Configuration typique de la conception du système de mouvement

Le mouvement linéaire est essentiel à de nombreuses machines mobiles, et l'entraînement direct des moteurs linéaires simplifie la conception globale de ces applications. Parmi les autres avantages, on peut citer une rigidité accrue, car les moteurs linéaires sont fixés directement à la charge.

L'intégration de ces moteurs (et des composants périphériques qu'ils nécessitent) peut paraître complexe, mais le processus peut être décomposé en cinq étapes simples. Suivre ce processus étape par étape permet aux constructeurs de machines et de robots de bénéficier des avantages des moteurs linéaires sans effort ni complexité supplémentaires.

1. Déterminer le type de moteur : à 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 terme « noyau de fer » désigne la construction de la bobine de ce moteur, composée de tôles de noyau de fer. Une configuration typique comprend une piste magnétique fixe unilatérale et une bobine de moteur mobile. 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 à mouvement linéaire. La précharge magnétique peut également améliorer la réponse en fréquence du système en améliorant la décélération et la stabilisation.

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

Une deuxième configuration de moteur linéaire à noyau de fer est constituée d'une paire de pistes magnétiques fixes placées de part et d'autre de la bobine mobile. Cette construction brevetée neutralise les effets de l'attraction magnétique tout en délivrant une force maximale par section. Cette conception équilibrée réduit la charge sur les roulements, permettant l'utilisation de roulements à mouvement linéaire plus petits et une diminution du bruit.

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 éléments du moteur.

Le type sans fer le plus courant est le canal en U : deux pistes magnétiques sont reliées pour former un canal dans lequel se déplace la bobine du moteur (ou forceur). Ce moteur est idéal pour les applications nécessitant une faible ondulation de vitesse et une forte accélération. L'absence de force d'attraction et d'encoche de la construction sans fer minimise l'ondulation de couple ; l'accélération est accrue grâce au poids relativement léger de la bobine.

Une deuxième configuration sans fer se présente sous la forme d'un cylindre. Des aimants sont empilés dans un tube en acier inoxydable, et la bobine du moteur se déplace autour du cylindre. Cette configuration est idéale pour remplacer les vis à billes, car elle offre des vitesses et une précision de positionnement bien supérieures dans un volume sensiblement identique.

Dimensionnement des bobines et longueur des pistes

Quelle que soit la configuration, toutes les bobines de moteurs linéaires doivent être dimensionnées en fonction des exigences de l'application : charge appliquée, profil de déplacement de la cible, cycle de service, précision, exactitude, durée de vie et environnement de fonctionnement. Conseil : faites appel à l'assistance technique des fabricants de moteurs linéaires et à un logiciel de dimensionnement (souvent gratuit) pour sélectionner le type et la taille de moteur les mieux adaptés à une application donnée.

Les sections de rail magnétique sont proposées en plusieurs longueurs et peuvent être empilées bout à bout pour atteindre la course souhaitée, la longueur totale de l'aimant étant pratiquement illimitée. Pour simplifier la conception et réduire les coûts, il est préférable d'utiliser les sections de rail magnétique les plus longues disponibles auprès du fabricant.

2. Choisissez un encodeur

La deuxième étape de la conception d'un système de moteur linéaire consiste à sélectionner le codeur linéaire. Les plus courants sont les codeurs linéaires incrémentaux avec capteurs optiques ou magnétiques. Sélectionnez un codeur présentant la résolution et la précision requises pour l'application, et adapté à l'environnement de la machine.

Le retour d'information du codeur est généralement renvoyé au servoamplificateur via un train d'impulsions analogiques sinusoïdales ou numériques. Une autre option est le retour d'information du codeur série haute vitesse, offrant des débits de données plus élevés, une résolution binaire plus élevée, une meilleure immunité au bruit, des câbles plus longs et des informations d'alarme complètes.

Les communications série se connectent de deux manières.

La communication directe entre l'amplificateur et l'encodeur est possible avec des encodeurs dotés d'un protocole d'encodeur série compatible avec l'amplificateur.

Lorsqu'un codeur ne possède pas de sortie série (ou que le protocole de sortie série est incompatible avec l'amplificateur), un module convertisseur série peut être utilisé. Dans ce cas, le module accepte un signal analogique du codeur ainsi que le signal du capteur à effet Hall, subdivise le signal analogique et transmet ces données en série au servoamplificateur. Les données du capteur à effet Hall sont utilisées à la mise sous tension et pour vérifier le retour du codeur.

Plusieurs fabricants de codeurs linéaires proposent désormais 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. Choisissez l'amplificateur

La troisième étape du processus de conception consiste à sélectionner le servoamplificateur. Ce dernier doit être correctement dimensionné en fonction du moteur.

Le Plug and Play est une fonctionnalité réservée aux fournisseurs proposant à la fois des servomoteurs et des amplificateurs. Certains fournisseurs proposent cette fonctionnalité pour réduire le temps de démarrage et garantir une configuration correcte.

Certains servoamplificateurs disposent d'une reconnaissance automatique du moteur et d'un mode sans réglage, ce qui élimine le besoin de régler le système servo. Grâce à ce logiciel, les spécifications du moteur (y compris les caractéristiques de surcharge) sont automatiquement transférées du moteur vers le servoamplificateur dès sa mise sous tension. Cela élimine les erreurs potentielles de saisie des spécifications du moteur, éliminant ainsi pratiquement tout risque d'emballement du moteur et d'erreur de phasage.

4. Sélectionnez 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 sélectionner un système de roulement à mouvement linéaire et la cinquième consiste à concevoir les éléments de support.

La plupart des assemblages de moteurs linéaires présentent deux critères d'alignement importants : l'espacement entre la bobine et la piste magnétique, et l'espacement entre la tête de lecture du codeur et la règle linéaire. Ce dernier critère est éliminé lors du choix d'un codeur linéaire fermé.

Conseils:

Les roulements à mouvement linéaire doivent fournir une précision suffisante pour respecter les tolérances d'écartement, tandis que les éléments de support 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 définitive des exigences de performance de la machine. Les applications exigeant une précision et une exactitude élevées 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 magnétiques associées aux moteurs linéaires à noyau de fer. Dans de nombreux cas, les éléments de support des roulements linéaires et des pistes magnétiques peuvent être intégrés au châssis de la machine.