Silnik serwo AC Mitsubishi Electric HC-KFE43B z hamulcem elektromagnetycznym

400W | Moment znamionowy 1,3 Nm | 3000 obr./min | Hamulec elektromagnetyczny bez wzbudzenia | 24VDC | Wał z wpustem | Kołnierz 60×60 mm | Kompatybilny z MR-E-40A | Obudowa IP55 | Wycofany z produkcji

Gdy utrzymanie pozycji po wyłączeniu zasilania nie jest opcjonalne

Każda oś serwo zatrzymuje się. Pytanie, które odróżnia serwosilnik ogólnego przeznaczenia od silnika z hamulcem, brzmi: co dzieje się w tym momencie: czy oś utrzymuje swoją pozycję pod obciążeniem, czy też swobodnie się obraca, dryfuje lub opada? W przypadku osi pionowych przenoszących narzędzia, systemów zaciskowych, które muszą utrzymać chwyt podczas przerw w zasilaniu, lub dowolnego napędzanego mechanizmu, w którym niekontrolowana pozycja po odłączeniu zasilania stanowi zagrożenie, odpowiedź decyduje o tym, który silnik zostanie wybrany.

Mitsubishi Electric HC-KFE43B to wariant z hamulcem elektromagnetycznym silnika HC-KFE43 — silnika o mocy 400 W i prędkości 3000 obr./min z platformy serii MELSERVO MR-E, z hamulcem elektromagnetycznym uruchamianym sprężyną, bez wzbudzenia, wbudowanym bezpośrednio w tylną część obudowy silnika. Silnik i hamulec stanowią jeden zintegrowany zespół. Nie ma oddzielnego hamulca montowanego zewnętrznie, nie ma dodatkowych elementów montażowych do pozyskania ani potrzeby wyrównania między silnikiem a hamulcem przez cały okres eksploatacji maszyny.

Sufiks „B” w oznaczeniu Mitsubishi jest spójny w seriach silników HC i HF: zawsze oznacza silnik z hamulcem elektromagnetycznym, zastosowany do identycznego silnika bazowego. Mechanicznie i elektrycznie HC-KFE43B to HC-KFE43 z jednym dodatkowym podsystemem, którego znaczenie — w odpowiedniej aplikacji — jest znaczne.

Specyfikacje techniczne

Hamulec bez wzbudzenia: zabezpieczenie z założenia

Określenie „aktywacja bez wzbudzenia” pojawia się w każdej specyfikacji silnika z hamulcem Mitsubishi i oznacza coś konkretnego: hamulec zaciska się pod wpływem siły sprężyny po odłączeniu zasilania i zwalnia po podaniu napięcia 24VDC. Jest to odwrotność hamulca typu wzbudzenia, który trzyma tylko wtedy, gdy jest zasilany.

Praktyczne konsekwencje mają ogromne znaczenie w zastosowaniach krytycznych pod względem bezpieczeństwa. Gdy zasilanie maszyny zostanie przerwane — czy to w wyniku kontrolowanej sekwencji wyłączenia, zatrzymania awaryjnego, czy nieplanowanej awarii zasilania — hamulec w HC-KFE43B zaciska się automatycznie. Nie jest potrzebny żaden sygnał, żadne działanie sterownika ani zasilanie awaryjne, aby hamulec utrzymał wał silnika. Stan domyślny hamulca to stan zablokowany.

Ta charakterystyka zabezpieczająca jest powodem, dla którego hamulce bez wzbudzenia uruchamiane sprężyną są standardową specyfikacją dla osi pionowych, mechanizmów zaciskowych i każdej osi, w której niekontrolowany ruch po odłączeniu zasilania stanowi zagrożenie. Hamulec HC-KFE43B utrzymuje wał przeciwko grawitacji i przeciwko wszelkim zewnętrznym momentom obciążenia do momentu tarcia statycznego hamulca — ocenianego tak, aby pasował do znamionowego momentu obrotowego silnika wynoszącego 1,3 Nm w tej klasie silników, zgodnie ze standardową praktyką projektową Mitsubishi dotyczącą dopasowania silnika do hamulca.

Zasilanie hamulca: wymagany dedykowany obwód 24VDC

Dokumentacja serii MR-E jest jednoznaczna w tej kwestii: zasilanie 24VDC do hamulca elektromagnetycznego nie może być współdzielone z zasilaniem interfejsu 24VDC używanym do sygnałów cyfrowych I/O wzmacniacza. Oba obwody muszą pozostać oddzielne. Współdzielenie zasilania wprowadza ryzyko spadku napięcia w obwodzie hamulca podczas przełączania sygnałów I/O, co może spowodować niepełne zwolnienie hamulca lub niezamierzone zaciśnięcie hamulca podczas pracy silnika — żadne z tych zjawisk nie jest akceptowalne w działającej osi serwo.

W praktyce oznacza to, że projekt panelu sterowania dla maszyny wykorzystującej HC-KFE43B musi zawierać dedykowaną szynę 24VDC do zasilania hamulca, odpowiednio dobraną do poboru prądu cewki hamulca. Złącze zasilania silnika mieści zarówno trójfazowe przewody silnika, jak i przewody zasilania hamulca w jednym zespole złącza 6-pinowego, w porównaniu do złącza 4-pinowego używanego w standardowym HC-KFE43 bez hamulca. Ta różnica w złączach jest natychmiastowym wizualnym identyfikatorem przy porównywaniu obu wariantów silnika w kontekście części zamiennych.

Czas hamowania i sygnał MBR

Sygnał blokady hamulca elektromagnetycznego (MBR) z wyjścia wzmacniacza MR-E koordynuje czas zwolnienia hamulca ze stanem pracy wzmacniacza serwo. Zanim silnik serwo będzie mógł się uruchomić, sygnał MBR zwalnia hamulec, zasilając obwód 24VDC. Gdy silnik zostanie zatrzymany, a sygnał serwo-on zostanie wyłączony, wyjście MBR zarządza opóźnieniem czasowym między wyłączeniem serwo a zaciśnięciem hamulca — zapobiegając gwałtownemu zaciśnięciu hamulca na wciąż obracającym się wale, co przyspieszyłoby zużycie okładzin hamulcowych i spowodowało obciążenia udarowe mechaniczne.

Instrukcja obsługi MR-E firmy Mitsubishi obejmuje wymagane ustawienia parametrów dla funkcji blokady hamulca. W szczególności Parametr nr 1 musi być ustawiony na włączenie wyjścia sygnału MBR, a Parametr nr 33 (wyjście sekwencji hamulca elektromagnetycznego) ustawia opóźnienie czasowe (Tb) po wyłączeniu serwo przed zaciśnięciem hamulca. Ustawienia te są konfigurowane dla specyficznych zachowań zatrzymania i charakterystyk obciążenia aplikacji, a nie pozostawiane na domyślnych ustawieniach fabrycznych w maszynie produkcyjnej.

W przypadku zastosowań z osiami pionowymi, dokumentacja MR-E wyraźnie zaleca użycie sygnału blokady hamulca elektromagnetycznego (MBR), gdy silnik steruje wałem pionowym — koordynacja czasowa między wyłączeniem serwo a zaciśnięciem hamulca jest kluczowa, aby zapobiec opadaniu obciążenia podczas sekwencji zatrzymania osi.

Wał z wpustem: standard w wersji 400W

Wał HC-KFE43B standardowo zawiera wpust. W gamie HC-KFE firmy Mitsubishi wpusty są standardem w silnikach o mocy 200W i 400W — zdolność przenoszenia momentu obrotowego przez zwykłe sprzęgło wciskane na małym wale jest niewystarczająca do niezawodnego przenoszenia momentu obrotowego przy tych poziomach mocy w cyklach pracy przemysłowej. Wpust zapewnia pozytywne przenoszenie momentu obrotowego między wałem silnika a napędzanym sprzęgłem lub kołem pasowym, eliminując poleganie wyłącznie na sile docisku.

Silnik jest dostarczany z dołączonym kluczem. Wybór sprzęgła powinien uwzględniać standardową opcję adaptera montażowego NEMA 34 dla instalacji maszyn w Ameryce Północnej, chociaż wymiary wału silnika i wpust są zgodne ze standardem JIS — potwierdzenie wymiarów wału w stosunku do otworu sprzęgła aplikacji jest zawsze właściwym pierwszym krokiem przed instalacją.

Różnica w długości obudowy w porównaniu do HC-KFE43

Dodanie sekcji hamulca elektromagnetycznego do tylnej części obudowy silnika zwiększa całkowitą długość obudowy w porównaniu do HC-KFE43. Obudowa hamulca, zespół sprężyn i zespół tarczy ciernej wydłużają wymiar osiowy silnika. W przypadku modernizacji, gdy HC-KFE43 jest zastępowany przez HC-KFE43B, lub gdy hamulec jest dodawany do istniejącej osi maszyny, głębokość montażu i prześwity na prowadzenie kabli za silnikiem muszą zostać zweryfikowane pod kątem zwiększonej długości przed rozpoczęciem instalacji mechanicznej.

Wymiary kołnierza, rozstaw otworów na śruby i wysunięcie wału od strony wyjściowej są identyczne między standardowym wariantem a wariantem z hamulcem — różnica w długości dotyczy wyłącznie tylnej części silnika. Jeśli maszyna ma wymiar prześwitu z tyłu, który był dobrany do standardowego silnika, może wymagać dostosowania, aby pomieścić model z hamulcem.

Kontekst zastosowania

HC-KFE43B jest najczęściej spotykany w projektach maszyn, w których jedna lub więcej osi wymaga funkcji hamulca, podczas gdy ogólny budżet systemu napędowego preferuje platformę wzmacniacza ogólnego przeznaczenia MR-E zamiast serii MR-J2S lub MR-J3 o wyższej specyfikacji. Typowe zastosowania obejmują:

• Osi pionowych posuwu w małych centrach obróbczych lub wiertarkach — gdzie narzędzie lub głowica wrzeciona musi utrzymać pozycję pod wpływem grawitacji po odłączeniu zasilania serwo
• Mechanizmy zaciskowe i mocujące — gdzie zasilana pozycja zacisku musi być utrzymana podczas przerw w zasilaniu bez zwalniania przedmiotu obrabianego
• Stoły obrotowe indeksujące — gdzie wymagana jest zablokowana pozycja między ruchami indeksowania, wykorzystując hamulec do przeciwdziałania momentowi obrotowemu w pozycji indeksowanej zamiast ciągłego utrzymywania momentu serwo
• Osi Z w systemach transportu materiałów — gdzie obciążenie musi być bezpiecznie zawieszone podczas przerw w cyklu, zatrzymań awaryjnych lub operacji konserwacyjnych

Często zadawane pytania

P1: Czy hamulec elektromagnetyczny w HC-KFE43B zapewnia znamionowy moment trzymający równy znamionowemu momentowi wyjściowemu silnika?

Zgodnie z praktyką projektową Mitsubishi dla serii HC-KFE, moment tarcia statycznego hamulca jest oceniany tak, aby pasował do momentu znamionowego silnika — 1,3 Nm dla klasy 400W. Oznacza to, że hamulec jest zaprojektowany do utrzymywania obciążenia na poziomie wału silnika, które odpowiada momentowi znamionowemu silnika w normalnych warunkach pracy. Należy pamiętać, że hamulec jest przeznaczony do utrzymywania obciążeń stacjonarnych, a nie do hamowania obracającego się wału. Używanie go jako dynamicznego hamulca zatrzymującego — polecenie zaciśnięcia hamulca, gdy silnik wciąż się obraca z dużą prędkością — spowoduje szybkie zużycie okładzin hamulcowych i znacząco skróci jego żywotność. Prawidłowa sekwencja polega na zatrzymaniu silnika za pomocą systemu sterowania serwo, a następnie zaciśnięciu hamulca w celu utrzymania zatrzymanej pozycji.

P2: Czy zasilanie 24VDC dla hamulca można pobrać z tej samej szyny 24VDC, która zasila interfejs I/O wzmacniacza MR-E?

Nie. Dokumentacja serii MR-E firmy Mitsubishi wyraźnie zabrania współdzielenia zasilania interfejsu 24VDC między obwodami interfejsu I/O a hamulcem elektromagnetycznym. Hamulec musi mieć dedykowane zasilanie 24VDC. Powód jest prosty: zdarzenia przełączania I/O powodują przejściowe prądy na szynie 24VDC, które mogą powodować chwilowe spadki napięcia, częściowo lub całkowicie aktywując hamulec podczas pracy silnika, powodując wstrząsy mechaniczne i przedwczesne zużycie hamulca. Dedykowane zasilanie hamulca izoluje te obwody i zapewnia niezawodne działanie hamulca we wszystkich warunkach przełączania I/O.

P3: Co dzieje się z działaniem hamulca, jeśli wzmacniacz ulegnie awarii i odetnie zasilanie?

Jest to scenariusz, do którego projekt hamulca bez wzbudzenia jest specjalnie przeznaczony. Gdy wzmacniacz MR-E wyłącza się — czy to z powodu alarmu, sygnału zatrzymania awaryjnego, czy utraty zasilania głównego — zasilanie 24VDC do cewki hamulca jest również odcinane (albo przez obwód wyjściowy alarmu, albo przez samą awarię zasilania). Hamulec uruchamiany sprężyną natychmiast się zaciska, blokując wał silnika bez potrzeby sygnału ze sterownika. To automatyczne zaciśnięcie jest niezależne od stanu pracy wzmacniacza. W przypadku osi pionowych lub zastosowań zaciskowych jest to podstawowe zachowanie bezpieczeństwa, które czyni hamulec bez wzbudzenia standardem branżowym w zastosowaniach zapobiegających zagrożeniom.

P4: Jaka jest różnica w długości obudowy silnika między HC-KFE43 a HC-KFE43B i czy montaż na kołnierzu pozostaje taki sam?

Wymiary montażu na kołnierzu — kwadratowy kołnierz 60×60 mm, rozstaw otworów na śruby i długość wysunięcia wału od strony wyjściowej — są identyczne między HC-KFE43 a HC-KFE43B. Jedyna zmiana wymiarowa to zwiększona całkowita długość obudowy z powodu modułu hamulca dodanego z tyłu silnika. Dokumentacja rysunków poglądowych Mitsubishi (sekcja 14.8.1 instrukcji MR-E) pokazuje konkretne długości obudowy dla każdego wariantu i należy się do niej odwoływać przy projektowaniu lub weryfikacji prześwitu z tyłu silnika w konstrukcji maszyny. W przypadku wymiany istniejącego standardowego silnika na model z hamulcem w modernizacji, należy zweryfikować prześwit z tyłu przed złożeniem zamówienia.

P5: Czy HC-KFE43B jest odpowiednim bezpośrednim zamiennikiem dla HC-KFS43B (silnika z hamulcem MR-J2S) w istniejącej maszynie?

Mechanicznie, rozstaw kołnierza 60×60 mm jest wspólny dla HC-KFE43B i HC-KFS43B, co czyni płytę montażową kompatybilną. Jednak interfejsy enkodera i wzmacniacza są całkowicie różne. HC-KFE43B wykorzystuje enkoder inkrementalny współpracujący ze wzmacniaczem MR-E, podczas gdy HC-KFS43B wykorzystuje 17-bitowy enkoder absolutny (131072 ppr) współpracujący ze wzmacniaczem MR-J2S. Typy złączy enkodera, protokoły sygnałowe i zespoły kabli nie są wymienne. Zamiana HC-KFS43B na HC-KFE43B wymagałaby wymiany wzmacniacza na MR-E i rekonfiguracji całej osi napędowej do pracy z enkoderem inkrementalnym z cyklami inicjalizacji — co stanowi znaczącą zmianę systemu. Kierunek odwrotny (modernizacja z HC-KFE43B do HC-KFS43B lub silnika serii HG z hamulcem) jest częstszą ścieżką migracji, gdy system maszyny jest modernizowany.