Les moteurs sans balais se divisent en deux types selon la disposition du rotor : les moteurs à rotor interne et les moteurs à rotor externe. Les différences de structure ont une incidence sur le couple, la réactivité, la stabilité de rotation et la dissipation thermique. Par conséquent, si vous choisissez un type qui ne correspond pas à votre application, il se peut que les performances escomptées ne soient pas pleinement atteintes.
Lors de la sélection du moteur, il est important de bien comprendre les caractéristiques de chaque type et de les comparer en tenant compte de la vitesse de rotation requise, du couple nécessaire et de l’espace disponible pour l’installation. Cet article explique de manière claire les différences de structure et de performances entre les rotors internes et externes, leurs avantages et inconvénients, leurs principales applications et les critères de sélection.
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Qu’est-ce qu’un rotor interne et un rotor externe?
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Les termes « rotor interne » et « rotor externe » désignent une classification basée sur la position relative du rotor (élément tournant) et du stator (élément fixe) à l’intérieur du moteur. Dans le cas d’un rotor interne, le rotor est situé à l’intérieur du stator, tandis que dans le cas d’un rotor externe, il est placé à l’extérieur.
Les deux types ont en commun le fait de tourner grâce à la force magnétique générée entre le rotor et le stator. Cependant, comme la position du rotor et le rayon de rotation diffèrent, leurs caractéristiques (couple, réactivité, moment d’inertie, dissipation thermique, etc.) ne sont pas identiques.
Pour choisir un moteur adapté à l’application, il est important de bien comprendre la structure et les caractéristiques de ces deux types de moteurs.
Qu’est-ce qu’un rotor interne?
Un rotor interne est une structure dans laquelle le rotor est placé à l’intérieur du stator, de sorte que le centre du moteur tourne. Dans les moteurs sans balais, la structure classique consiste à placer des aimants permanents sur le rotor et des bobines sur le stator, mais la disposition des aimants et des bobines peut varier selon les produits.
Ces moteurs se caractérisent par la possibilité de réduire facilement le « moment d’inertie », qui indique la résistance à la rotation, grâce à un rotor de petit diamètre. Plus le moment d’inertie est faible, plus le moteur réagit rapidement aux démarrages, aux arrêts, aux accélérations et aux décélérations.
De plus, la disposition du stator sur la périphérie facilite la dissipation de la chaleur vers l’extérieur, ce qui rend ce type de moteur adapté aux applications impliquant une rotation à grande vitesse ou des changements de vitesse fréquents.
Qu’est-ce qu’un rotor externe?
Un rotor externe est une structure dans laquelle le rotor est placé à l’extérieur du stator, de sorte que la partie périphérique du moteur tourne. Dans les moteurs sans balais, la structure classique consiste à équiper le rotor externe d’aimants permanents et le stator interne de bobines, mais la disposition concrète varie selon les produits.
Cette configuration se caractérise par la possibilité d’obtenir facilement un couple élevé, grâce à un rayon de rotation du rotor plus important. En revanche, le fait que la partie rotative s’étende vers l’extérieur tend à augmenter le moment d’inertie, ce qui peut constituer un inconvénient en cas d’accélérations ou de décélérations brusques.
Ils sont faciles à concevoir dans des formes minces et plates, et sont utilisés dans les ventilateurs, les soufflantes et les mécanismes à entraînement direct.
Différence entre le rotor interne et le rotor externe
Les rotors internes et externes présentent des caractéristiques différentes en termes de couple, de réactivité et de forme, en raison de leurs différences de structure. Les principales différences sont les suivantes.
| Critères de comparaison | Rotor interne | Rotor externe |
| Position du rotor | À l’intérieur du stator | À l’extérieur du stator |
| Moment d’inertie | Facile à réduire | Tendance à augmenter |
| Couple | Il faut faire preuve d’ingéniosité pour obtenir un couple élevé | Facile à augmenter |
| Réactivité | Facile à améliorer | Tendance à être relativement désavantagé |
| Variation de la vitesse de rotation | Facile à gérer rapidement | Facile à maîtriser en cas de variations brusques |
| Vitesse de rotation | Facile à concevoir pour une rotation à grande vitesse | Nécessité de vérifier la résistance du rotor, etc. |
| Dissipation thermique | Il est facile d’assurer les voies de dissipation thermique | La conception du système de refroidissement est essentielle |
| Forme | Facile à réaliser avec un petit diamètre et une forme cylindrique | Facile à réaliser avec un grand diamètre et une faible épaisseur |
*Il s’agit là d’une tendance générale en matière de structure ; les performances réelles varient en fonction de la conception du produit et des conditions d’utilisation.
Les rotors internes sont généralement adaptés aux applications nécessitant une rotation à grande vitesse et une bonne réponse, tandis que les rotors externes conviennent mieux aux applications où l’on souhaite limiter le couple ou les variations brusques de vitesse de rotation. Examinons en détail les différences entre ces différents points.
Différences de structure et de moment d’inertie
La disposition du rotor, qu’il soit interne ou externe, entraîne des différences au niveau du moment d’inertie. Le moment d’inertie est une valeur qui exprime la « résistance au mouvement » d’un objet en rotation lorsque l’on tente de modifier sa vitesse.
Le rotor interne, dont le rotor de petit diamètre est placé à l’intérieur du stator, permet de réduire facilement le moment d’inertie et est donc adapté aux accélérations et décélérations rapides. À l’inverse, le rotor externe, dont le rotor est placé sur la périphérie, a tendance à présenter un moment d’inertie plus important.
Bien que cela puisse constituer un inconvénient lors des accélérations et décélérations, cette inertie plus importante permet généralement de mieux amortir les variations brusques de vitesse de rotation.
Différence de couple
En général, c’est le rotor externe qui permet d’obtenir un couple plus élevé. Le couple est la force qui fait tourner un objet ; à force égale, plus la distance entre le centre de rotation et le point d’application de la force est grande, plus le couple est élevé.
Le rotor externe permettant de disposer plus facilement d’un grand rayon de rotor, sa structure est adaptée aux applications nécessitant un couple élevé à basse vitesse. Le rotor interne a tendance à avoir un petit diamètre, ce qui peut constituer un inconvénient pour obtenir un couple élevé à dimensions extérieures équivalentes.
Toutefois, le couple réel dépendant également des aimants, des enroulements, des dimensions du moteur, du courant électrique et des conditions de refroidissement, il n’est pas possible de se baser uniquement sur le type de rotor pour en déterminer la valeur.
Différences en termes de vitesse de rotation et de réactivité
Lorsque la priorité est donnée à la vitesse de rotation et à la réactivité aux accélérations et décélérations, le rotor interne est considéré comme la structure la plus adaptée. En effet, le diamètre réduit du rotor permet de limiter plus facilement le moment d’inertie, ce qui facilite les démarrages, les arrêts et les changements de vitesse.
Le rotor externe a tendance à présenter un moment d’inertie plus élevé, ce qui le rend relativement moins performant lors d’accélérations et de décélérations brusques ; en revanche, il permet généralement de mieux amortir les variations brusques de vitesse de rotation dues, par exemple, aux fluctuations de charge. Toutefois, on ne peut pas affirmer de manière générale que « rotor interne = haute vitesse » et « rotor externe = basse vitesse ».
La vitesse de rotation maximale dépendant également de la résistance du rotor, du mode de fixation des aimants, des roulements et du dégagement de chaleur, il est nécessaire de vérifier les spécifications de chaque produit.
Différences de taille et de dissipation thermique
La forme des moteurs présente également des caractéristiques propres à chacun. Le rotor interne permet généralement d’obtenir un rotor de petit diamètre et s’adapte facilement à une forme cylindrique allongée. Le stator, source de dégagement de chaleur, étant situé à la périphérie, il est plus aisé d’assurer une dissipation thermique via le boîtier ou la surface de montage.
Le rotor externe se caractérise par le fait que le rotor est placé sur la périphérie, ce qui facilite la réalisation de formes de grand diamètre et de profil mince. Cet avantage est particulièrement utile pour les équipements où l’on souhaite réduire l’encombrement dans le sens axial.
En ce qui concerne la dissipation thermique, le type de rotor n’est pas le seul facteur déterminant. Il est nécessaire de prendre en compte également le matériau du boîtier, la méthode de montage, la température ambiante, le taux de charge et le mode de refroidissement avant de prendre une décision.
Avantages et inconvénients du rotor interne
La structure du rotor interne permet de réduire facilement le diamètre du rotor et de limiter le moment d’inertie. Ainsi, si elle facilite l’amélioration de la réactivité en accélération et en décélération ainsi que l’aptitude à tourner à haute vitesse, elle peut toutefois nécessiter des adaptations de conception pour obtenir un couple élevé.
Nous allons ici présenter les avantages et les points à prendre en compte concernant le rotor interne.
Avantages du rotor interne
Le principal avantage du rotor interne réside dans sa capacité à améliorer facilement la réactivité aux accélérations et décélérations. Le rotor ayant un petit diamètre et étant situé près du centre de l’axe de rotation, il est plus facile de réduire le moment d’inertie.
Cette structure est donc adaptée aux applications nécessitant des démarrages et des arrêts rapides, ainsi que des changements de vitesse fréquents. Un autre avantage réside dans le fait que le stator, équipé des enroulements, se trouve sur la périphérie, ce qui facilite la dissipation de la chaleur par le boîtier et la surface de montage.
Il est utilisé dans des applications exigeant une bonne réactivité et une bonne dissipation thermique, telles que les ventilateurs, les pompes et les mécanismes de transport fonctionnant à grande vitesse ou à vitesse variable.
Inconvénients du rotor interne
À conditions dimensionnelles égales, le rotor interne a tendance à produire un couple inférieur à celui du rotor externe. Cela s’explique par le petit diamètre du rotor, qui rend difficile le maintien d’une distance suffisante entre le centre de rotation et le point d’action de la force électromagnétique.
Pour concilier couple élevé et compacité, il est nécessaire d’apporter des améliorations au niveau des aimants, des enroulements et du circuit magnétique. Il convient également de prêter attention au fait que, lors d’une rotation à grande vitesse, le rotor et les aimants sont soumis à une force centrifuge importante.
Il ne faut pas se baser uniquement sur la vitesse de rotation maximale, mais vérifier si les spécifications sont adaptées aux conditions d’utilisation, en tenant compte notamment du mode de fixation des aimants, de la résistance du rotor et des roulements.
Avantages et inconvénients du rotor externe
Le rotor externe est une structure qui permet de garantir facilement un grand rayon de rotation du rotor et d’obtenir un couple élevé. De plus, comme son moment d’inertie a tendance à être important, il présente la caractéristique de faciliter la maîtrise des variations brusques de vitesse de rotation.
En revanche, il convient de faire preuve de prudence en cas d’accélérations et de décélérations fréquentes ou lors de l’intégration dans un équipement. Nous allons ici passer en revue les avantages et les inconvénients du rotor externe.
Avantages du rotor externe
Le principal avantage du rotor externe réside dans sa capacité à générer facilement un couple élevé. Le rotor étant placé vers la périphérie, il est facile de garantir une distance suffisante entre le centre de rotation et le point d’action de la force électromagnétique, ce qui le rend adapté aux applications nécessitant un couple à basse vitesse.
Il se caractérise également par un moment d’inertie du rotor généralement élevé, ce qui permet de limiter facilement les variations brusques de vitesse de rotation. De plus, comme il est facile de le concevoir avec une forme mince et plate, avec une longueur axiale réduite, il constitue une option valable même pour les équipements soumis à des contraintes d’espace d’installation.
Inconvénients du rotor externe
Le rotor externe a tendance à présenter un moment d’inertie élevé, ce qui peut constituer un inconvénient en cas d’accélérations ou de décélérations brusques, ou de changements de vitesse fréquents. Le démarrage, l’arrêt et l’inversion de sens nécessitant également une force importante, il est indispensable de prendre en compte l’inertie de la charge lors de la conception d’applications nécessitant des changements de fonctionnement rapides.
De plus, comme la périphérie est en rotation, il est important de mettre en place des mesures de sécurité pour éviter tout contact avec les opérateurs ou les composants environnants. Outre l’installation de protections et de capots, il convient de vérifier l’absence d’interférence avec le câblage et les capteurs, ainsi que l’espace d’installation nécessaire, y compris pour les parties en rotation.
Dans les environnements nécessitant une protection contre la poussière et les projections d’eau, il est nécessaire de prendre en compte la structure de protection ainsi que les méthodes de refroidissement.
Principales applications des rotors internes et externes
Le choix entre un rotor interne et un rotor externe dépend des caractéristiques de rotation recherchées et des conditions d’installation. Voici quelques indications concernant leurs principales applications.
| Critères prioritaires | Indications sur la structure adaptée | Exemples d’applications |
| Accélération et décélération rapides | Rotor interne | Servomoteurs, mécanismes de positionnement, mécanismes de transport |
| Changements de vitesse fréquents | Rotor interne | Vitesse variable Ventilateurs, pompes, actionneurs |
| Rotation à grande vitesse | Rotor interne | Ventilateurs, soufflantes, broches, etc. |
| Couple élevé | Rotor externe | Entraînement à basse vitesse, entraînement direct, etc. |
| Rotation à vitesse constante | Rotor externe | Ventilateurs, mécanismes d’entraînement à vites |
| Réduction de l’épaisseur dans le sens axial | Rotor externe | Mécanismes d’entraînement plats, équipements minces |
* Le tableau présente les tendances générales en matière de structure. Lors du choix concret d’un modèle, il est nécessaire de vérifier également le couple, la vitesse de rotation, les dimensions et les conditions de refroidissement.
Les rotors internes sont généralement adaptés aux applications nécessitant une bonne réactivité et de bonnes performances d’accélération et de décélération, tandis que les rotors externes conviennent mieux aux applications où l’on souhaite limiter le couple ou les variations brusques de vitesse de rotation. Examinons en détail les applications typiques.
Applications pour lesquelles le rotor interne est adapté
Le rotor interne est adapté aux équipements nécessitant des démarrages, des arrêts et des changements de vitesse rapides. Son atout réside dans la facilité avec laquelle il est possible de réduire le moment d’inertie du rotor, ce qui lui permet de s’adapter rapidement aux variations de vitesse de rotation.
On peut citer comme exemples représentatifs les mécanismes de positionnement utilisant des servomoteurs, les actionneurs et les mécanismes de transport. De plus, ils s’adaptent bien à une rotation à grande vitesse et à un fonctionnement à vitesse variable, ce qui en fait un choix approprié pour les ventilateurs, les pompes et les soufflantes.
La vitesse de rotation et le couple requis variant en fonction de l’application, il est important de vérifier les spécifications de chaque produit avant de procéder à son adoption.
Applications pour lesquelles le rotor externe est adapté
Pour les équipements où un couple élevé et une rotation stable sont prioritaires, le rotor externe constitue un choix de premier ordre. Il permet de disposer plus facilement d’un grand rayon de rotor, d’obtenir un couple élevé et d’atténuer les variations brusques de vitesse de rotation.
Les principales applications sont les ventilateurs, les soufflantes et les mécanismes à entraînement direct nécessitant un couple élevé à faible vitesse. Comme il est facile de concevoir des modèles de faible épaisseur, ce type de rotor peut également être utilisé dans des équipements où l’espace axial est limité.
Lors du choix, il convient de vérifier non seulement le couple, mais aussi les performances d’accélération et de décélération, le diamètre extérieur, les conditions de refroidissement et la sécurité.
Rotor interne ou rotor externe : lequel choisir?
Le rotor interne et le rotor externe ne présentent pas systématiquement l’un plus d’avantages que l’autre. La structure la plus adaptée dépend des conditions requises par l’application, telles que la vitesse de rotation nécessaire, le couple, la fréquence des accélérations et décélérations, ainsi que l’espace d’installation disponible.
Voici un récapitulatif des principaux critères de sélection :
| Critères prioritaires | Structure facilitant l’évaluation | Principaux points à vérifier |
| Rotation à grande vitesse et accélérations/décélérations fréquentes | Rotor interne | Vitesse de rotation, moment d’inertie, couple |
| Couple élevé | Rotor externe | Couple nominal et maximal, diamètre extérieur, refroidissement |
| Stabilité de rotation | Rotor externe | Variations de vitesse, variations de charge, mode de commande |
| Réduction de l’épaisseur dans le sens axial | Rotor externe | Diamètre extérieur, interférence des parties rotatives, sécurité |
| Garantie des voies de dissipation thermique | Comparaison des deux types | Position du stator, surface de montage, méthode de refroidissement |
| Inertie de charge élevée | Comparaison des deux types | Inertie admissible, couple d’accélération, coefficient de sécurité |
* Le tableau présente les tendances générales en matière de conception. Les performances réelles varient en fonction de la conception et des spécifications du moteur, ainsi que des conditions d’utilisation.
Si la priorité est donnée à la vitesse de rotation et à la réactivité, le rotor interne est le choix principal ; si l’on recherche un couple élevé et une rotation stable, le rotor externe est le choix principal. Toutefois, il ne faut pas se baser uniquement sur le type de rotor, mais prendre une décision en tenant compte de l’ensemble des spécifications requises.
Si la vitesse de rotation et la réactivité sont prioritaires, privilégiez le rotor interne
Le rotor interne constitue un choix judicieux lorsque des démarrages et arrêts fréquents, des accélérations et décélérations, ainsi que des changements de vitesse sont nécessaires. Il permet de réduire facilement le diamètre du rotor et de limiter le moment d’inertie, ce qui garantit une réponse rapide aux variations de vitesse de rotation. Il est également bien adapté à la rotation à grande vitesse et au fonctionnement à vitesse variable, ce qui en fait une structure idéale pour les équipements nécessitant des changements de mode de fonctionnement rapides.
Toutefois, il n’est pas judicieux de se baser uniquement sur la réactivité. Il est important de vérifier également le couple nominal, le couple maximal instantané et le moment d’inertie de la charge, afin de choisir un produit capable de répondre aux performances requises.
Si vous privilégiez le couple et la stabilité de rotation, optez pour un rotor externe
Si vous accordez de l’importance à un couple élevé et à une rotation stable, envisagez un rotor externe. Cette structure permet d’obtenir plus facilement un grand rayon de rotation du rotor et, à conditions égales, un couple plus élevé. Le moment d’inertie a également tendance à être plus important, ce qui en fait un choix pertinent pour les applications où l’on souhaite limiter les variations brusques de vitesse de rotation dues aux fluctuations de charge.
Toutefois, ce type de moteur peut présenter des inconvénients en cas d’accélérations et de décélérations rapides ou de changements de vitesse fréquents ; il est donc essentiel de trouver un bon équilibre avec la réactivité. Il convient également de prendre en compte le diamètre extérieur, les conditions de refroidissement et la sécurité des parties rotatives.
Évaluation globale en fonction de l’application et des spécifications requises
Lors de la sélection finale du moteur, il est important de ne pas se limiter à la seule distinction entre rotor interne et rotor externe, mais de définir clairement les performances requises pour l’application. Le type de rotor n’est qu’un critère de sélection parmi d’autres, et les performances réelles dépendent également des conditions de fonctionnement, de la charge et du mode de refroidissement.
Lors de la sélection, il convient de vérifier principalement les points suivants :
- Vitesse de rotation et couple requis
- Fréquence des démarrages, arrêts, accélérations et décélérations
- Moment d’inertie de la charge
- Conditions de fonctionnement (fonctionnement continu, intermittent, etc.)
- Dimensions extérieures et espace d’installation
- Température d’utilisation et méthode de refroidissement
- Couple nominal et couple maximal instantané
Il est important de comparer plusieurs critères lors de la sélection du moteur afin de garantir qu’il soit adapté à l’application et répondant aux spécifications requises.
Résumé
Les rotors internes et externes présentent des caractéristiques différentes en termes de couple, de réactivité, de stabilité de rotation et de forme, en fonction de la disposition du rotor. En règle générale, le rotor interne est un choix judicieux pour les rotations à grande vitesse et les accélérations/décélérations fréquentes, tandis que le rotor externe est préférable pour les couples élevés et les rotations stables à vitesse constante.
Toutefois, lors de la sélection du moteur, il ne faut pas se baser uniquement sur la structure ; il est essentiel d’examiner de manière globale la vitesse de rotation requise, le couple, la charge, l’espace d’installation et les conditions de refroidissement.
Chez C.I. Takiron Corporation, nous vous accompagnons dans la sélection du moteur adapté à votre application et à vos spécifications. N’hésitez pas à nous contacter si vous avez des questions concernant le choix ou le développement du produit le mieux adapté.
Informations sur les produits et demandes de renseignements
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- Site du produit : https://cik-ele.com/
- Moteurs sans noyau : https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Moteurs sans balais: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Moteurs à engrenages : https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Codeur: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
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