Den inre rotormotorn och den yttre rotormotorn är två vanliga strukturer av permanentmagnetsynkronmotorer. Kärnskillnaden mellan dem ligger i de relativa positionerna för den roterande delen (rotorn) och den stationära delen (statorn). Därefter kommer jag att utveckla skillnaderna mellan dem från flera perspektiv i detalj.
Jämförelsetabell
|
Punkt |
inre rotormotor |
yttre rotor |
|
grundläggande struktur |
Rotorn är inuti och statorn omger rotorn på utsidan. |
Rotorn är på utsidan och statorn är inuti. Rotorhuset omsluter statorn. |
|
rotationströghet |
Liten (med liten rotorradie och koncentrerad massa) |
Stor (rotorradien är stor, massan är fördelad på ytterkanten) |
|
Hastighet |
Hög |
Låg |
|
vridmoment |
relativt låg |
relativt hög |
|
Värmeavledningsförhållanden |
Bra (Statorn är placerad utanför och kommer i direkt kontakt med höljet, vilket underlättar värmeavledning) |
Dålig (Statorn är placerad inuti, vilket gör det svårt för värme att avleda. Specialdesign krävs.) |
|
strukturell styrka |
Rotoraxeln avger direkt kraft, med en enkel och robust struktur. |
Rotorhuset kräver hög hållfasthet och har en relativt komplex struktur. |
|
tillämpningsscenarier |
Elfordon, industriservon, modellflygplan (hög-hastighet), hushållsapparater osv. |
Drönare, fläktar, skivmotorer, direktdriftsapplikationer, etc. |
1. Grundläggande struktur
Inre rotormotor:
Detta är den vanligaste och mest intuitiva formen av motor vi har.
Rotorn (permanentmagnetdelen) är placerad i mitten av motorn, uppburen av lager och fäst vid motoraxeln.
Statorn (en kärna med koppartrådar lindade runt den) är fäst vid motorhuset och omger rotorn.
Under drift roterar mittens rotor och överför kraft genom axeln.
Yttre rotormotor:
Denna struktur kan förstås som en "vändning ut och in".
Statorn är fixerad till motorns centrala fasta axel (och roterar inte).
Rotorn (som vanligtvis är i skalform och har permanentmagneter på sin innervägg) omger statorn och stöds av en fast axel av lager.
Under drift är det hela det yttre rotorhuset som roterar, vilket direkt driver den externa lasten (som fläktblad eller propellrarna på ett obemannat flygplan).
|
inre rotormotor |
yttre rotor |
|
|
|
2. Jämförelse av prestandafunktioner
Roterande tröghet och dynamisk respons
Inre rotor: Rotormassan är koncentrerad till rotationscentrum, vilket resulterar i ett lågt tröghetsmoment. Detta innebär att den kan starta, stoppa, accelerera och bromsa mycket snabbt, med utmärkt dynamisk respons. Den är mycket lämplig för applikationer som kräver snabb och exakt positionskontroll, såsom industrirobotar och servosystem.
Ytterrotor: Rotorns massa är fördelad på ytterkanten, vilket resulterar i ett stort tröghetsmoment. Start och stopp kräver större kraft, och responsen är långsammare. Men när den väl börjar rotera är driften mer stabil, med större tröghet, vilket hjälper till att jämna ut hastighetsfluktuationer.
Hastighet och vridmoment
Inre rotor: Rotorn har en mindre diameter, vilket gör att den kan nå en högre rotationshastighet under samma linjära hastighet. Men på grund av den korta vridmomentarmen (radien) är det utgående vridmomentet relativt sett mindre under samma magnetiska kraft.
Ytterrotor: Rotorn har en stor diameter, motsvarande en stor vridmomentskivmotor. Dess långa vridmomentarm gör att den kan generera större vridmoment vid en relativt lägre rotationshastighet. Detta är mycket lämpligt för direktdrivningstillämpningar, vilket eliminerar behovet av en reduktionsmekanism.
Värmeavledningsprestanda
Inre rotor: Den har uppenbara fördelar i värmeavledning. Statorlindningarna som genererar värme är direkt i kontakt med det yttre höljet. Värmen kan lätt avledas till omgivningen genom höljet och kylflänsen. Därför kan den motstå en högre effekttäthet.
Ytterrotor: Värmeavledning är den största utmaningen. Statorn som genererar värme är innesluten inuti, vilket gör det svårt för värmen att komma ut och kan eventuellt orsaka att motorn överhettas. Vanligtvis krävs speciella konstruktioner, som att designa kylkanaler i den inre statorn.
Struktur och installation
Innerrotor: Klassisk struktur, robust utgående axel, enkel installation.
Ytterrotor: Själva det yttre rotorhuset fungerar som installationsbas för lasten (exempelvis är fläkthjulet direkt monterat på rotorhuset). Strukturen är kompakt och kan uppnå direkt drivning. Den mekaniska styrkan och den dynamiska balansen hos huset är dock mycket krävande.
Sammanfattning av tillämpningsscenarier
Internrotormotorer är lämpliga för:
Elfordons drivmotor: Kräver hög rotationshastighet och används i kombination med en reducering.
Industrirobotar och CNC-maskiner: Kräver hög dynamisk respons och exakt kontroll.
Höghastighets-modellflygplan: Kräver extremt hög rotationshastighet utan-last.
Hushållsapparater (som tvättmaskiner, dammsugare): Traditionella och mogna applikationer.
Den externa rotormotorn är lämplig för:
Obemannad luftfarkost (multi-rotor): Dess låga rotationshastighet och höga vridmomentegenskaper gör den mycket lämplig för att direkt driva stora-propellrar. Den är mycket effektiv, har en enkel struktur och kräver inget underhåll.
Kylfläkt/fläkt: Bladen är direktmonterade på rotorhuset, vilket resulterar i en mycket kompakt, effektiv och tyst struktur.
Direkt-driven tvättmaskin: Utan traditionella remmar och växellådor använder den direkt en extern rotor med låg hastighet och högt vridmoment för att driva den inre trumman. Den har lågt ljud och låga vibrationer.
Skivmotorer och navmotorer: Att integrera motorn direkt i hjulet är en typisk tillämpning av den yttre rotorstrukturen.