La force dans une direction : les moteurs linéaires de FAULHABER

Un moteur électrique classique génère sa force à partir d’un mouvement de rotation ; son rotor et son stator sont disposés en cercle. Le moteur linéaire, quant à lui, ne comprend pas un rotor comme composant mobile, mais un chariot. Le chariot et le stator sont - on peut dire « déroulés » - et placés l'un sur l'autre selon un axe rectiligne. Avec un moteur linéaire, le couple est donc généré en ligne droite, le chariot se déplace en va-et-vient le long d'un axe.

Comment les moteurs linéaires de FAULHABER sont-ils conçus ?

À la base, l’enroulement du moteur linéaire peut servir de stator autant que de chariot. Les aimants permanents agissent tous comme leurs contreparties correspondantes. Mais chez FAULHABER, les aimants permanents en néodyme sont toujours logés dans le chariot, alors que la bobine fait exclusivement office de stator. Ce design permet de concevoir des moteurs de dimensions particulièrement réduites qui pourtant sont capables de produire un couple très élevé.

L’enroulement oblong du moteur linéaire est autoportant et sans noyau, si bien qu’aucune réluctance n’est générée. Il est divisé en trois segments isolés électriquement et creux à l’intérieur. La tige du chariot se déplace dans cette cavité. Les deux composants sont séparés par un petit entrefer. Dans le chariot, plusieurs aimants sont collés les uns derrières les autres pour former une barre, les même pôles se touchant respectivement (nord-nord, sud-sud).

Le chariot est le seul composant mobile du moteur linéaire. Il est soutenu aux extrémités du stator par des douilles en polymère résistant à l’usure et sans lubrification. Les moteurs linéaires de FAULHABER profitent ainsi d’une durée de vie extrêmement longue : selon le type de charge déplacée pour l’application, ils sont aptes à effectuer de plusieurs millions à plusieurs centaines de millions de cycles.

En théorie, un moteur linéaire est conçu comme un moteur brushless. Sauf que dans ce cas, l’enroulement conducteur et le chariot à aimant permanent (à la place du rotor) sont disposés en ligne droite, et pas en cercle.

Comme pour le moteur brushless, l’électronique de commande dirige le flux de courant à travers les segments de l’enroulement pour générer le champ magnétique en mouvement. Les forces d’attraction et de répulsion de ce champ magnétique agissent sur les pôles magnétiques de la tige du chariot. De cette manière, ils transmettent le mouvement du champ mobile au chariot et produisent un couple puissant. Le plus grand modèle produit une force continue de 9,2 N.

Trois capteurs analogiques à effet Hall détectent la position des aimants du chariot. Sur la base de leurs signaux, les segments sont contrôlés au moyen de signaux sinusoïdaux déphasés les uns par rapport aux autres de 120 degrés. Chaque signal sinusoïdal peut être divisé en jusqu’à 4096 incréments pour une résolution élevée et un positionnement précis.

La commutation des segments de l’enroulement est purement électronique. Combinée au chariot en mouvement libre, elle permet d’obtenir une accélération extrêmement rapide dans les deux sens et des changements de sens rapides en conséquence. Les moteurs linéaires de FAULHABER atteignent des vitesses allant jusqu’à 3,4 m/s.

Les moteurs sont disponibles de quatre tailles (L x l de 33 x 8 mm à 74 x 20 mm), avec une grand choix de longueurs pour la tige du chariot. La longueur de course des produits de série peut être choisie entre 15 et 220 mm. Des modèles personnalisés sont possibles sur demande.

Les contrôleurs de mouvement de FAULHABER utilisent les signaux des capteurs à effet Hall intégrés dans les circuits imprimés des moteurs linéaires. Des variantes du produit avec circuit imprimé modifié en conséquence sont également disponibles pour d’autres contrôleurs de mouvement qui requièrent des signaux sin/cos.

Les moteurs linéaires sont en premier lieu utilisés dans les applications pour lesquelles la dynamique d’un moteur rotatif est insuffisante pour obtenir le mouvement linéaire rapide requis. Outre leur dynamique incroyablement élevée, leur très longue durée de vie sans entretien est l’un des atouts exceptionnels des moteurs linéaires de FAULHABER. S’il s’agit là d’un critère essentiel, le moteur linéaire est généralement la solution optimale.

Mais un mouvement linéaire peut aussi être produit au moyen d’un moteur rotatif. La force de rotation d’un moteur rotatif est pour cela transformée en une action linéaire au moyen d’éléments de transmissions tels que des courroies, des chaînes ou des vis-mère. On parle alors d’actuateur linéaire. Si un couple ou une précision particulièrement élevés sont requis, les actuateurs linéaires avec réducteur ou à entraînement direct sont des solutions d’entraînement possibles.