Le principe de base des vérins électriques est de produire un travail utile en convertissant le mouvement rotatif (circulaire) d'un élément moteur en mouvement linéaire (rectiligne). Les modèles de vérins électriques diffèrent selon le type de moteur assurant la rotation, le type de vis sans fin assurant le mouvement linéaire et les types de liaison permettant d'assembler ces deux composants.
Les vérins électriques sont souvent comparés aux vérins pneumatiques en raison de leurs domaines d'application. Cette comparaison peut parfois être faite avec les vérins hydrauliques. Ces trois systèmes présentent des avantages et des inconvénients liés à leurs caractéristiques. Les utilisateurs doivent prendre en compte ces aspects lors du choix des produits adaptés à leur application. Les actionneurs électriques sont utilisés dans la construction mécanique, l'automobile et ses sous-traitants, l'agroalimentaire, le textile, l'emballage, les dispositifs médicaux, les appareils de test, la robotique et l'électronique. Les vérins électriques sont des systèmes indépendants, dotés d'une structure mécanique. Le mouvement est assuré par une vis sans fin placée dans un corps. Cette vis à billes permet la transmission de puissance en convertissant le mouvement circulaire du moteur en mouvement linéaire. Selon les composants mécaniques utilisés et le type de moteur, les vérins électriques offrent une grande précision de position, un contrôle de la vitesse et un contrôle de la force.

Structure du cylindre électrique

La structure d'un cylindre électrique se compose essentiellement de trois éléments principaux. Bien que la partie cylindre puisse être évaluée séparément, le moteur est généralement considéré comme un ensemble intégré.

1. Cylindre

Le cylindre est l'élément qui effectue le travail en convertissant le mouvement circulaire qu'il reçoit du moteur en mouvement linéaire. Selon les produits mécaniques utilisés, la capacité de charge maximale, la précision de positionnement, la vitesse maximale et la course maximale du cylindre varient.

2. Adaptateur de connexion moteur

Ce mécanisme transmet le mouvement du moteur au cylindre. Il est fixé entre le cylindre et le moteur. Selon l'application, le moteur peut être monté axialement ou parallèlement au cylindre.

3. Moteur

Le moteur est la principale source d'énergie du cylindre. Il assure son mouvement. Cylindres électriques : ils peuvent être utilisés avec des servomoteurs, des moteurs pas à pas, des moteurs à courant continu ou des moteurs à courant alternatif.
La force appliquée par un vérin électrique avec servomoteur intégré est contrôlable sans équipement externe. L'utilisation d'un vérin électrique avec servomoteur permet un positionnement de haute précision dans plusieurs positions. Un retour d'information est disponible concernant le positionnement effectué. La vitesse et l'accélération du vérin peuvent être modifiées en cours de fonctionnement. Toutes ces opérations sont pilotées par un automate programmable (PLC). Pour d'autres types de générateurs de mouvement, ces opérations sont possibles avec l'ajout d'équipements externes (capteur, règle linéaire, etc.).

Caractéristiques du cylindre électrique

1. Commande de position par vérin électrique

Il est possible d'effectuer un positionnement précis dans plusieurs positions grâce à des vérins électriques. La précision de positionnement dépend de la précision de la vis à billes et du capteur de position utilisés. Le vérin effectue un pas de la vis à billes à chaque tour du moteur. Dès que le mouvement s'arrête, le vérin est positionné. En contrôlant le déplacement de la vis à billes, on peut positionner le vérin à l'endroit souhaité.
Alors qu'une précision de positionnement de 0,02 mm peut être obtenue avec un arbre à vis à billes dans les vérins électriques, cette valeur reste de l'ordre de 0,1 mm avec un arbre trapézoïdal. Le choix de l'élément de lecture de position (encodeur, règle linéaire, etc.) doit être adapté aux valeurs de précision de positionnement souhaitées.
Grâce à un vérin électrique intégrant un servomoteur, les informations de position sont acquises sans éléments externes. Ces informations peuvent ensuite être traitées et analysées. Le vérin se positionne dans sa seconde position après un court délai dans sa première. Le nombre de positions n'est pas limité à deux et peut être augmenté.
Si des vérins électriques sont utilisés avec des moteurs dépourvus de capteur de position intégré, un équipement externe est nécessaire pour le contrôle de position. Le positionnement s'effectue en pilotant le mouvement du vérin grâce aux informations de position fournies par cet équipement externe.

2. Commande de vitesse par vérin électrique

La vitesse du vérin électrique dépend du pas de la vis à billes et du régime moteur. Elle peut être contrôlée en modifiant le nombre de tours de la vis à billes. On peut également la modifier en faisant varier le régime moteur pendant le mouvement. Les pertes de temps peuvent être éliminées en ajustant les accélérations selon l'application. Le vérin se déplace d'abord à faible vitesse pour atteindre sa première position, puis, après un certain temps, à vitesse plus élevée pour atteindre sa seconde position.

3. Commande d'accélération du vérin électrique

En modifiant les valeurs d'accélération et de décélération du moteur intégré au vérin électrique, on peut contrôler l'accélération de ce dernier. Ceci évite les démarrages et arrêts brusques sous fortes charges. Dans les applications exigeant des temps de cycle rapides, on peut atteindre les temps de cycle souhaités en ajustant les démarrages et arrêts. Le vérin atteint une vitesse donnée avec différentes valeurs d'accélération.

4. Commande de force par vérin électrique

La force appliquée par le vérin électrique dépend de la puissance du moteur et de la structure mécanique du vérin. Cette force peut être contrôlée en agissant sur la puissance du moteur. Actuellement, des forces de 300 kN sont obtenues avec des vérins électriques.
La force peut être contrôlée grâce au mode couple du moteur du vérin électrique à servomoteur intégré. Le vérin peut être maintenu en position par une force donnée, cette force restant constante. Les informations relatives à la force et à la position peuvent être lues, traitées et analysées. L'utilisation d'un capteur de force peut s'avérer nécessaire selon la sensibilité souhaitée. Ces informations peuvent être obtenues grâce au capteur de force lorsque le moteur fonctionne sans le mode couple dans le vérin électrique.

Les vérins électriques sont l'un des fruits du développement des hautes technologies et de la quatrième révolution industrielle. La généralisation des systèmes intelligents à cadence élevée, permettant la production de différents produits sur une même machine et des coûts d'exploitation réduits, accroît la demande en vérins électriques. On prévoit que ces produits s'imposeront progressivement, car ils offrent de nombreux avantages par rapport aux vérins hydrauliques. Les vérins électriques sont indépendants des autres systèmes et possèdent une structure mécanique. Le mouvement est assuré par une vis sans fin placée dans un corps. La vis à billes permet la transmission de puissance en convertissant le mouvement circulaire du moteur en mouvement linéaire. Selon les composants mécaniques utilisés et le type de moteur, les vérins électriques offrent une grande précision de position, un contrôle précis de la vitesse et de la force. Outre leurs avantages pour l'utilisateur, les vérins électriques sont des produits respectueux de l'environnement. En matière d'efficacité énergétique, un enjeu majeur aujourd'hui, les vérins électriques sont particulièrement sensibles à cette problématique. Après 2000 heures de tests dans les mêmes conditions (charge et vitesse), le vérin électrique s'est avéré 11 fois plus efficace en termes de consommation d'énergie que le vérin pneumatique.