Kompakt-Servomotor mit integriertem Controller

Anpassung wird geschätzt

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Der integrierte Servomotor ist ein kompletter AC-Servomotor mit Verstärker und Ansteuereinheit in einem Gerät. Er verbindet niedrige Preise mit hoher Wirtschaftlichkeit und einer modularen, exakt passenden Lösung. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Entwicklungsstufen bis zur heutigen Serienreife.

Die Einbindung der Elektronik in einen Motor wurde bis zur Markteinführung des ersten integrierten Servomotors vor etwa zehn Jahren nur mit Invertern praktiziert, aber nicht mit Motoren, welche Servoperformance bieten konnten. Für diese Kompaktservos wurden der Motor, die Hallsensoren, der Encoder, die Endstufe und der Controller neu entwickelt, um beispielsweise den Erschütterungen stand zu halten und unnötige Temperaturentwicklung zu vermeiden.

Als Motor kommt ein bürstenloser Servomotor zum Einsatz, dessen Rotor aus Hochleistungsmagneten besteht. Am hinteren Ende des Motors befindet sich der Hallgeber, der während des Anlaufs Auskunft über die Lage der Rotormagneten gibt. Mit den Signalen der Hallsensoren wird die richtige Kommutierung des Motors gewährleistet, indem die Spannung an den drei Motorphasen so eingestellt wird, dass die magnetische Ausrichtung für ein maximales Drehmoment bei minimalem Strom optimiert ist. Nach dem Motoranlauf ist ausschließlich der hinter dem Hallgeber platzierte Encoder für die Rückmeldung von Position und Geschwindigkeit zuständig, und der Motorbetrieb erfolgt zu 100 % digital.
Vom Schrittmotor zur Servoperformance
Der Steuerschaltkreis, der das Drehmoment, die Geschwindigkeit sowie die Position regelt, besteht aus digitalem Regler und Treiberstufe. Die Rechenzentrale ist ein äußerst leistungsfähiger Hochleistungsmikroprozessor. Der Prozessor empfängt seine Vorgaben über ein eingebautes Erweiterungsmodul und führt entsprechend die digitale Strom-, Geschwindigkeits- und Positionierregelung durch. Die Signale des optischen oder auch mechanischen Encoders werden zum Ermitteln der Geschwindigkeit und der Position verarbeitet.
Der integrierte Servomotor ist mit unterschiedlichen Betriebsmodi ausgestattet, um mit der Basiskonfiguration möglichst viele Applikationen abdecken zu können. Die Betriebsart wird über eine Parametriersoftware ausgewählt, die eine Geschwindigkeits-, Drehmomentregelung oder Positionierung über ±10 VDC ebenso beinhaltet, wie die Ansteuerung über Puls-/Richtungssignal. Letzteres bietet die einfache Möglichkeit, eine bisherige Schrittmotoren-Applikation auf Servoperformance aufzurüsten. Die Nullstellung des Antriebes kann applikationsgerecht ausgewählt werden, entweder durch Referenzpunktschalter, einen mechanischen Anschlag im Drehmomentverfahren oder das Setzen des Nullpunkts per Software. Bei einem Servomotor mit mechanischem Absolutwertencoder ist das nur einmal erforderlich.
Die Vorzüge einer Applikationslösung mit kompakten Servomotoren sind unter anderem die Dezentralisierung der Systemintelligenz und das Einsparen von Leitungen zwischen Motor und Verstärker. Dadurch werden die Installation vereinfacht, Platz im Schaltschrank gespart, Fehler bei der Verdrahtung vermieden und die EMV-Probleme vermindert. Ein weiterer Vorteil ist die Anpassung der Antriebe an die Bedürfnisse der Applikation durch den Einsatz von Erweiterungsmodulen. Neben Modulen mit Nano-PLC sind die herkömmlichen Feldbusse Profibus, CANopen, Devicenet und Modbus, aber auch exotischere Netzwerke wie Bluetooth, Zigbee und Wlan erhältlich. Selbstverständlich werden auch Industrial Ethernet-Module wie Ethercat angeboten.
Integrierte Servotechnik, wie sie von JVL angeboten wird, erfreut sich in Europa immer größerer Beliebtheit und veranlasst viele Konstrukteure zum Umdenken.
Online-Info

JVL: Integration in Motion
Die dänische JVL startete 1986. Anfangs noch als fixe Idee neben dem Studium angedacht, entwickelte sich schnell ein Unternehmen daraus. Zu Beginn konzentrierte sich die Entwicklung und Vermarktung auf überaus moderne und kompakte Treiberstufen für Schrittmotoren. Durch den Erwerb eines dänischen Unternehmens wurde das Produktportfolio um AC- und DC- Servoverstärker erweitert. Dieser Schritt ließ in den Gründern Bo Valeur Jessen und Mads Vernon Jørgensen die Idee keimen, Motor und Verstärker als eine Einheit zu liefern.
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Emerson: Pneumatik 4.0

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