Motor s vnitřním rotorem a motor s vnějším rotorem jsou dvě běžné konstrukce synchronních motorů s permanentními magnety. Základní rozdíl mezi nimi spočívá v relativních polohách rotační části (rotor) a stacionární části (statoru). Dále podrobně rozvedu rozdíly mezi nimi z více úhlů pohledu.
Srovnávací tabulka
|
Položka |
motor s vnitřním rotorem |
vnější rotor |
|
základní struktura |
Rotor je uvnitř a stator obklopuje rotor zvenčí. |
Rotor je na vnější straně a stator je uvnitř. Skříň rotoru obklopuje stator. |
|
rotační setrvačnost |
Malý (s malým poloměrem rotoru a koncentrovanou hmotou) |
Velký (poloměr rotoru je velký, hmota je rozložena na vnějším okraji) |
|
Rychlost |
Vysoký |
Nízký |
|
točivý moment |
relativně nízké |
poměrně vysoká |
|
Podmínky odvodu tepla |
Dobrý (Stator je umístěn venku a přímo se dotýká pláště, což usnadňuje odvod tepla) |
Špatný (Stator je umístěn uvnitř, takže je obtížné odvádět teplo. Je vyžadována speciální konstrukce.) |
|
strukturální pevnost |
Hřídel rotoru přímo vydává výkon s jednoduchou a robustní konstrukcí. |
Skříň rotoru vyžaduje vysokou pevnost a má poměrně složitou konstrukci. |
|
aplikační scénáře |
Elektrická vozidla, průmyslová serva, modely letadel (vysokorychlostní{0}}), domácí spotřebiče atd. |
Drony, ventilátory, diskové motory, aplikace s přímým pohonem atd. |
1. Základní struktura
Motor s vnitřním rotorem:
Toto je nejběžnější a nejintuitivnější forma motoru, kterou máme.
Rotor (část s permanentním magnetem) je umístěn ve středu motoru, nese ložiska a je připevněn k hřídeli motoru.
Stator (jádro s namotanými měděnými dráty) je připevněn ke skříni motoru a obklopuje rotor.
Během provozu se rotor centra otáčí a přenáší výkon přes hřídel.
Motor vnějšího rotoru:
Tuto strukturu lze chápat jako „převrácení naruby“.
Stator je připevněn k centrální pevné hřídeli motoru (a neotáčí se).
Rotor (který má obvykle skořepinový tvar a má na vnitřní stěně permanentní magnety) obklopuje stator a je uložen na pevném hřídeli pomocí ložisek.
Během provozu se otáčí celý vnější plášť rotoru a přímo pohání vnější zátěž (jako jsou lopatky ventilátoru nebo vrtule bezpilotního letadla).
|
motor s vnitřním rotorem |
vnější rotor |
|
|
|
2. Porovnání vlastností výkonu
Rotační setrvačnost a dynamická odezva
Vnitřní rotor: Hmota rotoru je soustředěna ve středu otáčení, což má za následek nízký moment setrvačnosti. To znamená, že se dokáže velmi rychle rozjet, zastavit, zrychlit a zpomalit s vynikající dynamickou odezvou. Je velmi vhodný pro aplikace vyžadující rychlé a přesné řízení polohy, jako jsou průmyslové roboty a servosystémy.
Vnější rotor: Hmota rotoru je rozložena na vnějším okraji, což má za následek velký moment setrvačnosti. Spouštění a zastavování vyžaduje větší sílu a odezva je pomalejší. Jakmile se však začne otáčet, chod je stabilnější, s větší setrvačností, což pomáhá vyhladit kolísání otáček.
Rychlost a točivý moment
Vnitřní rotor: Rotor má menší průměr, což mu umožňuje dosáhnout vyšší rychlosti otáčení při stejné lineární rychlosti. Kvůli krátkému momentovému ramenu (poloměru) je však výstupní moment při stejné magnetické síle relativně menší.
Vnější rotor: Rotor má velký průměr, ekvivalentní motoru s velkým momentem. Jeho dlouhé momentové rameno umožňuje generovat větší točivý moment při relativně nižších otáčkách. To je velmi vhodné pro aplikace s přímým pohonem, což eliminuje potřebu redukčního mechanismu.
Výkon odvodu tepla
Vnitřní rotor: Má zjevné výhody v odvodu tepla. Vinutí statoru, která generují teplo, jsou přímo v kontaktu s vnějším pláštěm. Teplo lze snadno odvádět do okolí přes plášť a chladič. Proto snese vyšší hustotu výkonu.
Vnější rotor: Hlavním problémem je odvod tepla. Stator, který generuje teplo, je uzavřen uvnitř, což ztěžuje únik tepla a může způsobit přehřátí motoru. Obvykle jsou vyžadovány speciální konstrukce, jako je navržení chladicích kanálů uvnitř vnitřního statoru.
Konstrukce a instalace
Vnitřní rotor: Klasická konstrukce, robustní výstupní hřídel, snadná instalace.
Vnější rotor: Samotná skříň vnějšího rotoru slouží jako instalační základna pro zátěž (např. oběžné kolo ventilátoru je přímo namontováno na skříni rotoru). Konstrukce je kompaktní a může dosáhnout přímého pohonu. Mechanická pevnost a dynamické vyvážení pouzdra jsou však velmi náročné.
Shrnutí scénářů aplikace
Motory s vnitřním rotorem jsou vhodné pro:
Hnací motor elektrického vozidla: Vyžaduje vysokou rychlost otáčení a používá se ve spojení s reduktorem.
Průmyslové roboty a CNC stroje: Vyžadují vysokou dynamickou odezvu a přesné ovládání.
Vysoko{0}}rychlostní model letadla: Vyžaduje extrémně vysokou rychlost otáčení bez{1}}zátěže.
Domácí spotřebiče (jako jsou pračky, vysavače): Tradiční a vyspělé aplikace.
Motor s vnějším rotorem je vhodný pro:
Bezpilotní letoun (multi{0}}rotor): Díky nízkým otáčkám a vysokému točivému momentu je velmi vhodný pro přímý pohon velkých- vrtulí. Je vysoce účinný, má jednoduchou konstrukci a nevyžaduje žádnou údržbu.
Chladicí ventilátor/dmychadlo: Lopatky jsou namontovány přímo na skříni rotoru, výsledkem je velmi kompaktní, efektivní a tichá konstrukce.
Pračka s-přímým pohonem: Bez tradičních řemenů a převodovek využívá k pohonu vnitřního bubnu přímo externí rotor s nízkou rychlostí a vysokým točivým momentem. Má nízkou hlučnost a nízké vibrace.
Diskové motory a nábojové motory: Integrace motoru přímo do kola je typickou aplikací vnější struktury rotoru.