Moteur servo AC Mitsubishi HC-SFS103 (HCSFS103) — 1 kW, arbre droit, sans frein, 3000 tr/min, série MELSERVO J2-Super

Présentation du produit

Numéro de pièce : HC-SFS103

Également recherché sous les noms : HCSFS103, HC SFS 103, HC-SFS-103

Série : Mitsubishi MELSERVO HC-SFS (Génération J2-Super)

Classification : Moteur servo AC sans balais à inertie moyenne — 1 kW, classe 200V, 3000 tr/min, arbre droit, sans frein

Le moteur en un paragraphe

Le Mitsubishi HC-SFS103 est un servomoteur à inertie moyenne de 1 kW et 3 000 tr/min — suffisamment compact pour s'adapter à la bride de 130 × 130 mm, suffisamment rapide pour entraîner des vis à billes et des entraînements par courroie sans étage de réduction, et suffisamment précis pour fermer une boucle de position submicronique grâce à son encodeur absolu série 17 bits. C'est un moteur propre et simple : arbre droit, sans frein, associé à l'amplificateur MR-J2S-100. Pour les axes de machine qu'il dessert — entraînements de positionnement à charge légère à moyenne, axes de machines d'assemblage à cycle rapide, alimentations auxiliaires sur machines-outils — cette combinaison atteint le juste équilibre entre vitesse, couple et taille physique.

Spécifications techniques

3000 tr/min contre 2000 tr/min : pourquoi le point de vitesse est important

Le HC-SFS103 est un moteur de 3 000 tr/min. Son homologue direct dans la famille HC-SFS de 2 000 tr/min est le HC-SFS102 — même puissance de 1 kW, même bride de 130 × 130 mm, même classe d'encodeur et d'amplificateur J2-Super, mais fonctionnant aux deux tiers de la vitesse de l'arbre avec un couple continu proportionnellement plus élevé (4,78 Nm contre 3,18 Nm).

Le choix entre les deux est une question d'application, pas de qualité.

À 3 000 tr/min, le moteur couvre une plus grande distance angulaire par unité de temps. Une vis à billes entraînée à 3 000 tr/min avec un pas de 10 mm atteint une vitesse linéaire de 30 m/min — vraiment rapide pour un axe de positionnement. Pour les applications à haut débit où le déplacement rapide entre les positions est le principal moteur du temps de cycle, la puissance nominale de 3 000 tr/min offre cette vitesse de déplacement sans étage de réduction ou courroie. Le compromis est un couple continu plus faible à l'arbre moteur ; 3,18 Nm soutenus signifient que le mécanisme doit être approprié et léger, ou qu'une réduction de vitesse appropriée doit être placée entre le moteur et la charge.

À 2 000 tr/min, le même 1 kW produit 4,78 Nm en continu. L'axe se déplace plus lentement par révolution mais maintient une force plus élevée à l'arbre. Mieux adapté aux axes qui passent leur cycle de service à lutter contre le couple de charge plutôt qu'à couvrir rapidement la distance.

Pour les applications à charge légère et à taux de cycle élevé — petits axes de machines d'assemblage, mécanismes ATC, étages XY légers, alimentations auxiliaires sur équipements CNC — le HC-SFS103 à 3 000 tr/min est généralement le choix naturel. L'axe se déplace rapidement, la charge est gérable à 3,18 Nm en continu, et le cadre compact de 130 × 130 mm évite que le moteur ne domine la structure de la machine.

3,18 Nm en continu : comprendre le budget de service

Trois virgule dix-huit Newton-mètres est un nombre spécifique avec une signification spécifique. C'est le couple que le HC-SFS103 peut maintenir indéfiniment à sa vitesse nominale sans que la température de l'enroulement ne dépasse la limite de conception — à condition que le cycle de service de l'application ne pousse pas la charge thermique moyenne au-delà de ce que le modèle thermique électronique du MR-J2S-100 prend en compte.

Pour un axe bien dimensionné sur ce moteur, le schéma de fonctionnement ressemble à ceci : accélération au couple de pointe (9,55 Nm) pendant une fraction du déplacement, croisière à un couple nominal ou inférieur, décélération au couple de pointe à nouveau, maintien en position avec un courant de verrouillage servo minimal. Les brèves transitoires de couple de pointe sont absorbées par le modèle thermique sans problème car elles sont courtes et peu fréquentes par rapport aux phases de stabilisation et de maintien. La puissance nominale continue de 3,18 Nm est la contrainte sur le couple soutenu — ce que l'axe peut exiger indéfiniment, pas momentanément.

Là où ce moteur commence à montrer ses limites, c'est pour un axe qui doit maintenir près de 3,18 Nm en continu — une coupe d'alimentation soutenue contre une résistance significative, un entraînement de bobinage maintenant une tension constante sur une large plage de diamètres, une section de convoyeur fonctionnant chargée toute la journée. Ces applications atteignent rapidement le plafond thermique. Un axe qui demande régulièrement plus de 3,18 Nm dans son cycle de travail moyen surchauffera et se déclenchera. La réponse correcte est soit de réduire la charge (meilleure efficacité mécanique, charge utile plus légère, étage de réduction supplémentaire), soit de passer à un moteur de plus grande capacité.

Le couple de pointe, cependant, est vraiment utile. À 9,55 Nm — trois fois le couple continu — il y a une force d'accélération réelle disponible pour les phases transitoires de chaque déplacement de positionnement. Pour un axe à charge légère effectuant des dizaines de déplacements courts par minute, cette capacité de pointe est ce qui maintient les temps de cycle courts sans nécessiter un moteur plus grand.

Arbre droit à 1 kW : choix d'accouplement

Un arbre droit, sans clavette, convient à la grande majorité des applications d'accouplement servo de 1 kW. À cette capacité et ce niveau de couple, les accouplements à serrage par friction — accouplements à mâchoires à moyeu fendu, accouplements à soufflet, accouplements à disque — transmettent le couple de manière fiable à des arbres lisses sans risque de glissement qui pourrait préoccuper un moteur plus grand à couple plus élevé.

Le couple de pointe de 9,55 Nm régit la sélection de l'accouplement, et non la valeur nominale de 3,18 Nm. Un accouplement dimensionné pour le couple nominal seul sera marginal lors de chaque phase d'accélération agressive. Sélectionner pour le couple de pointe — 9,55 Nm — avec un facteur de service modeste donne un accouplement qui gère confortablement toute la plage de fonctionnement.

Les entraînements par courroie crantée sont particulièrement courants sur les axes de 3 000 tr/min dans cette classe de capacité. La vitesse d'arbre élevée rend le couplage direct aux vis à billes impraticable dans de nombreuses géométries de machines, et un étage de courroie crantée avec un rapport de réduction modeste (1,5:1 à 3:1) abaisse simultanément la vitesse effective de l'arbre au niveau de la vis, multiplie le couple moteur et permet de positionner le moteur à l'écart de l'axe de la vis — utile pour les conceptions de machines à espace restreint. La poulie de courroie côté moteur se connecte directement à l'arbre droit lisse à l'aide d'un moyeu à blocage conique ou à disque rétractable.

Pour les applications où un moyeu à clavette est réellement requis — moyeux d'engrenage, pignons de chaîne, certaines poulies personnalisées — le HC-SFS103K (arbre à clavette, sans frein) est mécaniquement identique à tous autres égards et utilise le même amplificateur MR-J2S-100. Le choix entre arbre droit et arbre à clavette est purement une décision d'interface mécanique ; cela ne change rien au comportement électrique ou dynamique du moteur.

Pas de frein sur un moteur de 3000 tr/min

À 3 000 tr/min sur des axes horizontaux et symétriquement chargés, l'absence de frein électromagnétique est simplement la spécification correcte. L'amplificateur MR-J2S-100 maintient la position de l'axe grâce au verrouillage servo en boucle fermée en continu pendant que le servo est activé — boucle de position active, encodeur 17 bits surveillant l'angle de l'arbre à 131 072 comptes par révolution, courant correcteur fourni pour maintenir une erreur de suivi nulle. Sur un axe propre et bien réglé, c'est solide et fiable.

Les avantages pratiques de la configuration sans frein à cette taille de moteur sont tangibles. Un corps de moteur plus petit — pas de boîtier de frein ajouté à l'arrière. Pas de circuit de frein 24V DC dans le panneau. Pas de relais, pas de parasurtenseur, pas d'interverrouillage MBR dans la logique PLC. Pas d'inspection du disque de frein dans le programme de maintenance. Poids réduit sur un axe mobile ou un bras robotique où chaque gramme de masse morte a un coût en inertie et en conception structurelle.

La condition limite est simple : si l'axe a une composante de charge gravitationnelle qui provoquerait un mouvement lorsque le courant servo tombe à zéro, un frein est requis. Les axes verticaux, les alimentations inclinées et tout mécanisme où le couple de charge non résisté déplacerait l'arbre à l'arrêt du servo devraient utiliser le HC-SFS103B (arbre droit, frein à ressort) plutôt que le HC-SFS103. Pour les axes horizontaux et les mécanismes symétriquement équilibrés — de loin la majorité des applications que ce moteur dessert — aucun frein n'est nécessaire et en ajouter un serait ajouter du coût et de la complexité sans bénéfice fonctionnel.

Encodeur absolu 17 bits : précision et praticité

L'encodeur intégré au HC-SFS103 est l'unité absolue série 17 bits commune à toute la gamme J2-Super HC-SFS. Cent trente et un mille soixante-douze positions discrètes par révolution d'arbre. Compte absolu multi-tours maintenu hors tension par la batterie A6BAT dans l'amplificateur MR-J2S-100.

Sur un moteur de 3 000 tr/min desservant des axes compacts à cycle rapide, la contribution pratique de l'encodeur se manifeste dans deux domaines qui comptent le plus dans la production quotidienne.

Résolution de la boucle de vitesse à haute vitesse. À 3 000 tr/min, l'arbre se déplace rapidement — 50 révolutions par seconde. Même à cette vitesse, 131 072 comptes par révolution donnent à la boucle de vitesse une vision très granulaire de la vitesse instantanée de l'arbre. Une réponse de vitesse fluide lors des rampes d'accélération, des performances stables à vitesse constante à n'importe quel point de la plage de vitesse, et une récupération dynamique rapide des perturbations de charge dépendent tous d'une résolution d'encodeur suffisante pour calculer un signal de vitesse précis. Le compte de 17 bits à 3 000 tr/min fournit cette résolution en excès.

Position absolue au redémarrage. Lorsque la machine s'arrête — pour un changement d'équipe, une fenêtre de maintenance ou un arrêt d'urgence imprévu — l'encodeur fige l'angle absolu de l'arbre en mémoire. Au redémarrage, le MR-J2S-100 lit cet angle immédiatement. Le contrôleur sait exactement où se trouve chaque axe avant que quoi que ce soit ne bouge. Pour les machines avec de nombreux axes de ce type, cela élimine une séquence de retour à l'origine parfois longue et permet à la production de démarrer plus rapidement.

Emplacement et remplacement de la batterie. La batterie de secours A6BAT qui alimente le compteur multi-tours se trouve dans l'amplificateur MR-J2S-100, et non dans le moteur. Le remplacement de la batterie est une tâche au niveau du panneau. Remplacez-la dès la première alarme de batterie faible de l'amplificateur — ne reportez pas. Une batterie complètement déchargée réinitialise le compteur, nécessitant un cycle de retour à la référence lors du prochain démarrage.

Amplificateurs compatibles

Le HC-SFS103 s'associe à la classe d'amplificateurs MR-J2S-100 — la plateforme J2-Super d'une capacité de 1 kW. Trois variantes d'interface :

MR-J2S-100A est l'amplificateur à interface analogique et train d'impulsions à usage général. Il accepte les commandes de positionnement par train d'impulsions des contrôleurs CNC et des automates programmables et les références de vitesse ou de couple analogiques. Tous les modes de contrôle — position, vitesse, couple et combinaisons commutées — sont disponibles. Le RS-232C se connecte à MR Configurator pour la mise en service et le diagnostic. Pour les axes autonomes et les axes sur des équipements d'automatisation et de machines-outils non-SSCNET, c'est le choix standard.

MR-J2S-100B se connecte aux contrôleurs de mouvement Mitsubishi des séries A et Q via le bus fibre optique SSCNET. Toutes les commandes d'axe et le retour d'encodeur transitent par le réseau fibre. Sur les machines multi-axes coordonnées — en particulier lorsque plusieurs axes compacts doivent se déplacer en motifs synchronisés — le bus SSCNET offre un couplage d'axe serré que les interfaces analogiques ou à impulsions ne peuvent égaler.

MR-J2S-100CP fournit un positionnement mono-axe intégré avec jusqu'à 31 positions de table, activées par des E/S numériques ou une commande réseau CC-Link. Pour les axes de positionnement autonomes indexés ou point à point qui ne nécessitent pas de coordination de contrôleur de mouvement — entraînements de stations ATC, axes de transfert simples, stations de machines d'assemblage indexées — le CP élimine le coût et la complexité d'un contrôleur de mouvement dédié.

Notes de compatibilité. Le HC-SFS103 nécessite un amplificateur MR-J2S-100. Il est incompatible avec les amplificateurs MR-J2-100 de première génération, qui ne peuvent pas décoder le protocole d'encodeur J2-Super 17 bits. Pour les machines utilisant du matériel MR-J2-100 d'origine, le HC-SF103 (même spécification mécanique, encodeur 14 bits) est le moteur correct. Non compatible avec les amplificateurs MR-J3 ou MR-J4 sans kit d'adaptateur de mise à niveau.

Famille HC-SFS 3000 tr/min — Contexte de capacité

Le HC-SFS103 est la deuxième étape de la gamme HC-SFS 3000 tr/min, se situant au-dessus du HC-SFS53 (500W) et partageant la bride de 130 × 130 mm avec les HC-SFS153 et HC-SFS203. Les quatre modèles à cadre compact de cette gamme utilisent la même interface de montage physique — une machine conçue pour la bride de 130 × 130 mm peut accueillir n'importe lequel d'entre eux sans modification mécanique. La classe d'amplificateur change entre le 103 (MR-J2S-100) et les 153/203 (MR-J2S-200), donc les mises à niveau de capacité au sein de cette famille nécessitent un changement d'amplificateur en plus du remplacement du moteur.

Chaque modèle de la gamme HC-SFS 3000 tr/min est disponible dans la matrice standard arbre et frein : arbre droit sans frein (HC-SFS103), arbre droit avec frein (HC-SFS103B), arbre à clavette sans frein (HC-SFS103K) et arbre à clavette avec frein (HC-SFS103BK). Les quatre configurations utilisent l'amplificateur MR-J2S-100 à cette capacité.

Applications typiques

Entraînements d'axes de machines d'assemblage. Axes de prélèvement et de dépose, mécanismes d'alimentation de composants et glissières de transfert sur des équipements d'assemblage électronique et d'automatisation générale. La vitesse nominale de 3 000 tr/min permet des déplacements rapides entre les positions ; le cadre compact de 130 × 130 mm s'intègre dans les structures de machines d'assemblage multi-axes sans masse moteur dominante. Les taux de cycle élevés — des dizaines à des centaines de déplacements par minute — sont bien dans le budget de service sur les axes horizontaux à charge légère.

Axes auxiliaires de machines-outils CNC. Axes d'alimentation auxiliaires et secondaires sur les centres d'usinage CNC, les rectifieuses et les tours — bras de changement d'outil, entraînements de contre-pointe, alimentations de convoyeurs à copeaux, axes de positionnement de buses de liquide de refroidissement — où les axes d'alimentation principaux peuvent utiliser des moteurs plus grands, mais les fonctions auxiliaires nécessitent un servomoteur compact et performant dans la gamme 1 kW.

Positionnement de machines de découpe et de marquage laser. Axes de positionnement de têtes de coupe légères sur des systèmes de découpe laser de petit format et des machines de marquage laser où la masse de l'axe est minimisée par la conception et où l'exigence de performance principale est la vitesse de déplacement plutôt que la force de coupe soutenue.

Entraînements d'alimentation de machines d'emballage. Entraînements de film, axes de contrôle de repérage et mécanismes d'espacement de produits sur les lignes d'emballage où l'axe servo doit suivre précisément une référence de vitesse, répondre rapidement aux changements de demande et maintenir la précision du repérage tout au long de la production.

Axes secondaires de machines textiles et d'impression. Rouleaux de tension, actionneurs de bras danseurs et entraînements d'alimentation auxiliaires sur les presses d'imprimerie et les machines textiles où un servomoteur compact et réactif dans la gamme 1 kW gère la tension de bande ou les fonctions d'alimentation secondaires aux côtés des entraînements principaux plus grands.

Questions fréquemment posées

Q1 : Quelle est la différence entre le HC-SFS103 et le HC-SFS102 ?

Ce sont tous deux des moteurs J2-Super de 1 kW sur une bride de 130 × 130 mm avec des encodeurs 17 bits et des dimensions mécaniques identiques. La différence réside dans le point de fonctionnement nominal. Le HC-SFS102 est un moteur de 2 000 tr/min avec 4,78 Nm de couple continu — couple plus élevé, vitesse plus faible. Le HC-SFS103 est un moteur de 3 000 tr/min avec 3,18 Nm de couple continu — couple plus faible, vitesse d'arbre plus élevée. Les deux utilisent l'amplificateur MR-J2S-100. La décision entre les deux est entièrement déterminée par le fait que l'axe est limité en couple (choisir le 102) ou limité en vitesse (choisir le 103).

Q2 : Le HC-SFS103 peut-il être utilisé avec un amplificateur MR-J2-100 de première génération ?

Non. Le HC-SFS103 utilise le protocole série de l'encodeur J2-Super 17 bits, que l'amplificateur MR-J2-100 d'origine ne peut pas lire. Connecter le HC-SFS103 à un MR-J2-100 de première génération produira une erreur de communication d'encodeur. Pour les machines utilisant du matériel MR-J2-100, le moteur correct est le HC-SF103 — mécaniquement identique, encodeur 14 bits, compatible avec les amplificateurs MR-J2-100 et MR-J2S-100.

Q3 : Quelle est la vitesse maximale et quand peut-elle être utilisée ?

Le HC-SFS103 a une vitesse nominale de 3 000 tr/min et une vitesse maximale de 4 500 tr/min. Le fonctionnement au-dessus de la vitesse nominale est autorisé dans la région de puissance constante de la courbe couple-vitesse, où le couple disponible diminue à mesure que la vitesse augmente au-dessus de 3 000 tr/min. Toutes les applications ne peuvent pas utiliser la plage de vitesse étendue — la demande de couple de charge à ce point de fonctionnement doit être vérifiée par rapport au couple disponible à la vitesse de fonctionnement. Consultez la courbe caractéristique de couple du moteur dans la fiche technique de la série Mitsubishi HC-SFS avant de fonctionner au-dessus de la vitesse nominale.

Q4 : Le HC-SFS103 est arrêté. Est-il toujours disponible pour la maintenance des machines ?

Oui. Bien qu'il ait été arrêté par Mitsubishi, le HC-SFS103 reste disponible auprès des fournisseurs de surplus d'automatisation industrielle et des spécialistes des servomoteurs Mitsubishi en tant que stock ancien neuf et unités reconditionnées testées. Pour les machines qui doivent rester sur du matériel J2-Super, cette voie d'approvisionnement est bien établie et pratique. Pour les nouvelles conceptions de machines ou les mises à niveau majeures de plateforme, l'équivalent de la génération actuelle est le HG-KR103 ou le HF-KP103 (série MR-J4 ou MR-JE), qui nécessite un amplificateur de génération actuelle pour correspondre.

Q5 : Où se trouve la batterie de l'encodeur absolu et combien de temps dure-t-elle généralement ?

La batterie de secours — pile lithium Mitsubishi A6BAT — se trouve à l'intérieur de l'amplificateur servo MR-J2S-100, pas dans le moteur. Elle maintient le compteur absolu multi-tours pendant toutes les périodes d'arrêt. La durée de vie de la batterie dépend de la durée cumulée pendant laquelle l'amplificateur est hors tension ; la documentation de Mitsubishi indique plusieurs années de service typique dans des conditions d'exploitation normales. L'amplificateur affichera une alarme de batterie faible lorsque la cellule approche de la fin de sa durée de vie. Remplacez la A6BAT dès cette première alarme — n'attendez pas la décharge complète, qui réinitialise le compteur absolu et force un cycle de retour à la référence avant que l'axe ne puisse reprendre la production.