alcuni modelli capaci di ruotare di 360°), e che è possibile controllare in modo da ruotarli in una posizione specifica e mantenerla fino a che lo si desidera.

All’interno dei servomotori si trovano diverse parti meccaniche ed elettroniche:

• Motore DC
• Un potenziometro
• Elettronica di controllo (sistema retroazionato)
• Motor driver (stadio di potenza)
• Un set di ingranaggi e un meccanismo di demoltiplica

L’elettronica di controllo utilizza il valore resistivo per decidere direzione e velocità di rotazione e fermarla quando raggiunge la posizione desiderata.

Il set di ingranaggi e il meccanismo di demoltiplica servono ad aumentare la precisione, ridurre l’inerzia ed aumentare la coppia. Grazie a questa meccanica integrata i servomotori sono in grado di esercitare forze considerevoli utilizzando un motore poco potente e mantenendo i consumi bassi.

Storia del servomotore elettrico

La storia dello sviluppo dei servomotori elettrici è frutto di un laborioso processo che inizia nell'800 è ha come fulcro centrale il tema della stabilità.

I primi settant’anni del XIX secolo vedono uno sforzo consistente per sviluppare e migliorare il regolatore di Watt. Una delle spinte all’innovazione viene dalle esigenze di miglioramento delle macchine a vapore.

Dalla metà dell’800 si intravedono gli sviluppi teorici di quella che stava diventando la scienza dei controlli utilizzando lo sviluppo dell’analisi matematica prima con Maxwell il quale scrive l’articolo “On Governors” (1868), poi Edward Routh il quale scrive il celebre  trattato “Stability of Motion” (1874-77).

A fine 800 invenzioni e scoperte importanti contribuiscono ad affermare il passaggio dall’era del vapore a quella dell’elettricità, la scoperta del campo magnetico rotante di Galileo Ferraris (1885) e l’alternatore di Nikola Tesla (1887). L’elettricità mette a disposizione dei sistemi di controllo e nuovi strumenti per misurare parametri di processo, per trasmettere e manipolare segnali, per attivare gli attuatori.

In questo contesto storico, il primo servomotore viene inventato nell'ambito dell'ingegneria navale per facilitare il lavoro dei timonieri, introducendo sistemi motorizzati di governo del timone. Il primo servomotore, progettato da Sickels negli Stati Uniti, e brevettato nel 1853, è un sistema ad anello aperto; mentre il primo servomotore ad anello chiuso viene brevettato nel 1866 ed è frutto del progetto di John McFarlane Gray per la nave a vapore Great Eastern di Brunel. In Francia, nello stesso periodo, Denis Farcot progetta alcuni sistemi di controllo di posizione ad anello chiuso, tra i quali alcuni motori di governo del timone; è lui che propone di chiamare queste apparecchiature “servo-moteur” o “moteur asservi”, da cui derivano i termini servomotore e servomeccanismo. fonte

Brevetto del servomotore elettrico

US 2513537 A

Questo è il brevetto di un servomotore elettrico che ha la caratteristica di analizzare le variazioni di velocità nel tempo.

Ciò che rende un motore elettrico diverso da un servomotore integrato è il sistema di feedback atto ad analizzare i diversi parametri del motore durante il suo funzionamento.

Il primo servomotore elettrico si ha con l'invenzione del teleautografo, un precursore del fax. Esso trasmette disegni o firme trasformandoli in impulsi elettrici, tramite potenziometri, ad una stazione ricevente in cui dei servomeccanismi collegati a una penna riproducono il disegno o la firma.

Servomotore integrato

I servomotori sono dei motori elettrici generalmente di piccola potenza, come i motori DC, dotati di diversi sistemi di feedback per avere in tempo reale i dati relativi alla posizione, la velocità angolare e l'accelerazione angolare.

"L'origine del nome si crede che venga dai francesi "Le Servomoteur" o lo slavemotor, prima utilizzata da J. J. L. Farcot nel 1868 per descrivere motori idraulici e a vapore per l'uso dello sterzo navale." fonte

Electro Methods LTD

"Electro Methods LTD of Stevenage" è una piccola fabbrica dove lavoravano ingegneri elettrici e costruttori di strumenti.

In un articolo di "The Scientist" del 19 Giugno 1958 la fabbrica cercava dipendenti con determinate caratteristiche: "ingegneri impegnati nella progettazione e nello sviluppo di dispositivi elettromeccanici, amplificatori magnetici e servo-azionamenti". fonte1

La storia della fabbrica è molto travagliata infatti, dopo essersi spostati da Stevenage a Biggleswade, per produrre connettori elettrici, nel 1964 è diventato Ether Engineering e poi Pye Ether. Nel 1974 è diventato Pye Connectors e successivamente nel 1983, Flexicon Systems. fonte2 fonte3

Low inertia Integrating Motors
Motori integrati a bassa inerzia

Questa pubblicità raffigura un motore integrato a bassa inerzia. 
La traduzione è riportata qui di seguito:

"Per l'integrazione di tensioni minime su base temporale;

Per convertire la differenza di temperatura in un segnale di tensione;

Per il trasporto di carichi leggeri come servomotore o come piccoli generatori di potenza.

Tensioni nominali 1-5. 

6, 12, 24 volts.

(Sotto) L'unità di conteggio meccanica che incorpora un motore a bassa inerzia;

Prodotta da noi in 4 tipi.

Il primo nome per motori integrati a bassa inerzia

Dati completi trasmessi volentieri su richiesta

La maggior parte dei tipi è ora disponibile per la consegna rapida"