Les moteurs et actionneurs linéaires sont désormais compétitifs en termes de coûts par rapport aux vis à billes et aux transmissions par courroie, et offrent une agilité et une bande passante nettement supérieures pour les applications de positionnement avancées. De nouveaux micromoteurs et actionneurs contribuent à automatiser des tâches auparavant impossibles. Les entraînements linéaires directs remplacent de plus en plus les vérins pneumatiques servocommandés, offrant fiabilité et contrôlabilité, sans les coûts, le bruit et l'entretien des compresseurs d'air.

Sous l'impulsion des exigences de l'industrie des semi-conducteurs, les fabricants de moteurs linéaires ont constamment amélioré la précision, réduit les prix, développé de multiples types de moteurs et simplifié leur intégration dans les systèmes d'automatisation. Les moteurs linéaires modernes offrent une accélération de pointe de 20 g et une vitesse de 10 mètres par seconde, une agilité dynamique inégalée, une maintenance minimale et une disponibilité accrue. Leur utilisation s'est étendue au-delà du secteur spécialisé des semi-conducteurs pour offrir des performances avancées dans de nombreuses applications.

Avec une vitesse et une durée de vie dix fois supérieures à celles des vis à billes, la technologie d'entraînement linéaire direct est souvent la seule solution pour une automatisation améliorant la productivité.

SUPÉRIORITÉ DYNAMIQUE

Les performances dynamiques des mécanismes de positionnement conventionnels sont limitées par les vis-mères, les trains d'engrenages, les transmissions par courroie et les accouplements flexibles, qui engendrent hystérésis, jeu et usure. De même, les actionneurs pneumatiques souffrent de la masse du piston et du frottement piston-cylindre, ainsi que de la compressibilité de l'air, ce qui complexifie la commande. Les moteurs et actionneurs linéaires s'affranchissent de la masse et de l'inertie des positionneurs conventionnels et, libérés de ces limitations fondamentales, offrent une rigidité dynamique inégalée.

La création directe d'une force d'entraînement permet aux moteurs et actionneurs linéaires d'atteindre une bande passante en boucle fermée inaccessible avec d'autres mécanismes de positionnement. Le moteur et l'actionneur peuvent ainsi tirer pleinement parti des contrôleurs modernes. Ces derniers sont optimisés pour un gain de boucle élevé, garantissant un contrôle à large bande passante, un temps de réponse rapide et une récupération rapide après des perturbations transitoires.

Les moteurs et actionneurs linéaires excellent dans les déplacements millimétriques fonctionnant en régime de frottement statique. Leur faible masse et leur frottement statique minimal réduisent la force motrice nécessaire au démarrage et simplifient la tâche du système de contrôle, évitant ainsi les dépassements à l'arrêt. Ces caractéristiques permettent aux moteurs et actionneurs à entraînement direct de scanner des lames de microscope, par exemple, et de cartographier les positions XY d'artefacts distants de quelques millimètres seulement.

Les applications nécessitant des mouvements répétitifs rapides peuvent tirer parti de la large bande passante de l'actionneur linéaire pour doubler le débit des vis à billes ou des transmissions par courroie. Les machines qui découpent des rouleaux de matériau à la longueur voulue (papier, plastique, voire couches) optimisent leur rendement en fonctionnant sans interruption du flux de matériau. Pour une découpe en continu, ces machines accélèrent la lame de coupe afin de se synchroniser avec le flux de matériau, se déplacent à la vitesse de ce dernier jusqu'au point de coupe, puis initient la découpe. Après la découpe, la lame retourne à son point de départ en attendant le prochain cycle de découpe aller-retour.

TYPES DE MOTEURS LINÉAIRES

Il existe trois configurations de base pour les moteurs linéaires : à plateau plat, à profilé en U et tubulaires. Chaque moteur présente des avantages et des limitations intrinsèques.

Les moteurs à plateau, bien qu'offrant une course illimitée et une force motrice maximale, exercent une attraction magnétique considérable et indésirable entre le dispositif de charge et la piste magnétique permanente du moteur. Cette force d'attraction nécessite des roulements capables de supporter la charge supplémentaire.

Le moteur à profilé en U, grâce à son noyau sans fer, présente une faible inertie, et donc une agilité maximale. Cependant, les bobines magnétiques porteuses de charge du dispositif s'enfoncent profondément à l'intérieur du profilé en U, ce qui limite l'évacuation de la chaleur.

Les moteurs linéaires tubulaires sont robustes, offrent un excellent rendement thermique et sont les plus simples à installer. Ils remplacent avantageusement les positionneurs à vis à billes et pneumatiques. Les aimants permanents du moteur tubulaire sont enfermés dans un tube en acier inoxydable (tige de poussée), soutenu à ses deux extrémités. Sans support supplémentaire pour la tige de poussée, la course de la charge est limitée à 2 ou 3 mètres, selon le diamètre de cette dernière.

Parmi les trois types de moteurs, les moteurs tubulaires sont les mieux adaptés aux applications industrielles courantes. Les moteurs linéaires tubulaires bénéficient d'avantages considérables grâce à une innovation technique fondamentale. Les moteurs linéaires de Copley Controls remplacent le codeur linéaire externe traditionnel par des capteurs à effet Hall intégrés. Un circuit magnétique breveté permet aux capteurs à effet Hall d'améliorer la résolution et la répétabilité d'un facteur dix.

Les codeurs linéaires pouvant coûter presque aussi cher que le moteur linéaire lui-même, leur suppression représente une économie considérable. Elle simplifie également l'intégration des moteurs linéaires dans les systèmes d'automatisation, puisqu'il n'y a plus de codeur délicat à gérer et à aligner. Parmi les autres avantages, citons la robustesse, la fiabilité et l'absence de besoin d'environnements protégés, contrairement aux codeurs.

Les moteurs linéaires tubulaires peuvent être transformés en actionneurs linéaires à entraînement direct puissants et polyvalents. Dans cette configuration, le dispositif de force reste fixe (boulonné au bâti de la machine), tandis que la tige de poussée de positionnement de la charge se déplace sur des roulements à faible frottement et sans lubrification, montés à l'intérieur du dispositif de force. Outre ses performances supérieures aux vis à billes et aux transmissions par courroie, l'actionneur linéaire constitue une alternative plus performante aux systèmes de positionnement servo-pneumatiques programmables.

Les moteurs linéaires tubulaires permettent de doubler la productivité grâce à deux actionneurs indépendants actionnés par une seule tige de poussée. Chaque actionneur possède son propre servomoteur et peut se déplacer de manière totalement indépendante. Un actionneur peut ainsi charger des objets pendant que l'autre les décharge. Cette technique permet de doubler le débit en prélevant des objets deux par deux sur un convoyeur rapide et en les déposant avec précision sur un second convoyeur.

De même, plusieurs propulseurs actionnant une seule tige de poussée peuvent doubler, tripler, voire quadrupler la force motrice. Ces propulseurs peuvent être commandés par un seul contrôleur.

Le moteur linéaire, en assurant le transport de la charge, se déplace sur des roulements à simple rail à longue durée de vie. À l'inverse, les mécanismes de conversion rotatifs-linéaires à vis à billes présentent des sources d'usure supplémentaires qui dégradent leurs performances et réduisent leur durée de vie.

La tige de poussée de l'actionneur linéaire glisse sur des paliers longue durée sans lubrification, montés dans le dispositif de poussée. Cette simplicité intrinsèque permet à l'actionneur d'assurer 10 millions de cycles de fonctionnement. Les paliers de l'actionneur sont auto-aligneurs, ce qui facilite l'installation. La force motrice de l'actionneur est appliquée directement à la tige de poussée, améliorant ainsi l'accélération et la réactivité.

Grâce au remplacement de l'encodeur externe par un capteur à semi-conducteurs intégré au dispositif de poussée, les moteurs et actionneurs à entraînement direct deviennent des dispositifs très simples, composés de deux éléments seulement. Le dispositif de poussée et la tige de poussée sont des composants intrinsèquement très robustes, ce qui permet au moteur et à l'actionneur de répondre à la norme internationale de protection contre le lavage IP67.

L'absence de grincements d'engrenages et de vrombissements de vis sans fin confère aux moteurs et actionneurs linéaires la qualification de plus en plus essentielle de fonctionnement silencieux. L'OSHA emboîte le pas aux normes industrielles européennes, qui imposent des règles de plus en plus strictes en matière de bruit au travail. Le fonctionnement silencieux est déjà crucial dans les laboratoires et les hôpitaux ; cette préoccupation se généralisera à mesure que l'OSHA étendra sa réglementation à d'autres environnements de production.