रैखिक गति प्रणालियों को अनगिनत मशीनों के अंदर पाया जाता है, जिसमें सटीक लेजर कटिंग सिस्टम, प्रयोगशाला स्वचालन उपकरण, सेमीकंडक्टर फैब्रिकेशन मशीन, सीएनसी मशीन, फैक्ट्री ऑटोमेशन, और कई अन्य लोगों को सूचीबद्ध करने के लिए बहुत सारे शामिल हैं। वे अपेक्षाकृत सरल से हैं जैसे कि एक यात्री वाहन में एक सस्ती सीट एक्ट्यूएटर, एक जटिल, बहु-अक्ष समन्वय प्रणाली के लिए नियंत्रण और बंद-लूप पोजिशनिंग के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स को ड्राइव करने के साथ। कोई फर्क नहीं पड़ता कि सबसे बुनियादी स्तर पर रैखिक गति प्रणाली कितनी सरल या जटिल है, उन सभी में एक चीज समान है: एक विशिष्ट मात्रा में एक रैखिक दूरी के माध्यम से एक लोड को स्थानांतरित करना।

मोटर प्रौद्योगिकी पर एक रैखिक गति प्रणाली केंद्रों को डिजाइन करते समय सबसे सामान्य प्रश्नों में से एक। एक बार जब तकनीक को चुना जाता है, तो लोड त्वरण की मांगों को पूरा करने के लिए मोटर को आकार देने की आवश्यकता होती है, सिस्टम में घर्षण पर काबू पाने और एक सुरक्षित अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान को बनाए रखते हुए, सभी गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव पर काबू पाने के लिए। मोटर की टोक़, गति, शक्ति और स्थिति क्षमता मोटर डिजाइन का एक कार्य है, जो ड्राइव और नियंत्रण के साथ मिलकर है।

मुझे किस मोटर के साथ शुरू करना चाहिए?

किसी विशेष मोटर तकनीक का उपयोग करके एक रैखिक गति प्रणाली को डिजाइन करते समय विचार करने के लिए बहुत सारे एप्लिकेशन प्रश्न हैं। पूरी प्रक्रिया का एक विस्तृत विवरण इस लेख के दायरे से परे है। मोटर आपूर्तिकर्ता के साथ बात करते समय सही सवाल पूछने के बारे में सोचने का इरादा है।

हर एप्लिकेशन के लिए सबसे अच्छी मोटर जैसी कोई चीज नहीं है, बल्कि किसी विशेष एप्लिकेशन के लिए सबसे अच्छी मोटर है। वृद्धिशील गति अनुप्रयोगों के विशाल बहुमत में, विकल्प या तो एक स्टेपर मोटर, ब्रश डीसी मोटर, या ब्रशलेस डीसी मोटर होगा। सबसे जटिल गति प्रणाली यांत्रिक शक्ति रूपांतरण की आवश्यकता से बचने के लिए, लोड के लिए सीधे युग्मित रैखिक मोटर्स का उपयोग कर सकती है; लीड स्क्रू/बॉल स्क्रू, गियरबॉक्स या पुली सिस्टम के माध्यम से अनुवाद की कोई आवश्यकता नहीं है। यद्यपि अधिकतम सटीकता, दोहराव और स्थिति संकल्प को कोरलेस डायरेक्ट-ड्राइव रैखिक सर्वो सिस्टम के साथ प्राप्त किया जा सकता है, वे रोटरी मोटर्स के साथ तुलना में उच्चतम लागत और जटिलता हैं। रोटरी मोटर्स का उपयोग करने वाला एक वास्तुकला बहुत कम महंगा है, और रैखिक गति अनुप्रयोगों के बहुमत को पूरा करेगा; हालांकि, लोड को चलाने के लिए "रोटरी-टू-लीनियर" रूपांतरण (और परिणामस्वरूप, बिजली रूपांतरण) के कुछ साधन की आवश्यकता होती है।

स्टेपर, ब्रश और ब्रशलेस मोटर्स को सभी डीसी मोटर्स माना जाता है; हालांकि, सूक्ष्मताएं मौजूद हैं जो एक इंजीनियर को किसी विशेष एप्लिकेशन में अन्य दो पर एक प्रकार का पक्ष लेगी। यह जोर दिया जाना चाहिए कि यह विकल्प न केवल गति और टोक़ के संदर्भ में, बल्कि पोजिशनिंग सटीकता, दोहराव और संकल्प आवश्यकताओं के संदर्भ में, सिस्टम की डिजाइन आवश्यकताओं पर अत्यधिक निर्भर है। हर एप्लिकेशन के लिए एक सही मोटर नहीं है, और सभी निर्णयों के लिए डिजाइन ट्रेड-ऑफ की आवश्यकता होगी। सबसे बुनियादी स्तर पर, सभी मोटर्स, चाहे उन्हें एसी या डीसी, ब्रश, ब्रश, या उस मामले के लिए कोई अन्य इलेक्ट्रिक मोटर कहा जाता है, टॉर्क उत्पन्न करने के लिए भौतिकी के एक ही सिद्धांत के तहत काम करते हैं: चुंबकीय क्षेत्रों की बातचीत। हालांकि, नाटकीय अंतर हैं, जिस तरह से ये विभिन्न मोटर प्रौद्योगिकियां विशेष अनुप्रयोगों में प्रतिक्रिया करती हैं। कुल मिलाकर मोटर प्रदर्शन, प्रतिक्रिया, और टोक़ पीढ़ी भौतिक मोटर डिजाइन में निहित क्षेत्र उत्तेजना और चुंबकीय सर्किट ज्यामिति की विधि पर निर्भर करती है, नियंत्रक/ड्राइव द्वारा इनपुट वोल्टेज और वर्तमान का नियंत्रण, और वेग या स्थिति प्रतिक्रिया की विधि, यदि आवेदन की आवश्यकता है।

डीसी स्टेपर, ब्रश सर्वो, और ब्रशलेस सर्वो मोटर टेक्नोलॉजीज सभी उन्हें बिजली देने के लिए डीसी आपूर्ति का उपयोग करते 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; इलेक्ट्रॉनिक्स को घुमावदार करंट (आउटपुट टॉर्क से संबंधित) और वाइंडिंग वोल्टेज (आउटपुट स्पीड से संबंधित) को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक है। नीचे सूचीबद्ध 3 प्रौद्योगिकियों की ताकत और कमजोरियों का सारांश है।

रैखिक प्रणाली का डिज़ाइन लोड द्रव्यमान के साथ शुरू होता है और लोड को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक पावर (वाट्स) के साथ प्वाइंट ए से लेकर पॉइंट बी। लोड के साथ शुरू करना और अंततः ड्राइव पावर सप्लाई के लिए सभी घटकों के माध्यम से वापस काम करना, विश्लेषण बीच में घटकों की विभिन्न क्षमताओं पर विचार करते हुए सिस्टम के एक हिस्से से दूसरे हिस्से में बिजली रूपांतरण को समझने के लिए चरणों की एक श्रृंखला है। वोल्टेज और ड्राइव में वर्तमान के रूप में वाट अंततः यांत्रिक आउटपुट वाट में अनुवाद करेगा जो किसी विशिष्ट समय में दिए गए लोड को स्थानांतरित करता है।

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

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

गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ उठाए गए 9-किलोग्राम द्रव्यमान को लगभग 88N के बल की आवश्यकता होगी। लोड को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक वाट की गणना करने से बाकी सिस्टम में घटकों को निर्धारित करने के लिए एक प्रारंभिक बिंदु प्रदान करेगा। यह 1 सेकंड में बिंदु A से बिंदु B तक लंबवत रूप से 9kg के द्रव्यमान को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक औसत शक्ति है। घर्षण जैसे सिस्टम के नुकसान शामिल नहीं हैं। आवश्यक मोटर शाफ्ट पावर कुछ हद तक अधिक होगा और सिस्टम में उपयोग किए जाने वाले अन्य घटकों जैसे गियरबॉक्स और लीड स्क्रू पर निर्भर करता है।

P = (f × s) / t

P = (88n × 0.2m) / 1.0s = 17.64w

यह पीक पावर से अलग है जो सिस्टम से आवश्यक होगा। एक बार त्वरण और मंदी को ध्यान में रखा जाता है, मूव प्रोफाइल के दौरान तात्कालिक शक्ति कुछ हद तक अधिक होगी; हालांकि, लोड पर आवश्यक औसत आउटपुट पावर लगभग 18 वाट है। सभी घटकों के गहन विश्लेषण के बाद, इस तरह की एक प्रणाली को नौकरी को पूरा करने के लिए लगभग 37W पीक पावर की आवश्यकता होगी। यह जानकारी, विभिन्न अन्य एप्लिकेशन चश्मा के साथ, अब सबसे उपयुक्त मोटर तकनीक चुनने में मदद करेगी।

मुझे किस मोटर तकनीक पर विचार करना चाहिए?

उत्कृष्ट स्थिति क्षमता और अपेक्षाकृत सरल नियंत्रण एक डिजाइनर को पहले एक स्टेपर मोटर का उपयोग करने की संभावना को देखने के लिए नेतृत्व करेंगे। एक स्टेपर मोटर, हालांकि, लोड मांगों को पूरा करते समय एक छोटे यांत्रिक पदचिह्न की आवश्यकता को पूरा नहीं करेगा। 37 वाट की शिखर बिजली की आवश्यकता के लिए एक बहुत बड़ी स्टेपर मोटर की आवश्यकता होगी। यद्यपि स्टेपर मोटर्स में कम गति पर बहुत उच्च टोक़ होता है, शिखर वेग और इस प्रकार मूव प्रोफाइल की बिजली की आवश्यकता सभी की क्षमता से अधिक होती है, लेकिन सबसे बड़े स्टेपर मोटर्स।

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

साइनसोइडल ड्राइव सिस्टम का उपयोग करके 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, कोग-मुक्त गति; और एक छोटा यांत्रिक पदचिह्न। इस मामले में, ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स की उच्च आवृत्ति स्विचिंग के कारण अभी भी एक ईएमआई हस्ताक्षर की क्षमता होगी; हालांकि, यह एक संकीर्ण आवृत्ति बैंड के कारण इन-लाइन फ़िल्टरिंग का उपयोग करके कम किया जा सकता है। एक ब्रश डीसी मोटर एक व्यापक बैंड ईएमआई हस्ताक्षर प्रदर्शित करता है, जो इसे फ़िल्टर करने के लिए अधिक चुनौतीपूर्ण बनाता है।

मोटर साइज़िंग सिर्फ शुरुआत है

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