Mitsubishi HC-SFS102BG1 — 1kW AC Serwosilnik z przekładnią, hamulec + przekładnia redukcyjna G1, seria MELSERVO-J2S

Identyfikacja produktu

Numer części: HC-SFS102BG1

Szukano również jako: HCSFS102BG1, HC-SFS-102BG1

Seria: Mitsubishi MELSERVO HC-SFS (generacja J2-Super)

Typ silnika: AC bezszczotkowy serwosilnik z przekładnią — prosty wał, hamulec elektromagnetyczny, przekładnia redukcyjna typu kołnierzowego G1

Co oferuje ten silnik

Specyfikację HC-SFS102BG1 napędzają trzy wymagania inżynieryjne: potrzeba wyższego momentu obrotowego niż silnik 1kW może wytworzyć bezpośrednio, mechaniczne blokowanie bezpieczeństwa po odłączeniu zasilania serwonapędu oraz kompaktowy, samowystarczalny zespół montowany w maszynie bez oddzielnie ustawianej zewnętrznej przekładni. Ten silnik spełnia wszystkie trzy wymagania jednocześnie.

Podstawowy HC-SFS102 wytwarza 4,78 Nm w sposób ciągły przy 2000 obr./min. Po zamontowaniu przekładni redukcyjnej typu kołnierzowego G1 do zastosowań przemysłowych — dostępnej w przełożeniach od 1/5 do 1/25 — moment obrotowy na wyjściu mnoży się proporcjonalnie, podczas gdy prędkość wału odpowiednio maleje. Przy przełożeniu 1/20 i typowej sprawności przekładni, wał wyjściowy dostarcza w sposób ciągły około 81–86 Nm przy 100 obr./min. Sprężynowy hamulec elektromagnetyczny blokuje pozycję wału wyjściowego mechanicznie w momencie odłączenia zasilania 24V DC, niezależnie od działania wzmacniacza lub systemu sterowania.

Litowa bateria 17-bitowy absolutny enkoder szeregowy na wale silnika — 131 072 pozycji na obrót — zachowuje absolutną pozycję wieloobrotową podczas wszelkich przerw w zasilaniu dzięki baterii A6BAT we wzmacniaczu MR-J2S. Maszyna dokładnie wie, gdzie znajduje się oś przy każdym ponownym uruchomieniu, bez cyklu powrotu do punktu zerowego.

Dla osi 1kW, która musi utrzymać obciążenie grawitacyjne, napędzać wolny mechanizm z wysokim momentem obrotowym i precyzyjnie restartować po każdym zatrzymaniu, HC-SFS102BG1 spełnia wszystkie wymagania w jednym, przykręcanym zespole.

Specyfikacje techniczne

Przekładnia: Moment obrotowy na wyjściu zmieniający profil zastosowania

Sam silnik serwo 1kW przy 2000 obr./min to wydajny napęd osi dla określonego zakresu obciążeń — umiarkowany moment obrotowy przy średniej prędkości. Przekładnia G1 zasadniczo zmienia zakres pracy. Zamiast 4,78 Nm przy prędkości do 2000 obr./min, system może dostarczać wysoki moment obrotowy przy niskich prędkościach wału, otwierając zastosowania, których sam silnik po prostu nie jest w stanie osiągnąć.

Zależność jest prosta: prędkość wału wyjściowego równa się znamionowej prędkości silnika podzielonej przez przełożenie przekładni; teoretyczny moment obrotowy na wyjściu równa się znamionowemu momentowi obrotowemu silnika pomnożonemu przez przełożenie przekładni, pomniejszonemu o straty w przekładni. Przy przełożeniu 1/20, wał wyjściowy obraca się z prędkością 100 obr./min i wytwarza około 81–86 Nm momentu obrotowego w sposób ciągły (przy sprawności przekładni 85–90%). Przy przełożeniu 1/9, wyjście pracuje z prędkością około 222 obr./min z momentem obrotowym około 38–40 Nm w sposób ciągły. Przy przełożeniu 1/5, uzyskujemy około 400 obr./min przy 20–21 Nm.

Konkretne przełożenie zamontowane w tym urządzeniu jest zaznaczone na tabliczce znamionowej obudowy przekładni — zawsze potwierdź tę wartość przed ustawieniem parametrów elektronicznego przełożenia przekładni we wzmacniaczu.

Kodowanie wału silnika i jego wpływ na rozdzielczość wyjściową jest warte zrozumienia w zastosowaniach precyzyjnych. 17-bitowy enkoder odczytuje 131 072 pozycji na obrót silnika. Ponieważ każdy obrót wału wyjściowego odpowiada wielu obrotom silnika przy przełożeniu przekładni, efektywna liczba zliczeń enkodera na obrót wyjściowy to rozdzielczość silnika pomnożona przez przełożenie. Przy 1/20, daje to ponad 2,6 miliona efektywnych zliczeń na obrót wału wyjściowego — wystarczająco drobne, aby enkoder nigdy nie był czynnikiem ograniczającym dokładność pozycjonowania na osiach tego typu.

Hamulec elektromagnetyczny: blokowanie pozycji przez przełożenie przekładni

Hamulec znajduje się na wale silnika, między zespołem enkodera a stopniem wejściowym przekładni. Ciśnienie sprężyny zaciska tarczę cierną, gdy napięcie 24V DC jest nieobecne; zasilenie cewki otwiera ją. Logika bezpieczeństwa jest wbudowana: brak zasilania oznacza zablokowany wał — stan bezpieczny nie wymaga aktywnego sygnału.

Ponieważ obciążenie jest połączone z silnikiem przez przełożenie przekładni, efektywna siła blokująca na wale wyjściowym przekładni to moment blokujący hamulca na wale silnika pomnożony przez przełożenie. Przy przełożeniu 1/20, umiarkowany moment blokujący na wale silnika staje się znaczącym momentem blokującym na wale wyjściowym — więcej niż wystarczającym dla lekkich siłowników pionowych, kompaktowych mechanizmów indeksujących i wolnoobrotowych napędów transferowych, którym ten silnik zazwyczaj służy.

Trzy punkty okablowania i sekwencjonowania, które mają zastosowanie w tej mocy:

Wyjście MBR (blokada hamulca elektromagnetycznego) wzmacniacza MR-J2S musi sterować przekaźnikiem hamulca. MBR opóźnia załączenie hamulca do momentu, gdy wzmacniacz potwierdzi, że silnik zwolnił do zatrzymania. Załączenie sprężyny na wciąż obracającym się wale silnika powoduje przedwczesne zużycie hamulca i może generować wstrząsy mechaniczne w zespole przekładni. Nawet przy 1kW, wielokrotne załączanie hamulca podczas ruchu szybko prowadzi do skrócenia żywotności hamulca.

Tłumik przepięć podłączony bezpośrednio do zacisków cewki hamulca nie jest opcjonalny. Indukcyjny impuls cewki przy wyłączeniu uszkadza styki przekaźnika i cyfrowe wyjścia wzmacniacza bez tłumienia. Umieść tłumik na złączu silnika, a nie na przekaźniku.

W przypadku osi pionowych, Mitsubishi zaleca utrzymanie statycznego momentu obciążenia niezrównoważonego na wale silnika poniżej 70% momentu znamionowego silnika — około 3,3 Nm na silniku dla tego silnika. Poprzez przełożenie przekładni odpowiada to znacznie większemu dopuszczalnemu obciążeniu niezrównoważonemu na wale wyjściowym. Tam, gdzie obciążenie grawitacyjne przekracza ten próg, mechaniczne przeciwważenie powinno uzupełniać system serwo i hamulcowy.

Kompatybilność wzmacniaczy i uruchomienie

HC-SFS102BG1 jest parowany ze wzmacniaczem klasy MR-J2S-100. Z punktu widzenia wzmacniacza, napędzany silnik to HC-SFS102 — protokół enkodera, rozpoznawanie silnika i sterowanie prądem nie ulegają zmianie z powodu przekładni. Trzy warianty interfejsu obejmują główne architektury sterowania:

MR-J2S-100A — Analogowe/impulsowe sterowanie ogólnego przeznaczenia. Akceptuje komendy krokowe/kierunkowe lub analogowe prędkości/momentu z systemów CNC i PLC. Standardowy wybór dla większości zastosowań obrabiarek i automatyki.

MR-J2S-100B — Magistrala światłowodowa SSCNET pod kontrolą sterownika ruchu Mitsubishi. Komendy pozycji docierają przez sieć od kontrolera serii A lub Q; sprzężenie zwrotne enkodera przechodzi przez ten sam link światłowodowy.

MR-J2S-100CP — Wbudowane pozycjonowanie z tabelą punktów przechowywanych, sterowane przez CC-Link lub I/O. Do samodzielnych zastosowań, które nie wymagają dedykowanego zewnętrznego kontrolera ruchu.

Podczas uruchomienia niezbędna jest jedna regulacja parametru: elektroniczne przełożenie przekładni wzmacniacza (CMX/CDV w terminologii parametrów MR-J2S) musi odzwierciedlać faktyczne zainstalowane przełożenie przekładni redukcyjnej. To ustawienie zapewnia prawidłową relację między zadanymi impulsami pozycji a rzeczywistym ruchem wału wyjściowego. Nieprawidłowe ustawienie — lub pozostawienie domyślnego dla silnika z napędem bezpośrednim — spowoduje błędy pozycji osi, przeregulowanie lub alarmy błędu śledzenia przy pierwszym teście JOG. Zawsze odczytaj przełożenie z tabliczki znamionowej obudowy przekładni i zweryfikuj parametr przed pierwszym ruchem pod napięciem.

Zakres HC-SFS 2000 obr./min — 1kW w kontekście

HC-SFS102BG1 dzieli kołnierz 130 × 130 mm z modelami 500W i 1,5kW z rodziny HC-SFS 2000 obr./min. Wszystkie standardowo posiadają 17-bitowy enkoder absolutny i wymagają wzmacniacza MR-J2S.

G1 vs G1H: Wybór geometrii montażu

Seria HC-SFS102 jest dostępna z dwoma konfiguracjami przekładni przemysłowych. G1 (typ kołnierzowy) używany w tym silniku montuje czoło obudowy przekładni do konstrukcji maszyny, z wałem wyjściowym wystającym do przodu, współosiowo z osią silnika. Jest to właściwy wybór dla konstrukcji maszyn, w których zespół silnik-przekładnia wsuwa się do otworu lub montuje do płaskiej płyty czołowej.

Litowa bateria G1H (typ z łapami) wykorzystuje podstawy z łapami montażowymi na podstawie obudowy przekładni i pasuje do układów, w których silnik musi być umieszczony obok, a nie za obudową przekładni — szyny napędowe przenośników, stacje napędowe łańcuchów montowane na podstawie i podobne instalacje wspierane przez podstawę.

Oba wykorzystują ten sam korpus silnika, enkoder i hamulec. Wybór między nimi jest czysto mechaniczny — podyktowany geometrią montażu maszyny i dostępną przestrzenią instalacyjną.

Typowe zastosowania

Małe pomocnicze i indeksujące napędy CNC. Napędy przenośników wiórów, mechanizmy indeksujące magazynów narzędzi i napędy karuzel paletowych w kompaktowych centrach obróbczych wykorzystują serwosilniki z przekładnią 1kW, gdzie niska prędkość wału wyjściowego i zwiększony moment obrotowy pasują do obciążenia przenośnika lub karuzeli, enkoder absolutny precyzyjnie potwierdza pozycję indeksu w każdym cyklu, a hamulec blokuje każdą stację indeksującą podczas operacji obróbki.

Siłowniki pionowe w lekkich systemach transportowych. Małe osie podnoszenia pionowego — podnośniki komponentów, prezentery detali, lekkie mechanizmy transportowe z elementem obciążenia grawitacyjnego — łączą moc 1kW z blokowaniem bezpieczeństwa hamulca i zwiększoną siłą blokującą przekładni. Oś utrzymuje pozycję podczas każdego wyłączenia zasilania, nie polegając na prądzie serwo.

Kompaktowe stoły obrotowo-indeksujące. Małe stoły obrotowo-indeksujące do montażu, inspekcji i testowania wykorzystują serwosilniki z przekładnią na wejściu napędu stołu. Przekładnia redukuje prędkość wału wyjściowego do zakresu odpowiedniego dla mechanizmu stołu; hamulec blokuje pozycję kątową podczas postoju roboczego; 17-bitowy enkoder zapewnia rozdzielczość kątową potrzebną do powtarzalnego indeksowania wielostanowiskowego.

Osie nawijania i napinania w kompaktowych urządzeniach konfekcjonujących. Małe systemy rolka-rolka — konfekcjonery etykiet, wąskie prasy drukarskie, małe linie laminujące — wykorzystują serwonapędy z przekładnią 1kW na osiach nawijania i hamowania. Silnik pracuje w trybie sterowania momentem obrotowym w szerokim zakresie prędkości; przełożenie przekładni utrzymuje silnik w efektywnym oknie pracy niezależnie od średnicy rolki.

Serwonapędy stacji przenośnikowych. Indywidualnie sterowane serwo stacje przenośnikowe na liniach montażowych i testowych wykorzystują serwonapędy z przekładnią do precyzyjnej kontroli prędkości i dokładnego blokowania pozycji na każdej stacji. Montaż kołnierzowy G1 integruje się czysto ze standardową ramą przenośnika, a enkoder absolutny zapewnia dokładną pozycję stacji przy każdym starcie zmiany bez sekwencji powrotu do punktu zerowego.

Często zadawane pytania

P1: Które wzmacniacze są kompatybilne z HC-SFS102BG1?

HC-SFS102BG1 wymaga wzmacniacza klasy MR-J2S-100 z platformy MELSERVO-J2S. Trzy główne warianty to MR-J2S-100A (analogowe/impulsowe sterowanie ogólnego przeznaczenia), MR-J2S-100B (magistrala światłowodowa SSCNET dla sterowników ruchu Mitsubishi) i MR-J2S-100CP (wbudowane pozycjonowanie z CC-Link). Wszystkie obsługują 17-bitowy enkoder szeregowy. Ten silnik nie jest kompatybilny z oryginalnymi wzmacniaczami MR-J2-100 ani z wzmacniaczami MR-J3 / MR-J4. Zawsze ustaw parametry elektronicznego przełożenia przekładni wzmacniacza tak, aby odpowiadały zainstalowanemu przełożeniu przekładni redukcyjnej przed uruchomieniem.

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

Przekładnia redukuje prędkość wału wyjściowego i proporcjonalnie mnoży moment obrotowy. Przy znamionowej prędkości silnika 2000 obr./min i 4,78 Nm, przełożenie 1/20 daje około 100 obr./min na wale wyjściowym z około 81–86 Nm momentu obrotowego w sposób ciągły (uwzględniając sprawność przekładni 85–90%). Przełożenie 1/9 daje około 222 obr./min przy około 38–40 Nm. Konkretne zainstalowane przełożenie jest wybite na tabliczce znamionowej obudowy przekładni — potwierdź tę wartość przed ustawieniem parametrów wzmacniacza.

P3: Hamulec znajduje się na wale silnika, a nie na wale wyjściowym. Jak wpływa to na siłę blokującą na obciążeniu?

Ponieważ obciążenie jest połączone przez przekładnię, efektywna siła blokująca na walu wyjściowym równa się momentowi blokującemu hamulca na wale silnika pomnożonemu przez przełożenie przekładni. Wyższe przełożenie zapewnia proporcjonalnie większe blokowanie po stronie wyjściowej z tego samego hamulca. Hamulec jest tylko urządzeniem blokującym — musi się załączać dopiero po zatrzymaniu silnika, sekwencjonowany przez wyjście MBR (blokada hamulca) wzmacniacza MR-J2S. Zawsze montuj tłumik przepięć bezpośrednio do zacisków cewki hamulca, aby chronić styki przekaźnika i obwody wzmacniacza przy wyłączeniu.

P4: Czy bateria enkodera 17-bitowego znajduje się w silniku czy we wzmacniaczu?

Litowa bateria Mitsubishi A6BAT, która utrzymuje licznik pozycji wieloobrotowej enkodera absolutnego, znajduje się w wzmacniaczu serwo MR-J2S — nie w silniku ani zespole przekładni. Wymień ją, gdy wzmacniacz wyświetli alarm niskiego poziomu baterii, przed jej całkowitym wyczerpaniem. Rozładowana bateria A6BAT resetuje licznik pozycji absolutnej, wymagając cyklu powrotu do punktu odniesienia przed wznowieniem produkcji. Sam silnik nie wymaga konserwacji baterii.

P5: Jaki jest stopień ochrony tego silnika i czy obejmuje on sekcję przekładni?

Korpus silnika posiada stopień ochrony IP65 — całkowicie szczelny przed pyłem i chroniony przed strumieniami wody z dowolnego kierunku. Sekcja obudowy przekładni redukcyjnej ma stopień ochrony IP44, który obejmuje wodę rozpryskową, ale nie ciągłe strumienie wody ani mycie pod ciśnieniem. Jeśli instalacja obejmuje silne narażenie na chłodziwo lub regularne czyszczenie pod ciśnieniem, należy zweryfikować, czy IP44 jest wystarczający dla lokalizacji obudowy przekładni i rozważyć dodatkowe uszczelnienie lub osłony przeciwbryzgowe w razie potrzeby.