I motori producono coppia e rotazione attraverso l'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 creano e decadono istantaneamente, la coppia erogata sarebbe perfettamente uniforme, senza variazioni. Ma nel mondo reale, ci sono una serie di fattori che rendono incoerente la coppia erogata, anche se solo di poco. Questa fluttuazione periodica della coppia di uscita di un motore energizzato viene definita ondulazione di coppia.

Matematicamente, l'ondulazione della coppia è definita come la differenza tra la coppia massima e minima prodotta durante un giro meccanico del motore, divisa per la coppia media prodotta durante un giro, espressa in percentuale.

Nelle applicazioni di movimento lineare, l'effetto principale dell'ondulazione della coppia è che rende il movimento incoerente. E poiché la coppia del motore è necessaria per accelerare un asse a una velocità specifica, l'ondulazione della coppia può causare un'ondulazione della velocità o un movimento "a scatti". In applicazioni quali la lavorazione meccanica e l'erogazione, questo movimento incoerente può avere un effetto significativo sul processo o sul prodotto finale, ad esempio variazioni visibili nei modelli di lavorazione o nello spessore degli adesivi erogati. In altre applicazioni, come il pick and place, l'ondulazione della coppia e la fluidità del movimento potrebbero non rappresentare un problema di prestazioni critico. Cioè, a meno che la rugosità non sia abbastanza grave da causare vibrazioni o rumore udibile, specialmente se le vibrazioni eccitano risonanze in altre parti del sistema.

La quantità di 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 cogging

I motori che utilizzano magneti permanenti nei loro rotori, come motori CC senza spazzole, motori passo-passo e motori CA sincroni, sperimentano un fenomeno noto come cogging o coppia di cogging. La coppia di cogging (spesso definita coppia di arresto nel contesto dei motori passo-passo) è causata dall'attrazione del rotore e dei denti dello statore in determinate posizioni del rotore.

Sebbene sia tipicamente associata alle “tacche” percepibili quando un motore non alimentato viene fatto girare 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 modi per mitigare la coppia di cogging e la produzione di coppia irregolare che ne deriva: ottimizzando il numero di poli e fessure magnetiche e inclinando o modellando i magneti e le fessure per creare sovrapposizioni da una posizione di arresto a quella successiva. E un nuovo tipo di motore CC senza spazzole - il design slotless o coreless - elimina la coppia di cogging (sebbene non l'ondulazione della coppia) utilizzando un nucleo dello statore avvolto, quindi non ci sono denti nello statore per creare forze attrattive e repulsive periodiche. con i magneti del rotore.
Commutazione del motore e ondulazione di coppia

I motori DC brushless a magneti permanenti (BLDC) e i motori AC sincroni si differenziano spesso per il modo in cui i loro statori sono avvolti e per il metodo di commutazione che utilizzano. I motori CA sincroni a magneti permanenti hanno statori avvolti sinusoidalmente e utilizzano la commutazione sinusoidale. Ciò significa che la corrente al motore è continuamente controllata, quindi la coppia erogata rimane molto costante con una bassa ondulazione della coppia.

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

A differenza dei motori PMAC, i motori CC senza spazzole hanno statori avvolti trapezoidalmente e in genere utilizzano la commutazione trapezoidale. Nella commutazione trapezoidale tre sensori Hall forniscono ogni 60 gradi elettrici l'informazione sulla posizione del rotore. Ciò significa che la corrente viene applicata agli avvolgimenti secondo una forma d'onda quadra, con sei “passi” per ciclo elettrico del motore. Ma la corrente negli avvolgimenti non può aumentare (o diminuire) istantaneamente a causa dell'induttanza degli avvolgimenti, quindi le variazioni di coppia si verificano ad ogni passo o ogni 60 gradi elettrici.

Poiché la frequenza dell'ondulazione della coppia è proporzionale alla velocità di rotazione del motore, a velocità più elevate l'inerzia del motore e del carico può servire ad attenuare gli effetti di questa coppia incoerente. I metodi meccanici per ridurre l'ondulazione della 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 anche il controllo orientato al campo per migliorare la fluidità della produzione di coppia, sebbene questi metodi aumentino i costi e la complessità del sistema.