舵机的构造和原理

舵机的构造和原理

2008-06-20 08:50:29 来源: 作者: 【大中小】评论：0条

前言

舵机是遥控模型控制动作的动力来源，不同类型的遥控模型所需的舵机种类也随之不同。如何审慎地选择经济且合乎需求的舵机，也是一门不可轻忽的学问。

本文章主要探讨适合各等级直升机各工作部位所使用的舵机，至於其它种类的模型，如飞机、车、船，则不在本篇文章讨论范围之内。

舵机的构造

舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已到达定位。

位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会跟着改变，测量电阻值便可知转动的角度。

一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流过线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。依据物理学原理，物体的转动惯量与质量成正比，因此要转动质量愈大的物体，所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小，於是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体，形成一个重量极轻的五极中空转子，并将磁铁置於圆柱体内，这就是无核心马达。

为了适合不同的工作环境，有防水及防尘设计的舵机。并且因应不同的负载需求，舵机的齿轮有塑胶及金属的区分。较高级的舵机会装置滚珠轴承，使得转动时能更轻快精准。滚珠轴承有一颗及二颗的区别，当然是二颗的比较好。

目前新推出FET舵机，主要是采用FET(Field Effect Transistor)场效电晶体。FET具有内阻低的优点，因此电流损耗比一般电晶体少。

技术规格

厂商所提供的舵机规格资料，都会包含外形尺寸(cm)、扭力(kg/cm)、速度(秒/60。)、测试电压(V)及重量(g)等基本资料。扭力的单位是kg-cm，意思是在摆臂长度1公分处，能吊起几公斤重的物体。这就是力臂的观念，因此摆臂长度愈长，则扭力愈小。速度的单位是sec/60。，意思是舵机转动60。所需要的时间。

电压会直接影响舵机的性能，例如Futaba S-9001在4.8V时扭力为3.9kg、速度为0.22秒，在6.0V时扭力为5.2kg、速度为0.18秒。若无特别注明，JR的舵机都是以4.8V为测试电压，Futaba则是以6.0V作为测试电压。

所谓天下没有白吃的午餐，速度快、扭力大的舵机，除了价格贵，还会伴随着高耗电的特点。因此使用高级的舵机时，务必搭配高品质、高容量的镍镉电池，能提供稳定且充裕的电流，才可发挥舵机应有的性能。

选择舵机

标准的直升机需搭配5颗舵机，分别控制油门、副翼、升降舵、螺距及尾舵。

油门

油门是所有动作中负载最轻的部位，且负载不会受到外在因素的影响而改变，所以选择油门舵机时，扭力不是问题(1kg就绰绰有馀)，速度才是关键。因为直升机的油门与螺距作混控，故油门与螺距舵机的速度最好要一致，才不会发生螺距舵机已到达定位，油门舵机却姗姗来迟的情况。尤其作剧烈的3D飞行时，油门与螺距的变化量极大，若油门与螺距舵机的速度不协调，会发生马力延迟的状况。

油门舵机的速度并不是愈快愈好，因为还要考虑引擎的反应时间。引擎必须经过吸气、压缩、爆炸、排气这一连串的步骤，尤其直升机用的引擎并不属於高转速型，因此舵机的速度如果太快，就会产生引擎运转速度跟不上舵机的动作，进而出现油气混合比不适当的状况。建议

采用速度为0.19~0.24秒的舵机。

副翼及升降舵

30级及46级的直升机选择扭力3kg以上的舵机，60级的直升机则选择扭力5kg以上的舵机。副翼及升降舵的反应速度，主要是由主旋翼转速及平衡翼片的重量所控制，与舵机的速度快慢，较无明显且直接的关联，所以不需使用太快的舵机。建议采用速度为0.20~0.26

秒的舵机。

螺距

直升机的主旋翼螺距是出了名的重负载，因此螺距舵机的扭力一定要够，最好能选择扭力

5kg以上的舵机。建议采用速度为0.19~0.24秒的舵机。

尾舵

尾舵舵机的扭力不需太大，3kg就已经足够了。请依据您所使用的陀螺仪等级来搭配尾舵舵机。机械式陀螺仪因为反应速度较慢，因此无需使用高速舵机。压电式陀螺仪需搭配高速舵机，才能发挥陀螺仪的性能。高级的陀螺仪都会指明建议使用的舵机，例如JR 5000T陀螺仪建议搭配NES-8700G舵机，Futaba GY-501陀螺仪建议搭配S-9205舵机。若您使用的压电式陀螺仪并无特别指明舵机的类型，建议您购买速度愈快的舵机愈好。

如何以最经济的方式购买合用的舵机，请叁考下列步骤：

1. 先决定螺距舵机，选择扭力5kg以上的舵机，再依据预算的多寡决定舵机的速度。

2. 依照螺距舵机的速度，选择同速度但扭力小的舵机，作为油门舵机。

3. 依据直升机的级数大小，选择扭力为3kg或5kg以上，速度为0.20~0.26秒的舵机，作为副翼及升降舵舵机。

4. 依据陀螺仪的等级来决定尾舵舵机的速度，愈高级的陀螺仪才需使用高级的舵机。若您使用CCPM的直升机，因为是由副翼、升降舵及螺距舵机采混控的方式共同来推动十字盘，所以这三个动作要选择同型号的舵机。CCPM的优点是连杆数少、传动直接、虚位小，并且可减轻舵机的负荷，延长舵机的使用寿命。

爱惜您的舵机

一般说来舵机并不需要特别的保养，只要注意下列重点，就可使您的舵机长命百岁。

直升机的机械可动部份，不可小於舵机的行程活动范围。

不要随意改变电源电压，例如接收机用4.8V，请勿为了提升舵机的性能而改用6.0V。

机的相关原理与控制原理

什么是舵机：

在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之

接口。

舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控