Voici quelques questions que les ingénieurs et les concepteurs devraient se poser avant de choisir des actionneurs linéaires.

Les concepteurs qui se préparent à choisir un actionneur linéaire pour un dispositif ou une machine spécifique doivent préparer une liste de questions à poser aux fournisseurs et fabricants de ces dispositifs. Ces listes contiennent généralement des FAQ (foire aux questions), et la plupart des entreprises qui vendent des actionneurs y sont préparées. Cependant, ces fournisseurs attendent souvent des acheteurs potentiels d'autres questions, peut-être plus approfondies et révélatrices : les questions dites « faiblement posées » (iFAQ).

Voici une paire de questions que les ingénieurs devraient se poser lorsqu’ils envisagent de spécifier des actionneurs linéaires.

Q. J'ai besoin de vitesse et de précision sur une grande longueur. Quel type d'actionneur dois-je utiliser ?

R. C'est une question pertinente. De nombreux ingénieurs concepteurs surestiment la précision des moteurs et actionneurs traditionnels sur les grandes courses. Ils pensent à tort que si l'actionneur fonctionne bien sur les petites courses, il fonctionnera tout aussi bien sur les grandes. Bien que de nombreux systèmes linéaires répondent à deux des trois exigences généralement recherchées par les ingénieurs (longues courses, vitesse élevée et précision de positionnement élevée), les actionneurs à moteur linéaire sont les seuls à offrir ces trois avantages sans compromis. Ils sont souvent utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs, l'inspection de l'électronique grand public, les applications médicales et des sciences de la vie, les machines-outils, l'impression et l'emballage.

Pour donner un peu de contexte, définissons les moteurs linéaires. Un moteur linéaire est un moteur rotatif déroulé et disposé à plat. Il s'accouple directement à la charge linéaire. À l'inverse, d'autres conceptions utilisent un moteur rotatif et le couplent mécaniquement, ce qui peut entraîner des jeux, des pertes de rendement et d'autres imprécisions. Les moteurs linéaires ont également tendance à avoir des vitesses maximales supérieures à celles des vis à billes de même course.

Trois principaux types de moteurs linéaires sont utilisés aujourd'hui. Le premier est celui à noyau de fer, dont les bobines sont enroulées autour de dents en matériaux ferreux et enveloppées dans un stratifié. Ces moteurs offrent la force la plus élevée par taille, un bon transfert thermique et sont généralement les moins chers. Cependant, la présence de fer dans le moteur entraîne une augmentation du couple (cogging) dû aux interactions entre les aimants du moteur ; ils sont donc souvent moins précis que le second type, les moteurs linéaires sans fer.

Comme leur nom l'indique, les moteurs linéaires sans fer ne contiennent pas de fer. Le forceur est essentiellement une plaque époxy dans laquelle sont insérées des bobines de cuivre étroitement bobinées. Il coulisse entre deux rangées d'aimants face à face (on parle alors de système magnétique à canal en U). Une barre d'espacement, située sur un côté des aimants, les relie. Les principaux avantages des moteurs sans fer sont des forces d'attraction plus faibles et l'absence de jeu de dents, ce qui les rend plus précis que les moteurs à noyau de fer. Cependant, la présence de deux rangées d'aimants rend les unités sans fer plus coûteuses que les versions à noyau de fer. La gestion du transfert thermique peut également s'avérer complexe ; il est donc important de déterminer au préalable si une application particulière présente un risque de surchauffe. Les moteurs sans fer les plus récents sont dotés de bobines superposées qui offrent une plus grande surface de contact pour la dissipation thermique. Cette conception permet également au moteur d'atteindre une densité de force plus élevée.

Le troisième et dernier type est celui des moteurs linéaires sans encoches, qui sont en fait des hybrides des deux premiers. Un moteur sans encoches possède une seule rangée d'aimants, comme le noyau de fer, ce qui contribue à maintenir son prix bas. Un fer arrière laminé assure un bon transfert thermique, ainsi que des forces d'attraction et un encoche inférieurs à ceux des moteurs à noyau de fer. Les moteurs sans encoches offrent également l'avantage d'une hauteur plus faible que les moteurs sans encoches, en plus de leur prix plus bas. Pour les concepteurs qui privilégient la compacité des composants de leurs machines, chaque millimètre d'espace gagné est crucial.

Q. Comment puis-je savoir si un actionneur donné est adapté à une utilisation dans un environnement spécifique ?

A. Trop souvent, les ingénieurs concepteurs choisissent les actionneurs indépendamment de leur destination, sans tenir compte de leur utilisation. Les actionneurs linéaires comportent des pièces mobiles critiques qui ne fonctionnent correctement que dans les environnements pour lesquels ils ont été conçus et fabriqués. L'utilisation d'un actionneur linéaire inapproprié peut entraîner des problèmes allant d'un mauvais fonctionnement à des dommages irréparables à l'actionneur lui-même. Pour les applications « sales », comme un outil de coupe projetant des particules et des débris, l'actionneur devra être protégé des contaminants par une étanchéité et un blindage.

À l'inverse, un actionneur sans protection adéquate peut introduire une contamination dans un environnement propre, compromettant ainsi l'application. L'usure normale entraîne la génération de particules par les platines linéaires au fil du temps. Les salles blanches ou les environnements sous vide sont souvent limités à l'utilisation d'équipements ne rejetant aucune particule ; il est donc essentiel que les actionneurs utilisés dans ces environnements soient équipés de joints et de protections pour empêcher la pénétration de particules. Certains dispositifs mécaniques assurant un mouvement linéaire, comme dans le traitement des semi-conducteurs, ne se déplacent que de quelques microns à la fois ; ainsi, même une contamination minime peut compromettre et ruiner une application.

Les joints et les blindages protègent les composants critiques des environnements difficiles, permettant ainsi aux actionneurs linéaires de fonctionner comme prévu. Pour les environnements propres, les joints et les blindages protègent l'environnement de l'application des éventuels contaminants créés par l'actionneur, et non par l'actionneur lui-même. Outre les joints et les blindages, les actionneurs linéaires sur mesure peuvent être équipés d'orifices de surpression qui purgent l'unité des contaminants, optimisant ainsi ses performances et sa durée de vie.

Plusieurs facteurs environnementaux doivent être pris en compte lors du choix d'actionneurs linéaires. Parmi ceux-ci figurent la température ambiante, la présence d'humidité, l'exposition aux produits chimiques et aux gaz (autres que l'air ambiant), les radiations, la pression d'air (pour les applications sous vide), la propreté et les équipements à proximité. Par exemple, existe-t-il un équipement à proximité susceptible de transmettre des vibrations susceptibles d'affecter les performances de l'étage linéaire ?

L'indice de protection (IP) d'une scène linéaire, généralement indiqué dans ses spécifications, indique si elle est suffisamment protégée contre des environnements spécifiques. Les indices IP définissent l'efficacité des joints d'un boîtier contre l'intrusion de corps étrangers (poussière et saleté) et divers niveaux d'humidité.

L'indice de protection du boîtier est indiqué par « IP- » suivi de deux chiffres. Le premier chiffre indique le degré de protection contre les pièces mobiles et les corps étrangers. Le second chiffre identifie le niveau de protection contre l'exposition à différents niveaux d'humidité (des gouttes aux projections, en passant par l'immersion totale).

Vérifier l'indice de protection IP d'un actionneur dès le début du processus de sélection permet d'éliminer rapidement et facilement les unités inadaptées à l'environnement. Par exemple, un actionneur IP30 n'offre aucune protection contre l'humidité, mais il empêche l'entrée d'objets de la taille d'un doigt. Si une protection contre l'humidité est essentielle, privilégiez un actionneur avec un indice plus élevé, comme IP54, qui protège de la poussière et des projections d'eau. Les actionneurs sans protection contre l'intrusion ou l'humidité peuvent toutefois constituer des alternatives économiques pour les environnements où les contaminants ne sont pas un problème.