Les moteurs linéaires peuvent atteindre des taux d'accélération élevés et de longues longueurs de déplacement avec de bonnes forces de poussée et des précisions de positionnement extrêmement élevées, tandis que d'autres mécanismes d'entraînement, tels que les courroies, les vis ou les pignons et crémaillères, doivent sacrifier au moins une de ces exigences pour atteindre l'objectif. autres. C'est pourquoi les moteurs linéaires constituent le choix privilégié pour les applications hautement dynamiques telles que la métrologie et la fabrication de semi-conducteurs.

En fait, sur la base de leurs spécifications de 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 : « Pourquoi les moteurs linéaires ne sont-ils pas plus largement adoptés ? »

Pour comprendre pourquoi le taux d'adoption des moteurs linéaires est encore à la traîne par rapport à d'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'une des principales considérations est la chaleur. En fait, les courbes de couple (ou force) en fonction de la vitesse, qui représentent 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 spécifiées.

La génération de chaleur peut être encore plus problématique pour les moteurs linéaires que pour les moteurs rotatifs, puisque la charge est montée sur le forceur, qui contient les enroulements du moteur. (Dans certaines conceptions de moteurs linéaires, la charge peut être montée sur la piste magnétique, bien que cela ne soit possible que pour des courses courtes.) Et dans les moteurs linéaires sans fer, les enroulements sont encapsulés dans de l'époxy, qui ne dissipe pas la chaleur aussi facilement 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 des cas extrêmes, des dommages ou une défaillance. Même si la charge n'est pas affectée, l'accumulation de chaleur peut réduire la force continue du moteur. Pour lutter contre ce problème, certaines applications nécessitent un refroidissement par air pulsé ou par liquide, ce qui augmente le coût, l'encombrement et la complexité.

Protection contre les contaminations

En raison de leur conception ouverte et de leurs aimants exposés, les moteurs linéaires plats à noyau de fer et les conceptions sans fer à canal en U peuvent être difficiles à protéger contre la contamination. Alors que les guides linéaires de support peuvent être protégés par divers joints et grattoirs disponibles dans le commerce, les aimants exposés d'un moteur linéaire peuvent attirer les particules ferreuses provenant des opérations d'usinage ou simplement de la contamination aéroportée que l'on trouve souvent dans les environnements de fabrication et d'usine. Et la contamination liquide peut endommager les composants électroniques sensibles ou interférer avec les systèmes de rétroaction.

Bien entendu, les capots 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'une solution de moteur linéaire est qu'elle élimine le besoin de composants mécaniques de transmission de puissance, tels que des vis, des courroies, des réducteurs et des accouplements, entre le moteur et la charge. Cela signifie que les moteurs linéaires ne souffrent pas des effets de jeu, d'enroulement et de conformité, qui constituent un facteur majeur dans leur capacité à atteindre des précisions de positionnement très élevées et à exécuter des mouvements très dynamiques, avec des taux d'accélération et de décélération rapides.

Mais 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 des forces d'usinage ou les vibrations induites par le mouvement de la charge. Et 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 apporter des corrections aux effets de ces vibrations et oscillations non amorties, les systèmes de moteurs linéaires 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 élevée. Le système de retour de position – généralement un codeur linéaire optique ou magnétique – doit également avoir une résolution plus élevée afin que le contrôleur puisse suivre avec plus de précision la position du moteur et de la charge. Même le châssis de la machine ou la structure porteuse doit être suffisamment rigide (avec une fréquence propre 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 compenser les vibrations et les perturbations, les boucles de rétroaction et de contrôle doivent pouvoir communiquer plus rapidement et avec plus de précision 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 facteurs limitant l’adoption généralisée des moteurs linéaires reste le coût initial. Bien que de nombreuses comparaisons démontrent le coût total de possession (TCO) inférieur des solutions de moteur linéaire par rapport aux solutions traditionnelles à courroie, à vis ou à crémaillère et pignon dans certaines applications, le coût initial d'un système de moteur linéaire reste un obstacle à la mise en œuvre d'un système de moteur linéaire. adoption par les ingénieurs et les concepteurs chargés de répondre aux spécifications de performances dans un budget limité. Exemple concret : pour les applications avec des courses très longues – l'un des domaines dans lesquels les solutions de moteur linéaire excellent – ​​le coût des aimants et des codeurs linéaires haute résolution pour répondre aux exigences de course peut coûter une solution de moteur linéaire hors de prix.

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

Malgré les difficultés potentielles posées par la génération de chaleur, la protection contre la contamination, les contrôles à large bande passante et le coût, le taux d'adoption des moteurs linéaires augmente. Autrefois considérés comme des solutions de niche pour les applications de semi-conducteurs, de métrologie et d'usinage robuste, les moteurs linéaires à noyau de fer, sans fer et tubulaires sont désormais utilisés dans les applications automobiles, alimentaires, d'emballage et d'impression, où les mouvements peuvent ne pas être aussi difficiles ou les les exigences de précision sont aussi exigeantes, mais où les avantages d'un nombre réduit de composants, d'un temps d'arrêt réduit et d'un débit plus élevé justifient les coûts supplémentaires et les considérations de conception.