Двигатели создают крутящий момент и вращение посредством взаимодействия магнитных полей в роторе и статоре. В идеальном двигателе — с механическими компонентами, которые идеально обработаны и собраны, и электрическими полями, которые возникают и исчезают мгновенно — выходной крутящий момент был бы идеально ровным, без изменений. Но в реальном мире существует множество факторов, которые приводят к тому, что выходной крутящий момент становится непостоянным — даже если и на небольшую величину. Это периодическое колебание выходного крутящего момента включенного 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 линейного движения основным эффектом пульсации крутящего момента является то, что она делает движение непоследовательным. И поскольку крутящий момент двигателя требуется для ускорения оси до заданной скорости, пульсация крутящего момента может вызвать пульсацию скорости или «рывковое» движение. В таких приложениях, как обработка и дозирование, это непоследовательное движение может оказать существенное влияние на процесс или конечный продукт — например, видимые изменения в шаблонах обработки или в толщине дозируемых клеев. В других приложениях, таких как захват и размещение, пульсация крутящего момента и плавность движения могут не быть критической проблемой производительности. То есть, если только шероховатость не настолько серьезна, чтобы вызывать вибрации или слышимый шум — особенно если вибрации возбуждают резонансы в других частях системы.

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

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

Хотя зубцовый момент обычно ассоциируется с «зазубринами», которые можно почувствовать при вращении двигателя без питания вручную, он также присутствует при включенном двигателе и в этом случае способствует пульсации крутящего момента двигателя, особенно при работе на низкой скорости.

Существуют способы смягчить зубцовый момент и неравномерное производство крутящего момента, которое является результатом этого — путем оптимизации количества магнитных полюсов и пазов, а также путем перекоса или формирования магнитов и пазов для создания перекрытия от одного положения фиксатора к другому. А более новый тип бесщеточного двигателя постоянного тока — конструкция без пазов или без сердечника — устраняет зубцовый момент (хотя и не пульсацию момента) с помощью намотанного сердечника статора, поэтому в статоре нет зубцов, которые создавали бы периодические силы притяжения и отталкивания с магнитами ротора.
Коммутация двигателя и пульсация крутящего момента

Бесщеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами (BLDC) и синхронные двигатели переменного тока часто различаются по способу намотки их статоров и используемому ими методу коммутации. Синхронные двигатели переменного тока с постоянными магнитами имеют синусоидально намотанные статоры и используют синусоидальную коммутацию. Это означает, что ток в двигателе непрерывно контролируется, поэтому выходной крутящий момент остается очень постоянным с низкой пульсацией крутящего момента.

Для приложений управления движением двигатели переменного тока с постоянными магнитами (PMAC) могут использовать более продвинутый метод управления, известный как управление с ориентацией поля (FOC). При управлении с ориентацией поля ток в каждой обмотке измеряется и контролируется независимо, поэтому пульсация крутящего момента уменьшается еще больше. При этом методе полоса пропускания контура управления током и разрешение устройства обратной связи также влияют на качество создания крутящего момента и величину пульсации крутящего момента. А усовершенствованные алгоритмы сервопривода могут дополнительно уменьшить или даже устранить пульсацию крутящего момента для чрезвычайно чувствительных приложений.

В отличие от двигателей PMAC, бесщеточные двигатели постоянного тока имеют трапециевидно намотанные статоры 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 прямоугольной волны с шестью «шагами» на электрический цикл двигателя. Но ток в обмотках не может расти (или падать) мгновенно из-за индуктивности обмоток, поэтому изменения крутящего момента происходят на каждом шаге или каждые 60 электрических градусов.

Поскольку частота пульсации крутящего момента пропорциональна скорости вращения двигателя, на более высоких скоростях инерция двигателя и нагрузки может сглаживать эффекты этого непостоянного крутящего момента. Механические методы снижения пульсации крутящего момента в двигателях BLDC включают увеличение числа обмоток в статоре или числа полюсов в роторе. И двигатели BLDC — как и двигатели PMAC — могут использовать синусоидальное управление или даже управление с ориентацией по полю для улучшения плавности производства крутящего момента, хотя эти методы увеличивают стоимость и сложность системы.