Os motores produzem torque e rotação através da interação de campos magnéticos no rotor e no estator. Em um motor ideal – com componentes mecânicos perfeitamente usinados e montados e campos elétricos que aumentam e diminuem instantaneamente – a saída de torque seria perfeitamente suave, sem variações. Mas no mundo real, há uma variedade de fatores que fazem com que a saída de torque seja inconsistente – mesmo que apenas por uma pequena quantidade. Esta flutuação periódica no torque de saída de um motor energizado é chamada de ondulação de torque.

Matematicamente, a ondulação de torque é definida como a diferença entre o torque máximo e mínimo produzido em uma revolução mecânica do motor, dividida pelo torque médio produzido em uma revolução, expresso em porcentagem.

Em aplicações de movimento linear, o principal efeito da ondulação de torque é que ela faz com que o movimento seja inconsistente. E como o torque do motor é necessário para acelerar um eixo até uma velocidade especificada, a ondulação de torque pode causar ondulação de velocidade ou movimento “espasmódico”. Em aplicações como usinagem e dosificação, esse movimento inconsistente pode ter um efeito significativo no processo ou no produto final — como variações visíveis nos padrões de usinagem ou na espessura dos adesivos dosificados. Em outras aplicações, como pick and place, a ondulação do torque e a suavidade do movimento podem não ser um problema crítico de desempenho. Isto é, a menos que a rugosidade seja suficientemente grave para causar vibrações ou ruído audível – especialmente se as vibrações excitarem ressonâncias em outras partes do sistema.

A quantidade de oscilação de torque que um motor produz depende de dois fatores principais: a construção do motor e seu método de controle.
Construção do motor e torque de engrenagem

Motores que usam ímãs permanentes em seus rotores – como motores CC sem escovas, motores de passo e motores CA síncronos – experimentam um fenômeno conhecido como cogging ou torque de cogging. O torque de engrenagem (frequentemente chamado de torque de retenção no contexto dos motores de passo) é causado pela atração do rotor e dos dentes do estator em determinadas posições do rotor.

Embora normalmente associado aos “entalhes” que podem ser sentidos quando um motor não energizado é girado manualmente, o torque de engrenagem também está presente quando o motor é energizado, caso em que contribui para a ondulação de torque do motor, especialmente durante a operação em baixa velocidade.

Existem maneiras de mitigar o torque de engrenagem e a produção desigual de torque que resulta dele — otimizando o número de pólos magnéticos e ranhuras e inclinando ou moldando os ímãs e ranhuras para criar sobreposição de uma posição de retenção para a próxima. E um tipo mais recente de motor DC sem escovas - o design sem ranhuras ou sem núcleo - elimina o torque dentada (embora não a ondulação de torque) usando um núcleo de estator enrolado, de modo que não há dentes no estator para criar forças atrativas e repulsivas periódicas. com os ímãs do rotor.
Comutação do motor e ondulação de torque

Os motores CC sem escova de ímã permanente (BLDC) e os motores CA síncronos são frequentemente diferenciados pela forma como seus estatores são enrolados e pelo método de comutação que usam. Os motores CA síncronos de ímã permanente possuem estatores enrolados senoidalmente e usam comutação senoidal. Isto significa que a corrente para o motor é controlada continuamente, de modo que a saída de torque permanece muito constante com baixa ondulação de torque.

Para aplicações de controle de movimento, os motores CA de ímã permanente (PMAC) podem usar um método de controle mais avançado conhecido como controle orientado a campo (FOC). Com o controle orientado ao campo, a corrente em cada enrolamento é medida e controlada de forma independente, reduzindo ainda mais a ondulação do torque. Com este método, a largura de banda da malha de controle de corrente e a resolução do dispositivo de feedback também afetam a qualidade da produção de torque e a quantidade de ondulação de torque. E algoritmos avançados de servoacionamento podem reduzir ainda mais ou até mesmo eliminar a ondulação de torque para aplicações extremamente sensíveis.

Em contraste com os motores PMAC, os motores CC sem escovas possuem estatores enrolados trapezoidalmente e normalmente usam comutação trapezoidal. Com comutação trapezoidal, três sensores Hall fornecem informações sobre a posição do rotor a cada 60 graus elétricos. Isso significa que a corrente é aplicada aos enrolamentos em forma de onda quadrada, com seis “etapas” por ciclo elétrico do motor. Mas a corrente nos enrolamentos não pode aumentar (ou diminuir) instantaneamente devido à indutância dos enrolamentos, portanto, variações de torque ocorrem a cada passo, ou a cada 60 graus elétricos.

Como a frequência da ondulação de torque é proporcional à velocidade de rotação do motor, em velocidades mais altas, a inércia do motor e da carga pode servir para suavizar os efeitos desse torque inconsistente. Os métodos mecânicos para reduzir a ondulação de torque em motores BLDC incluem aumentar o número de enrolamentos no estator ou o número de pólos no rotor. E os motores BLDC — como os motores PMAC — podem usar controle senoidal ou mesmo controle orientado a campo para melhorar a suavidade da produção de torque, embora esses métodos aumentem o custo e a complexidade do sistema.