모터는 회전자와 고정자 내 자기장의 상호작용을 통해 토크와 회전을 생성합니다. 완벽하게 가공되고 조립된 기계 부품과 순간적으로 생성되고 감소하는 전기장을 갖춘 이상적인 모터에서는 토크 출력이 완벽하게 매끄럽고 변동이 없을 것입니다. 하지만 현실 세계에서는 토크 출력의 일관성을 방해하는 다양한 요인들이 존재하며, 그 정도가 미미하더라도 마찬가지입니다. 전원이 공급된 모터의 출력 토크가 주기적으로 변동하는 것을 토크 리플이라고 합니다.

수학적으로 토크 리플은 모터의 한 기계적 회전에서 생성되는 최대 토크와 최소 토크의 차이를 한 회전에서 생성되는 평균 토크로 나눈 값으로 정의되며 백분율로 표현됩니다.

선형 운동 응용 분야에서 토크 리플의 주요 영향은 운동의 일관성을 떨어뜨린다는 것입니다. 모터 토크는 축을 특정 속도로 가속하는 데 필요하기 때문에 토크 리플은 속도 리플, 즉 "갑작스러운" 운동을 유발할 수 있습니다. 가공 및 디스펜싱과 같은 응용 분야에서 이러한 불규칙적인 운동은 가공 패턴의 눈에 띄는 변화나 디스펜싱된 접착제의 두께 변화와 같이 공정이나 최종 제품에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 픽앤플레이스와 같은 다른 응용 분야에서는 토크 리플과 운동의 부드러움이 중요한 성능 문제가 아닐 수 있습니다. 즉, 거칠기가 진동이나 가청 소음을 유발할 정도로 심하지 않다면, 특히 진동이 시스템의 다른 부분에서 공진을 유발하는 경우에는 더욱 그렇습니다.

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

브러시리스 DC 모터, 스테퍼 모터, 동기식 AC 모터처럼 회전자에 영구 자석을 사용하는 모터는 코깅 또는 코깅 토크라는 현상을 겪습니다. 코깅 토크(스테퍼 모터에서는 디텐트 토크라고도 함)는 회전자와 고정자 톱니가 특정 회전자 위치에서 인력을 작용시켜 발생합니다.

일반적으로 코깅 토크는 동력이 공급되지 않은 모터를 손으로 돌릴 때 느낄 수 있는 "노치"와 관련이 있지만, 모터에 동력이 공급될 때에도 코깅 토크가 발생하며, 이 경우 특히 저속 작동 시 모터의 토크 리플에 영향을 미칩니다.

코깅 토크와 그로 인해 발생하는 불균일한 토크 생성을 완화하는 방법이 있습니다. 자극과 슬롯의 수를 최적화하고, 자석과 슬롯을 기울여 멈춤쇠 위치에서 다음 위치까지 겹치도록 만드는 것입니다. 또한, 새로운 유형의 브러시리스 DC 모터인 슬롯리스 또는 코어리스 설계는 권선형 스테이터 코어를 사용하여 코깅 토크(토크 리플은 아님)를 제거합니다. 따라서 스테이터에 톱니가 없어 로터 자석과 주기적인 인력 및 반발력을 형성하지 않습니다.
모터 정류 및 토크 리플

영구 자석 브러시리스 DC(BLDC) 모터와 동기 AC 모터는 고정자 권선 방식과 정류 방식에 따라 구분되는 경우가 많습니다. 영구 자석 동기 AC 모터는 고정자가 사인파로 권선되어 있으며 정류 방식을 사용합니다. 즉, 모터에 공급되는 전류가 지속적으로 제어되므로 토크 출력이 매우 일정하게 유지되고 토크 리플이 낮습니다.

모션 제어 애플리케이션의 경우, 영구 자석 교류(PMAC) 모터는 자속 기준 제어(FOC)라는 더욱 진보된 제어 방식을 사용할 수 있습니다. 자속 기준 제어를 사용하면 각 권선의 전류가 독립적으로 측정 및 제어되므로 토크 리플이 더욱 감소합니다. 이 방식을 사용하면 전류 제어 루프의 대역폭과 피드백 장치의 분해능 또한 토크 생성 품질과 토크 리플 양에 영향을 미칩니다. 또한, 고급 서보 드라이브 알고리즘을 사용하면 매우 민감한 애플리케이션의 토크 리플을 더욱 줄이거나 완전히 제거할 수 있습니다.

PMAC 모터와 달리 브러시리스 DC 모터는 사다리꼴로 감긴 고정자를 사용하며 일반적으로 사다리꼴 정류를 사용합니다. 사다리꼴 정류를 사용하면 세 개의 홀 센서가 60도(전기적 각도)마다 회전자의 위치 정보를 제공합니다. 즉, 전류는 모터의 전기적 사이클당 6단계(스텝)로 권선에 구형파 형태로 인가됩니다. 하지만 권선의 인덕턴스로 인해 권선 전류가 순간적으로 증가(또는 감소)할 수 없으므로, 토크 변화는 각 단계, 즉 60도(전기적 각도)마다 발생합니다.

토크 리플의 주파수는 모터의 회전 속도에 비례하므로, 고속에서는 모터와 부하의 관성이 이러한 불규칙적인 토크의 영향을 완화하는 역할을 할 수 있습니다. BLDC 모터에서 토크 리플을 줄이는 기계적 방법에는 고정자의 권선 수 또는 회전자의 극 수를 늘리는 것이 있습니다. 또한 BLDC 모터는 PMAC 모터와 마찬가지로 정현파 제어 또는 자속 기준 제어를 사용하여 토크 생성의 부드러움을 향상시킬 수 있지만, 이러한 방법은 시스템 비용과 복잡성을 증가시킵니다.