विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए विशेष अनुप्रयोग मोटर्स को कैसे अनुकूलित करें?

विशेष अनुप्रयोग मोटर्स के लिए आवेदन आवश्यकताओं को स्पष्ट करना

ड्यूटी चक्र, पर्यावरणीय स्थितियों और सटीकता लक्ष्यों का मानचित्रण

मोटर के विनिर्देशों को सही ढंग से प्राप्त करना उन तीन मुख्य कारकों को देखने से शुरू होता है जो एक-दूसरे को प्रभावित करते हैं: यह कितनी बार चलती है, इसके सामने किस तरह का वातावरण है, और प्रदर्शन की सटीकता कितनी आवश्यक है। लगातार उपयोग की जाने वाली मोटर्स और अस्थायी रूप से या केवल चरम मांग के दौरान चलने वाली मोटर्स को अलग-अलग थर्मल डिज़ाइन की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए इस्पात संयंत्रों को लें जहाँ मोटर्स 60 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान में काम करती हैं, कभी-कभी 140 फ़ारेनहाइट तक पहुँच जाती हैं। इन चरम परिस्थितियों का अर्थ है कि उन्हें विश्वसनीय रूप से काम करने के लिए केवल विशेष ठंडा करने के समाधान की आवश्यकता होती है। फिर वातावरण के प्रकार का मामला है। संक्षारक वातावरण, ATEX Zone 1 से चिह्नित विस्फोटक जोखिम वाले स्थान, या ऐसे क्षेत्र जहाँ निर्जरता की आवश्यकता होती है, सभी सामग्री के चयन, उचित सीलन और सुरक्षात्मक आवरण के संबंध में अपनी चुनौतियों के साथ आते हैं। आवश्यक सटीकता का स्तर भी काफी भिन्न होता है। मेडिकल लेज़र्स को 0.1 माइक्रोमीटर तक स्थिति सटीकता की आवश्यकता हो सकती है, जबकि खनन कन्वेयर सिस्टम अपनी सामान्य लोड क्षमता के दोगुने को कुछ समय के लिए संभालने के बारे में अधिक चिंतित होते हैं। थर्मल समस्याएँ अभी भी औद्योगिक मोटर्स के विफल होने के कारणों में शीर्ष पर हैं, IEEE के 2022 के आंकड़ों के अनुसार लगभग 38 प्रतिशत खराबियों के लिए जिम्मेदार हैं। इसलिए किसी भी मोटर विनिर्देश को अंतिम रूप देने से पहले इन मूल भौतिक मापदंडों को सही ढंग से प्राप्त करना पूर्णतः आवश्यक बनाता है।

उद्योग-विशिष्ट अनुपालन की नैविगेशन (जैसे, ISO 13485, DO-160, ATEX)

नियामक ढांचे सख्त इंजीनियरिंग सीमाएं निर्धारित करते हैं, बजाय इसके कि केवल अतिरिक्त सुविधाएं हों। चिकित्सा उपकरणों को पूर्ण ट्रेसएबिलिटी के लिए ISO 13485 दिशानिर्देशों का पालन करना आवश्यक होता है और उन्हें ऐसी सामग्री से बनाया जाना चाहिए जो प्रतिक्रियाएं न उत्पन्न करे या हानिकारक पदार्थों को मुक्त न करे। विमान घटकों के लिए, इंजीनियरों को कंपनों के संबंध में RTCA DO-160G खंड 8 के तहत प्रमाणित होना आवश्यक होता है। पेट्रोरासायनिक संयंत्र पूरी तरह से अलग नियमों के तहत काम करते हैं, विशेष रूप से ATEX निर्देश 2014/34/EU जो ऐसे क्षेत्रों के लिए विशेष आवरणों की आवश्यकता रखता है जहां विस्फोट हो सकता है। जहाज और नावें आमतौर पर लंबे समय तक लवणीय जल के क्षरण से सुरक्षा के लिए IEC 60092-301 मानकों पर निर्भर रहते हैं। इन नियमों को एक दूसरे के साथ मिलाया नहीं जाता है। DO-160 के अनुसार उचित झटका परीक्षण में कमी या ATEX अनुपालन के लिए महत्वपूर्ण दस्तावेजों को छोड़ देने से पूरी परियोजनाओं को अस्वीकृत कर दिया जा सकता है। पिछले वर्ष मैकिन्से द्वारा किए गए हालिया अध्ययनों के अनुसार, सभी मोटर पुनर्डिजाइन प्रयासों में से लगभग दो तिहाई की वजह अनुपालन जांच के दौरान बहुत देर से पाए गए मुद्दे होते हैं। इसीलिए स्मार्ट डिजाइनर नियामक आवश्यकताओं को अपने पहले मसौदे में ही शामिल कर लेते हैं, बजाय इसके कि उन्हें बाद के विचार के रूप में लें।

विशेष अनुप्रयोग मोटर्स के विद्युत चुम्बकीय डिज़ाइन अनुकूलन

ध्रुव/स्लॉट विन्यास, टोक़ रैखिकता और कॉगिंग व्यवहार का अनुकूलन

विद्युत चुम्बकीय अनुकूलन के मामले में, मुख्य लक्ष्य टॉर्क रैखिकता, सुचारु संचालन और गतिशील रूप से प्रणाली की प्रतिक्रिया के बीच उस सही संतुलन को खोजना होता है। ध्रुवों और स्लॉट्स का सही संयोजन, विशेष रूप से जब आंशिक स्लॉट वाइंडिंग्स शामिल होती हैं, तो भार में परिवर्तन के बावजूद टॉर्क विचलन को लगभग प्लस या माइनस 2% के भीतर बनाए रख सकता है। यह शल्य चिकित्सा रोबोट्स जैसे अनुप्रयोगों या अर्धचालक निर्माण उपकरणों में बहुत महत्वपूर्ण होता है। घर्षण टॉर्क (कॉगिंग टॉर्क) एक वास्तविक समस्या बनी हुई है क्योंकि यह पदनुसार छोटे-छोटे धक्के और स्थिति निर्धारण त्रुटियाँ उत्पन्न करता है। अधिकांश इंजीनियर जानते हैं कि नामित टॉर्क के 5% से कम इसे बनाए रखने के लिए टूलबॉक्स में कई तरीकों की आवश्यकता होती है। रोटर लेमिनेशन्स को तिरछा करने से चुंबकीय सममिति टूटती है, जबकि ध्रुवों को असममित आकार देने से फ्लक्स संक्रमण सुचारु हो जाते हैं। और उन ड्राइव एल्गोरिदम के बारे में मत भूलें जो शेष टॉर्क रिपल को निरस्त करने के लिए हार्मोनिक्स का इंजेक्शन करते हैं। ये दृष्टिकोण उन कंपनों को खत्म करने में वास्तव में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं जो अन्यथा माइक्रॉन के मामले में मामले वाले उपकरणों में माप को बिगाड़ देते, जबकि फिर भी अच्छी दक्षता स्तर और बैंडविड्थ प्रदर्शन बनाए रखते हैं।

उच्च टोर्क घनत्व और कॉम्पैक्ट आकार के लिए स्टेटर-रोटर स्टैक इंजीनियरिंग

15 न्यूटन-मीटर प्रति किलोग्राम से अधिक टॉर्क घनत्व प्राप्त करना वास्तव में पहले दिन से ही विद्युत चुम्बकत्व और यांत्रिकी के बारे में एक साथ सोचने की आवश्यकता रखता है, न कि केवल यहाँ और वहाँ छोटे-छोटे सुधार करना। 0.2 मिमी मोटाई वाली अत्यंत पतली सिलिकॉन स्टील लैमिनेशन सामान्य सामग्री की तुलना में कोर नुकसान को लगभग 30% तक कम कर देती हैं। और इसके भीतर के V-आकार के IPM रोटर वास्तव में चुंबकीय बलों और यांत्रिक प्रतिरोध दोनों के साथ काम करके बेहतर प्रदर्शन उत्पन्न करते हैं। फिर Halbach सरणी व्यवस्था है जो वायु अंतराल क्षेत्र में अधिक चुंबकीय शक्ति समाहित करती है, जिससे सब कुछ अधिक शक्तिशाली ढंग से चलता है। एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में जहाँ स्थान सीमित होता है, सीधे ड्राइव सेटअप के साथ फ्रेमरहित डिज़ाइन युग्मन और गियरबॉक्स जैसे सभी अतिरिक्त भागों को पूरी तरह से समाप्त कर देता है। इस दृष्टिकोण से कई मामलों में लगभग 98% दक्षता प्राप्त होती है। हमारे परीक्षण परिणामों को देखने से स्पष्ट होता है कि जब हम इन सभी कारकों को ठीक से अनुकूलित करते हैं, तो हमें प्रत्येक महत्वपूर्ण माप श्रेणी में वास्तविक सुधार देखने को मिलता है।

थर्मल एकीकरण आंतरिक रूप से निर्मित है–बोल्ट द्वारा नहीं: तांबे के शीतलन चैनलों को सीधे स्टेटर बैक-आयरन में एम्बेड किया गया है जो कॉम्पैक्ट एन्वलप में उच्च निरंतर टॉर्क को बनाए रखता है।

विशेष अनुप्रयोग मोटर्स के लिए यांत्रिक और तापीय अनुकूलन

अनुकूलित शाफ्ट ज्यामिति, माउंटिंग इंटरफ़ेस और फ्रेमलेस एकीकरण विकल्प

यांत्रिक एकीकरण की बात आने पर, मानक विनिर्देशों का पालन करने के बजाय कार्यप्रणाली के अनुसार रूप निर्धारित होता है। इंजीनियर अक्सर असंरेखण के कारण होने वाली असमय बेयरिंग विफलता को रोकने के लिए अनुकूलित शाफ्ट आकार, कीवे विन्यास और सहनशीलता स्टैकअप निर्दिष्ट करते हैं। इसी समय, आईएसओ फ्लैंज या नेमा संगत माउंट वाले घटक पुरानी मशीनरी के साथ तुरंत काम करने लायक होते हैं। उदाहरण के लिए फ्रेमलेस मोटर्स लें। इन डिज़ाइनों में रोटर को सीधे उस भाग में एकीकृत किया जाता है जिसे गति की आवश्यकता होती है, जिससे कुल लंबाई में लगभग 40% तक की कमी आती है। इससे रोबोटिक जोड़ों और अंतरिक्ष यान तंत्र जैसी तंग जगहों में इन्हें अनिवार्य बना दिया गया है जहाँ हर मिलीमीटर मायने रखता है। हालांकि, किसी भी वास्तविक भाग के निर्माण से पहले, इन सभी यांत्रिक समायोजनों को कठोर परिमित तत्व विश्लेषण (फाइनिट एलिमेंट एनालिसिस) से गुज़ारा जाता है। यह विश्लेषण सामग्री में तनाव के वितरण की जांच करता है, संभावित झुकाव को मापता है और चरम परिस्थितियों के अधीन होने पर आयु का पूर्वानुमान लगाता है। केवल इन परीक्षणों में सफलता के बाद ही मशीनिंग शुरू होती है।

थर्मल प्रबंधन रणनीतियाँ और उच्च-प्रदर्शन सामग्री का चयन

दीर्घकालिक प्रदर्शन के लिए चीजों को ठंडा रखना बहुत महत्वपूर्ण है। जब तापमान 150 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो जाता है, तो IEEE मानकों (2001) के अनुसार इन्सुलेशन की आयु आधी रह जाती है। इसीलिए विभिन्न अनुप्रयोगों को अलग-अलग शीतलन दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। सामान्य स्वचालन कार्य के लिए, बलपूर्वक वायु चैनल पर्याप्त होते हैं। लेकिन पूरे दिन चलने वाले भारी ड्यूटी सर्वो को तरल-शीतलित स्टेटर जैकेट की आवश्यकता होती है। और जब अचानक बिजली की चोटियाँ आती हैं, तो फ़ेज़ परिवर्तन सामग्री उन चोटियों को अवशोषित करने में मदद करती है। सही सामग्री का चयन भी बहुत अंतर लाता है। सिरेमिक लेपित वाइंडिंग्स 200 डिग्री तक की गर्मी सहन कर सकती हैं और फिर भी अपने विद्युत गुण बनाए रखती हैं। सैमेरियम कोबाल्ट चुंबक काफी मजबूत होते हैं, जो 350 डिग्री पर भी विचुंबकन का प्रतिरोध करते हैं। ये सामग्री तेल कुएँ ड्रिलिंग उपकरण या औद्योगिक भट्ठियों जैसे चरम वातावरण में विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं, जहाँ तापमान नियंत्रण पूर्णतः आवश्यक होता है।

अनुकूलित विशेष अनुप्रयोग मोटर्स का एकीकरण और सत्यापन

मान्यता प्राप्त करना विकास के अंत में भरने के लिए सिर्फ एक और बॉक्स नहीं है, बल्कि इस प्रक्रिया का एक महत्वपूर्ण चरण है। यह सुनिश्चित करता है कि वास्तविक दुनिया की परिस्थितियों में डाले जाने पर विद्युत चुम्बकीय, यांत्रिक और तापीय परिवर्तन वास्तव में एक साथ काम करते हैं। प्रत्येक विशिष्ट अनुप्रयोग के लिए परीक्षण स्वयं के लिए काफी कड़े दिशानिर्देश निर्धारित किए गए हैं। हम पहले वास्तविक भार के तहत चीजों के प्रदर्शन को देखते हैं, फिर DO-160 जैसे मानकों के अनुसार तापमान में उतार-चढ़ाव, आर्द्रता स्तर और कंपन जैसे पर्यावरणीय तनावों के अधीन घटकों को प्रस्तुत करते हैं। त्वरित आयु परीक्षण भी चलाए जाते हैं, जो मूल रूप से सामान्य रूप से ऑपरेशन के कई साल लेने वाली प्रक्रिया को तेजी से आगे बढ़ाते हैं। थर्मल इमेजिंग गर्म स्थानों को चिह्नित करने में मदद करती है, जबकि शोर पैटर्न का विश्लेषण और दक्षता का मानचित्रण हमें मानक विनिर्देशों में सूचीबद्ध जानकारी से परे अंतर्दृष्टि प्रदान करता है। यह अतिरिक्त परत सुनिश्चित करती है कि मिशन महत्वपूर्ण प्रणालियों के लिए सुरक्षा कारक न्यूनतम आवश्यकताओं से काफी ऊपर बने रहें। मैकिन्से के 2023 के शोध के अनुसार, इस पुनरावृत्ति सुधार चक्र से गुजरने से क्षेत्र में विफलताओं में लगभग 40% की कमी आती है। अंतिम मंजूरी देने से पहले, कम से कम 500 संचालन घंटों में स्थिर प्रदर्शन के प्रमाण की आवश्यकता होती है, साथ ही यदि लागू हो तो कोई आवश्यक तीसरे पक्ष के प्रमाणन भी। केवल तभी मोटर एक परखे गए प्रोटोटाइप से वास्तविक उत्पादन उपयोग के लिए तैयार कुछ बन जाती है।