Двигатели создают крутящий момент и вращение за счет взаимодействия магнитных полей в роторе и статоре.В идеальном двигателе — с механическими компонентами, которые идеально обработаны и собраны, и электрическими полями, которые возникают и затухают мгновенно — выходной крутящий момент будет идеально плавным, без каких-либо изменений.Но в реальном мире существует множество факторов, которые приводят к непостоянству выходного крутящего момента — даже если только на небольшую величину.Эти периодические колебания выходного крутящего момента двигателя под напряжением называются пульсациями 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, выраженный в процентах.

В приложениях с линейным движением основной эффект пульсаций крутящего момента заключается в том, что они приводят к нестабильности движения.А поскольку для ускорения оси до заданной скорости необходим крутящий момент двигателя, пульсации крутящего момента могут вызвать пульсации скорости или «рывистое» движение.В таких приложениях, как механическая обработка и дозирование, это неравномерное движение может оказать существенное влияние на процесс или конечный продукт, например, из-за видимых изменений в схемах обработки или толщине наносимого клея.В других приложениях, таких как захват и установка, пульсации крутящего момента и плавность движения могут не быть критической проблемой производительности.То есть, если только шероховатость не настолько серьезна, чтобы вызвать вибрацию 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 крутящий момент

Двигатели, в роторах которых используются постоянные магниты, такие как бесщеточные двигатели постоянного тока, шаговые двигатели и синхронные двигатели переменного тока, испытывают явление, известное как зубцовый момент или зубцовый момент.Зубчатый момент (часто называемый фиксирующим моментом в контексте шаговых двигателей) вызван притяжением ротора и зубцов статора в определенных положениях ротора.

Хотя обычно это связано с «зазубринами», которые можно почувствовать, когда двигатель без питания вращается вручную, зубцовый момент также присутствует, когда двигатель включен, и в этом случае он способствует пульсациям крутящего момента двигателя, особенно во время работы на низкой скорости.

Существуют способы смягчить зубчатый крутящий момент и возникающую в результате него неравномерность создания крутящего момента — за счет оптимизации количества магнитных полюсов и пазов, а также путем перекоса или придания формы магнитам и пазам для создания перекрытия от одного положения фиксации к другому.А новый тип бесщеточного двигателя постоянного тока — конструкция без пазов или без сердечника — устраняет зубцовый крутящий момент (но не пульсации крутящего момента) за счет использования намотанного сердечника статора, поэтому в статоре нет зубцов, создающих 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 по способу намотки статоров и используемому методу коммутации.Синхронные двигатели переменного тока с постоянными магнитами имеют статоры с синусоидальной обмоткой и используют синусоидальную коммутацию.Это означает, что ток двигателя постоянно контролируется, поэтому выходной крутящий момент остается очень постоянным с низкими пульсациями крутящего момента.

Для приложений управления движением двигатели переменного тока с постоянными магнитами (PMAC) могут использовать более совершенный метод управления, известный как управление с ориентацией по полю (FOC).При управлении, ориентированном на поле, ток в каждой обмотке измеряется и контролируется независимо, поэтому пульсации крутящего момента уменьшаются еще больше.При использовании этого метода полоса пропускания контура регулирования тока 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 устранить пульсации крутящего момента в чрезвычайно чувствительных приложениях.

В отличие от двигателей PMAC, бесщеточные двигатели постоянного тока имеют статоры с трапециевидной обмоткой и обычно используют трапециевидную коммутацию.При трапециевидной коммутации три датчика Холла предоставляют информацию о положении ротора каждые 60 электрических градусов.Это означает, что ток подается на обмотки в форме прямоугольного сигнала с шестью «шагами» за электрический цикл двигателя.Но ток в обмотках не может мгновенно увеличиваться (или уменьшаться) из-за индуктивности обмоток, поэтому изменения крутящего момента происходят на каждом шаге или каждые 60 электрических градусов.

Поскольку частота пульсаций крутящего момента пропорциональна скорости вращения двигателя, на более высоких скоростях инерция двигателя и нагрузки может сгладить влияние этого непостоянного крутящего момента.Механические методы уменьшения пульсаций крутящего момента в двигателях BLDC включают увеличение количества обмоток статора или количества полюсов ротора.А двигатели BLDC, как и двигатели PMAC, могут использовать синусоидальное управление или даже управление, ориентированное на поле, для повышения плавности создания крутящего момента, хотя эти методы увеличивают стоимость и сложность системы.