रैखिक मोटरों का प्रचलन बढ़ रहा है। वे मशीनों को सर्वोच्च परिशुद्धता और गतिशील प्रदर्शन देते हैं।

रैखिक मोटरें पोजिशनिंग के लिए बहुत तेज़ और सटीक होती हैं, लेकिन मशीन हेड और स्लाइड के साथ-साथ टूल और पार्ट-हैंडलिंग सिस्टम के लिए धीमी, निरंतर-ट्रैवर्स गति में भी सक्षम होती हैं। विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोग - लेजर सर्जरी, दृष्टि निरीक्षण, और बोतल और सामान हैंडलिंग - रैखिक मोटरों का उपयोग करते हैं क्योंकि वे बेहद विश्वसनीय हैं, कम रखरखाव की आवश्यकता होती है, और उत्पादन चक्र में सुधार होता है।

उच्च गति और बल

रैखिक मोटर सीधे अपने लोड से युग्मित होती हैं, जिससे युग्मन घटकों की एक श्रृंखला समाप्त हो जाती है - यांत्रिक युग्मन, पुली, टाइमिंग बेल्ट, बॉलस्क्रू, चेन ड्राइव, और रैक और पिनियन, कुछ नाम। यह बदले में लागत और यहां तक ​​कि बैकलैश को भी कम करता है। रैखिक मोटरें लगातार गति, सैकड़ों मिलियन चक्रों के लिए सटीक स्थिति और उच्च गति की अनुमति भी देती हैं।

रैखिक मोटरों द्वारा प्राप्त की जाने वाली विशिष्ट गति भिन्न होती है: पिक एंड प्लेस मशीनें (जो बहुत सी छोटी चालें बनाती हैं) और निरीक्षण उपकरण का उपयोगरैखिक स्टेपर्स60 इंच/सेकंड की गति के साथ; फ्लाइंग-शियर अनुप्रयोग और पिक एंड प्लेस मशीनें जो लंबी चाल बनाती हैंकोग-मुक्त ब्रशलेस200 इंच/सेकंड तक की गति के लिए रैखिक मोटर; रोलर कोस्टर, वाहन लांचर, और लोगों को ले जाने वाले वाहन रैखिक का उपयोग करते हैंएसी प्रेरणमोटरों को 2,000 इंच/सेकंड की गति प्राप्त करने के लिए।

एक और कारक जो यह निर्धारित करता है कि कौन सी रैखिक-मोटर तकनीक सबसे अच्छी है: अनुप्रयोग लोड को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक बल। अनुप्रयोग के त्वरण प्रोफ़ाइल के साथ लोड या द्रव्यमान अंततः इस बल को निर्धारित करते हैं।

प्रत्येक अनुप्रयोग भिन्न चुनौतियां प्रस्तुत करता है; हालांकि, सामान्य रूप से, आंशिक स्थानांतरण प्रणालियां 220 N या 50 lb तक के बल के साथ रैखिक स्टेपर्स का उपयोग करती हैं; अर्धचालक, लेजर कटिंग, जल-जेट कटिंग, और रोबोटिक्स 2,500 N तक के बल के साथ ब्रशलेस कॉग-फ्री मोटर का उपयोग करते हैं; कन्वेयर प्रणालियां 2,200 N तक के बल के साथ रैखिक एसी इंडक्शन मोटर का उपयोग करती हैं; और स्थानांतरण लाइन और मशीन टूल्स 14,000 N तक के बल के साथ आयरन-कोर ब्रशलेस मोटर का उपयोग करते हैं। ध्यान रखें कि प्रत्येक अनुप्रयोग भिन्न होता है और निर्माता अनुप्रयोग इंजीनियर सामान्यतः इस विनिर्देशन चरण में सहायता प्रदान करते हैं।

गति और बल के अलावा अन्य कारक भी मौजूद हैं। उदाहरण के लिए, कन्वेयर सिस्टम रैखिक एसी इंडक्शन मोटर्स का उपयोग करते हैं क्योंकि उनकी यात्रा की लंबाई लंबी होती है, और स्थायी चुंबक के बिना निष्क्रिय माध्यमिक होने के फायदे होते हैं। लेजर नेत्र शल्य चिकित्सा और अर्ध-चालक निर्माण जैसे अनुप्रयोग सटीकता और यात्रा की सुगमता के लिए ब्रशलेस कॉग-फ्री का उपयोग करते हैं।

बुनियादी संचालन

रैखिक मोटर दो विद्युतचुंबकीय बलों की परस्पर क्रिया के माध्यम से संचालित होती है - वही मूलभूत परस्पर क्रिया जो घूर्णी मोटर में टॉर्क उत्पन्न करती है।

कल्पना करें कि एक रोटरी मोटर को काटकर उसे समतल कर दिया जाए: इससे रैखिक मोटर की ज्यामिति का एक मोटा अंदाजा मिलता है। टॉर्क के लिए लोड को घूमने वाले शाफ्ट से जोड़ने के बजाय, रैखिक गति और बल के लिए लोड को एक सपाट चलती कार से जोड़ा जाता है। संक्षेप में, टॉर्क उस कार्य की अभिव्यक्ति है जो एक रोटरी मोटर प्रदान करता है, जबकि बल रैखिक मोटर कार्य की अभिव्यक्ति है।

शुद्धता

आइए पहले पारंपरिक रोटरी स्टेपर सिस्टम पर विचार करें: 5 चक्कर प्रति इंच की पिच के साथ बॉलस्क्रू से जुड़ा हुआ, सटीकता लगभग 0.004 से 0.008 इंच या 0.1 से 0.2 मिमी है। सर्वोमोटर द्वारा संचालित एक रोटरी सिस्टम 0.001 से 0.0001 इंच तक सटीक है।

इसके विपरीत, अपने लोड से सीधे युग्मित एक रैखिक मोटर 0.0007 से 0.000008 इंच तक की सटीकता देता है। ध्यान दें कि युग्मन और बॉलस्क्रू बैकलैश इन आंकड़ों में शामिल नहीं हैं, और ये रोटरी प्रणालियों की सटीकता को और कम कर देते हैं।

सापेक्ष सटीकता भिन्न होती है: यहाँ हम जिस विशिष्ट रोटरी स्टेपर का विवरण दे रहे हैं, वह अभी भी मानव बाल के व्यास के भीतर सटीक रूप से स्थिति बना सकता है। ऐसा कहा जाता है कि सर्वो इसे 80 गुना तक बेहतर बनाता है, जबकि एक रैखिक मोटर इसे और बेहतर बना सकता है - मानव बाल के व्यास से 500 गुना छोटा।

कभी-कभी रखरखाव और लागत (उपकरण के जीवनकाल में) सटीकता से ज़्यादा महत्वपूर्ण विचार होते हैं। रैखिक मोटर यहाँ भी बेहतर हैं: रैखिक मोटर के उपयोग से रखरखाव लागत आम तौर पर कम हो जाती है, क्योंकि गैर-संपर्क वाले हिस्से मशीन के संचालन को बेहतर बनाते हैं और विफलताओं के बीच औसत समय बढ़ाते हैं। इसके अलावा, रैखिक मोटरों का शून्य बैकलैश झटके को समाप्त करता है, जो मशीन के जीवनकाल को और बढ़ाता है। अन्य लाभ: रखरखाव चक्रों के बीच का समय बढ़ाया जा सकता है, जिससे अधिक परिचालन प्रवाह की अनुमति मिलती है। कम रखरखाव और शामिल कर्मियों से अंतिम परिणाम - लाभ - में सुधार होता है और उपकरण के जीवनकाल में स्वामित्व की लागत कम होती है।

लाभ की तुलना

अनुप्रयोगों के लिए रैखिक गति की आवश्यकता होती है। यदि रोटरी मोटर का उपयोग किया जा रहा है, तो रोटरी को रैखिक गति में बदलने के लिए यांत्रिक रूपांतरण तंत्र आवश्यक है। यहाँ, डिज़ाइनर सीमाओं को न्यूनतम रखते हुए अनुप्रयोग के लिए सबसे उपयुक्त रूपांतरण तंत्र का चयन करते हैं।

• रैखिक मोटर बनाम बेल्ट और पुली:रोटरी मोटर से रैखिक गति प्राप्त करने के लिए, एक सामान्य दृष्टिकोण बेल्ट और पुली का उपयोग करना है। आम तौर पर, थ्रस्ट बल बेल्ट तन्य शक्ति द्वारा सीमित होता है; तेजी से शुरू होने और रुकने से बेल्ट में खिंचाव हो सकता है और इसलिए प्रतिध्वनि हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप सेटल होने का समय बढ़ जाता है। मैकेनिकल वाइंडअप, बैकलैश और बेल्ट स्ट्रेचिंग भी दोहराव, सटीकता और मशीन थ्रूपुट को कम करते हैं। चूँकि सर्वो गति में गति और दोहराव ही खेल का नाम है, इसलिए यह सबसे अच्छा विकल्प नहीं है। जहाँ एक बेल्ट-पुली डिज़ाइन 3 मीटर/सेकंड तक पहुँच सकता है, वहीं रैखिक 10 मीटर/सेकंड तक पहुँच सकता है। बिना किसी बैकलैश या वाइंडअप के, डायरेक्ट-ड्राइव रैखिक मोटर दोहराव और सटीकता को और बढ़ाते हैं।
• रैखिक मोटर बनाम रैक और पिनियन:रैक और पिनियन बेल्ट-और-पुली डिज़ाइन की तुलना में अधिक जोर और यांत्रिक कठोरता प्रदान करते हैं। हालाँकि, समय के साथ द्विदिशीय घिसाव संदिग्ध दोहराव और अशुद्धियों की ओर ले जाता है - इस तंत्र की प्रमुख कमियाँ। बैकलैश मोटर फीडबैक को वास्तविक लोड स्थिति का पता लगाने से रोकता है, जिससे अस्थिरता होती है - और कम लाभ और धीमी समग्र प्रदर्शन को मजबूर करता है। इसके विपरीत, रैखिक मोटरों द्वारा संचालित मशीनें तेज़ होती हैं और अधिक सटीक रूप से स्थिति बनाती हैं।
• रैखिक मोटर बनाम बॉलस्क्रू:रोटरी को रैखिक गति में बदलने का सबसे आम तरीका लीड या बॉलस्क्रू का उपयोग करना है। ये सस्ते होते हैं लेकिन कम कुशल होते हैं: लीड स्क्रू आमतौर पर 50% या उससे कम और बॉलस्क्रू लगभग 90% होते हैं। उच्च घर्षण से गर्मी पैदा होती है और लंबे समय तक पहनने से सटीकता कम हो जाती है। यात्रा की दूरी यांत्रिक रूप से सीमित होती है। इसके अलावा, रैखिक गति सीमा को केवल पिच बढ़ाकर ही बढ़ाया जा सकता है, लेकिन इससे स्थितिगत संकल्प में गिरावट आती है; अत्यधिक उच्च घूर्णी गति से भी स्क्रू में कंपन हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप कंपन होता है। रैखिक मोटर लंबी, असीमित यात्रा देते हैं। लोड पर एनकोडर के साथ, दीर्घकालिक सटीकता आमतौर पर ±5 µm/300 मिमी होती है।

बुनियादी रैखिक मोटर प्रकार

जिस तरह रोटरी मोटर की तकनीक अलग-अलग होती है, उसी तरह रैखिक मोटर के भी कई प्रकार होते हैं: स्टेपर, ब्रशलेस और रैखिक एसी इंडक्शन, अन्य के अलावा। ध्यान दें कि रैखिक तकनीक ड्राइव (एम्पलीफायर) प्लस पोजिशनर्स (मोशन कंट्रोलर) और फीडबैक डिवाइस (जैसे हॉल सेंसर और एनकोडर) का उपयोग करती है जो आमतौर पर उद्योग में उपलब्ध होते हैं।

कई डिज़ाइन कस्टम रैखिक मोटर्स से लाभान्वित होते हैं, लेकिन स्टॉक डिज़ाइन आमतौर पर उपयुक्त होते हैं।

ब्रशलेस आयरन-कोर रैखिक मोटर्सचुंबकीय प्रवाह को चैनल करने के लिए मूविंग फोर्सर में स्टील लेमिनेशन की विशेषता होती है। इस मोटर प्रकार में उच्च बल रेटिंग होती है और यह अधिक कुशल होती है, लेकिन तुलनात्मक आकार के कॉग-फ्री मोटरों की तुलना में इसका वजन तीन से पांच गुना अधिक होता है। स्थिर प्लेटन में निकेल कोल्ड-रोल्ड स्टील प्लेट पर बंधे बहु-ध्रुवीय वैकल्पिक ध्रुवीयता वाले स्थायी चुंबक होते हैं। हालांकि मूविंग फोर्सर पर स्टील लेमिनेशन स्थिर प्लेटन पर चुंबकों के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, जो एक "आकर्षक" बल विकसित करते हैं और मोटर के एक चुंबक क्षेत्र से दूसरे में जाने पर थोड़ी मात्रा में कॉगिंग या तरंग प्रदर्शित करते हैं जिसके परिणामस्वरूप वेग भिन्नताएं होती हैं।

ये मोटरें बहुत अधिक मात्रा में शीर्ष बल विकसित करती हैं, इनका तापीय द्रव्यमान अधिक होता है, तथा तापीय समय स्थिरांक लम्बा होता है - इसलिए ये उच्च-बल, आंतरायिक ड्यूटी-साइकिल अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होती हैं, जो बहुत भारी भार को स्थानांतरित करती हैं, जैसे कि स्थानांतरण लाइनों और मशीन टूल्स में; इन्हें असीमित यात्रा के लिए डिजाइन किया गया है, तथा इनमें अतिव्यापी प्रक्षेप पथों के साथ अनेक गतिमान प्लेटेंस शामिल हो सकते हैं।

ब्रशलेस कॉग-फ्री मोटर्सस्टील लेमिनेशन के बिना मूविंग फोर्सर में कॉइल असेंबली होती है। कॉइल में तार, एपॉक्सी और गैर-चुंबकीय समर्थन संरचना होती है। यह इकाई वजन में बहुत हल्की होती है। मूल डिज़ाइन कम मात्रा में बल उत्पन्न करता है, इसलिए स्थिर ट्रैक पर अतिरिक्त चुंबक डाले जाते हैं (बल बढ़ाने में सहायता) और ट्रैक U आकार का होता है जिसके प्रत्येक तरफ U चुंबक होते हैं। फोर्सर को U के बीच में डाला जाता है।

ये मोटरें उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं जिनमें चुंबकीय कॉगिंग के बिना सुचारू संचालन की आवश्यकता होती है, जैसे स्कैनिंग या निरीक्षण उपकरण। उनके उच्च त्वरण सेमीकंडक्टर पिक एंड प्लेस, चिप सॉर्टिंग और सोल्डर और चिपकने वाले डिस्पेंसिंग में उपयोगी होते हैं। इन मोटरों को असीमित यात्रा के लिए डिज़ाइन किया गया है।

रैखिक स्टेपर्सलंबे समय से उपलब्ध हैं; मूविंग फोर्स में लेमिनेटेड स्टील कोर होते हैं जो दांतों के साथ सटीक रूप से स्लॉट किए जाते हैं, एक एकल स्थायी चुंबक, और लेमिनेटेड कोर में डाली गई कॉइल होती हैं। (ध्यान दें कि दो कॉइल से दो-चरणीय स्टेपर बनता है।) यह असेंबली एक एल्युमिनियम हाउसिंग में समाहित होती है।

स्थिर प्लेटन में स्टील बार पर फोटोकैमिकल रूप से उकेरे गए दांत होते हैं, जो जमीन पर और निकल-प्लेटेड होते हैं। इसे असीमित लंबाई के लिए अंत-से-अंत तक स्टैक किया जा सकता है। मोटर फोर्सर, बियरिंग और प्लेटन के साथ पूरी तरह से आती है। चुंबक से आकर्षक बल का उपयोग बियरिंग के लिए प्रीलोड के रूप में किया जाता है; यह इकाई को विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उलटी स्थिति में संचालित करने में भी सक्षम बनाता है।

एसी इंडक्शन मोटर्सएक फोर्सर से मिलकर बनता है जो स्टील लेमिनेशन और फेज वाइंडिंग से बना एक कॉइल असेंबली है। वाइंडिंग या तो सिंगल या थ्री-फेज हो सकती है। यह सीधे ऑनलाइन नियंत्रण, या इन्वर्टर या वेक्टर ड्राइव के माध्यम से नियंत्रण की अनुमति देता है। स्थिर प्लेटन (जिसे रिएक्शन प्लेट कहा जाता है) में आमतौर पर ठंडे रोल स्टील पर बंधे एल्यूमीनियम या तांबे की एक पतली परत होती है।

एक बार जब फोर्सर कॉइल सक्रिय हो जाता है, तो यह रिएक्शन प्लेट के साथ संपर्क करता है और चलता है। उच्च गति और असीमित यात्रा लंबाई इस डिजाइन की ताकत हैं; उनका उपयोग सामग्री हैंडलिंग, लोगों को ले जाने वाली मशीनों, कन्वेयर और स्लाइडिंग गेट्स के लिए किया जाता है।

नई डिजाइन अवधारणाएँ

कुछ नवीनतम डिज़ाइन सुधारों को पुनः अभियांत्रिकी के माध्यम से लागू किया गया है। उदाहरण के लिए, कुछ रैखिक स्टेपर मोटर्स (मूल रूप से एक विमान में गति प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किए गए) को अब दो विमानों में गति प्रदान करने के लिए पुनः अभियांत्रिकी बनाया गया है - XY गति के लिए। यहाँ, मूविंग फोर्सर में दो रैखिक स्टेपर होते हैं जो 90° पर लंबवत रूप से लगे होते हैं ताकि एक X-अक्ष गति प्रदान करे, और दूसरा Y-अक्ष गति प्रदान करे। ओवरलैपिंग प्रक्षेप पथ वाले कई फोर्सर भी संभव हैं।

इन दो-प्लेन मोटरों में, स्थिर प्लेटफ़ॉर्म (या प्लेटन) ताकत के लिए नए समग्र निर्माण का उपयोग करता है। कठोरता में भी सुधार हुआ है, इसलिए पिछले उत्पादन मॉडल की तुलना में विक्षेपण 60 से 80% तक कम हो गया है। सटीक गति के लिए प्लेटन की समतलता 300 मिमी प्रति 14 माइक्रोन से अधिक है। अंत में: क्योंकि स्टेपर्स में एक प्राकृतिक आकर्षक बल होता है, यह अवधारणा प्लेटन को या तो ऊपर की ओर या उल्टा माउंट करने की अनुमति देती है, इस प्रकार अनुप्रयोगों के लिए बहुमुखी प्रतिभा और लचीलापन प्रदान करती है।

एक और इंजीनियरिंग नवाचार - वाटर कूलिंग - रैखिक एसी इंडक्शन मोटर्स की बल क्षमता को 25% तक बढ़ाता है। इस क्षमता विस्तार के साथ-साथ असीमित यात्रा लंबाई के लाभ के साथ, एसी इंडक्शन मोटर्स कई अनुप्रयोगों के लिए उच्चतम प्रदर्शन प्रदान करते हैं: मनोरंजन सवारी, सामान संभालना, और लोगों को ले जाना। उद्योग में वर्तमान में उपलब्ध समायोज्य गति ड्राइव के माध्यम से गति परिवर्तनशील (6 से 2,000 इंच/सेकंड तक) है।

एक अन्य मोटर में गति प्रदान करने के लिए एक रैखिक गतिशील भाग के साथ एक स्थिर बेलनाकार आवास शामिल होता है। गतिशील भाग तांबे-लेपित स्टील से बनी एक छड़, एक गतिशील कुंडली या एक गतिशील चुंबक हो सकता है, जैसे कि सिलेंडर के भीतर एक पिस्टन।

ये डिज़ाइन रैखिक मोटर के लाभ प्रदान करते हैं और रैखिक एक्ट्यूएटर के समान प्रदर्शन करते हैं। अनुप्रयोगों में बायोमेडिकल कोलोनोस्कोपी, लंबे शटर एक्ट्यूएटर वाले कैमरे, टेलीस्कोप जिन्हें कंपन डंपिंग की आवश्यकता होती है, लिथोग्राफी फ़ोकसिंग मोटर, जनरेटर स्विच गियर जो जनरेटर को ऑनलाइन करने के लिए ब्रेकर फेंकते हैं, और भोजन को दबाना - जैसे कि टॉर्टिला को बाहर निकालते समय।

पेलोड की स्थिति निर्धारित करने के लिए पूर्ण रैखिक मोटर पैकेज या चरण उपयुक्त होते हैं। इनमें मोटर, फीडबैक एनकोडर, लिमिट स्विच और केबल कैरियर शामिल होते हैं। मल्टी-एक्सिस मूवमेंट के लिए चरणों को स्टैक करना संभव है।

रैखिक चरणों का एक लाभ उनकी निचली प्रोफ़ाइल है, जो उन्हें पारंपरिक पोजिशनर्स की तुलना में छोटी जगहों में फिट होने की अनुमति देता है। कम घटक अधिक विश्वसनीयता के लिए बनाते हैं। यहाँ, मोटर नियमित ड्राइव से जुड़ी हुई है। बंद लूप ऑपरेशन में, पोजिशन लूप को मोशन कंट्रोलर से बंद किया जाता है।

फिर से, स्टॉक उत्पादों के अलावा, कस्टम और विशेष डिज़ाइन भी प्रचुर मात्रा में हैं। अंत में, एप्लिकेशन की ज़रूरतों के लिए उपयुक्त इष्टतम रैखिक उत्पाद निर्धारित करने के लिए एप्लिकेशन इंजीनियर के साथ उपकरण की ज़रूरतों की समीक्षा करना सबसे अच्छा है।