Les moteurs linéaires prolifèrent. Ils donnent aux machines la précision et les performances dynamiques la plus élevées absolues.

Les moteurs linéaires sont très rapides et précis pour le positionnement, mais sont également capables d'une vitesse lente et constante pour les têtes et les diapositives de la machine, ainsi que des systèmes d'outils et de manipulation des pièces. Une variété d'applications - chirurgie au laser, inspection de la vision et manipulation des bouteilles et des bagages - utilisent des moteurs linéaires car ils sont extrêmement fiables, nécessitent peu d'entretien et améliorent les cycles de production.

Vitesse et force plus élevées

Les moteurs linéaires sont directement couplés à leur charge, ce qui élimine une multitude de composants de couplage - accouplements mécaniques, poulies, ceintures de distribution, vis à billes, entraînements de chaîne et rack et pignon, pour n'en nommer que quelques-uns. Cela réduit à son tour les coûts et même le contrecoup. Les moteurs linéaires permettent également un mouvement cohérent, un positionnement de précision pour des centaines de millions de cycles et des vitesses plus élevées.

Les vitesses typiques réalisables avec les moteurs linéaires varient: Pick and Placez les machines (qui font beaucoup de mouvements courts) et l'utilisation des équipements d'inspectionsteppers linéairesavec des vitesses à 60 pouces / sec; Applications de cisaillement volant et pick and-placer des machines qui font des mouvements plus longsCOG sans pinceaumoteurs linéaires pour les vitesses à 200 pouces. Les montagnes russes, les lanceurs de véhicules et les déménageurs utilisent des déménageursinduction de CAmoteurs pour atteindre des vitesses à 2 000 en./sec.

Un autre facteur qui détermine la technologie linéaire-moteur: force requise pour déplacer la charge d'application. La charge ou la masse ainsi que le profil d'accélération de l'application déterminent finalement cette force.

Chaque application présente différents défis; Cependant, en général, les systèmes de transfert partiel utilisent des steppers linéaires avec des forces à 220 n ou 50 lb; Les semi-conducteurs, la coupe laser, la coupe à jet d'eau et la robotique utilisent des moteurs sans pinceau sans balais à 2 500 N; Les systèmes de convoyeur utilisent des moteurs à induction AC linéaires à 2 200 N; et la ligne de transfert et les machines-outils utilisent des moteurs sans balais de fer à 14 000 N. Gardez à l'esprit que chaque application est différente et que les ingénieurs d'application des fabricants fournissent généralement une assistance à cette étape de spécification.

D'autres facteurs en plus de la vitesse et de la force existent. Par exemple, les systèmes de convoyeur utilisent des moteurs à induction AC linéaires en raison de leur longue longueur de voyage et des avantages d'avoir un secondaire passif sans aimants permanents. Des applications telles que la chirurgie oculaire au laser et la fabrication de semi-conducteurs utilisent du COG sans balais sans précision pour la précision et la douceur des voyages.

Opération de base

Les moteurs linéaires fonctionnent grâce à l'interaction de deux forces électromêtres - la même interaction de base qui produit un couple dans un moteur rotatif.

Imaginez couper un moteur rotatif, puis l'aplatir: cela donne une idée approximative de la géométrie d'un moteur linéaire. Au lieu de coupler la charge à un arbre rotatif pour le couple, la charge est connectée à une voiture en mouvement plate pour le mouvement et la force linéaires. En bref, le couple est l'expression du travail qu'un moteur rotatif fournit, tandis que la force est l'expression du travail du moteur linéaire.

Précision

Considérons d'abord un système de stepper rotatif traditionnel: connecté à une vis à billes avec un pas de 5 révolutions par pouce, la précision est d'environ 0,004 à 0,008 po, ou 0,1 à 0,2 mm. Un système rotatif propulsé par un servomoteur est précis à 0,001 à 0,0001 po.

En revanche, un moteur linéaire couplé directement à sa charge donne une précision allant de 0,0007 à 0,000008 po. Notez que le couplage et le créchanisme ne sont pas inclus dans ces chiffres, et ceux-ci dégradent davantage la précision des systèmes rotatifs.

La précision relative varie: le stepper rotatif typique que nous détaillons ici peut toujours se positionner avec précision dans le diamètre d'un cheveux humains. Cela dit, les servos l'améliorent d'un facteur allant jusqu'à 80 fois, tandis qu'un moteur linéaire peut s'améliorer plus loin - à 500 fois plus petit que le diamètre des cheveux humains.

Parfois, l'entretien et le coût (pendant la durée de vie de l'équipement) sont des considérations plus importantes que la précision. Les moteurs linéaires excellent ici également: les coûts de maintenance diminuent généralement avec l'utilisation des moteurs linéaires, car les pièces sans contact améliorent le fonctionnement de la machine et augmentent le temps moyen entre les défaillances. De plus, la réaction zéro des moteurs linéaires élimine le choc, ce qui prolonge encore la durée de vie de la machine. Autres avantages: le temps entre les cycles de maintenance peut être augmenté, ce qui permet un flux plus opérationnel. Moins d'entretien et du personnel impliqué améliorent les résultats - le profit - et réduisent le coût de possession sur la vie de l'équipement.

Avantages comparés

Les applications nécessitent un mouvement linéaire. Si vous utilisez un moteur rotatif, un mécanisme de conversion mécanique est nécessaire pour convertir le rotatif en mouvement linéaire. Ici, les concepteurs sélectionnent le mécanisme de conversion le plus adapté à l'application tout en minimisant les limitations.

• Moteur linéaire versus ceinture et poulie:Pour obtenir un mouvement linéaire à partir d'un moteur rotatif, une approche commune consiste à utiliser une ceinture et une poulie. En règle générale, la force de poussée est limitée par la résistance à la traction de la courroie; Les départs et les arrêts rapides peuvent provoquer un étirement de la ceinture et donc une résonance, entraînant une augmentation du temps de décantation. L'enroulement mécanique, le contrecoup et l'étirement de la courroie sont également une répétabilité, une précision et un débit de machine plus bas. Parce que la vitesse et la répétabilité sont le nom du jeu dans Servo Motion, ce n'est pas le meilleur choix. Lorsqu'une conception de la courroie peut atteindre 3 m / sec, la linéaire peut atteindre 10 m / sec. Sans le contrecoup ni la liquidation, les moteurs linéaires à entraînement direct augmentent davantage la répétabilité et la précision.
• Moteur linéaire versus rack et pignon:La grille et les pignons offrent plus de rigidité et de rigidité mécanique que les conceptions de ceinture et de poule. Cependant, l'usure bidirectionnelle au fil du temps conduit à une reproduction et à des inexactitudes discutables - les principaux inconvénients de ce mécanisme. Le contrecoup empêche la rétroaction du moteur de détecter la position de la charge réelle, conduisant à l'instabilité - et forçant des gains inférieurs et des performances globales plus lentes.
• Moteur linéaire versus vis à billes:L'approche la plus courante pour convertir le Rotary en mouvement linéaire est d'utiliser un fil de plomb ou de bille. Celles-ci sont peu coûteuses mais moins efficaces: les vis de plomb généralement 50% ou moins, et les vis à billes, environ 90%. Un frottement élevé produit de la chaleur et l'usure à long terme réduit la précision. La distance de déplacement est mécaniquement limitée. De plus, les limites de vitesse linéaire ne peuvent être étendues qu'en augmentant la hauteur, mais cela dégrade la résolution de position; Une vitesse de rotation trop élevée peut également provoquer des fouilles, entraînant des vibrations. Les moteurs linéaires donnent de longs voyages illimités. Avec un encodeur à la charge, la précision à long terme est généralement de ± 5 µm / 300 mm.

Types de moteurs linéaires de base

Comme il existe différentes technologies de moteur rotatif, il y a également plusieurs types de moteurs linéaires: induction de stepper, sans balais et linéaire, entre autres. Notez que la technologie linéaire utilise les disques (amplificateurs) plus les positionneurs (contrôleurs de mouvement) et les dispositifs de rétroaction (tels que les capteurs et les encodeurs de salle) généralement disponibles dans l'industrie.

De nombreux conceptions bénéficient de moteurs linéaires personnalisés, mais les conceptions de stock conviennent généralement.

Moteurs linéaires sans balaissont caractérisés par une stratification en acier dans le forcer mobile vers le flux magnétique de canal. Ce type de moteur a des cotes de force plus élevés et est plus efficace, mais pèse trois à cinq fois plus que des moteurs sans COG de taille comparable. Le plateau stationnaire se compose d'aimants permanents de polarité alternés multiples liés à une plaque d'acier lamelle à froid. Les laminations en acier sur le forcer en mouvement réagissent cependant avec les aimants sur la platine stationnaire, qui développent une force «attrayante» et présentent une petite quantité de colmat ou d'ondulation lorsque le moteur se déplace d'un champ aimant à un autre entraînant des variations de vitesse.

Ces moteurs développent une grande quantité de force de pointe, ont une plus grande masse thermique et une longue constante de temps thermique - donc conviennent aux applications de cycle de service intermittentes élevées et intermittentes se déplaçant des charges très lourdes, comme dans les lignes de transfert et les machines-outils; Ils sont conçus pour des voyages illimités et peuvent inclure plusieurs plateaux en mouvement avec des trajectoires qui se chevauchent.

Moteurs sans pinceau sans pincementAyez un ensemble de bobines dans le Forcer en mouvement sans stratifications en acier. La bobine se compose de fil de fil, d'époxy et de structure de support non magnétique. Cette unité est beaucoup plus légère. La conception de base produit une moindre force, donc des aimants supplémentaires sont insérés sur la piste stationnaire (aide pour augmenter la force) et la piste est en forme d'aimants de chaque côté de ce U. Le forcer est inséré au milieu du U.

Ces moteurs sont adaptés aux applications qui nécessitent un fonctionnement en douceur sans colmage magnétique, tels que l'équipement de numérisation ou d'inspection. Leurs accélérations plus élevées sont utiles dans le choix et le lieu des semi-conducteurs, le tri des puces et la distribution des soudures et des adhésifs. Ces moteurs sont conçus pour des voyages illimités.

Steppers linéairessont disponibles depuis longtemps; Le Forcer en mouvement se compose de noyaux en acier laminés avec précision avec des dents, un seul aimant permanent et des bobines insérées dans le noyau laminé. (Notez que deux bobines se traduisent par un stepper biphasé.) Cet assemblage est encapsulé dans un boîtier en aluminium.

Le plateau stationnaire se compose de dents gravées photochimiquement sur une barre d'acier, un sol et un nickel. Cela peut être empilé de bout en bout pour une longueur illimitée. Le moteur est livré avec Forcer, Roulements et Platune. La force attractive de l'aimant est utilisée comme précharge pour les roulements; Il permet également à l'unité d'être opérée dans une position inversée pour une variété d'applications.

Moteurs à induction ACse compose d'un forcer qui est un ensemble de bobines composé de laminations en acier et des enroulements de phase. Les enroulements peuvent être uniques ou triphasés. Cela permet un contrôle en ligne direct ou un contrôle via un onduleur ou un lecteur vectoriel. La plaque stationnaire (appelée plaque de réaction) se compose généralement d'une fine couche d'aluminium ou de cuivre lié à l'acier à rouleau froid.

Une fois que la bobine de forcer est sous tension, elle interagit avec la plaque de réaction et se déplace. Des vitesses plus élevées et des longueurs de voyage illimitées sont les forces de cette conception; Ils sont utilisés pour la manutention des matériaux, les déménageurs de personnes, les convoyeurs et les portes coulissantes.

Nouveaux concepts de conception

Certaines des dernières améliorations de la conception ont été mises en œuvre via la réingénierie. Par exemple, certains moteurs pas à pas linéaires (à l'origine conçus pour fournir un mouvement dans un plan) sont désormais relevés pour fournir un mouvement dans deux plans - pour le mouvement XY. Ici, le Forcer en mouvement se compose de deux steppers linéaires montés orthogonalement à 90 ° afin que l'un fournisse un mouvement de l'axe X, et l'autre fournit un mouvement de l'axe Y. Plusieurs forcements avec des trajectoires qui se chevauchent sont également possibles.

Dans ces moteurs à deux plans, la plate-forme stationnaire (ou platine) utilise une nouvelle construction composite pour la résistance. La rigidité est également améliorée, donc la déviation est réduite de 60 à 80% par rapport aux modèles de production précédents. La planéité de la platine dépasse 14 microns par 300 mm pour un mouvement précis. Enfin: parce que les steppers ont une force d'attraction naturelle, ce concept permet à la platine d'être montée en face ou inversée, offrant ainsi la polyvalence et la flexibilité des applications.

Une autre innovation en ingénierie - refroidissement par eau - étend de 25% la capacité de force des moteurs à induction AC linéaires. Avec cette extension de capacité, ainsi que l'avantage de la longueur illimitée du voyage, les moteurs à induction AC offrent les performances les plus élevées pour de nombreuses applications: promenades d'attractions, manipulation des bagages et déménageurs de personnes. La vitesse est variable (de 6 à 2 000 pouces / sec) grâce à des lecteurs de vitesse réglables actuellement disponibles dans l'industrie.

Un autre moteur comprend un boîtier cylindrique stationnaire avec une pièce mobile linéaire pour fournir un mouvement. La partie mobile peut être une tige composée d'acier vêtue de cuivre, d'une bobine mobile ou d'un aimant en mouvement, comme un piston dans un cylindre.

Ces conceptions offrent les avantages du moteur linéaire et effectuent des performances similaires à un actionneur linéaire. Les applications comprennent des coloscopies biomédicales, des caméras avec des actionneurs à découverte à long terme, des télescopes qui nécessitent un amortissement de vibration, des moteurs de mise au point de la lithographie, des engrenages de commutateurs de générateur qui jettent des disjoncteurs pour mettre des générateurs en ligne et des pressions alimentaires - comme lors de l'ampleur des tortillas.

Les packages ou étapes de moteur linéaire complet conviennent au positionnement des charges utiles. Ceux-ci se composent de moteur, d'encodeur de rétroaction, de commutateurs de limite et de transporteur de câble. Il est possible d'empiler des étapes pour le mouvement multi-axe.

Un avantage des étapes linéaires est leur profil inférieur, ce qui leur permet de s'intégrer dans des espaces plus petits par rapport aux positionneurs conventionnels. Moins de composants permettent une fiabilité accrue. Ici, le moteur est connecté à des disques réguliers. Dans une opération en boucle fermée, la boucle de position est fermée avec un contrôleur de mouvement.

Encore une fois, en plus des produits de stock, les conceptions personnalisées et spécialisées abondent. En fin de compte, il est préférable de revoir les besoins en équipement avec un ingénieur d'application pour déterminer le produit linéaire optimal adapté aux besoins d'application.