Les moteurs linéaires offrent un rendement supérieur, ils excellent donc dans les équipements médicaux, l'automatisation industrielle, l'emballage et la fabrication de semi-conducteurs. De plus, les nouveaux moteurs linéaires répondent aux coûts, à la chaleur et à la complexité d'intégration des premières versions. Pour rappel, les moteurs linéaires comprennent une bobine (partie primaire ou forceur) et une plate-forme stationnaire parfois appelée plateau ou secondaire. Les sous-types abondent, mais les deux plus courants pour l’automatisation sont les moteurs linéaires sans balais et sans fer.

Les moteurs linéaires surpassent généralement les entraînements mécaniques. Ils ont des longueurs illimitées. Sans l'élasticité et le jeu des configurations mécaniques, la précision et la répétabilité sont élevées et le restent tout au long de la durée de vie de la machine. En fait, seuls les roulements de guidage d'un moteur linéaire nécessitent un entretien ; tous les autres sous-composants sont inusables.

Là où les moteurs linéaires Ironcore excellent
Les moteurs linéaires Ironcore ont des bobines primaires autour d’un noyau de fer. Le secondaire est généralement une piste magnétique stationnaire. Les moteurs linéaires Ironcore fonctionnent bien dans les machines de moulage par injection, les machines-outils et les presses car ils produisent une force continue élevée. Une mise en garde est que les moteurs linéaires à noyau de fer peuvent avoir un engrenage, car l'attraction magnétique du secondaire sur le primaire varie à mesure qu'il traverse la piste magnétique. La force de détente est ici à blâmer. Les fabricants abordent le problème de plusieurs manières, mais cela pose problème lorsque les courses fluides sont l'objectif principal.

Malgré cela, les avantages du moteur linéaire Ironcore abondent. Un couplage magnétique plus fort (entre le noyau de fer et les aimants du stator) permet une densité de force élevée. Ainsi, les moteurs linéaires à noyau de fer ont une force de sortie plus élevée que les moteurs linéaires sans fer comparables. De plus, ces moteurs dissipent beaucoup de chaleur car le noyau en fer évacue la chaleur générée par la bobine pendant le fonctionnement, réduisant ainsi mieux la résistance thermique de la bobine à l'ambiante que les moteurs sans fer. Enfin, ces moteurs sont faciles à intégrer car forceur et stator se font directement face.

Moteurs linéaires sans fer pour des courses rapides
Les moteurs linéaires sans fer n'ont pas de fer dans leur primaire, ils sont donc plus légers pour produire un mouvement plus dynamique. Les coils sont noyés dans une plaque époxy. La plupart des moteurs linéaires sans fer ont des pistes en forme de U bordées d'aimants sur les surfaces intérieures. L'accumulation de chaleur peut limiter les forces de poussée à un niveau inférieur à celui des moteurs à noyau de fer comparables, mais certains fabricants résolvent ce problème avec un canal et une géométrie primaire innovants.

Des temps de stabilisation courts améliorent encore la dynamique des moteurs linéaires sans fer pour effectuer des mouvements rapides et précis. L'absence de forces d'attraction inhérentes entre le primaire et le secondaire signifie que les moteurs linéaires sans fer sont également plus faciles à assembler que les moteurs à noyau de fer. De plus, leurs roulements de support ne sont pas soumis aux forces magnétiques et durent donc généralement plus longtemps.

A noter que les moteurs linéaires rencontrent des difficultés sur les axes verticaux et dans des environnements difficiles. En effet, sans freinage ni contrepoids, les moteurs linéaires (qui sont intrinsèquement sans contact) laissent tomber les charges lors des situations de mise hors tension.

De plus, certains environnements difficiles peuvent générer de la poussière et des copeaux qui adhèrent aux moteurs linéaires, notamment lors des opérations d'usinage de pièces métalliques. Ici, les moteurs linéaires à noyau de fer (et leur piste remplie d'aimants) sont les plus vulnérables. Certains actionneurs intègrent des moteurs linéaires à noyau de fer ou sans fer et une conception étanche à la poussière pour fonctionner dans de tels environnements. Ce dernier élimine les problèmes liés aux soufflets qui protègent traditionnellement les axes linéaires.

Quand choisir des actionneurs à moteur linéaire intégrés
La nature à entraînement direct des actionneurs à moteur linéaire augmente la productivité et la dynamique du système pour une multitude d'applications industrielles. Certains actionneurs basés sur un moteur linéaire incluent également des encodeurs pour le retour de position… afin de rendre les moteurs linéaires faciles à utiliser, même par rapport aux systèmes basés sur une courroie et une vis à billes. Certains de ces actionneurs intègrent étroitement le moteur linéaire, le guide et l'encodeur optique (ou magnétique) pour augmenter encore la densité de puissance.

L'encodeur de certains actionneurs s'installe horizontalement afin que sa position ne soit pas affectée par un impact externe. Certains de ces agencements peuvent fonctionner jusqu'à 6 m/sec avec une accélération jusqu'à 60 m/sec2 en utilisant une entrée de 230 Vca. Des modules avec une course supérieure à deux mètres sont possibles. Les offres standard incluent généralement un encodeur magnétique pour le retour de position, bien que des encodeurs optiques soient disponibles pour une plus grande précision. D'autres options incluent des configurations multi-curseurs ainsi que des systèmes complets XY et portique.

Par rapport aux modules à vis à billes traditionnels, les actionneurs basés sur un moteur linéaire offrent une précision et une vitesse supérieures, même dans de nombreuses conditions de sortie de poussée, grâce à l'entraînement direct. Une intégration plus étroite améliore également la productivité et la fiabilité. Certains de ces actionneurs comprennent le moteur linéaire lui-même, une base et un large guide linéaire supportant un curseur en aluminium et une échelle optique pour le retour de position. Lorsque le moteur linéaire est sans fer, il peut être associé à un curseur en aluminium pour former une conception légère qui accélère rapidement.

Certains actionneurs à moteur linéaire compacts comprennent également des curseurs avec tampons de lubrification intégrés pour une lubrification respectueuse de l'environnement. Ici, les extrémités des blocs de guidage sont dotées d'injecteurs de graisse hermétiquement scellés pour assurer la lubrification du chemin de roulement via la circulation de billes d'acier. Dans certains cas, des tampons de lubrification en option ajoutent de la lubrification pour un fonctionnement à long terme avec moins d'entretien, en particulier sur les axes qui effectuent des courses courtes.

Les moteurs linéaires sans fer à l'intérieur de certains actionneurs ne présentent également aucun engrenage, de sorte que l'axe peut effectuer des mouvements stables lorsqu'il se déplace lentement ou rapidement. Avec certaines conceptions, la répétabilité avec un codeur linéaire optique est de 2 mm. Certains actionneurs sont même disponibles dans des courses de 152 à 1 490 mm avec une rectitude de 6 à 30 mm.

Exemple particulier : applications en salle blanche
Une dernière option particulièrement adaptée aux applications avec des courses courtes et des cadences élevées sont les actionneurs à moteur linéaire dans lesquels les pièces mobiles sont les aimants et le rail. Ici, il n'y a pas de problèmes de câbles mobiles provoquant des déconnexions. Il n’y a pas non plus de problèmes avec les environnements poussiéreux. En fait, les actionneurs fonctionnent bien dans les environnements sous vide et les salles blanches. En effet, les serpentins sont fixes, de sorte que la chaleur se dissipe facilement vers les structures de montage. Certains de ces actionneurs à moteur linéaire produisent une force continue jusqu'à 94,2 ou 188,3 N et une force maximale jusqu'à 242,1 ou 484,2 N — acceptant un courant continu de 3,5, 7 ou 14 A selon la version. Les courses atteignent 430 mm.

Paramètres pour spécifier les étapes du moteur linéaire
Lors de la spécification d'actionneurs ou d'étages basés sur des moteurs linéaires, tenez compte des critères suivants pour chaque partie du profil de mouvement de la conception :

• Quelle est la condition de mouvement connue ?
• Quelle est la masse de la charge, la masse du système, la course effective, le temps de déplacement et le temps de séjour ?
• Quelle est l'état du variateur, la tension de sortie maximale, le courant continu et de crête ?
• De quel type de résolution d'encodeur la configuration a-t-elle besoin ? Doit-il être analogique ou numérique ?
• Dans quel type d'environnement de travail l'actionneur ou la scène fonctionnera-t-il ? Quelle sera la température ambiante ? La machine sera-t-elle soumise à des conditions de vide ou de salle blanche ?
• Quelles sont les exigences de l'application en matière de précision de mouvement et de positionnement ?
• L'actionneur ou la platine à moteur linéaire déplacera-t-il les charges horizontalement, verticalement ou selon un angle ? L'installation sera-t-elle montée sur un mur ? Est-il soumis à des contraintes d'espace ?

Répondre à ces questions aidera les ingénieurs concepteurs à identifier l'itération de moteur linéaire la plus appropriée pour une machine donnée.