Les moteurs produisent un couple et une rotation grâce à l'interaction des champs magnétiques dans le rotor et le stator. Dans un moteur idéal, doté de composants mécaniques parfaitement usinés et assemblés et de champs électriques qui se développent et se dégradent instantanément, le couple de sortie serait parfaitement régulier, sans variations. Mais dans la réalité, divers facteurs peuvent entraîner des variations de couple, même minimes. 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 minimal 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, l'effet principal de l'ondulation de couple est l'irrégularité du mouvement. Comme le couple moteur est nécessaire pour accélérer un axe à une vitesse donnée, l'ondulation de couple peut provoquer des ondulations de vitesse, ou mouvements saccadés. Dans des applications telles que l'usinage et la dépose, ces mouvements irréguliers peuvent avoir un impact significatif sur le processus ou le produit final, par exemple des variations visibles des motifs d'usinage ou de l'épaisseur des adhésifs déposés. Dans d'autres applications, comme le pick and place, l'ondulation de couple et la régularité du mouvement peuvent ne pas constituer un problème de performance critique, sauf si la rugosité est suffisamment importante pour provoquer des vibrations ou des bruits audibles, en particulier si ces 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 de denture

Les moteurs à aimants permanents, comme les moteurs à courant continu sans balais, les moteurs pas à pas et les moteurs à courant alternatif synchrones, subissent un phénomène appelé couple d'encoche. Ce couple (souvent appelé couple de détente dans le contexte des moteurs pas à pas) est dû à l'attraction du rotor et des dents du stator à certaines positions du rotor.

Bien que généralement associé aux « encoches » qui peuvent être ressenties lorsqu'un moteur non alimenté est tourné à la main, le couple de cogging est également présent lorsque le moteur est alimenté, auquel cas il contribue à l'ondulation du couple du moteur, en particulier pendant le fonctionnement à basse vitesse.

Il existe des moyens d'atténuer le couple de cogging et la production de couple inégale qui en résulte : en optimisant le nombre de pôles magnétiques et d'encoches, et en inclinant ou en façonnant les aimants et les encoches pour créer un chevauchement d'une position de détente à la suivante. Un nouveau type de moteur à courant continu sans balais, la conception sans encoche ou sans noyau, supprime le couple de cogging (mais pas l'ondulation de couple) grâce à un noyau de stator bobiné. Ainsi, le stator ne comporte pas de dents susceptibles de créer des forces d'attraction et de répulsion périodiques avec les aimants du rotor.
Commutation du moteur et ondulation de couple

Les moteurs à courant continu sans balais à aimants permanents (BLDC) et les moteurs à courant alternatif synchrones se distinguent souvent par le bobinage de leurs stators et la méthode de commutation utilisée. Les moteurs à courant alternatif synchrones à aimants permanents ont des stators à bobinage sinusoïdal et utilisent une commutation sinusoïdale. Cela signifie que le courant alimentant le moteur est contrôlé en continu, ce qui permet de maintenir un couple de sortie très constant avec une faible ondulation de couple.

Pour les applications de contrôle de mouvement, les moteurs à courant alternatif à aimants permanents (PMAC) peuvent utiliser une méthode de contrôle plus avancée, appelée contrôle orienté champ (FOC). Avec ce contrôle, le courant dans chaque enroulement est mesuré et contrôlé indépendamment, réduisant ainsi encore davantage l'ondulation de couple. Grâce à cette méthode, la bande passante de la boucle de contrôle du courant et la résolution du dispositif de rétroaction influencent également la qualité du couple produit et l'intensité de l'ondulation de couple. De plus, des algorithmes avancés de servocommande permettent de réduire davantage, voire d'éliminer, l'ondulation de couple pour les applications extrêmement sensibles.

Contrairement aux moteurs PMAC, les moteurs CC sans balais ont des stators à enroulement trapézoïdal et utilisent généralement une commutation trapézoïdale. Avec cette commutation, trois capteurs à effet Hall fournissent des informations sur la position du rotor tous les 60 degrés électriques. Cela signifie que le courant est appliqué aux enroulements selon une forme d'onde carrée, avec six « pas » par cycle électrique du moteur. Cependant, le courant dans les enroulements ne peut pas augmenter (ou diminuer) instantanément en raison de leur inductance ; des variations de couple se produisent donc à chaque pas, soit tous les 60 degrés électriques.

La fréquence de l'ondulation de couple étant proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur, à des vitesses plus élevées, l'inertie du moteur et de la charge peut atténuer les effets de ce couple irrégulier. Les méthodes mécaniques permettant de réduire l'ondulation de couple dans les moteurs BLDC consistent notamment à augmenter le nombre d'enroulements du stator ou le nombre de pôles du rotor. De plus, les moteurs BLDC, comme les moteurs PMAC, peuvent utiliser une commande sinusoïdale, voire une commande à champ orienté, pour améliorer la régularité de la production de couple, bien que ces méthodes augmentent le coût et la complexité du système.