モーターは、ローターとステーター内の磁場の相互作用によってトルクと回転を生成します。理想的なモーターでは、機械部品が完全に機械加工され組み立てられ、電場が瞬時に構築および減衰するため、トルク出力は完全にスムーズで、変動はありません。しかし、現実の世界では、たとえわずかな量であっても、トルク出力の一貫性を失わせるさまざまな要因が存在します。通電されたモーターの出力トルクのこの周期的な変動は、トルクリップルと呼ばれます。

数学的には、トルク リップルは、モーターの機械の 1 回転にわたって生成される最大トルクと最小トルクの差を、1 回転にわたって生成される平均トルクで割ったものとして定義され、パーセントで表されます。

直線運動のアプリケーションでは、トルク リップルの主な影響は、運動に一貫性がなくなることです。また、軸を指定された速度まで加速するにはモーター トルクが必要であるため、トルク リップルによって速度リップル、つまり「ぎくしゃくした」動作が発生する可能性があります。機械加工や塗布などの用途では、この一貫性のない動作が、加工パターンや塗布される接着剤の厚さの目に見えるばらつきなど、プロセスや最終製品に重大な影響を与える可能性があります。ピック アンド プレースなどの他の用途では、トルク リップルや動作の滑らかさは重大な性能問題ではない可能性があります。ただし、粗さが振動や可聴ノイズを引き起こすほど深刻でない限り、特に振動がシステムの他の部分で共鳴を引き起こす場合は除きます。

モーターが生成するトルクリップルの量は、モーターの構造と制御方法という 2 つの主な要因によって決まります。
モーターの構造とコギングトルク

ブラシレス DC モーター、ステッピング モーター、同期 AC モーターなど、回転子に永久磁石を使用するモーターでは、コギングまたはコギング トルクとして知られる現象が発生します。コギング トルク (ステッピング モーターの文脈ではディテント トルクと呼ばれることが多い) は、特定のローター位置でのローターとステーターの歯の引力によって発生します。

通常、コギング トルクは、電力が供給されていないモーターを手で回すときに感じられる「ノッチ」に関連していますが、モーターに電力が供給されている場合にも存在し、この場合、特に低速動作時にモーターのトルク リップルに寄与します。

コギングトルクとそれに起因する不均一なトルク生成を軽減する方法はあります。それは、磁極とスロットの数を最適化したり、磁石とスロットを傾けたり成形してある戻り止め位置から次の戻り止め位置までのオーバーラップを作成したりすることです。そして、新しいタイプのブラシレス DC モーター (スロットレスまたはコアレス設計) は、巻線ステーター コアを使用することでコギング トルク (トルク リップルではありません) を排除するため、ステーターには周期的な引力と反発力を生み出す歯がありません。ローターマグネット付き。
モーターの転流とトルクリップル

永久磁石ブラシレス DC (BLDC) モーターと同期 AC モーターは、多くの場合、ステーターの巻き方と使用する整流方法によって区別されます。永久磁石同期 AC モーターは正弦波状に巻かれた固定子を備えており、正弦波整流を使用します。これは、モーターへの電流が継続的に制御されるため、トルク出力が非常に一定に保たれ、トルクリップルが低いことを意味します。

モーション制御アプリケーションの場合、永久磁石 AC (PMAC) モーターは、フィールド指向制御 (FOC) として知られるより高度な制御方法を使用する場合があります。フィールド指向制御では、各巻線の電流が個別に測定および制御されるため、トルク リップルがさらに低減されます。この方法では、電流制御ループの帯域幅とフィードバック デバイスの分解能もトルク生成の品質とトルク リップルの量に影響します。また、高度なサーボ ドライブ アルゴリズムにより、非常に敏感なアプリケーションのトルク リップルをさらに削減、または排除することもできます。

PMAC モーターとは対照的に、ブラシレス DC モーターには台形に巻かれた固定子があり、通常は台形整流を使用します。台形整流では、3 つのホール センサーが電気角 60 度ごとのローターの位置に関する情報を提供します。これは、モーターの電気サイクルごとに 6 つの「ステップ」で、電流が方形波形で巻線に印加されることを意味します。しかし、巻線のインダクタンスのため、巻線内の電流は瞬時に増加 (または減少) できないため、トルクの変動は各ステップ、つまり電気角 60 度ごとに発生します。

トルクリップルの周波数はモーターの回転速度に比例するため、高速ではモーターと負荷の慣性がこの不均一なトルクの影響を平滑化する役割を果たします。 BLDC モーターのトルク リップルを低減する機械的方法には、ステーターの巻線数やローターの極数を増やすことが含まれます。また、BLDC モーター (PMAC モーターと同様) は、正弦波制御やフィールド指向制御を使用してトルク生成の滑らかさを向上させることができますが、これらの方法ではシステムのコストと複雑さが増加します。