Platines de moteur linéaire complètes – comprenant plaque de base, moteur linéaire, guides linéaires, encodeur 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. Et bien que les moteurs linéaires soient le plus souvent reconnus pour leur capacité à offrir une combinaison de vitesses élevées, de courses longues et d'une excellente précision de positionnement qui n'est pas possible avec d'autres mécanismes d'entraînement, ils peuvent également obtenir des mouvements extrêmement lents, fluides et précis. En fait, la technologie des moteurs linéaires offre une si large 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 adaptée.

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

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

Les moteurs linéaires à noyau de fer sont les mieux adaptés aux applications nécessitant des forces de poussée extrêmement élevées. En effet, la stratification de la pièce primaire contient des dents (saillies) qui concentrent le flux électromagnétique vers les aimants de la pièce 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 délivrer des forces élevées.

Les moteurs linéaires sans fer ont généralement des capacités de force de poussée inférieures, ils ne conviennent donc pas aux exigences de poussée extrêmement élevées rencontrées 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 du noyau de fer est la denture, qui dégrade la fluidité du mouvement. Le crantage se produit parce que la conception à fentes de la pièce primaire lui confère des positions « préférées » lorsqu'elle se déplace le long des aimants de la pièce secondaire. Pour surmonter la tendance du primaire à s'aligner avec les aimants du secondaire, le moteur doit produire plus de force, ce qui provoque une ondulation de vitesse appelée crémaillère. Cette variation de force et d'ondulation de 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.

Il existe de nombreuses méthodes utilisées par les fabricants pour réduire le phénomène de cogging. Une approche courante consiste à incliner la position des aimants (ou des dents), créant ainsi des transitions plus douces lorsque les dents primaires traversent les aimants secondaires. Un effet similaire peut être obtenu en modifiant la forme des aimants en un octogone allongé.

Une autre méthode pour réduire le cogging est appelée enroulement fractionné. Dans cette conception, le primaire contient plus de dents de stratification que d'aimants dans le secondaire, et la pile de stratifications a une forme spéciale. Ensemble, ces deux modifications contribuent à annuler les forces d'entraînement. Et bien sûr, le logiciel propose toujours une solution. Les algorithmes anti-cogging permettent aux servomoteurs et aux contrôleurs d'ajuster le courant fourni au primaire afin que les variations de force et de vitesse soient minimisées.

Les moteurs linéaires sans fer ne subissent pas de crémaillère, puisque leurs bobines primaires sont encapsulées dans de l'époxy, plutôt que d'être enroulées autour d'une tôle d'acier. Et les servomoteurs linéaires sans fer ont une masse inférieure (l'époxy est plus léger, quoique moins rigide, que l'acier), ce qui leur permet d'atteindre certaines des valeurs d'accélération, de décélération et de vitesse maximale les plus élevées trouvées 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 associée de denture ou d'ondulation de vitesse signifient 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 supporter et guider la charge, une gestion des câbles, un retour (généralement un encodeur linéaire), ainsi qu'un servomoteur et un contrôleur. Les équipementiers et constructeurs de machines très 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 disponibles dans le commerce provenant de divers fabricants.

La conception de systèmes de moteurs linéaires est sans doute plus simple que la conception de systèmes basés sur des courroies, des pignons et crémaillères ou des vis. Il y a moins de composants et moins d'étapes d'assemblage fastidieuses (pas d'alignement des supports de vis à billes ni de tension des courroies). Et les moteurs linéaires sont sans contact, les concepteurs n'ont donc pas à se soucier de la lubrification, des réglages ou de tout autre entretien de l'unité d'entraînement. Mais pour les équipementiers et les constructeurs de machines qui recherchent une solution clé en main, il existe une myriade d'options pour des actionneurs motorisés linéaires complets, 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 préférée dans les environnements difficiles, tels que les salles blanches et les environnements sous vide, car ils comportent moins de pièces mobiles et peuvent être associés à presque n'importe quel type de guide linéaire ou de gestion de câbles pour répondre aux exigences de génération de particules, de dégazage et de température. la demande. Et dans les cas extrêmes, le secondaire (piste magnétique) peut être utilisé comme partie mobile, la partie primaire (enroulements, y compris les câbles et la gestion des câbles) restant stationnaire.

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 convient de veiller à ce que la fente de la partie secondaire ne soit pas directement exposée à des sources de contamination. Il existe des options de conception pour envelopper à la fois les moteurs linéaires à noyau de fer et sans fer, mais celles-ci peuvent réduire la capacité d'un moteur à dissiper la chaleur, échangeant potentiellement un problème contre un autre.