無人機馬達：缺點紀錄 2024 ( I )
年紀大了，腦袋不中用，只好先記錄一下在筆者眼中，無人機馬達的缺點，之後看發展情況，再決定是否投入技術改善。
一、不穩定的低壓絕緣處理手段
青土絕緣為早期直流馬達時代，針對低電壓12V的應用場合，所沿用至今的傳統手藝。然而青土絕緣並未隨著時代進步而強化，仍然存在明顯的缺點，絕緣強度不足、披覆完整性不佳、機械強度弱、厚薄穩定度差等等；甚至因為其粉塵汙染的問題，遭到歐盟禁止過。但由於其生產費用相對低廉，因此一路生存至今；前陣子到無人機馬達生產廠，閒聊討論才知道，原來無人機的事故率可以高達25%以上，而絕緣一旦出了問題，就是馬達漏電導致系統不穩定，依筆者過往的經驗青土絕緣故障的機率確實頗高，應為優先改善目標，方可確保產品品質。
絕緣處理
二、過多的鉚點增加鐵損
鉚點是為了確保矽鋼片在堆疊時，不會鬆脫的必要機制；但鉚點也確實會影響馬達內部磁通路徑，有點類似道路維修時造成的堵車。在矽鋼片所引起的磁能傳遞損失，在馬達業界稱之為鐵損，因此過多的鉚點設計，會增馬達能損失，降低馬達能效。
鉚點設計
三、過多的極數與倍增的鐵損
由於無人機馬達的轉速都較高，目前筆者常接觸的轉速範圍從1,000~10,000RPM都有，若依過往的傳統規劃，3,000RPM的馬達以上都是2極的配置，2,000RPM則可以考慮4極來拉高扭矩，1,000RPM才有可能採用6極磁鐵；然而現今的無人機馬達極數配置都遠高於過往經驗，雖可以稱為新技術的突破，但鐵損的暴增，是衍生而來的惡果。鐵損當中有一項重要參數，是磁場切換的頻率，頻率越高則損失越多；從2極增加到4極，若馬達的工作轉速沒有變，那磁場變換頻率就是4/2=2倍的增加；以圖例中採用14極為例，在相同轉速下，鐵損會增加14/2=7倍之多。目前大多依賴矽鋼片來抑制鐵損的產生，但對筆者而言，有種治標不治本的感覺；主要是無人機本就屬於高速應用，理應降低馬達極數，才符合使用場景，目前的馬達設計就如同吊扇擺在無人機上使用，有種說不出口的不協調。
無人機馬達極數
四、扁平的繞線空間
無人機馬達希望輕薄短小，因此保留給馬達的空間也不大，導致馬達僅能做集中式的繞線設計，這也是導致磁鐵極數增多的原因。此方案有利於降低銅損的量，但如上所述，鐵損則是快速增長，如何在兩點之間拿捏，就是馬達設計者的高明之處。此外還有個隱藏的繞線技術，可以讓兩者並存，達到全都要的效果。
無人機馬達定子繞線
五、糟糕的系統設計觀念
依筆者的個人經驗如下，客戶設計了一款無人機馬達，測試馬達輸出特性都符合設計數據，但實機裝上試飛後，馬達燒掉；之後則是將漆包線的耐熱等級從180度拉高到230度，確保馬達在高溫的環境下，不會燒毀。這其實披露了原設計者並不知道馬達會產生多少熱，也不知道無人機本身的散熱能力，因此僅能在燒毀情況發生了，才補強材料耐溫等級；但馬達溫昇其實還有許多的影響，包括效率的下降、耗電的增加、壽命的降低、磁鐵退磁等，顯然都不在考慮的範圍之內。
六、缺乏回授感測器
傳統擔心馬達過熱燒掉引發公安危機，會在馬達線圈處加裝溫度感測器及溫度保險絲等措施，來維護生命財產的安全，然而無人機馬達沒有。工業馬達為了達到精準的位置、速度及加速度控制，會採用編碼器來協助偵測馬達目前的狀態；無刷馬達則可安裝Hall感測器來觀察馬達轉子位置、速度等資訊，但無人機馬達沒有。無人機馬達仍屬於玩具的一種，屬於送電就動的使用情境當中。
七、錯誤的規格需求
就如同馬達IE能效的規範所發生的情況相同，以為定義了馬達高效率標準，相關產品應用就會達到高效率的錯誤迷思；因馬達的效率並非是一個點，高效率的馬達仍有可能操作的低效率區間。之後都針對個別產品進行能效定義，以冷氣來說就變冷房能力與耗電量，而不再針對馬達效率作定義；無人機則正在開始轉變，從討論馬達規格演進為槳葉動力系統效能，但卡在傳統思維，提出錯誤的規格，仍是大多數。
馬達效率曲線圖
八、相同規格的謬思
同一顆IC交由台積電代工，運算能力強、耗電省、溫昇低，是一代神U；交給三星代工變成噴火龍、暖暖包，甚至過熱導致電路板故障。無人機廠商過往都拿大陸貨，因此希望台灣馬達廠依照大陸規格製作；然而技術、品質、生產能力的差異就在那，做出較好的馬達反而會導致無人機異常。上面有提到，無人機馬達內部缺乏回授感測器，當無人機上的馬達特性有差異時，無人機無法精準控制，就會導致效率高的馬達轉速較快，影響無人機的控制器系統；但要馬達爛的剛剛好，其實比做一顆好馬達更難。
重點整理：
先記錄缺點，才知道改進的方向。
特別申明：筆者目前確認國內有自製無人機馬達能力的廠商，商業規格請找虹印機電，軍規請找六俊電機。筆者會知道，是因為這兩家有購買無人機馬達的生產設備，因此確認他們有生產能力。
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