Un moteur linéaire peut être considéré comme un servomoteur rotatif déroulé et posé à plat pour produire un mouvement fondamentalement linéaire.Un actionneur linéaire traditionnel est un élément mécanique qui convertit le mouvement de rotation d'un servomoteur rotatif en déplacement en ligne droite.Les deux offrent un mouvement linéaire mais avec des caractéristiques de performances et des compromis très différents.Il n’existe pas de technologie supérieure ou inférieure : le choix de celle à utiliser dépend de l’application.Regardons de plus près.
La règle générale pour les moteurs linéaires est qu'ils brillent dans les applications nécessitant une accélération élevée, des vitesses élevées ou une précision élevée.Dans la métrologie des semi-conducteurs, par exemple, où la résolution et le débit sont essentiels et où même une heure d'arrêt peut coûter des dizaines de milliers de dollars, les moteurs linéaires constituent la solution idéale.Mais qu’en est-il d’une situation moins exigeante ?
L’un des premiers problèmes des moteurs linéaires était la compétitivité des coûts.Les moteurs linéaires nécessitent des aimants aux terres rares, qui présentent l’un des facteurs limitants de la longueur de course.Bien sûr, en théorie, les aimants peuvent être alignés pratiquement à l'infini, mais en réalité, outre le défi consistant à assurer une rigidité suffisante sur une longue course, les coûts augmentent, en particulier pour les conceptions à canal en U.
Les moteurs à noyau de fer peuvent générer la même force en utilisant des aimants plus petits que la conception équivalente sans fer, donc si le muscle est la principale exigence et que les spécifications de performance sont suffisamment détendues pour tolérer une certaine perturbation de la force d'engrenage entraînant des erreurs de position dynamique ou de vitesse, le noyau de fer pourrait être la meilleure approche.Si les exigences de performance sont encore plus souples, de l’ordre du micron plutôt que du nanomètre, la combinaison d’actionneurs linéaires constitue peut-être le compromis le plus approprié : choisissez un actionneur linéaire pour le conditionnement des médicaments, par exemple, mais un moteur linéaire pour le séquençage de l’ADN lors de la découverte de médicaments.
Durée du voyage
Bien qu'il existe de nombreuses exceptions, la longueur de course optimale pour les moteurs linéaires varie de quelques millimètres à plusieurs mètres.En dessous de cela, une alternative telle qu’une flexion pourrait être plus efficace ;ci-dessus, les entraînements par courroie, puis les conceptions à crémaillère et pignon, sont probablement de meilleurs choix.
La longueur de course des moteurs linéaires est limitée non seulement par le coût et la stabilité du montage, mais également par le problème de la gestion des câbles.Pour générer du mouvement, le forceur doit être alimenté, ce qui signifie que les câbles d'alimentation doivent parcourir avec lui toute la longueur de sa course.Les câbles à haute flexibilité et les chemins de câbles qui les accompagnent sont coûteux, et le fait que le câblage soit le principal point de défaillance du contrôle de mouvement dans son ensemble complique encore davantage le problème.
Bien entendu, la nature même des moteurs linéaires peut apporter une solution intelligente à ce problème.Lorsque nous avons ces préoccupations, nous monterons le forceur sur la base fixe et déplacerons la piste magnétique.De cette façon, tous les câbles arrivent au forceur stationnaire.Vous obtenez un peu moins d'accélération avec un moteur donné parce que vous n'accélérez pas une bobine, vous accélérez une piste magnétique, qui est plus lourde.Si vous faisiez cela pour des G élevés, ce ne serait pas bien.Si vous n'avez vraiment pas d'application à G élevé, cela pourrait être une très bonne conception.
Profeta cite les servomoteurs linéaires Aerotech avec des forces maximales allant de 28 à 900 lbs, mais là encore, la conception fondamentale des moteurs linéaires se prête à des solutions uniques qui offrent bien plus.Nous avons des clients qui prendront nos plus gros moteurs linéaires, en assembleront six et généreront près de 6 000 lb de force.Vous pouvez placer plusieurs forceurs sur plusieurs pistes, les fixer mécaniquement ensemble, puis les commuter tous ensemble afin qu'ils agissent comme un seul moteur ;ou vous pouvez placer plusieurs forceurs dans la même piste magnétique et les monter sur le chariot contenant la charge et les traiter comme un seul moteur.
Puisque nous vivons dans le monde réel et qu'il est impossible de faire correspondre exactement la commutation, cette approche entraîne une pénalité d'efficacité de quelques pour cent, mais elle peut toujours donner la meilleure solution globale pour une application donnée.
Tête à tête
Du point de vue de la force, comment les moteurs linéaires se comparent-ils aux combinaisons moteur rotatif/actionneur linéaire ?Il y a un compromis de force important, nous comparons un moteur linéaire sans fente à huit pôles de 4 pouces de large avec un produit à vis de 4 pouces de large.Notre moteur linéaire à huit pôles a une force maximale de 40 lb (180 N) et une force continue de 11 lb (50 N).Dans ce même profil avec un servomoteur NEMA 23 et notre produit à vis, la charge axiale maximale est de 200 lb, donc si vous la regardez de cette façon, vous envisagez essentiellement une réduction de 20 fois de la force continue.
Les résultats réels varient en fonction du pas de vis, du diamètre de la vis, des bobines du moteur et de la conception du moteur, note-t-il rapidement, et sont limités par les roulements axiaux supportant la vis.Le moteur linéaire à noyau de fer de 13 pouces de large de l'entreprise peut générer 1 600 livres de force axiale maximale par rapport aux 440 livres fournis par un produit à vis de 6 pouces de large, par exemple, mais la quantité d'espace abandonnée est considérable.
Pour paraphraser un slogan politique, c'est l'application, stupide.Si la densité de force est la principale préoccupation, alors un actionneur est probablement le meilleur choix.Si l'application nécessite de la réactivité, par exemple dans une application de haute précision et à forte accélération comme l'inspection LCD, le compromis entre l'encombrement et la force pour obtenir les performances nécessaires en vaut la peine.
Le garder propre
La contamination est un problème majeur pour le contrôle de mouvement dans les environnements de fabrication et les moteurs linéaires ne font pas exception.L'un des principaux problèmes liés à la conception d'un moteur linéaire standard est l'exposition à des contaminations, telles que des particules solides ou de l'humidité.Cela est vrai pour les conceptions « à plat » et moins problématique pour les conceptions [à canal en U].
Il est très difficile de sceller complètement la solution.Vous ne voulez pas être dans un environnement très humide.Si vous envisagez d'installer un moteur linéaire dans une application de découpe au jet d'eau, vous devez appliquer une pression positive dessus et vous assurer qu'il est bien protégé car l'électronique du moteur linéaire est là pour l'actionnement.
Dans le cas des conceptions à canal en U, l'inversion du U peut minimiser le risque de pénétration de particules dans le canal, mais cela crée des problèmes de gestion thermique qui peuvent compromettre les performances en raison du déplacement de la masse du rail magnétique par rapport au déplacement de la masse du forceur. .Encore une fois, c'est un compromis et encore une fois, l'application détermine l'utilisation.
Ce n'est pas seulement l'environnement qui peut affecter le moteur linéaire : le moteur linéaire peut créer des problèmes avec l'environnement.Contrairement aux conceptions rotatives, les grands aimants des unités linéaires peuvent faire des ravages dans un environnement magnétiquement sensible, par exemple dans les appareils d'imagerie par résonance magnétique (IRM).Cela peut même poser problème dans une application plus prosaïque comme la découpe du métal.Vous obtenez ces aimants à haute force qui tentent d'attirer chacun de ces copeaux métalliques sur la piste magnétique, de sorte que les moteurs linéaires ne fonctionneront pas bien dans ces types d'applications sans une protection appropriée.
À propos de ces applications…
Alors, où se situe le point idéal d’application pour les moteurs linéaires ?La métrologie, pour commencer, dans des domaines tels que la fabrication de semi-conducteurs, de LED et d'écrans LCD.L'impression numérique de grands panneaux est également un marché en croissance, tout comme le secteur biomédical, et même dans la fabrication de petites pièces, nos clients disposent des paires de moteurs linéaires dans des configurations de portique pour les tâches d'assemblage.Vous souhaitez obtenir le plus grand débit de produits possible, c'est pourquoi l'accélération et la vitesse élevées que vous pouvez obtenir de ces moteurs sont avantageuses.Une chose que nous avons fait ces derniers temps est la fabrication de piles à combustible ;la découpe au pochoir en est une autre.
Cela répond à la question de savoir où, mais qu’en est-il de la question de combien ?La technologie des moteurs linéaires est en développement depuis des décennies, alors où en est-elle en termes d’acceptation par le marché ?Nous ne les rencontrons pas souvent en raison de leur coût, mais dans certaines applications, ils ont beaucoup de sens.
Nous l'attribuons au cycle de vie du consommateur.Il y a les innovateurs, les premiers adeptes, la majorité précoce, la majorité tardive et les retardataires.Nous en sommes au stade où il devient de plus en plus courant d'utiliser un moteur linéaire.Nous passons à cette première étape majoritaire.
Le prix des moteurs linéaires baisse à mesure que nous optimisons le processus de fabrication et que les volumes augmentent, nous les voyons donc dans de plus en plus d'applications, [Aerotech] fabrique également des platines avec des vis à billes.Je dirais qu'à ce stade, nous vendons autant d'étages à moteur linéaire, sinon plus, que d'étages à vis à billes.Nous les intégrons dans de plus en plus d'applications.Il y a dix ans, la plupart des applications étaient de type laboratoire, dans des environnements propres.Nous les confions désormais à des opérations de type beaucoup plus industriel.L'un des segments dont je m'occupe est celui de l'automobile, et nous avons intégré des moteurs linéaires dans de plus en plus d'applications automobiles.
En fonction de votre configuration, vous pouvez presque obtenir une solution de moteur linéaire à un prix inférieur à celui d'un entraînement par courroie.Vous bénéficiez de l'avantage d'un moteur linéaire avec entraînement direct, d'un temps de réponse rapide et de l'absence de raideur de ressort comme celle de la courroie pour un prix très similaire.L'inconvénient est que vous n'avez pas cet avantage mécanique de la courroie et de la poulie/boîte de vitesses pour vous donner cette force supplémentaire.
Avantages et inconvénients – cela résume vraiment tout.Examinez attentivement votre candidature, comprenez vos besoins, déterminez où se situe votre flexibilité.Une fois que vous saurez comment réfléchir à vos compromis, vous serez en mesure de prendre une décision éclairée quant à savoir si un moteur linéaire ou une sorte d'actionneur linéaire répondra le mieux à vos besoins.
Heure de publication : 12 juin 2023