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

Les concepteurs qui s'apprêtent à choisir un actionneur linéaire pour un dispositif ou une machine spécifique devraient préparer une liste de questions à poser aux fournisseurs et fabricants de ces dispositifs. Ces listes contiennent généralement une FAQ (Foire aux questions), et la plupart des entreprises vendant des actionneurs y sont préparées. Cependant, ces fournisseurs s'attendent souvent à ce que les acheteurs potentiels posent d'autres questions, parfois plus pointues et révélatrices : les questions rarement posées (ou iFAQ).

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

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

A. C'est une excellente question. De nombreux ingénieurs concepteurs surestiment la précision des moteurs et actionneurs traditionnels sur de longues courses. Ils pensent à tort que si un actionneur fonctionne bien sur de courtes courses, il fonctionnera tout aussi bien sur de longues. Bien que de nombreux systèmes linéaires répondent à deux des trois exigences généralement recherchées par les ingénieurs (longues courses, vitesse élevée et grande précision de positionnement), seuls les actionneurs à moteur linéaire offrent les trois sans compromis. Ils sont fréquemment utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs, le contrôle qualité de l'électronique grand public, les applications médicales et des sciences de la vie, les machines-outils, l'impression et le conditionnement.

Pour mieux comprendre, définissons les moteurs linéaires. Un moteur linéaire est essentiellement un moteur rotatif déroulé et disposé à plat. Il permet un couplage direct avec la charge linéaire. À l'inverse, d'autres conceptions utilisent un moteur rotatif couplé mécaniquement, ce qui peut engendrer du jeu, des pertes d'efficacité et d'autres imprécisions. Les moteurs linéaires ont généralement des vitesses maximales supérieures à celles des vis à billes de même course.

On utilise aujourd'hui trois principaux types de moteurs linéaires. Le premier est le moteur à noyau de fer, dont les bobines sont enroulées autour de dents en matériau ferreux et recouvertes d'un revêtement stratifié. Ces moteurs offrent la force la plus élevée par unité de taille et une bonne dissipation thermique ; ils sont généralement les moins chers. Cependant, la présence de fer dans le moteur entraîne une augmentation du couple de crantage (couple dû aux interactions entre les aimants), ce qui les rend souvent légèrement moins précis que le deuxième type, les moteurs linéaires sans noyau de fer.

Comme son nom l'indique, un moteur linéaire sans fer ne contient pas de fer. Le dispositif de force est essentiellement une plaque en époxy dans laquelle sont insérées des bobines de cuivre enroulées serrées. Il coulisse entre deux rangées d'aimants face à face (on parle également de chemin magnétique en U). Une entretoise, placée sur l'un des côtés des aimants, les relie. Les principaux avantages des moteurs sans fer sont des forces d'attraction plus faibles et l'absence d'effet de crantage. Ils sont ainsi plus précis que les moteurs à noyau de fer. Cependant, la présence de deux rangées d'aimants les rend plus coûteux. La gestion du transfert thermique peut également s'avérer complexe ; il est donc important d'évaluer dès le départ le risque de surchauffe pour une application donnée. Les moteurs sans fer les plus récents sont dotés de bobines superposées qui augmentent la surface de contact et favorisent la dissipation de la chaleur. Cette conception permet également au moteur d'atteindre une densité de force plus élevée.

Le troisième et dernier type est celui des moteurs linéaires sans encoches, qui sont en quelque sorte des hybrides des deux premiers types. Un moteur sans encoches possède une seule rangée d'aimants, comme un moteur à noyau de fer, ce qui contribue à réduire son prix. Un noyau de fer laminé assure un bon transfert de chaleur, ainsi que des forces d'attraction et un couple de crantage inférieurs à ceux des moteurs à noyau de fer. Outre leur prix plus abordable, les moteurs sans encoches présentent également l'avantage d'une hauteur réduite par rapport aux moteurs sans fer. Pour les concepteurs qui privilégient la miniaturisation des composants de leurs machines, chaque millimètre gagné peut s'avérer crucial.

Q. Comment savoir si un actionneur donné est adapté à une utilisation dans un environnement spécifique ?

A. Trop souvent, les ingénieurs concepteurs choisissent les actionneurs indépendamment de leur environnement d'utilisation. 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 inadapté peut entraîner des problèmes allant d'un fonctionnement incorrect à des dommages irréparables. Pour les applications « sales », comme un outil de coupe projetant des particules et des copeaux, l'actionneur devra être étanche et protégé contre les contaminants.

À l'inverse, un actionneur dépourvu de protection adéquate peut introduire des contaminants dans un environnement propre, compromettant ainsi l'application. L'usure normale entraîne la production de particules par les systèmes linéaires au fil du temps. Les salles blanches ou les environnements sous vide imposent souvent l'utilisation d'équipements ne libérant aucune particule ; il est donc essentiel que les actionneurs utilisés dans ces environnements soient équipés de joints et de protections afin d'empêcher toute contamination. Certains dispositifs mécaniques assurant un mouvement linéaire, comme dans la fabrication de semi-conducteurs, se déplacent de quelques microns seulement ; par conséquent, même une infime contamination peut compromettre, voire anéantir, une application.

Les joints et écrans protègent les composants critiques des environnements difficiles, permettant ainsi aux actionneurs linéaires de fonctionner conformément à leur conception. En environnement propre, ils protègent l'environnement d'application des contaminants potentiels générés par l'actionneur, et non l'actionneur lui-même. Outre les joints et écrans, les actionneurs linéaires sur mesure peuvent être équipés d'orifices de surpression qui purgent les contaminants internes, optimisant ainsi leurs performances et leur durée de vie.

Le choix d'actionneurs linéaires doit tenir compte de divers facteurs environnementaux, tels que la température ambiante, l'humidité, l'exposition à des produits chimiques et des gaz (autres que l'air ambiant), les radiations, la pression atmosphérique (pour les applications sous vide), la propreté et la présence d'équipements à proximité. Par exemple, un équipement situé à proximité pourrait-il transmettre des vibrations susceptibles d'affecter les performances de l'actionneur linéaire ?

L'indice de protection (IP) d'un étage linéaire, généralement indiqué dans ses spécifications, précise s'il offre une protection adéquate contre des environnements spécifiques. Les indices IP définissent le niveau d'efficacité des joints d'étanchéité d'un boîtier contre la pénétration de corps étrangers (poussière et saletés) et différents niveaux d'humidité.

L'indice de protection d'un boîtier se présente sous la forme « IP- » suivi de deux chiffres. Le premier chiffre indique le degré de protection contre les pièces mobiles et les corps étrangers. Le second chiffre indique le niveau de protection contre l'exposition à différents niveaux d'humidité (des gouttes aux projections d'eau jusqu'à l'immersion totale).

Vérifier l'indice de protection (IP) d'un actionneur dès le début du processus de sélection permet d'éliminer rapidement et facilement les modèles inadaptés à l'environnement. Par exemple, un actionneur IP30 n'offre aucune protection contre l'humidité, mais empêche la pénétration de petits objets. Si la protection contre l'humidité est essentielle, privilégiez un actionneur avec un indice de protection plus élevé, comme IP54, qui protège contre la poussière et les projections d'eau. En revanche, les actionneurs sans protection contre les intrusions ni l'humidité constituent des alternatives économiques pour les environnements où la contamination n'est pas un problème.