Actionneur électrique avec moteurs linéaires

La majorité des moteurs électriques sont rotatifs. Dans le même temps, de nombreux organes de travail des machines de production doivent, selon la technologie de leur travail, effectuer des translations (par exemple, des convoyeurs, des convoyeurs, etc.) ou des mouvements alternatifs (mécanismes d'alimentation des machines à couper les métaux, des manipulateurs, des pistons et d'autres machines ).

La transformation du mouvement rotatif en mouvement de translation est réalisée au moyen de liaisons cinématiques spéciales : écrou à vis, engrenage à vis sphérique, crémaillère, mécanisme à manivelle et autres.

Il est naturel que les constructeurs de machines de travail veuillent utiliser des moteurs dont le rotor se déplace linéairement pour entraîner les organes de travail effectuant un mouvement d'avance et de va-et-vient.

Actuellement, les entraînements électriques sont développés à l'aide d'asynchrones linéaires, de vannes et moteurs pas à pas… En principe, tout type de moteur linéaire peut être formé à partir d'un moteur rotatif en déplaçant linéairement le stator cylindrique dans un plan.

Une idée de la structure d'un moteur à induction linéaire peut être obtenue en transformant le stator du moteur à induction en un plan. Dans ce cas, le vecteur des forces magnétisantes du stator se déplacera linéairement le long de la portée du stator, c'est-à-dire dans ce cas, ce n'est pas un champ rotatif (comme dans les moteurs conventionnels), mais un champ électromagnétique progressif du stator qui se forme.

En tant qu'élément secondaire, une bande ferromagnétique située avec un petit entrefer le long du stator peut être utilisée. Cette bande agit comme un rotor cellulaire. L'élément secondaire est porté par le champ statorique mobile et se déplace linéairement à une vitesse inférieure à la vitesse du champ statorique par la quantité de glissement absolu linéaire.

La vitesse linéaire du champ électromagnétique se déplaçant sera

où τ, m - pas polaire - la distance entre les pôles adjacents d'un moteur asynchrone linéaire.

Vitesse de l'élément secondaire

où sL — glissement linéaire relatif.

Lorsque le moteur est alimenté en tension de fréquence standard, les vitesses de champ résultantes seront suffisamment élevées (plus de 3 m/s), ce qui rend difficile l'utilisation de ces moteurs pour entraîner des mécanismes industriels. De tels moteurs sont utilisés pour les mécanismes de transport à grande vitesse. Afin d'obtenir des vitesses de fonctionnement plus faibles et un contrôle de la vitesse d'un moteur à induction linéaire, ses enroulements sont alimentés par un convertisseur de fréquence.

Riz. 1. La conception du moteur uniaxial linéaire.

Plusieurs options sont utilisées pour concevoir un moteur à induction linéaire. L'un d'eux est représenté sur la fig. 1.Ici, l'élément secondaire (2) - une bande reliée au corps de travail, se déplace le long des guides 1 sous l'action d'un champ électromagnétique progressif créé par le stator 3. Cependant, cette conception est pratique pour l'assemblage avec une machine de travail, elle est associé à des courants de fuite importants du champ stator, ce qui a pour conséquence que le cosφ du moteur sera faible.

Figue. 2. Moteur linéaire cylindrique

Pour augmenter la liaison électromagnétique entre le stator et l'élément secondaire, ce dernier est placé dans la fente entre les deux stators, ou le moteur est conçu comme un cylindre (voir Fig. 2) Dans ce cas, le stator du moteur est un tube (1), à l'intérieur duquel se trouvent des enroulements cylindriques (2) qui constituent l'enroulement du stator. Les rondelles ferromagnétiques 3 sont placées entre les bobines faisant partie du circuit magnétique. L'élément secondaire est une tige tubulaire, également en matériau ferromagnétique.

Les moteurs à induction linéaires peuvent également avoir une conception inversée où le secondaire est stationnaire tandis que le stator se déplace. Ces moteurs sont généralement utilisés dans les véhicules. Dans ce cas, un rail ou un ruban spécial est utilisé comme élément secondaire et le stator est placé sur un chariot mobile.

L'inconvénient des moteurs asynchrones linéaires est le faible rendement et les pertes d'énergie associées, principalement dans l'élément secondaire (pertes par glissement).

Récemment, en plus de l'asynchrone, ils ont commencé à être utilisés moteurs synchrones (soupapes)… La conception d'un moteur linéaire de ce type est similaire à celle illustrée à la fig. 1. Le stator du moteur est transformé en plan et des aimants permanents sont placés sur le secondaire.Une variante de conception inversée est possible où le stator est une pièce mobile et l'élément secondaire à aimant permanent est fixe. Les enroulements du stator sont commutés en fonction de la position relative des aimants. A cet effet, un capteur de position (4 - sur la Fig. 1) est prévu dans la conception.

Les moteurs pas à pas linéaires sont également utilisés efficacement pour les entraînements de position. Si le stator du moteur pas à pas est déployé dans le plan et que l'élément secondaire est réalisé sous la forme d'une plaque sur laquelle des dents sont formées en fraisant les canaux, alors avec une commutation appropriée des enroulements du stator, l'élément secondaire effectuera un mouvement discret, dont le pas peut être très petit — à des fractions de millimètre. Une conception inversée est souvent utilisée lorsque le secondaire est stationnaire.

La vitesse d'un moteur pas à pas linéaire est déterminée par la valeur de l'écartement des dents τ, le nombre de phases m et la fréquence de découpage

L'obtention de vitesses de déplacement élevées ne crée pas de difficultés, car l'augmentation de la division et de la fréquence des engrenages n'est pas limitée par des facteurs technologiques. Des restrictions existent sur la valeur minimale de τ, puisque le rapport du pas à l'entrefer entre le stator et le secondaire doit être au moins égal à 10.

L'utilisation d'un entraînement discret permet non seulement de simplifier la conception de mécanismes réalisant un mouvement unidimensionnel linéaire, mais permet également d'obtenir des mouvements à deux ou plusieurs axes à l'aide d'un seul entraînement.Si deux systèmes d'enroulement sont placés orthogonalement sur le stator de la partie mobile et que des rainures sont réalisées dans l'élément secondaire dans deux directions perpendiculaires, l'élément mobile effectuera un mouvement discret dans deux coordonnées, c'est-à-dire assurer le déplacement dans un avion.

Dans ce cas, le problème de la création d'un support pour l'élément mobile se pose. Pour le résoudre, un coussin d'air peut être utilisé - la pression de l'air fourni à l'espace sous les éléments mobiles. Les moteurs pas à pas linéaires fournissent une poussée relativement faible et un faible rendement. Leurs principaux domaines d'application sont les manipulateurs de lumière, les machines d'assemblage légères, les machines de mesure, les machines de découpe laser et d'autres appareils.