一般來說，電機的定子在外面，轉(zhuǎn)子在里面。在傳統(tǒng)的有刷DC電機中，定子磁場在外部，轉(zhuǎn)子電樞在內(nèi)部。無刷DC電機出現(xiàn)后，旋轉(zhuǎn)電樞從內(nèi)到外，從轉(zhuǎn)子到定子;原來靜止的定子永磁體進去了，從定子變成了轉(zhuǎn)子。這種結(jié)構(gòu)稱為“內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)”。
在實際使用中，有時為了滿足某些電子機械的特殊技術要求，電機的定子電樞制作在內(nèi)部，而帶有永磁體的轉(zhuǎn)子制作在外部。我們稱這種結(jié)構(gòu)為“外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)”或“內(nèi)定子結(jié)構(gòu)”。沈老師今天給大家講講內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機比較。
在無刷DC電機的設計中，外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點。兩種設計的電機特性差異可以概括為：外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機的轉(zhuǎn)子慣量、輸出轉(zhuǎn)矩/輸出功率比高，零部件數(shù)量相對較多，霍爾反射位置相近;但內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機的轉(zhuǎn)子慣量、輸出扭矩/輸出功率比較低，零部件數(shù)量相對較少，霍爾反射位置準確。
1慣量的考慮
負載慣量與轉(zhuǎn)子慣量之比是選擇合適電機的關鍵因素之一。在帶有齒輪減速器或蝸輪減速器的剛性機械系統(tǒng)中，電機軸上的負載慣量與轉(zhuǎn)子慣量的最大推薦比值為10;對于帶皮帶和皮帶輪減速的系統(tǒng)，最大推薦比率為4。
在設計系統(tǒng)時，只要有可能，它不應超過電機軸上負載慣性與轉(zhuǎn)子慣性的推薦最大比值。在高減載慣性系統(tǒng)中，外轉(zhuǎn)子電機將有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但由于加速力矩等于加速慣性與加速度的乘積，因此小慣性的內(nèi)轉(zhuǎn)子電機對負載可以實現(xiàn)更高的加速比，系統(tǒng)靈敏度高，響應快，頻帶寬。
內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的另一個優(yōu)點是更容易實現(xiàn)動平衡。因此，從轉(zhuǎn)子動平衡的角度來看，內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)適合在接近9000 (rpm)到12000 (rpm)的高速下運行。
但電機運行時，機械上有一個高速極限：內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)外表面無特殊機械套時，高速極限約為15000(rpm);外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的高速極限約為30000轉(zhuǎn)/分。對于非常高速的運行，外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)具有明顯的優(yōu)勢。
2輸出力矩和輸出功率的考量
對于給定的體積，外轉(zhuǎn)子電機具有更高的輸出扭矩和功率。在高速運行的情況下，很大一部分電源電壓會被電機繞組的反電動勢吃掉，只有很小一部分電源電壓可以用于牽引電流。在這種情況下，外轉(zhuǎn)子電機的這一優(yōu)勢尤為重要。但由于內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的定子電樞在外面，可以通過電機外表面直接散熱，因此比外轉(zhuǎn)子電機冷卻更有效。如果對內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的外表面進行強制通風或安裝散熱器，電機的性能將大大提高。
3電動機零部件數(shù)目的考量
在該領域，與外轉(zhuǎn)子電機相比，內(nèi)轉(zhuǎn)子電機提供了兩個優(yōu)勢：第一，在內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的設計中，零件數(shù)量越少意味著它具有更大的固有可靠性;其次，由于設計簡單，降低了電機的制造成本，同時也為用戶省錢。因此，從經(jīng)濟角度考慮，在運行速度和慣性允許的情況下，應選擇內(nèi)轉(zhuǎn)子電機。
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