रैखिक गति प्रणालियाँ अनगिनत मशीनों में पाई जाती हैं, जिनमें सटीक लेजर कटिंग सिस्टम, प्रयोगशाला स्वचालन उपकरण, सेमीकंडक्टर फैब्रिकेशन मशीन, सीएनसी मशीन, फैक्ट्री ऑटोमेशन और कई अन्य शामिल हैं, जिन्हें सूचीबद्ध करना बहुत मुश्किल है। वे अपेक्षाकृत सरल से लेकर जैसे कि यात्री वाहन में एक सस्ती सीट एक्ट्यूएटर, बंद-लूप पोजिशनिंग के लिए नियंत्रण और ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ एक जटिल, बहु-अक्ष समन्वय प्रणाली तक होते हैं। रैखिक गति प्रणाली चाहे कितनी भी सरल या जटिल क्यों न हो, सबसे बुनियादी स्तर पर, उन सभी में एक बात समान है: एक निश्चित समय में एक रैखिक दूरी के माध्यम से भार को स्थानांतरित करना।

रैखिक गति प्रणाली को डिज़ाइन करते समय सबसे आम प्रश्नों में से एक मोटर तकनीक पर केंद्रित है। एक बार तकनीक का चयन हो जाने के बाद, मोटर को लोड त्वरण की मांगों को पूरा करने, सिस्टम में घर्षण पर काबू पाने और गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव पर काबू पाने के लिए आकार दिया जाना चाहिए, जबकि सभी सुरक्षित अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान बनाए रखना चाहिए। मोटर का टॉर्क, गति, शक्ति और स्थिति निर्धारण क्षमता मोटर डिज़ाइन का एक कार्य है, जो ड्राइव और नियंत्रण के साथ जुड़ा हुआ है।

मुझे किस मोटर से शुरुआत करनी चाहिए?

किसी विशेष मोटर तकनीक का उपयोग करके रैखिक गति प्रणाली को डिज़ाइन करते समय विचार करने के लिए बहुत सारे अनुप्रयोग प्रश्न हैं। पूरी प्रक्रिया का विस्तृत विवरण इस लेख के दायरे से बाहर है। इसका उद्देश्य आपको मोटर आपूर्तिकर्ता से बात करते समय सही प्रश्न पूछने के बारे में सोचने के लिए प्रेरित करना है।

हर अनुप्रयोग के लिए सबसे अच्छी मोटर जैसी कोई चीज़ नहीं होती, बल्कि किसी विशेष अनुप्रयोग के लिए सबसे अच्छी मोटर होती है। वृद्धिशील गति अनुप्रयोगों के विशाल बहुमत में, स्टेपर मोटर, ब्रश डीसी मोटर या ब्रशलेस डीसी मोटर में से कोई एक विकल्प होगा। सबसे जटिल गति प्रणालियाँ लोड से सीधे जुड़ी हुई रैखिक मोटरों का उपयोग कर सकती हैं, जिससे यांत्रिक शक्ति रूपांतरण की आवश्यकता नहीं होती; लीड स्क्रू/बॉल स्क्रू, गियरबॉक्स या पुली सिस्टम के माध्यम से अनुवाद की कोई आवश्यकता नहीं है। हालाँकि अधिकतम सटीकता, दोहराव और स्थिति निर्धारण संकल्प को कोरलेस डायरेक्ट-ड्राइव रैखिक सर्वो सिस्टम के साथ प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन रोटरी मोटर्स की तुलना में वे सबसे अधिक लागत और जटिलता वाले होते हैं। रोटरी मोटर्स का उपयोग करने वाली एक वास्तुकला बहुत कम खर्चीली है, और रैखिक गति अनुप्रयोगों के बहुमत को पूरा करेगी; हालाँकि, लोड को चलाने के लिए "रोटरी-टू-लीनियर" रूपांतरण (और परिणामस्वरूप, पावर रूपांतरण) के कुछ साधनों की आवश्यकता होती है।

स्टेपर, ब्रश और ब्रशलेस मोटर सभी को DC मोटर माना जाता है; हालाँकि, सूक्ष्मताएँ मौजूद हैं जो किसी इंजीनियर को किसी विशेष अनुप्रयोग में अन्य दो की तुलना में एक प्रकार का पक्ष लेने के लिए प्रेरित करेंगी। इस बात पर ज़ोर दिया जाना चाहिए कि यह विकल्प सिस्टम की डिज़ाइन आवश्यकताओं पर अत्यधिक निर्भर है, न केवल गति और टॉर्क के संदर्भ में, बल्कि पोजिशनिंग सटीकता, दोहराव और रिज़ॉल्यूशन आवश्यकताओं के संदर्भ में भी। हर अनुप्रयोग के लिए एक आदर्श मोटर नहीं है, और सभी निर्णयों के लिए डिज़ाइन ट्रेड-ऑफ़ की आवश्यकता होगी। सबसे बुनियादी स्तर पर, सभी मोटर, चाहे उन्हें AC या DC, ब्रश, ब्रशलेस या कोई अन्य इलेक्ट्रिक मोटर कहा जाए, टॉर्क उत्पन्न करने के लिए भौतिकी के एक ही सिद्धांत के तहत काम करते हैं: चुंबकीय क्षेत्रों की परस्पर क्रिया। हालाँकि, इन विभिन्न मोटर प्रौद्योगिकियों के विशेष अनुप्रयोगों में प्रतिक्रिया करने के तरीके में नाटकीय अंतर हैं। कुल मिलाकर मोटर प्रदर्शन, प्रतिक्रिया और टॉर्क उत्पादन भौतिक मोटर डिज़ाइन में निहित क्षेत्र उत्तेजना और चुंबकीय सर्किट ज्यामिति की विधि, नियंत्रक/ड्राइव द्वारा इनपुट वोल्टेज और करंट का नियंत्रण और वेग या स्थिति प्रतिक्रिया की विधि पर निर्भर करता है, यदि अनुप्रयोग की आवश्यकता हो।

डीसी स्टेपर, ब्रश सर्वो और ब्रशलेस सर्वो मोटर तकनीकें सभी उन्हें पावर देने के लिए डीसी सप्लाई का उपयोग करती हैं। रैखिक गति अनुप्रयोगों के लिए, इसका मतलब यह नहीं है कि डीसी का एक निश्चित स्रोत सीधे मोटर वाइंडिंग पर लागू किया जा सकता है; वाइंडिंग करंट (आउटपुट टॉर्क से संबंधित) और वाइंडिंग वोल्टेज (आउटपुट स्पीड से संबंधित) को नियंत्रित करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता होती है। नीचे सूचीबद्ध 3 प्रौद्योगिकियों की ताकत और कमजोरियों का सारांश है।

रैखिक प्रणाली का डिज़ाइन लोड द्रव्यमान से शुरू होता है और द्रव्यमान को बिंदु A से बिंदु B तक कितनी तेज़ी से पार करना है। मोटर का प्रकार, आकार और यांत्रिक डिज़ाइन लोड को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक शक्ति (वाट) से शुरू होता है। लोड से शुरू करके और अंततः सभी घटकों के माध्यम से ड्राइव पावर सप्लाई तक वापस काम करते हुए, विश्लेषण सिस्टम के एक हिस्से से दूसरे हिस्से में बिजली रूपांतरण को समझने के लिए चरणों की एक श्रृंखला है, जबकि बीच में घटकों की विभिन्न दक्षताओं पर विचार किया जाता है। ड्राइव में वोल्टेज और करंट के रूप में वाट अंततः एक निश्चित समय में दिए गए लोड को स्थानांतरित करने वाले यांत्रिक आउटपुट वाट में बदल जाएगा।

लोड पर आवश्यक आउटपुट पावर का संकेत प्राप्त करने के लिए, एक सरल पावर गणना मोटर का अनुमान लगाने में मदद करेगी। आवश्यक औसत आउटपुट पावर को समझने के बाद, मोटर पर वापस काम करके और विभिन्न पावर रूपांतरण तत्वों के माध्यम से ड्राइव करके पावर आवश्यकताओं का विश्लेषण समाप्त करें। विभिन्न घटकों की दक्षता को ध्यान में रखने के लिए निर्माताओं के डेटा का संदर्भ लिया जाना चाहिए, क्योंकि यह अंततः मोटर और बिजली आपूर्ति के आकार को निर्धारित करेगा। यह व्यक्तिगत पसंद है कि किस इकाई के साथ काम करना है, लेकिन SI इकाइयों की अत्यधिक अनुशंसा की जाती है। SI इकाइयों में काम करने से कई रूपांतरण स्थिरांक याद रखने की आवश्यकता से बचा जाता है, और अंतिम परिणाम को हमेशा अंग्रेजी इकाइयों में वापस परिवर्तित किया जा सकता है।

आवश्यक समय में भार को स्थानांतरित करने के लिए कितनी शक्ति की आवश्यकता है?

गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध उठाए गए 9 किलोग्राम के द्रव्यमान को लगभग 88N बल की आवश्यकता होगी। भार को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक वाट की गणना शेष प्रणाली में घटकों को निर्धारित करने के लिए एक प्रारंभिक बिंदु प्रदान करेगी। यह 9Kg के द्रव्यमान को बिंदु A से बिंदु B तक 1 सेकंड में लंबवत स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक औसत शक्ति है। घर्षण जैसे सिस्टम नुकसान शामिल नहीं हैं। आवश्यक मोटर शाफ्ट शक्ति कुछ हद तक अधिक होगी और सिस्टम में उपयोग किए जाने वाले अन्य घटकों जैसे गियरबॉक्स और लीड स्क्रू पर निर्भर करती है।

पी = (एफ × एस) / टी

पी = (88एन × 0.2मी) / 1.0से = 17.64वाट

यह सिस्टम से आवश्यक पीक पावर से अलग है। एक बार त्वरण और मंदी को ध्यान में रखते हुए, मूव प्रोफ़ाइल के दौरान तात्कालिक शक्ति कुछ हद तक अधिक होगी; हालाँकि, लोड पर आवश्यक औसत आउटपुट पावर लगभग 18 वाट है। सभी घटकों के गहन विश्लेषण के बाद, इस तरह की प्रणाली को काम पूरा करने के लिए लगभग 37w पीक पावर की आवश्यकता होगी। यह जानकारी, विभिन्न अन्य एप्लिकेशन स्पेक्स के साथ, अब सबसे उपयुक्त मोटर तकनीक चुनने में मदद करेगी।

मुझे किस मोटर प्रौद्योगिकी पर विचार करना चाहिए?

बेहतरीन पोजिशनिंग क्षमता और अपेक्षाकृत सरल नियंत्रण एक डिजाइनर को पहले स्टेपर मोटर का उपयोग करने की संभावना पर विचार करने के लिए प्रेरित करेंगे। हालाँकि, एक स्टेपर मोटर लोड की माँग को पूरा करते हुए एक छोटे यांत्रिक पदचिह्न की आवश्यकता को पूरा नहीं करेगा। 37 वाट की अधिकतम शक्ति की आवश्यकता के लिए एक बहुत बड़ी स्टेपर मोटर की आवश्यकता होगी। हालाँकि स्टेपर मोटर में कम गति पर बहुत अधिक टॉर्क होता है, लेकिन मूव प्रोफ़ाइल की अधिकतम गति और इस प्रकार बिजली की आवश्यकता सभी सबसे बड़ी स्टेपर मोटरों की क्षमता से अधिक होती है।

एक ब्रश डीसी सर्वो मोटर लोड आवश्यकताओं को पूरा करेगी, एक छोटा यांत्रिक पदचिह्न होगा, और कम गति पर बहुत चिकनी रोटेशन होगी; हालांकि, सख्त ईएमसी आवश्यकताओं के कारण, इस विशेष अनुप्रयोग के लिए ब्रश मोटर से बचना शायद सबसे अच्छा है। यह ब्रशलेस सिस्टम की तुलना में कम खर्चीला विकल्प होगा, लेकिन यह किसी भी सख्त ईएमसी आवश्यकताओं को पारित करने में कठिनाई पेश कर सकता है।

साइनसॉइडल ड्राइव सिस्टम का उपयोग करने वाली ब्रशलेस डीसी मोटर लोड और मोशन प्रोफाइल (उच्च शक्ति घनत्व) सहित सभी एप्लिकेशन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए पहली पसंद होगी; कम गति पर चिकनी, कॉग-फ्री गति; और एक छोटा यांत्रिक पदचिह्न। इस मामले में, ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स की उच्च आवृत्ति स्विचिंग के कारण अभी भी ईएमआई हस्ताक्षर की संभावना होगी; हालांकि, एक संकीर्ण आवृत्ति बैंड के कारण इन-लाइन फ़िल्टरिंग का उपयोग करके इसे कम किया जा सकता है। एक ब्रश डीसी मोटर एक व्यापक बैंड ईएमआई हस्ताक्षर प्रदर्शित करता है, जिससे इसे फ़िल्टर करना अधिक चुनौतीपूर्ण हो जाता है।

मोटर का आकार निर्धारण तो बस शुरुआत है

यह लेख एक डिजाइनर को अपेक्षाकृत सरल रैखिक गति अनुप्रयोग के लिए मोटर प्रौद्योगिकी चुनते समय विभिन्न विचारों से परिचित कराने के लिए एक संक्षिप्त चर्चा थी। हालाँकि सिद्धांत एक अधिक जटिल प्रणाली जैसे कि XY तालिका या एक बहु-अक्षीय सटीक पिक-एंड-प्लेस तंत्र के लिए समान हैं, प्रत्येक अक्ष को लोड के लिए स्वतंत्र रूप से विश्लेषण करने की आवश्यकता होगी। इस लेख के दायरे से बाहर एक और विचार यह है कि सिस्टम के वांछित जीवन (चक्रों की संख्या) को पूरा करने के लिए एक उपयुक्त सुरक्षा कारक कैसे चुना जाए। सिस्टम का जीवन केवल मोटर के आकार का कार्य नहीं है, बल्कि सिस्टम में अन्य यांत्रिक तत्व जैसे कि गियरबॉक्स और लीड स्क्रू असेंबली भी है। अन्य कारक जैसे कि स्थिति सटीकता, रिज़ॉल्यूशन, दोहराव, अधिकतम रोल, पिच और यॉ, आदि सभी महत्वपूर्ण विचार हैं जो यह सुनिश्चित करते हैं कि रैखिक गति प्रणाली अनुप्रयोग लक्ष्यों को पूरा करती है या उससे अधिक है।