Moottorit tuottavat vääntömomentin ja pyörimisen roottorin ja staattorin magneettikenttien vuorovaikutuksen kautta. Ihanteellisessa moottorissa – täydellisesti koneistetuilla ja kootuilla mekaanisilla komponenteilla ja sähkökentillä, jotka muodostuvat ja heikkenevät välittömästi – vääntömomentti olisi täysin tasaista, ilman vaihteluita. Mutta todellisessa maailmassa on useita tekijöitä, jotka aiheuttavat vääntömomentin epäjohdonmukaisuuden - vaikka vain vähän. Tätä jännitteisen moottorin lähtömomentin jaksoittaista vaihtelua kutsutaan vääntömomentin aaltoiluksi.

Matemaattisesti vääntömomentin aaltoilu määritellään erona moottorin yhden mekaanisen kierroksen aikana tuotetun suurimman ja pienimmän vääntömomentin välillä jaettuna yhden kierroksen aikana tuotetulla keskimääräisellä vääntömomentilla ilmaistuna prosentteina.

Lineaarisen liikkeen sovelluksissa vääntömomentin aaltoilun pääasiallinen vaikutus on, että se aiheuttaa liikkeen epäjohdonmukaisuutta. Ja koska moottorin vääntömomentti vaaditaan akselin kiihdyttämiseen tiettyyn nopeuteen, vääntömomentin aaltoilu voi aiheuttaa nopeuden aaltoilua tai "nykivää" liikettä. Sovelluksissa, kuten koneistuksessa ja annostelussa, tällä epäjohdonmukaisella liikkeellä voi olla merkittävä vaikutus prosessiin tai lopputuotteeseen – kuten näkyviin vaihteluihin koneistuskuvioissa tai annosteltujen liimojen paksuudessa. Muissa sovelluksissa, kuten poiminta ja paikka, vääntömomentin aaltoilu ja liikkeen tasaisuus eivät välttämättä ole kriittisiä suorituskykyongelmia. Eli ellei epätasaisuus ole tarpeeksi voimakasta aiheuttaakseen tärinää tai kuuluvaa melua – varsinkin jos tärinä herättää resonansseja järjestelmän muissa osissa.

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

Moottorit, jotka käyttävät kestomagneetteja roottoreissaan - kuten harjattomat DC-moottorit, askelmoottorit ja synkroniset AC-moottorit - kokevat ilmiön, joka tunnetaan nimellä hammastusmomentti. Hammastusmomentti (kutsutaan usein pidätysmomentiksi askelmoottoreiden yhteydessä) johtuu roottorin ja staattorin hampaiden vetovoimasta tietyissä roottorin asennoissa.

Vaikka se tyypillisesti liittyy "lovisiin", jotka voidaan tuntea, kun moottoria ei pyöritetä käsin, jarrutusmomenttia esiintyy myös moottorin ollessa käynnissä, jolloin se edistää moottorin vääntömomentin aaltoilua erityisesti hitaalla nopeudella.

On olemassa tapoja lieventää vääntömomenttia ja siitä johtuvaa epätasaista vääntömomentin tuotantoa – optimoimalla magneettinapojen ja rakojen lukumäärää sekä vinouttamalla tai muotoilemalla magneetteja ja uria päällekkäisyyksien luomiseksi pidätinasennosta toiseen. Ja uudempi harjaton DC-moottori – uraton tai ytimetön malli – poistaa vääntömomentin (vaikkakaan ei vääntömomentin aaltoilua) käyttämällä kierrettyä staattorin sydäntä, joten staattorissa ei ole hampaita luomaan jaksoittaisia ​​houkuttelevia ja hylkiviä voimia. roottorin magneettien kanssa.
Moottorin kommutointi ja vääntömomentin aaltoilu

Kestomagneettiset harjattomat tasavirtamoottorit (BLDC) ja synkroniset AC-moottorit erotetaan usein staattorien käämitystavoista ja käyttämästä kommutointimenetelmästä. Kestomagneettisynkronisissa AC-moottoreissa on sinimuotoisesti käämityt staattorit ja ne käyttävät sinimuotoista kommutaatiota. Tämä tarkoittaa, että moottoriin menevää virtaa ohjataan jatkuvasti, joten vääntömomentti pysyy hyvin vakiona alhaisella vääntömomentin aaltoilulla.

Liikeohjaussovelluksissa kestomagneetti-AC (PMAC) -moottorit voivat käyttää kehittyneempää ohjausmenetelmää, joka tunnetaan nimellä kenttäorientoitu ohjaus (FOC). Kenttäsuuntautuneessa ohjauksessa kunkin käämin virta mitataan ja ohjataan itsenäisesti, joten vääntömomentin aaltoilu pienenee entisestään. Tällä menetelmällä virransäätösilmukan kaistanleveys ja takaisinkytkentälaitteen resoluutio vaikuttavat myös vääntömomentin tuotannon laatuun ja vääntömomentin aaltoilun määrään. Ja kehittyneet servokäyttöalgoritmit voivat edelleen vähentää tai jopa poistaa vääntömomentin aaltoilua erittäin herkissä sovelluksissa.

Toisin kuin PMAC-moottoreissa, harjattomissa tasavirtamoottoreissa on puolisuunnikkaan käämityt staattorit ja ne käyttävät tyypillisesti puolisuunnikkaan muotoista kommutaatiota. Puolisuunnikkaan kommutoinnin avulla kolme Hall-anturia antavat tietoa roottorin asennosta 60 sähköasteen välein. Tämä tarkoittaa, että käämiin syötetään virtaa neliömäisessä aaltomuodossa kuusi "askelta" moottorin sähköjaksoa kohti. Mutta käämien virta ei voi nousta (tai laskea) välittömästi käämien induktanssin vuoksi, joten vääntömomentin vaihteluita tapahtuu jokaisessa vaiheessa tai 60 sähköasteen välein.

Koska vääntömomentin aaltoilutaajuus on verrannollinen moottorin pyörimisnopeuteen, suuremmilla nopeuksilla moottori ja kuorman hitaus voivat tasoittaa tämän epäjohdonmukaisen vääntömomentin vaikutuksia. Mekaanisia menetelmiä vääntömomentin aaltoilun vähentämiseksi BLDC-moottoreissa ovat staattorin käämien tai roottorin napojen määrän lisääminen. Ja BLDC-moottorit - kuten PMAC-moottorit - voivat käyttää sinimuotoista ohjausta tai jopa kenttäsuuntautunutta ohjausta parantaakseen vääntömomentin tuotannon tasaisuutta, vaikka nämä menetelmät lisäävät järjestelmän kustannuksia ja monimutkaisuutta.