Moottorit tuottavat vääntömomenttia ja pyörimistä roottorin ja staattorin magneettikenttien vuorovaikutuksen kautta. Ideaalisessa moottorissa – jossa mekaaniset komponentit on koneistettu ja koottu täydellisesti ja sähkökentät syntyvät ja vaimenevat välittömästi – vääntömomentin tuotto olisi täysin tasaista ilman vaihteluita. Mutta todellisessa maailmassa on olemassa useita tekijöitä, jotka aiheuttavat vääntömomentin epätasaisuuden – vaikka se olisi vain pieni. Tätä jännitteisen moottorin lähtövääntömomentin jaksottaista vaihtelua kutsutaan vääntömomentin rippleksi.

Matemaattisesti vääntömomentin ripple määritellään moottorin yhden mekaanisen kierroksen aikana tuotetun suurimman ja pienimmän vääntömomentin erotuksena jaettuna yhden kierroksen aikana tuotetulla keskimääräisellä vääntömomentilla, ilmaistuna prosentteina.

Lineaarisen liikkeen sovelluksissa vääntömomentin ripple-ilmiön pääasiallinen vaikutus on, että se aiheuttaa liikkeen epäjohdonmukaisuutta. Ja koska moottorin vääntömomenttia tarvitaan akselin kiihdyttämiseen tiettyyn nopeuteen, vääntömomentin ripple-ilmiö voi aiheuttaa nopeuden ripple-ilmiötä eli "nykivää" liikettä. Koneistuksen ja annostelun kaltaisissa sovelluksissa tällä epäjohdonmukaisella liikkeellä voi olla merkittävä vaikutus prosessiin tai lopputuotteeseen – kuten näkyvät vaihtelut työstökuvioissa tai annosteltujen liimojen paksuudessa. Muissa sovelluksissa, kuten poiminta- ja sijoitussovelluksissa, vääntömomentin ripple-ilmiö ja liikkeen tasaisuus eivät välttämättä ole kriittinen suorituskykyongelma. Toisin sanoen, ellei karheus ole niin voimakasta, että se aiheuttaa tärinää tai kuuluvaa melua – varsinkin jos tärinät herättävät resonansseja järjestelmän muissa osissa.

Moottorin tuottaman vääntömomentin ripple-arvon määrä riippuu kahdesta päätekijästä: moottorin rakenteesta ja sen ohjaustavasta.
Moottorin rakenne ja vääntömomentti

Moottorit, joiden roottoreissa on kestomagneetit – kuten harjattomat tasavirtamoottorit, askelmoottorit ja synkroniset vaihtovirtamoottorit – kokevat ilmiön, joka tunnetaan nimellä cogging eli cogging-vääntömomentti. Cogging-vääntömomentti (jota usein kutsutaan pidätysvääntömomentiksi askelmoottoreiden yhteydessä) johtuu roottorin ja staattorin hampaiden välisestä vetovoimasta tietyissä roottorin asennoissa.

Vaikka tyypillisesti vääntömomentti yhdistetään "loviin", jotka tuntuvat, kun moottoria pyöritetään käsin, vääntömomenttia esiintyy myös moottorin ollessa käynnissä, jolloin se vaikuttaa moottorin vääntömomentin aaltoiluun, erityisesti hitailla nopeuksilla.

On olemassa tapoja lieventää vääntömomentin aiheuttamaa epätasaista momentin tuotantoa – optimoimalla magneettinapojen ja -urien lukumäärää sekä kaventamalla tai muotoilemalla magneetteja ja uria niin, että ne menevät päällekkäin lukitusasennosta toiseen. Uudempi harjaton tasavirtamoottori – uriton eli sydämetön malli – poistaa vääntömomentin aiheuttaman vaikutuksen (vaikkakaan ei vääntömomentin aaltoilua) käyttämällä käämitettyä staattoriydintä, joten staattorissa ei ole hampaita, jotka aiheuttaisivat jaksottaisia ​​veto- ja hylkimisvoimia roottorin magneettien kanssa.
Moottorin kommutointi ja vääntömomentin ripple

Pysyvän magneettikentän harjattomat tasavirtamoottorit (BLDC) ja synkroniset vaihtovirtamoottorit erotetaan usein toisistaan ​​staattorien käämitystavan ja käyttämän kommutointimenetelmän perusteella. Pysyvän magneettikentän synkronisissa vaihtovirtamoottoreissa on sinimuotoisesti käämityt staattorit ja ne käyttävät sinimuotoista kommutointia. Tämä tarkoittaa, että moottoriin tulevaa virtaa säädetään jatkuvasti, joten vääntömomentti pysyy erittäin vakiona ja vääntömomentin ripple on pieni.

Liikkeenohjaussovelluksissa kestomagneetti-AC-moottoreissa (PMAC) voidaan käyttää kehittyneempää ohjausmenetelmää, joka tunnetaan nimellä kenttäorientoitunut ohjaus (FOC). Kenttäorientoidussa ohjauksessa kunkin käämin virta mitataan ja säädetään erikseen, joten vääntömomentin ripple pienenee entisestään. Tässä menetelmässä virransäätösilmukan kaistanleveys ja takaisinkytkentälaitteen resoluutio vaikuttavat myös vääntömomentin tuotannon laatuun ja vääntömomentin ripple-määrään. Ja edistyneet servokäyttöalgoritmit voivat edelleen vähentää tai jopa poistaa vääntömomentin ripple-ilmiön erittäin herkissä sovelluksissa.

Toisin kuin PMAC-moottoreissa, harjattomissa tasavirtamoottoreissa on trapetsikäärmeen muotoiset staattorit ja niissä käytetään tyypillisesti trapetsikäärmeen muotoista kommutointia. Trapetsikäärmeen muotoisessa kommutoinnissa kolme Hall-anturia antavat tietoa roottorin asennosta 60 sähköisen asteen välein. Tämä tarkoittaa, että virta syötetään käämeihin neliöaaltomuodossa, kuusi "askelta" moottorin sähköistä sykliä kohden. Mutta käämien virta ei voi nousta (tai laskea) välittömästi käämien induktanssin vuoksi, joten vääntömomentti vaihtelee jokaisessa vaiheessa eli 60 sähköisen asteen välein.

Koska vääntömomentin ripple-taajuus on verrannollinen moottorin pyörimisnopeuteen, suuremmilla nopeuksilla moottorin ja kuorman inertia voi tasoittaa tämän epäjohdonmukaisen vääntömomentin vaikutuksia. Mekaanisia menetelmiä vääntömomentin ripple-vaikutuksen vähentämiseksi BLDC-moottoreissa ovat staattorin käämien määrän tai roottorin napojen määrän lisääminen. Ja BLDC-moottorit – kuten PMAC-moottorit – voivat käyttää sinimuotoista ohjausta tai jopa kenttäorientoitunutta ohjausta vääntömomentin tuotannon tasaisuuden parantamiseksi, vaikka nämä menetelmät lisäävät järjestelmän kustannuksia ja monimutkaisuutta.