Stages de moteur linéaire complet - y compris la plaque de base, le moteur linéaire, les guides linéaires, le codeur et les commandes.

Les servomoteurs linéaires à conduite directe ont connu une augmentation mesurable de l'adoption au cours des dernières années, grâce en partie à la demande finale des utilisateurs pour un débit plus élevé et une meilleure précision. Et bien que les moteurs linéaires soient le plus souvent reconnus pour leur capacité à fournir une combinaison de vitesses élevées, de longs accidents vasculaires cérébraux et d'une excellente précision de positionnement qui n'est pas possible avec d'autres mécanismes de conduite, ils peuvent également obtenir un mouvement extrêmement lent, lisse et précis. En fait, la technologie du moteur linéaire 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 sont pas une solution appropriée.

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

La considération «primaire»: noyau en fer ou sans fer?
Les servomoteurs linéaires à conduite directe sont disponibles en deux types principaux, noyau en fer ou sans fer, se référant à savoir si les enroulements dans la partie primaire (analogue au stator dans un moteur rotatif) sont montés dans une pile de laminage en fer ou en époxy. Décider si l'application nécessite un noyau de fer ou un moteur linéaire sans fer est généralement la première étape de la conception et de la sélection.

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

Les moteurs linéaires sans fer ont généralement des capacités de force de poussée plus faibles, ils ne sont donc pas adaptés aux exigences de poussée extrêmement élevées trouvées dans des applications telles que la pression, l'usinage ou la moulure. Mais ils excellent à l'assemblage et au transport à grande vitesse.

L'inconvénient de la conception du noyau de fer est le colmage, ce qui dégrade la douceur du mouvement. Le colmage se produit parce que la conception à fente de la partie principale le fait avoir des positions «préférées» lorsqu'elle se déplace le long des aimants de la partie 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 vitesse - appelée colmage. Cette variation de la force et de l'ondulation de la vitesse dégrade la douceur du mouvement, qui peut être un problème important dans les applications où la qualité de mouvement pendant le voyage (pas seulement la précision de positionnement final) est importante.

Il existe de nombreuses méthodes que les fabricants utilisent pour réduire le colging. Une approche commune consiste à fausser la position des aimants (ou des dents), créant des transitions plus lisses lorsque les dents primaires traversent les aimants secondaires. Un effet similaire peut être réalisé en modifiant la forme des aimants en un octogone allongé.

Une autre méthode pour réduire le colging est appelée l'enroulement fractionnaire. Dans cette conception, la primaire contient plus de dents de laminage que les aimants dans le secondaire, et la pile de laminage a une forme spéciale. Ensemble, ces deux modifications fonctionnent pour annuler les forces de colging. Et bien sûr, le logiciel propose toujours une solution. Les algorithmes anti-coging permettent aux entraînements et aux contrôleurs de servos d'ajuster le courant fourni au primaire afin que les variations de force et de vitesse soient minimisées.

Les moteurs linéaires sans fer ne connaissent pas le colging, car leurs bobines primaires sont encapsulées dans l'époxy, plutôt que d'être blessées autour d'une stratification d'acier. Et les servomoteurs linéaires sans fer ont une masse plus faible (l'époxy est plus léger, quoique moins rigide, que l'acier), ce qui leur permet d'obtenir certains des valeurs de vitesse, de décélération et de vitesse maximale les plus élevées dans les systèmes électromécaniques. Les temps de décantation sont généralement meilleurs (inférieurs) pour les moteurs sans fer que pour les versions de noyau de fer. L'absence d'acier dans le primaire, et le manque associé d'ondulation de décollage ou de vitesse, signifie également que les moteurs linéaires sans fer peuvent fournir un mouvement très lent et régulier, 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 composant d'un système de mouvement. Un système de moteur linéaire complet nécessite également des roulements pour prendre en charge et guider la charge, la gestion du câble, la rétroaction (généralement un encodeur linéaire) et un lecteur de servo et un contrôleur. Les OEM et les constructeurs de machines hautement expérimentés, ou ceux qui ont des exigences de conception ou de performances très uniques, peuvent construire un système complet avec des capacités internes et des composants standard de divers fabricants.

La conception du système de moteur linéaire est sans doute plus simple que la conception de systèmes basée sur les ceintures, la rack et les pignons ou les 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 à billes ou de tension des ceintures). Et les moteurs linéaires ne sont pas en contact, donc les concepteurs n'ont pas à se soucier de prendre des dispositions pour la lubrification, les ajustements ou toute autre 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 de moteur linéaire, des étapes de haute précision et même des systèmes cartésiens et de portique.

L'environnement est-il adapté à un moteur linéaire?
Les moteurs linéaires sont souvent la solution préférée dans des 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 tous les types de guides linéaires ou de gestion du câble pour répondre à la génération de particules, à la suppression et aux exigences de température de l'application. Et dans les cas extrêmes, le secondaire (trace magnétique) peut être utilisé comme partie mobile, la partie principale (enroulements, y compris les câbles et la gestion des câbles) restant fixes.

Mais si l'environnement est composé de copeaux métalliques, de poussière métallique ou de particules métalliques, un servomoteur linéaire peut ne pas être la meilleure option. Cela est particulièrement vrai pour les moteurs linéaires du noyau de fer car leur conception est intrinsèquement ouverte, laissant la piste de l'aimant exposée à la contamination. La conception semi-fermée de moteurs linéaires sans fer offre une meilleure protection, mais il faut veiller à ce que la fente dans la partie secondaire ne soit pas directement exposée à des sources de contamination. Il existe des options de conception pour enfermer à la fois les moteurs linéaires du noyau en fer et sans fer, mais ceux-ci peuvent réduire la capacité d'un moteur à dissiper la chaleur, élaborant potentiellement un problème pour un autre.