Mitsubishi HC-PQ43B (HCPQ43B) — 400W Serwosilnik AC ze sprzęgłem elektromagnetycznym, wał prosty, 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: Serwosilnik bezszczotkowy AC o bardzo niskiej bezwładności — 400 W, klasa 200V, 3000 obr./min, wał prosty, sprzęgło elektromagnetyczne

Kontekst: Inny rodzaj serwosilnika

Większość serwosilników 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 ceny i złożoności, który sprawił, że przejście od silnika krokowego do 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 3,8 Nm, ta sama znamionowa prędkość 3000 obr./min, ta sama kompaktowa obudowa o stopniu ochrony IP44 — z dodanym hamulcem elektromagnetycznym z dociskiem sprężynowym z tyłu silnika do zastosowań z osiami pionowymi i mechanizmami obciążonymi grawitacyjnie.

Specyfikacje techniczne

Do czego zaprojektowano platformę 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 wysokich prędkościach, brak sprzężenia zwrotnego momentu obrotowego — były akceptowane jako inherentne ograniczenia technologii.

Propozycja platformy MR-C polegała na tym, że serwosilnik 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 złącza okrągłe klasy wojskowej. 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 z dociskiem sprężynowym do tej platformy dla zastosowań w tej kategorii maszyn, które mają osie pionowe lub inne elementy obciążone grawitacyjnie.

Hamulec z dociskiem sprężynowym w silniku 400W

Przy mocy 400W i znamionowym momencie obrotowym 1,3 Nm, obciążenia, którymi steruje HC-PQ43B, są niewielkie w porównaniu do serwosilników o średniej mocy. Mała przesuwnica pionowa. Lekkie ramię robota. Napęd wrzeciona wiertła w małej automatycznej maszynie wiertniczej. Przesuw pionowy na kompaktowej stacji montażowej. Te mechanizmy są niewielkie, ale fizyka hamulca z dociskiem sprężynowym 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.

Praktyczne konsekwencje są takie same przy 400W, jak przy 7kW: jeśli zasilanie szafy sterowniczej zostanie nagle odcięte, jeśli wzmacniacz zadziała, jeśli otworzy się obwód E-stop — oś pozostaje zablokowana. Zasilanie 24V DC do cewki hamulca jest usuwane, a sprężyna natychmiast wykonuje swoje zadanie. W małym mechanizmie pionowym, gdzie masa ruchoma może wynosić tylko kilka kilogramów, jest to nadal właściwy wybór konstrukcyjny. Alternatywa — poleganie na blokadzie serwo ze wzmacniacza MR-C40A w celu 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 szkodliwe przepięcia podczas odłączania zasilania.

Zalecana sekwencja pracy jest zgodna z tą samą zasadą, co w przypadku każdego hamulca z dociskiem sprężynowym w serwosilniku: doprowadzić oś do zatrzymania pod kontrolą serwo przed załączeniem hamulca i potwierdzić, 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 tarczy hamulcowej w całym okresie eksploatacji silnika.

1,3 Nm Moment znamionowy: 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 3,8 Nm — powoduje bardzo wysokie przyspieszenie kątowe samego wału silnika. Oś szybko osiąga docelową prędkość, szybko się stabilizuje 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 trzykrotność znamionowej wartości ciągłej — 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, zwalnia z momentem szczytowym, a następnie zatrzymuje się w pozycji, zużywając minimalny prąd. Ten wzorzec jest termicznie bezpieczny, a funkcje ochronne wzmacniacza 400W zarządzają nim bez interwencji w przypadku dobrze zaprojektowanego 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 w sposób ciągły — stały opór cięcia, duże naprężenie nawijania, znaczące obciążenie grawitacyjne podczas ruchu — wykraczają poza odpowiedni zakres zastosowania tego silnika. Oś, które spędzają większość swojego cyklu pracy w spoczynku lub są 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 wielkości powyżej 1 mm (drobne narzędzia, druty, małe owady — ale nie kurz w dużych ilościach) oraz ochronę przed cieczami w postaci rozprysków wody z dowolnego kierunku. Jest to wystarczające 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) zapewnia całkowitą ochronę przed pyłem i strumieniami wody z dowolnego kierunku.

W zastosowaniach, do których zaprojektowano HC-PQ43B — maszyny montażowe, lekkie urządzenia automatyki, kompaktowe osie pozycjonujące w pomieszczeniach — IP44 jest zazwyczaj wystarczające. Silnik nie jest przeznaczony do środowisk obróbki skrawaniem, gdzie chłodziwo dociera do silnika, ani do urządzeń spożywczych lub farmaceutycznych poddawanych myciu. Jeśli środowisko instalacji zawiera znaczne ilości 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 instalacji silników poziomych — przewody i wszelka kondensacja spływają z korpusu silnika, zamiast gromadzić się w punktach wejścia kabla. Dokumentacja MR-C odradza montaż silnika z przewodami skierowanymi 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 jednofazowe wejście 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 trójfazowego zasilania do każdej pozycji 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 silników krokowych. 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 działających na sprzęcie MR-C, zamienne wzmacniacze MR-C40A i silniki HC-PQ43B pozostają dostępne jako zapasy magazynowe.

Przegląd możliwości serii HC-PQ

HC-PQ43B to najmocniejszy silnik z hamulcem w gamie HC-PQ i szczyt 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 wiertniczych. Małe automatyczne maszyny wiertnicze, 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 z dociskiem sprężynowym zapewnia niezawodne mechaniczne blokowanie podczas wymiany narzędzi, E-stopów 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, a blokowanie hamulcem jest wymagane po odłączeniu zasilania serwo.

Oś podawania pionowego w aplikatorach etykiet i drukarkach. Napędy ramion aplikujących i pozycjonowania produktu w pionie w urządzeniach do aplikacji etykiet, gdzie głowica aplikująca musi utrzymywać pozycję na zdefiniowanej wysokości podczas okresów postoju. Kompaktowa platforma MR-C pasuje do ścisłych ograniczeń przestrzennych maszyn do aplikacji etykiet.

Małe stacje transferu i podnoszenia pionowego. Mechanizmy podnoszenia części, małe osie windy i przesuwne przenośniki pionowe w kompaktowych komórkach montażowych i urządzeniach testujących, gdzie lekkie ładunki muszą być utrzymywane w pozycjach pośrednich podczas postojów 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 z dociskiem sprężynowym dodaje bezpieczeństwo blokowania, które moment blokujący silnika krokowego zapewnia tylko wtedy, gdy sterownik jest zasilany.

Często zadawane pytania

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

HC-PQ43B jest parowany wyłącznie ze wzmacniaczem MR-C40A. MR-C40A akceptuje jednofazowe wejście 200–240V AC — nie trójfazowe — co czyni go odpowiednim dla małych maszyn bez trójfazowego zasilania 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-PQ43 nie ma hamulca — pozycja w spoczynku jest utrzymywana przez blokadę serwo wzmacniacza. HC-PQ43B ma elektromagnetyczny hamulec z dociskiem sprężynowym, który mechanicznie załącza się po odłączeniu zasilania cewki 24V. Użyj HC-PQ43B na osiach pionowych, nachylonych 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 to wystarczające dla środowisk obrabiarek?

IP44 zapewnia ochronę przed ciałami stałymi o wielkości powyżej 1 mm i wodą rozpryskiwaną z dowolnego kierunku. Jest wystarczający dla 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 gasząca dla obwodów DC) na zaciskach cewki hamulca w celu pochłonięcia przepięcia 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 silnikami serwo serii HF-KN lub HF-KP o porównywalnej mocy. HF-KP43B (400W, 3000 obr./min, hamulec z dociskiem sprężynowym) na wzmacniaczu MR-JN-40 jest funkcjonalnym odpowiednikiem następnej generacji, oferującym wyższą rozdzielczość enkodera i ulepszoną wydajność serwo w podobnie kompaktowym formacie. Zarówno silnik, jak i wzmacniacz muszą być wymienione razem, ponieważ protokoły enkoderów są niekompatybilne między generacjami. Dla maszyn, które muszą pozostać na sprzęcie MR-C, zamienne silniki HC-PQ43B i wzmacniacze MR-C40A są dostępne u specjalistów od zapasów automatyki przemysłowej.