Les moteurs produisent du couple et de la rotation grâce à l'interaction des champs magnétiques dans le rotor et le stator. Dans un moteur idéal – avec des composants mécaniques parfaitement usinés et assemblés et des champs électriques qui se développent et diminuent instantanément – ​​le couple de sortie serait parfaitement fluide, sans variations. Mais dans le monde réel, il existe une variété de facteurs qui rendent la sortie du couple incohérente, même si ce n'est que dans une petite mesure. Cette fluctuation périodique du couple de sortie d'un moteur sous tension est appelée ondulation du couple.

Mathématiquement, l'ondulation du couple est définie comme la différence entre le couple maximum et minimum produit sur un tour mécanique du moteur, divisée par le couple moyen produit sur un tour, exprimée en pourcentage.

Dans les applications de mouvement linéaire, le principal effet de l’ondulation du couple est qu’elle rend le mouvement incohérent. Et comme le couple moteur est nécessaire pour accélérer un axe jusqu'à une vitesse spécifiée, l'ondulation du couple peut provoquer une ondulation de la vitesse, ou un mouvement « saccadé ». Dans des applications telles que l'usinage et la distribution, ce mouvement incohérent peut avoir un effet significatif sur le processus ou le produit final, comme des variations visibles dans les modèles d'usinage ou dans l'épaisseur des adhésifs distribués. Dans d'autres applications, telles que le pick and place, l'ondulation du couple et la fluidité du mouvement peuvent ne pas constituer un problème de performances critique. Autrement dit, à moins que la rugosité ne soit suffisamment grave pour provoquer des vibrations ou un bruit audible, en particulier si les vibrations provoquent des résonances dans d'autres parties du système.

La quantité d'ondulation de couple produite par un moteur dépend de deux facteurs principaux : la construction du moteur et sa méthode de contrôle.
Construction du moteur et couple d'engrenage

Les moteurs qui utilisent des aimants permanents dans leurs rotors, tels que les moteurs à courant continu sans balais, les moteurs pas à pas et les moteurs à courant alternatif synchrones, subissent un phénomène connu sous le nom de cogging ou couple de cogging. Le couple de cogging (souvent appelé couple de détente dans le contexte des moteurs pas à pas) est provoqué par l'attraction du rotor et des dents du stator à certaines positions du rotor.

Bien qu'il soit généralement associé aux « encoches » qui peuvent être ressenties lorsqu'un moteur non alimenté est tourné à la main, le couple d'encoche est également présent lorsque le moteur est alimenté, auquel cas il contribue à l'ondulation du couple du moteur, en particulier lors d'un fonctionnement à vitesse lente.

Il existe des moyens d'atténuer le couple d'encoche et la production inégale de couple qui en résulte — en optimisant le nombre de pôles et de fentes magnétiques, et en inclinant ou en façonnant les aimants et les fentes pour créer un chevauchement d'une position de détente à la suivante. Et un type plus récent de moteur à courant continu sans balais - la conception sans fente ou sans noyau - supprime le couple denté (mais pas l'ondulation du couple) en utilisant un noyau de stator enroulé, de sorte qu'il n'y a pas de dents dans le stator pour créer des forces d'attraction et de répulsion périodiques. avec les aimants du rotor.
Commutation moteur et ondulation du couple

Les moteurs CC sans balais à aimant permanent (BLDC) et les moteurs CA synchrones se différencient souvent par la manière dont leurs stators sont bobinés et la méthode de commutation qu'ils utilisent. Les moteurs à courant alternatif synchrone à aimant permanent ont des stators à enroulement sinusoïdal et utilisent une commutation sinusoïdale. Cela signifie que le courant circulant dans le moteur est contrôlé en permanence, de sorte que le couple de sortie reste très constant avec une faible ondulation du couple.

Pour les applications de contrôle de mouvement, les moteurs AC à aimant permanent (PMAC) peuvent utiliser une méthode de contrôle plus avancée connue sous le nom de contrôle orienté champ (FOC). Avec le contrôle orienté champ, le courant dans chaque enroulement est mesuré et contrôlé indépendamment, de sorte que l'ondulation du couple est encore réduite. Avec cette méthode, la bande passante de la boucle de contrôle de courant et la résolution du dispositif de rétroaction affectent également la qualité de la production de couple et la quantité d'ondulation du couple. Et les algorithmes avancés des servomoteurs peuvent réduire davantage, voire éliminer, l'ondulation du couple pour les applications extrêmement sensibles.

Contrairement aux moteurs PMAC, les moteurs à courant continu sans balais ont des stators enroulés de manière trapézoïdale et utilisent généralement une commutation trapézoïdale. A commutation trapézoïdale, trois capteurs Hall fournissent des informations sur la position du rotor tous les 60 degrés électriques. Cela signifie que le courant est appliqué aux enroulements sous une forme d’onde carrée, avec six « étapes » par cycle électrique du moteur. Mais le courant dans les enroulements ne peut pas augmenter (ou diminuer) instantanément en raison de l'inductance des enroulements, de sorte que des variations de couple se produisent à chaque étape, ou tous les 60 degrés électriques.

Étant donné que la fréquence de l'ondulation du couple est proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur, à des vitesses plus élevées, l'inertie du moteur et de la charge peut servir à atténuer les effets de ce couple incohérent. Les méthodes mécaniques permettant de réduire l'ondulation du couple dans les moteurs BLDC consistent à augmenter le nombre d'enroulements dans le stator ou le nombre de pôles dans le rotor. Et les moteurs BLDC, comme les moteurs PMAC, peuvent utiliser une commande sinusoïdale ou même une commande orientée champ pour améliorer la fluidité de la production de couple, bien que ces méthodes augmentent le coût et la complexité du système.