रैखिक मोटरों का प्रचलन बढ़ रहा है। ये मशीनों को सर्वोच्च परिशुद्धता और गतिशील प्रदर्शन प्रदान करती हैं।

रैखिक 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-ट्रैवर्स गति में भी सक्षम होती हैं। विभिन्न अनुप्रयोगों - लेज़र सर्जरी, दृष्टि निरीक्षण, और बोतल और सामान प्रबंधन - में रैखिक मोटरों का उपयोग किया जाता है क्योंकि वे अत्यधिक विश्वसनीय होती हैं, कम रखरखाव की आवश्यकता होती है, और उत्पादन चक्र में सुधार करती हैं।

उच्च गति और बल

रैखिक मोटरें सीधे अपने भार से जुड़ी होती हैं, जिससे कई युग्मन घटक हट जाते हैं—जैसे यांत्रिक युग्मन, पुली, टाइमिंग बेल्ट, बॉलस्क्रू, चेन ड्राइव, और रैक और पिनियन, आदि। इससे लागत और यहाँ तक कि बैकलैश भी कम होता है। रैखिक मोटरें निरंतर गति, करोड़ों चक्रों के लिए सटीक स्थिति निर्धारण और उच्च गति भी प्रदान करती हैं।

रैखिक मोटरों द्वारा प्राप्त की जाने वाली विशिष्ट गति भिन्न होती है: पिक एंड प्लेस मशीनें (जो बहुत सी छोटी चालें बनाती हैं) और निरीक्षण उपकरण का उपयोगरैखिक स्टेपर्स60 इंच/सेकंड तक की गति के साथ; फ्लाइंग-शीयर अनुप्रयोग और पिक एंड प्लेस मशीनें जो लंबी चाल का उपयोग करती हैंकोग-मुक्त ब्रशलेस200 इंच/सेकंड तक की गति के लिए रैखिक मोटर; रोलर कोस्टर, वाहन लांचर, और लोगों को ले जाने वाले वाहन रैखिक का उपयोग करते हैंएसी प्रेरणमोटरों को 2,000 इंच/सेकंड की गति प्राप्त करने के लिए।

एक और कारक जो यह निर्धारित करता है कि कौन सी रैखिक-मोटर तकनीक सबसे अच्छी है: अनुप्रयोग भार को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक बल। भार या द्रव्यमान, अनुप्रयोग के त्वरण प्रोफ़ाइल के साथ, अंततः इस बल को निर्धारित करते हैं।

प्रत्येक अनुप्रयोग भिन्न-भिन्न चुनौतियां प्रस्तुत करता है; हालांकि, सामान्यतः, पार्ट-ट्रांसफर प्रणालियां 220 N या 50 lb तक के बल के साथ रैखिक स्टेपर्स का उपयोग करती हैं; सेमीकंडक्टर, लेजर कटिंग, वॉटर-जेट कटिंग, और रोबोटिक्स 2,500 N तक के बल के साथ ब्रशलेस कॉग-फ्री मोटर का उपयोग करते हैं; कन्वेयर प्रणालियां 2,200 N तक के बल के साथ रैखिक एसी इंडक्शन मोटर का उपयोग करती हैं; और ट्रांसफर लाइन और मशीन टूल्स 14,000 N तक के बल के साथ आयरन-कोर ब्रशलेस मोटर का उपयोग करते हैं। ध्यान रखें कि प्रत्येक अनुप्रयोग भिन्न होता है और निर्माता अनुप्रयोग इंजीनियर सामान्यतः इस विनिर्देशन 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 रहित निष्क्रिय द्वितीयक मोटर के लाभों के कारण रैखिक एसी इंडक्शन मोटर का उपयोग करते हैं। लेज़र नेत्र शल्य चिकित्सा और अर्धचालक निर्माण जैसे अनुप्रयोगों में सटीकता और सुगम यात्रा के लिए ब्रशलेस कॉग-फ्री का उपयोग किया जाता है।

मूल संचालन

रैखिक मोटर दो विद्युतचुंबकीय बलों की परस्पर क्रिया के माध्यम से संचालित होती है - वही मूलभूत परस्पर क्रिया जो घूर्णी मोटर में टॉर्क उत्पन्न करती है।

कल्पना कीजिए कि एक घूर्णन मोटर को काटकर उसे समतल कर दिया जाए: इससे एक रैखिक मोटर की ज्यामिति का एक मोटा अंदाज़ा मिलता है। टॉर्क के लिए भार को घूर्णन शाफ्ट से जोड़ने के बजाय, रैखिक गति और बल के लिए भार को एक सपाट चलती कार से जोड़ा जाता है। संक्षेप में, टॉर्क एक घूर्णन मोटर द्वारा किए गए कार्य की अभिव्यक्ति है, जबकि बल रैखिक 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 इस सिस्टम की सटीकता लगभग 0.004 से 0.008 इंच, या 0.1 से 0.2 मिमी होती है। सर्वोमोटर द्वारा संचालित एक रोटरी सिस्टम 0.001 से 0.0001 इंच तक सटीक होता है।

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

सापेक्ष सटीकता अलग-अलग होती है: यहाँ जिस विशिष्ट रोटरी स्टेपर का हम विस्तार से वर्णन कर रहे हैं, वह अभी भी मानव बाल के व्यास के भीतर सटीक रूप से स्थिति निर्धारित कर सकता है। हालाँकि, सर्वो इसे 80 गुना तक बेहतर बना सकते हैं, जबकि एक रैखिक मोटर इसे और भी बेहतर बना सकती है—मानव बाल के व्यास से 500 गुना छोटा।

कभी-कभी रखरखाव और लागत (उपकरण के जीवनकाल में) सटीकता से ज़्यादा महत्वपूर्ण होते हैं। रैखिक मोटरें इस मामले में भी उत्कृष्ट हैं: रैखिक मोटरों के उपयोग से रखरखाव लागत आम तौर पर कम हो जाती है, क्योंकि गैर-संपर्क पुर्जे मशीन के संचालन को बेहतर बनाते हैं और विफलताओं के बीच औसत समय बढ़ाते हैं। इसके अलावा, रैखिक मोटरों का शून्य बैकलैश झटके को समाप्त 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 में वृद्धि होती है। कम रखरखाव और कम कर्मचारी लगने से अंतिम परिणाम - लाभ - में सुधार होता है और उपकरण के जीवनकाल में स्वामित्व की लागत कम होती है।

लाभों की तुलना

अनुप्रयोगों में रैखिक गति की आवश्यकता होती है। यदि रोटरी मोटर का उपयोग किया जा रहा है, तो रोटरी को रैखिक गति में बदलने के लिए एक यांत्रिक रूपांतरण तंत्र आवश्यक है। यहाँ, डिज़ाइनर सीमाओं को न्यूनतम रखते हुए, अनुप्रयोग के लिए सबसे उपयुक्त रूपांतरण तंत्र का चयन करते हैं।

• रैखिक मोटर बनाम बेल्ट और पुली:रोटरी मोटर से रैखिक गति प्राप्त करने के लिए, एक सामान्य तरीका बेल्ट और पुली का उपयोग करना है। आमतौर पर, प्रणोद बल बेल्ट की तन्य शक्ति द्वारा सीमित होता है; तेज़ स्टार्ट और स्टॉप बेल्ट में खिंचाव और इसलिए अनुनाद पैदा कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सेटलमेंट समय बढ़ जाता है। यांत्रिक वाइंडअप, बैकलैश और बेल्ट स्ट्रेचिंग भी पुनरावृत्ति, सटीकता और मशीन थ्रूपुट को कम करते हैं। चूँकि सर्वो गति में गति और पुनरावृत्ति ही खेल का नाम है, इसलिए यह सबसे अच्छा विकल्प नहीं है। जहाँ एक बेल्ट-पुली डिज़ाइन 3 मीटर/सेकंड तक पहुँच सकता है, वहीं रैखिक डिज़ाइन 10 मीटर/सेकंड तक पहुँच सकता है। बिना किसी बैकलैश या वाइंडअप के, डायरेक्ट-ड्राइव रैखिक मोटर पुनरावृत्ति और सटीकता को और बढ़ा देती हैं।
• रैखिक मोटर बनाम रैक और पिनियन:रैक और पिनियन, बेल्ट-और-पुली डिज़ाइनों की तुलना में अधिक थ्रस्ट और यांत्रिक कठोरता प्रदान करते हैं। हालाँकि, समय के साथ द्विदिशीय घिसाव संदिग्ध पुनरावृत्ति और अशुद्धियों का कारण बनता है - इस तंत्र की प्रमुख कमियाँ। बैकलैश मोटर फीडबैक को वास्तविक भार स्थिति का पता लगाने से रोकता है, जिससे अस्थिरता पैदा होती है - और कम लाभ और धीमा समग्र प्रदर्शन होता है। इसके विपरीत, रैखिक मोटरों द्वारा संचालित मशीनें तेज़ होती हैं और अधिक सटीक रूप से स्थिति निर्धारित करती हैं।
• रैखिक मोटर बनाम बॉलस्क्रू:घूर्णी गति को रैखिक गति में बदलने का सबसे आम तरीका लीड या बॉलस्क्रू का उपयोग करना है। ये सस्ते तो होते हैं लेकिन कम कुशल होते हैं: लीड स्क्रू आमतौर पर 50% या उससे कम, और बॉलस्क्रू लगभग 90%। उच्च घर्षण से गर्मी उत्पन्न होती है, और लंबे समय तक घिसाव सटीकता को कम करता है। यात्रा की दूरी यांत्रिक रूप से सीमित होती है। इसके अलावा, रैखिक गति सीमा को केवल पिच बढ़ाकर ही बढ़ाया जा सकता है, लेकिन इससे स्थितिगत विभेदन कम हो जाता है; अत्यधिक उच्च घूर्णी गति भी स्क्रू को घुमा सकती है, जिसके परिणामस्वरूप कंपन होता है। रैखिक मोटर लंबी, असीमित यात्रा प्रदान करती हैं। लोड पर एक एनकोडर के साथ, दीर्घकालिक सटीकता आमतौर पर ±5 µm/300 mm होती है।

बुनियादी रैखिक मोटर प्रकार

जैसे रोटरी मोटर की विभिन्न तकनीकें होती हैं, वैसे ही रैखिक मोटर के भी कई प्रकार होते हैं: स्टेपर, ब्रशलेस, और रैखिक एसी इंडक्शन, आदि। ध्यान दें कि रैखिक तकनीक में ड्राइव (एम्पलीफायर) के साथ-साथ पोजिशनर्स (गति नियंत्रक) और फीडबैक डिवाइस (जैसे हॉल सेंसर और एनकोडर) का उपयोग होता है जो आमतौर पर उद्योग में उपलब्ध होते हैं।

कई डिजाइनों को कस्टम रैखिक मोटर्स से लाभ मिलता है, लेकिन स्टॉक डिजाइन आमतौर पर उपयुक्त होते हैं।

ब्रशलेस आयरन-कोर रैखिक मोटर्सचुंबकीय प्रवाह को दिशा देने के लिए गतिमान बल में स्टील लेमिनेशन की विशेषता होती है। इस प्रकार की मोटर की बल रेटिंग अधिक होती है और यह अधिक कुशल होती है, लेकिन तुलनात्मक आकार की कॉग-मुक्त मोटरों की तुलना में इसका भार तीन से पाँच गुना अधिक होता है। स्थिर प्लेटन में निकल की ठंडी-रोल्ड स्टील प्लेट पर बंधे बहु-ध्रुवीय प्रत्यावर्ती ध्रुवता वाले स्थायी चुम्बक होते हैं। हालाँकि, गतिमान बल पर लगे स्टील लेमिनेशन स्थिर प्लेटन पर लगे चुम्बकों के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे एक "आकर्षक" बल उत्पन्न होता है और मोटर के एक चुम्बक क्षेत्र से दूसरे चुम्बक क्षेत्र में जाने पर थोड़ी मात्रा में कॉगिंग या तरंग उत्पन्न होती है, जिसके परिणामस्वरूप वेग में परिवर्तन होता है।

ये मोटरें बड़ी मात्रा में शीर्ष बल विकसित करती हैं, इनका तापीय द्रव्यमान अधिक होता है, तथा तापीय समय स्थिरांक लम्बा होता है - इसलिए ये उच्च-बल, आंतरायिक ड्यूटी-साइकिल अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होती हैं, जो बहुत भारी भार को स्थानांतरित करती हैं, जैसे कि स्थानांतरण लाइनों और मशीन टूल्स में; इन्हें असीमित यात्रा के लिए डिजाइन किया गया है और इनमें अतिव्यापी प्रक्षेप पथों के साथ कई गतिशील प्लेटें शामिल हो सकती हैं।

ब्रशलेस कॉग-मुक्त मोटर्सगतिमान फ़ोर्सर में स्टील लेमिनेशन के बिना एक कॉइल असेंबली होती है। यह कॉइल तार, एपॉक्सी और गैर-चुंबकीय आधार संरचना से बनी होती है। यह इकाई वज़न में काफ़ी हल्की होती है। मूल डिज़ाइन कम बल उत्पन्न करता है, इसलिए स्थिर ट्रैक पर अतिरिक्त चुम्बक डाले जाते हैं (बल बढ़ाने में सहायता के लिए) और ट्रैक U आकार का होता है जिसके दोनों ओर चुम्बक लगे होते हैं। फ़ोर्सर U के बीच में डाला जाता है।

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

रैखिक स्टेपर्सलंबे समय से उपलब्ध हैं; मूविंग फोर्स में लेमिनेटेड स्टील कोर होते हैं जिनमें दांत ठीक से लगे होते हैं, एक स्थायी चुंबक होता है, और लेमिनेटेड कोर में कुंडलियाँ डाली जाती हैं। (ध्यान दें कि दो कुंडलियों से मिलकर एक दो-चरणीय स्टेपर बनता है।) यह असेंबली एक एल्युमिनियम हाउसिंग में समाहित होती है।

स्थिर प्लेटन में एक स्टील बार पर प्रकाश-रासायनिक रूप से उकेरे गए दांत होते हैं, जो घिसे और निकल-प्लेटेड होते हैं। इसे असीमित लंबाई के लिए एक सिरे से दूसरे सिरे तक लगाया जा सकता है। मोटर फोर्सर, बेयरिंग और प्लेटन के साथ आती है। चुंबक से आने वाला आकर्षण बल बेयरिंग के लिए प्रीलोड के रूप में उपयोग किया जाता है; यह इकाई को विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उलटी स्थिति में भी संचालित करने में सक्षम बनाता है।

एसी इंडक्शन मोटर्सएक फ़ोर्सर से मिलकर बनता है जो स्टील लेमिनेशन और फेज़ वाइंडिंग से बनी एक कॉइल असेंबली होती है। ये वाइंडिंग एकल या त्रि-चरणीय हो सकती हैं। इससे सीधे ऑनलाइन नियंत्रण, या इन्वर्टर या वेक्टर ड्राइव के माध्यम से नियंत्रण संभव होता है। स्थिर प्लेटन (जिसे रिएक्शन प्लेट कहा जाता है) आमतौर पर ठंडे रोल स्टील पर बंधी एल्यूमीनियम या तांबे की एक पतली परत से बनी होती है।

एक बार जब फ़ोर्सर कॉइल सक्रिय हो जाती है, तो यह रिएक्शन प्लेट के साथ क्रिया करती है और गति करती है। उच्च गति और असीमित यात्रा लंबाई इस डिज़ाइन की खूबियाँ हैं; इनका उपयोग सामग्री प्रबंधन, लोगों को ले जाने वाले वाहनों, कन्वेयर और स्लाइडिंग गेट्स के लिए किया जाता है।

नई डिजाइन अवधारणाएँ

कुछ नवीनतम डिज़ाइन सुधारों को पुनर्रचना के माध्यम से लागू किया गया है। उदाहरण के लिए, कुछ रैखिक स्टेपर मोटर्स (जिन्हें मूल रूप से एक तल में गति प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया था) को अब दो तलों में गति प्रदान करने के लिए पुनर्रचना की गई है - XY गति के लिए। यहाँ, गतिमान बल में दो रैखिक स्टेपर होते हैं जो 90° पर लंबवत रूप से लगे होते हैं ताकि एक X-अक्ष पर गति प्रदान करे, और दूसरा Y-अक्ष पर गति प्रदान करे। अतिव्यापी प्रक्षेप पथ वाले एकाधिक बल भी संभव हैं।

इन दो-तलीय मोटरों में, स्थिर प्लेटफ़ॉर्म (या प्लेटन) मज़बूती के लिए नए मिश्रित निर्माण का उपयोग करता है। कठोरता में भी सुधार हुआ है, इसलिए पिछले उत्पादन मॉडलों की तुलना में विक्षेपण 60 से 80% तक कम हो गया है। सटीक गति के लिए प्लेटन की समतलता 300 मिमी प्रति 14 माइक्रोन से अधिक है। अंत में: चूँकि स्टेपर्स में एक प्राकृतिक आकर्षण बल होता है, इसलिए यह अवधारणा प्लेटन को ऊपर की ओर या उल्टा लगाने की अनुमति देती है, जिससे अनुप्रयोगों के लिए बहुमुखी प्रतिभा और लचीलापन मिलता है।

एक और इंजीनियरिंग नवाचार - जल शीतलन - रैखिक एसी इंडक्शन मोटरों की बल क्षमता को 25% तक बढ़ा देता है। इस क्षमता विस्तार के साथ-साथ असीमित यात्रा अवधि के लाभ के साथ, एसी इंडक्शन मोटर कई अनुप्रयोगों के लिए सर्वोत्तम प्रदर्शन प्रदान करते हैं: मनोरंजन यात्राएँ, सामान संभालना, और लोगों को ले जाना। उद्योग में वर्तमान में उपलब्ध समायोज्य गति ड्राइव के माध्यम से गति परिवर्तनशील (6 से 2,000 इंच/सेकंड तक) होती है।

एक अन्य मोटर में एक स्थिर बेलनाकार आवरण होता है जिसमें गति प्रदान करने के लिए एक रैखिक गतिशील भाग होता है। यह गतिशील भाग तांबे-आवरित स्टील से बनी एक छड़, एक गतिशील कुंडली, या एक गतिशील चुंबक हो सकता है, जैसे कि सिलेंडर के भीतर एक पिस्टन।

ये डिज़ाइन रैखिक मोटर के लाभ प्रदान करते हैं और रैखिक एक्चुएटर के समान कार्य करते हैं। इनके अनुप्रयोगों में बायोमेडिकल कोलोनोस्कोपी, लंबे शटर एक्चुएटर वाले कैमरे, कंपन अवमंदन की आवश्यकता वाले दूरबीन, लिथोग्राफी फ़ोकसिंग मोटर, जनरेटर स्विच गियर जो जनरेटर को चालू करने के लिए ब्रेकर फेंकते हैं, और भोजन को दबाना शामिल है - जैसे टॉर्टिला को दबाते समय।

पूर्ण रैखिक मोटर पैकेज या चरण पेलोड की स्थिति निर्धारण के लिए उपयुक्त होते हैं। इनमें मोटर, फीडबैक एनकोडर, लिमिट स्विच और केबल कैरियर शामिल होते हैं। बहु-अक्षीय गति के लिए चरणों को एक साथ रखना संभव है।

रैखिक चरणों का एक लाभ उनकी निचली प्रोफ़ाइल है, जो उन्हें पारंपरिक पोजिशनर्स की तुलना में छोटी जगहों में फिट होने की अनुमति देती है। कम घटक विश्वसनीयता बढ़ाते हैं। यहाँ, मोटर नियमित ड्राइव से जुड़ी होती है। बंद-लूप संचालन में, पोजिशन लूप एक गति नियंत्रक द्वारा बंद होता है।

फिर से, स्टॉक उत्पादों के अलावा, कस्टम और विशेष डिज़ाइन भी प्रचुर मात्रा में उपलब्ध हैं। अंततः, किसी एप्लिकेशन इंजीनियर के साथ उपकरण की ज़रूरतों की समीक्षा करना सबसे अच्छा है ताकि एप्लिकेशन की ज़रूरतों के लिए सबसे उपयुक्त रैखिक उत्पाद का निर्धारण किया जा सके।