认识伺服机

rcfan

前言
伺服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伺服机种类也随之不同。如何审慎地选择经济且合乎需求的伺服机，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伺服机!
伺服机的构造
伺服机主要是由外壳、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伺服机，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，判断是否已经到达定位。
位置检测器其实就是可变电阻，当伺服机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测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，当电流流经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。伺服机为求转速快、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伺服机；并且因应不同的负载需求，伺服机的齿轮有塑胶及金属之区分，金属齿轮的伺服机一般皆为大扭力及高速型，具有齿轮不会因负载过大而崩牙的优点。较高级的伺服机会装置滚珠轴承，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。
目前新推出的 FET 伺服机，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
厂商所提供的伺服机规格资料，都会包含外形尺寸(mm)、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°，意思是伺服机转动 60°所需要的时间。
电压会直接影响伺服机的性能，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 的伺服机都是以 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、扭力大的伺服机，除了价格贵，还会伴随著高耗电的特点。因此使用高级的伺服机时，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，才可发挥伺服机应有的性能。
选择伺服机
标准的直升机需搭配５颗伺服机，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，所以选择油门伺服机时，扭力不是问题(1　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，故油门与螺距伺服机的速度最好要一致，才不会发生螺距伺服机已到达定位，油门伺服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，若油门与螺距伺服机的速度不协调，会发生马力延迟的状况。
油门伺服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，因此伺服机的速度如果太快，就会产生引擎运转速度跟不上伺服机的动作，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 秒的伺服机。
副翼及升降舵
30 级及 46 级的直升机应选择扭力 3kg 以上的伺服机，60 级的直升机则需选择扭力 5kg 以上的伺服机。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，与伺服机的速度快慢，较无明显且直接的关联，所以不需使用太快的伺服机。建议采用速度为 0.20~0.26 秒的伺服机。
螺距
直升机的主旋翼螺距是出了名的重负载，因此螺距伺服机的扭力一定要够，最好能选择扭力 5kg 以上的伺服机。建议采用速度为 0.19~0.24 秒的伺服机。
尾舵
尾舵伺服机的扭力不需太大，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伺服机。机械式陀螺仪因为反应速度较慢，因此无需使用高速伺服机。压电式陀螺仪需搭配高速伺服机，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伺服机，例如 JR 5000T 陀螺仪建议搭配 NES-8700G 伺服机，Futaba GY-501 陀螺仪建议搭配 S-9205 伺服机。若您使用的压电式陀螺仪并无特别指明伺服机的类型，建议您购买速度愈快的伺服机愈好。
如何以最经济的方式购买合用的伺服机，请参考下列步骤∶
先决定螺距伺服机，选择扭力 5kg 以上的伺服机，再依据预算的多寡决定伺服机的速度。
依照螺距伺服机的速度，选择同速度但扭力小的伺服机，作为油门伺服机。
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 秒的伺服机，作为副翼及升降舵伺服机。
依据陀螺仪的等级来决定尾舵伺服机的速度，愈高级的陀螺仪才需使用高级的伺服机。
若您使用 CCPM 的直升机，因为是由副翼、升降舵及螺距伺服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伺服机。CCPM 的优点是连杆数少、传动直接、虚位小，并且可减轻伺服机的负荷，延长伺服机的使用寿命。
爱惜您的伺服机
一般说来伺服机并不需要特别的保养，只要注意下列重点，就可使您的伺服机长命百岁。
直升机的机械可动部份，不可小於伺服机的行程活动范围。
不要随意改变电源电压，例如接收机用 4.8V，请勿为了提升伺服机的性能而改用 6.0V。
避免伺服机过度负载，依照工作的性质与摆臂的长度，决定扭力的大小。
善用避振垫圈来保护伺服机，安装伺服机时不可过度锁紧，造成避振垫圈变形。
更换伺服机齿轮时必须使用陶瓷系润滑油，请勿使用矿物系润滑油，以免造成塑胶齿轮变质，容易断裂。
若您的伺服机没有防水防尘的功能，请避免让水或尘土跑进伺服机内。