Электродвигатели создают крутящий момент и вращение за счет взаимодействия магнитных полей в роторе и статоре. В идеальном двигателе — с идеально обработанными и собранными механическими компонентами и мгновенно возникающими и затухающими электрическими полями — выходной крутящий момент был бы идеально плавным, без каких-либо колебаний. Но в реальном мире существует множество факторов, которые приводят к непостоянству выходного крутящего момента — даже если это лишь небольшая величина. Это периодическое колебание выходного крутящего момента работающего двигателя называется пульсацией крутящего момента.

Математически пульсация крутящего момента определяется как разница между максимальным и минимальным крутящим моментом, создаваемым за один механический оборот двигателя, деленная на средний крутящий момент, создаваемый за один оборот, выраженная в процентах.

В приложениях с линейным перемещением основным эффектом пульсаций крутящего момента является непостоянство движения. Поскольку для разгона оси до заданной скорости требуется крутящий момент двигателя, пульсации крутящего момента могут вызывать пульсации скорости, или «рывки» в движении. В таких приложениях, как механическая обработка и дозирование, это непостоянное движение может существенно влиять на процесс или конечный продукт — например, на видимые изменения в схемах обработки или в толщине наносимого клея. В других приложениях, таких как операции захвата и перемещения, пульсации крутящего момента и плавность движения могут не являться критической проблемой производительности. Это справедливо, если только шероховатость не настолько сильна, чтобы вызывать вибрации или слышимый шум — особенно если вибрации вызывают резонансы в других частях системы.

Величина пульсаций крутящего момента, создаваемых двигателем, зависит от двух основных факторов: конструкции двигателя и метода его управления.
Конструкция двигателя и зубчатый момент

В двигателях, использующих постоянные магниты в роторах — таких как бесщеточные двигатели постоянного тока, шаговые двигатели и синхронные двигатели переменного тока — наблюдается явление, известное как пульсация крутящего момента, или пульсация момента. Пульсация момента (часто называемая моментом фиксации в контексте шаговых двигателей) возникает из-за притяжения ротора и зубцов статора в определенных положениях ротора.

Хотя пульсация крутящего момента обычно ассоциируется с «зубцами», которые ощущаются при ручном вращении двигателя без питания, она также присутствует и при включенном двигателе, в этом случае она способствует пульсациям крутящего момента, особенно при работе на низких скоростях.

Существуют способы уменьшения пульсаций крутящего момента и вызванного ими неравномерного распределения крутящего момента — путем оптимизации количества магнитных полюсов и пазов, а также путем наклона или изменения формы магнитов и пазов для создания перекрытия между положениями фиксации. Более новый тип бесщеточного двигателя постоянного тока — бесщелевая конструкция — устраняет пульсации крутящего момента (хотя и не пульсации крутящего момента) за счет использования намотанного сердечника статора, поэтому в статоре отсутствуют зубцы, создающие периодические силы притяжения и отталкивания с магнитами ротора.
Коммутация двигателя и пульсации крутящего момента

Бесщеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (BLDC) и синхронные двигатели переменного тока часто различаются способом намотки статора и используемым методом коммутации. Синхронные двигатели переменного тока с постоянными магнитами имеют синусоидальную намотку статора и используют синусоидальную коммутацию. Это означает, что ток, подаваемый на двигатель, постоянно регулируется, поэтому выходной крутящий момент остается очень постоянным с низким уровнем пульсаций.

Для управления движением в двигателях переменного тока с постоянными магнитами (PMAC) может использоваться более совершенный метод управления, известный как полеориентированное управление (FOC). При полеориентированном управлении ток в каждой обмотке измеряется и контролируется независимо, что еще больше снижает пульсации крутящего момента. При этом методе полоса пропускания контура управления током и разрешение устройства обратной связи также влияют на качество создания крутящего момента и величину пульсаций крутящего момента. А усовершенствованные алгоритмы сервопривода могут еще больше уменьшить или даже полностью устранить пульсации крутящего момента для чрезвычайно чувствительных приложений.

В отличие от двигателей с постоянными магнитами, бесщеточные двигатели постоянного тока имеют статоры с трапецеидальной обмоткой и обычно используют трапецеидальную коммутацию. При трапецеидальной коммутации три датчика Холла предоставляют информацию о положении ротора каждые 60 электрических градусов. Это означает, что ток подается на обмотки в виде прямоугольной волны с шестью «шагами» за электрический цикл двигателя. Но ток в обмотках не может мгновенно возрастать (или убывать) из-за индуктивности обмоток, поэтому на каждом шаге, или каждые 60 электрических градусов, происходят изменения крутящего момента.

Поскольку частота пульсаций крутящего момента пропорциональна скорости вращения двигателя, на более высоких скоростях инерция двигателя и нагрузки может сглаживать воздействие этого непостоянного крутящего момента. Механические методы уменьшения пульсаций крутящего момента в бесщеточных двигателях постоянного тока включают увеличение количества обмоток в статоре или количества полюсов в роторе. Кроме того, бесщеточные двигатели постоянного тока, как и двигатели с постоянными магнитами, могут использовать синусоидальное управление или даже управление с ориентацией поля для повышения плавности создания крутящего момента, хотя эти методы увеличивают стоимость и сложность системы.