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3- L’entraînement 3-4- Les moteurs Rapport Fmax/Fn 4 3 2 1 0 100 200 300 400 500 Vitesse en m/mn Figure 55 Courbes typiques d’un moteur linéaire Caractéristiques des moteurs linéaires Les moteurs linéaires synchrones ont des pertes au primaire; les variantes asynchrones en ont, en plus, au secondaire. Leur rendement est typiquement de l’ordre de 50%, mais peut atteindre 85%. En étant, par conception, intimement associé à la partie mobile, l’échauffement dû aux pertes peut avoir un impact sur la précision, ce qui peut nécessiter un refroidissement, le plus souvent à à eau, pour le primaire et le secondaire (moteur linéaire asynchrone). La caractéristique typique d’un moteur linéaire est représentée Figure 55. Domaine d’application des moteurs linéaires L’offre de moteurs linéaires est relativement limitée et réservée à des machines particulières. La mise en oeuvre de la solution demande un certain nombre de précautions, en particulier vis-à-vis de la contamination (poussières, copeaux ..). Le moteur linéaire permet d’obtenir des forces élevées avec une excellente dynamique. Il trouve son application dans les déplacements à grande vitesse, jusqu’à 600 m/mn pour les machines d’usinage, les systèmes de manutention, l’emballage.... 38 Le présent document est la propriété des entreprises qui ont contribué à sa rédaction et du GIMELEC. Il est protégé par le droit d’auteur. Il ne peut être reproduit , modifié, diffusé, exploité sans l’autorisation écrite des propriétaires.
3- L’entraînement 3-4- Les moteurs Le moteur piézoélectrique Le moteur piézoélectrique est apparu en 1973 et les premiers moteurs industriels en 1982. Ce moteur présente des caractéristiques très spécifiques qui le différencient des moteurs électromagnétiques classiques. Il peut être très facilement miniaturisé et est capable de déplacements nanométriques. Céramique piézoélectrique Arbre du moteur Plots d’entraînement Ressort Rotor Disque de friction Figure 56 Représentation schématique d’un moteur piézoélectrique (vue éclatée) Principe du moteur piézoélectrique Le moteur piézoélectrique diffère des moteurs électriques décrits dans les pages qui précédent, car il ne fait pas appel à un champ magnétique pour créer un couple électromécanique. Le principe repose sur la déformation d’une céramique piézoélectrique qui a la propriété de subir une déformation lorsqu’elle est soumise à l’action d’un champ électrique (effet piézoélectrique inverse). Les moteurs piézoélectriques sont constitués d’un stator vibrant qui entraîne, par friction, un rotor fortement pressé contre lui. Cette vibration mécanique est entretenue par deux tensions d’alimentation qui l’excitent à une fréquence proche de la résonance. Chaque tension d’alimentation propage une onde stationnaire (les ventres et les noeuds sont situés à des positions fixes sur le stator). C’est par une alimentation en quadrature des deux tensions qu’une onde progressive se propage et qui entraîne, par adhérence, le rotor. On obtient ainsi des déformations de l’ordre de 2 à 3 µm capables d’entraîner le rotor. La figure 56 est une représentation schématique d’un moteur piézoélectrique rotatif. Le même principe peut être utilisé pour la réalisation d’un actionneur linéaire. Alimentation du moteur piézoélectrique Le moteur est alimenté par deux tensions à haute fréquence en quadrature, de quelques dizaines de kHz à plus de 100 kHz. Le sens de rotation est déterminé par le déphasage relatif des tensions. La vitesse de rotation ou de déplacement est fonction de la fréquence d’alimentation. Les moteurs piézoélectriques peuvent fonctionner en boucle fermée. Caractéristiques des moteurs piézoélectriques Ce moteur présente un rapport couple/masse élevé, ne génère aucun bruit de fonctionnement et présente un fort couple à l’arrêt sans alimentation. Son mode de fonctionnement, basé sur un entraînement par friction, entraîne un faible rendement (de l’ordre de 30%) et, une durée de vie réduite (quelques milliers d’heures). Le présent document est la propriété des entreprises qui ont contribué à sa rédaction et du GIMELEC. Il est protégé par le droit d’auteur. Il ne peut être reproduit , modifié, diffusé, exploité sans l’autorisation écrite des propriétaires. 39
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Édition novembre 2012
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