Où les moteurs linéaires sont-ils utiles ?

Les actionneurs qui utilisent des moteurs linéaires ont un mouvement dynamique élevé.

Les moteurs linéaires offrent un rendement supérieur et excellent donc dans l'équipement médical, l'automatisation industrielle, l'emballage et la fabrication de semi-conducteurs. De plus, les nouveaux moteurs linéaires permettent de réduire les coûts, la chaleur et la complexité d'intégration des premières versions. Pour rappel, les moteurs linéaires comprennent une bobine (partie primaire ou forceur) et une plate-forme stationnaire parfois appelée plateau ou secondaire. Il existe de nombreux sous-types, mais les deux plus courants dans le domaine de l'automatisation sont les moteurs linéaires sans balais à noyau de fer et sans fer.

Les moteurs linéaires sont généralement plus performants que les entraînements mécaniques. Ils ont des longueurs illimitées. Sans l'élasticité et le jeu des installations mécaniques, la précision et la répétabilité sont élevées et le restent pendant toute la durée de vie de la machine. En fait, seuls les roulements de guidage d'un moteur linéaire doivent être entretenus ; tous les autres sous-composants ne s'usent pas.

Les points forts des moteurs linéaires à noyau d'acier

Les moteurs linéaires à noyau de fer ont des bobines primaires autour d'un noyau de fer. Le secondaire est généralement une piste magnétique stationnaire. Les moteurs linéaires à noyau de fer fonctionnent bien dans les machines de moulage par injection, les machines-outils et les presses, car ils produisent une force continue élevée. Une mise en garde s'impose : les moteurs linéaires à noyau de fer peuvent s'engrener, car l'attraction magnétique du secondaire sur le primaire varie au fur et à mesure qu'il traverse la piste d'aimants. C'est la force de détente qui est en cause. Les fabricants résolvent le problème du cogging de différentes manières, mais il reste problématique lorsque l'objectif principal est d'obtenir des mouvements fluides.

Malgré cela, les moteurs linéaires à noyau de fer présentent de nombreux avantages. Un couplage magnétique plus fort (entre le noyau de fer et les aimants du stator) permet d'obtenir une densité de force élevée. Ainsi, les moteurs linéaires à noyau de fer ont une force de sortie plus élevée que les moteurs linéaires comparables sans fer. En outre, ces moteurs dissipent beaucoup de chaleur car le noyau de fer évacue la chaleur générée par la bobine pendant le fonctionnement, ce qui réduit la résistance thermique de la bobine par rapport à l'environnement mieux que les moteurs sans fer. Enfin, ces moteurs sont faciles à intégrer car le forcer et le stator se font directement face.

Moteurs linéaires sans fer pour des courses rapides

Les moteurs linéaires sans fer n'ont pas de fer dans leur primaire et sont donc plus légers pour produire des mouvements plus dynamiques. Les bobines sont noyées dans une plaque d'époxy. La plupart des moteurs linéaires sans fer ont des pistes en forme de U dont les surfaces intérieures sont garnies d'aimants. L'accumulation de chaleur peut limiter les forces de poussée à un niveau inférieur à celui des moteurs à noyau de fer comparables, mais certains fabricants résolvent ce problème en innovant dans la géométrie des canaux et du primaire.

Les temps de stabilisation courts renforcent encore la dynamique des moteurs linéaires sans fer, qui permettent d'effectuer des mouvements rapides et précis. L'absence de forces d'attraction inhérentes entre le primaire et le secondaire signifie que les moteurs linéaires sans fer sont également plus faciles à assembler que les moteurs à noyau de fer. De plus, les roulements de support ne sont pas soumis aux forces magnétiques et durent donc généralement plus longtemps.

Il convient de noter que les moteurs linéaires rencontrent des difficultés sur les axes verticaux et dans les environnements difficiles. En effet, en l'absence de freinage ou de contrepoids, les moteurs linéaires (qui sont par nature sans contact) laissent tomber les charges lorsqu'ils sont hors tension.

En outre, certains environnements difficiles peuvent générer de la poussière et des copeaux qui adhèrent aux moteurs linéaires, en particulier dans les opérations d'usinage de pièces métalliques. C'est là que les moteurs linéaires à noyau d'acier (et leur rail rempli d'aimants) sont les plus vulnérables. Certains actionneurs intègrent des moteurs linéaires à noyau d'acier ou sans noyau d'acier, ainsi qu'une conception étanche à la poussière pour fonctionner dans de tels environnements. Cette dernière solution élimine les problèmes liés aux soufflets qui protègent traditionnellement les axes linéaires.

Quand choisir des actionneurs à moteur linéaire intégré ?

La nature de l'entraînement direct des actionneurs à moteur linéaire stimule la productivité et la dynamique des systèmes pour une myriade d'applications industrielles. Certains actionneurs à moteur linéaire comprennent également des codeurs pour le retour d'information sur la position... afin de faciliter l'utilisation des moteurs linéaires, même par rapport aux systèmes à courroie ou à vis à billes. Certains de ces actionneurs intègrent étroitement le moteur linéaire, le guide et le codeur optique (ou magnétique) pour augmenter encore la densité de puissance.

Le codeur de certains actionneurs est installé horizontalement, de sorte que sa position n'est pas affectée par les chocs extérieurs. Certains de ces dispositifs peuvent atteindre une vitesse de 6 m/s avec une accélération de 60 m/s2 en utilisant une entrée de 230 Vca. Des modules dont la course dépasse deux mètres sont possibles. Les offres standard comprennent généralement un encodeur magnétique pour le retour d'information sur la position, bien que des encodeurs optiques soient disponibles pour une plus grande précision. D'autres options comprennent des configurations à plusieurs glissières ainsi que des systèmes X-Y et des portiques complets.

Par rapport aux modules traditionnels à vis à billes, les actionneurs à moteur linéaire offrent une meilleure précision et une meilleure vitesse - même dans de nombreuses conditions de sortie de poussée - grâce à l'entraînement direct. Une intégration plus étroite stimule également la productivité et la fiabilité. Certains de ces actionneurs comprennent le moteur linéaire lui-même, une base et un large guide linéaire supportant un curseur en aluminium et une échelle optique pour le retour d'information sur la position. Lorsque le moteur linéaire est sans fer, il peut être associé à une glissière en aluminium pour former un modèle léger qui accélère rapidement.

Certains actionneurs compacts à moteur linéaire comprennent également des glissières dotées de patins de graissage intégrés pour une lubrification respectueuse de l'environnement. Dans ce cas, les extrémités des blocs de glissement sont équipées d'injecteurs de graisse hermétiques qui assurent la lubrification du chemin de roulement par circulation de billes d'acier. Dans certains cas, des patins de lubrification optionnels ajoutent de la lubrification pour un fonctionnement à long terme avec moins de maintenance, en particulier sur les axes qui effectuent des courses courtes.

Les moteurs linéaires sans fer à l'intérieur de certains actionneurs ne présentent pas non plus de cogging, ce qui permet à l'axe d'effectuer des mouvements stables, qu'ils soient lents ou rapides. Sur certains modèles, la répétabilité avec un codeur linéaire optique est de 2 mm. Certains actionneurs sont même disponibles avec des courses de 152 à 1 490 mm et des rectitudes de 6 à 30 mm.

Exemple particulier : Applications en salle blanche

Les actionneurs à moteur linéaire, dont les pièces mobiles sont les aimants et le rail, constituent une dernière option particulièrement adaptée aux applications avec des courses courtes et des cadences élevées. Dans ce cas, il n'y a pas de problèmes de déconnexion dus à des câbles en mouvement. Les environnements poussiéreux ne posent pas non plus de problèmes. En fait, les actionneurs fonctionnent bien dans les environnements sous vide et les salles blanches. En effet, les bobines étant fixes, la chaleur se dissipe facilement vers les structures de montage. Certains de ces actionneurs à moteur linéaire produisent une force continue de 94,2 ou 188,3 N et une force de pointe de 242,1 ou 484,2 N - acceptant un courant continu de 3,5, 7 ou 14 A selon la version. Les courses atteignent 430 mm.

Paramètres de spécification des étages à moteur linéaire

Lors de la spécification d'actionneurs ou d'étages basés sur des moteurs linéaires, il convient de prendre en compte les critères suivants pour chaque partie du profil de mouvement de la conception :

- Quelle est la condition de mouvement connue ?

- Quelle est la masse de la charge, la masse du système, la course effective, le temps de déplacement et le temps d'arrêt ?

- Quelles sont les conditions de l'entraînement, la tension de sortie maximale, le courant continu et le courant de crête ?

- De quel type de résolution de codeur la configuration a-t-elle besoin ? Doit-il être analogique ou numérique ?

- Dans quel type d'environnement de travail l'actionneur ou la platine fonctionnera-t-il ? Quelle sera la température ambiante ? La machine sera-t-elle soumise à des conditions de vide ou de salle blanche ?

- Quelles sont les exigences de l'application en matière de précision de mouvement et de positionnement ?

- L'actionneur à moteur linéaire ou la platine déplacera-t-il des charges horizontalement, verticalement ou à un angle ? L'installation sera-t-elle fixée à un mur ? Est-elle soumise à des contraintes d'espace ?

Les réponses à ces questions aideront les ingénieurs concepteurs à identifier l'itération de moteur linéaire la plus appropriée pour une machine donnée.