Mitsubishi HC-PQ43B (HCPQ43B) — 400W AC Serwomotor z hamulcem elektromagnetycznym, prosty wał, 3000 obr./min, seria MELSERVO-C

Przegląd produktu

Numer części: HC-PQ43B

Szukano również jako: HCPQ43B, HC PQ 43B, HC-PQ-43B

Seria: Mitsubishi MELSERVO-C (generacja MR-C)

Klasyfikacja: Serwomotor AC bezszczotkowy o bardzo niskiej bezwładności — 400 W, klasa 200V, 3000 obr./min, prosty wał, hamulec elektromagnetyczny

Kontekst: Serwomotor innego rodzaju

Większość serwomotorów na tej stronie należy do rodzin HC-SF, HC-SFS lub HA-FF — silników zaprojektowanych wokół platformy wzmacniaczy J2 lub J2-Super do ogólnej automatyki przemysłowej, obrabiarek i urządzeń pozycjonujących. HC-PQ43B pochodzi z zupełnie innej gałęzi historii MELSERVO firmy Mitsubishi.

Seria HC-PQ została opracowana jako część platformy MELSERVO-C, wprowadzonej w 1999 roku z konkretną misją: zaoferować prawdziwą alternatywę serwo dla klientów używających silników krokowych w zastosowaniach o małej mocy do 400W. Wzmacniacz MR-C, który go napędza, jest niezwykle kompaktowy — ma zaledwie 40 mm szerokości i 130 mm wysokości — a silniki HC-PQ zostały zaprojektowane tak, aby pasowały do tej filozofii. Bardzo niska bezwładność, proste okablowanie z połączeniami typu pigtail, prosty interfejs sterowania oraz poziom cen i złożoności, który sprawił, że przejście z silnika krokowego na serwo było praktyczne dla maszyn, które nigdy wcześniej nie korzystały z technologii serwo bezszczotkowych.

HC-PQ43B to wersja z hamulcem silnika HC-PQ o mocy 400W: ten sam znamionowy moment obrotowy 1,3 Nm, ten sam szczytowy moment obrotowy 3,8 Nm, ta sama znamionowa prędkość 3000 obr./min, ta sama kompaktowa obudowa o stopniu ochrony IP44 — z hamulcem elektromagnetycznym uruchamianym sprężyną dodanym z tyłu silnika do zastosowań z osią pionową i mechanizmami obciążonymi grawitacyjnie.

Specyfikacje techniczne

Do czego została zaprojektowana platforma MR-C

Aby prawidłowo zrozumieć HC-PQ43B, należy zrozumieć platformę, do której należy, ponieważ kombinacja MR-C i HC-PQ obsługiwała segment rynku, dla którego większe platformy J2 i J2-Super nie były zoptymalizowane.

Silniki krokowe dominowały w zastosowaniach pozycjonowania o małej mocy przez dziesięciolecia, ponieważ były proste, niedrogie i nie wymagały urządzenia sprzężenia zwrotnego. Sterowanie impulsowe w pętli otwartej wystarczało do większości zastosowań, a elektronika sterująca była prosta. Słabości — rezonans przy pewnych prędkościach, utrata pozycji pod obciążeniem, słaba wydajność przy dużej prędkości, brak sprzężenia zwrotnego momentu obrotowego — były akceptowane jako inherentne ograniczenia technologii.

Propozycja platformy MR-C polegała na tym, że serwomotor mógł dorównać prostocie sterowania silnikiem krokowym, jednocześnie eliminując te ograniczenia. Wzmacniacz MR-C akceptował polecenia typu impulsowego, podobnie jak sterownik silnika krokowego. Silniki HC-PQ miały połączenia typu pigtail z przewodami, a nie okrągłe złącza wojskowe. Wzmacniacz był na tyle wąski, że można go było zamontować na standardowej szynie DIN w kompaktowej szafie sterowniczej. Uruchomienie było na tyle proste, że inżynierowie przyzwyczajeni do systemów silników krokowych mogli sobie z tym poradzić.

W przypadku typów maszyn, do których skierowana była ta platforma — małe urządzenia montażowe, aplikatory etykiet, kompaktowe mechanizmy typu pick-and-place, lekkie stoły pozycjonujące, osie pomocnicze w maszynach drukarskich i pakujących — kombinacja MR-C i HC-PQ zapewniała wydajność serwo w pętli zamkniętej w formacie, który nie wymagał ponownego szkolenia ani zespołu projektowego, ani personelu konserwacyjnego.

HC-PQ43B dodaje hamulec uruchamiany sprężyną do tej platformy dla zastosowań w tej kategorii maszyn, które mają osie pionowe lub inne elementy obciążone grawitacyjnie.

Hamulec uruchamiany sprężyną w silniku 400W

Przy mocy 400W i znamionowym momencie obrotowym 1,3 Nm, obciążenia, które napędza HC-PQ43B, są niewielkie w porównaniu do serwomotorów o średniej mocy. Mała pionowa suwnica transferowa. Lekkie ramię robota. Napęd wrzeciona wiertarskiego w małej automatycznej maszynie wiertarskiej. Pionowy suwak na kompaktowej stacji montażowej. Te mechanizmy są niewielkie, ale fizyka hamulca uruchamianego sprężyną działa na każdym poziomie mocy: gdy cewka jest odłączona od zasilania, sprężyna zamyka hamulec i mechanicznie blokuje oś, nie polegając na żadnym aktywnym systemie elektrycznym.

Praktyczna konsekwencja jest taka sama przy 400W, jak przy 7kW: jeśli zasilanie szafy sterowniczej zostanie nagle odcięte, jeśli wzmacniacz zadziała, jeśli obwód E-stop zostanie otwarty — oś pozostaje zablokowana. Zasilanie 24V DC do cewki hamulca jest odłączane, a sprężyna natychmiast wykonuje swoje zadanie. W małym mechanizmie pionowym, gdzie masa ruchoma może wynosić zaledwie kilka kilogramów, jest to nadal właściwy wybór projektowy. Alternatywa — poleganie na blokadzie serwo ze wzmacniacza MR-C40A do utrzymania pozycji, gdy wzmacniacz może być elementem, który właśnie zadziałał — nie jest niezawodną podstawą bezpieczeństwa.

Hamulec w HC-PQ43B wymaga oddzielnego zasilania 24V DC w szafie sterowniczej maszyny. Jest to wyraźnie zaznaczone w dokumentacji serii MR-C: silniki z hamulcami wymagają własnego zasilania 24V DC, oddzielnego od zasilania sterującego wzmacniacza. Obwód 24V musi zawierać przekaźnik z odpowiednim tłumieniem przepięć na zaciskach cewki hamulca — cewka indukcyjna bez tłumienia wygeneruje niszczące skoki napięcia przy odłączeniu zasilania.

Zalecana sekwencja pracy jest zgodna z tą samą zasadą, co każdy hamulec uruchamiany sprężyną w serwomotorze: zatrzymaj oś pod kontrolą serwo przed załączeniem hamulca i potwierdź, że blokada serwo została ustanowiona przed zwolnieniem hamulca podczas uruchamiania. W małej, kompaktowej maszynie, gdzie te osie wykonują wiele cykli na zmianę, spójna sekwencja znacząco wydłuża żywotność klocków hamulcowych w całym okresie eksploatacji silnika.

1,3 Nm momentu znamionowego: zaleta bardzo niskiej bezwładności

Jeden niutonometr i trzy dziesiąte. Jest to skromna wartość momentu obrotowego w sposób ciągły, i dokładnie opisuje, czym jest HC-PQ43B: silnik do lekkich, szybkich osi, gdzie priorytetem jest wydajność przyspieszenia, a nie stała siła.

Silniki o bardzo niskiej bezwładności osiągają swoją główną wartość dzięki stosunkowi dostępnego momentu obrotowego do bezwładności wirnika. Bardzo niska bezwładność wirnika oznacza, że dany moment obrotowy — w tym szczytowy moment 3,8 Nm — powoduje bardzo wysokie przyspieszenie kątowe samego wału silnika. Oś szybko osiąga docelową prędkość, szybko stabilizuje się w pozycji i jest gotowa do następnego ruchu. W zastosowaniach, gdzie wykonuje się wiele krótkich ruchów na minutę, przekłada się to bezpośrednio na przepustowość.

Szczytowy moment obrotowy 3,8 Nm — prawie trzy razy więcej niż znamionowy moment obrotowy — efektywnie obsługuje fazy przyspieszania i hamowania. W typowym cyklu pracy osi lekkiej maszyny montażowej silnik przyspiesza do prędkości ruchu z momentem szczytowym, pracuje krótko z momentem znamionowym lub niższym, hamuje z momentem szczytowym, a następnie pozostaje w pozycji, zużywając minimalny prąd. Ten wzorzec jest termicznie łagodny, a funkcje zabezpieczające wzmacniacza 400W zarządzają nim bez interwencji w dobrze zaprojektowanym cyklu pracy.

Ograniczenie jest jasne: 1,3 Nm ciągłego momentu obrotowego to górna granica dla stałego momentu obciążenia. Zastosowania, w których oś musi utrzymywać więcej niż 1,3 Nm ciągłego momentu obrotowego — stały opór cięcia, duże naprężenie nawijania, znaczące obciążenie grawitacyjne podczas ruchu — wykraczają poza odpowiedni zakres zastosowań tego silnika. Osie, które spędzają większość swojego cyklu pracy w spoczynku lub lekko obciążone z jedynie krótkimi przejściowymi przyspieszeniami, to tam, gdzie HC-PQ43B działa najlepiej.

IP44: Zrozumienie stopnia ochrony

Stopień ochrony IP44 w HC-PQ43B jest niższy niż IP65 w silnikach serii HC-SFS i HC-SF, i warto zrozumieć tę różnicę przed wyborem tego silnika.

IP44 oznacza: ochronę przed ciałami stałymi o rozmiarze większym niż 1 mm (drobne narzędzia, druty, małe owady — ale nie pył w dużych ilościach) oraz ochronę przed cieczami przed wodą rozpryskiwaną z dowolnego kierunku. Jest to wystarczające do zastosowań w wewnętrznych środowiskach przemysłowych, gdzie silnik nie jest bezpośrednio narażony na rozpryski chłodziwa, mgłę olejową lub operacje mycia.

IP65 (stopień ochrony w HC-SFS i podobnych silnikach) dodaje pełną ochronę przed pyłem i ochronę przed strumieniami wody skierowanymi pod dowolnym kątem.

W zastosowaniach, do których zaprojektowano HC-PQ43B — maszyny montażowe, lekkie urządzenia automatyki, kompaktowe osie pozycjonujące wewnątrz pomieszczeń — IP44 jest zazwyczaj wystarczające. Silnik nie jest przeznaczony do środowisk obróbki skrawaniem, gdzie chłodziwo dociera do silnika, ani do urządzeń spożywczych lub farmaceutycznych wymagających mycia. Jeśli środowisko instalacji zawiera znaczną ilość chłodziwa, mgły olejowej lub zanieczyszczeń unoszących się w powietrzu z procesów produkcyjnych, należy wybrać silnik o wyższym stopniu ochrony.

Podczas instalacji HC-PQ43B z wyprowadzeniami kablowymi skierowanymi w dół — co jest preferowaną orientacją montażu dla poziomych instalacji silników — przewody i wszelka kondensacja spływają z korpusu silnika, zamiast gromadzić się w punktach wejścia kabla. Dokumentacja MR-C odradza montaż silnika z prowadzeniem kabli w górę w środowiskach, gdzie możliwe jest wnikanie cieczy wzdłuż osłony kabla.

Kompatybilny wzmacniacz: MR-C40A

HC-PQ43B jest parowany wyłącznie ze wzmacniaczem MR-C40A — jednostką o mocy 400W z gamy MELSERVO-C. Ten wzmacniacz ma zestaw cech, które wyraźnie odróżniają go od wzmacniaczy J2 i J2-Super, których używają silniki serii HC-SFS i HC-SF.

MR-C40A akceptuje jedno-fazowe zasilanie 200–240V AC, pobierając około 2,8A. Jest to zasilanie jednofazowe, a nie trójfazowe — co oznacza, że platforma MR-C może działać ze standardowego jednofazowego obwodu 200V, upraszczając okablowanie szafy sterowniczej dla małych maszyn, które nie mają trójfazowej dystrybucji do każdej osi.

Wzmacniacz akceptuje polecenia pozycjonowania typu impulsowego — ten sam interfejs, który jest używany przez sterowniki silników krokowych — co było kluczowe dla pozycjonowania platformy jako zamiennika silnika krokowego. Rozdzielczość enkodera i wydajność sterowania są klasy serwo, ale interfejs sterowania jest kompatybilny z silnikami krokowymi, co ułatwia integrację z istniejącymi projektami maszyn, które wcześniej opierały się na silnikach krokowych.

MR-C40A ma szerokość zaledwie 40 mm. W maszynie z kilkoma małymi osiami serwo, rząd wzmacniaczy MR-C40A zajmuje znacznie mniej miejsca w szafie sterowniczej niż równoważny rząd wzmacniaczy J2-Super o tej samej mocy.

Zarówno wzmacniacz MR-C40A, jak i silniki serii HC-PQ zostały wycofane z produkcji w kwietniu 2013 roku. Rekomendacja migracji firmy Mitsubishi w tamtym czasie wskazywała użytkownikom na wzmacniaczy MR-JN z silnikami serii HF-KN lub HF-KP — następną generację kompaktowej platformy serwo w tym zakresie mocy. Dla maszyn nadal eksploatowanych na sprzęcie MR-C, zamienne wzmacniacze MR-C40A i silniki HC-PQ43B pozostają dostępne jako zapasy magazynowe.

Przegląd możliwości serii HC-PQ

HC-PQ43B jest silnikiem z hamulcem o najwyższej mocy w gamie HC-PQ i szczytem platformy MR-C. W ramach mocy 400W, HC-PQ43 (bez hamulca) i HC-PQ43B (z hamulcem) są identyczne pod względem wszystkich specyfikacji elektrycznych i dynamicznych — wybór między nimi zależy wyłącznie od tego, czy oś wymaga mechanicznego blokowania w spoczynku.

Typowe zastosowania

Pionowa oś Z w małych maszynach montażowych i wiertarskich. Małe automatyczne maszyny wiertarskie, stacje montażowe stołowe i kompaktowe urządzenia CNC z lekkimi osiami ruchu pionowego. Masy obciążenia są niewielkie — mała głowica wrzeciona, uchwyt narzędzia, lekki uchwyt — ale hamulec uruchamiany sprężyną zapewnia niezawodne mechaniczne blokowanie podczas wymiany narzędzi, wyłączeń awaryjnych i okresów wyłączenia maszyny, nie polegając na blokadzie serwo.

Napędy przegubów ramion robotów pionowych. Lekkie osie drugiego ramienia robotów SCARA, elementy ruchu pionowego w robotach kartezjańskich i małe przeguby ramion robotów przegubowych w urządzeniach montażowych i manipulacyjnych, gdzie przegub przenosi składową obciążenia grawitacyjnego i wymagane jest blokowanie hamulcem po odłączeniu zasilania serwo.

Pionowe osie podawania etykiet i druku i nakładania. Pionowe pozycjonowanie produktu i napędy ramion aplikatora w urządzeniach do nakładania etykiet, gdzie głowica aplikatora musi utrzymywać pozycję na zdefiniowanej wysokości podczas okresów postoju. Kompaktowa platforma MR-C pasuje do ścisłych ograniczeń przestrzennych maszyn do nakładania etykiet.

Małe pionowe stacje transferowe i podnoszące. Mechanizmy podnoszenia części, małe osie windy i pionowe suwnice transferowe w kompaktowych komórkach montażowych i urządzeniach testujących, gdzie lekkie ładunki muszą być utrzymywane w pozycjach pośrednich podczas okresów postoju stacji. Absolutna prostota interfejsu sterowania MR-C pasuje do prostego logiki zazwyczaj używanej do zarządzania tymi osiami.

Zamiennik silnika krokowego na starszych osiach pionowych. Istniejące maszyny wykorzystujące silniki krokowe na osiach pionowych, gdzie utrata pozycji pod obciążeniem lub błędy spowodowane rezonansem powodowały problemy produkcyjne. HC-PQ43B zapewnia sterowanie pozycją serwo w pętli zamkniętej z tym samym interfejsem poleceń impulsowych, co oryginalny sterownik silnika krokowego, eliminując utratę pozycji w pętli otwartej, podczas gdy hamulec uruchamiany sprężyną dodaje bezpieczeństwo blokowania, które moment blokujący silnika krokowego zapewnia tylko wtedy, gdy sterownik jest zasilany.

Często zadawane pytania

P1: Który wzmacniacz jest kompatybilny z HC-PQ43B i jakiego typu zasilania potrzebuje?

HC-PQ43B jest parowany wyłącznie ze wzmacniaczem MR-C40A. MR-C40A akceptuje jedno-fazowe zasilanie 200–240V AC — nie trójfazowe —, co czyni go odpowiednim dla małych maszyn bez trójfazowej dystrybucji do każdej pozycji osi. Wzmacniacz ma szerokość zaledwie 40 mm i akceptuje polecenia pozycjonowania typu impulsowego, ten sam interfejs, który jest używany przez sterowniki silników krokowych. Zarówno MR-C40A, jak i HC-PQ43B są wycofane z produkcji, ale pozostają dostępne jako zapasy magazynowe.

P2: Jaka jest różnica między HC-PQ43B a HC-PQ43?

Oba silniki są identyczne pod względem wszystkich specyfikacji elektrycznych i wydajnościowych — moc 400W, moment znamionowy 1,3 Nm, moment szczytowy 3,8 Nm, prędkość znamionowa 3000 obr./min. Jedyna różnica to hamulec. HC-PQ nie ma hamulca — pozycja w spoczynku jest utrzymywana przez blokadę serwo wzmacniacza. HC-PQ43B ma hamulec elektromagnetyczny uruchamiany sprężyną, który mechanicznie załącza się po odłączeniu zasilania cewki 24V. Użyj HC-PQ43B na osiach pionowych, nachylonych napędach i w każdym zastosowaniu, gdzie obciążenie poruszałoby się po wyłączeniu serwo. HC-PQ43 jest odpowiedni dla osi poziomych, gdzie blokada serwo jest wystarczająca.

P3: HC-PQ43B ma stopień ochrony IP44. Czy jest on wystarczający do środowisk obrabiarek?

IP44 zapewnia ochronę przed ciałami stałymi o rozmiarze większym niż 1 mm i wodą rozpryskiwaną z dowolnego kierunku. Jest wystarczający do zamkniętych środowisk wewnętrznych bez znaczącej ekspozycji na chłodziwo. Nie nadaje się do środowisk obróbki skrawaniem, gdzie rozpryski chłodziwa, mgła olejowa lub strumienie chłodziwa docierają do silnika. W takich środowiskach wymagany jest silnik o stopniu ochrony IP65 lub wyższym — taki jak silniki z serii HC-SFS lub HC-SF. Seria HC-PQ została zaprojektowana do maszyn montażowych, urządzeń manipulacyjnych i lekkiej automatyki, a nie do strefy skrawania obrabiarek CNC.

P4: Czy hamulec w HC-PQ43B wymaga specjalnego obwodu zasilania?

Tak. Dokumentacja MR-C firmy Mitsubishi wyraźnie stwierdza, że silniki z hamulcami wymagają oddzielnego zasilania 24V DC — oddzielnego od zasilania sterującego wzmacniacza. Obwód 24V musi zawierać przekaźnik do przełączania prądu cewki, z tłumieniem przepięć (dioda gasikowa dla obwodów DC) na zaciskach cewki hamulca, aby pochłonąć skok napięcia indukcyjnego po otwarciu przekaźnika. Bez tłumienia przepięć styki przekaźnika są narażone na uszkodzenia łukowe, a wynikający z tego szum elektryczny może wpływać na wzmacniacz i sterownik.

P5: HC-PQ43B i MR-C40A są wycofane z produkcji. Jaka jest zalecana ścieżka migracji firmy Mitsubishi?

Oficjalna rekomendacja migracji firmy Mitsubishi po wycofaniu z produkcji polegała na przejściu na serię wzmacniaczy MR-JN z serwomotorami serii HF-KN lub HF-KP o porównywalnej mocy. HF-KP43B (400W, 3000 obr./min, hamulec uruchamiany sprężyną) na wzmacniaczu MR-JN-40 jest funkcjonalnym odpowiednikiem następnej generacji, oferującym wyższą rozdzielczość enkodera i ulepszoną wydajność serwo w podobnie kompaktowej obudowie. Zarówno silnik, jak i wzmacniacz muszą być wymienione razem, ponieważ protokoły enkoderów są niekompatybilne między generacjami. W przypadku maszyn, które muszą pozostać na sprzęcie MR-C, zamienne silniki HC-PQ43B i wzmacniacze MR-C40A są dostępne u specjalistów od zapasów automatyki przemysłowej.