作者：Lauren Nagel
许多电机制造商承诺令人印象深刻的性能，效率可达 95% 甚至更高。
数据表上的数字令人印象深刻，但实际测量值能达到吗？
我们利用电机效率数据进行了一项研究，试图回答这个问题：电机的平均效率是多少？
目前还没有测试和展示电机性能数据的行业标准，因此在购买过程中几乎无法比较不同制造商的产品。
这就是我们强烈建议您亲自测试电机的原因，因为这样您可以了解它们的真实性能，并找到最适合您设计的电机。
本文将涵盖：
- 我们是如何测量电机平均效率的
- 研究的局限性
- 电机平均效率——数据表明了什么
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1. 我们是如何测量电机平均效率的
除了测试设备外，我们还提供一个免费在线数据库，其中包含电机性能数据。
这些数据由我们电机测试台的用户收集并上传。
这些测试台收集的包括推力、扭矩、转速、电流、电压、电功率、机械功率、电机和电调效率、螺旋桨效率以及整套推进系统效率的数据。
点击此处查看用于确定这些值的计算公式。
本文撰写时，数据库包含 48 款不同电机的电机和电调效率数据。在筛选出精简列表时，我们仔细剔除了重复项和数据不完整的测试。
确定电机列表后，我们查看了每款电机的相关数据。有些电机仅进行了一次测试，而有些电机则进行了多达 22 次测试。
对于每款电机，我们查看了所有可用数据点，并采用“观测到的最高效率”值进行分析。
例如，对于下方的电机，共有 8 次可用测试，我们采用所有测试中观测到的最高效率值（蓝色箭头所示）进行分析。需要注意的是，由于使用了不同的螺旋桨，每次测试所施加的扭矩也不同。电机效率是转速和扭矩的函数。
虽然我们无法保证这就是电机的真实最高效率，但它是可用数据所能观测到的最高效率。由于这一限制及其他因素，我们不会公布所包含的电机名称。
延伸阅读：无刷电机功率与效率分析（文章）
在分析中，我们比较了所有电机的效率，还根据重量对电机进行了分组比较。分组界限旨在使每组包含的电机数量大致相等，同时将尺寸相近的电机归为一组。
倒数第二组与最后一组之间在重量上留有间隔，以便更清晰地展示所包含电机的尺寸。
2. 研究的局限性
在介绍结果之前，我们想讨论一下这项研究的几点局限性。
这项研究纯属观察性研究，仅基于我们数据库中可用的数据。我们没有控制测试环境或测试类型，也无法判断所上传的数据是否能代表电机的正常性能。
因此，这并不是一项精确的对比。这仅仅是我们出于兴趣和为了提供一般性概述而整理的数据。
虽然还有其他因素需要考虑，以下是这项研究的几点局限性。
研究局限性：
- 我们的测试台测量的是“电机和电调效率”，因此这是我们用于对比的数据。从实验测试中我们知道，在给定转速和扭矩下，由于电调类型和设置的不同，同一电机的效率可能会有 10% 的差异。
- 所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。
- 有些电机有多次可用测试，而有些电机只有一次，因此所考虑的样本数量并不一致。
- 所包含的测试并非旨在找出尽可能高的效率，因此某些电机的“最高效率”可能会被低估。
- 大多数电机在测试中都包含重量数据，但有几次测试缺失了该数据。对于这些测试，我们根据提供的电机信息进行了调研并填补了重量。我们使用了“不含线缆重量”的值，但无法确认已包含重量数据的电机是否计入了线缆重量。
3. 电机的平均效率——数据表明了什么
首先，让我们看看整个小组的电机效率数据。
研究中包含的所有 48 款电机平均最高效率为：77.64%。
考虑到这些数据并非为了测量最高效率而收集，这个结果并不算差。这很可能是一个典型电机效率的良好估算值。
观测到的最高效率为 97.61%，最低为 55.79%。
下图显示了最高效率的分布：
当我们进一步按重量分组时，观察结果如下：
|
重量类别（克） |
平均最高效率 |
|
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% |
如您所见，总体趋势是随着电机重量的增加，效率也随之提高。
如果将所有数据点单独纳入考虑，趋势也类似，但较为分散：
这些图表告诉我们，通常情况下，电机尺寸越大，最高效率就越高。这与当今行业的普遍认知相符。
我们还可以看到，相同尺寸的电机效率差异很大，尤其是重量在 30 - 50 克左右的电机。
对于大多数无人机，将处于该范围底端的电机更换为顶端的电机，可能会延长数分钟的飞行时间。
结论
总之，根据这项观察性研究：
- 平均而言，较大的电机效率更高
- 相同尺寸的电机效率差异很大
- 效率数据很大程度上取决于使用场景和螺旋桨的选择
- 亲自测试电机非常重要
如果您想开始测试电机和螺旋桨，请查看我们的推进系统测试工具：
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