लीनियर मोटर्स का उपयोग तेजी से बढ़ रहा है। ये मशीनों को उच्चतम स्तर की परिशुद्धता और गतिशील प्रदर्शन प्रदान करते हैं।

लीनियर मोटरें स्थिति निर्धारण के लिए बहुत तेज़ और सटीक होती हैं, लेकिन मशीन हेड और स्लाइड के साथ-साथ टूल और पार्ट हैंडलिंग सिस्टम के लिए धीमी, स्थिर गति से चलने में भी सक्षम होती हैं। लेजर सर्जरी, दृष्टि निरीक्षण और बोतल एवं सामान हैंडलिंग जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों में लीनियर मोटरों का उपयोग किया जाता है क्योंकि ये अत्यंत विश्वसनीय होती हैं, कम रखरखाव की आवश्यकता होती है और उत्पादन चक्र को बेहतर बनाती हैं।

उच्च गति और बल

लीनियर मोटर्स सीधे अपने लोड से जुड़ी होती हैं, जिससे कई कपलिंग कंपोनेंट्स - मैकेनिकल कपलिंग, पुली, टाइमिंग बेल्ट, बॉलस्क्रू, चेन ड्राइव और रैक एंड पिनियन आदि - की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। इससे लागत कम होती है और बैकलैश भी कम होता है। लीनियर मोटर्स निरंतर गति, करोड़ों चक्रों तक सटीक स्थिति निर्धारण और उच्च गति प्रदान करती हैं।

लीनियर मोटरों से प्राप्त होने वाली सामान्य गति भिन्न-भिन्न होती है: पिक एंड प्लेस मशीनें (जो कई छोटे-छोटे मूवमेंट करती हैं) और निरीक्षण उपकरण इनका उपयोग करते हैं।रैखिक स्टेपर60 इंच/सेकंड तक की गति के साथ; फ्लाइंग-शियर अनुप्रयोगों और पिक एंड प्लेस मशीनों में इनका उपयोग लंबी दूरी तक सामान ले जाने के लिए किया जाता है।कॉग-मुक्त ब्रशलेस200 इंच/सेकंड तक की गति के लिए लीनियर मोटर्स; रोलर कोस्टर, वाहन लॉन्चर और लोगों को ले जाने वाले वाहन लीनियर मोटर्स का उपयोग करते हैं।एसी प्रेरणमोटरें 2,000 इंच/सेकंड तक की गति प्राप्त कर सकती हैं।

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

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

गति और बल के अलावा अन्य कारक भी मौजूद हैं। उदाहरण के लिए, कन्वेयर सिस्टम लंबी दूरी तक चलने वाले रैखिक एसी इंडक्शन मोटर्स का उपयोग करते हैं, और इनमें स्थायी चुंबकों के बिना निष्क्रिय द्वितीयक भाग होने के लाभ होते हैं। लेजर नेत्र शल्य चिकित्सा और अर्धचालक निर्माण जैसे अनुप्रयोगों में सटीकता और सुगम संचालन के लिए ब्रशलेस कॉग-फ्री मोटर्स का उपयोग किया जाता है।

बुनियादी संचालन

लीनियर मोटर्स दो विद्युतचुंबकीय बलों की परस्पर क्रिया के माध्यम से काम करती हैं - वही मूलभूत परस्पर क्रिया जो रोटरी मोटर में टॉर्क उत्पन्न करती है।

एक रोटरी मोटर को काटकर उसे चपटा करने की कल्पना कीजिए: इससे लीनियर मोटर की ज्यामिति का एक मोटा-मोटा अंदाजा लग जाता है। टॉर्क के लिए लोड को घूमने वाले शाफ्ट से जोड़ने के बजाय, लीनियर गति और बल के लिए लोड को एक सपाट गतिशील सतह से जोड़ा जाता है। संक्षेप में, टॉर्क रोटरी मोटर द्वारा किए गए कार्य की अभिव्यक्ति है, जबकि बल लीनियर मोटर के कार्य की अभिव्यक्ति है।

शुद्धता

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

इसके विपरीत, लोड से सीधे जुड़ा हुआ लीनियर मोटर 0.0007 से 0.000008 इंच तक की सटीकता देता है। ध्यान दें कि इन आंकड़ों में कपलिंग और बॉलस्क्रू बैकलैश शामिल नहीं हैं, और ये रोटरी सिस्टम की सटीकता को और कम कर देते हैं।

सापेक्ष सटीकता भिन्न-भिन्न होती है: यहाँ जिस सामान्य रोटरी स्टेपर मोटर का हम वर्णन कर रहे हैं, वह मानव बाल के व्यास के भीतर सटीक रूप से स्थिति निर्धारित कर सकती है। हालांकि, सर्वो मोटर इस सटीकता को 80 गुना तक बढ़ा देती हैं, जबकि लीनियर मोटर इसे और भी बेहतर बना सकती हैं - मानव बाल के व्यास से 500 गुना तक छोटी सटीकता तक।

कई बार उपकरण के जीवनकाल में रखरखाव और लागत सटीकता से अधिक महत्वपूर्ण कारक होते हैं। लीनियर मोटरें इस मामले में भी उत्कृष्ट हैं: लीनियर मोटरों के उपयोग से रखरखाव लागत आमतौर पर कम हो जाती है, क्योंकि गैर-संपर्क पुर्जे मशीन के संचालन को बेहतर बनाते हैं और विफलताओं के बीच औसत समय को बढ़ाते हैं। इसके अलावा, लीनियर मोटरों का शून्य बैकलैश झटके को खत्म करता है, जिससे मशीन का जीवनकाल और बढ़ जाता है। अन्य लाभ: रखरखाव चक्रों के बीच का समय बढ़ाया जा सकता है, जिससे परिचालन प्रवाह बेहतर होता है। कम रखरखाव और कम कर्मचारियों की भागीदारी से लाभ बढ़ता है और उपकरण के जीवनकाल में स्वामित्व लागत कम होती है।

लाभों की तुलना

अनुप्रयोगों में रेखीय गति की आवश्यकता होती है। यदि घूर्णी मोटर का उपयोग किया जा रहा है, तो घूर्णी गति को रेखीय गति में परिवर्तित करने के लिए एक यांत्रिक रूपांतरण तंत्र आवश्यक है। यहाँ, डिज़ाइनर सीमाओं को कम करते हुए अनुप्रयोग के लिए सबसे उपयुक्त रूपांतरण तंत्र का चयन करते हैं।

• लीनियर मोटर बनाम बेल्ट और पुली:रोटरी मोटर से रैखिक गति प्राप्त करने के लिए, बेल्ट और पुली का उपयोग करना एक सामान्य तरीका है। आमतौर पर, थ्रस्ट बल बेल्ट की तन्यता शक्ति द्वारा सीमित होता है; तेजी से शुरू और बंद होने से बेल्ट में खिंचाव और अनुनाद उत्पन्न हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप सेटलिंग समय बढ़ जाता है। यांत्रिक वाइंडअप, बैकलैश और बेल्ट में खिंचाव से दोहराव, सटीकता और मशीन की उत्पादन क्षमता भी कम हो जाती है। चूंकि सर्वो गति में गति और दोहराव ही सबसे महत्वपूर्ण हैं, इसलिए यह सबसे अच्छा विकल्प नहीं है। जहां बेल्ट-पुली डिज़ाइन 3 मीटर/सेकंड की गति तक पहुंच सकता है, वहीं रैखिक मोटर 10 मीटर/सेकंड की गति प्राप्त कर सकता है। बिना किसी बैकलैश या वाइंडअप के, डायरेक्ट-ड्राइव रैखिक मोटर दोहराव और सटीकता को और भी बेहतर बनाते हैं।
• लीनियर मोटर बनाम रैक और पिनियन मोटर:बेल्ट और पुली डिज़ाइन की तुलना में रैक और पिनियन अधिक थ्रस्ट और यांत्रिक कठोरता प्रदान करते हैं। हालांकि, समय के साथ द्विदिश घिसाव के कारण दोहराव की क्षमता संदिग्ध हो जाती है और सटीकता में कमी आती है - यह इस तंत्र की प्रमुख कमियां हैं। बैकलैश मोटर फीडबैक को वास्तविक लोड स्थिति का पता लगाने से रोकता है, जिससे अस्थिरता उत्पन्न होती है और कम लाभ और धीमी समग्र प्रदर्शन की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत, लीनियर मोटर्स द्वारा संचालित मशीनें अधिक तेज़ होती हैं और अधिक सटीक स्थिति निर्धारित करती हैं।
• लीनियर मोटर बनाम बॉलस्क्रू:घूर्णी गति को रेखीय गति में परिवर्तित करने का सबसे सामान्य तरीका लीड या बॉलस्क्रू का उपयोग करना है। ये सस्ते तो होते हैं, लेकिन कम कुशल होते हैं: लीड स्क्रू की दक्षता आमतौर पर 50% या उससे कम होती है, जबकि बॉलस्क्रू की दक्षता लगभग 90% होती है। उच्च घर्षण से ऊष्मा उत्पन्न होती है, और लंबे समय तक घिसाव के कारण सटीकता कम हो जाती है। यात्रा दूरी यांत्रिक रूप से सीमित होती है। इसके अलावा, रेखीय गति सीमा को केवल पिच बढ़ाकर ही बढ़ाया जा सकता है, लेकिन इससे स्थितिगत परिशुद्धता कम हो जाती है; अत्यधिक उच्च घूर्णी गति के कारण स्क्रू में कंपन भी हो सकता है। रेखीय मोटरें लंबी, असीमित यात्रा प्रदान करती हैं। लोड पर एनकोडर के साथ, दीर्घकालिक सटीकता आमतौर पर ±5 µm/300 mm होती है।

बुनियादी रैखिक मोटर प्रकार

जिस प्रकार रोटरी मोटर की विभिन्न प्रौद्योगिकियाँ होती हैं, उसी प्रकार रैखिक मोटर के भी कई प्रकार होते हैं: स्टेपर, ब्रशलेस और रैखिक एसी इंडक्शन आदि। ध्यान दें कि रैखिक प्रौद्योगिकी में ड्राइव (एम्पलीफायर), पोजिशनर (मोशन कंट्रोलर) और फीडबैक डिवाइस (जैसे हॉल सेंसर और एनकोडर) का उपयोग होता है, जो उद्योग में आमतौर पर उपलब्ध होते हैं।

कई डिजाइनों को कस्टम लीनियर मोटर्स से फायदा होता है, लेकिन स्टॉक डिजाइन आमतौर पर उपयुक्त होते हैं।

ब्रश रहित आयरन-कोर लीनियर मोटर्सइन मोटरों की विशेषता यह है कि इनमें चुंबकीय प्रवाह को प्रवाहित करने के लिए गतिशील बलक में स्टील की परत चढ़ाई जाती है। इस प्रकार की मोटर की बल क्षमता अधिक होती है और यह अधिक कुशल होती है, लेकिन समान आकार की कॉग-मुक्त मोटरों की तुलना में इसका वजन तीन से पाँच गुना अधिक होता है। स्थिर प्लेटिन में निकल कोल्ड-रोल्ड स्टील प्लेट पर लगे बहु-ध्रुवीय प्रत्यावर्ती ध्रुवता वाले स्थायी चुंबक होते हैं। गतिशील बलक पर लगी स्टील की परतें स्थिर प्लेटिन पर लगे चुंबकों के साथ प्रतिक्रिया करती हैं, जिससे एक "आकर्षक" बल उत्पन्न होता है और मोटर के एक चुंबकीय क्षेत्र से दूसरे चुंबकीय क्षेत्र में जाने पर थोड़ी मात्रा में कॉगिंग या तरंग उत्पन्न होती है, जिसके परिणामस्वरूप वेग में भिन्नता आती है।

ये मोटरें अत्यधिक बल उत्पन्न करती हैं, इनका तापीय द्रव्यमान अधिक होता है और तापीय समय स्थिरांक लंबा होता है - इसलिए ये उच्च बल, आंतरायिक कार्य-चक्र वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं जो बहुत भारी भार को स्थानांतरित करते हैं, जैसे कि स्थानांतरण लाइनें और मशीन उपकरण; इन्हें असीमित गति के लिए डिज़ाइन किया गया है और इनमें अतिव्यापी प्रक्षेप पथ वाले कई गतिशील प्लेटन शामिल हो सकते हैं।

ब्रश रहित, गियर-मुक्त मोटरगतिशील बलक में स्टील लेमिनेशन के बिना एक कॉइल असेंबली होती है। कॉइल में तार, एपॉक्सी और गैर-चुंबकीय सहायक संरचना होती है। यह इकाई वजन में काफी हल्की होती है। मूल डिजाइन कम बल उत्पन्न करता है, इसलिए स्थिर ट्रैक पर अतिरिक्त चुंबक लगाए जाते हैं (बल बढ़ाने के लिए) और ट्रैक U आकार का होता है जिसके दोनों ओर चुंबक लगे होते हैं। बलक को U के मध्य में स्थापित किया जाता है।

ये मोटरें उन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं जिनमें चुंबकीय अवरोध के बिना सुचारू संचालन की आवश्यकता होती है, जैसे स्कैनिंग या निरीक्षण उपकरण। इनकी उच्च त्वरण क्षमता सेमीकंडक्टर पिक एंड प्लेस, चिप सॉर्टिंग और सोल्डर एवं एडहेसिव डिस्पेंसिंग में उपयोगी है। ये मोटरें असीमित गति के लिए डिज़ाइन की गई हैं।

लीनियर स्टेपरये उपकरण लंबे समय से उपलब्ध हैं; गतिशील बलक में दाँतों से सटीक रूप से खांचेदार स्तरित इस्पात कोर, एक एकल स्थायी चुंबक और स्तरित कोर में डाली गई कुंडलियाँ होती हैं। (ध्यान दें कि दो कुंडलियों के परिणामस्वरूप दो-चरण स्टेपर बनता है।) यह संयोजन एक एल्यूमीनियम आवरण में बंद होता है।

स्थिर प्लैटन में एक स्टील बार पर फोटोकेमिकल विधि से उत्कीर्ण दांत होते हैं, जिसे घिसकर निकल की परत चढ़ाई जाती है। इसे असीमित लंबाई तक एक दूसरे के ऊपर रखा जा सकता है। मोटर में फोर्सर, बेयरिंग और प्लैटन शामिल होते हैं। चुंबक से उत्पन्न आकर्षण बल का उपयोग बेयरिंग के लिए प्रीलोड के रूप में किया जाता है; यह यूनिट को विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उल्टी स्थिति में भी संचालित करने में सक्षम बनाता है।

एसी प्रेरण मोटरइसमें एक फोर्सर होता है जो स्टील लेमिनेशन और फेज वाइंडिंग से बनी एक कॉइल असेंबली होती है। वाइंडिंग सिंगल-फेज या थ्री-फेज हो सकती हैं। यह डायरेक्ट ऑनलाइन कंट्रोल या इन्वर्टर या वेक्टर ड्राइव के माध्यम से कंट्रोल की सुविधा देता है। स्थिर प्लेटिन (जिसे रिएक्शन प्लेट कहा जाता है) आमतौर पर कोल्ड रोल स्टील पर एल्यूमीनियम या तांबे की एक पतली परत से बना होता है।

फोर्सर कॉइल में बिजली प्रवाहित होने पर, यह रिएक्शन प्लेट के साथ प्रतिक्रिया करता है और गतिमान हो जाता है। इस डिज़ाइन की मुख्य विशेषताएँ हैं उच्च गति और असीमित यात्रा दूरी; इनका उपयोग सामग्री परिवहन, मानव परिवहन, कन्वेयर और स्लाइडिंग गेट्स में किया जाता है।

नए डिजाइन अवधारणाएँ

नवीनतम डिज़ाइन सुधारों में से कुछ को पुनर्रचना के माध्यम से लागू किया गया है। उदाहरण के लिए, कुछ लीनियर स्टेपर मोटर्स (जो मूल रूप से एक ही तल में गति प्रदान करने के लिए डिज़ाइन की गई थीं) को अब दो तलों में गति प्रदान करने के लिए पुनर्रचना की गई है - यानी XY गति के लिए। यहाँ, गतिमान बल में दो लीनियर स्टेपर मोटर्स शामिल हैं जो 90° के कोण पर लंबवत रूप से लगे होते हैं, जिससे एक X-अक्ष गति प्रदान करता है और दूसरा Y-अक्ष गति प्रदान करता है। अतिव्यापी प्रक्षेप पथ वाले कई बल भी संभव हैं।

इन दो-प्लेन मोटरों में, स्थिर प्लेटफॉर्म (या प्लैटन) मजबूती के लिए नई कंपोजिट संरचना का उपयोग करता है। कठोरता में भी सुधार हुआ है, जिससे पिछले उत्पादन मॉडलों की तुलना में विक्षेपण 60 से 80% तक कम हो गया है। सटीक गति के लिए प्लैटन की समतलता 300 मिमी प्रति 14 माइक्रोन से अधिक है। अंत में: स्टेपर मोटरों में स्वाभाविक आकर्षण बल होने के कारण, इस अवधारणा से प्लैटन को सीधा या उल्टा करके लगाया जा सकता है, जिससे अनुप्रयोगों में बहुमुखी प्रतिभा और लचीलापन मिलता है।

एक और इंजीनियरिंग नवाचार - जल शीतलन - रैखिक एसी प्रेरण मोटरों की बल क्षमता को 25% तक बढ़ा देता है। इस क्षमता वृद्धि और असीमित यात्रा लंबाई के लाभ के साथ, एसी प्रेरण मोटरें कई अनुप्रयोगों के लिए उच्चतम प्रदर्शन प्रदान करती हैं: मनोरंजन झूले, सामान ढोने और यात्रियों को लाने-ले जाने वाले वाहन। उद्योग में उपलब्ध समायोज्य गति ड्राइव के माध्यम से गति को परिवर्तनीय (6 से 2,000 इंच/सेकंड तक) बनाया जा सकता है।

एक अन्य मोटर में गति प्रदान करने के लिए एक स्थिर बेलनाकार आवरण के भीतर एक रैखिक गतिमान भाग होता है। यह गतिमान भाग तांबे की परत चढ़ी स्टील की छड़, एक गतिमान कुंडली या एक गतिमान चुंबक हो सकता है, जैसे कि सिलेंडर के भीतर एक पिस्टन।

ये डिज़ाइन लीनियर मोटर के लाभ प्रदान करते हैं और लीनियर एक्चुएटर के समान कार्य करते हैं। इनके अनुप्रयोगों में बायोमेडिकल कोलोनोस्कोपी, लंबे शटर एक्चुएटर वाले कैमरे, कंपन को कम करने वाले टेलीस्कोप, लिथोग्राफी फोकसिंग मोटर, जनरेटर को ऑनलाइन करने के लिए ब्रेकर को ट्रिगर करने वाले जनरेटर स्विच गियर और खाद्य पदार्थों को दबाने वाले उपकरण (जैसे टॉर्टिला को आकार देना) शामिल हैं।

पेलोड की पोजिशनिंग के लिए पूर्ण लीनियर मोटर पैकेज या स्टेज उपयुक्त होते हैं। इनमें मोटर, फीडबैक एनकोडर, लिमिट स्विच और केबल कैरियर शामिल होते हैं। मल्टी-एक्सिस मूवमेंट के लिए स्टेज को एक के ऊपर एक रखा जा सकता है।

लीनियर स्टेज का एक फायदा यह है कि इनका आकार छोटा होता है, जिससे ये पारंपरिक पोजीशनर की तुलना में कम जगह में भी आसानी से लग जाते हैं। कम कंपोनेंट होने से विश्वसनीयता बढ़ जाती है। यहां, मोटर रेगुलर ड्राइव से जुड़ी है। क्लोज्ड-लूप ऑपरेशन में, मोशन कंट्रोलर की मदद से पोजीशन लूप को बंद किया जाता है।

स्टॉक उत्पादों के अलावा, कस्टम और विशेष डिज़ाइन भी प्रचुर मात्रा में उपलब्ध हैं। अंततः, अनुप्रयोग आवश्यकताओं के लिए सबसे उपयुक्त लीनियर उत्पाद का निर्धारण करने के लिए एक एप्लीकेशन इंजीनियर के साथ उपकरण संबंधी आवश्यकताओं की समीक्षा करना सबसे अच्छा है।