I motori producono coppia e rotazione grazie all'interazione dei campi magnetici nel rotore e nello statore. In un motore ideale, con componenti meccanici perfettamente lavorati e assemblati e campi elettrici che si generano e si dissipano istantaneamente, la coppia erogata sarebbe perfettamente uniforme, senza variazioni. Tuttavia, nella realtà, diversi fattori possono causare fluttuazioni periodiche della coppia erogata, anche minime. Questa oscillazione periodica della coppia di un motore in funzione è detta ondulazione di coppia.

Matematicamente, l'ondulazione di coppia è definita come la differenza tra la coppia massima e minima prodotta durante una rotazione meccanica del motore, divisa per la coppia media prodotta durante una rotazione, espressa in percentuale.

Nelle applicazioni di movimento lineare, l'effetto principale dell'ondulazione di coppia è la sua incoerenza. Poiché la coppia del motore è necessaria per accelerare un asse a una velocità specifica, l'ondulazione di coppia può causare un'ondulazione di velocità, ovvero un movimento "a scatti". In applicazioni come la lavorazione e l'erogazione, questo movimento incoerente può avere un impatto significativo sul processo o sul prodotto finale, ad esempio con variazioni visibili nei modelli di lavorazione o nello spessore degli adesivi erogati. In altre applicazioni, come il prelievo e il posizionamento, l'ondulazione di coppia e la fluidità del movimento potrebbero non rappresentare un problema critico per le prestazioni. Questo, a meno che la rugosità non sia sufficientemente elevata da causare vibrazioni o rumore udibile, soprattutto se le vibrazioni eccitano risonanze in altre parti del sistema.

L'entità dell'ondulazione di coppia prodotta da un motore dipende da due fattori principali: la costruzione del motore e il suo metodo di controllo.
Costruzione del motore e coppia di ricircolo

I motori che utilizzano magneti permanenti nei loro rotori, come i motori brushless a corrente continua, i motori passo-passo e i motori sincroni a corrente alternata, sono soggetti a un fenomeno noto come cogging o coppia di cogging. La coppia di cogging (spesso chiamata coppia di ritegno nel contesto dei motori passo-passo) è causata dall'attrazione tra i denti del rotore e dello statore in determinate posizioni del rotore.

Sebbene tipicamente associata alle "scatte" che si possono percepire quando un motore spento viene azionato a mano, la coppia di cogging è presente anche quando il motore è alimentato, nel qual caso contribuisce all'ondulazione della coppia del motore, soprattutto durante il funzionamento a bassa velocità.

Esistono metodi per attenuare la coppia di riluttanza e la conseguente produzione irregolare di coppia, ad esempio ottimizzando il numero di poli magnetici e di cave, e inclinando o modellando i magneti e le cave per creare una sovrapposizione tra una posizione di scatto e l'altra. Inoltre, un nuovo tipo di motore brushless a corrente continua, quello senza cave o senza nucleo, elimina la coppia di riluttanza (pur non riducendo l'ondulazione di coppia) utilizzando un nucleo statorico avvolto, in modo che non vi siano denti nello statore a creare forze attrattive e repulsive periodiche con i magneti del rotore.
Commutazione del motore e ondulazione della coppia

I motori a corrente continua senza spazzole a magneti permanenti (BLDC) e i motori sincroni a corrente alternata (AC) si distinguono spesso per il modo in cui sono avvolti gli statori e per il metodo di commutazione utilizzato. I motori sincroni a corrente alternata a magneti permanenti hanno statori avvolti sinusoidalmente e utilizzano la commutazione sinusoidale. Ciò significa che la corrente che alimenta il motore è controllata in modo continuo, quindi la coppia erogata rimane molto costante con una bassa ondulazione di coppia.

Per le applicazioni di controllo del movimento, i motori a corrente alternata a magneti permanenti (PMAC) possono utilizzare un metodo di controllo più avanzato noto come controllo orientato al campo (FOC). Con il controllo orientato al campo, la corrente in ciascun avvolgimento viene misurata e controllata in modo indipendente, riducendo ulteriormente l'ondulazione di coppia. Con questo metodo, la larghezza di banda dell'anello di controllo della corrente e la risoluzione del dispositivo di feedback influenzano anche la qualità della produzione di coppia e l'entità dell'ondulazione di coppia. Inoltre, algoritmi avanzati per servoazionamenti possono ridurre ulteriormente o addirittura eliminare l'ondulazione di coppia per applicazioni estremamente sensibili.

A differenza dei motori PMAC, i motori brushless a corrente continua hanno statori avvolti trapezoidalmente e utilizzano tipicamente la commutazione trapezoidale. Con la commutazione trapezoidale, tre sensori di Hall forniscono informazioni sulla posizione del rotore ogni 60 gradi elettrici. Ciò significa che la corrente viene applicata agli avvolgimenti con una forma d'onda quadra, con sei "passi" per ogni ciclo elettrico del motore. Tuttavia, la corrente negli avvolgimenti non può aumentare (o diminuire) istantaneamente a causa dell'induttanza degli avvolgimenti stessi, quindi si verificano variazioni di coppia a ogni passo, ovvero ogni 60 gradi elettrici.

Poiché la frequenza dell'ondulazione di coppia è proporzionale alla velocità di rotazione del motore, a velocità più elevate l'inerzia del motore e del carico possono contribuire a smussare gli effetti di questa coppia irregolare. I metodi meccanici per ridurre l'ondulazione di coppia nei motori BLDC includono l'aumento del numero di avvolgimenti nello statore o del numero di poli nel rotore. Inoltre, i motori BLDC, come i motori PMAC, possono utilizzare il controllo sinusoidale o persino il controllo orientato al campo per migliorare la regolarità dell'erogazione di coppia, sebbene questi metodi aumentino i costi e la complessità del sistema.