موتورها و انتخاب درست آن‌ها

[Persia1]

موتورها و انتخاب درست آن‌ها – بخش اول (مبانی الکترومغناطیس)​

همیشه امکان وجود یک یا دو نوع موتور (Motor) در نزدیکی شما وجود دارد. از ویبره (Vibration) گوشی تلفن همراه تا پنکه‌ها و درایو سی‌دی (CD drive) کامپیوتر، همه بیانگر وجود موتورها در اطراف ما هستند. موتورها، امکان تعامل و ارتباط بین وسایل مختلف با ما و محیط را فراهم می‌کنند. با توجه به کاربردهای بی‌شمار این وسایل، طراحی و عملکرد آن‌ها متغیر است. در این پست و پست بعدی، به توضیح مبانی مربوط به انواع موتورها و کاربرد آن‌ها خواهیم پرداخت. عناوینی که پوشش داده خواهند شد به صورت زیر است:

• موتورهای dc جاروبک‌دار یا موتورهای براش (DC Brush Motors)
• موتورهای بدون جاروبک یا موتورهای براش‌لس (Brushless Motors)
• موتورهای گام‌زن (پله‌ای) یا استپر موتورها (Stepper Motors)
• موتورهای خطی (Linear Motors)

چه چیزی باعث حرکت موتورها می‌شود؟​

ساده‌ترین جواب (و همچنین مبهم‌ترین جواب) برای دلیل حرکت موتورها، مغناطیس است.

برای درک ساده‌تر برخی از مفاهیم، ابتدا باید از طریق آزمون فکری، آن‌ها را بررسی کنیم. برای شروع، بهتر است بدانیم که یک میدان مغناطیسی، توسط حرکت الکترون‌ها (جریان) به وجود می‌آید.

الکترومغناطیس​

برای ساخت یک آهنربا یا یک میدان مغناطیسی، نحوه ایجاد آن‌ها را بررسی می‌کنیم. زمانی که از یک سیم جریانی عبور می‌کند، میدان مغناطیسی در اطراف آن شکل می‌گیرد. رابطه بین جریان و میدان الکترومغناطیسی، از قانون دست راست تبعیت می‌کند.


اگر دست راست خود را در اطراف این سیم فرض کنید، به گونه‌ای که انگشت شست شما در جهت جریان درون سیم باشد، جهت چرخش میدان مغناطیسی، جهت چرخش دیگر انگشتان شما است (مطابق شکل زیر). این مثال ساده‌ای برای بیان قانون نیروی آمپر در سیم حامل جریان است. حال اگر شما، همان سیم را در یک میدان مغناطیسی موجود قرار دهید، یک نیرو به وجود می‌آید. به این نیرو، « نیروی لورنتس - Lorentz force» گفته می‌شود.

قانون دست راست، جهت میدان مغناطیسی مربوط به مسیر جریان را نشان می‌دهد.
با افزایش جریان، قدرت میدان مغناطیسی نیز افزایش می‌یابد. اگرچه، استفاده مفید از این میدان، نیازمند مقدار قابل‌توجهی از جریان است. علاوه بر این، سیمی حامل جریان الکتریکی، قدرت مغناطیسی مشابه ای را حمل می‌کند. از این‌رو، میدان‌های مغناطیسی غیرقابل‌کنترل ایجاد می‌شود. با خم کردن سیم به شکل یک حلقه، یک میدان مغناطیسی مستقیم و متمرکز ایجاد می‌شود.

میدان تغییر نکرده است. با خم کردن سیم به شکل حلقه، جهات میدان به سادگی هم‌راستا می‌شوند.

آهنربای الکتریکی​

با حلقه کردن یک سیم حامل جریان، یک آهنربای الکتریکی (Electromagnet) ساخته می‌شود. برای یک جریان مشخص، هر چه تعداد حلقه‌ها بیشتر باشد، میدان مغناطیسی قوی‌تر خواهد بود. در طرف مقابل، هر چه تعداد حلقه‌ها بیشتر باشد، طول سیم بیشتر شده و مقاومت افزایش می‌یابد. بر اساس قانون اهم (مقاومت*جریان=پتانسیل)، برای حفظ یک جریان ثابت در صورت افزایش مقاومت، ولتاژ نیز باید افزایش یابد. در برخی از موارد، امکان استفاده از سیم‌های بلندتر با مقاومت کمتر وجود دارد. استفاده از سیم‌های بلندتر، هزینه‌بر بوده و کار با آن‌ها سخت‌تر است. در هنگام طراحی یک موتور باید این عوامل را در نظر گرفت.

یک آهنربای الکتریکی در حال تولید میدان مغناطیسی

انجام آزمایش – ساخت آهنربای الکتریکی​

برای ساختن یک آهنربای الکتریکی، تنها به یک پیچ (از میخ یا اشیاء فلزی مشابه نیز می‌توان استفاده کرد)، مقداری سیم مسی و یک باتری نیاز دارید.


توجه: باتری‌های لیتیومی برای این آزمایش توصیه نمی‌شوند.

بین 75 تا 100 دور از سیم را به دور پیچ بپیچانید. استفاده از یک هسته فلزی باعث افزایش تمرکز میدان مغناطیسی شده و قدرت مؤثر آن را افزایش می‌شود. دلیل این امر را در بخش بعدی توضیح می‌دهیم.

استفاده از روکش حرارتی یا چسب به دور پیچ، به نگه داشتم سیم‌پیچ‌ها در اطراف هسته فلزی کمک می‌کند.
انتهای سیم‌ها را سمباده بکشید تا عایق آن‌ها از بین برود. هر یک از طرفین سیم‌پیچ را به قطب‌های باتری متصل کنید. تبریک می‌گوییم! شما موفق به ساخت اولین بخش از یک موتور شدید. برای امتحان کردن قدرت آهنربای الکتریکی خود، از آن برای برداشتن اشیاء فلزی کوچک استفاده کنید.

جادویی در کار نیست، این علم است!!!

فرومغناطیس​

به آزمایش فکری خود بازگردیم. میدان‌های مغناطیسی می‌توانند توسط جریان به وجود آیند. مفهوم جریان را به صورت حرکت و جریان الکترون‌ها در نظر بگیرید. چرخش الکترون‌ها در اتم، جریان و سپس میدان مغناطیسی را به وجود می‌آورد. اکنون ممکن است این سؤال در ذهن شما به وجود آید: «اگر همه‌ی اتم‌ها دارای الکترون هستند، آیا همه چیز مغناطیسی است؟» جواب این سؤال، مثبت است. اگر انرژی لازم به هر چیزی داده شود (حتی یک قورباغه)، آن چیز می‌تواند از خود خواص مغناطیسی نشان دهد اما همه‌ی مغناطیس‌ها به صورت مشابه ساخته نمی‌شوند. حال، تفاوت بین مغناطیس تولیدشده از یک قورباغه با یک یخچال چیست؟ این تفاوت در مکانیسم‌های «فرومغناطیس» و «فرامغناطیس» است. اختلاف بین این دو مکانیسم، در حوزه مکانیک کوانتومی است.


در این آموزش، تمرکز ما بر پدیده فرومغناطیس خواهد بود. فرومغناطیس، قوی‌ترین مکانیسم در موضوع مغناطیس بوده و کاربردهای زیادی در زندگی ما دارد. در هنگام قرارگیری مواد فرومغناطیس در میدان‌های مغناطیسی، اتم این مواد تمایل به هم‌راستایی با جهت میدان دارند. اگرچه اتم مواد فرومغناطیس تمایل به هم‌راستایی با جهت میدان دارند، ناسازگاری در مواد تشکل دهنده و عوامل دیگری مانند نحوه ساختار بلوری آن‌ها باعث ایجاد حوزه‌های مغناطیسی می‌شود.

زمانی که حوزه‌های مغناطیسی در جهات تصادفی قرار گرفته باشند، حوزه‌های مجاور یکدیگر را خنثی کرده و باعث ایجاد مواد غیر مغناطیسی می‌شوند. هنگام قرارگیری مواد در معرض میدان مغناطیسی قوی، امکان هم‌راستایی این حوزه‌ها وجود دارد. با هم‌راستا شدن این حوزه‌‌های مغناطیسی، میدان تقویت شده کلی، باعث ایجاد یک آهنربا می‌شود.

با توجه به قدرت میدان مغناطیسی، هم‌راستایی اتم‌ها می‌توانند به صورت دائمی باشند.

آهنرباهای دائمی​

آهنرباهای دائمی مانند آهنرباهای الکتریکی عمل می‌کنند. تنها تفاوت بین این دو، دائمی بودن یا موقتی بودن آن‌هاست.

در همه شکل‌ها، پیکان‌ها از قطب شمال (N) خارج شده و به قطب جنوب (S) وارد می‌شوند. یک قرارداد دیگر برای تعیین قطب‌ها، استفاده از رنگ قرمز برای قطب N و رنگ آبی برای قطب S است. برای تعیین قطب‌های یک آهنربا، می‌توان از یک قطب‌نما (Compass) استفاده کرد. از آنجایی که در آهنرباها قطب‌های مخالف یکدیگر را جذب می‌کنند، با نزدیک کردن آهن‌ربا به قطب‌نما، جهت شمال قطب‌نما، به سمت قطب S خواهد چرخید.

برای تعیین قطب‌های یک آهنربای الکتریکی نیز می‌توان از همین روش استفاده کرد.

اگر جهت جریان معکوس شود، قطب‌های آهنربای الکتریکی نیز معکوس می‌شوند. این یک اصل کلیدی برای ساخت موتورها است.

در بخش بعدی این پست، موتورهای براش و براش‌لس، تفاوت بین آنها و نحوه به کارگیری آهنرباها و آهنرباهای الکتریکی در آن‌ها را توضیح خواهیم داد

 

[Persia1]

موتورها و انتخاب درست آن‌ها – بخش دوم (معرفی موتورهای براش و براش‌لس)​

در این پست و در ادامه مبحث موتورها، به معرفی موتورهای دی‌سی براش (DC Brush Motors) و براش‌لس (Brushless Motors)، تفاوت بین آنها و نحوه به کارگیری آهنرباها و آهنرباهای الکتریکی در آن‌ها خواهیم پرداخت.

موتورهای دی‌سی براش - نسل قدیم​

یکی از ساده‌ترین موتورهای مورد استفاده امروزی، موتور براش دی‌سی (DC Brush Motor) است. این موتورها، تقریباً در همه جا موجود هستند.


لوازم خانگی، اسباب‌بازی‌ها و اتومبیل‌ها از وسایل به کارگیرنده این گونه موتورها هستند. به دلیل ساخت و کنترل آسان، استفاده از این موتورها بین افراد حرفه‌ای و علاقه‌مندان رایج است.

ساختار موتورهای براش​

برای درک نحوه کار این موتورها، اجزای داخلی یک موتور ساده را تشریح می‌کنیم. همان طور که در شکل زیر دیده می‌شود، این موتورها دارای ساختاری ساده به همراه چند جز اصلی هستند.

• جاروبک‌ها (Brushes) – نیرو را از طریق اتصالات و با کمک جابه‌جاگر (Commutator) به آرمیچر (Armature) انتقال می‌دهد.
• اتصالات (Contacts) – نیرو را از کنترلرها (Controllers) به جاروبک‌ها انتقال می‌دهد.
• جابه‌جاگر (Commutator) - در هنگام چرخش آرمیچر، نیرو را به مجموعه‌ی مناسب سیم‌پیچ‌ها انتقال می‌دهد.
• سیم‌پیچ‌ها (Windings) – الکتریسیته را به میدان مغناطیسی محرک محور تبدیل می‌کند.
• محور (Axle) – نیروی مکانیکی موتور را برای استفاده مورد نظر انتقال می‌دهد.
• آهنرباها (Magnets) – یک میدان مغناطیسی برای جذب و دفع سیم‌پیچ‌ها به وجود می‌آورد.
• بوش (Bushing) – اصطکاک محور را به حداقل می‌رساند.
• محفظه (Can) – پوشش مکانیکی مورد نیاز برای موتور را فراهم می‌کند.

مبانی نظری عملکرد موتورهای براش​

زمانی که انرژی مورد نیاز به سیم‌پیچ‌ها برسد، آن‌ها به سمت آهنرباهای قرار گرفته در اطراف موتور جذب می‌شوند. این عمل تا زمانی که جاروبک‌ها با سری بعدی اتصالات جابه‌جاگرها تماس پیدا کنند، موتور را به چرخش در می‌آورد. این تماس باعث تأمین انرژی به سری بعدی سیم‌پیچ‌ها شده و فرآیند قبلی دوباره تکرار می‌شود. معکوس کردن قطبیت اتصالات موتور، جهت چرخش موتور به سادگی معکوس می‌شود. پرش جاروبک‌ها به اتصالات بعدی باعث ایجاد جرقه در درون یک موتور براش می‌شود. هر سیم یک سیم‌پیچ به دو اتصال جابه‌جاگر متصل می‌شود.

برای جلوگیری از قفل شدن و ثابت ماندن موتور، همیشه از تعداد فرد سیم‌پیچ استفاده می‌شود. در موتورهای بزرگ‌تر، جهت حذف مشکل «گشتاور دندانه‌ای» از تعداد سیم‌پیچ‌های بیشتری استفاده می‌شود. این امر باعث کنترل بهتر موتور در دور بر دقیقه‌های (RPMs) کمتر می‌شود. گشتاور دندانه‌ای توسط چرخش دستی محور موتور قابل مشاهده است. در صورت وجود این مشکل، حالتی مشابه دست‌انداز در محل آهن‌رباهای نزدیک به استاتور (stator) احساس می‌شود. گشتاور دندانه‌ای با به کارگیری یک سری ترفند در طراحی موتور قابل حل است. یکی از این ترفندها، حذف کامل استاتور از ساختار موتور است. به این نوع موتورها، موتورهای بدون آهن (Ironless) یا بدون هسته (Coreless) گفته می‌شود.

مزایای موتورهای براش​

• کنترل آسان
• گشتاور عالی در دورهای پایین
• تولید ارزان و انبوه

معایب موتورهای براش​

• فرسوده شدن جاروبک‌ها در طول زمان
• قوس جاروبک می‌تواند باعث ایجاد نویز الکترومغناطیسی شود
• محدودیت در سرعت چرخش به دلیل افزایش دمای جاروبک

موتورهای براش‌لس - قدرت بیشتر​

موتورهای براش‌لس (Brushless motors)، شروع به تسلط بر بازارهای صنعت سرگرمی (مانند اسباب‌بازی‌های کنترلی) کرده‌اند. در ابتدا، کنترل کردن این نوع از موتورها، مانع بزرگی بود اما با ارزان و قدرتمندتر شدن میکروکنترلر‌ها (microcontrollers)، این مانع برطرف شد. با این حال، برای توسعه کنترلرهای سریع‌تر و کارآمدتر، کارهای بیشتری باقی مانده است. بدون وجود جاروبک‌ها، این موتورها، قدرت بیشتری را انتقال داده و صدای کمتری را تولید می‌کنند. جدیدترین وسایل نقلیه و وسایل خانگی، در حال حرکت به سمت سیستم‌های براش‌لس هستند. یکی از بهترین مدل از این موتورها، «Tesla Model S» است.

ساختار یک موتور براش‌لس​

برای درک بهتر نحوه عملکرد یک موتور براش‌لس، اجزای داخلی این نوع موتور را در شکل زیر آورده‌ایم. این موتورها، بیشتر در هلیکوپترها و هواپیماهای کنترلی به کار می‌روند.

• سیم‌پیچ‌ها - الکتریسیته را به میدان مغناطیسی مورد نیاز برای حرکت روتور (Rotor) تبدیل می‌کنند.
• اتصالات - انرژی مورد نیاز را از طریق کنترلر به سیم‌پیچ‌ها می‌رسانند.
• یاتاقان‌ها - اصطکاک محور را به حداقل می‌رسانند.
• آهنرباها - میدان مغناطیسی مورد نیاز برای جذب و دفع سیم‌پیچ‌ها را فراهم می‌کنند.
• محور - انرژی مکانیکی موتور را جهت کارکرد مورد نظر انتقال می‌دهد.

مبانی نظری عملکرد موتورهای براش‌لس​

ساختار مکانیکی یک موتور براش‌لس بسیار ساده است. تنها بخش محرک در این نوع موتورها، روتور است. روتور، آهنرباها را در خود جای می‌دهد. نحوه عملکرد این موتورها زمانی پیچیده می‌شود که بحث هماهنگی بین توالی دریافت انرژی در سیم‌پیچ‌ها باشد. قطبیت هر یک از سیم‌پیچ‌ها توسط جهت جریان فعلی کنترل می‌شود. تصویر زیر، الگوی ساده‌ای که کنترلرها دنبال می‌کنند را نشان می‌دهد. جریان متناوب، قطبیت هر سیم‌پیچ را تغییر داده و اثر «جذب و دفع» را در آن‌ها به وجود می‌آورد. ترفند کار این موتورها، هماهنگ نگه داشتن این الگو با سرعت روتور است. این کار به دو روش انجام می‌شود. بیشتر کنترلرها، ولتاژ تولیدشده در سیم‌پیچ غیرفعال را اندازه می‌گیرند (نیروی ضد محرکه). در عملکردهایی با سرعت بالا، این روش بسیار قابل اعتماد است. با کم‌تر شدن سرعت چرخش موتور، اندازه‌گیری ولتاژ تولیدشده بسیار سخت‌تر شده و خطای آن بالا می‌رود. کنترلرهای جدید و بسیاری از کنترلرهای صنعتی، برای اندازه‌گیری مستقیم محل قرارگیری آهنرباها از حسگر اثر هال (Hall effect sensor) استفاده می‌کنند. این روش اولیه برای کنترل فن‌های کامپیوتر (Computer Fans) است.

مزایای موتورهای براش‌لس​

• قابلیت اعتماد بالا
• سرعت بالا
• کارآمدی بالا
• تولید انبوه و در دسترس بودن آسان

معایب موتورهای براش‌لس​

• کنترل دشوار در صورت عدم وجود کنترلر مخصوص
• نیاز به ظرفیت شروع پایین
• نیاز به گیربکس (gearboxes) مخصوص در کارکردهای محرک

در بخش بعدی و نهایی این پست، به توضیح در مورد موتورهای استپر (Stepper Motors) و موتورهای خطی (Linear Motors) خواهیم پرداخت

 

[Persia1]

موتورها و انتخاب درست آن‌ها – بخش سوم (معرفی موتورهای استپر و خطی)​

در این پست و در بخش آخر مبحث موتورها، به توضیح در مورد موتورهای استپر (Stepper Motors) و موتورهای خطی (Linear Motors) خواهیم پرداخت.

موتورهای استپر – دقت بالا​

موتورهای استپر، برای کنترل موقعیت، بسیار خوب هستند. موتورها، در چاپگرهای رومیزی، رسام‌ها (Plotters)، چاپگرهای سه‌بعدی، دستگاه‌های فرزکاری «CNC» و همه وسایلی که نیاز به کنترل موقعیت دقیق دارند، از این نوع موتورها استفاده می‌کنند.


گام‌زن‌ها یا استپر‌ها (Steppers)، بخش ویژه‌ای از موتورهای براش‌لس هستند. این بخش‌ها، به منظور کنترل گشتاورهای بالا ساخته شده‌اند. این گشتاورهای بالا، امکان افزایش گام‌ها در موقعیت‌های بعدی را به کاربر می‌دهند. همه این موارد باعث ایجاد یک سیستم موقعیت‌یابی ساده می‌شود که به هیچ انکودری (Encoder) احتیاج ندارد. این امر باعث ساخت آسان و استفاده راحت کنترلرهای موتور استپر می‌شود.

ساختار یک موتور استپر​

برای درک بهتر نحوه عملکرد یک موتور استپر، اجزای داخلی این نوع موتور را در شکل زیر آورده‌ایم. همان‌طور که مشاهده می‌شود، این موتورها بدون تسمه ساخته شده‌اند و شامل چند جزء کلیدی می‌شوند.

• محور – انرژی مکانیکی موتور را جهت کارکرد مورد نظر انتقال می‌دهد.
• یاتاقان‌ها – اصطکاک محور را به حداقل می‌رسانند.
• آهنرباها – میدان مغناطیسی مورد نیاز برای جذب و دفع سیم‌پیچ‌ها را فراهم می‌کنند.
• قطب‌ها – دقت فواصل گام‌ها را با تمرکز روی میدان مغناطیسی افزایش می‌دهند.
• سیم‌پیچ‌ها – الکتریسیته را به میدان مغناطیسی مورد نیاز برای حرکت محور تبدیل می‌کنند.
• اتصالات – انرژی مورد نیاز را از طریق کنترلر به سیم‌پیچ‌ها می‌رسانند.

مبانی نظری عملکرد موتورهای استپر​

موتورهای استپر دقیقاً مانند موتورهای براش‌لس عمل می‌کنند، با این تفاوت که اندازه گام در موتورهای استپر، بسیار کوچک‌تر است. تنها بخش محرک در این نوع موتورها، روتور است. روتور، آهنرباها را در خود جای می‌دهد. نحوه عملکرد این موتورها زمانی پیچیده می‌شود که بحث هماهنگی بین توالی دریافت انرژی در سیم‌پیچ‌ها باشد. قطبیت هر یک از سیم‌پیچ‌ها توسط جهت جریان فعلی کنترل می‌شود. تصویر زیر، الگوی ساده‌ای که کنترلرها دنبال می‌کنند را نشان می‌دهد. جریان متناوب، قطبیت هر سیم‌پیچ را تغییر داده و اثر «جذب و دفع» را در آن‌ها به وجود می‌آورد. تفاوت قابل توجه این نوع موتورها در چگونگی تفاوت ساختار مغناطیسی یک استپر است. رسیدن به عملکرد مناسب یک سری از آهنرباها در مقیاس کوچک، دشوار است. این کار بسیار هزینه‌بر نیز هست. برای حل این موضوع، بیشتر استپر موتورها از روش قرار دادن پشته‌ای صفحات برای هدایت قطب‌های آهنربا به درون دندانه‌ها استفاده می‌کنند.

در یک موتور براش‎لس، از روش « EMF برگشتی» برای تعیین سرعت استفاده می‌کنند. یک استپر، جهت «تضمین» به موقع رسیدن به نقطه‌ی موردنظر، روی پرش‌های کوتاه هر سیم‌پیچ اتکا می‌کند. در حرکت با سرعت بالا، این موضوع می‌تواند سبب ایست موتور شود (در جایی که روتور قادر به ادامه توالی نیست). راه‌هایی برای حل این مشکل وجود دارد که همه آن‌ها نیاز به درک بالایی از رابطه بین سیم‌پیچ‌های موتور و ظرفیت القاء مغناطیسی یا اندوکتانس (inductance) دارند.

مزایای موتورهای استپر​

• دقت بالا در موقعیت
• گشتاور نگه‌دارنده بالا
• قابلیت اعتماد بالا
• تولید بیشتر استپرها در اندازه‌های استاندارد

معایب موتورهای استپر​

• محدودیت بیشترین سرعت در اثر فاصله گام کم
• امکان پرش گام‌ها در ظرفیت‌های بالا
• خارج شدن مداوم از حداکثر جریان

موتورهای خطی – آینده موتورها​

موتورهای خطی، موتورهای آینده هستند. سرعت، عامل اصلی در دستگاه‌های مونتاژ «Pick and Place» است. با افزایش سرعت، مسئله اصطکاک و با اصطکاک، مسئله تعمیر و نگه‌داری و با تعمیر نگهداری، مسئله زمان ازکارافتادگی دستگاه پیش می‌آید. با از دست رفتن زمان، توان تولید کاهش می‌یابد. با حذف اجزای چرخشی در یک موتور و جایگزین کردن آن‌ها با اجزای خطی، سیستم کارآمدتر و سبک‌تر می‌شود. تعمیر و نگهداری موتورهای خطی ساده‌تر است و تنها یک بخش حرکتی به شدن قابل اتکا است. برای تولید موتورهای خطی از دستگاه مونتاژ Pick and Place استفاده می‌شود و این دستگاه بیسار پرسرعت است. برای افرادی که از ضربان‌ساز مصنوعی قلب استفاده می‌کنند، یک برچسب اخطار بر روی این دستگاه وجود دارد. در این دستگاه، یک ردیف کامل از آهنرباهای قدرتمند ساخته شده با عناصر کمیاب زمین استفاده می‌شود.

ساختار یک موتور خطی​

برای درک بهتر نحوه عملکرد موتورهای خطی، نگاهی به درون یک دستگاه مونتاژ Pick and Place می‌اندازیم.

• واحد حرکت (Motion Module) – شامل کنترلرها و آهنرباهای الکتریکی می‌شود.
• آهنرباها (Magnets) – یک میدان مغناطیسی جهت جذب و دفع سیم‌پیچ‌ها فراهم می‌کند.
• یاتاقان خطی (Linear Bearing) – موتور را هم‌راستای آهنربا قرار می‌دهد. این بخش، تنها بخش محرک یک موتور خطی است.

مبانی نظری عملکرد موتورهای خطی​

ساختار یک موتور خطی تقریباً مشابه با یک موتور براش‌لس است. اگر یک موتور براش‌لس را باز کنید و اجزای آن را در یک خط مستقیم قرار دهید، یک موتور خطی خواهید داشت. واحد حرکت، تنها بخش محرک موتور خطی است. قسمت پیچیده کار در این موتورها، هماهنگ کردن توالی دریافت انرژی در سیم‌پیچ‌ها است. قطبیت هر یک از سیم‌پیچ‌ها توسط جهت جریان فعلی کنترل می‌شود. تصویر زیر، الگوی ساده‌ای که کنترلرها دنبال می‌کنند را نشان می‌دهد. جریان متناوب، قطبیت هر سیم‌پیچ را تغییر داده و اثر «جذب و دفع» را در آن‌ها به وجود می‌آورد. در یک موتور خطی، معمولاً یک انکودر یا نوعی سیستم موقعیت‌یابی پیشرفته وجود دارد که محل قرارگیری واحد حرکت را دنبال می‌کند. برای رسیدن به دقت بالای محل قرارگیری، کنترلرهای این موتور، بسیار پیچیده‌تر از هر سیستم معمول دیگر است به منظور حرکت دقیق و روان واحد حرکت، روش ریزپله (MicroStepping) برای «مهار» آهنرباها مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای این منظور، موتورهای خطی به یک کنترلر بسیار تخصصی برای هر یک از موتورها نیاز دارند. با پیشرفت تکنولوژی کنترلرها، باید شاهد کاهش قیمت موتورهای خطی باشیم. شاید روزی بیاید که چاپگرهای سه‌بعدی، به جای چند ساعت، اشیا را در مدت چند ثانیه چاپ کنند.

مزایای موتورهای خطی​

• قابلیت اعتماد بالا
• سرعت بالا
• کارآمدی بالا
• عدم نیاز به تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی

معایب موتورهای خطی​

• گران بودن
• نیاز به کنترلرهای سفارشی
• ساخت سفارشی برای هر سیستم خاص
• باز هم گران بودن!

در این پست به انواع موتور و کاربردهای احتمالی آن‌ها پرداختیم. انتخاب یک موتور، نیازمند تعیین کاربرد مورد نیاز است. با درک صحیح از نیاز خود، می‌توانید نقاط قوت و ضعف هر یک از موتورها را بررسی کرده و مناسب‌ترین گزینه را انتخاب کنید. نکته‌ی مهم دیگر در انتخاب موتور، مقادیر نیروی ورودی و خروجی هر یک از آن‌ها است. شما می‌توانید ظرفیت مورد نیاز خود را محاسبه کرده و بر اساس آن موتور مورد نیاز خود را انتخاب کنید.