Mitsubishi HC-PQ43B (HCPQ43B) — Servomoteur AC 400W avec frein électromagnétique, arbre droit, 3000 tr/min, série MELSERVO-C

Présentation du produit

Numéro de pièce : HC-PQ43B

Également recherché sous les noms : HCPQ43B, HC PQ 43B, HC-PQ-43B

Série : Mitsubishi MELSERVO-C (Génération MR-C)

Classification : Servomoteur sans balais AC à inertie ultra-faible — 400 W, classe 200V, 3000 tr/min, arbre droit, frein électromagnétique

Contexte : Un type de servomoteur différent

La plupart des servomoteurs de ce site appartiennent aux familles HC-SF, HC-SFS ou HA-FF — des moteurs conçus autour de la plateforme d'amplificateurs J2 ou J2-Super pour l'automatisation industrielle générale, les machines-outils et les équipements de positionnement. Le HC-PQ43B provient d'une branche entièrement différente de l'histoire MELSERVO de Mitsubishi.

La série HC-PQ a été développée dans le cadre de la plateforme MELSERVO-C, introduite en 1999 avec une mission spécifique : offrir une véritable alternative servo aux clients utilisant des moteurs pas à pas dans des applications de faible capacité jusqu'à 400W. L'amplificateur MR-C qui l'entraîne est extraordinairement compact — seulement 40 mm de large et 130 mm de haut — et les moteurs HC-PQ ont été conçus pour correspondre à cette philosophie. Inertie ultra-faible, câblage simple avec connexions à fils dénudés, interface de commande simple, et un niveau de prix et de complexité qui a rendu le passage du pas à pas au servo pratique pour les machines qui n'avaient jamais utilisé la technologie des servomoteurs sans balais auparavant.

Le HC-PQ43B est la variante avec frein du moteur HC-PQ 400W : même couple nominal de 1,3 Nm, même couple de pointe de 3,8 Nm, même régime de 3000 tr/min, même boîtier compact classé IP44 — avec un frein électromagnétique à ressort ajouté à l'arrière du moteur pour les applications d'axe vertical et de mécanisme chargé par gravité.

Spécifications techniques

Ce pour quoi la plateforme MR-C a été conçue

Comprendre correctement le HC-PQ43B nécessite de comprendre la plateforme à laquelle il appartient, car la combinaison MR-C et HC-PQ desservait un segment de marché pour lequel les plateformes J2 et J2-Super plus grandes n'étaient pas optimisées.

Les moteurs pas à pas ont dominé les applications de positionnement de faible capacité pendant des décennies car ils étaient simples, peu coûteux et ne nécessitaient aucun dispositif de rétroaction. Le contrôle par impulsions en boucle ouverte était suffisant pour la plupart des applications, et l'électronique de contrôle était simple. Les faiblesses — résonance à certaines vitesses, perte de position sous surcharge, mauvaises performances à haute vitesse, absence de rétroaction de couple — étaient acceptées comme des limitations inhérentes à la technologie.

La proposition de la plateforme MR-C était qu'un servomoteur pouvait égaler la simplicité du contrôle pas à pas tout en éliminant ces limitations. L'amplificateur MR-C acceptait des commandes par trains d'impulsions, tout comme un pilote de moteur pas à pas. Les moteurs HC-PQ avaient des connexions à fils dénudés plutôt que des connecteurs ronds de qualité militaire. L'amplificateur était suffisamment étroit pour être monté sur un rail DIN standard dans un panneau compact. La mise en service était suffisamment simple pour les ingénieurs habitués aux systèmes pas à pas.

Pour les types de machines ciblées par cette plateforme — petits équipements d'assemblage, applicateurs d'étiquettes, mécanismes de pick-and-place compacts, tables de positionnement légères, axes auxiliaires sur machines d'impression et d'emballage — la combinaison MR-C et HC-PQ offrait des performances servo en boucle fermée dans un format qui ne nécessitait aucune rééducation de l'équipe de conception ou du personnel de maintenance.

Le HC-PQ43B ajoute un frein à ressort à cette plateforme pour les applications de cette catégorie de machines qui ont des axes verticaux ou d'autres composants chargés par gravité.

Frein à ressort sur un moteur 400W

À 400W et 1,3 Nm de couple nominal, les charges entraînées par le HC-PQ43B sont légères par rapport aux servomoteurs de capacité moyenne. Une petite glissière de transfert verticale. Un bras robot léger. Un entraînement de broche de perçage sur une petite machine de perçage automatique. Une navette verticale sur une station d'assemblage compacte. Ces mécanismes sont modestes en taille, mais la physique d'un frein à ressort s'applique à tout niveau de puissance : lorsque la bobine est désactivée, le ressort ferme le frein et maintient l'axe mécaniquement, sans dépendre d'un système électrique actif pour ce faire.

La conséquence pratique est la même à 400W qu'à 7kW : si l'alimentation du panneau est coupée de manière inattendue, si l'amplificateur disjoncte, si le circuit d'arrêt d'urgence s'ouvre — l'axe est maintenu. L'alimentation 24V CC de la bobine du frein est retirée et le ressort fait immédiatement son travail. Sur un petit mécanisme vertical où la masse en mouvement peut n'être que de quelques kilogrammes, c'est toujours le bon choix de conception. L'alternative — s'appuyer sur le verrouillage servo de l'amplificateur MR-C40A pour maintenir la position lorsque l'amplificateur peut être le composant qui vient de disjoncter — n'est pas une base de sécurité fiable.

Le frein du HC-PQ43B nécessite une alimentation 24V CC séparée dans le panneau de la machine. Ceci est explicitement indiqué dans la documentation de la série MR-C : les moteurs avec frein nécessitent leur propre alimentation 24V CC, séparée de l'alimentation de commande de l'amplificateur. Le circuit 24V doit inclure un relais avec une suppression de surtension appropriée aux bornes de la bobine du frein — une bobine inductive sans suppression générera des pics de tension dommageables lorsqu'elle sera désactivée.

La séquence de fonctionnement recommandée suit le même principe que tout frein à ressort sur un servomoteur : amener l'axe au repos sous contrôle servo avant d'engager le frein, et confirmer que le verrouillage servo est établi avant de libérer le frein au démarrage. Sur une petite machine compacte où ces axes effectuent de nombreux cycles par quart de travail, une séquence cohérente prolonge la durée de vie du disque de frein de manière mesurable sur la durée de vie opérationnelle du moteur.

1,3 Nm de couple nominal : l'avantage de l'inertie ultra-faible

Un Newton-mètre et trois dixièmes. C'est un chiffre de couple continu modeste en tout cas, et il décrit fidèlement ce qu'est le HC-PQ43B : un moteur pour des axes légers et rapides où la priorité est donnée aux performances d'accélération plutôt qu'à la force soutenue.

Les moteurs à inertie ultra-faible obtiennent leur valeur principale grâce au rapport entre le couple disponible et l'inertie du rotor. Une très faible inertie du rotor signifie qu'un couple donné — y compris le pic de 3,8 Nm — produit une très forte accélération angulaire de l'arbre moteur lui-même. L'axe atteint rapidement la vitesse cible, se stabilise rapidement en position, et est prêt pour le mouvement suivant rapidement. Pour les applications exécutant de nombreux mouvements courts par minute, cela se traduit directement par un débit.

Le pic de 3,8 Nm — près de trois fois la puissance nominale — gère efficacement les phases d'accélération et de décélération. Dans le cycle de service typique d'un axe de machine d'assemblage léger, le moteur accélère à la vitesse de déplacement au couple de pointe, fonctionne brièvement au couple nominal ou en dessous, décélère au couple de pointe, puis reste en position en consommant un courant minimal. Ce schéma est thermiquement bénin et les fonctions de protection de l'amplificateur 400W le gèrent sans intervention dans le cadre d'un cycle de service bien conçu.

La contrainte est claire : 1,3 Nm en continu est le plafond pour le couple de charge soutenu. Les applications où l'axe doit maintenir plus de 1,3 Nm en continu — résistance de coupe soutenue, tension de bobinage élevée, charge gravitationnelle importante pendant le mouvement — sont au-delà de la plage d'application appropriée de ce moteur. Les axes qui passent la majeure partie de leur cycle au repos ou légèrement chargés avec seulement de brèves transitoires d'accélération sont là où le HC-PQ43B fonctionne le mieux.

IP44 : Comprendre l'indice de protection

L'indice de protection IP44 du HC-PQ43B est inférieur à l'IP65 trouvé sur les moteurs des séries HC-SFS et HC-SF, et cette différence mérite d'être comprise avant de spécifier ce moteur.

IP44 signifie : protection contre les corps solides de plus de 1 mm (outils fins, fils, petits insectes — mais pas la poussière en volume), et protection contre les liquides contre les projections d'eau de toutes directions. Ceci est suffisant pour les environnements industriels intérieurs où le moteur n'est pas directement exposé aux pulvérisations de liquide de refroidissement, aux brouillards d'huile ou aux opérations de lavage.

IP65 (l'indice des HC-SFS et moteurs similaires) ajoute une protection complète contre l'entrée de poussière et une protection contre les jets d'eau dirigés de n'importe quel angle.

Pour les applications pour lesquelles le HC-PQ43B a été conçu — machines d'assemblage, équipements d'automatisation légers, axes de positionnement compacts en intérieur — l'IP44 est généralement suffisant. Le moteur n'est pas conçu pour les environnements de coupe de machines-outils où le liquide de refroidissement atteint le moteur, ni pour les équipements alimentaires ou pharmaceutiques lavables. Si l'environnement d'installation comprend une quantité importante de liquide de refroidissement, de brouillard d'huile ou de contamination aéroportée provenant des opérations de traitement, un moteur avec un indice plus élevé doit être spécifié.

Lors de l'installation du HC-PQ43B avec les sorties de câble vers le bas — ce qui est l'orientation de montage préférée pour les installations de moteurs horizontaux — les fils de connexion et toute condensation s'écoulent loin du corps du moteur plutôt que de s'accumuler aux points d'entrée des câbles. La documentation MR-C déconseille le montage du moteur avec les câbles acheminés vers le haut dans les environnements où une infiltration de liquide le long de la gaine du câble est possible.

Amplificateur compatible : Le MR-C40A

Le HC-PQ43B est exclusivement associé à l'amplificateur MR-C40A — l'unité de capacité 400W de la gamme MELSERVO-C. Cet amplificateur présente un ensemble de caractéristiques qui le distinguent nettement des amplificateurs J2 et J2-Super utilisés par les moteurs des séries HC-SFS et HC-SF.

Le MR-C40A accepte une entrée AC monophasée 200–240V, consommant environ 2,8A. Il s'agit d'une alimentation monophasée, et non triphasée — ce qui signifie que la plateforme MR-C peut fonctionner à partir d'un circuit monophasé standard 200V, simplifiant le câblage du panneau pour les petites machines qui ne disposent pas d'une distribution triphasée à chaque position d'axe.

L'amplificateur accepte des commandes de position par trains d'impulsions — la même interface utilisée par les pilotes de moteurs pas à pas — ce qui était essentiel pour le positionnement de la plateforme en tant que remplacement des moteurs pas à pas. La résolution de l'encodeur et les performances de contrôle sont de classe servo, mais l'interface de contrôle est compatible avec les moteurs pas à pas, ce qui permet une intégration simple dans les conceptions de machines existantes qui étaient auparavant basées sur des moteurs pas à pas.

Le MR-C40A ne mesure que 40 mm de large. Sur une machine comportant plusieurs petits axes servo, une rangée d'amplificateurs MR-C40A nécessite beaucoup moins d'espace dans le panneau qu'une rangée équivalente d'amplificateurs J2-Super à la même puissance nominale.

L'amplificateur MR-C40A et les moteurs de la série HC-PQ ont été arrêtés en avril 2013. La recommandation de migration de Mitsubishi à l'époque orientait les utilisateurs vers l'amplificateur MR-JN avec les moteurs des séries HF-KN ou HF-KP — la plateforme servo compacte de nouvelle génération à cette puissance. Pour les machines toujours en service sur du matériel MR-C, des amplificateurs MR-C40A et des moteurs HC-PQ43B de remplacement restent disponibles en stock excédentaire.

Aperçu de la capacité de la série HC-PQ

Le HC-PQ43B est le moteur avec frein de plus grande capacité de la gamme HC-PQ et le sommet de la plateforme MR-C. Dans la capacité de 400W, le HC-PQ43 (sans frein) et le HC-PQ43B (avec frein) sont identiques dans toutes les spécifications électriques et dynamiques — le choix entre les deux est fait uniquement en fonction de la nécessité ou non de maintenir mécaniquement l'axe au repos.

Applications typiques

Axe Z vertical sur petites machines d'assemblage et de perçage. Petites machines de perçage automatiques, stations d'assemblage de paillasse et équipements CNC compacts avec axes de déplacement verticaux légers. Les masses de charge sont modestes — une petite tête de broche, un porte-outil, un montage léger — mais le frein à ressort assure un maintien mécanique fiable pendant les changements d'outil, les arrêts d'urgence et les périodes d'arrêt de la machine sans dépendre du verrouillage servo.

Entraînements d'articulations de bras robotiques verticaux. Axes de bras secondaires de robots SCARA légers, composants de déplacement vertical sur robots cartésiens et petits entraînements d'articulations de robots sur équipements d'assemblage et de manutention où l'articulation supporte une composante de charge gravitationnelle et où un maintien par frein est requis lorsque l'alimentation servo est coupée.

Axes d'alimentation verticaux pour applicateurs d'étiquettes et systèmes d'impression et d'application. Positionnement vertical du produit et entraînements de bras d'application sur les équipements d'application d'étiquettes où la tête d'application doit maintenir sa position à une hauteur définie pendant les périodes de maintien. La plateforme compacte MR-C s'adapte aux contraintes d'espace restreint des machines d'application d'étiquettes.

Petites stations de transfert et de levage verticales. Mécanismes de levage de pièces, petits axes d'ascenseur et glissières de transfert verticales sur des cellules d'assemblage compactes et des équipements de test où des charges légères doivent être maintenues à des positions intermédiaires pendant les opérations de maintien de station. La simplicité absolue de l'interface de commande MR-C correspond à la logique simple généralement utilisée pour gérer ces axes.

Remplacement de moteur pas à pas sur des axes verticaux existants. Machines existantes utilisant des moteurs pas à pas sur des axes verticaux où la perte de position sous surcharge ou les erreurs de pas induites par la résonance ont causé des problèmes de production. Le HC-PQ43B fournit un contrôle de position servo en boucle fermée avec la même interface de commande par trains d'impulsions que le pilote de moteur pas à pas d'origine, éliminant la perte de position en boucle ouverte, tandis que le frein à ressort ajoute la sécurité de maintien que le couple de maintien du moteur pas à pas ne fournit que lorsque le pilote est alimenté.

Questions fréquemment posées

Q1 : Quel amplificateur est compatible avec le HC-PQ43B, et quel type d'alimentation nécessite-t-il ?

Le HC-PQ43B est exclusivement associé à l'amplificateur MR-C40A. Le MR-C40A accepte une entrée AC monophasée 200–240V — pas triphasée — ce qui le rend adapté aux petites machines sans distribution triphasée à chaque position d'axe. L'amplificateur ne mesure que 40 mm de large et accepte des commandes de position par trains d'impulsions, la même interface utilisée par les pilotes de moteurs pas à pas. Le MR-C40A et le HC-PQ43B sont tous deux arrêtés mais restent disponibles en stock excédentaire.

Q2 : Quelle est la différence entre le HC-PQ43B et le HC-PQ43 ?

Les deux moteurs sont identiques dans toutes les spécifications électriques et de performance — puissance de 400W, couple nominal de 1,3 Nm, couple de pointe de 3,8 Nm, vitesse nominale de 3000 tr/min. La seule différence est le frein. Le HC-PQ43 n'a pas de frein — la position au repos est maintenue par le verrouillage servo de l'amplificateur. Le HC-PQ43B a un frein électromagnétique à ressort qui s'engage mécaniquement lorsque l'alimentation de la bobine 24V est coupée. Utilisez le HC-PQ43B sur les axes verticaux, les entraînements inclinés et toute application où la charge se déplacerait à l'arrêt du servo. Le HC-PQ43 est approprié pour les axes horizontaux où le verrouillage servo est suffisant.

Q3 : Le HC-PQ43B a un indice IP44. Est-ce suffisant pour les environnements de machines-outils ?

L'IP44 offre une protection contre les objets solides de plus de 1 mm et les projections d'eau de toutes directions. Il est suffisant pour les environnements intérieurs clos sans exposition significative au liquide de refroidissement. Il n'est pas approprié pour les environnements de coupe de machines-outils où les pulvérisations de liquide de refroidissement, les brouillards d'huile ou les jets de liquide de refroidissement atteignent le moteur. Pour de tels environnements, un moteur avec un indice IP65 ou supérieur — tel que les moteurs des séries HC-SFS ou HC-SF — est requis. La série HC-PQ a été conçue pour les machines d'assemblage, les équipements de manutention et l'automatisation légère, et non pour la zone de coupe des machines-outils CNC.

Q4 : Le frein du HC-PQ43B nécessite-t-il un circuit d'alimentation spécial ?

Oui. La documentation MR-C de Mitsubishi indique explicitement que les moteurs avec frein nécessitent une alimentation 24V CC séparée — séparée de l'alimentation de commande de l'amplificateur. Le circuit 24V doit inclure un relais pour commuter le courant de la bobine, avec une suppression de surtension (une diode de roue libre pour les circuits CC) aux bornes de la bobine du frein pour absorber le pic de tension inductif lorsque le relais s'ouvre. Sans suppression de surtension, les contacts du relais sont vulnérables aux dommages dus à l'arc, et le bruit électrique résultant peut affecter l'amplificateur et le contrôleur.

Q5 : Le HC-PQ43B et le MR-C40A sont arrêtés. Quelle est la voie de migration recommandée par Mitsubishi ?

La recommandation de migration officielle de Mitsubishi lors de l'arrêt était de passer à la série d'amplificateurs MR-JN avec les servomoteurs des séries HF-KN ou HF-KP à capacité équivalente. Le HF-KP43B (400W, 3000 tr/min, frein à ressort) sur un amplificateur MR-JN-40 est l'équivalent fonctionnel de la génération suivante, offrant une résolution d'encodeur plus élevée et des performances servo améliorées dans un format tout aussi compact. Le moteur et l'amplificateur doivent être remplacés ensemble, car les protocoles d'encodeur sont incompatibles entre les générations. Pour les machines qui doivent rester sur du matériel MR-C, des moteurs HC-PQ43B et des amplificateurs MR-C40A de remplacement sont disponibles auprès de spécialistes des surplus d'automatisation industrielle.