모터는 회전자와 고정자의 자기장 상호 작용을 통해 토크와 회전을 발생시킵니다. 기계 부품이 완벽하게 가공 및 조립되고 전기장이 즉각적으로 생성되고 소멸하는 이상적인 모터에서는 토크 출력이 변동 없이 완벽하게 매끄러울 것입니다. 그러나 현실 세계에서는 다양한 요인으로 인해 토크 출력이 불규칙해질 수 있으며, 그 변동 폭이 작더라도 마찬가지입니다. 작동 중인 모터의 출력 토크에서 발생하는 이러한 주기적인 변동을 토크 리플이라고 합니다.

수학적으로 토크 리플은 모터의 기계적 회전 1회 동안 발생하는 최대 토크와 최소 토크의 차이를 회전 1회 동안 발생하는 평균 토크로 나눈 값으로 정의되며, 백분율로 표시됩니다.

선형 운동 응용 분야에서 토크 리플의 주요 영향은 운동의 불규칙성을 유발하는 것입니다. 축을 특정 속도로 가속하는 데 모터 토크가 필요하기 때문에 토크 리플은 속도 리플, 즉 "불규칙한" 운동을 일으킬 수 있습니다. 가공 및 도포와 같은 응용 분야에서 이러한 불규칙한 운동은 가공 패턴의 가시적인 변화나 도포된 접착제의 두께 차이와 같이 공정이나 최종 제품에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 반면, 픽앤플레이스와 같은 다른 응용 분야에서는 토크 리플과 운동의 부드러움이 중요한 성능 문제가 되지 않을 수 있습니다. 단, 운동의 불규칙성이 진동이나 소음을 유발할 정도로 심각한 경우, 특히 이러한 진동이 시스템의 다른 부분에서 공진을 일으키는 경우에는 문제가 될 수 있습니다.

모터가 발생시키는 토크 리플의 양은 모터의 구조와 제어 방식이라는 두 가지 주요 요인에 따라 달라집니다.
모터 구조 및 코깅 토크

브러시리스 DC 모터, 스테퍼 모터, 동기식 AC 모터와 같이 회전자에 영구 자석을 사용하는 모터는 코깅 또는 코깅 토크라고 알려진 현상을 겪습니다. 코깅 토크(스테퍼 모터의 경우 종종 디텐트 토크라고도 함)는 특정 회전자 위치에서 회전자와 고정자 톱니 사이의 인력으로 인해 발생합니다.

일반적으로 코깅 토크는 전원이 공급되지 않은 모터를 손으로 돌릴 때 느껴지는 "걸림"과 관련이 있지만, 모터에 전원이 공급된 상태에서도 발생하며, 특히 저속 작동 시 모터의 토크 리플에 영향을 미칩니다.

코깅 토크와 그로 인해 발생하는 불균일한 토크 생성을 완화하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 자기극과 슬롯의 수를 최적화하거나, 자석과 슬롯의 모양을 변형하거나 기울여서 한 고정 위치에서 다음 고정 위치까지 겹치도록 하는 방법이 있습니다. 또한, 슬롯리스 또는 코어리스 설계의 최신 브러시리스 DC 모터는 권선형 고정자 코어를 사용하여 코깅 토크(토크 리플은 제외)를 제거합니다. 고정자에 톱니가 없어 회전자 자석과 주기적인 인력 및 척력을 발생시키지 않기 때문입니다.
모터 정류 및 토크 리플

영구 자석 브러시리스 DC(BLDC) 모터와 동기 AC 모터는 종종 고정자 권선 방식과 정류 방식에 따라 구분됩니다. 영구 자석 동기 AC 모터는 정현파로 권선된 고정자를 사용하며 정현파 정류 방식을 채택합니다. 이는 모터에 공급되는 전류가 지속적으로 제어되어 토크 출력이 매우 일정하게 유지되고 토크 리플이 낮다는 것을 의미합니다.

모션 제어 애플리케이션에서 영구 자석 AC(PMAC) 모터는 FOC(Field Oriented Control)라는 더욱 발전된 제어 방식을 사용할 수 있습니다. FOC 방식에서는 각 권선의 전류를 독립적으로 측정하고 제어하므로 토크 리플이 더욱 감소합니다. 이 방식에서는 전류 제어 루프의 대역폭과 피드백 장치의 해상도 또한 토크 생성 품질과 토크 리플 양에 영향을 미칩니다. 또한, 고급 서보 드라이브 알고리즘을 사용하면 매우 민감한 애플리케이션에서 토크 리플을 더욱 줄이거나 완전히 제거할 수 있습니다.

PMAC 모터와 달리 브러시리스 DC 모터는 사다리꼴로 감긴 고정자를 가지고 있으며 일반적으로 사다리꼴 정류 방식을 사용합니다. 사다리꼴 정류 방식에서는 3개의 홀 센서가 60 전기각마다 회전자의 위치 정보를 제공합니다. 즉, 전류는 모터의 전기 사이클당 6단계의 사각파 형태로 권선에 공급됩니다. 하지만 권선의 인덕턴스 때문에 권선 전류는 순간적으로 증가(또는 감소)할 수 없으므로 토크 변화는 각 단계, 즉 60 전기각마다 발생합니다.

토크 리플의 주파수는 모터의 회전 속도에 비례하기 때문에, 고속에서는 모터와 부하의 관성이 이러한 불규칙한 토크의 영향을 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. BLDC 모터에서 토크 리플을 줄이는 기계적 방법으로는 고정자 권선 수 또는 회전자 극 수를 늘리는 것이 있습니다. 또한 BLDC 모터는 PMAC 모터와 마찬가지로 정현파 제어 또는 필드 지향 제어를 사용하여 토크 생성의 평활도를 향상시킬 수 있지만, 이러한 방법은 시스템 비용과 복잡성을 증가시킵니다.