伺服馬達怎麼選：負載與運動曲線、慣量與轉矩、編碼器與驅動器、環境與安裝的 4 個階段

伺服馬達先把負載與運動曲線（要多快加速、移多遠、停多久）算清楚，換算到馬達軸上的慣量與轉矩；再用慣量比、峰值轉矩、連續（均方根）轉矩與轉速—轉矩曲線檢查馬達夠不夠、會不會選得太大；接著決定編碼器型式，並確認驅動器與電源的電壓、電流與再生能量；最後檢查環境溫度、防護等級與安裝。 本文以工廠設備常見的交流伺服馬達為主；步進馬達、直線馬達與減速機的選型不在本文範圍。分成 4 個階段：

• 階段①｜負載與運動曲線： 要動的質量、運動曲線、摩擦與外力、減速機對慣量的影響。
• 階段②｜慣量與轉矩： 慣量比、峰值轉矩、連續轉矩、轉速—轉矩曲線。
• 階段③｜編碼器與驅動器： 回授型式、解析度、驅動器電流與電壓、再生能量。
• 階段④｜環境與安裝： 環境溫度、防護等級、特殊環境與煞車。

本文從「已經決定用伺服馬達做定位或速度控制」開始講。下面每個階段寫：怎麼做、公開資料怎麼說、嘉鴻能幫的；各家資料與依據放在最後的「備註」。此為一般情況，仍需視個案而定。

階段①：負載與運動曲線，先算清楚要動什麼、怎麼動

怎麼做：

• 列出要動的質量：不只是被搬的東西，機構本身的質量也要算。
• 畫出運動曲線：要多快加速、跑多快、多久減速、停多久。曲線不同，需要的轉矩差很多。
• 換算到馬達軸：把各零件的慣量加總、換算到馬達軸上，再加上摩擦、外力與傳動效率的損失。
• 用減速機或皮帶輪：可以放大轉矩、縮小換算到馬達軸的負載慣量（縮小的倍數是減速比的平方），有時能用較小的馬達。
• 加速時轉矩最大：梯形運動一開始要克服摩擦並把負載從靜止加速；減速時摩擦會幫忙，轉矩通常較小，摩擦很大時減速也可能需要正向轉矩。

公開資料怎麼說： 一家驅動器廠的白皮書（2024 年）寫到：要定義機械負載、運動曲線、馬達特性、環境與加工的物料；要算進運動的質量，包含機器本身的質量與負載；各元件的慣量加總後換算到馬達軸，還要把摩擦、外力與效率損失算進去。一個運動控制資訊網站的選型文章（無日期）寫到：減速機會把換算到馬達的負載慣量縮小減速比的平方倍，例如十比一的減速機縮小一百倍；齒輪傳動可放大轉矩（放大減速比倍），可能讓馬達小一些，有時能抵銷齒輪的成本。2009 年一篇設計雜誌的文章寫到：最大轉矩出現在梯形運動的起點，要克服摩擦並從靜止加速；減速的轉矩比加速低，因為摩擦幫忙減速，摩擦大時減速也可能需要正向轉矩（備註表 1）。

嘉鴻能幫的：

• 站上商品搜尋（2026 年 10 月 13 日）「伺服」找到伺服馬達 6 頁、伺服驅動器與放大器 5 頁；另有多頁標題寫貼片機機種的伺服零件（機台備件），本文不談。下面用到其中 6 頁，另加用「編碼器」搜尋找到的 1 頁。商品頁沒有寫的規格，請洽詢。
• 1.5 kW 交流伺服馬達：商品頁寫額定功率 1.5 kW、230 V 交流單相、額定轉速每分鐘 3,000 轉；額定轉矩 4.77 N·m、峰值轉矩 14.3 N·m（額定的 3 倍）；法蘭 100 mm、軸徑 19 mm。轉子慣量，商品頁沒有寫，請洽詢。
• 低慣量與標準同步系列伺服馬達：商品頁分兩個系列：低慣量系列列 2 款（0.75 kW 與 1 kW，轉速每分鐘 3,000 轉，最大轉矩 2.39 N·m 與 2.5 至 3 N·m），標準同步系列列 1 款（約 5 kW，轉速每分鐘 1,500 轉，最大轉矩超過 35 N·m）。商品頁寫購買前請提供負載慣量、最高轉速、占空比與電源規格；轉子慣量的數值，商品頁沒有寫，請洽詢。

階段②：慣量與轉矩，夠用，但不要選得太大

怎麼做：

• 慣量比：負載慣量除以馬達慣量。資料常見的建議是不要超過十比一，典型的設計約五比一；比值越低控制與響應越好，但低到某個程度，只是馬達變大、變貴，效果有限。
• 峰值轉矩：加速時最大，理想上落在轉速—轉矩曲線的間歇工作區內，才不會選過大。
• 連續轉矩（均方根轉矩）：一個完整機械週期內、依時間加權的平均轉矩，要落在曲線的連續工作區內，不然馬達會過熱；運動曲線裡停留的時間也是算式的一部分。
• 轉速：伺服馬達常用的轉速約每分鐘 3,000 到 5,000 轉；額定轉速以上，轉矩會明顯下降。
• 電壓會改變曲線：同一台馬達，輸入電壓不同，能達到的轉速與轉矩不同，要用實際的供電電壓查曲線。

公開資料怎麼說： 一家驅動器廠 2023 年的部落格文章寫到：慣量比設計上最多十比一、典型約五比一最理想，比值越低調整與性能越好，但過低的慣量比，馬達會更貴、性能幾乎沒有改善；峰值轉矩在加速時最大，理想上落在間歇區才不會選過大；均方根轉矩是整個機械週期依時間加權的平均，要落在連續區；以 460 V 交流的例子，4 N·m 在每分鐘 3,500 轉可間歇達到，但 400 V 交流達不到。2009 年那篇設計雜誌的文章寫到：慣量比約五比一常見，比值降低性能通常提高，可到二比一、一比一；性能要求不高時，十比一或一百比一也可接受；均方根轉矩 1.2 N·m 的馬達，與 1.2 N·m 定轉矩的馬達溫升相同；額定轉矩在額定轉速以內都有，高於額定轉速轉矩顯著下降。運動控制資訊網站的文章（無日期）寫到：慣量不匹配的經驗法則是小於十比一；伺服馬達一般轉速在每分鐘 3,000 到 5,000 轉；馬達選太大，就要更大的放大器（備註表 2）。

嘉鴻能幫的：

• 小型與超小型伺服馬達：商品頁列 2 款，電源都是 200 V 交流：100 W（額定轉矩 0.318 N·m、最大轉矩 0.955 N·m、框架直徑 40 mm）與 400 W（額定轉矩 1.27 N·m、最大轉矩 3.82 N·m、框架直徑 60 mm）；頁面稱後者是低慣量轉子設計。轉子慣量的數值，商品頁沒有寫，請洽詢。
• 0.4 至 1.5 kW 伺服馬達（含煞車款）：商品頁列 5 款（0.4 kW、0.75 kW、0.75 kW 含煞車 2 款、1.5 kW），額定轉矩 1.27 至 4.77 N·m，最大轉矩 3.82 至 14.3 N·m（約為額定的 3 倍）。轉速—轉矩曲線，商品頁沒有放，請洽詢。

階段③：編碼器與驅動器，回授對、電流電壓對、再生要有去處

怎麼做：

• 回授型式：旋轉變壓器、光學編碼器、正弦波編碼器與混合型；解析度與環境耐受度不同。絕對值型的多圈編碼器在斷電後保有位置，可以略過回原點。
• 解析度：增量型的例子可到每圈兩萬脈衝，單圈絕對值型的例子有 16 位元、17 位元與 20 位元；要的定位精度越高，解析度越要往上看。
• 驅動器電流：驅動器與電源的電流要比預期用量多留至少 25%；電源的連續額定要涵蓋整個週期的均方根電流，不是只看驅動器的連續額定。
• 驅動器電壓：算出最高轉速的反電動勢，再加 25% 的餘裕，就是匯流排電壓的下限；未穩壓的電源，線電壓偏高 10%，匯流排也高約 10%，要算進去。
• 再生能量：減速時馬達把能量送回匯流排；沒有去處，電壓會一路升高、驅動器過電壓跳脫。要給它去處，例如再生電阻（分流調節器），依平均功率選，不是只看瞬間的峰值。

公開資料怎麼說： 一家驅動器廠的白皮書（2024 年）寫到：回授常見的有旋轉變壓器、光學編碼器、正弦波編碼器與混合型；旋轉變壓器比光學編碼器更耐惡劣環境與高衝擊；正弦波編碼器的解析度可達 24 位元以上；絕對值型的多圈編碼器斷電後保有位置，可略過回原點的程序。一家馬達廠的選型手冊（2017 年）列出：增量型編碼器最多每圈兩萬脈衝；單圈絕對值型有 17 位元、20 位元與 16 位元的例子；多圈絕對值型則帶 4,096 圈。一家運動控制廠 2026 年的文章寫到：驅動器與電源的選擇，建議電流容量要比預期用量多至少 25%；電源的連續額定要涵蓋週期的均方根電流；最低匯流排電壓是反電動勢加 25% 餘裕；未穩壓電源在線電壓偏高 10% 時，匯流排約高 10%；沒有再生能量的去處，匯流排電壓上升、驅動器過電壓跳脫；分流調節器要依平均功率選，不是只看瞬間峰值；電源或配線太小，峰值電流時匯流排會下陷，驅動器會判定欠壓（備註表 3）。

嘉鴻能幫的：

• 各馬達頁寫的回授型式：1.5 kW 交流伺服馬達與0.4 至 1.5 kW 伺服馬達（含煞車款）寫內建 23 位元免電池的絕對值編碼器（後者寫每圈 8,388,608 脈衝、斷電後重新上電不必回零）；小型與超小型伺服馬達的 2 款，一款是 17 位元絕對值型（每圈 131,072 脈衝）、一款是 13 位元增量型；低慣量與標準同步系列伺服馬達寫低慣量系列用增量型（每圈 2,500 脈衝）、標準同步系列用絕對值編碼器。
• 90 至 750 W 伺服驅動器：商品頁列 4 款（90 W 3 款、750 W 1 款），都寫位置、速度、轉矩三種控制模式；90 W 的其中 1 款寫脈衝輸入最高 4 MPPS，750 W 那款寫支援 Modbus 與 Ethernet/IP；電源寫 90 W 有三相 200 V 與單相 200 至 230 V 的款式；保護寫過電流、過電壓、短路、過載。商品頁寫要配同系列的馬達。
• 伺服放大器（0.1 至 3 kW）：商品頁列 12 款，分脈衝列型與高速光纖網路型兩類；輸入電壓有單相 100 至 120 V、單相與三相 200 至 230 V、三相 200 至 240 V 等；商品頁寫不同世代的放大器要配對應世代的馬達，不可混用。
• 線性光學編碼器讀頭：這一頁不是馬達用的編碼器。商品頁寫它是線性（直線）光學編碼器的非接觸式讀頭，要搭配光學尺使用（柵距 40 μm，長度 100 mm 至 50 m 可裁切）；解析度 5 μm 至 50 nm，最高速度 10 m/s，輸出類比 1 Vpp 或數位 A/B/Z 相，電源 5 V 直流。它量的是直線位置，不是馬達軸的旋轉角度；上面各款伺服馬達內建的是旋轉的編碼器，是另一類。能不能接到上面的驅動器，商品頁沒有寫，請洽詢。
• 商品名稱沒有看到再生電阻、分流調節器的字樣；站上有沒有，請洽詢。

階段④：環境與安裝，溫度、防護與特殊環境

怎麼做：

• 環境溫度：多數伺服馬達的額定是以 40 °C 環境為準，有些是 25 °C，要確認資料表的額定是在哪個環境溫度下；實際的環境溫度更高，馬達就達不到額定性能，要降低使用或選大一號。
• 防護等級：不同系列差別很大，有的只有 IP40（沒有防液體的保護），有的是 IP65（防塵、防高壓水柱）；高壓高溫沖洗的場合，要看有沒有 IP69K。
• 特殊環境：粉塵、潮濕、沖洗、衛生要求、爆炸性場所、真空、輻射，可能需要專用的馬達。
• 煞車：有的系列提供失效安全型煞車，需要斷電保持位置的軸要先問。

公開資料怎麼說： 一家驅動器廠的白皮書（2024 年）寫到：多數伺服馬達的額定是 40 °C 環境，有些是 25 °C，要確認資料引用的是哪一個；實際環境超過額定環境，馬達就達不到額定性能；粉塵、潮濕、沖洗、衛生、爆炸性場所、真空與輻射等環境，可能需要特殊的馬達功能。2023 年那篇部落格文章寫到：環境溫度較高，散熱較差，可能需要降低使用或選更大的馬達。一家馬達廠的選型手冊（2017 年）寫到：不同系列的防護等級從 IP40 到 IP69K，IP40 為不防液體、IP65 為防塵與高壓水柱、IP69K 為防塵與高壓高溫沖洗；有不鏽鋼的食品飲料用型號與防爆型號；各系列提供回授選項與失效安全型煞車（備註表 4）。

嘉鴻能幫的：

• 0.4 至 1.5 kW 伺服馬達（含煞車款）：商品頁寫防護 IP67（含油封型）；列的 5 款中 2 款含煞車（寫用於垂直軸、升降機構與機器人關節，斷電保持位置，其中一款是油封型煞車、一款是標準煞車）；1.5 kW 那款寫內建 STO（Safe Torque Off）安全功能。額定環境溫度，商品頁沒有寫，請洽詢。
• 小型與超小型伺服馬達：商品頁寫 2 款都是 IP67、可承受切削液或清洗液噴濺；工作溫度寫 100 W 款 0 至 40 °C、400 W 款 -20 至 +80 °C；2 款都是無煞車配置。
• 低慣量與標準同步系列伺服馬達：商品頁寫低慣量系列 IP65、標準同步系列 IP64，標準同步系列為強制通風冷卻、400 V 電網。額定環境溫度與降低使用的條件，商品頁沒有寫，請洽詢。
• 1.5 kW 交流伺服馬達：商品頁寫另有含油封的版本，用在垂直安裝或多粉塵的環境；這一頁的防護等級與使用溫度沒有寫，請洽詢。

備註：來源與例外

以下給需要核對的人看，不看也不影響上面的做法。您的系統規範、馬達與驅動器廠的書面規格與安全標準，和本文不同時，以它們為準。

各階段的出處

表 1｜負載與運動曲線

來源：1、2、6

表 2｜慣量與轉矩

來源：1、2、3、6

表 3｜編碼器與驅動器

來源：4、5、6

表 4｜環境與安裝

來源：3、5、6

此為一般情況，仍需視個案而定。

例外與限制

• 看到什麼、沒看到什麼：本文看到的是一份驅動器廠的白皮書（廠商資料，2024 年版權）、一個運動控制資訊網站的選型文章（無日期，標示 2026 年版權）、一份 2009 年的設計雜誌文章、一篇驅動器廠 2023 年的部落格文章（廠商資料）、一份馬達廠的選型手冊（廠商資料，2017 年版權）、一家運動控制廠 2026 年的文章（廠商資料）。沒有讀到各馬達廠資料表的實際數字，也沒有讀到任何標準的全文。負載慣量、摩擦與重力轉矩的計算公式，軸負載（徑向與軸向）與軸承的規格，煞車的轉矩與動作方式，沒有任何一份來源給，本文沒有寫（煞車只寫「先問」）。
• 數字是例子：慣量比、轉速範圍、25% 餘裕、反電動勢餘裕、防護等級、環境溫度，都是各來源的例子或經驗值，不是選型門檻；不同廠、不同系列會不同。慣量比的建議，來源之間說法不同：一邊是最多十比一、典型五比一（來源 3），一邊是經驗法則小於十比一（來源 1），一邊是五比一常見、可低到二比一或一比一、性能要求低時十比一甚至一百比一也可接受（來源 2）；本文照列，沒有挑一個當標準。原文是英制的數字（吋、每分鐘吋），本文沒有用；N·m 與 °C 保留原單位。
• 單一來源：電流、電壓與再生能量的餘裕算法（25%、反電動勢加 25%、未穩壓電源高 10%、分流調節器依平均功率選），只有來源 4 這樣寫；轉矩曲線與 460 V、400 V 的例子，只有來源 3；解析度例子與防護等級，只有來源 5，而且只列該廠自己的系列。
• 有立場的資料：來源 3、4、5、6 是廠商資料；來源 1 沒有標日期；來源 2 是 2009 年的文章，年代較舊。本文只取一般性的說法。
• 來源的原文是英文：中文是本文的翻譯；來源 5、6 的 absolute 型回授，本文寫成「絕對值型」，並加上「斷電後保有位置」。
• 本文的整理：正文沒有使用「本文的整理」標記，各項說法都能在上面的來源找到對應。
• 範圍：本文以工廠常見的交流伺服馬達為主；不談步進馬達、直線馬達與減速機的選型，也不談各家型號對照、價格與交期。
• 設備與商品：「嘉鴻能幫的」的數字與說法，是 2026 年 10 月 13 日讀自商品頁的文字，沒有看商品圖片，也沒有讀到規格書，不是本文查證的；規格以商品頁為準，商品頁沒有寫的，請洽詢。商品頁的型號、系列代號與廠牌，本文沒有寫；商品頁的「同場加映」與行銷用語，本文沒有引用。線性光學編碼器讀頭（量的是直線位置）與馬達內建的旋轉編碼器是兩類東西，本文只在階段③把它當成「站上有這一頁」的資訊。站上有哪些伺服商品，是用站上商品搜尋找的；商品搜尋不等於庫存查詢，需要請洽詢。

本文為一般情況的整理，不是標準條文的轉述，也不是對某一家供應商、設備廠或服務商的背書，更不構成對您設備與製程的保證。請以您的系統規範、馬達與驅動器廠的書面規格與安全標準，以及您自己的驗證為準；此為一般情況，仍需視個案而定。