रैखिक गति प्रणालियाँ अनगिनत मशीनों के अंदर पाई जाती हैं जिनमें सटीक लेजर कटिंग सिस्टम, प्रयोगशाला स्वचालन उपकरण, अर्धचालक निर्माण मशीनें, सीएनसी मशीनें, फ़ैक्टरी स्वचालन, और कई अन्य शामिल हैं जो सूची में बहुत अधिक हैं। इनमें यात्री वाहन में एक सस्ती सीट एक्चुएटर जैसे अपेक्षाकृत सरल से लेकर बंद-लूप स्थिति के लिए नियंत्रण और ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ एक जटिल, बहु-अक्ष समन्वय प्रणाली शामिल है। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि रैखिक गति प्रणाली कितनी सरल या जटिल है, सबसे बुनियादी स्तर पर, उन सभी में एक चीज समान है: एक विशिष्ट समय में एक रैखिक दूरी के माध्यम से भार को ले जाना।

रैखिक गति प्रणाली को डिज़ाइन करते समय सबसे आम प्रश्नों में से एक मोटर प्रौद्योगिकी पर केंद्रित है। एक बार तकनीक चुने 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 एक सुरक्षित अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान बनाए रखने के लिए आकार देने की आवश्यकता होती है। 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 प्रौद्योगिकी का उपयोग करके रैखिक गति प्रणाली को डिज़ाइन करते समय विचार करने के लिए बहुत सारे अनुप्रयोग प्रश्न होते हैं। संपूर्ण प्रक्रिया का विस्तृत विवरण इस आलेख के दायरे से परे है। इरादा यह है कि आप मोटर आपूर्तिकर्ता से बात करते समय सही प्रश्न पूछने के बारे में सोचें।

प्रत्येक अनुप्रयोग के लिए सर्वोत्तम मोटर जैसी कोई चीज़ नहीं होती, बल्कि किसी विशेष अनुप्रयोग के लिए सर्वोत्तम मोटर होती है। अधिकांश वृद्धिशील गति अनुप्रयोगों में, विकल्प या तो स्टेपर मोटर, ब्रश डीसी मोटर, या ब्रशलेस डीसी मोटर होगा। सबसे जटिल गति प्रणालियाँ यांत्रिक शक्ति रूपांतरण की आवश्यकता से बचने के लिए सीधे लोड से जुड़ी रैखिक मोटरों का उपयोग कर सकती हैं; लीड स्क्रू/बॉल स्क्रू, गियरबॉक्स, या पुली सिस्टम के माध्यम से अनुवाद की कोई आवश्यकता नहीं है। यद्यपि कोरलेस डायरेक्ट-ड्राइव लीनियर सर्वो सिस्टम के साथ अधिकतम सटीकता, दोहराव और पोजिशनिंग रिज़ॉल्यूशन प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन रोटरी मोटर्स की तुलना में उनकी लागत और जटिलता सबसे अधिक है। रोटरी मोटर्स का उपयोग करने वाला आर्किटेक्चर बहुत कम महंगा है, और अधिकांश रैखिक गति अनुप्रयोगों को पूरा करेगा; हालाँकि, लोड को चलाने के लिए "रोटरी-टू-लीनियर" रूपांतरण (और परिणामस्वरूप, बिजली रूपांतरण) के कुछ साधनों की आवश्यकता होती है।

स्टेपर, ब्रश और ब्रशलेस मोटर सभी को डीसी मोटर माना जाता है; हालाँकि, ऐसी सूक्ष्मताएँ मौजूद हैं जो एक इंजीनियर को किसी विशेष एप्लिकेशन में अन्य दो की तुलना में एक प्रकार को पसंद करने 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 स्थिति सटीकता, दोहराव और रिज़ॉल्यूशन आवश्यकताओं पर भी। प्रत्येक एप्लिकेशन के लिए एक आदर्श मोटर नहीं है, और सभी निर्णयों के लिए डिज़ाइन ट्रेड-ऑफ़ की आवश्यकता होगी। सबसे बुनियादी स्तर पर, सभी मोटरें, चाहे उन्हें एसी या डीसी, ब्रश, ब्रशलेस, 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। हालाँकि, जिस तरह से ये विभिन्न मोटर प्रौद्योगिकियाँ विशेष अनुप्रयोगों में प्रतिक्रिया करती हैं, उसमें नाटकीय अंतर हैं। समग्र मोटर प्रदर्शन, प्रतिक्रिया और टॉर्क उत्पादन भौतिक मोटर डिजाइन में निहित क्षेत्र उत्तेजना और चुंबकीय सर्किट ज्यामिति की विधि, नियंत्रक/ड्राइव द्वारा इनपुट वोल्टेज और करंट के नियंत्रण और वेग या स्थिति प्रतिक्रिया की विधि पर निर्भर करता है, यदि आवेदन की आवश्यकता है.

डीसी स्टेपर, ब्रश सर्वो और ब्रशलेस सर्वो मोटर प्रौद्योगिकियां सभी को बिजली देने के लिए डीसी आपूर्ति 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 भार द्रव्यमान से शुरू होता है और द्रव्यमान को बिंदु ए से बिंदु बी तक कितनी तेजी से स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है। मोटर प्रकार, आकार और यांत्रिक डिजाइन भार को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक शक्ति (वाट) से शुरू होता है। लोड से शुरू करना और अंततः सभी घटकों के माध्यम से ड्राइव बिजली आपूर्ति पर 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। ड्राइव में वोल्टेज और करंट के रूप में वाट अंततः एक निश्चित समय में दिए गए भार को स्थानांतरित करने वाले यांत्रिक आउटपुट वाट में तब्दील हो जाएगा।

लोड पर आवश्यक आउटपुट पावर का संकेत प्राप्त करने के लिए, एक साधारण पावर गणना मोटर को बॉलपार्क करने 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 को संदर्भित किया जाना चाहिए, क्योंकि यह अंततः मोटर के आकार और बिजली आपूर्ति का निर्धारण करेगा। यह व्यक्तिगत प्राथमिकता है कि किन इकाइयों के साथ काम करना है, लेकिन एसआई इकाइयों की अत्यधिक अनुशंसा की जाती है। एसआई इकाइयों में काम करने से कई रूपांतरण स्थिरांक को याद रखने की आवश्यकता से बचा जा सकता है, और अंतिम परिणाम को हमेशा अंग्रेजी इकाइयों में परिवर्तित किया जा सकता है।

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

गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध 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 सिस्टम के बाकी हिस्सों में घटकों को निर्धारित करने के लिए एक प्रारंभिक बिंदु प्रदान किया जाएगा। यह 1 सेकंड में बिंदु A से बिंदु B तक 9Kg के द्रव्यमान को 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 × 0.2एम) / 1.0एस = 17.64डब्ल्यू

यह उस चरम शक्ति से भिन्न है जिसकी सिस्टम से आवश्यकता होगी। एक बार जब त्वरण और मंदी को ध्यान में रखा जाता है, तो चाल 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 कार्य पूरा करने के लिए लगभग 37W अधिकतम शक्ति की आवश्यकता होगी। यह जानकारी, विभिन्न अन्य एप्लिकेशन विशिष्टताओं के साथ, अब सबसे उपयुक्त मोटर तकनीक चुनने में मदद करेगी।

मुझे किस मोटर प्रौद्योगिकी पर विचार करना चाहिए?

उत्कृष्ट स्थिति निर्धारण 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 मांगों को पूरा करते समय एक छोटे यांत्रिक पदचिह्न की आवश्यकता को पूरा नहीं करेगी। 37 वाट की चरम बिजली आवश्यकता के लिए एक बहुत बड़ी स्टेपर मोटर की आवश्यकता होगी। हालाँकि स्टेपर मोटर्स में कम गति पर बहुत अधिक टॉर्क होता है, लेकिन अधिकतम वेग और इस प्रकार मूव प्रोफाइल की बिजली की आवश्यकता सबसे बड़े स्टेपर मोटर्स को छोड़कर सभी की क्षमता से अधिक होती है।

एक ब्रश डीसी सर्वो मोटर लोड आवश्यकताओं को पूरा करेगी, एक छोटा यांत्रिक पदचिह्न, और कम गति पर बहुत चिकनी रोटेशन होगा; हालाँकि, सख्त ईएमसी आवश्यकताओं के कारण, इस विशेष एप्लिकेशन के लिए ब्रश मोटर से बचना संभवतः सबसे अच्छा है। यह ब्रशलेस सिस्टम की तुलना में कम महंगा विकल्प होगा, लेकिन यह किसी भी कठोर 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, कोग-मुक्त गति; और एक छोटा यांत्रिक पदचिह्न। इस मामले में, ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स की उच्च आवृत्ति स्विचिंग के कारण ईएमआई हस्ताक्षर की संभावना अभी भी रहेगी; हालाँकि, 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 साइज़िंग अभी शुरुआत है

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