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

À mesure que la demande augmente en matière de productivité accrue, de qualité de produit supérieure, de temps de développement rapide et de coûts d'ingénierie réduits, l'adoption de la technologie des moteurs linéaires est de plus en plus populaire en tirant parti des conceptions de moteurs linéaires modulaires. On les trouve dans la métrologie, les systèmes de découpe de précision, les équipements de fabrication de semi-conducteurs et électroniques, la manipulation de plaquettes, la lithographie, les systèmes d'inspection par vision, les équipements et dispositifs médicaux, les systèmes de test, l'aérospatiale et la défense, l'automatisation des chaînes d'assemblage, les applications d'impression et d'emballage, et bien d'autres applications. qui nécessitent un débit élevé et un mouvement linéaire de haute précision.

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

Aujourd’hui, la nouvelle génération de moteurs linéaires modulaires a changé la donne. 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 exploiter les puissants avantages de la technologie des moteurs linéaires modulaires dans la conception de leurs machines en quelques jours seulement, au lieu de plusieurs mois, voire années.

Neuf composants principaux composent les systèmes de moteurs linéaires :

1. Une plaque de base
2. Une bobine de moteur
3. Une piste magnétique permanente (normalement des aimants en néodyme)
4. Un chariot qui relie la bobine du moteur à la charge
5. Rails de roulement linéaires sur lesquels le chariot est guidé et reliés à la base
6. Un codeur linéaire pour le retour de position
7. Fin des arrêts
8. Un chemin de câble
9. Soufflet en option pour protéger la piste magnétique, l'encodeur 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 des processus de haute précision et reproductibles. Un bon alignement de ces pièces est essentiel et nécessite des détails de conception et des compétences d'assemblage importants. Par exemple, la piste magnétique et la bobine mobile du moteur doivent être plates, parallèles et montées avec un entrefer particulier entre elles. La bobine mobile roule sur un chariot relié à des rails linéaires de précision parallèles au-dessus de la piste magnétique. Le codeur de position avec échelle linéaire et tête de lecture est un autre élément essentiel d'un moteur linéaire qui nécessite des procédures d'alignement appropriées et une conception de montage robuste pour résister à des accélérations allant jusqu'à 5 G. Avec les moteurs linéaires modulaires, ces détails sont déjà pris en compte et pré-conçus dès le départ.

Les systèmes de moteurs linéaires modulaires comme celui illustré sont utilisés lorsqu'un mouvement linéaire précis, rapide et répétable est nécessaire. Le système est une alternative aux actionneurs à vis à billes, à courroie et à crémaillère et pignon.

Des contrôleurs de mouvement et des servomoteurs sophistiqués sont utilisés pour contrôler le mouvement du moteur linéaire. Les moteurs linéaires présentent un avantage certain en termes de rigidité et de réponse en fréquence. Dans certaines gammes de fréquences, elles présentent une rigidité qui surpasse les vis à billes traditionnelles d'un facteur remarquable de 10 ou plus. Grâce à cet attribut, les moteurs linéaires peuvent gérer des bandes passantes élevées de boucle de position et de vitesse avec une précision impressionnante, même en cas de perturbations externes. Contrairement aux vis à billes, qui rencontrent souvent des fréquences de résonance comprises 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, la suppression de la transmission mécanique présente un compromis. Les composants mécaniques, tels que les vis à billes, contribuent à réduire les perturbations dues aux forces de la machine, aux fréquences de résonance naturelles ou aux vibrations transversales. Leur suppression laisse les moteurs linéaires directement exposés à de telles perturbations. Par conséquent, la compensation de ces perturbations relève de la responsabilité du contrôleur de mouvement et de l'électronique d'entraînement, qui doivent les affronter de front, en agissant directement sur l'axe d'asservissement. C'est là que les algorithmes de mouvement sophistiqués en boucle fermée 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 apportent 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 contrecarrer les perturbations, garantissant ainsi les performances et la fiabilité continues du système. Les fréquences d'échantillonnage du contrôleur de mouvement pour les boucles de vitesse et de position commencent généralement à 5 kHz. Un axe à moteur linéaire peut avoir une bande passante de boucle de position cinq à dix fois supérieure à celle d'un axe à moteur rotatif conventionnel, où des fréquences de 1 ou 2 kHz sont acceptables. Certains contrôleurs de mouvement actuels peuvent échantillonner des fréquences de 20 kHz ou plus, ce qui permet un contrôle de rétroaction ultra-rapide et un contrôle de trajectoire ultra-précis.

Étant donné que la plupart des fabricants de moteurs linéaires modulaires sont également des experts en matière de contrôle de mouvement et d'asservissement, de nombreux défis liés aux boucles de contrôle et aux problèmes de résonance mécanique ont également été soigneusement réfléchis, et des solutions et des outils sont fournis pour atténuer ces défis.

APPLICATION DE MOTEUR LINÉAIRE

J'ai acquis une expérience précieuse dans l'utilisation des moteurs linéaires il y a des années, avec une équipe d'ingénieurs qui se sont lancés dans un projet révolutionnaire : créer la première machine de découpe laser basée sur un moteur linéaire au monde. L'utilisation de moteurs linéaires était la solution idéale pour révolutionner l'industrie, car les technologies d'actionneurs linéaires traditionnelles entraînées par des servomoteurs rotatifs ne pouvaient pas fournir les capacités de hautes performances que l'on pouvait obtenir avec des moteurs linéaires.

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

Nous avons été confrontés à de nombreux défis, car nous devions déplacer un système de portique de 1 000 livres à une vitesse rapide de 2,5 m/s avec une accélération de 1,5 G, ce qui signifiait que nous devions concevoir un moteur linéaire capable de produire des forces extrêmes. Notre équipe a persévéré, consacrant d’innombrables heures à la recherche et au développement jusqu’à ce que nous puissions enfin concevoir un moteur linéaire capable de répondre aux exigences de notre machine de découpe laser. Ce fut un moment de fierté lorsque nous avons enfin 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 réalisée était sans précédent. Il est remarquable de constater à quel point notre concept de machine aurait pu être réalisé plus rapidement si des moteurs linéaires modulaires clé en main avaient alors été disponibles.

La technologie des moteurs linéaires a considérablement évolué depuis que nous nous sommes lancés dans la conception de moteurs linéaires dans les années 90. Avec l'introduction de nouvelles conceptions modulaires, le potentiel d'innovation et de progrès dans la conception de mouvements 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 plus fiables qui peuvent être déployées rapidement pour bénéficier à un large éventail d'applications dans de nombreux secteurs.