Un moteur linéaire peut être considéré comme un servomoteur rotatif déroulé et mis à plat pour produire un mouvement fondamentalement linéaire. Un actionneur linéaire traditionnel est un élément mécanique qui convertit le mouvement de rotation d'un servomoteur rotatif en voyages en ligne droite. Les deux offrent tous deux un mouvement linéaire mais avec des caractéristiques de performances et des compromis très différentes. Il n'y a pas de technologie supérieure ou inférieure - dont le choix à utiliser dépend de l'application. Regardons de plus près.
La règle de base pour les moteurs linéaires est qu'ils brillent dans les applications nécessitant une accélération élevée, des vitesses élevées ou une haute précision. Dans la métrologie des semi-conducteurs, par exemple, où la résolution et le débit sont essentiels et même une heure de temps d'arrêt peut coûter des dizaines de milliers de dollars, les moteurs linéaires fournissent la solution idéale. Mais qu'en est-il d'une situation moins exigeante?
Un problème précoce avec les moteurs linéaires était la compétitivité des coûts. Les moteurs linéaires nécessitent des aimants en terres rares, qui présentent l'un des facteurs limitants à la longueur de course. Bien sûr, en théorie, les aimants peuvent être alignés pratiquement sans fin, mais en réalité, à part le défi d'assurer une rigidité suffisante sur une longue longueur de course, les coûts montent en place, en particulier pour les conceptions en U-canaux.
Les moteurs à nages en fer peuvent générer la même force en utilisant des aimants plus petits que la conception équivalente sans fer, donc si le muscle est la principale exigence et que les spécifications de performance sont suffisamment détendues pour tolérer une perturbation de la force de colmage, ce qui entraîne des erreurs de position dynamique ou de vitesse, le noyau de fer pourrait être la meilleure approche. Si les exigences de performance sont encore plus lâches, de l'ordre des microns plutôt que des nanomètres, peut-être que la combinaison d'actionneur linéaire fournit le compromis le plus approprié - choisissez un actionneur linéaire pour l'emballage de médicaments, disons, mais un moteur linéaire pour le séquençage ADN de la découverte de médicaments.
Durée de voyage
Bien qu'il existe de nombreuses exceptions, la longueur optimale de course pour les moteurs linéaires varie de quelques millimètres à plusieurs mètres. Plus bas que cela, une alternative comme une flexion pourrait être plus efficace; Ci-dessus, les entraînements de ceinture puis les conceptions de rack-and-pinion sont probablement de meilleurs paris.
La longueur de course des moteurs linéaires est limitée non seulement par le coût et la stabilité du montage, mais par la question de la gestion des câbles. Pour générer un mouvement, le Forcer doit être sous tension, ce qui signifie que les câbles de puissance doivent voyager avec lui la longueur totale de course. Le câble à haute teneur en flex et les voies de course qui l'accompagnent sont coûteuses, et le fait que le câblage soit le seul point de défaillance le plus important dans le contrôle de mouvement globalement complique encore le problème.
Bien sûr, la nature même des moteurs linéaires peut donner une solution intelligente à ce problème. Là où nous avons ces préoccupations, nous monterons le Forcer sur la base stationnaire et déplacerons la piste de l'aimant. De cette façon, tous les câbles viennent au Forcer stationnaire. Vous obtenez un peu moins d'accélération d'un moteur donné parce que vous n'accélérez pas une bobine, vous accélérez une piste aimant, ce qui est plus lourd. Si vous faisiez cela pour des G élevés, ce ne serait pas bon. Si vous n'avez vraiment pas une application élevée, cela pourrait être un très bon design.
Profeta cite des servomoteurs linéaires aérotech avec des forces de pointe allant de 28 à 900 livres, mais là encore, la conception fondamentale des moteurs linéaires se prête à des solutions uniques qui en offrent beaucoup plus. Nous avons des clients qui prendront nos plus grands moteurs linéaires, en assembler six et généreront près de 6000 livres de force. Vous pouvez mettre plusieurs forceurs sur plusieurs pistes, les réparer mécaniquement ensemble, puis les commandés tous ensemble afin qu'ils agissent comme un seul moteur; Ou vous pouvez mettre plusieurs forceurs dans la même piste aimant et les monter dans le chariot en tenant la charge et les traiter comme un seul moteur.
Étant donné que nous vivons dans le monde réel et qu'il est impossible de faire correspondre exactement la commutation, il y a une pénalité d'efficacité de quelques pour cent pour payer cette approche, mais elle peut toujours donner la meilleure solution polyvalente pour une application donnée.
Tête à tête
Du point de vue de la force, comment les moteurs linéaires s'accumulent-ils aux combinaisons rotatives du moteur rotatif / actionneurs linéaires? Il y a un compromis de force significatif, nous comparons un moteur linéaire sans fente de huit pôles de 4 pouces de large avec un produit à vis de 4 pouces de large. Notre moteur linéaire à huit pôles a une force de pointe de 40 lb (180 N) et une force continue de 11 lb (50 N). Dans ce même profil avec un servomoteur NEMA 23 et notre produit à vis, la charge axiale maximale est de 200 lb, donc si vous le regardez de cette façon, vous regardez essentiellement une réduction de 20 fois de la force continue.
Les résultats réels varieront en fonction du pas de vis, du diamètre de la vis, des bobines de moteur et de la conception du moteur, il est rapide à noter et est limité par les roulements axiaux prenant en charge la vis. Le moteur linéaire en fer de fer de 13 pouces de large de l'entreprise peut générer 1600 livres de force axiale maximale par rapport aux 440 livres fournis par un produit à vis de 6 pouces de large, par exemple, mais la quantité d'espace abandonnée est considérable.
Pour paraphraser un slogan politique, c'est la demande, stupide. Si la densité de force est la principale préoccupation, alors un actionneur est probablement le meilleur choix. Si la demande nécessite une réactivité, par exemple dans une application à haute précision et à haute accélération comme l'inspection LCD, le compromis de l'empreinte de Force pour obtenir les performances nécessaires en vaut la peine.
Le garder propre
La contamination est un problème majeur pour le contrôle des mouvements dans les environnements de fabrication et les moteurs linéaires ne font pas exception. Un gros problème avec la conception du moteur linéaire standard est l'exposition à la contamination, comme les particules solides ou l'humidité. Cela est vrai pour les conceptions «à plat» et moins un problème pour les conceptions [en U-canal].
Il est très difficile de sceller complètement la solution. Vous ne voulez pas être dans un environnement à haute teneur. Si vous allez mettre un moteur linéaire dans une application de coupe à jet d'eau, vous devez y mettre une pression positive et vous assurer qu'elle est bien protégée parce que l'électronique du moteur linéaire est juste là avec l'actionnement.
Dans le cas des conceptions de canaux en U, l'inversion du U peut minimiser les chances que les particules entrent dans le canal, mais cela crée des problèmes de gestion thermique qui peuvent compromettre les performances en raison du déplacement de la masse du rail magnét par rapport à déplacer la masse du forcer. Encore une fois, c'est un compromis et encore une fois, l'application entraîne l'utilisation.
Ce n'est pas seulement l'environnement qui peut affecter le moteur linéaire - le moteur linéaire peut créer des problèmes avec l'environnement. Contrairement aux conceptions rotatives, les grands aimants en unités linéaires peuvent faire des ravages avec un environnement magnétiquement sensible, par exemple dans les machines d'imagerie par résonance magnétique (IRM). Cela peut même être un problème dans une application plus prosaïque comme la coupe de métaux. Vous obtenez ces aimants à forte force qui essaient de tirer chacun de ces puces métalliques sur la piste de l'aimant, donc les moteurs linéaires ne fonctionnent pas bien dans ces types d'applications sans protection appropriée.
À propos de ces applications…
Alors, où est le point idéal de l'application pour les moteurs linéaires? Métrologie, pour commencer, dans des domaines comme la fabrication de semi-conducteurs, de LED et d'écran LCD. L'impression numérique de grands signes est également un marché croissant, tout comme le secteur biomédical, et même la fabrication de petites pièces, nos clients organisent des paires de moteurs linéaires dans les configurations de portique pour les tâches d'assemblage. Vous voulez obtenir autant de débit de produit que possible, donc la forte accélération et la vitesse que vous pouvez obtenir de ces moteurs sont avantageuses. Une chose que nous avons faite récemment est la fabrication de piles à combustible; La coupe du pochoir en est une autre.
Cela répond à la question de savoir où, mais qu'en est-il de la question de savoir combien? La technologie moteur linéaire est en cours de développement depuis des décennies, alors où est-elle en termes d'acceptation du marché? Nous ne les heurtons pas beaucoup à cause du coût, mais dans certaines applications, ils ont beaucoup de sens.
Nous l'attribuez au cycle de vie du consommateur. Vous avez les innovateurs, les premiers adoptants, la majorité précoce, la majorité tardive et les Laggards. Nous sommes au stade maintenant qu'il devient de plus en plus courant d'utiliser un moteur linéaire. Nous nous déplaçons dans ce stade de majorité précoce.
Le prix des moteurs linéaires est en baisse lorsque nous optimisons le processus de fabrication et que les volumes augmentent, nous les voyons donc dans de plus en plus d'applications, [Aerotech] fabrique également des étapes avec des vis à billes. Je dirais qu'à ce stade, nous vendons autant de scènes linéaires-moteurs, sinon plus, que des scènes à l'écriture de balle. Nous les introduisons dans de plus en plus d'applications. Il y a dix ans, la plupart des applications étaient du style de laboratoire, dans des environnements propres. Nous les mettons maintenant dans des types d'opérations beaucoup plus industriels. L'un des segments que je cherche est l'automobile, et nous avons mis des moteurs linéaires dans beaucoup plus d'applications automobiles.
Selon votre configuration, vous pouvez presque obtenir une solution de moteur linéaire pour moins d'un entraînement à courroie. Vous avez l'avantage d'un moteur linéaire avec le lecteur direct, le temps de réponse rapide et aucun taux de ressort comme la ceinture n'a pour un prix très similaire. L'inconvénient est que vous n'avez pas cet avantage mécanique de la courroie et de la poulie / boîte de vitesses pour vous donner cette force supplémentaire.
Des avantages et des inconvénients - cela résume vraiment tout. Considérez attentivement votre application, comprenez vos exigences, déterminez où se situe votre flexibilité. Une fois que vous savez comment réfléchir à vos compromis, vous serez en mesure de prendre une décision éclairée sur le fait qu'un moteur linéaire ou une sorte d'actionneur linéaire répondra au mieux à vos besoins.
Heure du poste: 12 juin-2023