Les moteurs BLDC à rotor externe et à rotor interne constituent tous deux des solutions efficaces et fiables, mais ils sont conçus pour répondre à des besoins différents.
Un moteur BLDC à rotor externe est doté d’une enveloppe rotative externe et délivre un couple plus élevé à faible vitesse. Il est largement utilisé dans les drones, les ventilateurs, les cardans, les vélos électriques et les systèmes à entraînement direct.
Un moteur BLDC à rotor interne est doté d’un rotor interne et est mieux adapté au fonctionnement à grande vitesse, à une meilleure dissipation thermique et aux conceptions industrielles compactes. Il est couramment utilisé dans les outils électriques, les pompes, les compresseurs, les broches et les équipements d’automatisation.
Qu’est-ce qu’un moteur BLDC à rotor interne ?
Un moteur BLDC à rotor interne dispose d’un rotor situé à l’intérieur du stator. Le rotor à aimants internes tourne tandis que les enroulements du stator qui l’entourent créent un champ magnétique tournant.
Cette conception ressemble à celle des moteurs conventionnels, et son rotor compact et léger permet aux moteurs à rotor interne d’atteindre des vitesses de rotation bien plus élevées.
Les moteurs BLDC à rotor interne sont couramment utilisés dans les applications qui nécessitent :
- Une vitesse de rotation élevée
- Une taille compacte
- Une bonne dissipation thermique
- Un contrôle précis de la vitesse
- Une adaptation à un réducteur ou à une transmission
| Avantages | Inconvénients |
| Capacité à fonctionner à grande vitesse | Couple direct plus faible |
| Meilleure dissipation thermique | Nécessite souvent un réducteur pour un couple élevé |
| Conception cylindrique compacte | Le réducteur peut augmenter le niveau sonore et le coût |
| Réponse dynamique rapide | Moins adapté aux hélices à entraînement direct |
| Convient au fonctionnement en continu | Des vitesses de rotation élevées peuvent nécessiter un équilibrage minutieux |
Les applications typiques comprennent les outils électriques, les pompes, les compresseurs, les broches CNC, les maquettes de bateaux, l’automatisation industrielle et certains systèmes de véhicules électriques.
Qu’est-ce qu’un moteur BLDC à rotor externe ?
Un moteur BLDC à rotor externe est doté d’un rotor situé à l’extérieur du stator. Le stator central reste fixe, tandis que l’enveloppe extérieure, sur laquelle sont montés les aimants, tourne autour de celui-ci.
Grâce à son enveloppe rotative plus large, un moteur à rotor externe délivre un couple plus élevé à basse vitesse, ce qui le rend idéal pour les systèmes à entraînement direct.
Les moteurs BLDC à rotor externe sont couramment utilisés dans :
- Drones et drones sans pilote
- Les avions radiocommandés
- Vélos électriques
- Ventilateurs de refroidissement
- Systèmes à entraînement direct
- Cardan
- Articulations robotiques
- Applications à faible vitesse et couple élevé
| Avantages | Inconvénients |
| Couple élevé à faible vitesse | Vitesse maximale réduite |
| Bon rapport couple/poids | Le refroidissement peut s’avérer plus difficile |
| Convient à l’entraînement direct | Enveloppe extérieure rotative plus volumineuse |
| Souvent, aucun réducteur n’est nécessaire | Inertie de rotation plus élevée |
| Idéal pour les drones, les ventilateurs et les vélos électriques | Ne convient pas aux systèmes à très haute vitesse |
La principale caractéristique d’un moteur à rotor externe réside dans son couple élevé, sans qu’un réducteur soit toujours nécessaire.
Différence structurelle fondamentale
La principale différence entre un moteur BLDC à rotor externe et un moteur BLDC à rotor interne réside dans la position du rotor.
| Élément | Moteur BLDC à rotor interne | Moteur BLDC à rotor externe |
| Position du rotor | À l’intérieur du stator | À l’extérieur du stator |
| Position du stator | À l’extérieur | À l’intérieur |
| Partie rotative | Arbre intérieur/rotor | Enveloppe extérieure/boîtier |
| Vitesse | Plus élevée | Plus faible |
| Couple | Plus faible pour une même taille | Plus élevé pour une taille identique |
| Refroidissement | Généralement meilleur | Plus difficile |
| Utilisation courante | Systèmes à grande vitesse | Systèmes à entraînement direct |
En termes simples, un moteur à rotor interne est plus adapté à la vitesse, tandis qu’un moteur à rotor externe est plus adapté au couple.
Comparaison des couples
Un moteur BLDC à rotor externe produit généralement plus de couple qu’un moteur à rotor interne de taille similaire, car son rotor a un diamètre plus grand. Un rayon de rotor plus important confère au moteur un effet de levier plus important, ce qui lui permet de générer une force de rotation plus puissante.
C’est pourquoi les moteurs à rotor externe sont largement utilisés dans les drones. Les hélices des drones ont besoin d’un couple élevé à une vitesse relativement faible, et un moteur à rotor externe peut entraîner l’hélice directement, sans boîte de vitesses.
Les moteurs à rotor interne délivrent généralement moins de couple direct. Si un couple élevé est nécessaire, ils sont souvent associés à une boîte de vitesses. La boîte de vitesses réduit la vitesse et augmente le couple.
Comparaison des vitesses
Les moteurs BLDC à rotor interne sont généralement mieux adaptés au fonctionnement à grande vitesse. Le rotor étant plus petit et plus léger, son inertie de rotation est moindre. Cela permet une accélération et un réglage de la vitesse plus rapides.
Les moteurs à rotor externe fonctionnent généralement à des vitesses plus faibles, car leur enveloppe rotative externe est plus grande et plus lourde. À très haute vitesse, la masse rotative plus importante peut générer davantage de contraintes mécaniques.
C’est pourquoi les moteurs à rotor interne sont souvent utilisés dans les outils à grande vitesse, les pompes, les broches et les compresseurs. Les moteurs à rotor externe sont plus courants dans les applications à basse ou moyenne vitesse où le couple est plus important que le régime maximal.
Comparaison du rendement
Les moteurs BLDC à rotor externe et à rotor interne peuvent tous deux offrir un rendement élevé lorsqu’ils sont correctement conçus et associés au contrôleur adapté.
Toutefois, le rendement dépend de nombreux facteurs, notamment :
- La taille du moteur
- La conception du bobinage
- La qualité des aimants
- Les performances du contrôleur
- Les conditions de charge
- Méthode de refroidissement
- Vitesse de fonctionnement
Les moteurs à rotor externe peuvent être très efficaces dans les applications à entraînement direct, car ils ne nécessitent pas forcément de réducteur. La suppression du réducteur réduit les pertes mécaniques, le bruit et les besoins d’entretien.
Les moteurs à rotor fermé peuvent également être très efficaces, en particulier à haute vitesse. Cependant, lorsqu’un réducteur est nécessaire, le rendement global du système peut être affecté par le frottement des engrenages et les pertes de transmission.
Dissipation thermique
Dans un moteur BLDC à rotor interne, les enroulements du stator sont situés près du boîtier extérieur. Comme la majeure partie de la chaleur du moteur est générée dans les enroulements, cette structure facilite le transfert de chaleur vers le boîtier du moteur. Par conséquent, les moteurs à rotor interne offrent généralement de meilleures performances de refroidissement.
Le stator est logé à l’intérieur du boîtier extérieur rotatif. La source de chaleur étant davantage confinée, le refroidissement peut s’en trouver compliqué. Certains moteurs à rotor externe s’appuient sur le flux d’air généré par la rotation, des orifices de ventilation ou une conception de refroidissement externe pour réguler la température.
Pour un fonctionnement continu en conditions difficiles, le refroidissement doit être soigneusement pris en compte, en particulier lors de l’utilisation d’un moteur à rotor externe.
Dimensions et poids
Les moteurs à rotor externe offrent souvent un couple élevé pour une longueur axiale compacte. Leur structure courte et large les rend adaptés aux applications nécessitant un couple important mais où la longueur du moteur est limitée.
Les moteurs à rotor interne sont souvent plus longs et plus étroits. Ils conviennent aux espaces cylindriques compacts et aux systèmes à grande vitesse.
Pour les drones, les moteurs à rotor externe sont très prisés car ils offrent un excellent rapport couple/poids. Pour les outils électriques et les pompes, les moteurs à rotor interne sont souvent préférés car leur forme s’adapte mieux à des boîtiers étroits.
Commande et réponse
Les deux types de moteurs nécessitent un variateur de vitesse électronique, également appelé ESC ou pilote BLDC.
Les moteurs à rotor interne présentent généralement une inertie de rotor plus faible, ce qui leur permet de réagir rapidement aux variations de vitesse. Ils sont idéaux pour un contrôle précis à grande vitesse.
Les moteurs à rotor externe ont une inertie plus élevée, car c’est l’enveloppe extérieure qui tourne. Cela peut ralentir les accélérations et les décélérations par rapport aux moteurs à rotor interne. Cependant, cette inertie plus élevée peut également offrir une rotation plus fluide dans certaines applications.
Pour les applications de précision, les performances finales dépendent non seulement du type de moteur, mais aussi du codeur, de l’algorithme du contrôleur, des conditions de charge et de la conception mécanique.
Bruit et vibrations
Les moteurs à rotor externe peuvent fonctionner en douceur à des vitesses plus faibles grâce à leur couple plus élevé et à leur masse en rotation plus importante. Cela peut s’avérer utile pour les ventilateurs, les cardans et les systèmes à entraînement direct.
Les moteurs à rotor interne peuvent produire davantage de bruit lorsqu’ils fonctionnent à très haute vitesse, en particulier s’ils sont associés à des engrenages. Cependant, un moteur à rotor interne bien équilibré peut tout de même fonctionner silencieusement.
Le bruit et les vibrations dépendent également de la qualité des roulements, de l’équilibrage du moteur, de la fréquence de commutation du contrôleur et de la structure d’installation.
Comparaison des applications
| Application | Meilleur choix | Raison |
| Hélice de drone | Moteur à rotor externe | Couple élevé, entraînement direct, légèreté |
| Perceuse électrique | Moteur à cage | Vitesse élevée, boîtier compact, compatible avec les réducteurs |
| Ventilateur de refroidissement | Moteur à rotor externe | Bon couple à basse vitesse et entraînement direct |
| Pompe | Moteur à rotor interne | Vitesse élevée et meilleur refroidissement |
| Broche CNC | Moteur à rotor interne | Exigence de régime très élevé |
| Moteur à cardan | Moteur à rotor externe | Couple régulier à basse vitesse |
| Moteur de moyeu pour vélo électrique | Moteur à rotor externe | Entraînement direct de la roue et couple élevé |
| Compresseur | Moteur à rotor interne | Fonctionnement continu à grande vitesse |
| Articulation de robot | Moteur à rotor externe ou à rotor interne à engrenages | En fonction du couple et de l’espace disponible |
| Bateau RC | Moteur à rotor interne | Régime élevé et conception compacte |
Comment choisir le bon type de moteur BLDC
Lorsque vous devez choisir entre un moteur BLDC à rotors externes et un moteur à rotors internes, tenez compte des facteurs suivants.
Vitesse requise
Si votre application nécessite une vitesse de rotation très élevée, un moteur à rotor interne est généralement le meilleur choix. Conçu pour les vitesses élevées et compatible avec un réducteur.
Si votre application fonctionne à vitesse faible ou moyenne, un moteur à rotor externe peut être plus adapté.
Couple requis
Si vous avez besoin d’un couple élevé sans réducteur, optez pour un moteur à rotor externe. Le diamètre plus important de son rotor permet de générer directement un couple élevé.
Si le couple peut être augmenté à l’aide d’un réducteur, un moteur à rotor interne peut également constituer une bonne option.
Contraintes d’espace
Si le moteur doit s’intégrer dans un espace long et étroit, un moteur à rotor extérieur est souvent plus facile à installer.
Si l’application permet d’utiliser un moteur plus large mais plus court, un moteur à rotor intérieur peut fournir un couple élevé dans un format compact.
Exigences en matière de refroidissement
Pour un fonctionnement continu en conditions difficiles, les moteurs à rotor interne présentent généralement un avantage, car la chaleur dégagée par leur bobinage peut être transférée plus facilement vers le boîtier extérieur. Assurez-vous d’avoir une circulation d’air et un refroidissement adéquats pour éviter toute surchauffe.
Entraînement direct ou par engrenages
Si vous recherchez un système d’entraînement direct simple, un moteur à rotor interne est souvent préférable. Il permet de réduire le recours à des engrenages, des courroies ou des pièces de transmission.
Si votre système utilise déjà un réducteur ou nécessite une vitesse très élevée avant la réduction, un moteur à rotor externe peut s’avérer plus adapté.
Coût et maintenance
Les moteurs à rotor externe peuvent réduire la complexité du système, car ils ne nécessitent pas forcément de réducteur. Cela peut limiter l’entretien dans certaines applications.
Les moteurs à rotor interne peuvent nécessiter des composants de transmission supplémentaires, mais ils sont souvent plus faciles à refroidir et à protéger dans les environnements industriels.
Lequel est le meilleur ?
Il n’y a pas de réponse unique. Les moteurs BLDC à rotor externe sont plus adaptés aux applications à couple élevé, à faible vitesse et à entraînement direct. Les moteurs BLDC à rotor interne sont plus adaptés aux applications à grande vitesse, compactes et en service continu.
Optez pour un moteur à rotor externe si votre application nécessite un couple élevé, une faible vitesse, une conception légère et un entraînement direct. Optez pour un moteur à rotor interne si votre application nécessite un régime élevé, un meilleur refroidissement, une structure cylindrique compacte ou l’intégration d’un réducteur.
