Nieuwe Mitsubishi Servomotor HF-KE43 HFKE43

Mitsubishi HF-KE43 | Lage traagheid AC servomotor — 0,4 kW, 1,3 Nm, 3000 RPM, 60×60 mm flens, 131072 ppr, Geen oliekeerring, MR-E Serie

Onderdeelnummer: HF-KE43

Serie: MELSERVO HF-KE — Lage traagheid, kleine capaciteit AC servomotor

Nominaal vermogen: 0,4 kW (400 W)

Nominaal koppel: 1,3 Nm

Piekkoppel: 3,8 Nm

Nominale snelheid: 3.000 RPM

Maximale snelheid: 6.000 RPM

Voedingsspanning: 200 VAC Klasse, 3-fase

Nominale stroom: 2,9 A

Motorvoltage: 102 V

Elektromagnetische rem: Geen

Oliekeerring: Geen (Standaard)

Encoder: 17-bit Incrementeel, 131.072 ppr

Traagheidsklasse: Laag

Flensmaat: 60 × 60 mm

Beschermingsgraad: IP65

Compatibele versterker: MR-E Serie

Conditie: Nieuw

Overzicht

De Mitsubishi HF-KE43 is een 0,4 kW AC servomotor met lage traagheid uit de HF-KE serie van Mitsubishi Electric, ontworpen voor gebruik met het MR-E servo-versterkerplatform.

Met een nominaal koppel van 1,3 Nm en een piekkoppel van 3,8 Nm, werkend op een nominale snelheid van 3.000 RPM met een maximum van 6.000 RPM, en gemonteerd op een compacte flens van 60 × 60 mm, levert hij responsieve positioneringsprestaties in een fysiek klein pakket — het formaat dat geschikt is voor automatisering met lichte belasting waarbij zowel de installatieruimte als de systeemkosten van belang zijn.

De HF-KE43 heeft geen elektromagnetische rem en geen oliekeerring.

Dit zijn bewuste specificatiekeuzes in plaats van weglatingen. De afwezigheid van een rem definieert de toepassingsklasse: horizontale assen, of elke as waarbij de belasting geen mechanische borging vereist wanneer de servo spanningsloos is.

De afwezigheid van een oliekeerring betekent dat de asuitgang van de motor niet is afgedicht, wat acceptabel is in schone omgevingen en toepassingen waar de motor niet wordt blootgesteld aan smeermiddeldampen van aangrenzende mechanismen. In omgevingen waar deze omstandigheden niet worden voldaan, voegt de variant met oliekeerring die bescherming toe.

Wat de HF-KE43 wel heeft, is een 17-bits incrementele encoder met 131.072 pulsen per omwenteling — de resolutie die de real-time auto-tuning van de MR-E versterker in staat stelt om de servo-versterkingen te karakteriseren en af te stemmen op de mechanische belasting zonder handmatige tussenkomst.

Gecombineerd met het ontwerp met lage traagheid van de rotor, resulteert dit in een motor die een lichte positioneringsbelasting met hoge cyclussnelheden kan versnellen en vertragen, terwijl het servosysteem stabiel en nauwkeurig volgt.

Belangrijkste specificaties

HF-KE Serie — Lage traagheid voor positionering met hoge cycli

Het bepalende technische kenmerk van de HF-KE serie is de rotor met lage traagheid. Traagheid in de rotor van een servomotor is het rotatie-equivalent van massa — het bepaalt hoeveel koppel nodig is om een bepaalde hoekversnelling te produceren.

Een rotor met lage traagheid reageert sneller op snelheidscommando's omdat er minder energie nodig is om de snelheid te veranderen; het servosysteem kan de bevolen positieverandering in minder tijd bereiken, en de stroomvraag van de versterker tijdens de versnellingsfase is lager voor een gegeven bewegingsprofiel.

Dit is het belangrijkst in toepassingen waar de as per minuut vele korte, snelle bewegingen uitvoert: pick-and-place mechanismen, labelapplicators, transportbandindexaandrijvingen, elektronische assemblagevoeders en vergelijkbare automatisering met hoge cycli.

In deze toepassingen wordt het bewegingsprofiel gedomineerd door versnelling en vertraging in plaats van langdurig draaien op constante snelheid.

Een motor met lage traagheid voltooit elke versnellingsfase sneller, blijft korter op de doelpositie voordat het volgende commando komt, en de totale cyclussnelheid neemt toe zonder dat een grotere versterker of agressievere stroomlimieten nodig zijn.

De praktische beperking is de aanpassing van de belastings traagheid.

Motoren met lage traagheid zijn gevoeliger voor de verhouding tussen belastings traagheid en rotor traagheid dan ontwerpen met gemiddelde of hoge traagheid.

Mitsubishi's toepassingsrichtlijnen raden aan om de verhouding tussen belastings traagheid en rotor traagheid binnen de aanbevolen limieten te houden — typisch 10 tot 15 keer voor de HF-KE klasse — voor stabiele servoprestaties zonder excessieve versterkingsvereisten.

Het overschrijden van deze verhouding verhindert de werking niet, maar de servo-versterkingen die nodig zijn voor responsieve, goed gedempte positionering naderen de stabiliteitsgrens van de versterker, waardoor afstemming moeilijker wordt en de bereikbare bandbreedte wordt beperkt.

131.072 ppr Encoder — Feedbackresolutie in de praktijk

De 17-bits incrementele encoder levert 131.072 pulsen per omwenteling aan de positie-regelkring van de MR-E versterker.

De praktische positioneringsresolutie die dit creëert, is afhankelijk van de mechanische overbrenging tussen motor en belasting: bij een kogelomloopspindel met een spoed van 10 mm met directe motor koppeling, komt elke encoderpuls overeen met ongeveer 0,076 μm tafelverplaatsing — fijner dan de nauwkeurigheid van enige praktische kogelomloopspindel assemblage, wat betekent dat de encoder niet de beperkende factor is in enig reëel positioneringssysteem.

De encoder is incrementeel — hij telt pulsen vanaf een referentie die bij het opstarten is ingesteld.

Een referentie-terugkeer (homing) cyclus is vereist bij elke stroomcyclus voordat de as positiecommando's accepteert. Op de meeste machines is dit een korte, automatische sequentie bij het opstarten; op systemen waar noodstop of stroomonderbrekingen frequent zijn, voegt de herhaalde homing een bescheiden operationele overhead toe.

Het hoge aantal pulsen geeft ook de auto-tuning functie van de MR-E versterker voldoende resolutie om snelheidsvolgfouten op sub-milliseconde niveau te observeren en te minimaliseren. Auto-tuning werkt door de kloof tussen bevolen en werkelijke snelheid tijdens testbewegingen te observeren, en vervolgens de versterkingsparameters — positieversterking, snelheidsversterking, integratietijd — aan te passen om deze fout te verminderen zonder oscillatie te introduceren.

Bij 131.072 ppr is de snelheidsmeting nauwkeurig genoeg voor de auto-tuning om te convergeren naar stabiele, goed afgestemde versterkingsinstellingen over het volledige snelheids- en koppelbereik van de MR-E serie.

Geen oliekeerring — Specificeren van de juiste variant

De HF-KE43 wordt beschreven als de "servomotor zonder oliekeerring" — een standaard motorconfiguratie waarbij de spleet van de asuitgang aan het voorste eindschild niet is afgedicht tegen vloeistof- of deeltjesindringing.

Dit is de basis specificatie, en deze is volledig geschikt voor de meerderheid van de toepassingsomgevingen van de motor: schone machinekamers, inbouwinstallaties weg van snijvloeistofzones, elektronische assemblageapparatuur, en elke installatie waar het motorhuis niet direct wordt blootgesteld aan smeermiddeldampen of koelmiddel.

Waar de installatie de motor dicht bij gesmeerde mechanismen plaatst — kogelomloopspindels met centrale smering, tandwielkast spatzones, of koelmiddel-dragende machineomgevingen — is de variant met oliekeerring de juiste keuze.

Een lipafdichting bij de asuitgang kost niets aan functionele prestaties, maar elimineert het contaminatiepad dat progressieve smeermiddelingang in de lagerholte en uiteindelijk de encoderassemblage veroorzaakt.

Het equivalente HF-KE43 model met gemonteerde oliekeerring heeft een "J" in zijn suffix (bijv. HF-KE43JW1-S100), en de fysieke afmetingen zijn hetzelfde.

Als er enige onzekerheid is over de reinheid van de installatieomgeving, is het specificeren van de variant met oliekeerring de keuze met het minste risico. Het kostenverschil is verwaarloosbaar; het verschil in levensduur in een vochtige of gesmeerde omgeving niet.

Geen rem — Implicaties voor asconfiguratie

De HF-KE43 heeft geen elektromagnetische rem. Voor horizontale positioneringsassen — de primaire toepassingsklasse voor een 0,4 kW motor met lage traagheid — is dit correct. Er is geen door zwaartekracht gedreven neiging om te bewegen wanneer de servo spanningsloos is, dus er is geen borgmechanisme nodig tussen positioneringsbewegingen of bij machine-stop.

Voor hellende of verticale assen waarbij zwaartekracht op de belasting werkt wanneer de motor wordt uitgeschakeld, moet de variant met rem (HF-KE43B of equivalent met "B" in de suffix) worden geselecteerd. Het installeren van de remvrije HF-KE43 op een onondersteunde verticale as creëert een valrisico bij elke servo-uitschakeling — bij servo-alarm, noodstop, geprogrammeerde servo-uit, en stroomverlies.

Op machines met pneumatische contragewichten die de verticale belasting volledig ondersteunen, is de remvrije variant weer acceptabel; de mechanische ondersteuning vervangt de remfunctie.

MR-E Versterkersysteem — Positie-, Snelheids- en Koppelregeling

De HF-KE43 is ontworpen voor de MR-E servo-versterker serie, specifiek de MR-E-40A voor de 400W motor klasse.

Het MR-E platform biedt twee besturingsinterfaces: een pulstrein interface voor positie- en snelheidsregeling (accepteert differentiële of open-collector puls-ingangen van een hostcontroller of PLC) en een analoge ingangsinterface voor snelheids- en koppelregeling (0 tot ±10V analoge referentie).

Beide interfaces zijn beschikbaar op de standaard MR-E-40A, waardoor de systeemontwerper de keuze heeft uit besturingsarchitecturen zonder de motor- of versterkerhardware te wijzigen.

De real-time auto-tuning van de MR-E begint vanaf het moment dat de servo is ingeschakeld en past continu de versterkingsparameters aan terwijl de machine draait. Positieversterkingen, snelheidsversterkingen en de integratietijd van de snelheidslus worden allemaal beheerd door de auto-tuning functie op basis van de waargenomen volgfout.

Voor de inbedrijfstellingsingenieur betekent dit dat de motor kan worden geïnstalleerd, aangesloten en productieve cycli kan draaien zonder een speciale versterkingsafstemmingssessie — auto-tuning convergeert naar geschikte instellingen binnen de eerste paar cycli van bedrijf.

Adaptieve trillingsonderdrukking is ook beschikbaar via de MR-E versterker: de versterker identificeert laagfrequente mechanische resonanties in de belastingsstructuur en filtert deze uit de servorespons, waardoor wordt voorkomen dat de resonantie wordt versterkt door de positie-regelkring.

Op machines met een licht frame waarbij mechanische resonantie een probleem is, kan deze functie de noodzaak van handmatige anti-vibratie parameter tuning elimineren.

Veelgestelde vragen

V1: Wat is het verschil tussen de HF-KE43 en de HF-KE43B?

De HF-KE43 heeft geen elektromagnetische rem; de HF-KE43B is dezelfde motor met een fabrieksmatig gemonteerde elektromagnetische rem. De elektrische specificaties — nominaal vermogen, koppel, snelheid, encoder en compatibiliteit met versterker — zijn identiek tussen beide.

De variant met rem is fysiek langer vanwege de remmodule, trekt extra stroom uit het remvoedingscircuit en vereist de reminterlock sequentie van de MR-E versterker. De HF-KE43 (geen rem) is gespecificeerd voor horizontale assen en door zwaartekracht gebalanceerde verticale assen; de HF-KE43B is vereist voor verticale of hellende assen waarbij de belasting mechanisch moet worden vastgehouden wanneer de servo spanningsloos is.

V2: De motor heeft geen oliekeerring. Betekent dit dat hij niet IP65-geclassificeerd is?

Nee — de IP65-classificatie is van toepassing op het motorhuis, ongeacht of er een oliekeerring is gemonteerd. IP65 betekent volledig stofdicht en beschermd tegen waterstralen uit elke richting, wat de motorbehuizing, het wikkelingsgebied en het encodercompartiment dekt.

De oliekeerring richt zich specifiek op de spleet van de asuitgang — een smalle ringvormige ruimte die IP65-testen niet volledig beschermt tegen indringing van smeermiddeldampen bij langdurige blootstelling. De standaard HF-KE43 zonder oliekeerring is geschikt voor schone en normale industriële omgevingen.

In omgevingen met smeermiddeldampen biedt de variant met oliekeerring de extra afdichtingslaag bij het as-ingangspunt.

V3: Welke versterker is vereist en ondersteunt de HF-KE43 zowel positie- als snelheidsregeling?

De MR-E-40A is de bijpassende servo-versterker voor de HF-KE43. Hij ondersteunt zowel positie-regeling (via pulstrein ingang voor CNC of PLC puls-uitgang) als snelheids-/koppelregeling (via ±10V analoge referentie).

De besturingsmodus wordt geselecteerd door parameter- en bedradingsconfiguratie, niet door hardwarevariant, dus dezelfde motor- en versterkercombinatie kan in beide architecturen worden gebruikt.

De MR-E-40A biedt ook een positie-regelmodus met encoderpuls-uitgang voor integratie met motion controllers of PLC's die kwadratuur-encoderfeedback verwachten.

V4: Wat betekent de 131.072 ppr encoderresolutie voor de positioneringsnauwkeurigheid?

Resolutie en nauwkeurigheid zijn verschillende dingen: 131.072 ppr is de feedbackresolutie, die de fijnste positie-increment bepaalt die het servosysteem kan detecteren en regelen. De werkelijke positioneringsnauwkeurigheid is afhankelijk van het mechanische systeem — kogelomloopspindel spoed, speling, rechtlijnigheid van de geleidingen en thermische uitzetting.

Bij een kogelomloopspindel met een spoed van 10 mm met directe koppeling, geeft 131.072 ppr ongeveer 0,076 μm verplaatsing per encoder-telling, wat veel fijner is dan de nauwkeurigheid van enige praktische kogelomloopspindel. 

In de praktijk is de encoder niet de beperkende factor in positioneringsnauwkeurigheid — de mechanica wel. Wat de 17-bits resolutie voornamelijk biedt, is stabiele snelheidsfeedback bij lage snelheden en de data-dichtheid die de MR-E auto-tuning nodig heeft om nauwkeurige servo-versterkingen in te stellen.

V5: Wat zijn de belangrijkste controles bij het installeren van een gebruikte HF-KE43?

Draai de as met de hand en controleer op soepele lagerbeweging zonder ruwheid of slijpen — de rotor met lage traagheid van de HF-KE serie heeft een lichte as, en lagerslijtage is hoorbaar voordat deze mechanisch significant wordt. Inspecteer de encoderconnector op verbogen pinnen en de kabeluitgang trekontlasting op scheuren. Meet de wikkelingsweerstand over alle drie de fasen op balans.

Controleer de isolatieweerstand naar aarde met een megger — zelfs een standaard (geen oliekeerring) motor die in een vochtige omgeving heeft gewerkt, kan een verminderde isolatieweerstand vertonen.

Controleer tijdens een proefrit de volgfoutweergave van de MR-E versterker op nominale snelheid en bevestig dat deze binnen normale grenzen valt; excessieve volgfout bij een snelheid die de motor eerder correct aankon, duidt op encoderdegradatie of mechanische koppelingsproblemen in plaats van een motorwikkelingsfout.