Les moteurs linéaires ont redéfini ce qui est possible dans le contrôle de mouvement avec des performances plus rapides, plus précises et plus fiables par rapport aux actionneurs linéaires traditionnels à moteur rotatif. La propriété unique d'un moteur linéaire est que la charge est déplacée sans composants de transmission de puissance mécanique. Au lieu de cela, la force linéaire générée par le champ magnétique de la bobine de moteur est directement couplée à la charge. Cela élimine les dispositifs mécaniques qui convertissent le mouvement rotatif en linéaire, améliorant ainsi la durée de vie, la précision, la vitesse et les performances globales du système.

À mesure que la demande augmente pour une productivité accrue, une qualité de produit plus élevée, un temps de développement rapide et une baisse des coûts d'ingénierie, l'adoption de la technologie moteur linéaire est de plus en plus populaire en tirant parti des conceptions de moteurs linéaires modulaires. Ils se trouvent dans la métrologie, les systèmes de découpe de précision, les équipements de fabrication de semi-conducteurs et d'électronique, la manipulation de la plaquette, la lithographie, les systèmes d'inspection de vision, l'équipement et les appareils médicaux, les systèmes de test, l'aérospatiale et la défense, l'automatisation des lignes de montage, les applications d'impression et d'emballage, et de nombreuses autres applications qui nécessitent un débit élevé et un mouvement linéaire à haute précision.

Les composants d'une conception de moteur linéaire doivent être usinés et assemblés avec une haute précision et des processus reproductibles. Un bon alignement de ces pièces est critique et nécessite des détails de conception et des compétences d'assemblage importants.

Aujourd'hui, la nouvelle génération de moteurs linéaires modulaires a changé le jeu. Les moteurs linéaires modulaires clé en main peuvent être facilement boulonnés sur un système et sont prêts à fonctionner immédiatement, ce qui réduit considérablement le temps d'ingénierie. Les ingénieurs peuvent désormais tirer parti des avantages puissants de la technologie moteur linéaire modulaire dans leurs conceptions de machines en quelques jours, par opposition à des mois ou même à des années.

Neuf principaux composants comprennent des systèmes moteurs linéaires:

1. Une assiette de base
2. Une bobine à moteur
3. Une piste magnétique permanente (normalement des aimants en néodyme)
4. Un chariot qui relie la bobine de moteur à la charge
5. Rails de palier linéaire sur lesquels le chariot est guidé et se connecte à la base
6. Un encodeur linéaire pour la rétroaction de position
7. Fin d'arrêt
8. Une piste de câble
9. Soufflet en option pour protéger la piste de l'aimant, le codeur et les rails linéaires de la contamination environnementale.

Boucle de contrôle

Les composants d'une conception de moteur linéaire doivent être usinés et assemblés avec une haute précision et des processus reproductibles. Un bon alignement de ces pièces est critique et nécessite des détails de conception et des compétences d'assemblage importants. Par exemple, la piste magnétique et la bobine de moteur mobile doivent être plates, parallèles et montées avec un espace d'air particulier entre eux. La bobine en mouvement roule sur un chariot relié à des rails de palier linéaire de précision parallèle au-dessus de la piste magnétique. L'encodeur de position avec une échelle linéaire et une tête de lecture est un autre élément essentiel d'un moteur linéaire qui exige des procédures d'alignement appropriées et une conception de montage robuste pour résister à des accélérations jusqu'à 5 GS. Avec les moteurs linéaires modulaires, ces détails sont déjà pris en compte et pré-ingéré hors de la boîte.

Des systèmes moteurs linéaires modulaires comme celui illustré sont utilisés lorsqu'ils sont nécessaires précis, à grande vitesse et reproductibles. Le système est une alternative aux actionneurs de vis, de courroie et de rack et de pignon.

Les contrôleurs de mouvement sophistiqués et les disques sont utilisés pour contrôler le mouvement du moteur linéaire. Les moteurs linéaires détiennent un avantage définitif concernant la rigidité et la réponse en fréquence. Dans certaines gammes de fréquences, ils présentent une rigidité qui dépasse les vis traditionnelles à billes par un facteur remarquable de 10 ou plus. Avec cet attribut, les moteurs linéaires peuvent gérer une position élevée et une bande passante en boucle de vitesse avec une précision impressionnante, même avec des perturbations externes. Contrairement aux vis à billes, qui rencontrent souvent des fréquences de résonance entre 10 et 100 Hz, les moteurs linéaires fonctionnent à des fréquences plus élevées, plaçant leurs résonances bien au-delà de la bande passante de la boucle de position.

Cependant, il existe un compromis associé à l'élimination de la transmission mécanique. Les composants mécaniques, tels que les vis à billes, aident à réduire les perturbations des forces de la machine, les fréquences de résonance naturelles ou les vibrations de l'axe transversal. Leur élimination laisse les moteurs linéaires directement exposés à de telles perturbations. Par conséquent, la compensation de ces perturbations devient la responsabilité du contrôleur de mouvement et de l'électronique de conduite, qui doit les affronter de front - agissant directement sur l'axe servo. C'est là que les algorithmes de mouvement à boucle fermée sophistiqués d'aujourd'hui entrent en jeu pour éliminer les résonances et fournir un contrôle remarquable de la boucle de position.

Dans le domaine des actionneurs linéaires, les moteurs linéaires offrent des prouesses techniques exceptionnelles. La capacité des moteurs à présenter une rigidité supérieure et à fonctionner à des fréquences plus élevées les distingue des alternatives traditionnelles. En défiant les fréquences de résonance et en maintenant une haute précision même en présence de perturbations externes, les moteurs linéaires offrent une solution convaincante.

Néanmoins, l'absence de transmission mécanique nécessite des stratégies de compensation robustes pour contrer les perturbations, assurant les performances et la fiabilité continues du système. Les fréquences d'échantillonnage du contrôleur de mouvement pour la vitesse et les boucles de position commencent généralement à 5 kHz. Un axe moteur linéaire peut avoir une bande passante de boucle de position cinq à dix fois celle d'un axe conventionnel à moteur rotatif, où les fréquences de 1 ou 2 kHz sont acceptables. Certains contrôleurs de mouvement actuels peuvent des taux d'échantillonnage de 20 kHz ou plus, ce qui permet un contrôle de rétroaction ultra-élevé et un contrôle de chemin ultra précis.

Étant donné que la plupart des fabricants de moteurs linéaires modulaires sont également des experts en contrôle de mouvement et des servomagas, de nombreux défis de boucle de contrôle et des problèmes de résonance mécanique ont également été bien pensés, et des solutions et des outils sont fournis pour atténuer ces défis.

Application de moteur linéaire

J'ai acquis une expérience précieuse en utilisant des moteurs linéaires il y a des années, avec une équipe d'ingénieurs qui se lancent dans un projet révolutionnaire: pour créer la première machine de coupe laser à base de moteur linéaire au monde. L'utilisation de moteurs linéaires était parfaitement adapté pour perturber l'industrie, car les technologies d'actionneur linéaire traditionnelles entraînées par les servomoteurs rotatifs ne pouvaient pas fournir les capacités de haute performance réalisables avec des moteurs linéaires.

La mise en œuvre de la technologie n'était pas une tâche facile. Au fur et à mesure que nous nous engageons dans le projet, nous avons réalisé que notre application nécessitait des spécifications de performance du moteur linéaire qui n'étaient pas disponibles dans le commerce. Sans se laisser décourager, nous avons décidé de concevoir des moteurs linéaires spécifiquement pour notre application.

Nous avons fait face à de nombreux défis, car nous devions déplacer un système de portique de 1 000 livres à un rythme rapide de 2,5 m / s avec une accélération de 1,5 g, ce qui signifie que nous avons dû concevoir un moteur linéaire qui pourrait produire des forces extrêmes. Notre équipe a persévéré, consacrant d'innombrables heures à la recherche et au développement jusqu'à ce que nous convenions finalement un moteur linéaire qui pourrait répondre aux exigences de notre machine à couper le laser. Ce fut un moment fier où nous avons finalement vu nos moteurs linéaires en action 14 mois plus tard, propulsant le système de portique avec une vitesse, une facilité et une précision incroyables. La performance obtenue était sans précédent. Il est remarquable de considérer à quel point notre concept de machine aurait pu être achevé

La technologie moteur linéaire a considérablement évolué depuis que nous nous sommes lancés dans un parcours de conception de moteur linéaire dans les années 90. Avec l'introduction de nouvelles conceptions modulaires, le potentiel d'innovation et de progrès dans la conception de mouvement et les moteurs linéaires est plus grand que jamais. Les moteurs linéaires modulaires redéfinissent ce qui est possible, avec des capacités de contrôle de mouvement plus rapides, plus précises et fiables qui peuvent être déployées rapidement au profit d'un large éventail d'applications dans de nombreuses industries.