伺服馬達是一種能夠實現高精度、快速反應和穩定運作的電動機，廣泛應用於多種領域，為各種需要精確控制的應用提供了可靠的解決方案。伺服馬達究竟有著怎樣的魅力，能在眾多工業設備中脫穎而出呢？今天，我們就來一起探索伺服馬達背後的奧秘。

伺服馬達是什麼?

伺服馬達，也稱為伺服電機，是一種能夠控制和驅動機械系統運動的電機裝置。它由馬達、編碼器和控制器組成，透過控制器對馬達進行精確的控制，使得馬達能夠按照預定的速度和位置進行運動。

伺服馬達廣泛應用於工業自動化領域，如：控制機器人、CNC工具機、自動化生產線等設備的運動。它的主要特點是高精度和高響應，能夠將電壓訊號轉換為轉矩和轉速以驅動控制物件。在自動化產業中，伺服馬達是最常見的傳動動力來源之一。

伺服馬達的運作原理

伺服馬達主要由馬達、編碼器以及控制器等核心部件構成。馬達作為伺服系統的動力核心，藉由電流的輸入產生磁場，從而驅動轉子進行旋轉，實現動力輸出。編碼器的作用則是精確測量馬達的轉動角度，確保系統能準確掌握馬達的當前位置。

伺服馬達的基本工作原理在於利用內建的編碼器檢測馬達當前的實際位置和轉速，並將這些數據傳輸至控制系統。控制系統會將這些實際數據與預設的期望位置和速度進行對比分析。根據對比結果，控制系統會精確調整輸入馬達的電流大小和方向，從而調節馬達的轉動，使其能夠盡可能接近並達到預期的位置和速度。

步進馬達和AC伺服系統比較
 

伺服馬達的運作原理

1. 直流伺服馬達

直流伺服馬達可以根據控制訊號的要求，精確地控制轉速、轉向和力矩等參數，主要由電樞、換向器、電刷、永久磁鐵、軸承和外殼等組成。在控制系統中，直流伺服馬達通常作為執行元件，將控制訊號轉換為機械運動，從而實現對被指控對象的精確控制，具有調速性能好、控制精度高、動態響應快等優點。

2. 交流伺服馬達

交流伺服馬達主要功能是將交流電能轉換為機械能，從而驅動設備的運作，這種馬達的主要特點是其控制精度和響應速度都非常高，因此廣泛應用於需要高精度、快速響應的自動化設備。工作原理主要是透過控制馬達的電流和電壓，從而實現對馬達轉速和轉向的精確控制。這種控制方式使得交流伺服馬達具有很高的控制精度和反應速度，可以滿足各種複雜的控制需求。。

3. 步進伺服馬達

步進伺服馬達是一種將電脈衝訊號轉換成角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決於脈衝信號的頻率和脈衝數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈衝信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為「步距角」，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以透過控制脈衝個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以透過控制脈衝頻率來控制馬達轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

4. 線性伺服馬達

線性伺服馬達是一種將旋轉運動轉化為直線運動的伺服馬達，它透過內建的滾珠螺桿或直線導軌等機構，將伺服馬達的旋轉運動轉化為直線運動。線性伺服馬達具有高精度、高速度、高剛性、高可靠性等特點，且易於實現自動化控制和系統整合。

常見伺服馬達種類比較
 

伺服馬達的4大優勢

實現高精度閉環控制，確保卓越性能標準

伺服馬達能夠實現位置、速度和轉矩的閉環控制，並大大提高了系統的控制精度。這種控制精度可確保伺服馬達在各種應用中都能達到非常高的性能標準。

動態反應迅速，高速控制與精密定位之優選

伺服馬達的動態反應速度快，通常能在幾十毫秒內完成加減速過程。這使得伺服馬達在需要快速反應的場合，如高速運動控制和精密定位等應用中具有顯著優勢。

強抗過載、低速穩定，適用於瞬時波動與高速反應應用

伺服馬達具有很強的抗過載能力，可以承受三倍額定扭矩，特別適用於負載瞬時波動和啟動迅速的場合。此外，伺服馬達還具有良好的低速穩定性和平滑性，適用於需要高速反應的場合。

優化生產效率與維護便捷性

透過整合感測器、控制器和通訊模組，伺服馬達能夠實現更高等級的自適應能力和遠端控制功能，提高生產效率和維護便利性。

如何選擇適合的伺服馬達

需要考慮設備或機器的負載特性，這包括負載的重量、轉矩需求以及運動軌跡。有輪機構的設備可能更適合選擇高精度、快速反應和穩定性能的伺服馬達。而需要快速加速和減速的設備則建議選擇具有高動態性能的伺服馬達。

在選擇伺服馬達時，也需要考慮設備的工作環境，如果工作環境溫度較高、濕度較大或腐蝕性氣體，那麼你需要選擇具有較高防護等級的伺服馬達。此外，不同的運動軌跡對馬達的反應速度和精度要求不同，選擇具有足夠響應速度和精度的伺服馬達。

伺服馬達應用領域

伺服馬達是工業自動化設備中的核心組件，廣泛應用於裝配線、包裝機械、印刷機械、數控工具機、機器人等領域。它們能夠提供精確的位置和速度控制，提高生產效率和產品品質。

半導體和電子設備

需要高精度的運動和定位來控制微小的元件。伺服馬達因其高精度和穩定性而在這些領域中廣泛應用，如晶圓切割機、塗膠機、封裝設備、晶片測試設備等。

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醫療設備

通常需要精確控制運動軌跡和速度，以確保安全和有效性。伺服馬達在醫療設備中也有廣泛應用，如手術機器人、影像設備（如CT、MRI等）、血液透析機等。

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航太領域

在航太領域，伺服馬達用於控制飛行器的姿態和位置，確保飛行安全和精度。飛機的穩定翼、飛彈的導航系統等都需要高精度的伺服馬達來控制。

物流運輸

如自動化倉庫、自動分類系統、無人駕駛車輛等。在這些應用中，伺服馬達能夠提供精確的運動控制，提高物流效率和準確性。

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能源領域

能源領域的應用，如風力發電、太陽能追蹤系統、潮汐能發電等。在這些應用中，伺服馬達需要承受惡劣的環境條件，並提供精確的位置和速度控制。

包裝設備

如貼標機、封口機、纏繞機等，能夠實現高速穩定的運動控制，提升了包裝效率和品質。

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結論

隨著科技的不斷進步，伺服馬達的性能也不斷提升，未來我們可以期待更精準、更有效率且智慧化的伺服馬達問世，為各領域擴大提供更多的可能性。士林電機自1984年起，深耕自動化關鍵零組件的研製與代理，協助各大企業產業升級與工業自動化轉型，如有任何需求或產品諮詢服務，歡迎與我們聯絡