Les moteurs linéaires offrent un rendement supérieur et sont donc excellents dans les équipements médicaux, l'automatisation industrielle, l'emballage et la fabrication de semi-conducteurs. De plus, les nouveaux moteurs linéaires répondent aux besoins en termes de coût, de chaleur et de complexité d'intégration des premiers modèles. Pour rappel, les moteurs linéaires comprennent une bobine (élément primaire ou forceur) et une plateforme fixe, parfois appelée plateau ou secondaire. Les sous-types sont nombreux, mais les deux plus courants en automatisation sont les moteurs linéaires sans balais à noyau de fer et les moteurs linéaires sans fer.

Les moteurs linéaires sont généralement plus performants que les entraînements mécaniques. Leurs longueurs sont 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 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 à noyau de fer excellent
Les moteurs linéaires à noyau de fer sont dotés de bobines primaires autour d'un noyau de fer. Le secondaire est généralement une piste magnétique fixe. Les moteurs linéaires à noyau de fer sont particulièrement adaptés aux machines de moulage par injection, aux machines-outils et aux presses, car ils produisent une force continue élevée. Un inconvénient est que les moteurs linéaires à noyau de fer peuvent présenter un phénomène d'encoche, car l'attraction magnétique du secondaire sur le primaire varie lorsqu'il traverse la piste magnétique. La force d'encoche est à l'origine de ce phénomène. Les fabricants traitent le phénomène d'encoche de plusieurs manières, mais il est problématique lorsque l'objectif principal est d'obtenir des courses fluides.

Malgré cela, les moteurs linéaires à noyau de fer présentent de nombreux avantages. Un couplage magnétique plus fort (entre le noyau de fer et les aimants du stator) assure une densité de force élevée. Ainsi, les moteurs linéaires à noyau de fer produisent une force supérieure à celle des moteurs linéaires sans fer comparables. De plus, ces moteurs dissipent une chaleur importante, car le noyau de fer évacue la chaleur générée par la bobine pendant le fonctionnement, réduisant ainsi la résistance thermique de la bobine à l'environnement. Enfin, ces moteurs sont faciles à intégrer car le rotor et le stator sont directement en face l'un de l'autre.

Moteurs linéaires sans fer pour des courses rapides
Les moteurs linéaires sans fer ne contiennent pas de fer dans leur primaire, ce qui les rend plus légers et permet un mouvement plus dynamique. Les bobines sont noyées dans une plaque époxy. La plupart des moteurs linéaires sans fer sont dotés de pistes en U dont les surfaces intérieures sont garnies d'aimants. 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 remédient à ce problème grâce à des canaux et une géométrie primaire innovants.

Des temps de stabilisation courts améliorent encore la dynamique des moteurs linéaires sans fer, permettant 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 paliers de support ne sont pas soumis aux forces magnétiques, ce qui leur confère une durée de vie généralement plus longue.

Notez que les moteurs linéaires rencontrent des difficultés sur les axes verticaux et dans les environnements difficiles. En effet, sans freinage ni contrepoids, les moteurs linéaires (qui sont intrinsèquement sans contact) laissent tomber les charges en cas de coupure de courant.

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. Dans ce cas, les moteurs linéaires à noyau de fer (et leur piste magnétique) sont les plus vulnérables. Certains actionneurs intègrent des moteurs linéaires à noyau de fer ou sans fer et sont conçus pour résister à la poussière afin de fonctionner dans ces environnements. Cette dernière solution élimine les problèmes liés aux soufflets qui protègent traditionnellement les axes linéaires.

Quand choisir des actionneurs à moteur linéaire intégrés
L'entraînement direct des actionneurs à moteur linéaire améliore la productivité et la dynamique du système pour de nombreuses applications industrielles. Certains actionneurs à moteur linéaire intègrent également des codeurs pour le retour de position, ce qui simplifie leur utilisation, même par rapport aux systèmes à courroie ou à vis à billes. Certains de ces actionneurs intègrent étroitement le moteur linéaire, le guide et le codeur optique (ou magnétique) pour optimiser la densité de puissance.

Le codeur de certains actionneurs est installé horizontalement, de sorte que sa position n'est pas affectée par les chocs externes. Certains de ces dispositifs peuvent atteindre une vitesse de 6 m/s avec une accélération de 60 m/s² via une entrée 230 Vca. Des modules avec une course supérieure à deux mètres sont possibles. Les offres standard incluent généralement un codeur magnétique pour le retour de position, mais des codeurs optiques sont disponibles pour une précision accrue. D'autres options incluent des configurations multi-curseurs ainsi que des systèmes XY et portiques complets.

Comparés aux modules à vis à billes traditionnels, les actionneurs à moteur linéaire offrent une précision et une vitesse supérieures, même dans de nombreuses conditions de poussée, grâce à l'entraînement direct. Une intégration plus poussée 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 coulisseau en aluminium et une échelle optique pour le retour de position. Lorsque le moteur linéaire est sans fer, il peut être associé à un coulisseau en aluminium pour former une conception légère et accélérer rapidement.

Certains actionneurs à moteur linéaire compacts intègrent également des patins de lubrification intégrés pour une lubrification respectueuse de l'environnement. Ici, les extrémités des patins sont équipées d'injecteurs de graisse hermétiques assurant la lubrification des chemins de roulement par circulation de billes d'acier. Dans certains cas, des patins de lubrification optionnels assurent une lubrification supplémentaire pour un fonctionnement longue durée avec un entretien réduit, notamment sur les axes à course courte.

Les moteurs linéaires sans fer intégrés à certains actionneurs ne présentent pas de crantage, ce qui permet à l'axe d'effectuer des mouvements stables, qu'ils soient lents ou rapides. Sur certains modèles, la répétabilité avec un codeur linéaire optique est de 2 mm. Certains actionneurs sont même disponibles avec des courses de 152 à 1 490 mm et une rectitude de 6 à 30 mm.

Exemple particulier : applications en salle blanche
Une dernière option, particulièrement adaptée aux applications à courses courtes et à cadences élevées, est celle des actionneurs à moteur linéaire, dont les pièces mobiles sont les aimants et le rail. Dans ce cas, les câbles en mouvement ne présentent aucun risque de déconnexion, ni de problèmes en milieu poussiéreux. De fait, ces actionneurs fonctionnent parfaitement dans les environnements sous vide et les salles blanches. En effet, les bobines étant fixes, la chaleur se dissipe facilement vers les structures de montage. Certains de ces actionneurs à moteur linéaire produisent une force continue de 94,2 ou 188,3 N et une force maximale de 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 étages 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 maintien ?
• Quel est l'état du variateur, la tension de sortie maximale, le courant continu et de crête ?
• Quelle résolution d'encodeur est nécessaire ? Doit-elle être analogique ou numérique ?
• Dans quel environnement de travail l'actionneur ou la platine fonctionneront-ils ? 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 à moteur linéaire ou la platine déplaceront-ils des charges horizontalement, verticalement ou en biais ? L'installation sera-t-elle fixée au mur ? L'espace est-il limité ?

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