Le moteur de servo HF-SP81J HFSP81J

Mitsubishi HF-SP81J | Moteur servo AC MELSERVO-J3 — 850W, 8,12 Nm, 1000 tr/min nominal / 1500 tr/min max, joint à lèvre, absolu 18 bits, IP67

Numéro de pièce : HF-SP81J

Série : MELSERVO-J3 — Série HF-SP à inertie moyenne, capacité moyenne

Conception : Arbre droit, joint à lèvre, encodeur absolu 18 bits intégré

Puissance nominale : 850 W (0,85 kW)

Couple nominal : 8,12 Nm

Couple de pointe : 24,4 Nm

Vitesse nominale : 1 000 tr/min

Vitesse maximale : 1 500 tr/min

Courant nominal : 4,5 A

Tension d'alimentation : Classe 200 VAC

Moment d'inertie : 0,00178 kg·m² (17,8 kg·cm²)

Taille de bride : 130 × 130 mm

Indice de protection : IP67

Dimensions : H177,5 mm × L130 mm × P217,5 mm

État : Neuf

Présentation

Le Mitsubishi HF-SP81J est un servomoteur AC à inertie moyenne de 850 W de la série MELSERVO-J3 HF-SP, optimisé pour un fonctionnement à couple élevé et à basse vitesse — nominal à 1 000 tr/min en continu avec un plafond de 1 500 tr/min.

Avec un couple nominal de 8,12 Nm et un couple de pointe de 24,4 Nm, ce moteur offre une puissance de couple qui dépasse largement ce qu'un moteur de 850 W fonctionnant à 3 000 tr/min produirait.

La faible vitesse nominale est la justification technique : le couple est la puissance divisée par la vitesse angulaire, donc en fixant la puissance de sortie tout en réduisant la vitesse, le couple disponible augmente proportionnellement. Le HF-SP81J à 1 000 tr/min produit plus de trois fois le couple nominal d'un moteur de 850 W équivalent nominal à 3 000 tr/min.

Le suffixe "J" identifie le montage du joint à lèvre — un joint à lèvre à la sortie de l'arbre qui protège contre la brume de lubrifiant, les éclaboussures de liquide de refroidissement et l'infiltration de particules par l'espace de l'arbre. Combiné à l'indice de protection du corps IP67, le HF-SP81J est étanche à l'immersion temporaire à une profondeur définie, ce qui en fait l'un des moteurs les plus robustement protégés de la série HF-SP.

Ce niveau d'étanchéité convient aux environnements plus humides et plus contaminés que les axes à couple élevé et à basse vitesse habitent fréquemment : enrouleuses, rouleaux de contrôle de tension, entraînements de convoyeurs fonctionnant près de fluides de refroidissement, et applications de tourelles ou de tables tournantes de machines-outils où le moteur se trouve à l'intérieur d'un boîtier riche en liquide de refroidissement.

L'encodeur absolu 18 bits à 262 144 impulsions par révolution assure la rétention de position lors des interruptions de courant sans retour à l'origine au démarrage, alimentant la boucle de contrôle de vitesse et de position haute résolution d'un amplificateur MELSERVO-J3.

La bride de 130 × 130 mm et l'encombrement global de 177,5 × 130 × 217,5 mm le placent physiquement dans la même catégorie que d'autres servomoteurs de capacité moyenne à bride de 130 mm, tandis que la profondeur étendue (217,5 mm contre 173,5 mm pour un modèle comparable de 2 000 tr/min) reflète le stator plus long requis pour produire un couple élevé à basse fréquence électrique.

Spécifications clés

Vitesse nominale de 1 000 tr/min — Conception pour couple élevé

La vitesse nominale de 1 000 tr/min du HF-SP81J le place dans une catégorie spécialisée au sein de la série HF-SP.

La plupart des servomoteurs de cette classe de puissance fonctionnent à 2 000 ou 3 000 tr/min nominal, reflétant l'exigence typique des axes d'avance CNC où la vitesse de la vis à billes régit le régime moteur requis. La variante à 1 000 tr/min — la désignation de vitesse "1" dans le SP81 — existe pour les scénarios d'application où un couple élevé à faible vitesse d'arbre est l'exigence principale, sans l'inertie et la complexité d'un réducteur intermédiaire entre le moteur et la charge.

Les applications à entraînement direct bénéficient le plus de cette conception.

Un moteur tournant à 1 000 tr/min directement couplé à un mécanisme peut fournir 8,12 Nm en continu sans aucun réducteur — éliminant le jeu, réduisant la conformité mécanique, simplifiant la maintenance et supprimant le réducteur en tant que point de défaillance potentiel. Pour les applications où la plage de vitesse naturelle du mécanisme est de 0 à 1 000 tr/min et où la demande de couple est soutenue, le HF-SP81J la fournit par le moteur lui-même plutôt que par un réducteur réduit à partir d'un moteur de 3 000 tr/min.

Le couple de pointe de 24,4 Nm — trois fois le couple nominal — fournit l'impulsion d'accélération nécessaire pour déplacer rapidement des charges à inertie élevée du repos à la vitesse de travail.

Avec un moment d'inertie de 0,00178 kg·m², le rotor lui-même est substantiel par rapport aux moteurs plus petits, ce qui signifie que le moteur peut être couplé à des charges modérément lourdes sans que le système servo ne soit déstabilisé par de grandes inadéquations d'inertie.

Couple de pointe de 24,4 Nm — Accélération sur charges à inertie élevée

Le rapport couple de pointe/nominal de 3:1 est constant sur toute la série HF-SP, et à 8,12 Nm nominal, il donne un pic de 24,4 Nm qui offre une autorité d'accélération significative sur les types de charges pour lesquels le HF-SP81J est conçu.

Les bobines d'enroulement, les tables tournantes, les entraînements de rouleaux de convoyeur et les mécanismes similaires peuvent supporter une masse rotative substantielle — et faire passer cette masse de l'arrêt à la vitesse de fonctionnement dans le budget de temps de cycle de la machine dépend de la disponibilité d'un couple de pointe supérieur à l'exigence de fonctionnement.

La contrainte pratique est le cycle de service. Le couple de pointe consomme un courant de pointe — 3,2 fois le courant nominal au rapport pointe/nominal de 3:1 — et la protection thermique électronique de l'amplificateur MELSERVO-J3 surveille la demande de courant RMS au fil du temps.

Des impulsions d'accélération brèves à couple de pointe sont autorisées dans le modèle thermique ; un fonctionnement soutenu à couple de pointe ne l'est pas.

Le calcul de dimensionnement du servo — inertie de charge, distance de déplacement, temps d'accélération, couple de fonctionnement soutenu — doit confirmer que la demande de couple RMS moyenne sur le cycle de service reste dans la valeur nominale de 8,12 Nm, tandis que le couple d'accélération de pointe ne dépasse pas 24,4 Nm.

Pour les applications d'enroulement et de contrôle de tension où l'inertie de charge change continuellement à mesure que le matériau s'accumule ou se déroule de la bobine, le moment d'inertie du moteur de 0,00178 kg·m² fournit une masse de référence dans la boucle servo.

Lorsque l'inertie de la bobine change, le réglage automatique du gain de l'amplificateur suit le changement et ajuste les gains servo en conséquence.

Encodeur absolu 18 bits — Pas de retour à l'origine, continuité de position

L'encodeur absolu 18 bits intégré au HF-SP81J fournit 262 144 impulsions par révolution de retour de position avec rétention de position absolue lors des pertes de courant.

Lorsque l'amplificateur MELSERVO-J3 est mis sous tension, il lit la position réelle de l'arbre directement à partir de l'encodeur — l'axe dispose de données de position correctes immédiatement, sans avoir à se déplacer vers un interrupteur de référence.

Pour un axe à basse vitesse et à couple élevé, cela est plus important qu'il n'y paraît. Les axes à basse vitesse sont souvent couplés à des mécanismes où une interruption de courant à mi-course laisserait la charge dans une position indéterminée, potentiellement dangereuse — une bande sous contrôle de tension suspendue entre des rouleaux entraînés, une bobine enrouleuse à mi-chemin d'une traverse, une table d'indexation rotative entre les stations.

Avec un encodeur absolu, la restauration du courant ramène le système de position à un état connu et vérifié immédiatement.

Un encodeur incrémental nécessiterait que l'axe effectue un retour à l'origine — potentiellement en déplaçant la charge à travers une traverse dangereuse — avant que toute opération contrôlée ne puisse reprendre.

La résolution de 18 bits fournit également la granularité du retour de vitesse dont le fonctionnement à basse vitesse du HF-SP81J a besoin.

À 1 000 tr/min, chaque révolution prend 60 ms ; à 262 144 ppr, l'amplificateur reçoit environ 4 369 impulsions de retour par milliseconde à vitesse nominale. Cette densité de retour permet un contrôle précis de la vitesse jusqu'à des vitesses très basses — le type de fonctionnement fluide et contrôlé à basse vitesse que les systèmes d'enroulement, de tension et de manipulation de bande nécessitent.

IP67 et joint à lèvre — Protection complète contre les environnements humides

IP67 représente une exclusion complète de la poussière et une protection contre l'immersion temporaire à une profondeur définie — un cran au-dessus de la protection IP65 contre les jets d'eau que la plupart des servomoteurs de cette classe portent.

L'indice IP67 du HF-SP81J signifie que le corps du moteur peut résister à l'immersion dans des fluides pendant de courtes périodes sans endommager les composants internes, et il est conçu pour supporter les inondations intermittentes de liquide de refroidissement, les cycles de nettoyage et les environnements à forte humidité qui caractérisent de nombreuses applications de ce moteur.

Le joint à lèvre "J" à la sortie de l'arbre ajoute l'élément d'étanchéité que la protection du corps IP67 seule ne couvre pas. L'espace de l'arbre — l'espace annulaire entre l'arbre rotatif et le flasque du moteur — est une voie d'entrée pour la brume de lubrifiant et les fines particules, même dans un corps de moteur étanche IP67, car l'arbre doit tourner librement et l'espace ne peut pas être complètement scellé par le boîtier structurel.

Le joint à lèvre à la sortie de l'arbre ferme mécaniquement cette voie : la lèvre glisse contre la surface de l'arbre rotatif et repousse les fluides et les particules.

Au cours de la durée de vie du moteur, l'inspection périodique de la lèvre du joint d'arbre pour détecter un durcissement ou une fissuration est l'activité de maintenance principale — un joint endommagé permet une contamination progressive par la seule voie que la protection du boîtier IP67 ne couvre pas.

Ensemble, l'IP67 et le joint à lèvre rendent le HF-SP81J approprié pour les environnements qui dégraderaient un moteur IP65 standard dans une durée de vie raisonnable : exposition continue à la brume de liquide de refroidissement, nettoyage régulier à haute pression, applications partiellement immergées pendant le fonctionnement, et installations adjacentes aux systèmes de distribution de fluide de coupe.

HF-SP81J dans la série HF-SP — Où s'insère la variante 1 000 tr/min

La série HF-SP couvre une gamme de puissances de sortie de 0,5 kW à 7,0 kW, chacune disponible en variantes nominales de 1 000 tr/min (code de vitesse "1") et 2 000 tr/min (code de vitesse "2"). Le SP81J est la variante de 850 W, 1 000 tr/min, avec joint à lèvre :

L'équivalent 2 000 tr/min — le HF-SP82J — produit la même puissance de 850 W à une vitesse nominale de 2 000 tr/min avec un couple nominal proportionnellement plus faible (environ 4,1 Nm contre 8,12 Nm), une longueur hors tout plus petite et un moment d'inertie réduit.

Le choix entre le SP81J et le SP82J dépend du système mécanique : si la charge fonctionne naturellement dans la plage de 0 à 1 000 tr/min à l'arbre moteur (entraînement direct ou couplage à faible rapport), le SP81J fournit deux fois plus de couple au même niveau de puissance.

Si la charge fonctionne dans la plage de 0 à 2 000 tr/min, le SP82J est le choix approprié avec un corps de moteur plus court.

La différence de profondeur physique — 217,5 mm pour le SP81J contre environ 173,5 mm pour un équivalent 2 000 tr/min — reflète le bobinage de stator plus long requis pour produire un couple élevé à la fréquence électrique plus basse associée au fonctionnement à 1 000 tr/min.

Cette profondeur doit être prise en compte dans la conception de la cavité de montage du moteur de la machine, en particulier lors des modernisations où le moteur d'origine était de type 2 000 tr/min.

FAQ

Q1 : Pourquoi le HF-SP81J a-t-il une vitesse maximale (1 500 tr/min) inférieure à la plupart des servomoteurs ?

La vitesse nominale de 1 000 tr/min / maximale de 1 500 tr/min est la caractéristique déterminante de la variante de vitesse "1" de la série HF-SP.

La faible vitesse nominale est un choix de conception pour maximiser le couple à un niveau de puissance donné — les mêmes 850 W délivrés à 1 000 tr/min produisent un couple nominal de 8,12 Nm, contre environ 4,1 Nm si la même puissance était délivrée à 2 000 tr/min.

Les applications qui nécessitent un couple élevé à faible vitesse d'arbre — entraînements directs, axes d'enroulement, contrôle de tension, systèmes à engrenages à faible rapport — bénéficient de cette conception sans le jeu et la complexité d'un réducteur.

Q2 : Quelle est la différence entre le HF-SP81J et le HF-SP82J ?

Les deux sont des moteurs de la série HF-SP de 850 W sur une bride de 130 × 130 mm avec joint à lèvre et IP67. Le HF-SP81J est nominal à 1 000 tr/min / 8,12 Nm nominal / 24,4 Nm de pointe. Le HF-SP82J est nominal à 2 000 tr/min avec environ la moitié du couple nominal pour la même puissance de sortie.

Le SP81J est physiquement plus long (profondeur de 217,5 mm contre environ 173,5 mm) en raison du stator plus long requis pour un fonctionnement à couple élevé et à basse vitesse. Choisissez le SP81J pour les applications à entraînement direct et à couple élevé à basse vitesse ; choisissez le SP82J pour les axes à vitesse plus élevée où 2 000 tr/min est la vitesse de fonctionnement naturelle.

Q3 : L'encodeur est absolu 18 bits — le HF-SP81J nécessite-t-il un retour à l'origine à chaque démarrage ?

Non. L'encodeur absolu 18 bits conserve la position réelle de l'arbre lors des pertes de courant. Lorsque l'amplificateur MELSERVO-J3 est mis sous tension, il lit la position directement à partir de l'encodeur sans aucun déplacement de retour à l'origine.

Ceci est particulièrement important pour les types d'applications que ce moteur dessert — enroulement, contrôle de tension et tables tournantes — où les interruptions de courant ne devraient pas obliger l'axe à se déplacer vers une position de référence avant de reprendre le fonctionnement contrôlé. L'encodeur absolu élimine entièrement cette exigence.

Q4 : Qu'est-ce qui rend l'IP67 nécessaire plutôt que la classification IP65 standard ?

L'IP65 protège contre les jets d'eau de toutes directions. L'IP67 protège en outre contre l'immersion temporaire. Pour la plupart des installations de servomoteurs, l'IP65 est suffisant.

L'IP67 est spécifié pour les environnements où le moteur peut être périodiquement immergé — immersion partielle lors du nettoyage, inondation par les réservoirs de liquide de refroidissement de la machine, ou fonctionnement dans des environnements de lavage où les jets d'eau dirigés sont insuffisants pour le niveau d'exposition aux fluides. 

Si l'installation n'implique qu'une exposition à la brume ou à l'eau sous pression, l'IP65 est adéquat ; si une immersion brève est une condition de fonctionnement réaliste, l'IP67 offre le niveau de protection supplémentaire.

Q5 : Le HF-SP81J a un moment d'inertie de 0,00178 kg·m² — comment cela affecte-t-il le dimensionnement de l'axe ?

L'inertie du rotor de 0,00178 kg·m² est la valeur de référence pour l'adaptation de charge. Mitsubishi recommande de maintenir l'inertie de charge réfléchie à l'arbre moteur dans les 15 fois l'inertie du rotor pour un fonctionnement servo stable aux réglages de gain recommandés — dans ce cas, jusqu'à environ 0,0267 kg·m² d'inertie de charge réfléchie.

Pour les charges dépassant ce rapport, le réglage du gain devient plus exigeant et la bande passante servo peut être réduite.

L'inertie du rotor relativement élevée du moteur par rapport aux moteurs plus petits signifie qu'il tolère intrinsèquement des charges plus lourdes avant d'approcher la limite d'inadéquation d'inertie — l'un des avantages pratiques de la conception HF-SP à inertie moyenne pour les applications avec des masses rotatives lourdes.