Motor z notranjim rotorjem in motor z zunanjim rotorjem sta dve običajni strukturi sinhronskih motorjev s trajnim magnetom. Glavna razlika med njima je v relativnem položaju vrtečega se dela (rotorja) in mirujočega dela (statorja). Nato bom podrobno razložil razlike med njima z več vidikov.
Primerjalna tabela
|
Postavka |
motor z notranjim rotorjem |
zunanji rotor |
|
osnovna struktura |
Rotor je v notranjosti, stator pa obdaja rotor na zunanji strani. |
Rotor je zunaj, stator pa znotraj. Ohišje rotorja obdaja stator. |
|
rotacijska vztrajnost |
Majhna (z majhnim polmerom rotorja in koncentrirano maso) |
Velik (polmer rotorja je velik, masa je razporejena na zunanji rob) |
|
Hitrost |
visoko |
Nizka |
|
navor |
relativno nizka |
razmeroma visoko |
|
Pogoji odvajanja toplote |
Dobro (stator se nahaja zunaj in se neposredno dotika ohišja, kar olajša odvajanje toplote) |
Slabo (stator je nameščen v notranjosti, kar otežuje odvajanje toplote. Potrebna je posebna zasnova.) |
|
strukturna trdnost |
Gred rotorja neposredno oddaja moč s preprosto in trdno strukturo. |
Ohišje rotorja zahteva visoko trdnost in ima razmeroma zapleteno strukturo. |
|
scenariji uporabe |
Električna vozila, industrijski servo motorji, modeli letal (visoke-hitrosti), gospodinjski aparati itd. |
Droni, ventilatorji, disk motorji, aplikacije z direktnim pogonom itd. |
1. Osnovna struktura
Motor z notranjim rotorjem:
To je najpogostejša in intuitivna oblika motorja, ki ga imamo.
Rotor (del s trajnim magnetom) se nahaja v središču motorja, podpira ga ležaji in je pritrjen na gred motorja.
Stator (jedro z bakrenimi žicami, navitimi okoli njega) je pritrjen na ohišje motorja in obdaja rotor.
Med delovanjem se rotor središča vrti in prenaša moč skozi gred.
Motor zunanjega rotorja:
To strukturo lahko razumemo kot "obračanje navzven".
Stator je pritrjen na osrednjo fiksno gred motorja (in se ne vrti).
Rotor (ki je običajno v obliki lupine in ima trajne magnete na svoji notranji steni) obdaja stator in je podprt z ležaji na fiksni gredi.
Med delovanjem se vrti celotno zunanje ohišje rotorja, ki neposredno poganja zunanjo obremenitev (kot so lopatice ventilatorja ali propelerji brezpilotnega letala).
|
motor z notranjim rotorjem |
zunanji rotor |
|
|
|
2. Primerjava lastnosti delovanja
Rotacijska vztrajnost in dinamični odziv
Notranji rotor: masa rotorja je koncentrirana v središču vrtenja, kar ima za posledico nizek vztrajnostni moment. To pomeni, da lahko spelje, ustavi, pospeši in zavira zelo hitro, z odlično dinamično odzivnostjo. Zelo je primeren za aplikacije, ki zahtevajo hitro in natančno kontrolo položaja, kot so industrijski roboti in servo sistemi.
Zunanji rotor: Masa rotorja je porazdeljena na zunanji rob, kar ima za posledico velik vztrajnostni moment. Speljevanje in ustavljanje zahtevata večjo silo, odziv pa je počasnejši. Ko pa se začne vrteti, je delovanje stabilnejše, z večjo vztrajnostjo, kar pomaga ublažiti nihanja hitrosti.
Hitrost in navor
Notranji rotor: Rotor ima manjši premer, kar mu omogoča, da doseže večjo vrtilno hitrost pri enaki linearni hitrosti. Vendar pa je zaradi kratke roke navora (polmera) izhodni navor sorazmerno manjši pri isti magnetni sili.
Zunanji rotor: Rotor ima velik premer, ki je enak motorju z velikim navorom. Njegova dolga navorna roka mu omogoča ustvarjanje večjega navora pri relativno nižji vrtilni hitrosti. To je zelo primerno za aplikacije z direktnim pogonom, saj odpravlja potrebo po redukcijskem mehanizmu.
Zmogljivost odvajanja toplote
Notranji rotor: ima očitne prednosti pri odvajanju toplote. Navitja statorja, ki proizvajajo toploto, so neposredno v stiku z zunanjim ohišjem. Toplota se zlahka odvaja v okolje skozi ohišje in hladilno telo. Zato lahko prenese večjo gostoto moči.
Zunanji rotor: glavni izziv je odvajanje toplote. Stator, ki proizvaja toploto, je zaprt v notranjosti, kar otežuje uhajanje toplote in lahko povzroči pregrevanje motorja. Običajno so potrebne posebne zasnove, kot je zasnova hladilnih kanalov znotraj notranjega statorja.
Struktura in namestitev
Notranji rotor: Klasična struktura, robustna izhodna gred, enostavna namestitev.
Zunanji rotor: Samo ohišje zunanjega rotorja služi kot namestitvena osnova za obremenitev (na primer, rotor ventilatorja je neposredno nameščen na ohišje rotorja). Struktura je kompaktna in lahko doseže neposreden pogon. Vendar sta mehanska trdnost in dinamično ravnovesje ohišja zelo zahtevni.
Povzetek scenarijev uporabe
Motorji z notranjim rotorjem so primerni za:
Pogonski motor električnega vozila: Zahteva visoko hitrost vrtenja in se uporablja skupaj z reduktorjem.
Industrijski roboti in CNC stroji: zahtevajo visoko dinamično odzivnost in natančen nadzor.
Visok{0}}hitri model letala: Zahteva izjemno visoko-vrtilno hitrost brez obremenitve.
Gospodinjski aparati (kot so pralni stroji, sesalniki): tradicionalne in zrele aplikacije.
Motor z zunanjim rotorjem je primeren za:
Brezpilotno letalo (več{0}}rotor): zaradi nizke vrtilne hitrosti in visokega navora je zelo primeren za neposredno poganjanje velikih propelerjev-. Je zelo učinkovit, ima preprosto strukturo in ne zahteva vzdrževanja.
Hladilni ventilator/puhalo: lopatice so nameščene neposredno na ohišje rotorja, kar daje zelo kompaktno, učinkovito in tiho strukturo.
Pralni-pogonski pralni stroj: brez tradicionalnih jermenov in menjalnikov neposredno uporablja zunanji rotor z nizko hitrostjo in visokim navorom za pogon notranjega bobna. Ima malo hrupa in nizke vibracije.
Diskasti motorji in motorji v pestu: integracija motorja neposredno v kolo je tipična uporaba strukture zunanjega rotorja.