Mitsubishi HC-MFS73 (HCMFS73) — 750W AC-Servomotor, Glatte Welle, Ohne Bremse, 3000 U/min, MELSERVO J2-Super Serie

Produktübersicht

Teilenummer: HC-MFS73

Auch gesucht als: HCMFS73, HC MFS 73, HC-MFS-73

Serie: Mitsubishi MELSERVO HC-MFS (J2-Super Generation)

Klassifizierung: AC-Bürstenloser Servomotor mit extrem geringer Trägheit — 750 W, 200V Klasse, 3000 U/min, Glatte Welle, Ohne Bremse

Ausgangspunkt: Die Philosophie der extrem geringen Trägheit

Die meisten Servomotoren der MELSERVO-Reihe — die Familien HC-SF, HC-SFS und HC-KFS — werden als Motoren mit mittlerer oder geringer Trägheit beschrieben. Der HC-MFS73 gehört einer ganz anderen Kategorie an: extrem geringe Trägheit. Die Unterscheidung ist nicht kosmetisch. Es handelt sich um einen bewussten Design-Kompromiss, der definiert, wo dieser Motor hingehört und warum nichts anderes ihn in den von ihm bedienten Anwendungen vollständig ersetzen kann.

Motoren mit extrem geringer Trägheit werden mit Rotoren gebaut, die einen geringen Durchmesser und eine geringe Masse haben. Dadurch wird das Trägheitsmoment des Rotors bei einer gegebenen Leistung so niedrig wie physikalisch möglich gehalten. Die Folge ist, dass der Motor selbst nur sehr wenig zur Gesamtträgheit beiträgt, die der Verstärker bei jeder Bewegung beschleunigen und abbremsen muss. Wenn die auf die Motorwelle übertragene Lastträgheit ebenfalls gering ist — was typisch für die kompakten, schnell zyklierenden Maschinen ist, auf die diese Serie abzielt —, ist die Achsenreaktion außergewöhnlich schnell.

Mit 750 W und 3.000 U/min ist der HC-MFS73 der größte Motor im HC-MFS-Bereich mit extrem geringer Trägheit. Er kombiniert den 17-Bit-Absolutwertgeber der J2-Super-Generation mit 131.072 ppr mit diesem extrem geringen Trägheitsmoment des Rotors — und liefert die Encoder-Präzision der Premium-Serien HC-KFS und HC-SFS in einem Motor, der für Zyklen mit vielen kurzen Bewegungen optimiert ist. Glatte Welle, keine Bremse, 80 × 80 mm Flansch, IP55 Schutz.

Technische Spezifikationen

Der Vorteil der extrem geringen Trägheit bei 750 W

Es gibt einen bestimmten Arbeitszyklus, der den Markt für Servomotoren mit extrem geringer Trägheit definiert, und das Verständnis dieses Zyklus erklärt, warum der HC-MFS73 mit 750 W existiert und nicht einfach ein kleinerer Motor mit extrem geringer Trägheit skaliert wurde.

Stellen Sie sich eine Achse vor, die Hunderte von kurzen Positionierbewegungen pro Minute ausführen muss. Jede Bewegung ist einige Millimeter bis einige zehn Millimeter lang. Die Verweilzeit an jeder Position wird in Sekundenbruchteilen gemessen. Die Zykluszeit ist die Durchsatzbeschränkung der Maschine. Jede Bewegung schneller zu machen — kürzere Beschleunigungsrampe, schnelleres Einschwingen, kürzere Verzögerung — erhöht direkt die Anzahl der Teile, die die Maschine pro Stunde produziert.

Zwei Faktoren bestimmen, wie schnell eine Achse eine Bewegung bei einem gegebenen Drehmomentniveau abschließen kann: die zu beschleunigende und abzubremsende Gesamtträgheit und das dafür verfügbare Drehmoment. Die Reduzierung der Rotor-Trägheit verringert die Gesamtträgheit, die das verfügbare Drehmoment überwinden muss. Bei einem gegebenen Spitzendrehmoment — 7,2 Nm im Fall des HC-MFS73 — erreicht eine Achse mit geringerer Trägheit schneller die Zielgeschwindigkeit und bremst schneller ab. Die Bewegung dauert weniger Zeit. Die Maschine taktet schneller.

Deshalb erzielen Motoren mit extrem geringer Trägheit einen Design-Aufpreis für Anwendungen mit hoher Zyklusrate. Die 7,2 Nm Spitze des HC-MFS73 sind das gleiche Spitzendrehmoment wie beim HC-KFS73 — einem Motor mit geringer Trägheit bei gleicher Leistung. Der Unterschied liegt in der Rotor-Trägheit. Während der Rotor des HC-KFS73 mehr zur Gesamtachsen-Trägheit beiträgt, setzt die extrem geringe Rotor-Trägheit des HC-MFS73 einen größeren Teil dieser 7,2 Nm Spitze zur Beschleunigung der Last ein, anstatt des Motors selbst.

Bei 750 W bedient dieser Motor die Anwendungen, die den 400 W HC-MFS43 übertroffen haben — wo die Last etwas schwerer ist, die Bewegung etwas länger oder die Anforderung an das Dauer-Drehmoment etwas höher ist —, aber immer noch auf der gleichen Designphilosophie der extrem geringen Trägheit basieren.

Vergleich von HC-MFS73 und HC-MF73: Die Generation zählt

Der HC-MFS73 hat einen direkten Vorgänger in der ersten Generation der MR-J2-Plattform: den HC-MF73. Beide sind 750 W, 3000 U/min, Motoren mit extrem geringer Trägheit auf einem 80 × 80 mm Flansch. Ihre Drehmomentwerte sind identisch. Aber dies sind keine austauschbaren Motoren:

Der Sprung in der Encoder-Auflösung — vom Encoder der J2-Generation zum 17-Bit 131.072 ppr Gerät im HC-MFS73 — ist der bedeutendste Leistungsunterschied. Diese achtfache Auflösungssteigerung bedeutet feinere Geschwindigkeitsrückmeldung, sanfteren Betrieb bei niedrigen Geschwindigkeiten, bessere Nachlauf-Fehlerleistung bei schnellen Bewegungen und die absolute Positionierungsfähigkeit, die Homing-Routinen bei jedem Start verhindert.

Die Verbesserung der IP-Schutzart von IP44 auf IP55 bedeutet, dass der HC-MFS73 gerichteten Wasserstrahlen aus jeder Richtung widersteht, nicht nur Spritzern — ein nützliches Upgrade für Maschinen in Umgebungen mit Feuchtigkeitsexposition.

Die Verstärkerkompatibilität macht die Generationsunterscheidung nicht verhandelbar: Der HC-MF73 kann nicht an einen MR-J2S-70 Verstärker angeschlossen werden, und der HC-MFS73 kann nicht an einen MR-J2-70 der ersten Generation angeschlossen werden. Passen Sie den Motor an die Verstärkergeneration der zu wartenden Maschine an.

Keine Bremse: Die richtige Spezifikation für horizontale Hochzyklusachsen

Der HC-MFS73 verfügt über keine elektromagnetische Bremse. Die Ruheposition wird durch die Servo-Lock-Funktion des MR-J2S-70 Verstärkers aufrechterhalten — geschlossene Positionsregelschleife, kontinuierliche Encoder-Rückmeldung mit 131.072 Zählungen pro Umdrehung, Korrekturstrom, der bei jeder Ruheposition zwischen den Bewegungen einen Nachlauf-Fehler von Null hält.

Für die Anwendungskategorie, die Motoren mit extrem geringer Trägheit bedienen — horizontale Montageachsen, Pick-and-Place-Mechanismen, XY-Positionierbühnen und Hochgeschwindigkeits-Zuführ- und Transfermechanismen — ist die Servo-Lock-Funktion völlig ausreichend und die Konfiguration ohne Bremse die natürliche Wahl. Diese Achsen sind horizontal. Die Lasten sind leicht. Keine Gravitationskraft wirkt in Ruhe in Richtung der Wellendrehung. Das Hinzufügen einer Bremse an diesen Achsen würde einen 24V DC-Kreis, ein Relais, Überspannungsschutz, MBR-Verriegelungslogik und regelmäßige Bremseninspektion hinzufügen — ohne jeglichen funktionalen Nutzen.

Es gibt auch ein subtiles dynamisches Argument für die Variante ohne Bremse bei Hochzyklusachsen. Jedes Mal, wenn eine Bremse ein- und ausrückt, führt dies zu Latenz am Anfang und Ende jeder Bewegung, während das MBR-Relais arbeitet. Bei einer Achse, die Hunderte von Bewegungen pro Minute ausführt, summiert sich diese Latenz über Tausende von Zyklen pro Stunde. Der Motor ohne Bremse eliminiert dies vollständig — die Achse bewegt sich, sobald das Servo-Kommando ankommt, und stoppt genau dann, wenn die Trajektorie es befiehlt.

Die Berechnung ändert sich bei vertikalen oder geneigten Achsen, bei denen die Last im Ruhezustand durch Schwerkraft bewegt würde. Für diese Anwendungen ist der HC-MFS73B (glatte Welle, federbelastete Bremse) der richtige Motor. Das federbelastete Design hält die Achse mechanisch fest, sobald 24V von der Spule entfernt werden — ein ausfallsicheres Verhalten, das die Servo-Lock-Funktion nicht bieten kann. An einer Maschine mit einer Mischung aus horizontalen und vertikalen Achsen mit extrem geringer Trägheit ergibt die Spezifikation des HC-MFS73 für horizontale und des HC-MFS73B für vertikale Achsen auf beiden das richtige Ergebnis.

17-Bit-Encoder an einem Motor mit extrem geringer Trägheit

Hochzyklus-Achsen mit extrem geringer Trägheit scheinen möglicherweise die Anwendungen zu sein, die am wenigsten 131.072 Encoder-Zählungen pro Umdrehung benötigen. Wenn die Bewegungen kurz und schnell sind, spielt die feine Winkelauflösung wirklich eine Rolle?

Sie spielt eine Rolle auf Arten, die aus der grundlegenden Beschreibung der Anwendung nicht sofort ersichtlich sind.

Geschwindigkeitsrückmeldung bei schneller Beschleunigung. Im Moment des Spitzendrehmoments — 7,2 Nm, die die Achse von Null auf Höchstgeschwindigkeit in kürzester Zeit antreiben — beschleunigt die Welle schnell. Ein gröberer Encoder liefert in dieser Phase weniger Positionsaktualisierungen pro Zeiteinheit, was die Geschwindigkeitsberechnung verrauscht und die Drehmomentregelung weniger präzise macht, genau dann, wenn Präzision am wichtigsten ist. Die feine Zählrate des 17-Bit-Encoders hält die Geschwindigkeitsrückmeldung während der gesamten Beschleunigungsrampe sauber und ermöglicht eine höhere Bandbreite der Servoverstärkung ohne Instabilität.

Einschwingzeit an der Position. Nach der schnellen Bewegung muss die Achse schnell in die befohlene Position einschwingen und dort bleiben. Eine feinere Encoder-Auflösung gibt der Positionsregelschleife einen präziseren Blick auf den Wellenwinkel und eine engere Kontrolle über kleine Positionskorrekturen während des Einschwingens. Der Unterschied in der Einschwingzeit zwischen einem Absolutwertgeber mit feiner Auflösung und einem gröberen Inkrementalgeber ist bei Hochleistungsachsen messbar.

Positionskenntnis über Stromausfälle hinweg. Montage- und Handhabungsgeräte schalten häufig zwischen Produktionsschichten, während Wartungsfenstern und nach jedem Alarmstopp den Strom ab. Der 17-Bit-Absolutwertgeber behält den genauen Wellenwinkel und die Mehrumdrehungszählung über alle Stromausfälle hinweg bei, unterstützt durch die A6BAT-Batterie im MR-J2S-70 Verstärker. An einer Maschine mit vielen Achsen mit extrem geringer Trägheit spart die Eliminierung der Homing-Routine für alle Achsen bei jedem Start — anstatt jede Achse sequenziell zu homen — echte Zeit und vereinfacht die Startsequenz.

Batteriestandort. Die A6BAT befindet sich im MR-J2S-70 Verstärker, nicht im Motor. Ersetzen Sie sie beim ersten Alarm für niedrige Batteriespannung. Vollständige Entladung setzt den Mehrumdrehungszähler zurück und erfordert eine Referenzrückkehr beim nächsten Start.

Kompatible Verstärker

Der HC-MFS73 benötigt den MR-J2S-70 Verstärker — die J2-Super-Plattform mit 750 W Kapazität. Drei Schnittstellenvarianten:

MR-J2S-70A akzeptiert Pulszug-Positionsbefehle von CNC-Steuerungen und SPSen sowie analoge Geschwindigkeits- und Drehmomentreferenzen. Alle Steuerungsmodi sind verfügbar. RS-232C verbindet sich mit MR Configurator für Inbetriebnahme und Abstimmung. Für Hochzyklus-Montagemaschinenachsen, Pick-and-Place-Maschinenantriebe und jede Anwendung, bei der die Befehlsquelle eine externe Steuerung ist, ist dies die Standardwahl.

MR-J2S-70B verbindet sich mit Mitsubishi A-Serie und Q-Serie Motion Controllern über den SSCNET Glasfaser-Serienbus. Für Maschinen, bei denen die Achsen mit extrem geringer Trägheit mit anderen Achsen unter der Steuerung eines Motion Controllers koordiniert werden müssen — einem Roboterarm, bei dem alle Gelenke servogesteuert sind und sich in definierten geometrischen Beziehungen bewegen müssen — bietet der SSCNET-Bus die Echtzeit-Achsenkopplung, die Puls- und Analogschnittstellen nicht erreichen können.

MR-J2S-70CP bietet integrierte Einzelachsenpositionierung mit bis zu 31 gespeicherten Punkt-Tabellenpositionen, die über digitale E/A oder CC-Link-Befehle aktiviert werden. Für eigenständige Indexachsen, die keine Echtzeitkoordination mit anderen Achsen erfordern, eliminiert der CP die Kosten einer dedizierten Motion-Steuerung.

Kompatibilitätshinweise. Der HC-MFS73 ist nicht kompatibel mit dem MR-J2-70 Verstärker der ersten Generation, der das 17-Bit J2-Super Encoder-Protokoll nicht dekodieren kann. Für Maschinen, die mit der ursprünglichen MR-J2-70 Hardware laufen, ist der richtige Motor der HC-MF73 (gleiche mechanische Spezifikation, J2-Generation Encoder). Nicht kompatibel mit MR-J3 oder MR-J4 Verstärkern ohne ein Erneuerungsadapter-Kit.

HC-MFS Ultra-Low Inertia Range: Wo der 73 angesiedelt ist

Der HC-MFS73 ist der größte Motor der HC-MFS-Familie mit extrem geringer Trägheit der J2-Super-Serie — die Spitze der Baureihe. Er teilt sich den 80 × 80 mm Flansch mit dem HC-MFS43 direkt darunter. Das konsistente Verhältnis von Spitzendrehmoment zu Dauer-Drehmoment von 3:1 läuft über alle fünf Leistungsschritte.

Jede Leistungsklasse im HC-MFS-Bereich ist in verschiedenen Wellen- und Bremskonfigurationen erhältlich: glatte Welle ohne Bremse (HC-MFS73), glatte Welle mit Bremse (HC-MFS73B), Keilwellen (HC-MFS73K) und Keilwellen mit Bremse (HC-MFS73BK). Alle verwenden den MR-J2S-70 Verstärker bei dieser Leistungsklasse. Untersetzungsgetriebe-Varianten (Flanschtyp G1, Wellentyp G2, Präzisionstypen G5 und G7) sind ebenfalls erhältlich — die Paarung mit dem MR-J2S-70 Verstärker bleibt unabhängig von der Getriebekonfiguration unverändert.

Typische Anwendungen

Hochzyklus-Pick-and-Place-Maschinenantriebe. Primäre Positionierachsen auf Pick-and-Place-Geräten für die Montage elektronischer Komponenten, die Hunderte von Platzierungen pro Minute durchführen. Die extrem geringe Trägheit ermöglicht schnelle Kurzstreckenbewegungen zwischen den Komponentenpositionen; der 17-Bit-Absolutwertgeber gewährleistet präzise Positionierkoordinaten ohne Homing beim Start; die 750W-Kapazität bewältigt die etwas schwereren Portalkonstruktionen und größeren Verfahrwege von mittelgroßen Montagemaschinen.

Handhabungsachsen für Halbleiter und Flachbildschirme. Wafer-Transferarmantriebe, Substratpositionierachsen und Kassettenhandhabungsmechanismen auf Halbleiterverarbeitungs- und Flachbildschirmherstellungsanlagen. Diese Mechanismen bewegen leichte Lasten durch präzise Trajektorien mit hohen Zyklusraten in sauberen Innenräumen — genau das Betriebsprofil, für das der HC-MFS73 entwickelt wurde.

Roboter-Gelenkantriebe, die hohe Reaktionsfähigkeit erfordern. Sekundäre Gelenkachsen von kleinen SCARA-Robotern, Ellbogenantriebe von leichten Knickarmrobotern und Verfahrachsen von kartesischen Portalkreuzrobotern. Die extrem geringe Trägheit ermöglicht die Positionsregelung mit hoher Bandbreite, die für eine sanfte Trajektorienverfolgung bei Roboter-Update-Raten erforderlich ist; die 750W-Kapazität bewältigt Gelenklasten, die das übersteigen, was der HC-MFS43 aushalten kann.

Positionierung von Laserschneid- und Markierköpfen. Positionierachsen für leichte Schneidköpfe auf kleinen bis mittelgroßen Lasermaschinen, bei denen die kombinierte Kopflast eine 750W-Kapazität erfordert, aber der schnelle Scan-und-Position-Arbeitszyklus eine Beschleunigungsleistung mit extrem geringer Trägheit verlangt. Der 17-Bit-Encoder unterstützt die feinen Positionsinkremente, die bei langsamen Markierdurchgängen verwendet werden.

Hochgeschwindigkeits-Verpackungsmaschinen-Zuführ- und Registrierachsen. Filmzugantriebe, Korrekturachsen für die Registerhaltigkeit und Produktabstandsmechanismen auf Verpackungslinien, bei denen die Achse schnell auf Registermarkierungskorrekturen reagieren und die Synchronisation mit der Linien-geschwindigkeit durch einen kontinuierlichen Strom kleiner Geschwindigkeitsanpassungen aufrechterhalten muss. Die extrem geringe Trägheit ermöglicht die schnelle Drehmomentreaktion, die diese Registrierungsregelkreise benötigen.

Häufig gestellte Fragen

F1: Was ist der Unterschied zwischen dem HC-MFS73 und dem HC-KFS73?

Beide sind 750W, 3000 U/min J2-Super-Motoren auf einem 80 × 80 mm Flansch mit 17-Bit-Absolutwertgebern und IP55-Schutz, und beide liefern 2,4 Nm Dauer- und 7,2 Nm Spitzenleistung. Der Unterschied liegt in der Rotor-Trägheitsklasse. Der HC-MFS73 hat extrem geringe Trägheit — ein Rotor, der mit minimaler Masse entwickelt wurde, um die Beschleunigungsreaktion auf Kosten einer etwas geringeren Dauer-Drehmomentkapazität pro Volumeneinheit des Rotors zu maximieren. Der HC-KFS73 hat geringe Trägheit — ein etwas anderer Design-Kompromiss. Beide verwenden den MR-J2S-70 Verstärker. Wählen Sie den HC-MFS73 für Achsen mit leichter Last und hoher Zyklusrate, bei denen die Beschleunigungsgeschwindigkeit der Leistungsfaktor ist. Wählen Sie den HC-KFS73 für Achsen, bei denen ein geringeres Trägheits-Mismatch-Verhältnis oder eine geringfügig höhere Dauer-Drehmomentkapazität bei gleicher Baugröße Priorität hat.

F2: Kann der HC-MFS73 mit einem MR-J2-70 Verstärker der ersten Generation verwendet werden?

Nein. Der HC-MFS73 verwendet das 17-Bit J2-Super Encoder-Protokoll, das der MR-J2-70 Verstärker der ersten Generation nicht lesen kann. Der Anschluss dieses Motors an einen MR-J2-70 führt sofort nach dem Start zu einem Encoder-Kommunikationsfehler. Für Maschinen, die mit der ursprünglichen MR-J2-70 Hardware laufen, ist der richtige Motor der HC-MF73 — gleicher mechanischer Rahmen, gleiche Drehmomentwerte, J2-Generation Encoder, kompatibel mit MR-J2-70.

F3: Ist die IP55-Bewertung für Umgebungen in der Nähe von Bearbeitungsoperationen ausreichend?

IP55 bietet vollständigen Schutz gegen Staubeintritt (staubdicht) und Schutz gegen gerichtete Wasserstrahlen aus jedem Winkel. Dies ist ausreichend für die meisten industriellen Innenräume außerhalb des Schnittbereichs von Werkzeugmaschinen — allgemeine Montage, Elektronikfertigung, Verpackung und Handhabungsgeräte. Für Achsen, die sich physisch im Schnittbereich eines Bearbeitungszentrums befinden, wo Kühlschmiermittel direkt auf den Motorkörper spritzt, wird IP65 bevorzugt und Motoren aus der HC-KFS- oder HC-SFS-Reihe sollten in Betracht gezogen werden. IP55 ist eine deutliche Verbesserung gegenüber dem IP44 des HC-MF73 und macht den HC-MFS73 besser geeignet für Umgebungen mit gelegentlicher Feuchtigkeitsexposition.

F4: Wo befindet sich die Absolutwertgeber-Backup-Batterie?

Die Mitsubishi A6BAT Lithiumzelle befindet sich im MR-J2S-70 Servo-Verstärker, nicht im Motor. Sie erhält den 17-Bit-Mehrumdrehungs-Absolutwertzähler über alle Stromausfälle hinweg. Ersetzen Sie sie beim ersten Alarm für niedrige Batteriespannung vom Verstärker. Bei vollständiger Entladung wird der Absolutwertzähler zurückgesetzt und ein Referenzrücklaufzyklus ist erforderlich, bevor die Achse die Produktion wieder aufnehmen kann. Bei Montageanwendungen, bei denen das Homing eine definierte Freigabesequenz erfordert, ist die Verhinderung durch rechtzeitigen Batteriewechsel unkompliziert.

F5: Ist der HC-MFS73 noch verfügbar und was ist das aktuelle Äquivalent?

Der HC-MFS73 wird von Mitsubishi nicht mehr hergestellt, ist aber weiterhin über Händler für industrielle Automatisierungsüberschüsse und Mitsubishi-Servospezialisten als neue Altbestände und getestete generalüberholte Einheiten erhältlich. Für Maschinen, die auf J2-Super-Hardware setzen, ist dieser Beschaffungsweg praktikabel. Für neue Maschinendesigns oder vollständige Plattform-Upgrades ist das aktuelle Äquivalent der HG-MR73 (MR-J4 Serie, 750W, 3000 U/min, glatte Welle, 22-Bit-Absolutwertgeber mit 4.194.304 ppr, 80 × 80 mm Flansch, IP65) gepaart mit einem MR-J4-70 Verstärker. Der HG-MR73 verbessert den HC-MFS73 durch höhere Encoder-Auflösung, bessere Schutzart und Leistung der aktuellen Servo-Plattform — aber sowohl Motor als auch Verstärker müssen zusammen ersetzt werden, da die Encoder-Protokolle inkompatibel sind.