【モーターの基礎】サーボモーターとは？

サーボモーターは産業用ロボットや工作機械など、精密な位置決め制御が求められる場面で使用されます。

本記事では、サーボモーターの基本原理から応用事例、さらには他のモーターとの比較まで、幅広く解説します。

サーボモーターとは？基本原理と構成要素

サーボモーターは、指令値に基づいて目標とする位置、速度、トルクを正確に制御するモーターです。サーボモーターは、モーター本体、エンコーダー、制御回路によって構成されています。

モーター本体部：DCモーターやACモーターが用いられます。近年では、ブラシレスDCモーターが主流となり、高効率かつ長寿命を実現しています。

エンコーダー:モーターの回転位置や速度を検出するセンサーで、インクリメンタルエンコーダーやアブソリュートエンコーダーなど、用途に応じて様々な種類があります。検出された情報は、制御回路へフィードバックされ、高精度な制御を可能にします。

制御回路（サーボアンプ）:エンコーダーからのフィードバック信号と指令値を比較し、モーターへの電流を制御します。高度な制御アルゴリズムが実装されており、滑らかな動作や高速応答性を実現します。

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サーボモーターの制御方式

サーボモーターは、クローズドループ制御（フィードバック制御）を採用しています。この制御方式により、モーターの実際の動作状況を常に監視し、目標値との誤差を修正することが可能です。

このフィードバック制御の仕組みとして、指令値とエンコーダーからのフィードバック信号を比較し、誤差を算出します。制御回路は、誤差を最小限に抑えるようにモーターへの電流を調整します。このプロセスを高速で繰り返すことで、高精度な制御を実現します。

サーボモーターの種類と特徴

サーボモーターは、モーター本体の種類によって主に以下の2種類に分類されます。

ACサーボモーターの場合

交流電源を使用し、高出力で高速回転が可能です。産業用ロボットや工作機械など、高精度かつ高トルクが求められる用途に適しています。高負荷な環境でも安定した動作を実現します。

活用例）産業用ロボットのアーム駆動、工作機械の送り軸制御、半導体製造装置の精密な位置決め

DCサーボモーター

直流電源を使用し、小型で軽量なものが多く、応答性に優れています。小型ロボットや精密機器など、比較的小規模な用途に適しています。近年では、ブラシレスＤＣサーボモーターが主流になり、メンテナンス性の向上や、高精度化が進んでいます。

応用例）小型ロボットの関節駆動、医療機器の精密な制御、精密な位置決めを必要とする、電子部品実装機

ステッピングモーターとサーボモーターの違い

サーボモーターと並んで位置決め制御に使用されるモーターに「ステッピングモーター」があります。両者の主な違いは以下の通りです。

※オープンループ制御：上位にあるコントローラからモータへ指令が一方向で伝達

（センサやフィードバックも不要でシンプルな制御）

どちらのモーターを選択するかは、用途や必要な性能、コストなどを考慮して判断する必要があります。

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