Les moteurs et actionneurs linéaires sont désormais compétitifs 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 permettent d'automatiser des tâches auparavant impossibles. Les entraînements linéaires directs remplacent de plus en plus les vérins pneumatiques servocommandés, offrant 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 amélioré leur précision, réduit leurs prix, développé de nombreux types de moteurs et simplifié leur intégration aux équipements d'automatisation. Les moteurs linéaires modernes offrent une accélération maximale de 20 g et une vitesse de 10 mètres par seconde, une agilité dynamique inégalée, une maintenance minimale et une disponibilité accrue. Ils ont dépassé le cadre d'une utilisation spécialisée dans 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 d'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 transmissions par courroie et les accouplements flexibles, qui génèrent 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 servocommande. 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 de force par entraînement direct 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 exploitent pleinement les capacités des contrôleurs modernes. Ces contrôleurs sont optimisés pour un fonctionnement à gain de boucle élevé, permettant un contrôle de la bande passante étendue, une stabilisation rapide et une récupération rapide après des perturbations transitoires.

Les moteurs et actionneurs linéaires excellent dans les déplacements de quelques millimètres fonctionnant dans la zone de frottement statique. Leur faible masse et leur frottement statique minimal minimisent la force d'entraînement nécessaire au démarrage et simplifient la tâche du système de contrôle en évitant les dépassements à l'arrêt. Ces caractéristiques permettent aux moteurs et actionneurs à entraînement direct de numériser des lames de microscope, par exemple, et de tracer la position XY d'artefacts espacés de quelques millimètres seulement.

Les applications nécessitant des mouvements répétitifs rapides peuvent exploiter la large bande passante de l'actionneur linéaire pour doubler le rendement des vis à billes ou des courroies d'entraînement. Les machines qui coupent des rouleaux de matériaux (papier, plastique, et même couches) maximisent leur rendement en fonctionnant sans interruption du flux de matériaux. Pour couper à la volée, ces machines accélèrent la lame de coupe pour la synchroniser avec le flux de matériaux, se déplacent à la vitesse du matériau jusqu'au point de coupe, puis lancent la coupe. Après la coupe, la lame est ramenée à son point de départ en attendant le cycle de coupe aller-retour suivant.

TYPES DE MOTEURS LINÉAIRES

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

Les moteurs à plateau, bien qu'offrant une course illimitée et une force d'entraînement maximale, exercent une attraction magnétique considérable et indésirable entre le support 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 canal en U, avec son noyau sans fer, présente une faible inertie, d'où une agilité maximale. Cependant, les bobines magnétiques porteuses du moteur se déplacent profondément dans le châssis du canal en U, limitant ainsi l'évacuation de la chaleur.

Les moteurs linéaires tubulaires sont robustes, performants thermiquement et très simples à installer. Ils remplacent facilement les vis à billes et les positionneurs pneumatiques. Les aimants permanents du moteur tubulaire sont logés dans un tube en acier inoxydable (tige de poussée), supporté à ses deux extrémités. Sans support supplémentaire, la course de la charge est limitée à 2 à 3 mètres, selon le diamètre de la tige de poussée.

Parmi les trois types de moteurs, les moteurs tubulaires sont les mieux adaptés aux applications industrielles courantes. Les moteurs linéaires tubulaires ont bénéficié d'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'obtenir une résolution et une répétabilité presque décuplées.

Les codeurs linéaires pouvant coûter presque autant que le moteur linéaire lui-même, leur suppression représente une réduction de coût significative. Cela simplifie également l'intégration du moteur linéaire dans les systèmes d'automatisation, car il n'y a pas de codeur complexe à prendre en charge et à aligner. Parmi les autres avantages, on peut citer la robustesse, la fiabilité et l'absence d'environnements protégés pour le codeur.

Les moteurs linéaires tubulaires peuvent être transformés en actionneurs linéaires à entraînement direct puissants et polyvalents. Dans ce type d'actionneur, le forceur reste fixe (boulonné au châssis 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 forceur. Outre ses performances supérieures à celles des vis à billes et des transmissions par courroie, l'actionneur linéaire constitue une alternative plus performante aux systèmes de positionnement servopneumatiques programmables.

Les moteurs linéaires tubulaires se prêtent parfaitement aux applications de doublement de la productivité, avec deux forceurs indépendants fonctionnant sur une même tige de poussée. Chaque forceur possède son propre servomoteur et peut se déplacer de manière totalement indépendante de l'autre. L'un peut alors charger, par exemple, tandis que l'autre décharge. Cette technique permet de doubler le rendement en soulevant deux articles à la fois d'un convoyeur à déplacement rapide et en les plaçant avec précision sur un second convoyeur.

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

Le moteur linéaire porteur se déplace sur des roulements monorails longue durée. En revanche, les mécanismes de conversion de vis à billes rotatives en linéaires impliquent des sources d'usure supplémentaires qui dégradent les performances et réduisent la durée de vie.

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

Grâce au remplacement du codeur externe par un capteur statique intégré au forceur, les moteurs et actionneurs à entraînement direct deviennent des dispositifs bi-composants très simples. Le forceur et la tige de poussée sont deux composants intrinsèquement très robustes, ce qui permet au moteur et à l'actionneur de respecter les normes internationales de résistance aux lavages IP67.

L'absence d'engrenages grinçants et de vis-mères vrombissantes confère aux moteurs et actionneurs linéaires la qualification de plus en plus essentielle 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 au travail. Un fonctionnement silencieux est déjà essentiel dans les laboratoires et les hôpitaux ; cette préoccupation deviendra de plus en plus répandue à mesure que l'OSHA étendra sa réglementation à d'autres environnements de production.