De binnenrotormotor en de buitenrotormotor zijn twee gemeenschappelijke structuren van synchrone motoren met permanente magneet. Het belangrijkste verschil tussen beide ligt in de relatieve posities van het roterende deel (de rotor) en het stationaire deel (de stator). Vervolgens zal ik de verschillen tussen hen vanuit meerdere perspectieven in detail uitwerken.
Vergelijkingstabel
|
Item |
binnenrotormotor |
externe rotor |
|
basisstructuur |
De rotor bevindt zich aan de binnenkant en de stator omringt de rotor aan de buitenkant. |
De rotor bevindt zich aan de buitenkant en de stator bevindt zich binnenin. Het rotorhuis omsluit de stator. |
|
roterende traagheid |
Klein (met een kleine rotorradius en geconcentreerde massa) |
Groot (rotorradius is groot, massa wordt verdeeld over de buitenrand) |
|
Snelheid |
Hoog |
Laag |
|
koppel |
relatief laag |
relatief hoog |
|
Voorwaarden voor warmteafvoer |
Goed (de stator bevindt zich buiten en maakt rechtstreeks contact met de behuizing, waardoor de warmteafvoer wordt vergemakkelijkt) |
Slecht (De stator bevindt zich aan de binnenkant, waardoor de warmte moeilijk kan worden afgevoerd. Een speciaal ontwerp is vereist.) |
|
structurele sterkte |
De rotoras levert direct vermogen, met een eenvoudige en stevige structuur. |
Het rotorhuis vereist een hoge sterkte en heeft een relatief complexe structuur. |
|
toepassingsscenario's |
Elektrische voertuigen, industriële servo's, modelvliegtuigen (hoge-snelheid), huishoudelijke apparaten, enz. |
Drones, ventilatoren, schijfmotoren, direct drive-toepassingen, enz. |
1. Basisstructuur
Binnenrotormotor:
Dit is de meest voorkomende en intuïtieve vorm van motor die we hebben.
De rotor (het permanente magneetgedeelte) bevindt zich in het midden van de motor, wordt ondersteund door lagers en bevestigd aan de motoras.
De stator (een kern met daaromheen gewikkelde koperdraden) is bevestigd aan het motorhuis en omringt de rotor.
Tijdens bedrijf roteert de rotor van het midden en brengt kracht over via de as.
Buitenrotormotor:
Deze structuur kan worden opgevat als een "binnenstebuiten keren".
De stator is bevestigd aan de centrale vaste as van de motor (en draait niet).
De rotor (die meestal een schaalvorm heeft en permanente magneten aan de binnenwand heeft) omringt de stator en wordt door lagers op een vaste as ondersteund.
Tijdens bedrijf roteert het gehele buitenste rotorhuis, waardoor de externe belasting (zoals ventilatorbladen of de propellers van een onbemand vliegtuig) rechtstreeks wordt aangedreven.
|
binnenrotormotor |
externe rotor |
|
|
|
2. Vergelijking van prestatiekenmerken
Rotatietraagheid en dynamische respons
Binnenrotor: De rotormassa is geconcentreerd in het rotatiecentrum, wat resulteert in een laag traagheidsmoment. Dit betekent dat hij zeer snel kan starten, stoppen, accelereren en vertragen, met een uitstekende dynamische respons. Het is zeer geschikt voor toepassingen die een snelle en nauwkeurige positiecontrole vereisen, zoals industriële robots en servosystemen.
Buitenrotor: De massa van de rotor wordt verdeeld over de buitenrand, wat resulteert in een groot traagheidsmoment. Starten en stoppen vereisen meer kracht en de reactie is langzamer. Zodra het echter begint te draaien, is de werking stabieler, met een grotere traagheid, wat helpt om snelheidsschommelingen af te vlakken.
Snelheid en koppel
Binnenrotor: De rotor heeft een kleinere diameter, waardoor deze bij dezelfde lineaire snelheid een hoger toerental kan bereiken. Door de korte koppelarm (radius) is het uitgaande koppel echter relatief kleiner bij dezelfde magnetische kracht.
Buitenrotor: De rotor heeft een grote diameter, gelijk aan een schijfmotor met groot koppel. Dankzij de lange koppelarm kan hij een groter koppel genereren bij een relatief lager toerental. Dit is zeer geschikt voor directe aandrijftoepassingen, waardoor er geen reductiemechanisme nodig is.
Warmteafvoerprestaties
Binnenrotor: Het heeft duidelijke voordelen bij de warmteafvoer. De statorwikkelingen die warmte genereren, staan rechtstreeks in contact met de externe behuizing. Via de behuizing en het koellichaam kan de warmte eenvoudig worden afgevoerd naar de omgeving. Daarom is het bestand tegen een hogere vermogensdichtheid.
Buitenrotor: Warmteafvoer is de grootste uitdaging. De stator die warmte genereert, is van binnen ingesloten, waardoor de warmte moeilijk kan ontsnappen en de motor mogelijk oververhit raakt. Meestal zijn speciale ontwerpen vereist, zoals het ontwerpen van koelkanalen in de binnenste stator.
Structuur en installatie
Binnenrotor: klassieke structuur, stevige uitgaande as, eenvoudige installatie.
Buitenrotor: Het externe rotorhuis zelf dient als installatiebasis voor de belasting (de ventilatorwaaier is bijvoorbeeld direct op het rotorhuis gemonteerd). De structuur is compact en kan directe aandrijving bereiken. De mechanische sterkte en dynamische balans van de behuizing zijn echter zeer veeleisend.
Samenvatting van toepassingsscenario's
Binnenrotormotoren zijn geschikt voor:
Aandrijfmotor voor elektrisch voertuig: vereist een hoog toerental en wordt gebruikt in combinatie met een verloopstuk.
Industriële robots en CNC-machines: vereisen een hoge dynamische respons en nauwkeurige besturing.
Modelvliegtuig met hoge-snelheid: vereist een extreem hoge rotatiesnelheid zonder- belasting.
Huishoudelijke apparaten (zoals wasmachines, stofzuigers): Traditionele en volwassen toepassingen.
De buitenrotormotor is geschikt voor:
Onbemand luchtvaartuig (meerdere-rotor): zijn lage rotatiesnelheid en hoge koppelkarakteristieken maken het zeer geschikt voor het rechtstreeks aandrijven van grote- propellers. Het is zeer efficiënt, heeft een eenvoudige structuur en vereist geen onderhoud.
Koelventilator/blower: De bladen zijn rechtstreeks op het rotorhuis gemonteerd, wat resulteert in een zeer compacte, efficiënte en stille structuur.
Wasmachine met directe-aandrijving: zonder de traditionele riemen en versnellingsbakken maakt deze rechtstreeks gebruik van een externe rotor met lage snelheid en hoog koppel om de binnentrommel aan te drijven. Het heeft een laag geluidsniveau en lage trillingen.
Schijfmotoren en naafmotoren: Het direct integreren van de motor in het wiel is een typische toepassing van de externe rotorstructuur.