无人机动力测试台-无刷电机平均效率测试

我们在无人机动力测试时，经常会注意到许多电机制造商承诺令人印象深刻的性能高达或超过95%的效率，数据表上的数字令人印象深刻，但实际值是否达到标准？

我们使用无人机动力测试台对电机效率数据进行了一项研究，对上述问题进行探究：电动机的真实使用效率是多少？

当前测试并显示电机的性能数据没有统一的技术标准，因此购买电机前无法对相关制造商极其产品做一个有效的判定。基于此我们推荐使用无人机动力测试台来测试您的无人机电机，发现其真实的技术性能，并选择最适合您无人机的电机产品。

在本文中，我们将介绍如何测量平均电机效率同时研究其相关局限性。

我们如何测量平均电机效率？

除了我们的测试设备外，我们还提供免费的电机性能数据在线数据库。这些数据由我们的电机测试台之一（15XX系列或1780 系列）的用户收集和上传。这些测试台收集有关拉力，扭矩，RPM，电流，电压，电功率，机械功率，电机和ESC效率，螺旋桨效率和整体动力系统效率的数据。

图1：标准电机/螺旋桨动力测试的数据

在我们撰写本文时，数据库包含48种独特电机的电机和ESC效率数据。在创建短名单时，我们小心翼翼地考虑了重复项和缺少数据的测试。

电机列表最终确定后，我们查看了每个电机的数据。对于某些电机，仅执行一项测试，而对于其他电机，则多达22项测试。

对于每个电机，我们查看了所有可用的数据点，并使用“最大观测效率”值进行分析。

例如，对于下面的电机，有8个测试可用，我们使用所有测试中观察到的最大效率值（由蓝色箭头表示）进行分析。重要的是要了解，由于使用了不同的螺旋桨，因此在测试之间施加的扭矩是不同的，电机效率是转速和扭矩的函数。

图2：来自数据库测试的电机和ESC效率示例RPM对比图

虽然我们不能保证这是电机的真正最大效率，但这是可用数据可以观察到的最高效率。由于此限制和其他限制，我们将不命名所包含的电机。

在我们的分析中，我们比较了所有电机的效率，以及基于重量的子组的效率。创建边界是为了尝试在每个组中具有相同数量的电机，同时将它们与同等大小的电机分组。

这些组是：

• 3.9 - 30.0g → 9台电机
• 30.1 - 36.0g → 9台电机
• 36.1 - 70.0g → 9台电机
• 70.1 - 159.0g → 8台电机
• 159.1 - 255.0g → 9台电机
• 1093 - 5130g → 4台电机

倒数第二组和最后一组之间存在重量差距，以便更清楚地表示所包含电机的尺寸。

了解相关局限性

在我们进入结果之前，我们想讨论一下该研究的一些局限性。

这项研究纯粹是观察性的，基于我们数据库中可用的数据。我们没有控制测试的环境或所执行的测试类型，也不能说上传的数据是否代表电机的正常性能。

因此，这不是一个精确的比较。这只是我们为了兴趣和对此事的一般概述而编制的数据。

虽然肯定还有其他需要考虑，但以下是本研究的一些局限性。局限说明：

我们的测试台测量“电机和电调效率”，因此这是比较中使用的。从实验测试中，我们知道，由于ESC类型和设置，在给定速度和扭矩下，同一电机可能会有10%的差异。

使用的数据是用户提交的数据，因此我们无法控制测试条件。

对于某些电机，有多个测试可用，而对于其他电机，只有一个，因此考虑的样品数量不一致。

所包含的测试并非旨在确定尽可能高的效率，因此某些电机的“最大效率”可能被低估了。

对于大多数电机，重量数据包含在测试中，但对于少数测试，它缺失了。对于这些测试，我们根据提供的电机信息进行了研究并填写了重量。我们使用了“不带接线的重量”值，但我们无法确认已经存在重量数据的电机是否包括线材重量。 

电动机的平均效率-数据显示的内容 

首先，让我们看一下整个组的电机效率数据。研究中包括的所有48台电动机的平均最大效率百分比为：77.64%。考虑到收集数据不是为了达到最高效率的目的，这还不错。这可能是对典型电动机效率的一个很好的估计。观察到的最高最大效率为97.61%，最低为55.79%。

下图显示了最大效率分布：

图3：显示最大电机效率分布的直方图

当我们根据体重将其进一步分解为组时，这就是我们观察到的：

重量类别（g）                                        平均最大效率

 

图4：显示每个重量组的平均最大效率的电动机效率表和图表

如您所见，随着电机重量的增加，效率总体呈提高趋势。如果单独包含所有数据点，则趋势相似，尽管分散：

图5：所有单个数据点的最大电机效率与重量的关系

这些图表告诉我们，一般来说，随着电机尺寸的增加，我们可以期望看到更高的最大效率。这符合当今行业的常识。

我们还可以看到，相同尺寸的电机效率范围很广，尤其是重量约为30 - 50 g的电机。对于大多数无人机来说，将航程底部的电机与航程顶部的电机交换可能会使您的飞行时间增加几分钟。

最后，通过这项研究使我们能够发现：

1. 平均而言，质量较大的电机具有更高的效率
2. 相同尺寸的电机效率范围分布会非常分散
3. 效率数据在很大程度上取决于用户的具体使用场景和螺旋桨的选择
4. 对电机的实地测试对获得其真实效率尤为重要