सटीक स्वचालित स्थिति के लिए, स्टेपर-मोटर-आधारित रैखिक एक्ट्यूएटर्स के बारे में सोचें।

रैखिक एक्ट्यूएटर अनिवार्य रूप से एक सीधी रेखा के माध्यम से बल और गति उत्पन्न करते हैं। एक विशिष्ट यांत्रिक प्रणाली में, एक डिवाइस का आउटपुट शाफ्ट गियर, एक बेल्ट और चरखी, या अन्य यांत्रिक घटकों के माध्यम से एक रोटरी मोटर का उपयोग करके रैखिक गति प्रदान करेगा। परेशानी यह है, इन घटकों को युग्मित और संरेखित किया जाना चाहिए। इससे भी बदतर, वे एक प्रणाली में घर्षण और बैकलैश जैसे पहनने वाले तत्वों को जोड़ते हैं। महीन स्थिति की जरूरतों के लिए, एक अधिक प्रभावी और सीधा विकल्प स्टेपर-मोटर-आधारित रैखिक एक्ट्यूएटर्स से आता है।

ये उपकरण एक मशीन या तंत्र के डिजाइन को सरल बनाते हैं जिसमें सटीक रैखिक स्थिति की आवश्यकता होती है क्योंकि वे रोटरी-टू-रैखिक रूपांतरण प्रदान करते हैं जो सीधे मोटर के अंदर होता है। एक्ट्यूएटर्स प्रत्येक विद्युत-इनपुट पल्स के लिए रोटरी गति की एक डिग्री को स्थानांतरित करते हैं। यह तथाकथित "स्टेपिंग" सुविधा और एक सटीक लीडस्क्रू का उपयोग सटीक और दोहराने योग्य स्थिति प्रदान करता है।

स्टेपर-मोटर मूल बातें
यह देखने के लिए कि एक्ट्यूएटर्स कैसे काम करते हैं, स्टेपर मोटर्स की मूल बातें समझना मददगार है। विभिन्न प्रकार के स्टेपर मोटर्स में चर अनिच्छा (वीआर), स्थायी चुंबक (पीएम), और हाइब्रिड शामिल हैं। यह चर्चा हाइब्रिड स्टेपर पर केंद्र है, जो उच्च टोक़ और ठीक स्थिति रिज़ॉल्यूशन (1.8 या 0.9 ° कदम) प्रदान करती है। रैखिक एक्ट्यूएटर सिस्टम में, हाइब्रिड जैसे उपकरणों में पाए जाते हैंज़िंदगीटेबल्स, ब्लड एनालाइजर, एचवीएसी उपकरण, छोटे गैन्ट्री रोबोट, वाल्व-कंट्रोल मैकेनिज्म और स्वचालित स्टेज-लाइटिंग सिस्टम।

एक हाइब्रिड स्टेपर के हुड के नीचे एक स्थायी-मैग्नेट रोटर और एक स्टील स्टेटर को एक कॉइल घुमावदार के साथ लपेटा जाता है। कॉइल को ऊर्जावान करना उत्तर और दक्षिण ध्रुवों के साथ एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र बनाता है। स्टेटर चुंबकीय क्षेत्र का संचालन करता है, जिससे रोटर क्षेत्र के साथ खुद को संरेखित करता है। क्योंकि कॉइल वाइंडिंग को क्रमिक रूप से ऊर्जावान और डीनेर्जाइज़ करना चुंबकीय क्षेत्र को बदल देता है, प्रत्येक इनपुट पल्स या स्टेप हाइब्रिड मॉडल के आधार पर रोटर को 0.9 या 1.8 घूर्णी डिग्री को बढ़ाने का कारण बनता है। एक स्टेपर-मोटर रैखिक एक्ट्यूएटर में, रोटर में एम्बेडेड एक थ्रेडेड प्रिसिजन नट लीडस्क्रू (जो एक पारंपरिक शाफ्ट की जगह लेता है) के साथ संलग्न होता है।

लीडस्क्रू इच्छुक विमान के सरल यांत्रिक सिद्धांत का उपयोग करके एक रैखिक बल प्रदान करता है। एक रैंप या इच्छुक विमान के साथ एक स्टील शाफ्ट की कल्पना करें। यांत्रिक लाभ या बल प्रवर्धन रैंप के कोण द्वारा निर्धारित किया जाता है जो पेंच व्यास, लीड (अक्षीय दूरी एक एकल क्रांति में एक स्क्रू थ्रेड अग्रिम) का एक कार्य है, और पिच (आसन्न धागा रूपों के बीच मापा अक्षीय दूरी)।

लीडस्क्रू थ्रेड्स रैंप स्टेपनेस (थ्रेड लीड) के आधार पर, एक बड़ी लोड क्षमता में एक छोटे घूर्णी बल का अनुवाद करते हैं। एक छोटा सीसा एक उच्च बल लेकिन कम रैखिक गति प्रदान करता है। एक बड़ा लीड एक कम बल देता है लेकिन रोटरी पावर के एक ही स्रोत से एक उच्च रैखिक गति। कुछ डिजाइनों में, रोटर में एम्बेडेड पावर नट एक असर-ग्रेड कांस्य से बना होता है जो आंतरिक थ्रेड्स की मशीनिंग के लिए खुद को उधार देता है। लेकिन कांस्य चिकनाई और शारीरिक स्थिरता के बीच एक इंजीनियरिंग समझौता है। एक बेहतर सामग्री नट-स्क्रू थ्रेड इंटरफेस में घर्षण के बहुत कम गुणांक के साथ एक स्नेहन थर्माप्लास्टिक है।

स्टेपिंग सीक्वेंस
एक स्टेपर मोटर चलाने के लिए योजनाओं में "वन फेज ऑन" स्टेपिंग और "टू फेज ऑन" स्टेपिंग शामिल हैं।

एक सरली एड टू-फेज मोटर के लिए "वन फेज ऑन" सीक्वेंस में, स्टेप 1 एनर्जेटेड स्टेटर के चरण ए को दर्शाता है। यह चुम्बकीय रूप से रोटर को लॉक करता है क्योंकि डंडे के विपरीत। टर्निंग फेज ए ओ और बी पर रोटर को 90 ° क्लॉकवाइज (चरण 2) ले जाता है। चरण 3 में, चरण बी ओ और चरण ए है, लेकिन ध्रुवीयता के साथ चरण 1 से उलट हो गया। रोटर को एक और 90 ° घुमाने का कारण बनता है। चरण 4 में, चरण ए को टर्न ओ और फेज बी को चालू किया जाता है, ध्रुवीयता के साथ चरण 2 से उलट हो जाता है। इस अनुक्रम की पुनरावृत्ति से रोटर 90 ° चरणों में दक्षिणावर्त को स्थानांतरित करने का कारण बनता है।

"दो चरण पर" अनुक्रम में, दोनों मोटर चरण हमेशा ऊर्जावान होते हैं, और केवल एक चरण स्विच की ध्रुवीयता। यह रोटर को "औसत" उत्तर और "औसत" दक्षिण चुंबकीय ध्रुवों के बीच खुद को संरेखित करने का कारण बनता है। क्योंकि दोनों चरण हमेशा चालू होते हैं, यह विधि "एक चरण पर" कदम की तुलना में 41.4% अधिक टोक़ प्रदान करती है।

दुर्भाग्य से, हालांकि प्लास्टिक थ्रेड्स के लिए अच्छी तरह से काम करता है, यह हाइब्रिड स्टेपर डिजाइन में असर पत्रिकाओं के लिए पर्याप्त स्थिर नहीं है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एक निरंतर पूर्ण-लोड स्थिति के तहत, प्लास्टिक पत्रिकाएं पीतल की पत्रिकाओं की तुलना में चार गुना अधिक विस्तार कर सकती हैं। यह राशि अस्वीकार्य है क्योंकि मोटर डिजाइन के लिए स्टेटर-टू-रोटर एयर गैप की आवश्यकता होती है, जो एक इंच के कुछ हजारवें हिस्से में होता है। इस समस्या के चारों ओर एक रास्ता एक पीतल की आस्तीन के अंदर प्लास्टिक के धागों को मोल्ड करने के लिए है जिसे स्थायी-मैग्नेट रोटर में डाला जाएगा। यह दृष्टिकोण मोटर जीवन को बढ़ाता है और असर-जर्नल स्थिरता को बनाए रखते हुए कम घर्षण प्रदान करता है।

विभिन्न प्रकार के हेडन एक्ट्यूएटर्स में से, "कैप्टिव" उपकरणों में एक अंतर्निहित एंटीरोटेशन तंत्र है। यह कॉन्फ़िगरेशन 2.5 इंच तक का अधिकतम स्ट्रोक प्रदान करता है। और सटीक द्रव डिस्पेंसिंग, थ्रॉटल कंट्रोल और वाल्व मूवमेंट जैसे अनुप्रयोगों को सूट करता है। अन्य प्रकारहेडनरैखिक एक्ट्यूएटर्स "नॉनकैप्टिव" और "बाहरी रैखिक" हैं, जो अनुप्रयोगों के लिए एक लंबे समय तक स्ट्रोक की आवश्यकता होती है जैसे कि छोटे गैन्ट्री रोबोट द्वारा रक्त ट्यूबों का हस्तांतरण,ज़िंदगीमोशन सिस्टम, और इमेजिंग सिस्टम।

एक एक्ट्यूएटर को आकार देना
एक एप्लिकेशन उदाहरण सबसे अच्छा दिखाता है कि एक एक्ट्यूएटर को कैसे आकार दिया जाए। निम्नलिखित मापदंडों पर विचार करें:

लोड को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक रैखिक बल = 15 एलबी (67 एन)
रैखिक दूरी, एम, लोड को स्थानांतरित करने की आवश्यकता है = 3 इन। (0.0762 मीटर)
समय,t, लोड को सेकंड = 6 सेकंड में स्थानांतरित करने की आवश्यकता है
चक्रों की लक्ष्य संख्या = 1,000,000

एक स्टेपर-मोटर रैखिक एक्ट्यूएटर को आकार देने के लिए चार चरण हैं: 1) आवश्यक जीवन को पूरा करने के लिए आवश्यक एक्ट्यूएटर की प्रारंभिक बल रेटिंग का निर्धारण करें; 2) मिलीमीटर/सेकंड में वेग निर्धारित करें; 3) उचित एक्ट्यूएटर फ्रेम आकार चुनें; और 4) बल आवश्यकताओं के आधार पर उचित स्क्रू रिज़ॉल्यूशन निर्धारित करें।

जीवन की भविष्यवाणी करने का सबसे अच्छा तरीका आवेदन परीक्षण के माध्यम से है, जो अत्यधिक अनुशंसित है। एक तकनीक का उपयोग करकेप्रतिशत भार बनाम चक्रों की संख्यावक्र एक अच्छा पहला सन्निकटन के रूप में कार्य करता है। स्टेपर मोटर्स के पास पहनने के लिए कोई ब्रश नहीं है, और वे सटीक, लंबे जीवन के बॉल बियरिंग का उपयोग करते हैं, इसलिए मुख्य पहनने का घटक पावर नट है। इसलिए, एक डिवाइस की संख्या एक उपकरण की संख्या अभी भी डिजाइन विनिर्देशों को पूरा करती है, लोड का एक कार्य है।

का संदर्भ लेंप्रतिशत भार बनाम चक्रों की संख्या1,000,000 चक्रों का सामना करने के लिए एक्ट्यूएटर के लिए सही आकार कारक का निर्धारण करने के लिए चार्ट। यह 50% है - 0.5 का एक कारक। 1,000,000 चक्रों के बाद लोड को पूरा करने के लिए प्रारंभिक रेटेड बल, एन, इसलिए 15 एलबी/0.5 = 30 एलबी या 133 एन है।

अब वाट्स में आवश्यक रैखिक यांत्रिक शक्ति निर्धारित करें:

P_{रेखीय}= (N × m)/t

हमारे उदाहरण में, यह (133 × 0.0762)/6 = 1.7 डब्ल्यू बन जाता है

इस डेटा के साथ, का उपयोग करेंएक्ट्यूएटर फ्रेम आकारसही फ्रेम आकार का चयन करने के लिए तालिका। सभी स्टेपर-मोटर रैखिक एक्ट्यूएटर्स को मोटर को दालों को भेजने के लिए एक ड्राइव की आवश्यकता होती है। ध्यान दें कि तालिका एल/आर ड्राइव (निरंतर वोल्टेज) और एक हेलिकॉप्टर ड्राइव (निरंतर वर्तमान) दोनों के लिए शक्ति को सूचीबद्ध करती है। जब तक एप्लिकेशन बैटरी से चलने वाला नहीं है (जैसा कि एक हैंडहेल्ड पोर्टेबल डिवाइस में), निर्माता अत्यधिक अधिकतम प्रदर्शन के लिए चॉपर ड्राइव की सलाह देते हैं। इस उदाहरण में, तालिका में चॉपर ड्राइव पावर स्पेक्स की समीक्षा से हेडन 43000 श्रृंखला (आकार 17 हाइब्रिड) का पता चलता है, जो कि 1.7-डब्ल्यू की आवश्यकता को सबसे अधिक निकटता से पूरा करता है। यह चयन सिस्टम को डिजाइन किए बिना लोड आवश्यकताओं को पूरा करता है।

अगला, रैखिक वेग (IPS) की गणना करें। यह द्वारा दिया गया हैमैचऔर 3 में आता है। अनुकूलित फ्रेम आकार (आकार 17 हाइब्रिड) और रैखिक वेग (0.5 आईपी) हाथ में, उपयुक्त का उपयोग करेंबल बनाम रैखिक वेगएक्ट्यूएटर लीडस्क्रू के उचित संकल्प को निर्धारित करने के लिए वक्र। इस मामले में, लीडस्क्रू रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता 0.00048 है।

याद रखें कि लीडस्क्रू मोटर के लिए इनपुट चरणों की संख्या के आधार पर अग्रिमता है। प्रदर्शन घटता "IP" और "STEPS/SEC" दोनों में व्यक्त किए जाते हैं। अपने चयन को सत्यापित करने के लिए, का जिक्र करके आवश्यक चरण दर पर बल की जांच करेंबल की दरवक्र, जहां: रिज़ॉल्यूशन चुना गया = 0.00048 in./step आवश्यक रैखिक वेग = 0.5 ips आवश्यक चरण दर = (0.5 ips)/(0.00048 in./step) = 1,041 चरण।

एक्स-एक्सिस मान (पल्स रेट) के रूप में 1,041 की साजिश रचना और इस बिंदु से एक लंबवत रेखा को चित्रित करना वक्र तक y- अक्ष मान (बल) को दर्शाता है 30 है। इसलिए, चयन सही है।