近來有不少客戶詢問：在電機設計中，究竟應該選用內轉子還是外轉子結構？雖然筆者先前的文章中已簡單描述兩者的優劣，但多為文字上的直觀認識，缺乏理論與數理分析。本文將進一步從設計邏輯出發，探討兩種結構在磁場作用、轉矩輸出與加速性能等方面的本質差異，為設計選型提供更具依據的參考。

一、建立比較基準：幾何模型統一化

為使分析具可比性，先統一幾何條件如下：

電機完成外徑：100

轉子磁鐵厚度：5

定子繞線槽深度：15

軛部厚度（定、轉子皆同）：10

定轉子氣隙：1

在此架構下可畫出等效剖面圖，并觀察磁場交互作用的位置直徑：

內轉子電機：交互直徑約為 48

外轉子電機：交互直徑約為 68

兩者相差達 20，這主要源自磁鐵厚度與繞線槽深度的加總所致，并因圓徑特性（半徑變化造成面積平方增長）放大差異。

? 延伸理解：在實際設計中，磁鐵可能更薄、繞線槽更深，這使得內外轉子在磁場作用點的直徑差距可能更大。

二、轉矩輸出與磁場作用半徑

電機轉矩 T 可由以下關系式近似描述：

T=B×I×L×D×N×sin(δ)

其中：B 為磁場強度、I 為電流、L 為有效長度、D 為磁場作用直徑、N 為線圈匝數、δ 為磁電交互角。

此處的 D，即是我們前述探討的磁場交互點直徑。雖然多數情況中會以內轉子的「轉子外徑」代表 D，但對外轉子電機而言，更應以「轉子內徑」為準確代表。

根據上例：

內轉子：D = 48，轉矩 ≈ 482 = 2304

外轉子：D = 68，轉矩 ≈ 682 = 4624

差距幾近2 倍，也就是說，在外徑相同的前提下，采用外轉子設計可以大幅提高轉矩輸出能力。

? 結論一：在有限體積下若追求高轉矩，外轉子電機更具優勢。

三、轉動慣量與加速反應

但既然外轉子轉矩強，為何內轉子仍為市場主流？答案在于加速性能與轉動慣量。

從機械動力學角度來看，轉矩輸出后會先轉換為加速度：

α = T/J

而轉動慣量 J 的公式為：

J = m×r2

其中 r 為質點與旋轉軸的距離，也就是半徑。當轉子的平均半徑越大，J 就越大，導致加速反應變慢。

實際比較：

內轉子：r ≈ 24，J ≈ 242 = 576（比例推估為 2304）

外轉子：r ≈ 50，J ≈ 502 = 2500（比例推估為 10000）

即使外轉子能提供雙倍轉矩，轉動慣量卻可能是其4 倍以上，這導致其加速時間拉長，無法實時展現其轉矩優勢。

? 結論二：若應用場景要求快速起動與頻繁加減速，內轉子電機反而更有利。

四、補充：內轉與外轉磁場作用差異

這張圖示清楚呈現兩種電機在磁場交互位置的幾何差異。

內轉子磁場交互點靠近中心（直徑較小）

外轉子則擴展至外圍，能提供更大機械力臂

但反過來看，外轉子的半徑變大，也代表其慣性增大、啟動與停止速度變慢，這在需要高動態響應的場景中是一項限制。

五、總結選型建議結語

高轉矩、長時間穩定輸出 外轉子電機 較大交互直徑 → 轉矩大

快速啟停、高頻反應控制 內轉子電機 慣量小 → 加速快、反應快

結語

內轉與外轉子電機并無絕對優劣，而是依據實際應用需求選擇最適方案。若您的產品需要「高轉矩 + 穩定轉速」，選擇外轉子無疑更具效益；但若要求「快速響應 + 靈活控制」，那么內轉子仍是主流的選擇。

接下來的〈下篇〉將深入分析：在不同應用情境（如風扇、主軸、驅動輪）中，內外轉子的實際性能表現與設計考量。