Les moteurs linéaires peuvent atteindre des accélérations élevées et de grandes courses avec de bonnes forces de poussée et une précision de positionnement extrêmement élevée. D'autres mécanismes d'entraînement, tels que les courroies, les vis ou les crémaillères, doivent sacrifier au moins une de ces exigences pour satisfaire aux autres. C'est pourquoi les moteurs linéaires sont le choix privilégié pour les applications hautement dynamiques telles que la métrologie et la fabrication de semi-conducteurs.

En réalité, compte tenu de leurs performances, les moteurs linéaires semblent être la solution idéale pour répondre aux exigences concurrentes souvent rencontrées dans les applications de mouvement linéaire. Mais cela soulève la question suivante : « Pourquoi les moteurs linéaires ne sont-ils pas plus largement adoptés ? »

Pour comprendre pourquoi le taux d'adoption des moteurs linéaires est toujours en retard par rapport aux autres technologies d'entraînement, telles que les courroies, les vis ou les entraînements à crémaillère et pignon, examinons certains des avantages et des inconvénients des conceptions de moteurs linéaires.

Génération et dissipation de chaleur

Lors du dimensionnement et de la sélection d'un moteur, qu'il soit rotatif ou linéaire, l'un des principaux facteurs à prendre en compte est la chaleur. En effet, les courbes couple (ou force)/vitesse, qui illustrent les plages de fonctionnement continu et intermittent pour une combinaison moteur-variateur donnée, sont basées sur la capacité du moteur à dissiper la chaleur dans des conditions de fonctionnement spécifiques.

La génération de chaleur peut être encore plus problématique pour les moteurs linéaires que pour les moteurs rotatifs, car la charge est montée sur le forçage, qui contient les enroulements du moteur. (Dans certains modèles de moteurs linéaires, la charge peut être montée sur la piste magnétique, bien que cela ne soit possible que pour les courses courtes.) De plus, dans les moteurs linéaires sans fer, les enroulements sont encapsulés dans de l'époxy, qui dissipe moins bien la chaleur que des métaux comme le fer ou l'aluminium.

Cela signifie que la chaleur est facilement transférée à la charge et aux composants environnants, provoquant une dilatation thermique, une dégradation ou, dans les cas extrêmes, des dommages ou une panne. Même si la charge n'est pas affectée, l'accumulation de chaleur peut réduire la puissance continue du moteur. Pour remédier à ce problème, certaines applications nécessitent un refroidissement par air forcé ou par liquide, ce qui augmente les coûts, l'encombrement et la complexité.

Protection contre la contamination

En raison de leur conception ouverte et de leurs aimants exposés, les moteurs linéaires plats à noyau de fer et les moteurs linéaires à canal en U sans fer peuvent être difficiles à protéger de la contamination. Si les guides linéaires de support peuvent être protégés par divers joints et racleurs standard, les aimants exposés d'un moteur linéaire peuvent attirer des particules ferreuses provenant des opérations d'usinage ou simplement de la contamination atmosphérique, souvent présente dans les environnements de fabrication et d'usine. De plus, la contamination liquide peut endommager les composants électroniques sensibles ou perturber les systèmes de rétroaction.

Bien sûr, les couvercles et les structures externes peuvent être conçus pour protéger contre la contamination, mais ils peuvent rendre plus difficile la dissipation de la chaleur par le moteur, exacerbant ainsi les problèmes liés à la chaleur décrits ci-dessus.

Compensation des vibrations et des oscillations

L'un des principaux arguments de vente d'un moteur linéaire est qu'il élimine le recours à des composants mécaniques de transmission de puissance (vis, courroies, réducteurs et accouplements) entre le moteur et la charge. Ainsi, les moteurs linéaires ne subissent pas les effets du jeu, de l'enroulement et de la compliance, facteurs déterminants pour atteindre une précision de positionnement très élevée et exécuter des mouvements très dynamiques, avec des accélérations et des décélérations rapides.

Cependant, les composants de transmission mécanique peuvent être bénéfiques dans un système de mouvement en fournissant un mécanisme d'amortissement des oscillations et en atténuant les perturbations, telles que les réactions aux forces d'usinage ou les vibrations induites par le mouvement de la charge. Sans cet effet d'amortissement « intégré », les oscillations et les vibrations peuvent empêcher les moteurs linéaires d'atteindre la précision de positionnement ou le temps de stabilisation souhaités.

Pour garantir que le système puisse réagir et corriger les effets de ces vibrations et oscillations non amorties, les systèmes à moteur linéaire nécessitent souvent des boucles de contrôle de vitesse, de position et de courant (force) à fréquence plus élevée, ainsi qu'une bande passante de boucle de courant plus large. Le système de rétroaction de position – généralement un codeur linéaire optique ou magnétique – doit également offrir une résolution plus élevée afin que le contrôleur puisse suivre avec plus de précision la position du moteur et de la charge. Le châssis de la machine ou la structure porteuse doit également être suffisamment rigide (avec une fréquence naturelle élevée) pour rester relativement insensible aux chocs et aux vibrations et résister aux forces générées par le moteur linéaire.

En d’autres termes, comme il y a moins de composants pour aider à compenser les vibrations et les perturbations, les boucles de rétroaction et de contrôle doivent pouvoir communiquer plus rapidement et plus précisément pour que le système atteigne des performances dynamiques et de haute précision.

Coût initial par rapport au coût total de possession

Enfin, l'un des principaux freins à l'adoption généralisée des moteurs linéaires reste leur coût initial. Bien que de nombreuses comparaisons démontrent le coût total de possession (CTP) inférieur des solutions de moteurs linéaires par rapport aux solutions traditionnelles à courroie, à vis ou à pignon et crémaillère dans certaines applications, ce coût initial constitue toujours un frein à l'adoption pour les ingénieurs et les concepteurs qui doivent respecter des spécifications de performance avec un budget limité. Prenons l'exemple des applications à très grandes courses – un domaine où les moteurs linéaires excellent – ​​le coût des aimants et des codeurs linéaires haute résolution nécessaires pour répondre aux exigences de course peut rendre le choix d'une solution de moteur linéaire disproportionné.

Les applications non traditionnelles stimulent la croissance des taux d'adoption des moteurs linéaires

Malgré les difficultés potentielles liées à la production de chaleur, à la protection contre la contamination, aux commandes à large bande passante et au coût, l'adoption des moteurs linéaires est en pleine croissance. Autrefois considérés comme des solutions de niche pour les applications de semi-conducteurs, de métrologie et d'usinage intensif, les moteurs linéaires à noyau de fer, sans fer et tubulaires sont désormais utilisés dans les secteurs de l'automobile, de l'agroalimentaire, de l'emballage et de l'impression, où les mouvements peuvent être moins complexes et les exigences de précision moins élevées, mais où les avantages d'un nombre réduit de composants, de temps d'arrêt réduits et d'un rendement plus élevé justifient le surcoût et les considérations de conception.