Mitsubishi HC-PQ43B (HCPQ43B) — 400W AC-Servomotor mit Elektromagnetbremse, gerade Welle, 3000 U/min, MELSERVO-C Serie

Produktübersicht

Teilenummer: HC-PQ43B

Auch gesucht als: HCPQ43B, HC PQ 43B, HC-PQ-43B

Serie: Mitsubishi MELSERVO-C (MR-C Generation)

Klassifizierung: AC-Bürstenloser Servomotor mit extrem geringer Trägheit — 400 W, 200V Klasse, 3000 U/min, gerade Welle, Elektromagnetbremse

Kontext: Eine andere Art von Servomotor

Die meisten Servomotoren auf dieser Website gehören zu den Familien HC-SF, HC-SFS oder HA-FF — Motoren, die für die J2- oder J2-Super-Verstärkerplattform für allgemeine Industrieautomatisierung, Werkzeugmaschinen und Positioniergeräte entwickelt wurden. Der HC-PQ43B stammt aus einem völlig anderen Zweig der MELSERVO-Geschichte von Mitsubishi.

Die HC-PQ-Serie wurde als Teil der MELSERVO-C Plattform entwickelt, die 1999 mit einer spezifischen Mission eingeführt wurde: eine echte Servo-Alternative für Kunden anzubieten, die Schrittmotoren in Anwendungen mit geringer Kapazität bis zu 400W einsetzen. Der MR-C-Verstärker, der ihn antreibt, ist außerordentlich kompakt — nur 40 mm breit und 130 mm hoch — und die HC-PQ-Motoren wurden entwickelt, um diese Philosophie zu ergänzen. Extrem geringe Trägheit, einfache Verkabelung mit Anschlussleitungen, eine unkomplizierte Steuerschnittstelle und ein Preis- und Komplexitätsniveau, das den Schritt vom Schrittmotor zum Servo für Maschinen praktikabel machte, die zuvor noch keine bürstenlose Servotechnologie eingesetzt hatten.

Der HC-PQ43B ist die gebremste Variante des 400W HC-PQ-Motors: gleiches Nenndrehmoment von 1,3 Nm, gleiches Spitzendrehmoment von 3,8 Nm, gleiche Nennleistung von 3000 U/min, gleiches kompaktes Gehäuse mit IP44-Schutzart — mit einer federbelasteten Elektromagnetbremse am Motorheck für vertikale Achsen und schwerkraftbelastete Mechanismen.

Technische Spezifikationen

Wofür die MR-C Plattform entwickelt wurde

Das Verständnis des HC-PQ43B erfordert das Verständnis der Plattform, zu der er gehört, da die Kombination aus MR-C und HC-PQ einen Markt bediente, für den die größeren J2- und J2-Super-Plattformen nicht optimiert waren.

Schrittmotoren dominierten jahrzehntelang Positionieranwendungen mit geringer Kapazität, da sie einfach, kostengünstig und ohne Rückkopplungseinrichtung waren. Die Open-Loop-Pulssteuerung reichte für die meisten Anwendungen aus, und die Steuerelektronik war unkompliziert. Die Schwächen — Resonanz bei bestimmten Geschwindigkeiten, Positionsverlust unter Überlastung, schlechte Leistung bei hoher Geschwindigkeit, keine Drehmomentrückmeldung — wurden als inhärente Einschränkungen der Technologie akzeptiert.

Das Angebot der MR-C Plattform war, dass ein Servomotor die Einfachheit der Schrittmotorsteuerung erreichen und diese Einschränkungen beseitigen konnte. Der MR-C Verstärker akzeptierte Impulszugbefehle wie ein Schrittmotortreiber. Die HC-PQ Motoren hatten Anschlussleitungen anstelle von militärischen Rundsteckverbindern. Der Verstärker war schmal genug, um auf einer Standard-DIN-Schiene in einem kompakten Schaltschrank montiert zu werden. Die Inbetriebnahme war für Ingenieure, die an Schrittmotorsysteme gewöhnt waren, unkompliziert genug.

Für die Maschinentypen, die diese Plattform anvisierte — kleine Montagetechnik, Etikettierer, kompakte Pick-and-Place-Mechanismen, leichte Positioniertische, Hilfsachsen an Druck- und Verpackungsmaschinen — bot die Kombination aus MR-C und HC-PQ eine Closed-Loop-Servo-Leistung in einem Format, das keine Umschulung des Konstruktionsteams oder des Wartungspersonals erforderte.

Der HC-PQ43B fügt dieser Plattform eine federbelastete Bremse für Anwendungen in dieser Maschinenkategorie hinzu, die vertikale Achsen oder andere schwerkraftbelastete Komponenten aufweisen.

Federbelastete Bremse an einem 400W Motor

Bei 400W und 1,3 Nm Nenndrehmoment sind die Lasten, die der HC-PQ43B antreibt, im Vergleich zu Servomotoren mittlerer Kapazität gering. Eine kleine vertikale Transferrutsche. Ein leichtes Roboterarmgelenk. Ein Bohrspindelantrieb an einer kleinen automatischen Bohrmaschine. Ein vertikaler Schlitten an einer kompakten Montagestation. Diese Mechanismen sind von bescheidenem Umfang, aber die Physik einer federbelasteten Bremse gilt bei jeder Leistungsstufe: Wenn die Spule stromlos geschaltet wird, schließt die Feder die Bremse und hält die Achse mechanisch, ohne auf ein aktives elektrisches System angewiesen zu sein.

Die praktische Konsequenz ist bei 400W dieselbe wie bei 7kW: Wenn die Schaltschrankstromversorgung unerwartet unterbrochen wird, wenn der Verstärker auslöst, wenn der Not-Aus-Kreis geöffnet wird — hält die Achse. Die 24V DC-Versorgung der Bremsspule wird unterbrochen und die Feder erledigt sofort ihre Aufgabe. Bei einem kleinen vertikalen Mechanismus, bei dem die bewegte Masse nur wenige Kilogramm betragen kann, ist dies immer noch die richtige Designwahl. Die Alternative — sich auf die Servo-Verriegelung des MR-C40A Verstärkers zu verlassen, um die Position zu halten, wenn der Verstärker möglicherweise die Komponente ist, die gerade ausgelöst hat — ist keine zuverlässige Sicherheitsgrundlage.

Die Bremse am HC-PQ43B benötigt eine separate 24V DC Stromversorgung im Schaltschrank. Dies ist ausdrücklich in der Dokumentation der MR-C Serie angegeben: Motoren mit Bremsen benötigen ihre eigene 24V DC Versorgung, getrennt von der Steuerleistung des Verstärkers. Der 24V-Kreis muss ein Relais mit geeigneter Überspannungsunterdrückung über die Klemmen der Bremsspule enthalten — eine induktive Spule ohne Unterdrückung erzeugt beim Abschalten schädliche Spannungsspitzen.

Die empfohlene Betriebssequenz folgt demselben Prinzip wie bei jeder federbelasteten Bremse an einem Servomotor: Bringen Sie die Achse vor dem Einschalten der Bremse unter Servo-Regelung zum Stillstand und bestätigen Sie, dass die Servo-Verriegelung hergestellt ist, bevor Sie die Bremse beim Start lösen. An einer kleinen, kompakten Maschine, an der diese Achsen viele Zyklen pro Schicht durchlaufen, verlängert eine konsistente Sequenzierung die Lebensdauer der Bremsscheibe messbar über die gesamte Betriebslebensdauer des Motors.

1,3 Nm Nenndrehmoment: Der Vorteil der extrem geringen Trägheit

Ein Newtonmeter und drei Zehntel. Das ist ein bescheidenes Dauerleistungsmoment nach jeder Messung und beschreibt genau, was der HC-PQ43B ist: ein Motor für leichte, schnelle Achsen, bei denen die Beschleunigungsleistung wichtiger ist als die Dauerleistung.

Motoren mit extrem geringer Trägheit erzielen ihren Hauptwert durch das Verhältnis von verfügbarem Drehmoment zu Rotorträgheit. Eine sehr geringe Rotorträgheit bedeutet, dass ein gegebenes Drehmoment — einschließlich des Spitzendrehmoments von 3,8 Nm — eine sehr hohe Winkelbeschleunigung der Motorwelle selbst erzeugt. Die Achse erreicht schnell die Zielgeschwindigkeit, stabilisiert sich schnell auf der Position und ist schnell für den nächsten Hub bereit. Für Anwendungen, die viele kurze Hübe pro Minute ausführen, bedeutet dies eine direkte Steigerung des Durchsatzes.

Die 3,8 Nm Spitze — fast das Dreifache der Dauerleistung — bewältigt die Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen effizient. Im typischen Arbeitszyklus einer leichten Montagemaschinenachse beschleunigt der Motor mit Spitzendrehmoment auf Traversiergeschwindigkeit, läuft kurz bei oder unter Nenndrehmoment, verzögert mit Spitzendrehmoment und verweilt dann in Position und verbraucht minimale Stromstärke. Dieses Muster ist thermisch unbedenklich und die Schutzfunktionen des 400W Verstärkers steuern es unter einem gut ausgelegten Arbeitszyklus ohne Eingreifen.

Die Einschränkung ist klar: 1,3 Nm Dauerleistung ist die Obergrenze für das Dauerlastdrehmoment. Anwendungen, bei denen die Achse mehr als 1,3 Nm kontinuierlich aufrechterhalten muss — anhaltender Schneidwiderstand, schwere Wickelspannung, erhebliche Gravitationslast während der Bewegung — liegen außerhalb des geeigneten Anwendungsbereichs dieses Motors. Achsen, die den größten Teil ihres Zyklus in Ruhe oder leicht belastet mit nur kurzen Beschleunigungsübergängen verbringen, sind dort, wo der HC-PQ43B am besten funktioniert.

IP44: Verständnis der Schutzart

Die IP44-Schutzart des HC-PQ43B ist niedriger als die IP65 bei Motoren der HC-SFS- und HC-SF-Serien, und dieser Unterschied ist es wert, vor der Spezifikation dieses Motors verstanden zu werden.

IP44 bedeutet: Schutz gegen feste Partikel größer als 1 mm (feine Werkzeuge, Drähte, kleine Insekten — aber nicht Staub in größeren Mengen) und Flüssigkeitsschutz gegen Wasser, das aus jeder Richtung verspritzt wird. Dies ist ausreichend für industrielle Innenumgebungen, in denen der Motor nicht direkt Kühlmittelnebel, Ölnebel oder Reinigungsarbeiten ausgesetzt ist.

IP65 (die Schutzart bei HC-SFS und ähnlichen Motoren) bietet vollständigen Staubschutz und Schutz gegen gerichtete Wasserstrahlen aus jedem Winkel.

Für die Anwendungen, für die der HC-PQ43B entwickelt wurde — Montagemaschinen, leichte Automatisierungstechnik, kompakte Positionierachsen im Innenbereich — ist IP44 im Allgemeinen ausreichend. Der Motor ist nicht für Werkzeugmaschinenumgebungen konzipiert, in denen Kühlmittel den Motor erreicht, noch für Reinigungsanlagen in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie. Wenn die Installationsumgebung signifikante Mengen an Kühlmittel, Ölnebel oder luftgetragene Verunreinigungen aus Verarbeitungsvorgängen aufweist, sollte ein Motor mit höherer Schutzart spezifiziert werden.

Bei der Installation des HC-PQ43B mit nach unten gerichteten Kabelausgängen — was die bevorzugte Montageausrichtung für horizontale Motorinstallationen ist — fließen die Anschlussleitungen und eventuelle Kondensate vom Motorkörper weg, anstatt sich an den Kabeleingangspunkten zu sammeln. Die MR-C Dokumentation rät von der Montage des Motors mit nach oben geführten Kabeln in Umgebungen ab, in denen Flüssigkeit entlang des Kabelmantels eindringen kann.

Kompatibler Verstärker: Der MR-C40A

Der HC-PQ43B wird ausschließlich mit dem MR-C40A Verstärker kombiniert — dem 400W-Gerät aus der MELSERVO-C Reihe. Dieser Verstärker hat eine Reihe von Merkmalen, die ihn scharf von den J2- und J2-Super-Verstärkern unterscheiden, die von den HC-SFS- und HC-SF-Serienmotoren verwendet werden.

Der MR-C40A akzeptiert einphasige 200–240V AC Eingangsspannung und zieht etwa 2,8A. Dies ist eine einphasige Versorgung, keine dreiphasige — was bedeutet, dass die MR-C Plattform von einem Standard-200V-Einphasenkreis betrieben werden kann, was die Schaltschrankverdrahtung für kleine Maschinen vereinfacht, die keine dreiphasige Verteilung zu jeder Achsposition haben.

Der Verstärker akzeptiert Impulszug-Positionsbefehle — dieselbe Schnittstelle, die von Schrittmotortreibern verwendet wird — was zentral für die Positionierung der Plattform als Schrittmotoren-Ersatz war. Die Encoder-Auflösung und die Steuerleistung sind Servo-Klasse, aber die Steuerschnittstelle ist Schrittmotor-kompatibel, was die einfache Integration in bestehende Maschinendesigns, die zuvor auf Schrittmotoren basierten, ermöglicht.

Der MR-C40A ist nur 40 mm breit. An einer Maschine mit mehreren kleinen Servoachsen benötigt eine Reihe von MR-C40A Verstärkern deutlich weniger Schaltschrankplatz als eine entsprechende Reihe von J2-Super-Verstärkern bei gleicher Nennleistung.

Sowohl der MR-C40A Verstärker als auch die HC-PQ Serie Motoren wurden im April 2013 eingestellt. Mitsubishis Migrationsvorschlag zu dieser Zeit wies die Benutzer auf den MR-JN Verstärker mit HF-KN oder HF-KP Serie Motoren — die kompakte Servo-Plattform der nächsten Generation in dieser Leistungsklasse. Für Maschinen, die noch im Betrieb mit MR-C Hardware sind, sind Ersatz-MR-C40A Verstärker und HC-PQ43B Motoren als Überkapazitätslager weiterhin verfügbar.

HC-PQ Serie Kapazitätsübersicht

Der HC-PQ43B ist der höchste Kapazitätsmotor mit Bremse im HC-PQ Bereich und die Spitze der MR-C Plattform. Innerhalb der 400W Kapazität sind der HC-PQ43 (ohne Bremse) und der HC-PQ43B (mit Bremse) in allen elektrischen und dynamischen Spezifikationen identisch — die Wahl zwischen ihnen wird rein danach getroffen, ob die Achse im Stillstand mechanisch gehalten werden muss.

Typische Anwendungen

Vertikale Z-Achse an kleinen Montage- und Bohrmaschinen. Kleine automatische Bohrmaschinen, Tischmontagestationen und kompakte CNC-Geräte mit leichten vertikalen Verfahrachsen. Die Lastmassen sind bescheiden — ein kleiner Spindelkopf, ein Werkzeughalter, eine leichte Vorrichtung — aber die federbelastete Bremse bietet zuverlässiges mechanisches Halten während Werkzeugwechseln, Not-Aus-Schaltungen und Maschinen-Aus-Phasen, ohne auf Servo-Verriegelung angewiesen zu sein.

Vertikale Roboterarmgelenke. Leichte SCARA-Roboter-Zweitarmachsen, vertikale Komponenten an kartesischen Robotern und kleine Gelenkarmantriebe an Montage- und Handhabungsgeräten, bei denen das Gelenk eine Gravitationslastkomponente trägt und eine Bremswirkung erforderlich ist, wenn die Servo-Leistung abgeschaltet wird.

Vertikale Vorschubachsen von Etikettierern und Print-and-Apply-Geräten. Vertikale Produktpositionierungs- und Applikatorarmantriebe an Etikettiermaschinen, bei denen der Applikatorkopf während der Wartezeiten auf einer definierten Höhe gehalten werden muss. Die kompakte MR-C Plattform passt zu den engen Platzverhältnissen von Etikettiermaschinen.

Kleine vertikale Transfer- und Hebestationen. Teilehebevorrichtungen, kleine Aufzugachsen und vertikale Transferrutschen an kompakten Montagezellen und Prüfgeräten, bei denen leichte Nutzlasten während der Wartezeiten der Stationen auf Zwischenpositionen gehalten werden müssen. Die absolute Einfachheit der MR-C Steuerschnittstelle passt zur unkomplizierten Logik, die typischerweise zur Steuerung dieser Achsen verwendet wird.

Ersatz von Schrittmotoren an älteren vertikalen Achsen. Bestehende Maschinen, die Schrittmotoren an vertikalen Achsen verwenden, bei denen Positionsverlust unter Überlastung oder durch Resonanz verursachte Fehltritte zu Produktionsproblemen geführt haben. Der HC-PQ43B bietet eine Closed-Loop-Servo-Positionsregelung mit derselben Impulszug-Befehlsschnittstelle wie der ursprüngliche Schrittmotortreiber, wodurch der Open-Loop-Positionsverlust eliminiert wird, während die federbelastete Bremse die Haltefunktion hinzufügt, die das Schrittmotor-Haltemoment nur liefert, solange der Treiber mit Strom versorgt wird.

Häufig gestellte Fragen

F1: Welcher Verstärker ist mit dem HC-PQ43B kompatibel und welche Art von Stromversorgung benötigt er?

Der HC-PQ43B wird ausschließlich mit dem MR-C40A Verstärker kombiniert. Der MR-C40A akzeptiert einphasige 200–240V AC Eingangsspannung — keine dreiphasige —, was ihn für kleine Maschinen ohne dreiphasige Verteilung zu jeder Achsposition geeignet macht. Der Verstärker ist nur 40 mm breit und akzeptiert Impulszug-Positionsbefehle, dieselbe Schnittstelle, die von Schrittmotortreibern verwendet wird. Sowohl der MR-C40A als auch der HC-PQ43B sind eingestellt, aber weiterhin als Überkapazitätslager verfügbar.

F2: Was ist der Unterschied zwischen dem HC-PQ43B und dem HC-PQ43?

Die beiden Motoren sind in allen elektrischen und Leistungsmerkmalen identisch — 400W Leistung, 1,3 Nm Nenndrehmoment, 3,8 Nm Spitze, 3000 U/min Nenndrehzahl. Der einzige Unterschied ist die Bremse. Der HC-PQ43 hat keine Bremse — die Position im Stillstand wird durch Servo-Verriegelung des Verstärkers gehalten. Der HC-PQ43B hat eine federbelastete Elektromagnetbremse, die mechanisch einrastet, wenn die 24V Spulenversorgung unterbrochen wird. Verwenden Sie den HC-PQ43B an vertikalen Achsen, geneigten Antrieben und jeder Anwendung, bei der die Last bei abgeschaltetem Servo bewegt würde. Der HC-PQ43 ist für horizontale Achsen geeignet, bei denen die Servo-Verriegelung ausreichend ist.

F3: Der HC-PQ43B hat eine IP44-Schutzart. Ist diese für Werkzeugmaschinen ausreichend?

IP44 bietet Schutz gegen feste Objekte größer als 1 mm und gegen Wasser, das aus jeder Richtung verspritzt wird. Er ist ausreichend für geschlossene Innenumgebungen ohne signifikante Kühlmittelexposition. Er ist nicht geeignet für Werkzeugmaschinen-Schneidumgebungen, in denen Sprühnebel, Ölnebel oder Kühlmittelstrahlen den Motor erreichen. Für solche Umgebungen ist ein Motor mit IP65 oder höherer Schutzart — wie Motoren der HC-SFS- oder HC-SF-Serie — erforderlich. Die HC-PQ Serie wurde für Montagemaschinen, Handhabungsgeräte und leichte Automatisierung entwickelt, nicht für den Schneidbereich von CNC-Werkzeugmaschinen.

F4: Benötigt die Bremse am HC-PQ43B eine spezielle Stromversorgungsschaltung?

Ja. Mitsubishis MR-C Dokumentation besagt ausdrücklich, dass Motoren mit Bremsen eine separate 24V DC Stromversorgung benötigen — getrennt von der Steuerleistung des Verstärkers. Der 24V-Kreis muss ein Relais zur Schaltung des Spulenstroms enthalten, mit Überspannungsunterdrückung (eine Freilaufdiode für DC-Kreise) über die Klemmen der Bremsspule, um die induktive Spannungsspitze beim Öffnen des Relais zu absorbieren. Ohne Überspannungsunterdrückung sind die Relaiskontakte anfällig für Lichtbogenschäden, und die daraus resultierenden elektrischen Störungen können den Verstärker und die Steuerung beeinträchtigen.

F5: Der HC-PQ43B und der MR-C40A sind eingestellt. Was ist Mitsubishis empfohlener Migrationspfad?

Mitsubishis offizieller Migrationsvorschlag bei der Einstellung war der Umstieg auf die MR-JN Verstärker Serie mit HF-KN oder HF-KP Serie Servomotoren in vergleichbarer Kapazität. Der HF-KP43B (400W, 3000 U/min, federbelastete Bremse) an einem MR-JN-40 Verstärker ist das funktionale Äquivalent auf der nächsten Generationsebene und bietet eine höhere Encoder-Auflösung und verbesserte Servo-Leistung in einem ähnlich kompakten Formfaktor. Sowohl Motor als auch Verstärker müssen zusammen ersetzt werden, da die Encoder-Protokolle zwischen den Generationen inkompatibel sind. Für Maschinen, die weiterhin auf MR-C Hardware laufen müssen, sind Ersatz-HC-PQ43B Motoren und MR-C40A Verstärker über Spezialisten für industrielle Automatisierungsüberkapazitäten erhältlich.