I. Moteurs linéaires Principe Les moteurs linéaires sont des dispositifs qui convertissent directement l'énergie électrique en mouvement mécanique linéaire sans aucun mécanisme de conversion intermédiaire. Ils peuvent être considérés comme des moteurs rotatifs qui ont été coupés radialement et dépliés en un plan plat. Également connus sous le nom de moteurs linéaires ou d'actionneurs linéaires, les types les plus courants sont les moteurs à plat, [...]
Les moteurs linéaires sont des dispositifs qui convertissent directement l'énergie électrique en mouvement mécanique linéaire sans aucun mécanisme de conversion intermédiaire. Ils peuvent être considérés comme des moteurs rotatifs qui ont été coupés radialement et dépliés en un plan plat.
Également appelés moteurs linéaires ou actionneurs linéaires, les types les plus courants sont les moteurs à plat, les moteurs à canal en U et les moteurs tubulaires. La configuration typique de la bobine est triphasée, avec une commutation de phase sans balais réalisée par des capteurs à effet Hall.
Les moteurs linéaires sont souvent simplement décrits comme des moteurs rotatifs déroulés, fonctionnant selon le même principe. Le forcer (rotor) est fabriqué en comprimant des bobines à l'aide d'un matériau époxy ; la piste magnétique est constituée d'aimants (généralement des aimants en terres rares à haute énergie) fixés sur de l'acier.
La pince du moteur comprend les enroulements des bobines, les circuits imprimés des capteurs à effet Hall, les régulateurs thermiques (capteurs de température contrôlant la température) et les interfaces électroniques. Dans les moteurs rotatifs, la pince et le stator nécessitent des roulements rotatifs pour soutenir la pince et maintenir l'entrefer des pièces mobiles. De même, les moteurs linéaires ont besoin de guides linéaires pour maintenir la position du forçat dans le champ magnétique produit par le rail magnétique.
À l'instar des codeurs montés sur l'arbre des servomoteurs rotatifs pour mesurer la position, les moteurs linéaires ont besoin de codeurs linéaires pour mesurer directement la position de la charge, ce qui améliore la précision du positionnement de la charge.
La commande des moteurs linéaires est similaire à celle des moteurs rotatifs. Comme pour les moteurs rotatifs sans balais, le forcer et le stator ne sont pas connectés mécaniquement (sans balais).
Contrairement aux moteurs rotatifs où le forcer tourne et le stator reste fixe, dans les systèmes de moteurs linéaires, la piste magnétique ou la bobine de poussée peut se déplacer (la plupart des systèmes de positionnement ont une piste magnétique fixe et une bobine de poussée mobile). Dans les moteurs à bobines de poussée mobiles, le poids de la bobine de poussée et de la charge est très faible.
Toutefois, cela nécessite des câbles très flexibles et leurs systèmes de gestion. Dans les moteurs à pistes magnétiques mobiles, il faut supporter non seulement la charge mais aussi le poids de la piste magnétique, ce qui élimine la nécessité d'un système de gestion des câbles.
Des principes électromécaniques similaires sont utilisés dans les moteurs linéaires et rotatifs. Les mêmes forces électromagnétiques qui produisent un couple dans les moteurs rotatifs génèrent une poussée linéaire dans les moteurs linéaires.
Par conséquent, les moteurs linéaires utilisent les mêmes configurations de contrôle et de programmation que les moteurs rotatifs. La forme des moteurs linéaires peut être plate, en U ou tubulaire, en fonction des exigences spécifiques et de l'environnement de travail de l'application.
Les principes de fonctionnement des moteurs linéaires peuvent être classés en deux catégories principales : l'une dans laquelle le moteur (la partie mobile) se déplace à l'intérieur d'un champ magnétique, appelée moteur linéaire maglev, et l'autre dans laquelle le moteur reste stationnaire à l'intérieur du champ magnétique et est propulsé par une force électromagnétique, appelée moteur linéaire à poussée électromagnétique.
(1) Moteur linéaire Maglev
Le principe du moteur linéaire maglev consiste à utiliser des champs magnétiques pour suspendre le moteur dans l'air, ce qui permet d'obtenir un mouvement sans contact et sans frottement. Ce type de moteur linéaire comprend principalement les moteurs linéaires synchrones à aimant permanent (PMSLM) et les moteurs linéaires à suspension électromagnétique (EMSLM).
Les PMSLM exploitent l'interaction entre le champ magnétique produit par les aimants permanents et le champ magnétique du stator pour suspendre le moteur. Les principaux avantages des PMSLM sont leur structure simple, leur faible coût et leur fonctionnement stable.
Cependant, l'intensité du champ magnétique est limitée en raison de la présence d'aimants permanents, ce qui se traduit par une poussée et une vitesse relativement plus faibles.
Les EMSLM utilisent la force de lévitation magnétique générée par les champs électromagnétiques pour suspendre le moteur. Leur principal avantage réside dans l'intensité plus élevée du champ magnétique, qui permet d'obtenir une poussée et une vitesse relativement plus importantes. Cependant, les EMSLM ont une structure plus complexe et des coûts plus élevés.
(2) Moteur linéaire à poussée électromagnétique
Le moteur linéaire à poussée électromagnétique fonctionne en utilisant la force électromagnétique pour déplacer le moteur dans un champ magnétique. Cette catégorie comprend principalement les moteurs linéaires à courant alternatif (ACLM) et les moteurs linéaires à courant continu (DCLM).
Les ACLM sont alimentés par la force électromagnétique générée par le courant alternatif pour déplacer le moteur. Les principaux avantages des ACLM sont leur simplicité, leur faible coût et leur fonctionnement stable. Cependant, les caractéristiques du courant alternatif limitent leur poussée et leur vitesse.
Les DCLM utilisent la force électromagnétique générée par le courant continu pour déplacer le moteur. Le principal avantage des DCLM est leur poussée et leur vitesse plus élevées, mais leur structure est plus complexe et leur mise en œuvre plus coûteuse.
Avant l'apparition de moteurs linéaires pratiques et abordables, tous les mouvements linéaires devaient être convertis à partir de machines rotatives à l'aide de vis à billes, de vis à rouleaux, de courroies ou de poulies. Pour de nombreuses applications, en particulier celles qui impliquent des charges lourdes et des arbres d'entraînement verticaux, ces méthodes restent les meilleures.
Cependant, les moteurs linéaires présentent de nombreux avantages uniques par rapport aux systèmes mécaniques, tels que des vitesses très élevées et très basses, une accélération élevée, une maintenance pratiquement nulle (pas de pièces de contact), une grande précision et l'absence de jeu.
Pour de nombreuses applications, il est judicieux de compléter le mouvement linéaire avec un seul moteur, sans engrenages, accouplements ou poulies, en éliminant les pièces inutiles qui réduisent les performances et raccourcissent la durée de vie mécanique.
1) Structure simple.
Les moteurs linéaires tubulaires produisent directement un mouvement linéaire sans mécanisme de conversion intermédiaire, ce qui simplifie considérablement la structure, réduit l'inertie du mouvement et améliore sensiblement la réponse dynamique et la précision du positionnement. Cela permet également d'accroître la fiabilité, de réduire les coûts et de simplifier la fabrication et la maintenance. Les moteurs primaires et secondaires peuvent directement faire partie du mécanisme, une combinaison unique qui met encore plus en valeur ces avantages.
2) Convient aux mouvements linéaires à grande vitesse.
Comme il n'y a pas de contraintes dues à la force centrifuge, les matériaux ordinaires peuvent atteindre des vitesses plus élevées. En outre, si des coussins d'air ou magnétiques sont utilisés pour maintenir l'écart entre le primaire et le secondaire, il n'y a pas de contact mécanique pendant le mouvement, donc pas de frottement ni de bruit. Cela signifie que les pièces de la transmission ne s'usent pas, ce qui réduit considérablement les pertes mécaniques et évite le bruit des câbles, des fils d'acier, des engrenages et des poulies, augmentant ainsi l'efficacité globale.
3) Utilisation élevée des enroulements primaires.
Dans les moteurs linéaires tubulaires à induction, les enroulements primaires sont en forme de crêpe, sans enroulement terminal, ce qui permet une utilisation élevée des enroulements.
4) Pas d'effets de bord transversaux.
Les effets transversaux désignent l'affaiblissement du champ magnétique aux limites en raison de ruptures transversales. Les moteurs linéaires cylindriques ne présentent pas de ruptures transversales, de sorte que le champ magnétique est uniformément réparti sur la circonférence.
5) Surmonte facilement l'attraction magnétique unilatérale.
Les forces d'attraction radiales s'annulent mutuellement, ce qui élimine pratiquement le problème de l'attraction magnétique unilatérale.
6) Facile à régler et à contrôler.
En ajustant la tension ou la fréquence, ou en changeant le matériau secondaire, il est possible d'obtenir différentes vitesses et poussées électromagnétiques, ce qui convient aux opérations de va-et-vient à faible vitesse.
7) Une forte capacité d'adaptation.
Le noyau primaire du moteur linéaire peut être encapsulé dans une résine époxy, ce qui lui confère une bonne résistance à la corrosion et à l'humidité et le rend apte à être utilisé dans des environnements humides, poussiéreux et contenant des gaz nocifs. De plus, il peut être conçu dans différentes structures pour répondre à différents besoins.
8) Accélération élevée.
Il s'agit là d'un avantage significatif des entraînements à moteur linéaire par rapport aux autres vis, courroie synchroneet les entraînements à crémaillère.
Les moteurs linéaires, connus pour leur efficacité, leur précision et leur vitesse élevée, sont largement utilisés dans divers domaines.
Dans le secteur des transports, les moteurs linéaires sont principalement utilisés dans les trains à grande vitesse, les métros et les ascenseurs. Par exemple, les trains maglev allemands utilisent des moteurs linéaires à sustentation magnétique, ce qui permet d'atteindre des vitesses plus élevées et de réduire les niveaux de bruit.
En outre, les moteurs linéaires peuvent être intégrés dans les systèmes d'entraînement des véhicules électriques afin d'en améliorer les performances.
Dans l'industrie, les moteurs linéaires sont principalement utilisés dans les domaines suivants Machine CNC les outils et les robots. Par exemple, les systèmes d'alimentation des outils en Machines-outils à commande numérique sont entraînés par des moteurs linéaires, offrant une plus grande précision d'usinage et des temps de réponse rapides.
En outre, les moteurs linéaires peuvent être appliqués aux bandes transporteuses et aux robots de manutention sur les lignes de production automatisées, ce qui permet d'accroître la productivité.
Dans le domaine médical, les moteurs linéaires sont principalement utilisés dans les appareils d'imagerie médicale tels que les tomodensitomètres et les appareils d'IRM. Ces appareils nécessitent un contrôle précis de la plage de balayage et de la vitesse pour les rayons X ou les champs magnétiques, et les moteurs linéaires offrent une grande précision et un contrôle de la vitesse, améliorant ainsi la précision et l'efficacité des diagnostics.
Dans le domaine de la recherche scientifique, les moteurs linéaires sont largement utilisés dans les accélérateurs de particules et les télescopes astronomiques. Par exemple, les anneaux d'accélération du Grand collisionneur de hadrons (LHC) utilisent des moteurs linéaires, qui permettent des capacités d'accélération plus élevées et des performances opérationnelles plus stables.
En outre, les moteurs linéaires peuvent être utilisés dans les systèmes de mise au point automatique des télescopes astronomiques, améliorant ainsi la précision et l'efficacité des observations.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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