3 éléments à prendre en compte lors du choix d'un servomoteur linéaire

Plaque de base, guides linéaires, codeur et commandes.

Les servomoteurs linéaires à entraînement direct ont connu une augmentation mesurable de leur adoption au cours des dernières années, en partie grâce aux demandes des utilisateurs finaux pour un débit plus élevé et une meilleure précision. Bien que les moteurs linéaires soient le plus souvent reconnus pour leur capacité à fournir une combinaison de vitesses élevées, de longues courses et d'une excellente précision de positionnement, ce qui n'est pas possible avec d'autres mécanismes d'entraînement, ils peuvent également réaliser des mouvements extrêmement lents, souples et précis. En fait, la technologie des moteurs linéaires offre une telle gamme de capacités - force de poussée, vitesse, accélération, précision de positionnement et répétabilité - qu'il existe peu d'applications pour lesquelles les moteurs linéaires ne constituent pas une solution appropriée.

Les moteurs linéaires comprennent les servomoteurs linéaires, les moteurs pas à pas linéaires, les moteurs linéaires à induction et les moteurs linéaires à tube de poussée. Lorsqu'un servomoteur linéaire est la meilleure option pour une application, voici trois éléments à prendre en compte lors de la sélection initiale du moteur.

La considération "principale" : Noyau en fer ou sans fer ?

Les servomoteurs linéaires à entraînement direct existent en deux types principaux : à noyau de fer ou sans noyau de fer, selon que les enroulements de la partie primaire (analogue au stator d'un moteur rotatif) sont montés dans un empilement de tôles de fer ou dans de l'époxy. La première étape de la conception et de la sélection consiste généralement à déterminer si l'application nécessite un moteur linéaire à noyau de fer ou sans fer.

Les moteurs linéaires à noyau de fer conviennent mieux aux applications qui nécessitent des forces de poussée extrêmement élevées. En effet, la tôle de la partie primaire contient des dents (protubérances) qui concentrent le flux électromagnétique vers les aimants de la partie secondaire (analogue au rotor d'un moteur rotatif). Cette attraction magnétique entre le fer de la partie primaire et les aimants permanents de la partie secondaire permet au moteur de fournir des forces élevées.

Les moteurs linéaires sans fer ont généralement des capacités de poussée plus faibles, et ne conviennent donc pas aux exigences de poussée extrêmement élevées que l'on trouve dans des applications telles que le pressage, l'usinage ou le moulage. Mais ils excellent dans l'assemblage et le transport à grande vitesse.

L'inconvénient de la conception à noyau de fer est le cogging, qui dégrade la fluidité du mouvement. Le cogging se produit parce que la conception à fentes de la pièce primaire lui donne des positions "préférentielles" lorsqu'elle se déplace le long des aimants de la pièce secondaire. Pour surmonter la tendance du primaire à s'aligner sur les aimants du secondaire, le moteur doit produire plus de force, ce qui provoque une ondulation de la vitesse - appelée cogging. Cette variation de la force et de l'ondulation de la vitesse dégrade la fluidité du mouvement, ce qui peut constituer un problème important dans les applications où la qualité du mouvement pendant le déplacement (et pas seulement la précision du positionnement final) est importante.

Les fabricants utilisent de nombreuses méthodes pour réduire le cogging. Une approche courante consiste à incliner la position des aimants (ou des dents), ce qui crée des transitions plus douces lorsque les dents primaires se déplacent sur les aimants secondaires. Un effet similaire peut être obtenu en changeant la forme des aimants en un octogone allongé.

Une autre méthode pour réduire le cogging est le bobinage fractionné. Dans cette conception, le primaire contient plus de dents de laminage qu'il n'y a d'aimants dans le secondaire, et la pile de laminage a une forme spéciale. Ensemble, ces deux modifications permettent d'annuler les forces de cogging. Bien entendu, les logiciels offrent toujours une solution. Les algorithmes anti-cogging permettent aux servomoteurs et aux contrôleurs d'ajuster le courant fourni au primaire de manière à minimiser les variations de force et de vitesse.

Les moteurs linéaires sans fer ne subissent pas de cogging, car leurs bobines primaires sont encapsulées dans de l'époxy, au lieu d'être enroulées autour d'une lamelle d'acier. Les servomoteurs linéaires sans fer ont une masse plus faible (l'époxy est plus léger, mais moins rigide, que l'acier), ce qui leur permet d'atteindre des valeurs d'accélération, de décélération et de vitesse maximale parmi les plus élevées que l'on puisse trouver dans les systèmes électromécaniques. Les temps de stabilisation sont généralement meilleurs (inférieurs) pour les moteurs sans fer que pour les versions à noyau de fer. L'absence d'acier dans le primaire et l'absence de cogging ou d'ondulation de la vitesse qui en découle signifient également que les moteurs linéaires sans fer peuvent fournir des mouvements très lents et réguliers, généralement avec une variation de vitesse inférieure à 0,01 %.

Quel niveau d'intégration ?

Comme les moteurs rotatifs, les servomoteurs linéaires ne sont qu'un des composants d'un système de mouvement. Un système de moteur linéaire complet nécessite également des roulements pour supporter et guider la charge, une gestion des câbles, un retour d'information (généralement un codeur linéaire), ainsi qu'un servomoteur et un contrôleur. Les OEM et les constructeurs de machines très expérimentés, ou ceux qui ont des exigences très particulières en matière de conception ou de performances, peuvent construire un système complet avec des capacités internes et des composants disponibles sur étagère provenant de divers fabricants.

La conception d'un système à moteur linéaire est sans doute plus simple que celle d'un système à courroie, à crémaillère ou à vis. Il y a moins de composants et moins d'étapes d'assemblage à forte intensité de main-d'œuvre (pas d'alignement des supports de vis à billes ni de tension des courroies). En outre, les moteurs linéaires sont sans contact, de sorte que les concepteurs n'ont pas à se préoccuper des dispositions à prendre pour la lubrification, les réglages ou toute autre opération de maintenance de l'unité d'entraînement. Mais pour les OEM et les constructeurs de machines qui recherchent une solution clé en main, il existe une myriade d'options pour des actionneurs complets à moteur linéaire, des platines de haute précision et même des systèmes cartésiens et à portique.

L'environnement est-il adapté à un moteur linéaire ?

Les moteurs linéaires sont souvent la solution privilégiée dans les environnements difficiles, tels que les salles blanches et les environnements sous vide, car ils ont moins de pièces mobiles et peuvent être associés à presque n'importe quel type de guide linéaire ou de gestion des câbles pour répondre aux exigences de l'application en matière de génération de particules, de dégazage et de température. Dans les cas extrêmes, le secondaire (piste magnétique) peut être utilisé comme partie mobile, la partie primaire (enroulements, y compris les câbles et le système de gestion des câbles) restant fixe.

Mais si l'environnement est constitué de copeaux métalliques, de poussières métalliques ou de particules métalliques, un servomoteur linéaire n'est peut-être pas la meilleure option. Cela est particulièrement vrai pour les moteurs linéaires à noyau de fer, car leur conception est intrinsèquement ouverte, laissant la piste magnétique exposée à la contamination. La conception semi-fermée des moteurs linéaires sans fer offre une meilleure protection, mais il faut veiller à ce que la fente de la pièce secondaire ne soit pas directement exposée à des sources de contamination. Il existe des options de conception pour enfermer les moteurs linéaires à noyau de fer et sans fer, mais elles peuvent réduire la capacité d'un moteur à dissiper la chaleur, ce qui risque de remplacer un problème par un autre.