מעבדה לחקר ההינע והמגנטיות ע”ש ביטר (BITTER) במכון הטכנולוגי MIT במסצ’וסטס ארה”ב, נתקבלה בזמנו יחידת מידה להשוואה בין מערכות הינע. היחידה נקראת “טאו – TAU” או בשמה האחר “הטאו של ביטר”.
לאחרונה הושוו מערכות הינע קיימות, ובעיקר מנועים, לאלו של תחילת שנות השמונים ונמצא כי המנועים הקיימים חזקים יותר, דינמיים יותר, בעלי צפיפות הספק גבוהה יותר וקטנים יותר ביחס של 14 מול המערכות משנות השמונים.
בתערוכת התעשיה הגדולה בעולם שנערכה בהנובר, הציגה חברה גרמנית מנוע סרוו ממשפחת ה-AC Servo Brushless, שקוטרו רק 32mm, והספקו המכני 1KW, וכן מנוע בקוטר 40 מ”מ ובאורך 70 מ”מ עם הספק מכני של KW2.2!
המנוע הינו מנוע תלת פאזי, רוטור מגנט קבוע ממשפחת מגנטים של עפרות נדירות, עם מיתוג אלקטרוני, כאשר כחיישן המיתוג משמש רזולבר. מתח המיתוג הינו 
320VDC לפאזה.
על מנוע כזה ודומיו מתחבר בלם הסרוו המשתלב עם המנוע במערכת ההינע.
מערכת ההינע נדרשת לבצע בלימות מבוקרות, וויסות מומנטים, הפיכות כוון, בלימות חרום, האצות, האטות ועוד פרמטרים שונים ובלם הסרוו הוא שיכול לתרום לביצועים אלו.
בלמי הסרוו עדיין לא נכללים ברשימת הרכיבים של מתכנני מערכות הינע, אך השימוש בהם צפוי לגדול ככל שהבנת פעולתם ותועלתם תהיה ברורה יותר.
נמצאים כיום בשוק 5 סוגי בלמים, כדלקמן:
בלם אלקטרו מגנטי – קפיץ החזר, בלימת חיכוך.
בלם אלקטרו מגנטי – מגנט קבוע, בלימת חיכוך.
בלם מגנטי, היסטרזיס – בלימה מגנטית.
בלם מגנטי , זרמי אדי – בלימה מגנטית.
תרשים 1. ארבעת החלקים
העיקריים של בלם ניתוק
בלם מגנטי חלקיקים מגנטיים – בלימה מגנטית.
שני הסוגים הראשונים המבוססים על אלקטרו מגנט, מכונים בלמי סרוו מסוג בלימת ניתוק, או בשמם האנגלי “Fail Safe Servo Brake”. מאמר ראשון זה יתרכז בבלמי ניתוק.
לבלמי ניתוק שלושה שימושים עיקריים כדלקמן:
- בלימה לצורך חניה
- בלימת חרום
- בלימה לצורך האטה, שיפור פרופיל האטה/האצה, והתאמת אינרציות בתמונות בעמוד הבא ניתן לראות בלם חניה, ומנוע סרוו כשמחובר לו בצירו האחורי בלם Fail Safe. בלם ניתוק פועל רק במצב ניתוק מתח ומכאן שמו.
בתרשים מס’ 1 ניתן לראות את ארבעת החלקים העיקריים של בלם ניתוק.
סליל – ליצירת השטף המגנטי.
רוטור – טבעת מולבשת על ציר המנוע ומסתובבת איתו.
תרשים 2. דיאגרמה טיפוסית לבלם ניתוק
ארמטורה – דיסקית מתכתית המצופה בחומר חיכוך גבוה.
קפיץ – לדריכה.
כיצד פועל בלם ניתוק?
הזרם החשמלי הזורם בסליל יוצר שדה מגנטי ובעקבותיו נוצר כח מגנטי. כח זה מתגבר על הקפיץ ומושך אליו את הארמטורה. הארמטורה שהינה דיסקית מתכתית המצופה חומר חיכוך – מעין רפידת בלמים של רכב – נפרדת מהרוטור והרוטור חופשי להסתובב על הציר האחורי.מהלך הארמטורה בממוצע – 0.3mm. במצב ניתוק, שהוא מצב “FAIL SAFE”, הזרם בסליל יורד ובעקבותיו יורד הכוח המגנטי עד לנקודה שבו כוח הקפיץ גדול מכוח השדה המגנטי.
הקפיץ דוחף את הארמטורה לכוון הרוטור.
תרשים 3. השימוש בבלם סרוו לבקרה על האצה, האטה,
והתאמת אינרציות במנועי סרוו
בסוף המהלך הארמטורה מתחככת עם הרוטור ומתחיל תהליך הבלימה. מחזור הבלימה, קבועי הזמן וקצב המעבר ממצב למצב נקבעים על ידי סליל הבלם. שרטוט מספר 2 מתאר דיאגרמה טיפוסית לבלם ניתוק. החלק העליון של הגרף – מתח המנוע – פועל לכל אורך הזמן שבין t1 לבין זמן t3. עם חיבור המתח, מתחילה פעולה של שחרור הארמטורה מהרוטור, פעולה שזמנה מוגדר בין t1 לבין t2, המאפשרת את פעולת המנוע . עם סיום זמן השחרור, המנוע עובר לפעולה סדירה בכל הזמן שבין t2 לבין t3. עם ניתוק מתח המנוע – בזמן t3 – מופעל למעשה הבלם ונכנס למצב FAIL SAFE, ואז אנו רואים את הזמן עד לבלימה סופית, המוגדר בין t3 לבין t4.
בתכנון מערכת הינע הכוללת בלם ניתוק, חשוב מאד לחשב את קבועי הזמן האלו ולתרגמם לזמן בלימה ומספר סיבובי מנוע עד לעצירתו המוחלטת. שרטוט מס’ 3 מתאר את השימוש בבלם סרוו לבקרה על האצה, האטה, והתאמת אינרציות במנועי סרוו.
מקורות
Control System Design Guide, By George Ellis
Space Vehicle Mechanism, By Peter L. Conley
