Mitsubishi HC-MFS73BG1 — 750W AC Serwosilnik z Przekładnią, Hamulec + Przekładnia Redukcyjna G1, Seria MELSERVO-J2S

Identyfikacja Produktu

Numer części: HC-MFS73BG1

Szukane również jako: HCMFS73BG1, HC-MFS-73BG1

Seria: Mitsubishi MELSERVO HC-MFS (Generacja J2-Super)

Typ silnika: Bezszczotkowy serwosilnik AC z przekładnią — Bardzo niska bezwładność, hamulec elektromagnetyczny, przekładnia redukcyjna typu kołnierzowego G1

Stan: Nowy w pudełku

Przegląd

Sygnał Mitsubishi HC-MFS73BG1 łączy trzy elementy w jednym kompaktowym urządzeniu: serwosilnik AC o mocy 750W i bardzo niskiej bezwładności, zintegrowaną przekładnię redukcyjną typu kołnierzowego G1 do zastosowań przemysłowych oraz sprężynowy hamulec elektromagnetyczny. Silnik pracuje z prędkością 3000 obr./min, hamulec zapewnia bezpieczne mechaniczne blokowanie w momencie odłączenia zasilania 24V DC, a przekładnia G1 zmniejsza prędkość silnika na wale wyjściowym, jednocześnie proporcjonalnie zwiększając moment obrotowy — wszystko to w samowystarczalnym zespole, który można zamontować bezpośrednio w maszynie bez konieczności stosowania oddzielnie wyrównanej zewnętrznej przekładni.

Seria HC-MFS opiera się na bardzo niskiej bezwładności. Podczas gdy rodziny HC-SFS i HC-KFS reprezentują odpowiednio średnią i niską bezwładność, silniki HC-MFS znajdują się na przeciwległym krańcu spektrum bezwładności — niezwykle małe wirniki o minimalnym momencie bezwładności. Ta cecha sprawia, że są szybkie. Serwosilniki o bardzo niskiej bezwładności przyspieszają i zwalniają błyskawicznie, reagują na polecenia prędkości i pozycji niemal natychmiast i są odpowiednią specyfikacją dla aplikacji o wysokiej częstotliwości cykli, gdzie oś serwo spędza większość swojego życia w fazie przejściowej — uruchamianie, zatrzymywanie, cofanie — zamiast w ruchu ustabilizowanym. Robotyka, systemy typu pick-and-place, obsługa półprzewodników, pakowanie i etykietowanie oraz wszelkie mechanizmy, które indeksują dziesiątki lub setki razy na minutę, należą do tej klasy zastosowań.

Dodanie przekładni redukcyjnej G1 i hamulca do tego szybkiego, lekkiego korpusu silnika tworzy wszechstronny napęd serwo z przekładnią: możliwość pracy z wysoką częstotliwością cykli przy zmniejszonej prędkości wyjściowej, zwiększony moment obrotowy na wyjściu, bezpieczne blokowanie hamulca w każdej pozycji indeksowania oraz 17-bitowy absolutny enkoder szeregowy zapewniający sprzężenie zwrotne pozycji 131 072 ppr na wale silnika, niezależnie od przełożenia.

Specyfikacje Techniczne

Bardzo niska bezwładność: Co to oznacza w praktyce

Bezwładność wirnika HC-MFS73 wynosi 0,6 kg·cm² — znacznie niższa niż w HC-KFS73 i dramatycznie niższa niż w silnikach o średniej bezwładności przy równoważnej mocy wyjściowej. Ta mała liczba ma bezpośredni wpływ na zachowanie osi podczas każdego zdarzenia przyspieszania i zwalniania.

Wirnik o niższej bezwładności wymaga mniejszego momentu obrotowego do przyspieszenia z danym tempem lub, równoważnie, może osiągnąć wyższe tempo przyspieszenia przy tym samym momencie obrotowym. Gdy oś wykonuje setki krótkich ruchów pozycjonujących na godzinę — każdy ruch składający się z fazy przyspieszania, krótkiego okresu stałej prędkości i fazy zwalniania — czas poświęcony na fazy przejściowe dominuje w całkowitym czasie cyklu. Zmniejszenie bezwładności wirnika skraca czas spędzony w każdej fazie przejściowej, a to zmniejszenie kumuluje się w każdym cyklu podczas zmiany produkcyjnej.

Kompromisem jest wrażliwość na obciążenie. Silniki o bardzo niskiej bezwładności są bardziej wrażliwe na niedopasowanie bezwładności obciążenia niż ich odpowiedniki o średniej bezwładności. Gdy bezwładność obciążenia odbita na wale silnika jest wielokrotnie większa niż bezwładność własnego wirnika silnika, rutyna automatycznego strojenia wzmacniacza musi pracować ciężej, aby znaleźć stabilne wzmocnienia. Przekładnia redukcyjna G1 w HC-MFS73BG1 bezpośrednio rozwiązuje ten problem: przełożenie zmniejsza odbitą bezwładność obciążenia o kwadrat przełożenia. Przekładnia redukcyjna 1/20 zmniejsza odbitą bezwładność obciążenia 400-krotnie, wprowadzając nawet umiarkowane zewnętrzne bezwładności obciążenia w komfortowy zakres dla stabilnej kontroli przez silnik o bardzo niskiej bezwładności.

Przekładnia redukcyjna G1: Mnożenie momentu obrotowego i redukcja prędkości

Przekładnia redukcyjna G1 to opcja przekładni Mitsubishi do zastosowań przemysłowych ogólnego przeznaczenia z wyjściem kołnierzowym dla serii HC-MFS — obudowa przekładni zamontowana na kołnierzu, prezentująca wyjście wału na zewnętrznej powierzchni, z przednim kołnierzem silnika jako punktem montażu po stronie wejściowej. Rezultatem jest pojedynczy, osiowo wyrównany zespół z silnikiem na jednym końcu, obudową przekładni pośrodku i wałem wyjściowym wystającym z dalszej strony obudowy przekładni.

Podstawowy silnik pracuje z prędkością 3000 obr./min i dostarcza ciągle 2,4 Nm. Po etapie przekładni — na przykład przy przełożeniu 1/20 — wał wyjściowy obraca się z prędkością 150 obr./min, a teoretyczny moment obrotowy ciągły na wyjściu, przed stratami w przekładni, wynosi około 48 Nm. Ta transformacja jest praktycznym powodem łączenia przekładni redukcyjnej z silnikiem o bardzo niskiej bezwładności: silnik pracuje w swoim optymalnym reżimie wysokiej prędkości i niskiego momentu obrotowego, gdzie jest najbardziej wydajny, podczas gdy wał wyjściowy dostarcza profilu niskiej prędkości i wysokiego momentu obrotowego, którego faktycznie wymaga aplikacja.

Dostępne przełożenia to 1/5, 1/9, 1/15, 1/20 i 1/25. Konkretne przełożenie w danym urządzeniu jest zaznaczone na tabliczce znamionowej obudowy przekładni. Wybór przełożenia obejmuje równoważenie zakresu prędkości wyjściowej, poziomu momentu obrotowego na wyjściu, efektywnej rozdzielczości enkodera na wale wyjściowym i zarządzania odbitą bezwładnością obciążenia. Niższe przełożenia dają wyższą prędkość wyjściową i niższy moment obrotowy na wyjściu; wyższe przełożenia dają niższą prędkość wyjściową, wyższy moment obrotowy i lepszą redukcję odbitej bezwładności.

Efektywna rozdzielczość enkodera na wyjściu przekładni jest jedną z mniej oczywistych zalet kodowania wału silnika przez przekładnię. 17-bitowy enkoder na wale silnika odczytuje 131 072 pozycji na obrót silnika. Przy przełożeniu 1/20, każdy obrót wału wyjściowego odpowiada 20 obrotom silnika, co daje 20 × 131 072 = 2 621 440 efektywnych zliczeń enkodera na obrót wyjściowy. W przypadku aplikacji pozycjonowania przy niskiej prędkości jest to wyjątkowo precyzyjne odniesienie kątowe — dokładniejsze niż większość dedykowanych enkoderów wału wyjściowego w tej skali.

Ochrona sekcji przekładni wynosi IP44, o jeden stopień poniżej IP55 korpusu silnika. W środowiskach, w których występuje woda rozpryskowa, mycie lub znaczne narażenie na działanie chłodziwa, należy wziąć pod uwagę ten poziom ochrony. Instalacje, w których obudowa przekładni może być narażona na strumienie wody lub zanurzenie, powinny wykorzystywać dodatkowe uszczelnienie lub inną konfigurację silnika i przekładni.

Hamulec elektromagnetyczny w małym silniku z przekładnią

Hamulec w HC-MFS73BG1 znajduje się na wale silnika, między zespołem enkodera silnika a etapem wejściowym przekładni. Po odłączeniu zasilania 24V DC — celowo podczas sekwencji wyłączania lub automatycznie podczas awarii lub zatrzymania awaryjnego — sprężyna blokuje wał silnika. Ponieważ obciążenie jest połączone przez przekładnię, efektywny moment blokujący na wyjściu przekładni jest równy znamionowemu momentowi blokującemu hamulca na wale silnika pomnożonemu przez przełożenie.

Na silniku o mocy 750W z hamulcem zdolnym do blokowania momentu obrotowego wału silnika, ten efekt mnożenia jest znaczący. Przy przełożeniu 1/20, hamulec wału silnika blokujący 2,4 Nm staje się około 48 Nm efektywnej siły blokującej na wyjściu przekładni (przed stratami wynikającymi z nieefektywności przekładni). W przypadku małych osi pionowych, lekkich przegubów robotów i kompaktowych mechanizmów indeksujących, to wzmocnione blokowanie jest więcej niż wystarczające, aby zapobiec dryfowi grawitacyjnemu lub sprężynowemu, gdy serwo jest wyłączone.

Sygnał MBR ze wzmacniacza MR-J2S steruje czasowaniem przekaźnika hamulca. MBR opóźnia załączenie hamulca do momentu, gdy rutyna zwalniania wzmacniacza zatrzyma silnik. W przypadku silnika o bardzo niskiej bezwładności z małym obciążeniem, zwalnianie jest szybkie — ale załączenie sprężyny przeciwko nawet wirującemu z niską bezwładnością wałowi silnika powoduje zużycie, które szybko narasta przez tysiące cykli. Blokada MBR zapewnia, że hamulec zawsze załącza się w stanie zatrzymania. Tłumik przepięć bezpośrednio na zaciskach cewki hamulca tłumi przejściowe przepięcia indukcyjne przy wyłączaniu, chroniąc wyjście przekaźnika i inne elementy obwodu 24V DC.

17-bitowy enkoder: Precyzyjne sprzężenie zwrotne przez przełożenie

Enkoder jest umieszczony na wale silnika, przed etapem przekładni, i odczytuje 131 072 pozycji na obrót. Ta lokalizacja jest celowa: enkoder widzi pełną rozdzielczość wału silnika przez cały czas, niezależnie od przełożenia poniżej. Wzmacniacz pracuje z tym sygnałem o wysokiej rozdzielczości, aby uruchomić pętlę prędkości silnika i pętlę pozycji z tą samą przepustowością, jaką osiągnąłby na gołym silniku, a licznik pozycji absolutnej obejmuje pełny zakres wieloobrotowy wału wyjściowego z odpowiednim mnożeniem rozdzielczości.

Kopia zapasowa baterii dla licznika absolutnego wykorzystuje ogniwo litowe A6BAT we wzmacniaczu MR-J2S. Pozycja jest zachowywana podczas każdej przerwy w zasilaniu, a maszyna uruchamia się w dokładnej znanej pozycji bez cyklu powrotu do punktu odniesienia. W przypadku automatyki o wysokiej częstotliwości cykli, gdzie czas uruchomienia zmiany ma znaczenie, lub w przypadku systemów, które często ulegają zatrzymaniu awaryjnemu podczas produkcji, jest to rzeczywista korzyść operacyjna.

Kompatybilne wzmacniacze

HC-MFS73BG1 współpracuje z wzmacniacza klasy MR-J2S-70 — platformą J2-Super o mocy 750W. Trzy warianty interfejsu:

MR-J2S-70A obsługuje analogowe i impulsowe polecenia z PLC i systemów CNC. Tryby sterowania pozycją, prędkością i momentem obrotowym, z RS-232C do konfiguracji za pomocą MR Configurator. Akceptuje zasilanie jednofazowe lub trójfazowe 200V AC, co czyni go elastycznym w instalacjach panelowych, gdzie dostępne jest tylko zasilanie jednofazowe.

MR-J2S-70B działa na magistrali szeregowej SSCNET światłowodowej pod kontrolerem ruchu Mitsubishi serii A lub Q — standard dla skoordynowanych systemów wieloosiowych, gdzie wszystkie osie serwo komunikują się przez wspólną sieć.

MR-J2S-70CP posiada wbudowaną tabelę punktów do samodzielnego pozycjonowania bez zewnętrznego kontrolera ruchu, z interfejsem poleceń CC-Link lub I/O.

Wszystkie trzy obsługują 17-bitowy enkoder szeregowy. HC-MFS73BG1 nie jest kompatybilny ze wzmacniaczami MR-J3 ani MR-J4. W przypadku systemów aktualnie używających oryginalnych wzmacniaczy MR-J2-70 pierwszej generacji, należy pamiętać, że protokół enkodera J2S różni się od protokołu enkodera J2 pierwszej generacji; kompatybilność zależy od konkretnej wersji oprogramowania wzmacniacza MR-J2; należy to zweryfikować przed instalacją.

Rodzina HC-MFS 3000 obr./min — 750W w kontekście

HC-MFS73 jest największą pojemnością w rodzinie HC-MFS. Wszystkie modele posiadają standardowo 17-bitowy enkoder absolutny i współpracują ze wzmacniaczami J2-Super w odpowiedniej klasie mocy. Kołnierz 80 × 80 mm HC-MFS73 jest kompaktowy w stosunku do mocy wyjściowej silnika, utrzymując mały całkowity rozmiar zespołu nawet z zamontowaną przekładnią G1.

Typowe zastosowania

Kompaktowe przeguby robotów i napędy nadgarstków. Małe roboty przemysłowe, roboty SCARA i mechanizmy typu delta pick-and-place wykorzystują silniki o bardzo niskiej bezwładności na zewnętrznych przegubach i osiach nadgarstków, gdzie minimalizacja masy ruchomej jest tak samo ważna jak minimalizacja bezwładności silnika. HC-MFS73BG1 zapewnia prędkość, responsywność i moment obrotowy na wyjściu wzmocniony przez przekładnię, którego potrzebują te przeguby, z hamulcem blokującym pozycję przegubu podczas wyłączania zasilania.

Napędy indeksowania o wysokiej częstotliwości cykli i stacji obrotowych. Stoły obrotowe do indeksowania na liniach montażowych i testowych, które szybko cyklicznie przechodzą przez ustalone pozycje kątowe — pauza, indeks, pauza, indeks — z prędkością sześćdziesięciu lub więcej cykli na minutę, wykorzystują serwonapędy z przekładnią o bardzo niskiej bezwładności, aby zminimalizować czas indeksowania. Hamulec pewnie blokuje pozycję każdej stacji podczas pauzy bez prądu blokady serwo, zmniejszając obciążenie termiczne wzmacniacza podczas cykli produkcyjnych o wysokiej obciążalności.

Osie serwo maszyn pakujących i etykietujących. Rolki aplikatorów etykiet, indeksery podawania produktu i napędy stacji zgrzewających na liniach pakujących pracują z wysoką częstotliwością cykli w kompaktowych obudowach. Kompaktowy kołnierz silnika 80 × 80 mm i obudowa przekładni HC-MFS73BG1 pasują do ograniczonych przestrzeni instalacyjnych typowych dla projektowania maszyn pakujących, a enkoder absolutny utrzymuje rejestr produktu przez każde zatrzymanie awaryjne i ponowne uruchomienie.

Urządzenia do montażu półprzewodników i elektroniki. Osie do obsługi płytek, wkładania komponentów i dozowania pasty lutowniczej w urządzeniach produkcyjnych do półprzewodników i elektroniki wymagają szybkich, precyzyjnych, lekkich serwonapędów. Charakterystyka bardzo niskiej bezwładności HC-MFS73 jest bezpośrednio określana dla tej klasy urządzeń, a kompaktowa obudowa pasuje do ciasnych geometrii maszyn.

Bramki rozdzielające i sortujące przenośników. Sterowane serwo bramki rozdzielające i mechanizmy zmiany pasa na przenośnikach sortujących wymagają szybkiego działania, niezawodnego blokowania pozycji w ustawionej pozycji i małych rozmiarów fizycznych, aby zmieścić się w strukturze przenośnika. Hamulec blokuje pozycję bramki mechanicznie, przekładnia zapewnia moment obrotowy na wyjściu do poruszania mechanizmem bramki przeciwko oporowi taśmy, a enkoder absolutny zapewnia, że pozycja bramki jest znana natychmiast po włączeniu zasilania bez cyklu kalibracji.

Często zadawane pytania

P1: Które wzmacniacze są kompatybilne z HC-MFS73BG1?

HC-MFS73BG1 wymaga wzmacniacza klasy MR-J2S-70 z platformy MELSERVO-J2S. Trzy główne warianty to MR-J2S-70A (ogólnego przeznaczenia analogowy/impulsowy, akceptuje zasilanie jednofazowe lub trójfazowe 200V), MR-J2S-70B (magistrala światłowodowa SSCNET dla kontrolerów ruchu Mitsubishi) i MR-J2S-70CP (wbudowana funkcja pozycjonowania). Wszystkie trzy obsługują 17-bitowy enkoder szeregowy. Ten silnik nie jest kompatybilny ze wzmacniaczami MR-J3 ani MR-J4.

P2: Jak przekładnia redukcyjna G1 wpływa na moment obrotowy i prędkość wyjściową?

Przekładnia redukcyjna G1 zmniejsza prędkość wału wyjściowego i mnoży moment obrotowy proporcjonalnie do przełożenia. Przy znamionowej prędkości podstawowego silnika 3000 obr./min i 2,4 Nm, przełożenie 1/20 daje około 150 obr./min na wale wyjściowym z teoretycznym mnożeniem momentu obrotowego 20× — przed stratami wynikającymi z nieefektywności przekładni, zazwyczaj 85–90% dla tego typu przekładni redukcyjnej. Konkretne przełożenie zainstalowane w danym urządzeniu jest zaznaczone na tabliczce znamionowej obudowy przekładni. Enkoder pozostaje na wale silnika i odczytuje z pełną 17-bitową rozdzielczością niezależnie od przełożenia.

P3: Dlaczego ochrona silnika to IP55, a sekcji przekładni tylko IP44?

Korpus silnika i zespół enkodera w HC-MFS73BG1 posiadają stopień ochrony IP55 — chronione przed pyłem i strumieniami wody pod niskim ciśnieniem z dowolnego kierunku. Sekcja obudowy przekładni redukcyjnej ma stopień ochrony IP44, który obejmuje ochronę przed ciałami stałymi i wodą rozpryskową z dowolnego kierunku, ale nie obejmuje ciągłych strumieni wody. Jest to standardowa cecha zintegrowanych serwonapędów z przekładnią w tej serii. W przypadku środowisk mycia lub aplikacji ze znacznym rozpryskiem chłodziwa, stopień ochrony IP44 sekcji przekładni musi być zweryfikowany pod kątem wymagań ochrony instalacji.

P4: Gdzie znajduje się hamulec elektromagnetyczny w zespole i jak przełożenie wpływa na siłę blokowania?

Hamulec znajduje się na walu silnika, między wirnikiem silnika a etapem wejściowym przekładni. Po odłączeniu zasilania 24V DC, sprężyna mechanicznie blokuje wał silnika. Ponieważ obciążenie jest połączone z silnikiem przez przełożenie, efektywna siła blokująca na wale wyjściowym przekładni jest równa momentowi blokującemu hamulca na wale silnika pomnożonemu przez przełożenie. Wyższe przełożenie generuje większą siłę blokującą po stronie obciążenia z tego samego hamulca. Zawsze używaj wyjścia blokady MBR wzmacniacza MR-J2S, aby zapewnić, że hamulec załącza się dopiero po zatrzymaniu silnika.

P5: Czy bateria enkodera absolutnego znajduje się w silniku czy we wzmacniaczu?

Bateria znajduje się we wzmacniaczu serwo MR-J2S, a nie w silniku ani zespole przekładni. Litowe ogniwo Mitsubishi A6BAT zainstalowane wewnątrz wzmacniacza utrzymuje wieloobrotowy licznik pozycji absolutnej enkodera 17-bitowego podczas każdej przerwy w zasilaniu. Należy je wymienić, gdy wzmacniacz wyświetli alarm niskiego poziomu baterii — przed całkowitym rozładowaniem, które zresetowałoby licznik absolutny i wymagałoby cyklu powrotu do punktu odniesienia przed wznowieniem produkcji.