Der ECHTE durchschnittliche Wirkungsgrad eines Elektromotors

Von Lauren Nagel

Viele Hersteller von Elektromotoren versprechen beeindruckende Leistung mit einem Wirkungsgrad von bis zu 95 % oder mehr.

Die Zahlen im Datenblatt sind beeindruckend, aber halten die realen Werte dagegen stand?

Wir haben eine Studie mit Daten zum Wirkungsgrad von Motoren durchgeführt, um die Frage zu beantworten: Wie hoch ist der durchschnittliche Wirkungsgrad eines Elektromotors?

Es gibt keine Branchenstandards für die Messung und Darstellung von Motorleistungswerten, sodass es während des Kaufprozesses nahezu unmöglich ist, Hersteller miteinander zu vergleichen.

Deshalb empfehlen wir dringend, Ihre Motoren selbst zu testen, denn so können Sie ihre tatsächliche Leistung ermitteln und den besten Motor für Ihr Design finden.

In diesem Artikel behandeln wir:

1. Wie wir den durchschnittlichen Motorwirkungsgrad gemessen haben
2. Einschränkungen der Studie
3. Der durchschnittliche Wirkungsgrad eines Elektromotors – Was die Daten zeigen

Entdecken Sie, wie Inspired Flight durch strenge Tests ihren leistungsstärksten Motor identifiziert hat.

1. Wie wir den durchschnittlichen Motorwirkungsgrad gemessen haben

Zusätzlich zu unserer Testausrüstung bieten wir eine kostenlose Online-Datenbank mit Motorleistungswerten an.

Diese Daten wurden von den Nutzern einer unserer Elektromotoren-Teststände gesammelt und hochgeladen.

Diese Teststände erfassen Daten zu Schubkraft, Drehmoment, Drehzahl, Stromstärke, Spannung, elektrischer Leistung, mechanischer Leistung, Motor- & ESC-Wirkungsgrad, Propellerwirkungsgrad und Gesamtwirkungsgrad des Antriebssystems.

Klicken Sie hier, um die Formeln einzusehen, die zur Ermittlung dieser Werte verwendet werden.

Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels enthält die Datenbank Wirkungsgraddaten von Motor & ESC für 48 verschiedene Motoren. Bei der Erstellung der Kurzliste haben wir sorgfältig auf Duplikate und Tests mit fehlenden Daten geachtet.

Nachdem die Motorliste fertiggestellt war, haben wir uns die Daten für jeden der Motoren angesehen. Für einige Motoren wurde nur ein Test durchgeführt, während für andere bis zu 22 Tests vorlagen.

Für jeden Motor haben wir alle verfügbaren Datenpunkte betrachtet und den Wert „beobachteter Maximalwirkungsgrad“ für unsere Analyse verwendet.

Für den unten abgebildeten Motor lagen beispielsweise 8 Tests vor, und wir haben für unsere Analyse den maximal beobachteten Wirkungsgradwert (gekennzeichnet durch den blauen Pfeil) aus allen Tests verwendet. Es ist wichtig zu verstehen, dass aufgrund der Verwendung unterschiedlicher Propeller das bei den Tests aufgebrachte Drehmoment unterschiedlich war. Der Motorwirkungsgrad ist eine Funktion von Drehzahl und Drehmoment.

Obwohl wir nicht garantieren können, dass dies der tatsächliche Maximalwirkungsgrad des Motors ist, ist es der höchste mit den verfügbaren Daten beobachtbare Wirkungsgrad. Aufgrund dieser und anderer Einschränkungen werden wir die enthaltenen Motoren nicht benennen.

Weiterführende Literatur: Analyse der Leistung und des Wirkungsgrads von bürstenlosen Motoren (Artikel)

In unseren Analysen haben wir den Wirkungsgrad aller Motoren verglichen, sowie den der nach Gewicht gebildeten Untergruppen. Die Grenzen wurden so festgelegt, dass jede Gruppe eine etwa gleiche Anzahl von Motoren enthält, während sie gleichzeitig mit Motoren vergleichbarer Größe zusammengefasst werden.

Zwischen der vorletzten und der letzten Gruppe besteht eine Gewichtslücke, um die Größe der enthaltenen Motoren deutlicher darzustellen.

2. Einschränkungen der Studie

Bevor wir zu den Ergebnissen kommen, möchten wir einige Einschränkungen der Studie besprechen.

Diese Studie ist rein beobachtend und basiert auf den Daten, die uns in unserer Datenbank zur Verfügung stehen. Wir haben weder die Testumgebung noch die Art des durchgeführten Tests kontrolliert, und wir können auch nicht sagen, ob die hochgeladenen Daten repräsentativ für die normale Leistung der Motoren sind.

Daher ist dies kein präziser Vergleich. Dies sind lediglich Daten, die wir aus Interesse und für einen allgemeinen Überblick zusammengestellt haben.

Obwohl es sicherlich noch andere zu berücksichtigen gibt, sind unten einige der Einschränkungen dieser Studie aufgeführt.

Einschränkungen der Studie:

• Unsere Teststände messen den „Motor UND ESC-Wirkungsgrad“, daher wurde dies für den Vergleich verwendet. Aus experimentellen Tests wissen wir, dass derselbe Motor bei einer bestimmten Geschwindigkeit und einem bestimmten Drehmoment aufgrund des ESC-Typs und der Einstellungen um 10 % abweichen kann.
• Die verwendeten Daten sind von Nutzern eingereichte Daten, daher haben wir keine Kontrolle über die Testbedingungen.
• Für einige Motoren waren mehrere Tests verfügbar, während für andere nur einer vorlag, sodass die Anzahl der betrachteten Proben nicht einheitlich war.
• Die Tests wurden nicht mit der Absicht durchgeführt, den höchstmöglichen Wirkungsgrad zu ermitteln, daher könnte der „Maximalwirkungsgrad“ einiger Motoren unterschätzt sein.
• Bei den meisten Motoren waren die Gewichtsdaten im Test enthalten, bei einigen Tests fehlten sie jedoch. Für diese Tests haben wir anhand der bereitgestellten Motoreninformationen recherchiert und das Gewicht ergänzt. Wir haben den Wert „Gewicht ohne Kabel“ verwendet, können aber nicht bestätigen, ob die Motoren mit bereits vorhandenen Gewichtsdaten das Kabelgewicht enthielten oder nicht.

3. Der durchschnittliche Wirkungsgrad eines Elektromotors – Was die Daten zeigen

Zunächst betrachten wir die Wirkungsgraddaten der gesamten Gruppe.

Der durchschnittliche maximale prozentuale Wirkungsgrad aller 48 in der Studie enthaltenen Elektromotoren beträgt: 77,64 %.

In Anbetracht dessen, dass die Daten nicht zum Zweck der Ermittlung des Maximalwirkungsgrads gesammelt wurden, ist das nicht schlecht. Dies ist wahrscheinlich eine gute Schätzung des typischen Wirkungsgrads von Elektromotoren.

Der höchste beobachtete Maximalwirkungsgrad betrug 97,61 % und der niedrigste 55,79 %.

Das folgende Diagramm zeigt die Verteilung des Maximalwirkungsgrads:

Wenn wir es weiter nach Gewichtsgruppen unterteilen, beobachten wir Folgendes:

Gewichtsklasse (g)	Durchschnittlicher Maximalwirkungsgrad
3,9 - 30,0	70,80 %
30,1 - 36,0	67,63 %
36,1 - 70,0	79,98 %
70,1 - 159,0	82,78 %
159,1 - 255,0	84,13 %
1093,0 - 5130,0	85,42 %

Wie Sie sehen können, gibt es einen allgemeinen Trend zu höherem Wirkungsgrad, wenn das Gewicht des Motors zunimmt.

Wenn man alle Datenpunkte einzeln einbezieht, ist der Trend ähnlich, wenn auch stärker gestreut:

Diese Diagramme zeigen uns, dass wir im Allgemeinen mit einem höheren Maximalwirkungsgrad rechnen können, wenn die Größe des Motors zunimmt. Dies steht im Einklang mit dem heutigen allgemeinen Branchenwissen.

Wir können auch sehen, dass es bei Motoren gleicher Größe eine große Bandbreite an Wirkungsgraden gibt, insbesondere bei Motoren mit einem Gewicht von etwa 30 - 50 g.

Bei den meisten UAVs könnte der Austausch eines Motors am unteren Ende der Bandbreite durch einen am oberen Ende Ihre Flugzeit um mehrere Minuten erhöhen.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich anhand dieser Beobachtungsstudie festhalten:

• Größere Motoren haben im Durchschnitt einen höheren Wirkungsgrad
• Bei Motoren gleicher Größe gibt es eine große Bandbreite an Wirkungsgraden
• Die Wirkungsgradwerte sind sehr stark vom Anwendungsfall und der Propellerwahl abhängig
• Es ist sehr wichtig, Ihre Motoren zu testen

Wenn Sie mit dem Testen Ihrer Elektromotoren und Propeller beginnen möchten, sehen Sie sich unsere Antriebstestwerkzeuge an: 

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