Les moteurs et actionneurs linéaires sont désormais compétitifs en termes de coûts par rapport aux vis à billes et aux entraînements 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 à réaliser. Les entraînements linéaires directs remplacent de plus en plus les vérins pneumatiques servocommandés, apportant fiabilité et contrôlabilité, sans le coût, le bruit et l'entretien des compresseurs d'air.

Poussés par les exigences de l'industrie des semi-conducteurs, les fabricants de moteurs linéaires ont constamment augmenté la précision, réduit les prix, développé plusieurs types de moteurs et simplifié l'intégration dans les équipements d'automatisation. Les moteurs linéaires modernes offrent une accélération maximale de 20 g et une vitesse de 10 mètres/seconde, offrent une agilité dynamique inégalée, minimisent la maintenance et multiplient la disponibilité. Ils sont allés au-delà de l’usage spécialisé de l’industrie 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 à entraînement direct linéaire 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 entraînements par courroie et les accouplements flexibles, qui produisent de l'hystérésis, du jeu et de l'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 génère une complexité de commande d'asservissement. Les moteurs et actionneurs linéaires éliminent la masse et 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 non disponible avec des mécanismes de positionnement alternatifs. Le moteur et l'actionneur peuvent tirer pleinement parti des contrôleurs modernes. Ces contrôleurs sont réglés pour un fonctionnement à gain de boucle élevé, permettant un contrôle sur une large bande passante, une stabilisation rapide et une récupération rapide après des perturbations transitoires.

Les moteurs et actionneurs linéaires excellent dans la réalisation de mouvements à des distances millimétriques qui fonctionnent dans la zone de friction statique. Leur faible masse et leur friction statique minimale minimisent la force motrice nécessaire au démarrage du déplacement et simplifient la tâche du système de contrôle en empêchant les dépassements lors de l'arrêt. Ces attributs permettent aux moteurs et actionneurs à entraînement direct de numériser des lames de microscope, par exemple, et de tracer les emplacements XY des artefacts à seulement quelques millimètres les uns des autres.

Les applications nécessitant un mouvement répétitif rapide peuvent exploiter la bande passante élevée de l'actionneur linéaire pour doubler le débit des vis à billes ou des entraînements par courroie. Les machines qui coupent des rouleaux de matériaux à longueur (papier, plastiques, même couches) maximisent le débit en fonctionnant sans arrêter le flux de matériaux. Pour couper à la volée, ces machines accélèrent la lame de coupe pour se synchroniser avec le flux du matériau, se déplacent à la vitesse du matériau jusqu'à l'emplacement de coupe, puis lancent la coupe. Après la coupe, la lame est ramenée à son point de départ pour attendre le prochain cycle de coupe aller-retour.

TYPES DE MOTEURS LINÉAIRES

Trois configurations de base de moteurs linéaires sont disponibles : moteurs à plateau plat, à canal en U et tubulaires. Chaque moteur présente des avantages et des limites intrinsèques.

Les moteurs à plateau plat, tout en offrant une course illimitée et une force d'entraînement la plus élevée, exercent une attraction magnétique considérable et indésirable entre la force porteuse de charge et la piste à aimant permanent du moteur. Cette force d'attraction nécessite des roulements qui supportent la charge supplémentaire.

Le moteur à canal en U, avec son noyau sans fer, présente une faible inertie, d'où une agilité maximale. Cependant, les bobines magnétiques porteuses de charge du forceur se déplacent profondément dans le cadre du canal en U, limitant l'évacuation de la chaleur.

Les moteurs linéaires tubulaires sont robustes, thermiquement efficaces et les plus simples à installer. Ils fournissent des remplacements immédiats pour les vis à billes et les positionneurs pneumatiques. Les aimants permanents du moteur tubulaire sont enfermés dans un tube en acier inoxydable (tige de poussée) soutenu aux deux extrémités. Sans support de tige de poussée supplémentaire, la course de charge est limitée à 2 à 3 mètres, en fonction du diamètre de la tige de poussée.

Parmi les trois types de moteurs, les moteurs tubulaires sont les mieux équipés pour un usage industriel courant. Les moteurs linéaires tubulaires ont tiré de profonds avantages d’une innovation technique fondamentale. Les moteurs linéaires de Copley Controls remplacent le codeur linéaire externe traditionnel par des capteurs Hall intégrés. Un circuit magnétique breveté permet aux capteurs à effet Hall d'obtenir une résolution et une répétabilité presque décuplées.

Étant donné que les codeurs linéaires peuvent coûter presque autant que le moteur linéaire lui-même, leur suppression représente une réduction importante des coûts. Cela simplifie également l'intégration du moteur linéaire dans les systèmes d'automatisation, car il n'y a pas d'encodeur capricieux à prendre en charge et à aligner. Les autres avantages incluent la robustesse, la fiabilité et l'absence du besoin d'un encodeur dans des environnements protégés.

Les moteurs linéaires tubulaires peuvent être transformés en actionneurs linéaires à entraînement direct puissants et polyvalents. Dans une version d'actionneur, le forceur reste stationnaire (boulonné au châssis de la machine), tandis que la tige de poussée de positionnement de la charge se déplace sur des roulements à faible friction et sans lubrification montés à l'intérieur du forceur. En plus de surpasser les vis à billes et les entraînements par courroie, l'actionneur linéaire constitue une alternative plus performante aux systèmes de positionnement servo-pneumatiques programmables.

Les moteurs linéaires tubulaires se prêtent aux applications de doublement de productivité avec deux forceurs indépendants fonctionnant sur une seule tige de poussée. Chaque forceur possède son propre servomoteur et peut se déplacer de manière totalement indépendante de l'autre. Un forceur peut alors charger, par exemple, pendant que l'autre décharge. La technique peut doubler le débit en soulevant les articles deux à la fois depuis un convoyeur à déplacement rapide et en les plaçant avec précision sur un deuxième convoyeur.

De même, plusieurs forceurs fonctionnant sur une seule tige de poussée peuvent doubler, tripler, voire quadrupler la force motrice. Les forceurs peuvent être actionnés par un seul contrôleur.

La force porteuse du moteur linéaire se déplace sur des roulements à rail unique longue durée. En revanche, les mécanismes de conversion rotatif-linéaire à vis à billes impliquent des sources d’usure supplémentaires qui dégradent les performances et raccourcissent la durée de vie.

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

Avec le remplacement du codeur externe par un capteur statique intégré au forceur, les moteurs et actionneurs à entraînement direct deviennent des dispositifs à deux composants très simples. Le forceur et la tige de poussée sont tous deux des composants intrinsèquement très robustes, ce qui permet au moteur et à l'actionneur de se conformer aux normes internationales de lavage IP67.

L'absence de meules et de vis-mères vrombissantes confère aux moteurs et actionneurs linéaires la qualification de plus en plus vitale d'un fonctionnement silencieux. L'OSHA suit de près les codes industriels européens, qui imposent des règles de plus en plus strictes en matière de bruit sur les lieux de travail. Un fonctionnement silencieux est déjà essentiel dans les environnements de laboratoire et d’hôpital ; cette préoccupation deviendra de plus en plus répandue à mesure que l'OSHA étendra sa décision à d'autres environnements de production.