Cách phân loại và lựa chọn động cơ servo phù hợp, dễ dàng

Động cơ servo là gì?

Động cơ servo (servo motor) là một loại động cơ điện được tích hợp hệ thống phản hồi vòng kín (closed-loop), cho phép điều khiển chính xác vị trí, tốc độ, và mô-men xoắn thông qua tín hiệu từ encoder hoặc cảm biến. Khác với động cơ thông thường, servo motor không hoạt động độc lập mà luôn kết hợp với driver và bộ điều khiển (PLC, vi điều khiển) để đảm bảo độ chính xác cao trong các ứng dụng công nghiệp yêu cầu khắt khe như robot, máy CNC, hoặc hệ thống barie tự động.

Tại sao nên lựa chọn động cơ servo?

Các loại động cơ truyền thống (DC, AC, stepper) thường gặp phải những hạn chế sau:

Thiếu chính xác: Động cơ DC/AC không có phản hồi vị trí, dẫn đến sai lệch khi tải thay đổi.
Tiêu tốn năng lượng: Chạy liên tục ngay cả khi không cần thiết.
Tuổi thọ thấp: Động cơ có chổi than dễ mài mòn, hỏng hóc do quá tải.
Khó điều chỉnh: Stepper motor dễ mất bước, gây rung giật ở tốc độ cao.

⇒ Giải pháp từ động cơ servo:

Độ chính xác tuyệt đối: Sai số vị trí chỉ ±0.01° nhờ encoder độ phân giải cao (16–20 bit).
Tiết kiệm điện năng: Tự động dừng khi đạt mục tiêu, tiêu thụ điện thấp hơn 30–50% so với động cơ thường.
Bền bỉ: Servo không chổi than (brushless) hoạt động liên tục 10,000 giờ với độ ồn <65 dB.
Linh hoạt: Tích hợp dễ dàng với PLC, IoT, và phần mềm quản lý.

Ví dụ thực tế: Hệ thống barie tự động sử dụng servo motor (ví dụ: Barie DZ-230 của PTH Vina) có thể đóng/mở chính xác trong 1.5 giây, chịu tải 30kg, hoạt động 24/7 mà không kẹt cần nhờ cơ chế điều khiển lực kéo thông minh.

Xem thêm: Máy giữ xe bằng thẻ từ + nhận diện biển số AI chỉ từ 26TR

Cấu tạo và phân loại động cơ servo

Cấu tạo chi tiết động cơ servo

Động cơ servo là hệ thống phức tạp gồm 3 thành phần chính, mỗi bộ phận đảm nhiệm vai trò cụ thể để đảm bảo độ chính xác và hiệu suất:

Rotor và Stator:

Rotor (Phần quay): Thường làm từ nam châm vĩnh cửu (Neodymium, Ferrite) hoặc lõi thép cuộn dây. Thiết kế tối ưu để giảm quán tính, giúp tăng tốc/giảm tốc nhanh (vd: rotor dạng rỗng trong servo không chổi than).
Stator (Phần tĩnh): Gồm các cuộn dây đồng/quấn sợi carbon, bố trí xung quanh rotor. Khi dòng điện xoay chiều (AC) hoặc một chiều (DC) chạy qua, stator tạo từ trường xoay làm rotor quay.

Encoder/Cảm biến phản hồi:

Chức năng: Đo chính xác vị trí, tốc độ, và hướng quay của rotor, sau đó gửi tín hiệu phản hồi về driver.
Loại encoder phổ biến: Encoder quang học (Optical): Sử dụng đĩa mã hóa và cảm biến hồng ngoại, độ phân giải cao (16–23 bit), chính xác ±0.001°. Encoder từ tính (Magnetic): Dựa trên hiệu ứng Hall, chống chịu bụi/ẩm tốt, phù hợp môi trường khắc nghiệt. Resolver: Dùng trong ứng dụng yêu cầu chống nhiễu cực cao (vd: hàng không, quân sự).

Bộ điều khiển (Driver)

Vai trò: Nhận tín hiệu điều khiển từ PLC/vi xử lý, so sánh với dữ liệu encoder, tính toán sai lệch và điều chỉnh dòng điện cấp cho động cơ.
Công nghệ điều khiển: PWM (Điều chế độ rộng xung): Điều chỉnh điện áp và tần số để kiểm soát tốc độ/mô-men. Giao thức truyền thông: EtherCAT, CANopen, Modbus RTU – cho phép đồng bộ hóa đa trục trong hệ thống phức tạp.

Phân loại động cơ servo

Phân loại theo điện áp

– Servo AC (Điện xoay chiều):

Điện áp: 110V, 220V, hoặc 380V (3 pha).
Ưu điểm: Công suất lớn (0.5kW – 15kW), phù hợp máy CNC, máy ép nhựa, robot hàn. Hiệu suất cao (>90%), ít tỏa nhiệt.
Nhược điểm: Giá thành cao, cần driver phức tạp.

– Servo DC (Điện một chiều):

Điện áp: 12V, 24V, 48V.
Ưu điểm: Thiết kế nhỏ gọn, phù hợp robot AGV, hệ thống barie tự động, drone. Đáp ứng nhanh (thời gian tăng tốc <50ms).
Nhược điểm: Công suất thấp (<1kW), hao phí do nhiệt ở tốc độ cao.

Xem thêm: Giải pháp chấm công cho doanh nghiệp tích hợp bảo mật cao

Phân loại theo cấu tạo cơ học

– Servo có chổi than (Brushed):

Nguyên lý: Dùng chổi than (carbon) tiếp xúc với cổ góp để đổi chiều dòng điện.
Ưu điểm: Giá rẻ (từ 1–5 triệu VNĐ), dễ điều khiển.
Nhược điểm: Mài mòn chổi than sau 500–2,000 giờ → cần bảo trì định kỳ. Tạo tia lửa điện, không dùng được ở môi trường dễ cháy nổ.
Ứng dụng: Đồ chơi RC, máy in phun giá rẻ.

– Servo không chổi than (Brushless):

Nguyên lý: Dùng driver để đảo chiều từ trường stator, loại bỏ chổi than.
Ưu điểm: Tuổi thọ cao (>10,000 giờ), không cần bảo trì. Hiệu suất 95–98%, chạy êm, chống chịu bụi/ẩm (tiêu chuẩn IP65–IP67).
Nhược điểm: Giá cao (từ 10–50 triệu VNĐ), driver phức tạp.
Ứng dụng: Máy CNC, hệ thống barie công nghiệp (vd: Barie DZ-230 của PTH Vina), robot y tế.

Phân loại theo ứng dụng đặc thù

Servo tuyến tính (Linear): Chuyển động thẳng thay vì quay, dùng trong máy đóng gói, máy gia công tia laser.
Servo trục kép (Dual-shaft): Hai trục đầu ra, phù hợp hệ thống truyền động đồng bộ.

Tiêu chí	Servo AC	Servo DC	Brushed (có chổi than)	Brushless (không chổi than)
Công suất	0.5–15 kW	0.1–1 kW	0.01–0.5 kW	0.1–15 kW
Hiệu suất	90–95%	80–85%	70–75%	95–98%
Tuổi thọ	10,000–20,000h	5,000–10,000h	500–2,000h	10,000–20,000h
Giá thành	Cao	Trung bình	Thấp	Rất cao
Môi trường	Nhà xưởng	Văn phòng, DIY	Đồ chơi, ứng dụng đơn giản	Công nghiệp, y tế

Nguyên lý hoạt động của động cơ servo

Động cơ servo hoạt động dựa trên nguyên tắc vòng điều khiển kín (closed-loop control), gồm 4 giai đoạn:

Nhận lệnh điều khiển: Driver tiếp nhận tín hiệu từ PLC (ví dụ: lệnh mở barie 90°).
Khởi động chuyển động: Động cơ quay, encoder đo góc quay thực tế và gửi về driver.
So sánh và hiệu chỉnh: Driver tính toán sai lệch giữa góc mong muốn và góc thực tế → điều chỉnh dòng điện để khắc phục.
Dừng chính xác: Động cơ dừng ngay khi đạt vị trí đặt trước.

Ví dụ ứng dụng trong barie tự động:

Khi xe tiến đến cổng, cảm biến gửi tín hiệu mở barie.
Servo motor quay trục 90° trong 1.5 giây → encoder xác nhận đúng góc → dừng.
Nếu barie gặp vật cản, driver tự động tăng mô-men để vượt tải mà không làm hỏng cơ cấu.

Xem thêm: Máy giữ xe thông minh cho khu du lịch nhận diện biển số 2025

Ứng dụng nổi bật của động cơ servo

Robot công nghiệp: Cánh tay robot hàn, lắp ráp linh kiện điện tử với độ lặp lại ±0.02mm. Robot phẫu thuật y tế đòi hỏi độ chính xác cao.
Máy CNC: Điều khiển trục chính, đạt tốc độ cắt 20,000 RPM, sai số <0.005mm.
Hệ thống barie tự động: Barie DZ-230 (PTH Vina): Sử dụng servo motor Yaskawa (Nhật Bản), công suất 400W. Tốc độ đóng/mở: 1.5–6 giây (tùy chỉnh qua phần mềm). Chịu tải cần barie lên đến 30kg, hoạt động ổn định ở nhiệt độ -10°C ~ 60°C. Tích hợp encoder 17-bit → kiểm soát góc mở chính xác ±0.1°.
Hệ thống in ấn công nghiệp: Đồng bộ tốc độ cuộn giấy và đầu in.

Cách lựa chọn động cơ servo phù hợp

Xác định yêu cầu kỹ thuật

Tải trọng (Moment xoắn): Tính bằng công thức:

$F \times r$

Trong đó: $T$ (Nm), $F$ (lực tác dụng), $r$ (bán kính trục).
Ví dụ: Barie cần moment xoắn 5Nm để nâng cần dài 2m.

Tốc độ (RPM): Chọn servo có tốc độ tối đa lớn hơn 20% so với yêu cầu.

Độ chính xác: Encoder 16-bit trở lên cho ứng dụng yêu cầu sai số <0.01°.

Chọn loại động cơ

Servo AC: Cho máy công suất lớn (>1kW), điện áp 220V.
Servo DC: Cho hệ thống nhỏ (barie, robot AGV), điện áp 24–48V.

Kiểm tra khả năng tích hợp

Giao thức truyền thông: EtherCAT, CANopen, Modbus.
Khả năng chống nhiễu, tiêu chuẩn IP (ví dụ: IP67 cho barie ngoài trời).

Ưu tiên thương hiệu uy tín

Servo Nhật Bản (Yaskawa, Mitsubishi): Độ bền cao, giá thành cao.
Servo Đài Loan (Delta, Panasonic): Cân bằng giữa giá và chất lượng.

Hiện một trong các sản phẩm có sử dụng động cơ servo có thể kể đến như: Barrier wonsun DZ-138, Barie wonsun DZ-22… có tại kho PTH Vina. Đây là các sản phẩm barrier được đánh giá là hoạt động bền bỉ, ổn định và chi phí tối ưu trong phân khúc các loại barie. Khách hàng có nhu cầu mua barie với động cơ mạnh mẽ như động cơ servo vui lòng liên hệ hotline: 093.696.1586 (Ms. Linh), 0909.418.921 (Mr. Hữu Quốc), 0938.504.786 (Ms. Kim Tiền) để nhận tư vấn và báo giá chi tiết!