Une variation sur l'électrohydraulique
De nos jours, les discussions sur la technologie de contrôle des mouvements avec les clients s'orientent dans trois directions : l'actionnement hydraulique traditionnel, les systèmes de mouvement entièrement électriques et les solutions hybrides. Pour dissiper l'idée que cet article milite en faveur de l'une de ces solutions plutôt qu'une autre, mon employeur propose et recommande les trois. La meilleure technologie est celle qui répond aux besoins du client.
Quel que soit le type d'actionneur choisi, il existe une infrastructure très importante et bien établie pour la technologie hydraulique, qui convertit l'énergie en mouvement pour déplacer et contrôler les machines. Le cabinet d'études MarketsandMarkets estime que le marché mondial des actionneurs atteindra 86,6 milliards de dollars d'ici 2027. Selon le cabinet d'études de marché Technavio, "le marché mondial des actionneurs hydrauliques devrait croître de 426,6 millions de dollars entre 2020 et 2025". Selon certaines estimations, l'hydraulique traditionnelle représente plus de 75 % du marché de la commande de mouvement. Les applications permettant de tester la structure d'une automobile ou d'un avion (ou d'actionner des machines mobiles) reposent sur l'actionnement hydraulique parce qu'il permet d'obtenir une densité d'énergie élevée (par exemple, 3 000 livres par pouce carré pour les applications industrielles).
Toutefois, une tendance croissante consiste à concevoir et à construire des machines entièrement électriques. Le marché de l'actionnement entièrement électrique est dominé par les robots pour des applications telles que le soudage par points, les pièces mobiles, le perçage et la peinture. Les chercheurs de Technavio ont noté l'année dernière que "le marché des actionneurs électriques a le potentiel de croître de 3,96 milliards de dollars entre 2021 et 2025". Selon les chercheurs, cette croissance proviendra d'industries telles que l'automobile, le traitement de l'eau et des eaux usées, ainsi que l'aérospatiale et la défense. Sur les marchés mobiles, les partisans de l'actionnement électrique visent à convertir les machines hydrauliques traditionnelles - qui fonctionnent avec des moteurs à gaz ou diesel pour générer une pression hydraulique et la transformer en mouvement linéaire ou rotatif - en unités à actionnement entièrement électrique. Avec une commande entièrement électrique, une machine ne consomme de l'énergie que lorsque l'application l'exige ; cependant, l'unité peut ne pas avoir la même densité énergétique que son homologue entièrement hydraulique. Les solutions de commande de mouvement entièrement électriques nécessitent toujours une centrale électrique embarquée et un moyen de créer de l'électricité, qu'il s'agisse d'un moteur diesel ou d'une grosse batterie.
Une troisième option : l'actionnement hybride
Outre l'actionnement hydraulique et électrique, il existe un troisième choix : l'actionnement électrohydraulique. Avec un actionneur électrohydraulique conventionnel, l'actionneur reçoit l'énergie hydraulique d'une pompe entraînée par un moteur à induction et contrôle cette énergie par l'intermédiaire d'une servovalve pour diriger le piston de sortie. Une variante de l'actionnement électrohydraulique est le système d'actionnement électrohydrostatique, ou EAS. Avec l'EAS, le concepteur de la machine dispose d'un système convertissant l'énergie électrique au point de demande. L'alimentation à la demande signifie qu'un servomoteur à courant continu sans balais et une pompe connectée ne consomment de l'énergie que lorsque le système en a besoin. L'EAS est différent d'un système centralisé qui produit constamment de l'énergie et brûle la partie inutilisée sous forme de chaleur. L'EAS permet aux constructeurs de machines de réduire la taille du système d'alimentation d'un actionneur et d'éliminer la chaleur perdue. Lorsque le moteur électrique contrôle la vitesse de modulation et la direction de l'EAS, l'application élimine la puissance en attente ou excédentaire qui ne passe pas par une servovalve, qui régule un actionneur hydraulique traditionnel. Cette perte représente environ un tiers de la puissance fournie à la sortie maximale de l'actionneur.
Avec l'EAS, le constructeur ou le propriétaire d'une machine peut tirer parti de la densité énergétique d'une solution hydraulique tout en réalisant des économies à la demande sur des machines entièrement électriques. Pensez à une pompe hydraulique traditionnelle, qui fonctionne en permanence. En pratique, la machine n'a besoin de pression hydraulique qu'une partie du temps, c'est-à-dire lorsqu'elle fonctionne. Dans une conception hydraulique traditionnelle, ce flux constant d'énergie dirigé vers la pompe n'est pas la solution la plus efficace. Avec un équipement de construction conventionnel, comme une chargeuse, le moteur diesel du véhicule tourne en permanence pour maintenir la pompe hydraulique sous pression.
Certains constructeurs et opérateurs de machines considèrent qu'il est possible d'obtenir la densité énergétique de l'actionnement hydraulique avec de l'énergie électrique. L'alimentation à la demande présente un certain attrait : un constructeur de machines peut combiner un servomoteur avec une pompe et un actionneur (c'est-à-dire avec un collecteur pour incorporer diverses commandes de sécurité) dans un seul système, combinant l'hydraulique et l'électricité. Ces clients ont travaillé avec des systèmes de commande de mouvement purement hydrauliques et ils comprennent les compromis entre la consommation d'énergie de l'actionnement hydraulique et les limitations de force de l'actionnement électrique. Ils ne sont peut-être pas prêts à passer à un système entièrement électrique. Ou bien elles ne veulent pas abandonner leur système hydraulique, ce qui compromettrait leur capacité à assurer la maintenance d'un parc de machines. Au lieu de cela, ils voient un avantage dans une solution hybride, utilisant une pompe à entraînement électrique pour déplacer le fluide hydraulique à la demande.
L'une ou l'autre de ces méthodes d'actionnement peut se justifier. Les constructeurs de machines ont utilisé avec succès des unités hydrauliques traditionnelles pour générer un flux et créer une pression dans des applications de fabrication d'acier, de moulage par injection de plastique et dans diverses applications d'essai. Avec des actionneurs et des moteurs électriques, les fabricants d'équipements de construction compacts, par exemple, réussissent à transformer ces machines autrefois entièrement hydrauliques en véhicules plus écologiques qui contrôlent l'inclinaison, les virages et la traction. Le coût de l'énergie aura bien sûr un impact sur la direction que prendra le marché. Mais en fin de compte, ce sont les clients et les fabricants de machines qui orienteront le marché vers la plus grande facilité d'utilisation, la plus grande durabilité et les plus grands bénéfices.
-Craig Lukomski, responsable du marché des produits, simulation et test, Moog