Voici quelques questions que les ingénieurs et les concepteurs devraient se poser avant de choisir des actionneurs linéaires.

Les concepteurs qui se préparent à choisir un actionneur linéaire pour un appareil ou une machine spécifique doivent avoir une liste de questions à poser aux fournisseurs et aux fabricants de ces appareils. Ces listes contiennent généralement des FAQ (questions fréquemment posées) et la plupart des entreprises qui vendent des actionneurs y sont préparées. Mais ces fournisseurs, dans de nombreux cas, s'attendent à ce que les acheteurs potentiels posent d'autres questions, peut-être plus approfondies et révélatrices : les questions dites peu fréquemment posées (iFAQ).

Voici quelques questions que les ingénieurs devraient poser lorsqu'ils envisagent de spécifier des actionneurs linéaires.

Q. J'ai besoin de vitesse et de précision sur une longue longueur. Quel type d'actionneur dois-je utiliser ?

R. C’est une question intelligente à poser. De nombreux ingénieurs concepteurs surestiment la précision des moteurs et actionneurs traditionnels sur de longues courses. Ils croient à tort que si l’actionneur fonctionne bien sur des trajets courts, il fonctionnera tout aussi bien sur des trajets longs. Bien que de nombreux types de systèmes linéaires répondent à deux des trois exigences généralement recherchées par les ingénieurs (longues courses, vitesse élevée et précision de positionnement élevée), les actionneurs à moteur linéaire sont les seuls à répondre aux trois sans compromis. Ils sont souvent utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs, l’inspection de produits électroniques grand public, les applications médicales et des sciences de la vie, les machines-outils, l’impression et les applications d’emballage.

Pour fournir un peu de contexte, définissons les moteurs linéaires. Essentiellement, un moteur linéaire est un moteur rotatif déroulé et disposé à plat. Il permet au moteur de s'accoupler directement à la charge linéaire. En revanche, d'autres conceptions utilisent un moteur rotatif et le couplent via des mécanismes, ce qui peut introduire des jeux, des pertes d'efficacité et d'autres imprécisions. Les moteurs linéaires ont également tendance à avoir des vitesses maximales plus élevées que les vis à billes de même longueur de course.

Trois principaux types de moteurs linéaires sont utilisés aujourd'hui. Le premier est un noyau de fer, composé de bobines enroulées autour de dents en matériaux ferreux et enveloppées dans un stratifié. Ces moteurs ont la force la plus élevée par taille et un bon transfert de chaleur, et sont généralement les moins chers. Cependant, le fer dans le moteur entraîne une augmentation du cogging (couple dû aux interactions entre les aimants du moteur), de sorte qu'ils sont souvent un peu moins précis que le deuxième type, les moteurs linéaires sans fer.

Comme leur nom l'indique, les moteurs linéaires sans fer ne contiennent pas de fer. Le forceur est essentiellement une plaque époxy dans laquelle des bobines de cuivre étroitement enroulées ont été insérées. Il se glisse entre deux rangées d'aimants se faisant face. (Ceci est également connu sous le nom de voie magnétique à canal en U.) Une barre d'espacement située sur un côté des aimants les relie ensemble. Les principaux avantages des moteurs sans fer sont des forces d’attraction moindres et l’absence d’encoches. Cela les rend plus précis que les moteurs à noyau de fer. Cependant, deux rangées d'aimants rendent les unités sans fer plus chères que les versions à noyau de fer. La gestion du transfert de chaleur peut également s'avérer difficile. Il est donc important de comprendre dès le début si une application particulière risque de surchauffer. Les moteurs sans fer les plus récents comportent des bobines superposées qui offrent une plus grande surface de contact pour la dissipation de la chaleur. Cette conception permet également au moteur d'avoir une densité de force plus élevée.

Le troisième et dernier type sont des moteurs linéaires sans fente, qui sont essentiellement des hybrides des deux premiers types. Un moteur sans fente possède une seule rangée d’aimants comme le noyau de fer, ce qui permet de maintenir son prix plus bas. Un panneau arrière laminé assure un bon transfert de chaleur, ainsi que des forces d'attraction et des engrenages inférieurs à ceux des moteurs à noyau de fer. Les moteurs sans fente offrent également l'avantage d'un profil de hauteur inférieure à celui des moteurs sans fer en plus de leur prix inférieur. Pour les concepteurs qui souhaitent que les composants de leurs machines soient aussi petits que possible, chaque millimètre d’espace économisé peut être crucial.

Q. Comment puis-je savoir si un actionneur donné peut être utilisé dans un environnement spécifique ?

R. Trop souvent, les ingénieurs concepteurs choisissent les actionneurs de manière isolée et ne réfléchissent pas à l'endroit où ils seront utilisés. Les actionneurs linéaires comportent des pièces mobiles critiques qui ne fonctionnent correctement que dans les environnements pour lesquels ils ont été conçus et fabriqués. L'utilisation d'un actionneur linéaire inapproprié peut entraîner des problèmes allant d'un mauvais fonctionnement à des dommages irréparables à l'actionneur lui-même. Pour les applications « sales », comme un outil de coupe qui projette des particules et des déchets, l'actionneur nécessitera une étanchéité et un blindage pour le protéger des contaminants.

D'un point de vue opposé, un actionneur sans protection appropriée peut introduire une contamination dans un environnement propre, compromettant ainsi l'application. L'usure normale entraînera la génération de particules par les étapes linéaires au fil du temps. Les salles blanches ou les environnements sous vide sont souvent limités à l'utilisation d'équipements qui ne libèrent aucune particule. Il est donc essentiel que les actionneurs utilisés dans ces environnements soient équipés de joints et de protections pour empêcher les particules de pénétrer dans l'environnement. Certains dispositifs mécaniques qui fournissent un mouvement linéaire, comme dans le traitement des semi-conducteurs, ne se déplacent que de quelques microns à la fois, de sorte que même la moindre contamination peut compromettre et ruiner une application.

Les joints et les boucliers protègent les composants critiques de l'exposition à des environnements difficiles, permettant ainsi aux actionneurs linéaires de fonctionner comme ils ont été conçus pour fonctionner. Pour les environnements propres, les joints et les boucliers protègent l'environnement de l'application des éventuels contaminants créés par l'actionneur, et non de l'actionneur lui-même. En plus des joints et des boucliers, les actionneurs linéaires personnalisés peuvent être conçus avec des ports à pression positive qui purgent les contaminants à l'intérieur de l'unité, maintenant ainsi les performances et le cycle de vie au maximum.

Divers facteurs environnementaux doivent être pris en compte lors du choix des actionneurs linéaires. Ceux-ci incluent les températures ambiantes, la présence d'humidité, l'exposition à des produits chimiques et à des gaz (autres que l'air ambiant), les rayonnements, le niveau de pression atmosphérique (pour les applications réalisées sous vide), la propreté et les équipements à proximité. Par exemple, y a-t-il à proximité un équipement susceptible de transmettre des vibrations susceptibles d'affecter les performances de la scène linéaire ?

L'indice de protection (IP) d'un étage linéaire, qui est généralement fourni dans ses spécifications, indique s'il dispose d'une protection appropriée contre des environnements spécifiques. Les indices IP sont des niveaux définis d'efficacité des joints d'étanchéité d'un boîtier contre l'intrusion de corps étrangers (poussière et saleté) et divers niveaux d'humidité.

Les valeurs nominales du boîtier prennent la forme de « IP- » suivi de deux chiffres. Le premier chiffre indique le degré de protection contre les pièces mobiles et les corps étrangers. Le deuxième chiffre identifie le niveau de protection contre l'exposition à différents niveaux d'humidité (des gouttes aux pulvérisations en passant par la submersion totale).

Prendre le temps de vérifier l'indice IP d'un actionneur dès le début du processus de sélection offre un moyen rapide et simple d'éliminer les unités inadaptées à l'environnement. Par exemple, un actionneur doté d’un indice IP30 n’offre aucune protection contre l’humidité, mais il empêchera l’entrée des objets de la taille d’un doigt. Si la protection contre l'humidité est essentielle, recherchez un actionneur avec un indice de protection plus élevé, tel que IP54, qui protège de la poussière et des éclaboussures d'eau. Les actionneurs sans protection contre l'intrusion ou l'humidité peuvent toutefois offrir des alternatives économiques pour les environnements où les contaminants ne sont pas un problème.