Configuration typique de la conception d'un système de mouvement

Le mouvement linéaire est au cœur de nombreuses machines en mouvement, et la nature à entraînement direct des moteurs linéaires peut simplifier la conception globale de la machine dans ces applications. D'autres avantages incluent une rigidité améliorée, car les moteurs linéaires sont fixés directement à la charge.

L'intégration de ces moteurs (et des composants périphériques dont ils ont besoin) peut sembler intimidante, 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 du moteur linéaire sans effort ni complexité superflus.

1. Déterminer le type de moteur : 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 générales. Le noyau de fer fait référence à la construction de la bobine de ce moteur, qui se compose de tôles à noyau de fer. Une configuration typique consiste en une piste magnétique fixe unilatérale et une bobine de moteur mobile ou un forceur. 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'un autre côté, la force d'attraction doit être correctement supportée par une capacité de charge accrue des éléments de support et des roulements linéaires. Cela peut dégrader la liberté de conception mécanique de la machine.

Une deuxième configuration de moteur linéaire à noyau de fer se compose d'une paire de pistes magnétiques fixes placées de chaque côté de la bobine mobile. Cette construction brevetée annule les effets de l'attraction magnétique tout en fournissant la force la plus élevée par section transversale. La conception équilibrée réduit la charge des roulements, permettant l'utilisation de roulements à mouvement linéaire plus petits et réduisant le bruit des roulements.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 AvantagesMoteurs sans fer : Des moteurs linéaires sans fer existent également ; ces moteurs n'ont pas de fer dans leurs bobines, il n'y a donc aucune attraction entre les membres 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 le forceur). Ce moteur est idéal pour les applications nécessitant une faible ondulation de vitesse et une accélération élevée. La force d'attraction nulle et la nature sans encoignage de la construction sans fer minimisent l'ondulation du couple ; l'accélération est augmentée car la bobine est relativement légère.

Une deuxième configuration sans fer se présente sous la forme d'un cylindre. Les aimants sont empilés dans un tube en acier inoxydable et la bobine du moteur se déplace autour du cylindre. Cette configuration convient lors du remplacement de vis à billes, car elle produit des vitesses et une précision de positionnement beaucoup plus élevées dans à peu près la même enveloppe.

Dimensionnement des bobines et longueur de piste

Quelle que soit la configuration, toutes les bobines de moteur linéaire doivent être dimensionnées en fonction des exigences de l'application : charge appliquée, profil de déplacement cible, cycle de service, exactitude, précision, durée de vie et environnement d'exploitation. 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 particulière.

Les sections de piste magnétique sont proposées en plusieurs longueurs et peuvent être empilées bout à bout pour atteindre la longueur de déplacement cible, 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 piste magnétique les plus longues disponibles auprès du fabricant.

2. Choisissez un encodeur

La deuxième étape lors de la conception d'un système de moteur linéaire est la sélection du codeur linéaire. Les plus courants sont les codeurs linéaires incrémentaux dotés de capteurs à tête de lecture optique ou magnétique. Sélectionnez un encodeur offrant la résolution et la précision requises pour l'application, et adapté à l'environnement de la machine.

Le retour du codeur est généralement renvoyé au servoamplificateur via un train d'impulsions analogique sinusoïdal ou numérique. Une autre option est le retour d'encodeur série haute vitesse, offrant des débits de données plus élevés, une résolution binaire plus élevée, une plus grande immunité au bruit, des longueurs de câble plus longues et des informations d'alarme complètes.

Les communications série se connectent de deux manières.

Une 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 n'a pas de sortie série (ou lorsque 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 avec le signal du capteur Hall, subdivise le signal analogique et transmet ces données de signal en série au servoamplificateur. Les données du capteur Hall sont utilisées à la mise sous tension et pour vérifier le retour de l'encodeur.

Plusieurs fabricants de codeurs linéaires proposent désormais des codeurs linéaires absolus prenant en charge divers protocoles de communication série, y compris les protocoles propriétaires de fabricants d'amplificateurs tiers.

3. Choisissez l'amplificateur

La troisième étape du processus de conception est la sélection du servoamplificateur. L'amplificateur doit être correctement dimensionné en fonction du moteur.

Le plug and play est une fonctionnalité qui ne peut être proposée que par les fournisseurs fabriquant à la fois des servomoteurs et des amplificateurs. Certains fournisseurs proposent du plug and play 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, qui éliminent le besoin de régler le système d'asservissement. Avec ce logiciel, les spécifications du moteur (y compris les caractéristiques de surcharge) sont automatiquement téléchargées vers le servoamplificateur depuis le moteur lors de la mise sous tension. Cela élimine les erreurs potentielles de l'utilisateur lors de la saisie des spécifications du moteur, éliminant ainsi pratiquement le risque d'emballement du moteur et d'erreurs de phase.

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 roulements à mouvement linéaire et la cinquième consiste à concevoir les éléments de support.

Il existe deux alignements importants dans la plupart des assemblages de moteurs linéaires : la distance d'espacement moteur-aimant entre la bobine et la piste magnétique, et la distance d'espacement entre la tête de lecture du codeur et l'échelle linéaire. Ce dernier critère est éliminé lors de la sélection d'un codeur linéaire fermé.

Conseils:

Les roulements à mouvement linéaire doivent offrir une précision suffisante pour respecter les tolérances d'écart, 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, la sélection et la conception des roulements et des éléments de support dépendent en fin de compte des exigences de performance de la machine. Les applications nécessitant une précision et une précision élevées nécessitent un codeur haute résolution et haute précision, ainsi que des roulements linéaires de haute précision.

Lors du dimensionnement de ces roulements, tenez compte de la charge utile et des forces d'attraction magnétique associées aux moteurs linéaires à noyau de fer. Dans de nombreux cas, les éléments de support des roulements linéaires et des pistes magnétiques peuvent faire partie intégrante du châssis de la machine.