Les moteurs linéaires ont révolutionné le contrôle de mouvement grâce à des performances plus rapides, plus précises et plus fiables que les actionneurs linéaires traditionnels à moteur rotatif. La particularité d'un moteur linéaire réside dans le fait que la charge est déplacée sans composants mécaniques de transmission de puissance. 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.

Face à la demande croissante de productivité accrue, de qualité supérieure des produits, de délais de développement rapides et de coûts d'ingénierie réduits, la technologie des moteurs linéaires, grâce à des conceptions modulaires, gagne en popularité. On les retrouve dans la métrologie, les systèmes de découpe de précision, les équipements de fabrication de semi-conducteurs et d'électronique, 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 de montage, les applications d'impression et d'emballage, et bien d'autres applications exigeant un mouvement linéaire à haut rendement et de haute précision.

Les composants d'un moteur linéaire doivent être usinés et assemblés avec une grande précision et des procédés reproductibles. Un alignement correct de ces pièces est essentiel et requiert une grande minutie de conception et des compétences d'assemblage.

Aujourd'hui, la nouvelle génération de moteurs linéaires modulaires a révolutionné la donne. Les moteurs linéaires modulaires clés en main s'intègrent facilement à un système et sont immédiatement opérationnels, réduisant ainsi 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.

Les systèmes de moteurs linéaires sont composés de neuf composants principaux :

1. Une plaque de base
2. Une bobine de moteur
3. Une piste magnétique permanente (généralement 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 relié à la base
6. Un codeur linéaire pour le retour de position
7. Butées de fin de course
8. Une piste 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'un moteur linéaire doivent être usinés et assemblés avec une grande précision et des procédés reproductibles. L'alignement correct de ces pièces est crucial et requiert une conception soignée et des compétences d'assemblage pointues. Par exemple, la piste magnétique et la bobine mobile du moteur doivent être planes, parallèles et montées avec un entrefer spécifique. La bobine mobile se déplace sur un chariot relié à des rails de guidage linéaires parallèles de précision au-dessus de la piste magnétique. Le codeur de position, doté d'une règle linéaire et d'une tête de lecture, est un autre élément essentiel d'un moteur linéaire. Il exige des procédures d'alignement précises et un 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 la conception.

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

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 plages de fréquences, leur rigidité surpasse celle des vis à billes traditionnelles d'un facteur 10 ou plus. Grâce à cette caractéristique, les moteurs linéaires peuvent gérer des bandes passantes de boucle de position et de vitesse élevées avec une précision impressionnante, même en présence 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 implique 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 expose directement les moteurs linéaires à ces perturbations. Par conséquent, la compensation de ces perturbations incombe au contrôleur de mouvement et à l'électronique d'entraînement, qui doivent les traiter de front, en agissant directement sur l'axe du servomoteur. C'est là qu'interviennent les algorithmes de mouvement en boucle fermée sophistiqués d'aujourd'hui, qui éliminent les résonances et assurent un contrôle de position remarquable.

Dans le domaine des actionneurs linéaires, les moteurs linéaires offrent une prouesse technique exceptionnelle. Leur rigidité supérieure et leur capacité à fonctionner à des fréquences plus élevées les distinguent des alternatives traditionnelles. En défiant les fréquences de résonance et en maintenant une précision élevée 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 et garantir la performance et la fiabilité continues du système. Les fréquences d'échantillonnage des contrôleurs 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 classique, où des fréquences de 1 ou 2 kHz sont acceptables. Certains contrôleurs de mouvement actuels peuvent atteindre des fréquences d'échantillonnage de 20 kHz ou plus, ce qui permet un contrôle par 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 contrôle de mouvement et en servomoteur, de nombreux défis liés aux boucles de contrôle et aux 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 précieuse expérience avec les moteurs linéaires il y a des années, au sein d'une équipe d'ingénieurs engagée dans un projet révolutionnaire : créer la première machine de découpe laser au monde équipée d'un moteur linéaire. L'utilisation de moteurs linéaires était la solution idéale pour révolutionner le secteur, car les technologies traditionnelles d'actionneurs linéaires entraînés par des servomoteurs rotatifs ne permettaient pas d'atteindre les performances élevées des moteurs linéaires.

La mise en œuvre de cette technologie n'a pas été une tâche facile. En approfondissant le projet, nous avons réalisé que notre application nécessitait des spécifications de performance de moteur linéaire introuvables dans le commerce. Sans nous décourager, nous avons décidé de concevoir des moteurs linéaires spécifiquement adaptés à notre application.

Nous avons dû relever de nombreux défis, car nous devions déplacer un portique de 453 kg à une vitesse de 2,5 m/s avec une accélération de 1,5 G. Il nous fallait donc 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 ayons enfin mis au point un moteur linéaire capable de répondre aux exigences de notre machine de découpe laser. Quatorze mois plus tard, nous avons été fiers de voir enfin nos moteurs linéaires en action, propulsant le portique avec une vitesse, une facilité et une précision incroyables. Les performances obtenues étaient 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 clés en main avaient été disponibles à l'époque.

La technologie des moteurs linéaires a considérablement évolué depuis nos débuts dans les années 90. Avec l'introduction de nouvelles conceptions modulaires, le potentiel d'innovation et de progrès en matière de conception de mouvement et de moteurs linéaires est plus grand que jamais. Les moteurs linéaires modulaires révolutionnent le champ des possibles, offrant des capacités de contrôle de mouvement plus rapides, plus précises et plus fiables, rapidement déployables pour un large éventail d'applications dans de nombreux secteurs.