無人機馬達:缺點紀錄 2024 ( II )

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十分意外的第二篇,沒想到這麼快又發現值得討論的缺點。主要是在協助客戶整理無人機馬達型錄時,發現大陸業者所標示的無人機馬達工作電壓的範圍於寬鬆;將其規格參數丟入程式演算馬達特性曲線數據時,驚覺在低電壓的條件下,性能表現得異常慘烈,故想特別紀錄說明之。

傳統馬達都是採用單一電壓值來工作,也就是電壓不變的情況下,藉由馬達電流的變化來應付負載的改變。然遙控玩具的應用,則是反其道而行,直接調變工作電壓,來對馬達輸出特性進行調整,因此可以從下圖中發現,此顆無人機馬達標示的額定電壓為6-12S,其中S代表3.7V,因此工作電壓範圍是22.2~44.4V,達到一倍的落差;即便以絕對值的角度來看,也有20V以上的差異,是相對大的比例。

無人機馬達規格表

無人機馬達規格表

如此大的工作電壓落差,最直接影響的就是馬達轉速,若以無人機喜愛使用KV值來判斷,上圖中的馬達KV值為220,則代表使用6S電池時,最高轉速為6*3.7*220=4884RPM;但若改採用12S電池時,對應轉速為12*3.7*220=9768RPM。電壓的降低或提高,除會造成馬達轉速的變化,包括了轉矩、輸出功率及效率數據,若沒有採用電流控制的模式,僅是單純的變動工作電壓,就會造成馬達輸出特性直接下降的不良影響。下圖中的實線段就是12S電池規格的馬達輸出特性,而虛線段就是6S電池時的特性;比對之後可以發現,若無採用高階的控制技巧以及預期性的馬達規格設計,則輸出轉矩及轉速這兩項參數是直接砍半的狀態,連帶造成輸出功率亦大幅下降,而馬達能量轉換的最高效率部分,則是從83.11%降到76.91%,降低了6.2%,已是相對影響最小的變化。

馬達電壓的影響

馬達電壓的影響

傳統馬達的應用當中,優先注重轉矩數值,若要進行轉速調整的情況下,仍須維持一定的電流值來確保輸出力量的足夠;即便進行轉速調整時,同樣會藉由降電壓的手段來降低馬達工作轉速,但並不會以額定工作電壓的方式來標示。無人機的調速概念,應當如同傳統馬達一致,因此這種較大的可用電池範圍,應該僅是描述此顆馬達可是配的電池規格。

然而可以發現,無論是力量或是速度的表現,6S與12S的落差都十分龐大,已然可以視為兩種不同動力的馬達,因此馬達在設計時會落入一種尷尬的狀態;若以12S的規格來看,這顆馬達過於強大,如同拿大砲打小鳥,使得經濟效益不高;但從6S的角度出發,又導致馬達的能量轉換效率偏低,應用效果不好。兩種工作電壓的兼顧,最終往往是兩邊都不討好,皆會產生明顯的缺失,無法盡善盡美。

傳統馬達上,遇到工作電壓的差異,往往還是直接調整馬達規格,列為不同的型號,而告知客戶可以範圍式的使用,才能抓住產品的甜蜜點,達到最佳使用效益。但缺點就是產品規格眾多,消費者在挑選上的難度增加,也是另一種困擾。


重點整理:

技術本位,抑或是使用者本位,是個難題。


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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