लीनियर मोटरें तेजी से बढ़ रही हैं। वे मशीनों को सर्वोच्च परिशुद्धता और गतिशील प्रदर्शन देते हैं।

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

उच्च गति और बल

रैखिक मोटरों को सीधे उनके लोड से जोड़ा जाता है, जो युग्मन घटकों के एक मेजबान को समाप्त कर देता है - यांत्रिक कपलिंग, पुली, टाइमिंग बेल्ट, बॉलस्क्रू, चेन ड्राइव और रैक और पिनियन, कुछ नाम रखने के लिए। इससे बदले में लागत कम हो जाती है और प्रतिक्रिया भी कम हो जाती है। रैखिक मोटरें लगातार गति, लाखों चक्रों के लिए सटीक स्थिति और उच्च गति की भी अनुमति देती हैं।

रैखिक मोटरों के साथ प्राप्त होने वाली विशिष्ट गति अलग-अलग होती है: मशीनों को चुनें और रखें (जो बहुत सी छोटी चालें चलती हैं) और निरीक्षण उपकरण का उपयोगरैखिक स्टेपर60 इंच/सेकंड की गति के साथ; फ़्लाइंग-शीयर अनुप्रयोग और लंबी चालें चलाने वाली मशीनों को चुनें और रखेंदांत रहित ब्रश रहित200 इंच/सेकेंड तक की गति के लिए रैखिक मोटरें; रोलर कोस्टर, वाहन लॉन्चर और पीपल मूवर्स रैखिक का उपयोग करते हैंएसी प्रेरणमोटरें 2,000 इंच/सेकेंड तक की गति प्राप्त करेंगी।

एक अन्य कारक जो यह निर्धारित करता है कि कौन सी लीनियर-मोटर तकनीक सर्वोत्तम है: एप्लिकेशन लोड को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक बल। अनुप्रयोग के त्वरण प्रोफ़ाइल के साथ भार या द्रव्यमान अंततः इस बल को निर्धारित करते हैं।

प्रत्येक एप्लिकेशन अलग-अलग चुनौतियाँ प्रस्तुत करता है; हालाँकि, सामान्य तौर पर, पार्ट-ट्रांसफर सिस्टम 220 N या 50 lb तक के बल के साथ रैखिक स्टेपर का उपयोग करते हैं; सेमीकंडक्टर, लेजर कटिंग, वॉटर-जेट कटिंग और रोबोटिक्स 2,500 N तक ब्रशलेस कॉग-फ्री मोटर्स का उपयोग करते हैं; कन्वेयर सिस्टम 2,200 N तक रैखिक एसी इंडक्शन मोटर्स का उपयोग करते हैं; और ट्रांसफर लाइन और मशीन टूल्स 14,000 एन तक आयरन-कोर ब्रशलेस मोटर का उपयोग करते हैं। ध्यान रखें कि प्रत्येक एप्लिकेशन अलग है और निर्माता एप्लिकेशन इंजीनियर आमतौर पर इस विनिर्देश चरण में सहायता प्रदान करते हैं।

गति और बल के अलावा अन्य कारक भी मौजूद हैं। उदाहरण के लिए, कन्वेयर सिस्टम अपनी लंबी यात्रा अवधि और स्थायी चुंबक के बिना निष्क्रिय माध्यमिक होने के फायदे के कारण रैखिक एसी इंडक्शन मोटर्स का उपयोग करते हैं। लेज़र नेत्र शल्य चिकित्सा और सेमी-कंडक्टर फैब्रिकेशन जैसे अनुप्रयोग यात्रा की सटीकता और सुगमता के लिए ब्रशलेस कॉग-मुक्त का उपयोग करते हैं।

बुनियादी संचालन

रैखिक मोटरें दो विद्युत चुंबक बलों की परस्पर क्रिया के माध्यम से संचालित होती हैं - वही मूल अंतःक्रिया जो एक रोटरी मोटर में टॉर्क पैदा करती है।

एक रोटरी मोटर को काटने और फिर उसे चपटा करने की कल्पना करें: यह एक रैखिक मोटर की ज्यामिति का एक मोटा विचार देता है। टॉर्क के लिए लोड को घूर्णन शाफ्ट से जोड़ने के बजाय, लोड को रैखिक गति और बल के लिए एक सपाट चलती कार से जोड़ा जाता है। संक्षेप में, टॉर्क उस कार्य की अभिव्यक्ति है जो एक रोटरी मोटर प्रदान करती है, जबकि बल रैखिक मोटर कार्य की अभिव्यक्ति है।

शुद्धता

आइए पहले एक पारंपरिक रोटरी स्टेपर सिस्टम पर विचार करें: प्रति इंच 5 क्रांतियों 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 प्रणाली 0.001 से 0.0001 इंच तक सटीक होती है।

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

सापेक्ष सटीकता अलग-अलग होती है: जिस विशिष्ट रोटरी स्टेपर का हम यहां विवरण दे रहे हैं वह अभी भी मानव बाल के व्यास के भीतर सटीकता से स्थित हो सकता है। जैसा कि कहा गया है, सर्वो इसमें 80 गुना तक सुधार करता है, जबकि एक रैखिक मोटर इसमें और सुधार कर सकता है - मानव बाल के व्यास से 500 गुना छोटा।

कभी-कभी रखरखाव और लागत (उपकरण के जीवन पर) सटीकता से अधिक महत्वपूर्ण विचार होते हैं। रैखिक मोटर्स यहां भी उत्कृष्ट हैं: रखरखाव लागत आम तौर पर रैखिक मोटर्स के उपयोग से कम हो जाती है, क्योंकि गैर-संपर्क भाग मशीन संचालन को बढ़ाते हैं और विफलताओं के बीच औसत समय बढ़ाते हैं। इसके अलावा, लीनियर मोटर्स का शून्य बैकलैश झटके को खत्म कर देता है, जिससे मशीन का जीवन और बढ़ जाता है। अन्य लाभ: रखरखाव चक्रों के बीच का समय बढ़ाया जा सकता है, जिससे अधिक परिचालन प्रवाह संभव हो सकेगा। कम रखरखाव और शामिल कर्मियों से मूल लाभ में सुधार होता है - लाभ - और उपकरण जीवन पर स्वामित्व की लागत कम हो जाती है।

लाभ की तुलना की गई

अनुप्रयोगों के लिए रैखिक गति की आवश्यकता होती है। यदि रोटरी मोटर का उपयोग कर रहे हैं, तो रोटरी को रैखिक गति में परिवर्तित करने के लिए एक यांत्रिक रूपांतरण तंत्र आवश्यक है। यहां, डिजाइनर सीमाओं को न्यूनतम करते हुए एप्लिकेशन के लिए सबसे उपयुक्त रूपांतरण तंत्र का चयन करते हैं।

• रैखिक मोटर बनाम बेल्ट और चरखी:रोटरी मोटर से रैखिक गति प्राप्त करने के लिए, एक सामान्य तरीका बेल्ट और चरखी का उपयोग करना है। आमतौर पर, जोर बल बेल्ट तन्य शक्ति द्वारा सीमित होता है; तेजी से शुरू करने और रोकने से बेल्ट में खिंचाव हो सकता है और इसलिए प्रतिध्वनि हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप निपटान का समय बढ़ सकता है। मैकेनिकल विंडअप, बैकलैश और बेल्ट स्ट्रेचिंग से दोहराव, सटीकता और मशीन थ्रूपुट भी कम हो जाता है। क्योंकि गति और दोहराव सर्वो गति में खेल का नाम है, यह सबसे अच्छा विकल्प नहीं है। जहां एक बेल्ट-पुली डिज़ाइन 3 मीटर/सेकंड तक पहुंच सकता है, वहीं रैखिक 10 मीटर/सेकंड तक पहुंच सकता है। बिना किसी प्रतिक्रिया या विंडअप के, डायरेक्ट-ड्राइव लीनियर मोटर्स दोहराव और सटीकता को और बढ़ा देते 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 द्विदिश घिसाव से संदिग्ध दोहराव और अशुद्धियाँ पैदा होती हैं - इस तंत्र की प्रमुख कमियाँ। बैकलैश मोटर फीडबैक को वास्तविक लोड स्थिति का पता लगाने से रोकता है, जिससे अस्थिरता पैदा होती है - और कम लाभ और धीमा समग्र प्रदर्शन होता है। इसके विपरीत, रैखिक मोटर्स द्वारा संचालित मशीनें तेज़ होती हैं और अधिक सटीक स्थिति में होती हैं।
• रैखिक मोटर बनाम बॉलस्क्रू:रोटरी को रैखिक गति में परिवर्तित करने का सबसे आम तरीका लीड या बॉलस्क्रू का उपयोग करना है। ये सस्ते हैं लेकिन कम कुशल हैं: लीड स्क्रू आमतौर पर 50% या उससे कम, और बॉलस्क्रू, लगभग 90%। 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 है। इसके अलावा, रैखिक गति सीमा को केवल पिच बढ़ाकर ही बढ़ाया जा सकता है, लेकिन इससे स्थितिगत रिज़ॉल्यूशन कम हो जाता है; अत्यधिक उच्च घूर्णी गति के कारण स्क्रू भी खराब हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कंपन होता है। लीनियर मोटरें लंबी, असीमित यात्रा देती हैं। लोड पर एनकोडर के साथ, दीर्घकालिक सटीकता आमतौर पर ±5 µm/300 मिमी होती है।

बुनियादी रैखिक मोटर प्रकार

जैसे विभिन्न रोटरी मोटर प्रौद्योगिकियाँ हैं, वैसे ही कई रैखिक मोटर प्रकार भी हैं: स्टेपर, ब्रशलेस, और रैखिक एसी इंडक्शन, अन्य। ध्यान दें कि रैखिक तकनीक उद्योग में आमतौर पर उपलब्ध ड्राइव (एम्प्लीफायर) प्लस पोजिशनर्स (मोशन कंट्रोलर) और फीडबैक डिवाइस (जैसे हॉल सेंसर और एनकोडर) का उपयोग करती है।

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

ब्रशलेस आयरन-कोर रैखिक मोटरेंचुंबकीय प्रवाह को चैनल करने के लिए मूविंग फोर्स में स्टील लेमिनेशन की विशेषता होती है। इस मोटर प्रकार की बल रेटिंग अधिक है और यह अधिक कुशल है, लेकिन तुलनात्मक आकार के कॉग-मुक्त मोटर्स की तुलना में इसका वजन तीन से पांच गुना अधिक है। स्थिर प्लेटन में निकल कोल्ड-रोल्ड स्टील प्लेट पर बंधे बहु-ध्रुव वैकल्पिक ध्रुवता स्थायी चुंबक होते हैं। चलती फोर्सर पर स्टील लेमिनेशन स्थिर प्लेटन पर चुंबक 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 भिन्नता होती है।

ये मोटरें बड़ी मात्रा में शिखर बल विकसित करती हैं, इनका तापीय द्रव्यमान अधिक होता है, और तापीय समय स्थिरांक लंबा होता है - इसलिए ये उच्च-बल, आंतरायिक कर्तव्य-चक्र अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होते हैं, जो बहुत भारी भार ले जाते हैं, जैसे कि स्थानांतरण लाइनों और मशीन टूल्स में; वे असीमित यात्रा के लिए डिज़ाइन किए गए हैं और इसमें ओवरलैपिंग प्रक्षेपवक्र के साथ कई चलती प्लेटें शामिल हो सकती हैं।

ब्रशलेस कॉग-मुक्त मोटरेंमूविंग फोर्सर में स्टील लेमिनेशन के बिना एक कॉइल असेंबली होती है। कॉइल में तार, एपॉक्सी और गैर-चुंबकीय समर्थन संरचना होती है। यह यूनिट वजन में काफी हल्की है। मूल डिज़ाइन कम मात्रा में बल उत्पन्न करता है, इसलिए स्थिर ट्रैक पर अतिरिक्त चुंबक लगाए जाते हैं (बल बढ़ाने में सहायता) और ट्रैक को इस यू के प्रत्येक तरफ चुंबक के साथ यू आकार दिया जाता है। फोर्सर को यू के मध्य में डाला जाता है .

ये मोटरें उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं जिनके लिए चुंबकीय कॉगिंग के बिना सुचारू संचालन की आवश्यकता होती है, जैसे स्कैनिंग या निरीक्षण उपकरण। उनकी उच्च गति सेमीकंडक्टर पिक एंड प्लेस, चिप सॉर्टिंग और सोल्डर और चिपकने वाले वितरण में उपयोगी होती है। ये मोटरें असीमित यात्रा के लिए डिज़ाइन की गई हैं।

रैखिक स्टेपरलंबे समय से उपलब्ध हैं; मूविंग फोर्सर में लेमिनेटेड स्टील कोर होते हैं जो दांतों से सटीक रूप से स्लॉट किए जाते हैं, एक स्थायी चुंबक और लेमिनेटेड कोर में डाले गए कॉइल होते हैं। (ध्यान दें कि दो कॉइल के परिणामस्वरूप दो-चरण वाला स्टेपर बनता है।) यह असेंबली एक एल्यूमीनियम आवास में संलग्न है।

स्थिर प्लेटन में स्टील बार, जमीन और निकल-प्लेटेड पर फोटोकैमिकल रूप से नक्काशीदार दांत होते हैं। इसे असीमित लंबाई तक एक सिरे से दूसरे सिरे तक रखा जा सकता है। मोटर फोर्सर, बियरिंग्स और प्लेटिन के साथ पूरी आती है। चुंबक से निकलने वाले आकर्षक बल का उपयोग बेयरिंग के लिए प्रीलोड के रूप में किया जाता है; यह विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए इकाई को उलटी स्थिति में संचालित करने में भी सक्षम बनाता है।

एसी इंडक्शन मोटरेंइसमें एक फोर्सर होता है जो स्टील लेमिनेशन और फेज़ वाइंडिंग से बनी एक कॉइल असेंबली होती है। वाइंडिंग्स एकल या तीन चरण वाली हो सकती हैं। 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 कोल्ड रोल स्टील पर बंधी एल्यूमीनियम या तांबे की एक पतली परत होती है।

एक बार जब फोर्सर कॉइल सक्रिय हो जाती है, तो यह प्रतिक्रिया प्लेट के साथ संपर्क करती है और गति करती है। उच्च गति और असीमित यात्रा लंबाई इस डिज़ाइन की ताकत हैं; इनका उपयोग सामग्री प्रबंधन, पीपल मूवर्स, कन्वेयर और स्लाइडिंग गेट्स के लिए किया जाता है।

नई डिज़ाइन अवधारणाएँ

कुछ नवीनतम डिज़ाइन सुधारों को पुनर्रचना के माध्यम से कार्यान्वित 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 पुन: इंजीनियर किया गया है - XY गति के लिए। यहां, मूविंग फोर्सर में दो रैखिक स्टेपर होते हैं जो 90° पर ऑर्थोगोनल रूप से लगे होते हैं ताकि एक एक्स-अक्ष गति प्रदान कर सके, और दूसरा वाई-अक्ष गति प्रदान कर सके। ओवरलैपिंग प्रक्षेपवक्र वाले एकाधिक फ़ोर्सर्स भी संभव हैं।

इन दो-प्लेन मोटरों में, स्थिर प्लेटफ़ॉर्म (या प्लैटन) मजबूती 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% कम हो गया है। सटीक गति के लिए प्लेटिन समतलता 14 माइक्रोन प्रति 300 मिमी से अधिक है। अंत में: क्योंकि स्टेपर्स में एक प्राकृतिक आकर्षक शक्ति होती है, यह अवधारणा प्लेटन को या तो ऊपर की ओर या उल्टा स्थापित करने की अनुमति देती है, इस प्रकार अनुप्रयोगों के लिए बहुमुखी प्रतिभा और लचीलापन प्रदान करती है।

एक अन्य इंजीनियरिंग नवाचार - वॉटर कूलिंग - लीनियर एसी इंडक्शन मोटर्स की बल क्षमता को 25% तक बढ़ाता है। इस क्षमता विस्तार के साथ-साथ असीमित यात्रा अवधि 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। वर्तमान में उद्योग में उपलब्ध समायोज्य गति ड्राइव के माध्यम से गति परिवर्तनशील (6 से 2,000 इंच/सेकेंड तक) है।

फिर भी एक अन्य मोटर में गति प्रदान करने के लिए एक रैखिक गतिशील भाग के साथ एक स्थिर बेलनाकार आवास शामिल है। गतिमान भाग तांबे से युक्त स्टील से बनी एक छड़, एक गतिमान कुंडल या एक गतिमान चुंबक हो सकता है, जैसे सिलेंडर के भीतर पिस्टन।

ये डिज़ाइन लीनियर मोटर के लाभ प्रदान करते हैं और लीनियर एक्चुएटर के समान कार्य करते हैं। अनुप्रयोगों में बायोमेडिकल कॉलोनोस्कोपी, लंबे शटर एक्चुएटर्स वाले कैमरे, टेलीस्कोप जिनके लिए कंपन डंपिंग की आवश्यकता होती है, लिथोग्राफी फोकसिंग मोटर्स, जनरेटर स्विच गियर जो जनरेटर को ऑनलाइन लगाने के लिए ब्रेकर फेंकते हैं, और भोजन दबाने - जैसे कि टॉर्टिला को बाहर निकालते समय।

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

रैखिक चरणों का एक फायदा उनकी निचली प्रोफ़ाइल है, जो उन्हें पारंपरिक पोजिशनर्स की तुलना में छोटी जगहों में फिट होने की अनुमति देता है। कम घटकों से विश्वसनीयता में वृद्धि होती है। यहां, मोटर नियमित ड्राइव से जुड़ा है। एक बंद-लूप ऑपरेशन में, स्थिति लूप को एक गति नियंत्रक के साथ बंद किया जाता है।

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