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Cinq étapes pour l'intégration des moteurs linéaires

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Configuration typique de la conception d'un système de mouvement

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Le mouvement linéaire est au cœur de nombreuses machines en mouvement, et la nature à entraînement direct des moteurs linéaires peut simplifier la conception globale de la machine dans ces applications. Parmi les autres avantages, citons une meilleure rigidité, car les moteurs linéaires sont fixés directement à la charge.

L'intégration de ces moteurs (et des composants périphériques qu'ils nécessitent) peut sembler intimidante, mais le processus peut être décomposé en cinq étapes simples. En suivant ce processus étape par étape, les constructeurs de machines et de robots peuvent tirer profit des avantages des moteurs linéaires sans effort ou complexité supplémentaire.

1. Déterminer le type de moteur : Noyau de fer ou sans fer

La première étape consiste à sélectionner le moteur linéaire parmi les types disponibles.

Moteurs à noyau de fer : Les moteurs à noyau de fer sont les plus courants et conviennent aux applications d'automatisation générale. Le noyau de fer fait référence à la construction en bobine de ce moteur, qui consiste en des tôles de noyau de fer. Une configuration typique consiste en une piste magnétique fixe d'un seul côté et une bobine de moteur mobile ou un forcer. Le noyau de fer maximise la force de poussée générée et crée une force d'attraction magnétique entre la bobine et les aimants.

Cette force d'attraction magnétique peut être utilisée pour augmenter efficacement la rigidité du système de guidage linéaire en préchargeant les roulements du mouvement linéaire. La précharge magnétique peut également augmenter la réponse en fréquence du système en améliorant la décélération et le tassement.

D'autre part, la force d'attraction doit être correctement supportée par une capacité de charge accrue des éléments porteurs et des paliers linéaires. Cela peut dégrader la liberté de conception mécanique de la machine.

Une deuxième configuration de moteur linéaire à noyau de fer consiste en une paire de pistes magnétiques fixes placées de chaque côté de la bobine mobile. Cette construction brevetée annule les effets de l'attraction magnétique tout en fournissant une force maximale par section transversale. La conception équilibrée réduit la charge des roulements, ce qui permet d'utiliser des roulements à mouvement linéaire plus petits et de réduire le bruit des roulements.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 AvantagesMoteurs sans fer : Il existe également des moteurs linéaires sans fer ; ces moteurs n'ont pas de fer dans leurs bobines, il n'y a donc pas d'attraction entre les membres du moteur.

Le type sans fer le plus courant est le canal en U : Deux pistes magnétiques sont jointes pour former un canal dans lequel la bobine du moteur (ou le forcer) se déplace. Ce moteur est idéal pour les applications nécessitant une faible vitesse d'ondulation et une forte accélération. La force d'attraction nulle et la nature sans coincement de la construction sans fer minimise l'ondulation du couple ; l'accélération est accrue parce que la bobine est relativement légère.

Une deuxième configuration sans fer se présente sous la forme d'un cylindre. Les aimants sont empilés dans un tube en acier inoxydable, et la bobine du moteur se déplace autour du cylindre. Cette configuration convient au remplacement des vis à billes, car elle permet d'obtenir des vitesses et une précision de positionnement beaucoup plus élevées dans une enveloppe à peu près identique.

Dimensionnement de la bobine et longueur de la voie

Quelle que soit la configuration, toutes les bobines de moteur linéaire doivent être dimensionnées en fonction des exigences de l'application : charge appliquée, profil de déplacement de la cible, cycle de service, précision, durée de vie et environnement de fonctionnement. Tip : Faites appel au soutien technique des fabricants de moteurs linéaires et aux logiciels de dimensionnement (qui sont souvent gratuits) pour choisir le meilleur type et la meilleure taille de moteur pour une application particulière.

Les rails magnétiques sont proposés en plusieurs longueurs et peuvent être empilés bout à bout pour atteindre la longueur de déplacement visée, la longueur totale des aimants étant pratiquement illimitée. Pour simplifier la conception et réduire les coûts, il est préférable d'utiliser les sections de pistes magnétiques les plus longues disponibles chez le fabricant.

2. Décider d'un encodeur

La deuxième étape de la conception d'un système de moteur linéaire est la sélection du codeur linéaire. Les plus courants sont les codeurs linéaires incrémentaux avec capteurs à tête de lecture optique ou magnétique. Sélectionner un système de mesure avec la résolution et la précision requises pour l'application et adapté à l'environnement de la machine.

La rétroaction du codeur est généralement renvoyée au variateur par un train d'impulsions sinusoïdal analogique ou numérique. Une autre option est le retour d'information de l'encodeur série haute vitesse - fournissant des débits de données plus élevés, une résolution binaire plus élevée, une plus grande immunité au bruit, des longueurs de câble plus importantes et des informations d'alarme complètes.

Les communications en série se connectent de deux façons.

La communication directe entre le variateur et le codeur est possible avec les codeurs disposant d'un protocole de codage série compatible avec le variateur.

Lorsqu'un codeur n'a pas de sortie série (ou lorsque le protocole de sortie série est incompatible avec l'amplificateur), un module de conversion série peut être utilisé. Dans ce cas, le module reçoit un signal analogique du codeur en même temps que le signal du capteur à effet Hall, subdivise le signal analogique et transmet les données de ce signal en série au variateur de vitesse. Les données du capteur à effet Hall sont utilisées à la mise sous tension et pour vérifier le retour d'information du codeur.

Plusieurs fabricants de codeurs linéaires offrent maintenant des codeurs linéaires absolus qui prennent en charge une variété de protocoles de communication série, y compris des protocoles propriétaires de fabricants d'amplificateurs tiers.

3. Choisir l'amplificateur

La troisième étape du processus de conception est la sélection du variateur. Le variateur doit être correctement dimensionné en fonction du moteur.

Le Plug and Play est une caractéristique qui ne peut être offerte que par les fournisseurs qui fabriquent à la fois des servomoteurs et des amplificateurs. Certains fournisseurs proposent des solutions prêtes à l'emploi pour réduire le temps de démarrage et assurer une configuration adéquate.

Certains variateurs sont dotés d'une reconnaissance automatique du moteur et d'un mode sans réglage, ce qui élimine la nécessité de régler le système d'asservissement. Avec ce logiciel, les spécifications du moteur (y compris les caractéristiques de surcharge) sont automatiquement téléchargées vers le variateur de vitesse depuis le moteur à la mise sous tension. Ceci élimine les erreurs potentielles de l'utilisateur lors de la saisie des spécifications du moteur, éliminant virtuellement le risque d'emballement du moteur et les erreurs de mise en phase.

4. Sélectionner les éléments de support et les roulements

Les deux dernières étapes de conception vont de pair pour compléter la conception du système de moteur linéaire : La quatrième étape consiste à choisir un système de palier à mouvement linéaire et la cinquième à concevoir les éléments de support.

Il y a deux alignements importants dans la plupart des ensembles de moteurs linéaires : la distance d'entrefer entre le moteur et l'aimant entre la bobine et la piste magnétique, et la distance d'entrefer entre la tête de lecture du codeur et l'échelle linéaire. Ce dernier critère est éliminé lors de la sélection d'un système de mesure linéaire fermé.

Les pourboires

Les roulements pour mouvements linéaires doivent offrir une précision suffisante pour respecter les tolérances d'écartement, tandis que les éléments d'appui doivent être conçus pour espacer correctement les composants et répondre aux exigences de parallélisme des roulements linéaires et du codeur.

Une fois ces critères remplis, le choix et la conception des roulements et des éléments de support dépendent en fin de compte des exigences de performance de la machine. Les applications nécessitant une haute précision et une grande exactitude nécessitent un codeur haute résolution et haute précision, ainsi que des roulements linéaires de haute précision.

Lors du dimensionnement de ces roulements, il faut tenir compte de la charge utile et des forces d'attraction magnétique associées aux moteurs linéaires à noyau de fer. Dans de nombreux cas, les éléments de support des paliers linéaires et des pistes magnétiques peuvent être intégrés au bâti de la machine.