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 de conduite, tels que les ceintures, les vis ou les racks et les pignons, doivent sacrifier au moins l'une de ces exigences afin d'atteindre les autres. C'est pourquoi les moteurs linéaires sont le choix préféré pour des applications très dynamiques telles que la métrologie et la fabrication de semi-conducteurs.

En fait, en fonction de leurs spécifications de performance, les moteurs linéaires semblent être la solution parfaite pour répondre aux exigences concurrentes souvent trouvées 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 toujours à la traîne des autres technologies d'entraînement - telles que les ceintures, les vis ou les entraînements de rack et de pignon - examinons certains des avantages et des inconvénients des conceptions de moteurs linéaires.

Génération de chaleur et dissipation

Lors du dimensionnement et de la sélection d'un moteur - qu'ils soient rotatifs ou linéaires - l'une des considérations principales est la chaleur. En fait, les courbes de couple (ou de force) par rapport à la vitesse, qui représentent des gammes de fonctionnement continues et intermittentes pour une combinaison de moteur 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, car la charge est montée sur le forcer, qui contient les enroulements du moteur. (Dans certaines conceptions de moteurs linéaires, la charge peut être montée sur la piste de l'aimant, bien que cela ne soit possible que pour les traits courts.) Et dans les moteurs linéaires sans fer, les enroulements sont encapsulés en époxy, qui ne dissipe pas la chaleur aussi facilement que les métaux tels que le fer ou l'aluminium.

Cela signifie que la chaleur est facilement transférée à la charge et aux composants environnants, provoquant une expansion thermique, une dégradation ou, dans des cas extrêmes, des dommages ou des défaillances. Même si la charge n'est pas affectée, l'accumulation de chaleur peut réduire la sortie de force continue du moteur. Pour lutter contre cela, certaines applications nécessitent un refroidissement forcé d'air ou de liquide, ce qui augmente les coûts, l'empreinte et la complexité.

Protection contre la contamination

En raison de leur conception ouverte et des aimants exposés, des moteurs linéaires plats et du noyau de fer et des conceptions sans fer en U-canal peuvent être difficiles à protéger de la contamination. Bien que les guides linéaires de support puissent être protégés par divers joints et grattoirs standard, les aimants exposés d'un moteur linéaire peuvent attirer des particules ferreuses des opérations d'usinage ou simplement à partir de la contamination en suspension dans l'air souvent trouvée dans les environnements de fabrication et d'usine. Et la contamination des liquides peut endommager l'électronique sensible ou interférer avec les systèmes de rétroaction.

Bien sûr, les couvertures et les structures externes peuvent être conçues pour se protéger contre la contamination, mais elles peuvent rendre plus difficile pour le moteur de dissiper la chaleur, exacerbant les problèmes liés à la chaleur décrits ci-dessus.

Compenser les vibrations et les oscillations

L'un des principaux arguments de vente d'une solution de moteur linéaire est qu'il élimine le besoin de composants mécaniques de transmission d'alimentation - tels que des vis, des ceintures, des boîtes de vitesses et des accouplements - entre le moteur et la charge. Cela signifie que les moteurs linéaires ne souffrent pas des effets du contrecoup, de la liquidation et de la conformité, ce qui est un facteur majeur de 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 pour les oscillations et des troubles d'atténuation, tels que les réactions des forces d'usinage ou des 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 décantation souhaité.

Pour s'assurer que le système peut réagir et apporter des corrections pour les effets de ces vibrations et oscillations non amorties, les systèmes moteurs linéaires nécessitent souvent une vitesse de contrôle de fréquence plus élevée, une position et des boucles de contrôle de courant (force) et une bande passante de boucle de courant plus élevée. Le système de rétroaction de position - généralement un encodeur linéaire optique ou magnétique - doit également avoir une résolution plus élevée afin que le contrôleur puisse suivre plus précisément la position du moteur et la charge. Même le cadre de la machine ou la structure de support doit être suffisamment rigide (avec une fréquence naturelle élevée) pour rester relativement insensé aux chocs et 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 être en mesure de communiquer plus rapidement et plus précisément pour que le système atteigne des performances dynamiques et à haute précision.

Coût initial par rapport au coût total de possession

Et enfin, l'un des principaux facteurs limitant à l'adoption généralisée des moteurs linéaires continue d'être le coût initial. Bien que les comparaisons abondent qui démontrent le plus faible coût de propriété (TCO) des solutions moteur linéaires sur des solutions traditionnelles de ceinture, de vis ou de rack et de pignon dans certaines applications, le coût initial d'un système moteur linéaire est toujours un obstacle à l'adoption pour les ingénieurs et les concepteurs qui sont chargés de spécifications de performance de la réunion dans un budget contraint. Exemple: pour les applications avec de très longues longueurs de voyage - l'une des zones où les solutions moteurs linéaires excellent - le coût des aimants et des encodeurs linéaires haute résolution pour répondre aux exigences de voyage peut évaluer une solution moteur linéaire.

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

Malgré les difficultés potentielles posées par la production de chaleur, la protection contre la contamination, les contrôles à large bande passante et le coût, le taux d'adoption des moteurs linéaires augmente. Une fois considérés comme des solutions de niche pour les applications d'usinage semi-conductrices, de métrologie et de service lourd, les moteurs linéaires de noyau de fer, sans fer et tubulaires sont maintenant utilisés dans les applications automobiles, alimentaires et d'emballage et d'impression, où les mouvements peuvent ne pas être aussi difficiles ou les exigences de précision par le biais de compensations, mais lorsque les avantages de moins de composants, moins de temps d'arrêt et plus élevés et à l'objet de compensations, mais les avantages supplémentaires.