一般來說，電機(jī)的定子在外面，轉(zhuǎn)子在里面。在傳統(tǒng)的有刷DC電機(jī)中，定子磁場(chǎng)在外部，轉(zhuǎn)子電樞在內(nèi)部。無刷DC電機(jī)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(jìn)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(shí)際使用中，有時(shí)為了滿足某些電子機(jī)械的特殊技術(shù)要求，電機(jī)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(jī)比較。
在無刷DC電機(jī)的設(shè)計(jì)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(diǎn)。兩種設(shè)計(jì)的電機(jī)特性差異可以概括為：外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機(jī)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(duì)較多，霍爾反射位置相近;但內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機(jī)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(duì)較少，霍爾反射位置準(zhǔn)確。
1慣量的考慮
負(fù)載慣量與轉(zhuǎn)子慣量之比是選擇合適電機(jī)的關(guān)鍵因素之一。在帶有齒輪減速器或蝸輪減速器的剛性機(jī)械系統(tǒng)中，電機(jī)軸上的負(fù)載慣量與轉(zhuǎn)子慣量的最大推薦比值為10;對(duì)于帶皮帶和皮帶輪減速的系統(tǒng)，最大推薦比率為4。
在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，只要有可能，它不應(yīng)超過電機(jī)軸上負(fù)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(jī)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(jī)對(duì)負(fù)載可以實(shí)現(xiàn)更高的加速比，系統(tǒng)靈敏度高，響應(yīng)快，頻帶寬。
內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是更容易實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡。因此，從轉(zhuǎn)子動(dòng)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(yùn)行。
但電機(jī)運(yùn)行時(shí)，機(jī)械上有一個(gè)高速極限：內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)外表面無特殊機(jī)械套時(shí)，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(duì)于非常高速的運(yùn)行，外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
2輸出力矩和輸出功率的考量
對(duì)于給定的體積，外轉(zhuǎn)子電機(jī)具有更高的輸出扭矩和功率。在高速運(yùn)行的情況下，很大一部分電源電壓會(huì)被電機(jī)繞組的反電動(dòng)勢(shì)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(jī)的這一優(yōu)勢(shì)尤為重要。但由于內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)的定子電樞在外面，可以通過電機(jī)外表面直接散熱，因此比外轉(zhuǎn)子電機(jī)冷卻更有效。如果對(duì)內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)的外表面進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)或安裝散熱器，電機(jī)的性能將大大提高。
3電動(dòng)機(jī)零部件數(shù)目的考量
在該領(lǐng)域，與外轉(zhuǎn)子電機(jī)相比，內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)提供了兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：第一，在內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，降低了電機(jī)的制造成本，同時(shí)也為用戶省錢。因此，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，在運(yùn)行速度和慣性允許的情況下，應(yīng)選擇內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)。
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