Le moteur de servo HCSFS153K

Mitsubishi HC-SFS153K (HCSFS153K) — Servomoteur AC 1,5 kW, arbre à clavette, sans frein, 3000 tr/min, série MELSERVO J2-Super

Présentation du produit

Numéro de pièce : HC-SFS153K

Recherché également comme : HCSFS153K, HC SFS 153K, HC-SFS-153K

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

Classification : Servomoteur AC sans balais à inertie moyenne — 1,5 kW, classe 200 V, 3000 tr/min, arbre à clavette, sans frein

Ouverture : Un moteur avec un objectif spécifique

Il existe des servomoteurs conçus pour la flexibilité et des servomoteurs conçus avec une interface mécanique particulière à l'esprit.

Le Mitsubishi HC-SFS153K penche vers le second. Le suffixe "K" est le désignateur critique — une rainure de clavette usinée sur l'arbre qui modifie fondamentalement la façon dont le couple est transmis du moteur au composant entraîné.

À 1,5 kW et 3 000 tr/min sur une bride de 130 × 130 mm, le HC-SFS153K se situe dans la gamme compacte des servomoteurs de capacité moyenne.

Son couple continu de 4,78 Nm et son couple de pointe de 14,3 Nm se situent dans une bande pratique pour les axes auxiliaires de machines-outils, les entraînements de convoyeurs à vitesse moyenne et tout mécanisme où le couplage moteur-charge doit être à la fois précis et mécaniquement positif.

L'arbre à clavette est la caractéristique qui le rend adapté aux applications où un arbre droit lisse, aussi solidement serré soit-il, introduit un doute quant à l'intégrité du chemin de couple sur la durée de vie du moteur.

Derrière l'arbre : le même encodeur absolu série 17 bits à 131 072 ppr qui équipe toute la famille J2-Super HC-SFS, associé à l'amplificateur de classe MR-J2S-200.

Spécifications techniques

Pourquoi l'arbre à clavette change les choses

La plupart des applications de servomoteurs utilisent un arbre droit lisse et un accouplement à serrage par friction. Cela fonctionne bien, la gamme d'accouplements est large et l'installation est simple. Alors, quand un arbre à clavette est-il la bonne réponse à la place ?

La réponse concerne ce que fait réellement l'interface d'accouplement à serrage par friction.

Un accouplement à moyeu fendu ou à ajustement serré transmet le couple par la friction entre l'alésage du moyeu et le diamètre extérieur de l'arbre. Cette friction est déterminée par la force de serrage lors de l'installation — généralement une vis de fixation ou un boulon traversant sur le moyeu fendu — et elle doit être suffisamment importante pour résister au couple de pointe sans glissement : dans ce cas, 14,3 Nm à chaque transitoire d'accélération, cycle après cycle, sur toute la durée de vie du moteur.

Dans des conditions idéales, les accouplements à friction à 1,5 kW gèrent cela de manière fiable. Dans des conditions moins idéales — desserrage du moyeu induit par les vibrations sur des milliers d'heures, cycles thermiques qui modifient légèrement la géométrie de serrage, chocs dus à l'engagement d'une chaîne ou au contact d'une dent d'engrenage — la marge de sécurité qui semblait adéquate à l'installation peut s'éroder.

Lorsque cela se produit, le glissement est généralement intermittent et l'erreur de suivi est suffisamment faible pour qu'aucune alarme ne se déclenche. L'axe développe un problème de répétabilité de position qui est vraiment difficile à diagnostiquer car il n'apparaît que lorsque l'axe travaille dur.

La rainure de clavette élimine ce mode de défaillance. La clavette occupe des fentes correspondantes dans l'arbre et le moyeu, transmettant le couple par sa section de cisaillement plutôt que par friction.

Le chemin de couple est mécaniquement positif — il ne dépend pas de la force de serrage, ne se dégrade pas avec les vibrations et ne se desserre pas avec les cycles thermiques. 

Les charges cycliques, les inversions et les chocs qui mettraient à l'épreuve une interface à friction n'affectent pas une jonction à clavette.

Pour un moteur de 1,5 kW à 3 000 tr/min où le composant entraîné — une poulie crantée, une entrée d'engrenage à vis sans fin, une poulie à courroie synchrone ou un moyeu d'engrenage — possède un alésage à clavette, soit par conception, soit par exigence du client, le HC-SFS153K est le choix correct et naturel.

Il n'y a aucun compromis de performance. Le couple nominal de 4,78 Nm et le couple de pointe de 14,3 Nm sont identiques à ceux du HC-SFS153 à arbre lisse.

1,5 kW à 3 000 tr/min : Le point de fonctionnement

Quatre virgule soixante-dix-huit Newton-mètres à 3 000 tr/min est une combinaison spécifique qui convient à un ensemble bien défini de types d'axes.

Il est plus coupleux que le HC-SFS103 de 1 kW (3,18 Nm à la même vitesse), ce qui devient pertinent lorsque l'axe supporte une charge modérée sur toute sa plage de fonctionnement plutôt que seulement pendant les transitoires d'accélération. Un moteur de 1 kW dont l'axe demande régulièrement près de 3,18 Nm en continu fonctionne près de son plafond thermique avec peu de marge.

Le HC-SFS153K à 4,78 Nm en continu offre à ce même axe environ 50 % de capacité de couple soutenue en plus — une marge qui se traduit par une température de fonctionnement plus basse, une durée de vie plus longue des enroulements et une fréquence réduite des alarmes de surcharge lors des cycles de production exigeants.

La vitesse nominale de 3 000 tr/min remplit le même objectif qu'elle le fait dans toute la gamme HC-SFS à 3 000 tr/min : permettre le couplage direct à des mécanismes qui ont besoin de vitesse d'arbre plutôt que de couple d'arbre. Une vis à billes de pas de 5 mm entraînée à 3 000 tr/min atteint une vitesse linéaire de 15 m/min — assez rapide pour de nombreux axes auxiliaires de CNC sans aucune étape de réduction.

Un entraînement par courroie crantée avec un rapport de 2:1 le convertit en 1 500 tr/min à l'arbre entraîné tout en doublant le couple disponible, plaçant le point de travail plus près de l'endroit où de nombreux mécanismes couplés par engrenages ou entraînés par courroie en ont réellement besoin.

La vitesse maximale de 4 500 tr/min étend la plage de fonctionnement au-dessus du point nominal dans la région de puissance constante, où le couple disponible diminue proportionnellement.

Cette plage étendue est utile pour les phases de déplacement rapide sur les axes de positionnement où la charge est légère et la demande de couple de déplacement est bien inférieure à la valeur nominale.

Situé entre le 103 et le 203

La gamme HC-SFS à 3 000 tr/min sur la bride de 130 × 130 mm s'étend de 500 W (HC-SFS53) à 2 000 W (HC-SFS203) en quatre étapes. Le HC-SFS153K se situe à la troisième étape — au-dessus du HC-SFS103 de 1 kW, en dessous du HC-SFS203 de 2 kW, et partage le même châssis physique et la même interface de montage avec les deux.

Un détail à noter : le HC-SFS153K et le HC-SFS203K utilisent le même amplificateur MR-J2S-200. La bride est identique, le montage mécanique est le même et l'association avec l'amplificateur est la même.

Cela signifie qu'un bâti de machine conçu pour le HC-SFS153K peut accueillir le HC-SFS203K sans aucune modification mécanique ou électrique du panneau — le seul ajustement de paramètre nécessaire est de configurer l'amplificateur pour reconnaître le nouveau moteur. Pour les applications où une future expansion de capacité est possible, il s'agit d'une flexibilité de conception utile.

Sans frein : le choix par défaut pour les axes horizontaux à arbre à clavette

Le HC-SFS153K ne possède pas de frein électromagnétique. C'est la configuration correcte pour la grande majorité des axes horizontaux et symétriquement chargés où l'arbre à clavette a du sens.

Les applications à arbre à clavette impliquent généralement des accouplements mécaniques — pignons, moyeux d'engrenages, arbres d'entrée à vis sans fin, poulies à courroie — qui sont tous plus courants sur les mécanismes horizontaux : entraînements de convoyeurs, systèmes d'alimentation de matériaux, indexeurs rotatifs sur plans horizontaux, axes auxiliaires sur ensembles de machines montés horizontalement.

Sur ces axes, le verrouillage servo via la boucle de position fermée du MR-J2S-200 est entièrement adéquat pour maintenir la position au repos. 

L'encodeur 17 bits surveille l'angle de l'arbre en continu ; l'amplificateur fournit un courant correctif pour maintenir une erreur de suivi nulle. Il n'y a rien qu'un frein puisse ajouter sur un mécanisme horizontal et équilibré.

Les avantages pratiques de la configuration sans frein à cette taille de moteur sont réels. Pas de circuit de freinage DC 24V dans le panneau. Pas de relais, pas de parasurtenseur.

Pas d'interverrouillage MBR dans l'API. Pas d'inspection périodique de l'usure du frein dans le programme de maintenance. Le moteur est plus léger et plus court que son équivalent freiné, ce qui est important sur les axes où la masse du moteur contribue à l'inertie de la structure en mouvement.

Le HC-SFS153K avec arbre à clavette et sans frein décrit une interface mécanique simple : le moyeu est claveté et verrouillé, le moteur est connecté au MR-J2S-200, et l'axe fonctionne proprement sans matériel de maintien supplémentaire.

Lorsque l'axe est véritablement vertical ou soumis à la gravité, le HC-SFS153BK (arbre à clavette plus frein à ressort) est la spécification correcte.

Sur une machine comportant plusieurs axes de cette capacité, appliquer le test de l'axe vertical délibérément à chacun d'eux et spécifier en conséquence produit une conception plus propre que de choisir par défaut des freins partout.

Amplificateurs compatibles

Le HC-SFS153K est associé à la famille d'amplificateurs MR-J2S-200 — la plateforme J2-Super de capacité 2 kW. Bien que le moteur soit de 1,5 kW, la demande de courant à 3 000 tr/min nécessite la classe d'amplificateur 2 kW plutôt que le MR-J2S-100 de 1 kW. Ceci est cohérent sur la gamme HC-SFS à 3 000 tr/min : le HC-SFS153 et le HC-SFS203 utilisent tous deux le MR-J2S-200.

Le MR-J2S-200A gère les commandes analogiques et à impulsions des systèmes CNC, des API et des contrôleurs de mouvement externes. Les modes de contrôle de position, de vitesse et de couple sont tous disponibles, ainsi que les combinaisons de mode commuté P/S, S/T et T/P. Le RS-232C se connecte au logiciel de configuration MR Configurator. C'est le choix standard pour les applications de machines-outils et d'automatisation générale.Le MR-J2S-200B se connecte aux contrôleurs de mouvement Mitsubishi des séries A et Q via le bus série fibre optique SSCNET.

Toutes les commandes d'axe et le retour d'encodeur transitent par le réseau fibre. Nécessaire pour les machines multi-axes où le mouvement coordonné des axes — engrenage électronique, contournage, avances synchronisées — est géré par un contrôleur de mouvement Mitsubishi.Le MR-J2S-200CP intègre un positionnement mono-axe intégré avec jusqu'à 31 positions de table, activées par des signaux d'E/S numériques ou du réseau CC-Link.

Pour les axes de positionnement indexés autonomes qui ne nécessitent pas de coordination avec d'autres axes, le CP élimine le coût d'un contrôleur de mouvement dédié.

Notes de compatibilité. Le HC-SFS153K nécessite un amplificateur MR-J2S-200. Il n'est 

pas compatible avec la première génération MR-J2-200

, qui ne peut pas décoder le protocole d'encodeur 17 bits J2-Super.Pour les machines utilisant du matériel MR-J2-200 d'origine, le HC-SF153K (arbre à clavette, encodeur 14 bits, mêmes dimensions mécaniques) est le moteur correct. Non compatible avec les amplificateurs MR-J3 ou MR-J4 sans kit d'adaptateur de renouvellement.

Applications typiquesQ4 : Où se trouve la batterie de secours de l'encodeur absolu ? Les axes de machines où le moteur entraîne une réduction par courroie crantée — un arrangement très courant sur les servomoteurs à 3 000 tr/min — utilisent des poulies à clavette comme pratique de conception standard.

La tension de la courroie précharge radialement le moyeu de la poulie, et la clavette empêche la poulie de tourner sur l'arbre sous les charges radiales et tangentielles combinées de l'entraînement par courroie. L'arbre à clavette du HC-SFS153K est précisément ce que ces entraînements nécessitent.

Entraînements d'entrée à vis sans fin. Les tables d'indexation rotatives, les tourelles entraînées par servomoteur et les mécanismes de positionnement angulaire utilisant des réducteurs à vis sans fin connectent le moteur à l'arbre à vis via un moyeu d'accouplement à clavette.

La résistance à la marche arrière de l'entraînement à vis sans fin signifie que le moteur maintient souvent la position par la réduction d'engrenage plutôt que par le verrouillage servo, et l'interface à clavette garantit que le couplage moteur-vis est mécaniquement positif tout au long du cycle de positionnement et de la phase de maintien.

Entraînements par pignon de chaîne sur les systèmes de convoyage et de transfert. Les sections de convoyeur entraînées par servomoteur et les mécanismes de transfert utilisant des entraînements par chaîne montent un pignon sur l'arbre moteur à l'aide d'un alésage à clavette.

Les entraînements par chaîne imposent des charges de choc intermittentes — chaque engagement de maillon de chaîne crée un bref pic de couple — et l'interface à clavette gère ces chocs cycliques de manière robuste là où le serrage par friction serait progressivement mis à l'épreuve.

Entraînements d'axes auxiliaires de machines-outils CNC. Les axes de rotation des changeurs de palettes, les entraînements des magasins d'outils rotatifs et les entraînements des convoyeurs à copeaux sur les centres d'usinage CNC utilisent souvent des accouplements à clavette à l'interface moteur-mécanisme, en particulier lorsque l'axe se connecte à un mécanisme d'engrenage existant conçu autour d'une entrée d'arbre à clavette.

Rouleaux d'entraînement pour machines textiles et de conversion.

Les rouleaux d'alimentation et les rouleaux de tension sur les machines de refendage, les lignes de laminage et les équipements de traitement textile où le moyeu du rouleau est claveté à l'arbre d'entraînement sur toute la gamme de produits. Le remplacement du moteur sur de telles machines sans changer le moyeu du rouleau est simple lorsque le moteur porte la même spécification de rainure de clavette.Questions fréquemment posées

Q1 : Pourquoi le HC-SFS153K utilise-t-il l'amplificateur MR-J2S-200 plutôt que le MR-J2S-100, étant donné qu'il ne fait que 1,5 kW ?La classe d'amplificateur est déterminée par la demande de courant du moteur, et non par sa seule puissance nominale. À 3 000 tr/min et 1,5 kW, le HC-SFS153K tire un courant qui dépasse la sortie nominale du MR-J2S-100. Les tableaux de compatibilité moteur-amplificateur de Mitsubishi confirment le MR-J2S-200 pour le HC-SFS153 et le HC-SFS203 à 3 000 tr/min.

Ceci est cohérent avec le HC-SFS152 (1,5 kW à 2 000 tr/min) qui utilise également le MR-J2S-200 — l'enveloppe de courant à cette combinaison de puissance et de vitesse nécessite l'amplificateur plus grand, quelle que soit la puissance nominale du moteur.

Q2 : Quelle est la différence pratique entre le HC-SFS153K (à clavette) et le HC-SFS153 (arbre lisse) ?

Les spécifications de performance sont identiques — même couple nominal de 4,78 Nm, même couple de pointe de 14,3 Nm, même encodeur, même amplificateur. La différence réside purement dans le chemin de transmission du couple arbre-moyeu. La rainure de clavette usinée du HC-SFS153K transmet le couple mécaniquement par la section de cisaillement de la clavette ; l'arbre lisse du HC-SFS153 repose sur un serrage par friction du moyeu d'accouplement.

La variante à clavette est appropriée lorsque le composant entraîné possède un alésage à clavette, lorsque le mécanisme implique une inversion cyclique ou des charges de choc, ou lorsque l'intégrité du chemin de couple à long terme sous vibration est une priorité de conception. Pour les accouplements de précision à alésage lisse sur des axes horizontaux propres, le HC-SFS153 à arbre lisse est plus simple et tout aussi fiable.

Q3 : Le HC-SFS153K peut-il remplacer un HC-SF153K sur une machine utilisant un amplificateur MR-J2-200 de première génération ?

Non. L'encodeur 17 bits du HC-SFS153K est incompatible avec l'amplificateur MR-J2-200 de première génération.

Seul le 

HC-SF153K

(arbre à clavette, encodeur 14 bits) est compatible avec le matériel MR-J2-200 d'origine.

Si la machine a déjà été mise à niveau vers un amplificateur MR-J2S-200, le HC-SFS153K est un remplacement mécanique direct, et la résolution d'encodeur plus élevée est un avantage automatique.Q4 : Où se trouve la batterie de secours de l'encodeur absolu ?La batterie —

pile lithium Mitsubishi A6BAT

— se trouve à l'intérieur du 

servomoteur amplificateur MR-J2S-200, pas dans le moteur. Elle maintient le compteur absolu multi-tours pendant les périodes d'arrêt. Remplacez-la à la première alarme de batterie faible de l'amplificateur.Ne différez pas : une batterie complètement déchargée réinitialise le compteur multi-tours, nécessitant un cycle de retour à la référence au prochain démarrage avant que l'axe ne puisse reprendre la production. Sur les machines à haute disponibilité, l'alarme de batterie faible doit être traitée comme une tâche de maintenance immédiate.Q5 : Le HC-SFS153K est arrêté. Quelles sont les options d'approvisionnement et de mise à niveau ?Le HC-SFS153K reste disponible en tant que stock excédentaire et unités reconditionnées testées auprès de spécialistes des composants servo Mitsubishi, ce qui en fait une option pratique pour maintenir les machines existantes de la plateforme J2-Super.

Pour les nouvelles conceptions de machines ou les mises à niveau complètes de plateforme, l'équivalent de la génération actuelle provient des 

séries HG-KR ou HF-KP avec amplificateurs MR-J4 ou MR-JE

— mais le moteur et l'amplificateur doivent être remplacés ensemble car le protocole d'encodeur est incompatible.

Pour les machines équipées de nombreuses unités HC-SFS153K dont les amplificateurs sont encore fonctionnels, le maintien de la plateforme J2-Super existante par l'approvisionnement en moteurs excédentaires est souvent plus rentable qu'une mise à niveau complète du système d'entraînement.