Les moteurs produisent un couple et une rotation grâce à l'interaction des champs magnétiques du rotor et du stator. Dans un moteur idéal — doté de composants mécaniques parfaitement usinés et assemblés, et de champs électriques qui se créent et s'atténuent instantanément — le couple de sortie serait parfaitement régulier, sans aucune variation. Mais en réalité, divers facteurs entraînent des variations, même minimes, du couple de sortie. Cette fluctuation périodique du couple de sortie d'un moteur sous tension est appelée ondulation de couple.

Mathématiquement, l'ondulation de couple est définie comme la différence entre le couple maximal et le couple minimal produits sur une révolution mécanique du moteur, divisée par le couple moyen produit sur une révolution, exprimée en pourcentage.

Dans les applications de mouvement linéaire, l'ondulation du couple provoque principalement une irrégularité du mouvement. Le couple moteur étant nécessaire pour accélérer un axe à une vitesse donnée, cette ondulation peut engendrer une ondulation de vitesse, ou un mouvement saccadé. Dans des applications telles que l'usinage et le dosage, cette irrégularité peut avoir un impact significatif sur le processus ou le produit final, se traduisant par des variations visibles dans les motifs d'usinage ou dans l'épaisseur des adhésifs déposés. Dans d'autres applications, comme le prélèvement et le placement, l'ondulation du couple et la régularité du mouvement ne constituent généralement pas un facteur critique de performance. Toutefois, sauf si la rugosité est suffisamment importante pour provoquer des vibrations ou un bruit audible, notamment si ces vibrations induisent des résonances dans d'autres parties du système.

L'amplitude des ondulations de couple produites par un moteur dépend de deux facteurs principaux : la construction du moteur et son mode de commande.
Construction du moteur et couple de crantage

Les moteurs utilisant des aimants permanents dans leur rotor — tels que les moteurs CC sans balais, les moteurs pas à pas et les moteurs CA synchrones — subissent un phénomène appelé couple de crantage. Ce couple (souvent désigné comme couple de détente dans le contexte des moteurs pas à pas) est dû à l'attraction entre les dents du rotor et celles du stator à certaines positions du rotor.

Bien que généralement associé aux « crans » que l'on peut ressentir lorsqu'on fait tourner à la main un moteur non alimenté, le couple de crantage est également présent lorsque le moteur est alimenté, auquel cas il contribue à l'ondulation du couple du moteur, notamment lors d'un fonctionnement à basse vitesse.

Il existe des moyens d'atténuer le couple de crantage et la production de couple irrégulière qui en résulte : optimiser le nombre de pôles magnétiques et d'encoches, et incliner ou façonner les aimants et les encoches afin de créer un chevauchement entre deux positions d'enclenchement. Un nouveau type de moteur CC sans balais, le moteur sans encoches (ou sans noyau), élimine le couple de crantage (mais pas l'ondulation de couple) grâce à un noyau de stator bobiné. Ainsi, l'absence de dents dans le stator évite les forces d'attraction et de répulsion périodiques avec les aimants du rotor.
commutation du moteur et ondulation du couple

Les moteurs à courant continu sans balais (BLDC) à aimant permanent et les moteurs à courant alternatif synchrone se distinguent souvent par le bobinage de leur stator et leur mode de commutation. Les moteurs synchrones à aimant permanent possèdent un stator bobiné de façon sinusoïdale et utilisent une commutation sinusoïdale. Ainsi, le courant alimentant le moteur est contrôlé en continu, ce qui garantit un couple de sortie très constant avec une faible ondulation.

Pour les applications de commande de mouvement, les moteurs à courant alternatif à aimants permanents (PMAC) peuvent utiliser une méthode de commande plus avancée appelée commande vectorielle (FOC). Avec la commande vectorielle, le courant dans chaque enroulement est mesuré et contrôlé indépendamment, ce qui réduit encore davantage l'ondulation du couple. Dans ce cas, la bande passante de la boucle de contrôle du courant et la résolution du dispositif de rétroaction influent également sur la qualité du couple produit et sur l'amplitude de l'ondulation. Enfin, des algorithmes de servocommande avancés permettent de réduire encore davantage, voire d'éliminer, l'ondulation du couple pour les applications extrêmement sensibles.

Contrairement aux moteurs PMAC, les moteurs CC sans balais possèdent des stators à enroulement trapézoïdal et utilisent généralement une commutation trapézoïdale. Dans ce système, trois capteurs à effet Hall fournissent des informations sur la position du rotor tous les 60 degrés électriques. Le courant est ainsi appliqué aux enroulements sous forme d'onde carrée, avec six paliers par cycle électrique du moteur. Cependant, en raison de l'inductance des enroulements, le courant ne peut augmenter (ni diminuer) instantanément ; des variations de couple apparaissent donc à chaque palier, soit tous les 60 degrés électriques.

Comme la fréquence des ondulations de couple est proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur, à haute vitesse, l'inertie du moteur et de la charge contribue à lisser les effets de ces variations de couple. Parmi les méthodes mécaniques permettant de réduire les ondulations de couple dans les moteurs BLDC, on peut citer l'augmentation du nombre de spires du stator ou du nombre de pôles du rotor. De plus, les moteurs BLDC, à l'instar des moteurs PMAC, peuvent utiliser une commande sinusoïdale, voire une commande vectorielle, pour améliorer la régularité du couple, bien que ces méthodes augmentent le coût et la complexité du système.