Κινητήρας AC Servo Mitsubishi Electric HC-KFE43B με Ηλεκτρομαγνητικό Φρένο

400W | Ονομαστική ροπή 1.3 Nm | 3000 σ.α.λ. | Ηλεκτρομαγνητικό Φρένο Μη-Διέγερσης | 24VDC | Άξονας με Κλειδί | Φλάντζα 60×60mm | Συμβατό με MR-E-40A | Σώμα IP55 | Καταργημένο

Όταν η συγκράτηση θέσης σε απώλεια τροφοδοσίας δεν είναι προαιρετική

Κάθε άξονας servo σταματά. Το ερώτημα που διαχωρίζει έναν γενικής χρήσης κινητήρα servo από έναν με φρένο είναι τι συμβαίνει εκείνη τη στιγμή: ο άξονας διατηρεί τη θέση του υπό φορτίο, ή γλιστράει, παρασύρεται ή πέφτει; Για κάθετους άξονες που φέρουν εργαλεία, συστήματα σύσφιξης που πρέπει να κρατούν κατά τη διάρκεια διακοπής ρεύματος, ή οποιονδήποτε κινούμενο μηχανισμό όπου μια ανεξέλεγκτη θέση χωρίς τροφοδοσία είναι κίνδυνος, η απάντηση καθορίζει ποιος κινητήρας θα επιλεγεί.

Το Mitsubishi Electric HC-KFE43B είναι η παραλλαγή με ηλεκτρομαγνητικό φρένο του HC-KFE43 — ένας κινητήρας 400W, 3000 σ.α.λ. από την πλατφόρμα της σειράς MELSERVO MR-E με φρένο ηλεκτρομαγνητικό τύπου ελατηρίου, μη-διέγερσης, ενσωματωμένο απευθείας στο πίσω μέρος του περιβλήματος του κινητήρα. Ο κινητήρας και το φρένο αποτελούν ένα ενιαίο ολοκληρωμένο συγκρότημα. Δεν υπάρχει ξεχωριστό φρένο τοποθετημένο εξωτερικά, ούτε πρόσθετα υλικά στερέωσης για προμήθεια, ούτε ευθυγράμμιση μεταξύ κινητήρα και φρένου που να πρέπει να διατηρηθεί καθ' όλη τη διάρκεια ζωής του μηχανήματος.

Το επίθημα "B" στην ονομασία της Mitsubishi είναι συνεπές σε όλες τις σειρές κινητήρων HC και HF: υποδηλώνει πάντα έναν κινητήρα με ηλεκτρομαγνητικό φρένο, εφαρμοζόμενο σε έναν κατά τα άλλα πανομοιότυπο βασικό κινητήρα. Μηχανικά και ηλεκτρικά, το HC-KFE43B είναι το HC-KFE43 με ένα επιπλέον υποσύστημα του οποίου η σημασία — στην κατάλληλη εφαρμογή — είναι σημαντική.

Τεχνικές Προδιαγραφές

Το Φρένο Μη-Διέγερσης: Ασφαλές Σχεδιαστικά

Η φράση "ενεργοποίηση μη-διέγερσης" εμφανίζεται σε κάθε προδιαγραφή κινητήρα φρένου της Mitsubishi και σημαίνει κάτι συγκεκριμένο: το φρένο ενεργοποιείται με δύναμη ελατηρίου όταν αφαιρείται η τροφοδοσία και απελευθερώνεται όταν εφαρμόζεται 24VDC. Αυτό είναι το αντίθετο από ένα φρένο τύπου διέγερσης, το οποίο συγκρατεί μόνο όταν τροφοδοτείται.

Η πρακτική συνέπεια έχει τεράστια σημασία σε εφαρμογές κρίσιμες για την ασφάλεια. Όταν διακόπτεται η τροφοδοσία του μηχανήματος — είτε μέσω μιας ελεγχόμενης ακολουθίας τερματισμού, είτε μέσω μιας έκτακτης ανάγκης, είτε μέσω μιας απρόβλεπτης διακοπής ρεύματος — το φρένο στο HC-KFE43B ενεργοποιείται αυτόματα. Δεν απαιτείται σήμα, ενέργεια ελεγκτή ή εφεδρική τροφοδοσία για να συγκρατήσει το φρένο τον άξονα του κινητήρα. Η προεπιλεγμένη κατάσταση του φρένου είναι κλειδωμένη.

Αυτός ο χαρακτηρισμός ασφαλείας είναι ο λόγος για τον οποίο τα φρένα μη-διέγερσης με ελατήριο αποτελούν την τυπική προδιαγραφή για κάθετους άξονες, μηχανισμούς σύσφιξης και οποιονδήποτε άξονα όπου μια ανεξέλεγκτη κίνηση με απενεργοποιημένη την τροφοδοσία αντιπροσωπεύει κίνδυνο. Το φρένο του HC-KFE43B συγκρατεί τον άξονα έναντι της βαρύτητας και έναντι οποιασδήποτε εξωτερικής ροπής φορτίου έως τη στατική ροπή τριβής του φρένου — ονομαστική για να ταιριάζει με την ονομαστική ροπή 1.3 Nm του κινητήρα σε αυτήν την κατηγορία κινητήρων, όπως είναι σύνηθες στην πρακτική σχεδιασμού ταιριαστού κινητήρα-φρένου της Mitsubishi.

Τροφοδοσία Φρένου: Απαιτείται Αφιερωμένο Κύκλωμα 24VDC

Η τεκμηρίωση της σειράς MR-E είναι σαφής σε αυτό το σημείο: η τροφοδοσία 24VDC στο ηλεκτρομαγνητικό φρένο δεν πρέπει να μοιράζεται με την τροφοδοσία διεπαφής 24VDC που χρησιμοποιείται για τα ψηφιακά σήματα εισόδου/εξόδου του ενισχυτή. Τα δύο κυκλώματα πρέπει να παραμένουν ξεχωριστά. Η κοινή χρήση της τροφοδοσίας εισάγει τον κίνδυνο πτώσης τάσης στο κύκλωμα του φρένου όταν αλλάζουν τα σήματα εισόδου/εξόδου, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει ατελή απελευθέρωση του φρένου ή ακούσια ενεργοποίηση του φρένου κατά τη λειτουργία του κινητήρα — κανένα από τα δύο δεν είναι αποδεκτό σε έναν λειτουργικό άξονα servo.

Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι ο σχεδιασμός του πίνακα ελέγχου για ένα μηχάνημα που χρησιμοποιεί το HC-KFE43B πρέπει να περιλαμβάνει μια αφιερωμένη γραμμή 24VDC για την τροφοδοσία του φρένου, κατάλληλα διαστασιολογημένη για την κατανάλωση ρεύματος του πηνίου του φρένου. Ο σύνδεσμος τροφοδοσίας του κινητήρα φιλοξενεί τόσο τις τριφασικές γραμμές του κινητήρα όσο και τις γραμμές τροφοδοσίας του φρένου σε ένα ενιαίο συγκρότημα συνδέσμου 6 ακίδων, σε σύγκριση με τον σύνδεσμο 4 ακίδων που χρησιμοποιείται στον τυπικό HC-KFE43 χωρίς φρένο. Αυτή η διαφορά στον σύνδεσμο είναι ένας άμεσος οπτικός αναγνωριστικός παράγοντας κατά τη σύγκριση των δύο παραλλαγών κινητήρα σε ένα πλαίσιο ανταλλακτικών.

Χρονισμός Φρένου και Σήμα MBR

Το σήμα διασύνδεσης του ηλεκτρομαγνητικού φρένου (MBR) που εξέρχεται από τον ενισχυτή MR-E συντονίζει τον χρονισμό απελευθέρωσης του φρένου με την κατάσταση λειτουργίας του ενισχυτή servo. Πριν ο κινητήρας servo μπορέσει να κινηθεί, το σήμα MBR απελευθερώνει το φρένο ενεργοποιώντας το κύκλωμα 24VDC. Όταν ο κινητήρας διατάσσεται να σταματήσει και το σήμα servo-on απενεργοποιηθεί, η έξοδος MBR διαχειρίζεται την καθυστέρηση χρονισμού μεταξύ του servo-off και της ενεργοποίησης του φρένου — αποτρέποντας το φρένο από το να κλείσει σε έναν ακόμα περιστρεφόμενο άξονα, κάτι που θα επιτάχυνε τη φθορά των επενδύσεων του φρένου και θα παρήγαγε μηχανικά φορτία κρούσης.

Το Εγχειρίδιο Οδηγιών MR-E της Mitsubishi καλύπτει τις απαιτούμενες ρυθμίσεις παραμέτρων για τη λειτουργία διασύνδεσης φρένου. Συγκεκριμένα, η Παράμετρος Νο. 1 πρέπει να ρυθμιστεί για να ενεργοποιήσει την έξοδο σήματος MBR, και η Παράμετρος Νο. 33 (έξοδος ακολουθίας ηλεκτρομαγνητικού φρένου) ρυθμίζει την καθυστέρηση χρόνου (Tb) στο servo-off πριν ενεργοποιηθεί το φρένο. Αυτές οι ρυθμίσεις διαμορφώνονται για τη συμπεριφορά διακοπής και τα χαρακτηριστικά φορτίου της συγκεκριμένης εφαρμογής, και δεν αφήνονται στις εργοστασιακές προεπιλογές σε ένα μηχάνημα παραγωγής.

Για εφαρμογές κάθετων αξόνων, η τεκμηρίωση του MR-E αναφέρει συγκεκριμένα τη χρήση του σήματος διασύνδεσης ηλεκτρομαγνητικού φρένου (MBR) όταν ο κινητήρας ελέγχει έναν κάθετο άξονα — ο χρονισμός συντονισμού μεταξύ servo-off και ενεργοποίησης φρένου είναι κρίσιμος για την αποφυγή πτώσης του φορτίου κατά τη διάρκεια της ακολουθίας διακοπής του άξονα.

Άξονας με Κλειδί: Τυπικός σε 400W

Ο άξονας του HC-KFE43B περιλαμβάνει κλειδί ως στάνταρ. Στη σειρά HC-KFE της Mitsubishi, τα κλειδιά είναι στάνταρ στα μεγέθη κινητήρων 200W και 400W — η ικανότητα ροπής σύζευξης ενός απλού συνδέσμου τριβής σε έναν μικρό άξονα είναι ανεπαρκής για αξιόπιστη μετάδοση ροπής σε αυτά τα επίπεδα ισχύος σε βιομηχανικούς κύκλους λειτουργίας. Το κλειδί παρέχει θετική μετάδοση ροπής μεταξύ του άξονα του κινητήρα και του κινούμενου συνδέσμου ή τροχαλίας, εξαλείφοντας την εξάρτηση μόνο από τη δύναμη σύσφιξης.

Ο κινητήρας παραδίδεται με το κλειδί. Η επιλογή του συνδέσμου πρέπει να λαμβάνει υπόψη την τυπική επιλογή προσαρμογέα στερέωσης NEMA 34 για εγκαταστάσεις μηχανημάτων στη Βόρεια Αμερική, αν και οι διαστάσεις του άξονα του κινητήρα και το κλειδί είναι σύμφωνα με το πρότυπο JIS — η επιβεβαίωση των διαστάσεων του άξονα έναντι της οπής του συνδέσμου της εφαρμογής είναι πάντα το σωστό πρώτο βήμα πριν από την εγκατάσταση.

Διαφορά Μήκους Σώματος από το HC-KFE43

Η προσθήκη της μονάδας ηλεκτρομαγνητικού φρένου στο πίσω μέρος του περιβλήματος του κινητήρα αυξάνει το συνολικό μήκος του σώματος σε σύγκριση με το HC-KFE43. Το περίβλημα του φρένου, η συστοιχία ελατηρίων και η διάταξη δίσκου τριβής επεκτείνουν τη διαμήκη διάσταση του κινητήρα. Για περιπτώσεις ανακατασκευής όπου ένα HC-KFE43 αντικαθίσταται από ένα HC-KFE43B, ή όπου προστίθεται ένας κινητήρας φρένου σε έναν υπάρχοντα άξονα μηχανήματος, οι αποστάσεις στερέωσης και οι διαδρομές καλωδίωσης πίσω από τον κινητήρα πρέπει να επαληθευτούν έναντι του αυξημένου μήκους πριν ξεκινήσει η μηχανική εγκατάσταση.

Οι διαστάσεις της φλάντζας, το μοτίβο οπών στερέωσης και η προεξοχή του άξονα από την πλευρά εξόδου είναι πανομοιότυπες μεταξύ των τυπικών και των παραλλαγών με φρένο — η διαφορά μήκους βρίσκεται εξ ολοκλήρου στο πίσω μέρος του κινητήρα. Εάν το μηχάνημα έχει διάσταση ελεύθερου χώρου στο πίσω μέρος που είχε διαστασιολογηθεί για τον τυπικό κινητήρα, μπορεί να απαιτείται προσαρμογή για να φιλοξενήσει το μοντέλο φρένου.

Πλαίσιο Εφαρμογής

Το HC-KFE43B βρίσκεται συχνότερα σε σχεδιασμούς μηχανημάτων όπου ένας ή περισσότεροι άξονες απαιτούν λειτουργία φρένου, ενώ ο συνολικός προϋπολογισμός του συστήματος κίνησης ευνοεί την πλατφόρμα ενισχυτών γενικής χρήσης MR-E έναντι των σειρών MR-J2S ή MR-J3 υψηλότερων προδιαγραφών. Τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν:

• Άξονες κάθετης τροφοδοσίας σε μικρά κέντρα κατεργασίας ή μηχανές διάτρησης — όπου το εργαλείο ή η κεφαλή του άξονα πρέπει να διατηρεί τη θέση του υπό την επίδραση της βαρύτητας όταν το servo είναι απενεργοποιημένο
• Μηχανισμοί σύσφιξης και συγκράτησης — όπου μια θέση σύσφιξης υπό τροφοδοσία πρέπει να διατηρείται κατά τη διάρκεια διακοπής ρεύματος χωρίς να απελευθερώνεται το προς κατεργασία τεμάχιο
• Πίνακες περιστροφικής ευρετηρίασης — όπου απαιτείται κλειδωμένη θέση μεταξύ των κινήσεων ευρετηρίασης, χρησιμοποιώντας το φρένο για να αντισταθεί στη ροπή στην ευρετηριασμένη θέση αντί να διατηρεί συνεχώς ροπή servo
• Άξονες Z χειρισμού υλικών — όπου ένα φορτίο πρέπει να αναρτάται με ασφάλεια κατά τη διάρκεια παύσεων κύκλου, έκτακτων στάσεων ή εργασιών συντήρησης

Συχνές Ερωτήσεις

Ε1: Παρέχει το ηλεκτρομαγνητικό φρένο στο HC-KFE43B ονομαστική ροπή συγκράτησης ίση με την ονομαστική ροπή εξόδου του κινητήρα;

Στην πρακτική σχεδιασμού της Mitsubishi για τη σειρά HC-KFE, η στατική ροπή τριβής του φρένου είναι ονομαστική για να ταιριάζει με την ονομαστική ροπή του κινητήρα — 1.3 Nm για την κατηγορία 400W. Αυτό σημαίνει ότι το φρένο έχει σχεδιαστεί για να συγκρατεί ένα φορτίο στο επίπεδο του άξονα του κινητήρα που αντιστοιχεί στην ονομαστική έξοδο του κινητήρα υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το φρένο προδιαγράφεται για τη συγκράτηση στατικών φορτίων, όχι για την επιβράδυνση ενός περιστρεφόμενου άξονα. Η χρήση του ως φρένο δυναμικής στάσης — διατάσσοντας το φρένο να ενεργοποιηθεί ενώ ο κινητήρας περιστρέφεται ακόμα σε ταχύτητα — θα φθείρει γρήγορα την επένδυση του φρένου και θα μειώσει σημαντικά τη διάρκεια ζωής του. Η σωστή ακολουθία είναι να φέρετε τον κινητήρα σε στάση μέσω του συστήματος ελέγχου servo πρώτα, και στη συνέχεια να ενεργοποιήσετε το φρένο για να συγκρατήσετε την σταματημένη θέση.

Ε2: Μπορεί η τροφοδοσία 24VDC για το φρένο να ληφθεί από την ίδια γραμμή 24VDC που τροφοδοτεί την διεπαφή I/O του ενισχυτή MR-E;

Όχι. Η τεκμηρίωση της σειράς MR-E της Mitsubishi απαγορεύει ρητά την κοινή χρήση της τροφοδοσίας διεπαφής 24VDC μεταξύ των κυκλωμάτων διεπαφής I/O και του ηλεκτρομαγνητικού φρένου. Το φρένο πρέπει να έχει αφιερωμένη τροφοδοσία 24VDC. Ο λόγος είναι απλός: τα γεγονότα εναλλαγής I/O προκαλούν μεταβατικά ρεύματα στη γραμμή 24VDC, τα οποία μπορούν να προκαλέσουν στιγμιαίες πτώσεις τάσης που ενεργοποιούν μερικώς ή πλήρως το φρένο κατά τη λειτουργία του κινητήρα, προκαλώντας μηχανική κρούση και πρόωρη φθορά του φρένου. Μια αφιερωμένη τροφοδοσία φρένου απομονώνει αυτά τα κυκλώματα και διασφαλίζει ότι το φρένο λειτουργεί αξιόπιστα υπό όλες τις συνθήκες εναλλαγής I/O.

Ε3: Τι συμβαίνει με τη λειτουργία του φρένου εάν ο ενισχυτής παρουσιάσει βλάβη και διακόψει την τροφοδοσία;

Αυτό είναι το σενάριο που ο σχεδιασμός του φρένου μη-διέγερσης έχει σχεδιαστεί ειδικά για να αντιμετωπίσει. Όταν ο ενισχυτής MR-E τερματίζει τη λειτουργία του — είτε λόγω συναγερμού, είτε λόγω σήματος έκτακτης ανάγκης, είτε λόγω απώλειας κύριας τροφοδοσίας — η τροφοδοσία 24VDC στο πηνίο του φρένου διακόπτεται επίσης (είτε από το κύκλωμα εξόδου συναγερμού είτε από την ίδια την απώλεια τροφοδοσίας). Το φρένο που εφαρμόζεται με ελατήριο ενεργοποιείται αμέσως, κλειδώνοντας τον άξονα του κινητήρα χωρίς να απαιτείται κανένα σήμα από τον ελεγκτή. Αυτή η αυτόματη ενεργοποίηση είναι ανεξάρτητη από την κατάσταση λειτουργίας του ενισχυτή. Για κάθετους άξονες ή εφαρμογές σύσφιξης, αυτή είναι η θεμελιώδης συμπεριφορά ασφαλείας που καθιστά το φρένο μη-διέγερσης την βιομηχανική τυπική επιλογή για εφαρμογές πρόληψης κινδύνων.

Ε4: Ποια είναι η διαφορά στο μήκος του σώματος του κινητήρα μεταξύ του HC-KFE43 και του HC-KFE43B, και παραμένει ίδια η στερέωση της φλάντζας;

Οι διαστάσεις στερέωσης της φλάντζας — η τετράγωνη φλάντζα 60×60mm, το μοτίβο οπών στερέωσης και το μήκος προεξοχής του άξονα στο άκρο εξόδου — είναι πανομοιότυπες μεταξύ του HC-KFE43 και του HC-KFE43B. Η μόνη αλλαγή διαστάσεων είναι το αυξημένο συνολικό μήκος του σώματος λόγω της μονάδας φρένου που προστίθεται στο πίσω μέρος του κινητήρα. Η τεκμηρίωση σχεδιασμού της Mitsubishi (ενότητα 14.8.1 του εγχειριδίου MR-E) δείχνει τα συγκεκριμένα μήκη σώματος για κάθε παραλλαγή, και αυτά θα πρέπει να συμβουλεύονται κατά τον σχεδιασμό ή την επαλήθευση του πίσω ελεύθερου χώρου πίσω από τον κινητήρα στη δομή του μηχανήματος. Για αντικατάσταση ενός υπάρχοντος τυπικού κινητήρα με ένα μοντέλο φρένου σε ανακατασκευή, επαληθεύστε τον πίσω ελεύθερο χώρο πριν παραγγείλετε.

Ε5: Είναι το HC-KFE43B κατάλληλη άμεση αντικατάσταση για το HC-KFS43B (τον κινητήρα φρένου MR-J2S) σε ένα υπάρχον μηχάνημα;

Μηχανικά, η βάση φλάντζας 60×60mm μοιράζεται μεταξύ του HC-KFE43B και του HC-KFS43B, καθιστώντας την πλάκα στερέωσης συμβατή. Ωστόσο, οι διεπαφές κωδικοποιητή και ενισχυτή είναι εντελώς διαφορετικές. Το HC-KFE43B χρησιμοποιεί έναν αναλογικό κωδικοποιητή σε συνδυασμό με τον ενισχυτή MR-E, ενώ το HC-KFS43B χρησιμοποιεί έναν απόλυτο κωδικοποιητή 17-bit (131.072 ppr) σε συνδυασμό με τον ενισχυτή MR-J2S. Οι τύποι συνδέσμων κωδικοποιητή, τα πρωτόκολλα σημάτων και τα συγκροτήματα καλωδίων δεν είναι εναλλάξιμα. Μια αλλαγή από HC-KFS43B σε HC-KFE43B θα απαιτούσε την αντικατάσταση του ενισχυτή σε MR-E και την επαναδιαμόρφωση ολόκληρου του άξονα κίνησης για λειτουργία με αναλογικό κωδικοποιητή με κύκλους αρχικοποίησης — μια σημαντική αλλαγή συστήματος. Η αντίστροφη κατεύθυνση (αναβάθμιση από HC-KFE43B σε HC-KFS43B ή σε κινητήρα τρέχουσας γενιάς σειράς HG με φρένο) είναι η πιο συνηθισμένη διαδρομή μετανάστευσης όταν αναβαθμίζεται ένα σύστημα μηχανήματος.