Mitsubishi HC-PQ43B (HCPQ43B) — Servomotor AC de 400W con freno electromagnético, eje recto, 3000 rpm, serie MELSERVO-C

Descripción general del producto

Número de pieza: HC-PQ43B

También buscado como: HCPQ43B, HC PQ 43B, HC-PQ-43B

Serie: Mitsubishi MELSERVO-C (Generación MR-C)

Clasificación: Servomotor AC sin escobillas de inercia ultrabaja — 400 W, clase 200V, 3000 rpm, eje recto, freno electromagnético

Contexto: Un tipo diferente de servomotor

La mayoría de los servomotores de este sitio pertenecen a las familias HC-SF, HC-SFS o HA-FF — motores diseñados en torno a la plataforma de amplificador J2 o J2-Super para automatización industrial general, máquinas herramienta y equipos de posicionamiento. El HC-PQ43B proviene de una rama completamente diferente de la historia MELSERVO de Mitsubishi.

La serie HC-PQ se desarrolló como parte de la plataforma MELSERVO-C, introducida en 1999 con una misión específica: ofrecer una alternativa de servomotor genuina a los clientes que utilizan motores paso a paso en aplicaciones de pequeña capacidad de hasta 400W. El amplificador MR-C que lo impulsa es extraordinariamente compacto — solo 40 mm de ancho y 130 mm de alto — y los motores HC-PQ se diseñaron para coincidir con esa filosofía. Inercia ultrabaja, cableado simple con conexiones de cable de cola de cerdo, una interfaz de control sencilla y un nivel de precio y complejidad que hicieron que el paso de paso a servo fuera práctico para máquinas que nunca antes habían utilizado tecnología de servomotor sin escobillas.

El HC-PQ43B es la variante con freno del motor HC-PQ de 400W: mismo par nominal de 1,3 Nm, mismo par máximo de 3,8 Nm, misma clasificación de 3000 rpm, misma carcasa compacta con clasificación IP44 — con un freno electromagnético de resorte añadido en la parte trasera del motor para aplicaciones de eje vertical y mecanismos cargados por gravedad.

Especificaciones técnicas

Para qué se diseñó la plataforma MR-C

Comprender el HC-PQ43B correctamente requiere comprender la plataforma a la que pertenece, porque la combinación MR-C y HC-PQ sirvió a un segmento de mercado para el que las plataformas J2 y J2-Super más grandes no estaban optimizadas.

Los motores paso a paso dominaron las aplicaciones de posicionamiento de pequeña capacidad durante décadas porque eran simples, económicos y no necesitaban dispositivo de retroalimentación. El control de pulsos en bucle abierto era suficiente para la mayoría de las aplicaciones, y la electrónica de control era sencilla. Las debilidades — resonancia a ciertas velocidades, pérdida de posición bajo sobrecarga, bajo rendimiento a alta velocidad, sin retroalimentación de par — se aceptaron como limitaciones inherentes de la tecnología.

La propuesta de la plataforma MR-C era que un servomotor pudiera igualar la simplicidad del control paso a paso al tiempo que eliminaba esas limitaciones. El amplificador MR-C aceptaba comandos de tren de pulsos al igual que un controlador paso a paso. Los motores HC-PQ tenían conexiones de cable de cola de cerdo en lugar de conectores redondos de especificación militar. El amplificador era lo suficientemente estrecho como para montarlo en un riel DIN estándar en un panel compacto. La puesta en marcha era lo suficientemente sencilla para ingenieros acostumbrados a sistemas paso a paso.

Para los tipos de máquinas a los que se dirigía esta plataforma — equipos de ensamblaje pequeños, aplicadores de etiquetas, mecanismos compactos de pick-and-place, mesas de posicionamiento ligeras, ejes auxiliares en máquinas de impresión y embalaje — la combinación MR-C y HC-PQ proporcionó un rendimiento de servomotor en bucle cerrado en un formato que no requirió reeducación del equipo de diseño ni del personal de mantenimiento.

El HC-PQ43B añade un freno de resorte a esta plataforma para las aplicaciones dentro de esa categoría de máquinas que tienen ejes verticales u otros componentes cargados por gravedad.

Freno de resorte en un motor de 400W

Con 400W y 1,3 Nm de par nominal, las cargas que impulsa el HC-PQ43B son ligeras en comparación con los servomotores de capacidad media. Un pequeño deslizador de transferencia vertical. Una junta de brazo robótico ligero. Un husillo de taladro en una pequeña máquina de taladrado automática. Un transportador vertical en una estación de ensamblaje compacta. Estos mecanismos son modestos en escala, pero la física de un freno de resorte se aplica a cualquier nivel de potencia: cuando la bobina se desenergiza, el resorte cierra el freno y sujeta el eje mecánicamente, sin depender de ningún sistema eléctrico activo para hacerlo.

La consecuencia práctica es la misma a 400W que a 7kW: si la alimentación del panel se corta inesperadamente, si el amplificador falla, si el circuito de parada de emergencia se abre — el eje se mantiene. El suministro de 24V CC a la bobina del freno se elimina y el resorte hace su trabajo inmediatamente. En un pequeño mecanismo vertical donde la masa en movimiento puede ser de solo unos pocos kilogramos, esta sigue siendo la elección de diseño correcta. La alternativa — depender del bloqueo del servo del amplificador MR-C40A para mantener la posición cuando el amplificador puede ser el componente que acaba de fallar — no es una base de seguridad fiable.

El freno del HC-PQ43B requiere una fuente de alimentación separada de 24V CC en el panel de la máquina. Esto se indica explícitamente en la documentación de la serie MR-C: los motores con freno requieren su propia fuente de alimentación de 24V CC, separada de la alimentación de control del amplificador. El circuito de 24V debe incluir un relé con supresión de sobretensión adecuada en los terminales de la bobina del freno — una bobina inductiva sin supresión generará picos de voltaje dañinos al desenergizarse.

La secuencia de operación recomendada sigue el mismo principio que cualquier freno de resorte en un servomotor: llevar el eje a reposo bajo control de servo antes de acoplar el freno, y confirmar que se ha establecido el bloqueo del servo antes de liberar el freno al arrancar. En una máquina pequeña y compacta donde estos ejes completan muchos ciclos por turno, una secuenciación consistente extiende la vida útil del disco de freno mediblemente durante la vida útil operativa del motor.

1,3 Nm de par nominal: la ventaja de la inercia ultrabaja

Un Newton-metro y tres décimas. Esa es una cifra de par continuo modesta para cualquier medida, y describe con precisión lo que es el HC-PQ43B: un motor para ejes ligeros y rápidos donde la prioridad es el rendimiento de aceleración en lugar de la fuerza sostenida.

Los motores de inercia ultrabaja logran su valor principal a través de la relación entre el par disponible y la inercia del rotor. Una inercia del rotor muy baja significa que un par dado — incluido el par máximo de 3,8 Nm — produce una aceleración angular muy alta del propio eje del motor. El eje alcanza la velocidad objetivo rápidamente, se asienta en la posición rápidamente y está listo para el siguiente movimiento rápidamente. Para aplicaciones que ejecutan muchos movimientos cortos por minuto, esto se traduce directamente en rendimiento.

El par máximo de 3,8 Nm — casi tres veces la clasificación continua — maneja las fases de aceleración y desaceleración de manera eficiente. En el ciclo de trabajo típico de un eje de máquina de ensamblaje ligero, el motor acelera a velocidad de desplazamiento con par máximo, funciona brevemente a par nominal o por debajo, desacelera con par máximo, y luego permanece en posición consumiendo una corriente mínima. Este patrón es térmicamente benigno y las funciones de protección del amplificador de 400W lo gestionan sin intervención bajo un ciclo de trabajo bien diseñado.

La restricción es clara: 1,3 Nm continuo es el límite para el par de carga sostenido. Las aplicaciones donde el eje debe mantener más de 1,3 Nm continuamente — resistencia de corte sostenida, tensión de bobinado pesada, carga gravitacional significativa durante el movimiento — están más allá del rango de aplicación apropiado de este motor. Los ejes que pasan la mayor parte de su tiempo en reposo o con carga ligera con solo breves transitorios de aceleración son donde el HC-PQ43B funciona mejor.

IP44: comprensión del grado de protección

El grado de protección IP44 en el HC-PQ43B es inferior al IP65 que se encuentra en los motores de las series HC-SFS y HC-SF, y vale la pena comprender esa diferencia antes de especificar este motor.

IP44 significa: protección contra partículas sólidas contra objetos mayores de 1 mm (herramientas finas, cables, insectos pequeños — pero no polvo en volumen), y protección contra líquidos contra salpicaduras de agua desde cualquier dirección. Esto es adecuado para entornos industriales interiores donde el motor no está expuesto directamente a rociado de refrigerante, niebla de aceite o operaciones de lavado.

IP65 (la clasificación en HC-SFS y motores similares) añade protección completa contra la entrada de polvo y protección contra chorros de agua dirigidos desde cualquier ángulo.

Para las aplicaciones para las que se diseñó el HC-PQ43B — máquinas de ensamblaje, equipos de automatización ligera, ejes de posicionamiento compactos en interiores — IP44 es generalmente suficiente. El motor no está diseñado para entornos de corte de máquinas herramienta donde el refrigerante llega al motor, ni para equipos de alimentos o farmacéuticos que se lavan. Si el entorno de instalación incluye refrigerante significativo, niebla de aceite o contaminación en el aire de las operaciones de procesamiento, se debe especificar un motor con una clasificación más alta.

Al instalar el HC-PQ43B con las salidas de cable hacia abajo — que es la orientación de montaje preferida para instalaciones de motores horizontales — los cables y cualquier condensación se drenan del cuerpo del motor en lugar de acumularse en los puntos de entrada del cable. La documentación de MR-C desaconseja montar el motor con los cables dirigidos hacia arriba en entornos donde la entrada de líquido a lo largo de la cubierta del cable sea una posibilidad.

Amplificador compatible: El MR-C40A

El HC-PQ43B se combina exclusivamente con el amplificador MR-C40A — la unidad de capacidad de 400W de la gama MELSERVO-C. Este amplificador tiene un conjunto de características que lo distinguen marcadamente de los amplificadores J2 y J2-Super que utilizan los motores de las series HC-SFS y HC-SF.

El MR-C40A acepta entrada de CA monofásica de 200-240V, consumiendo aproximadamente 2,8 A. Esta es una fuente monofásica, no trifásica — lo que significa que la plataforma MR-C puede operar desde un circuito monofásico estándar de 200V, simplificando el cableado del panel para máquinas pequeñas que no tienen distribución trifásica a cada posición del eje.

El amplificador acepta comandos de posición de tren de pulsos — la misma interfaz utilizada por los controladores de motores paso a paso — lo que fue fundamental para el posicionamiento de la plataforma como reemplazo de motores paso a paso. La resolución del codificador y el rendimiento del control son de clase servo, pero la interfaz de control es compatible con paso a paso, lo que facilita su integración en diseños de máquinas existentes que se basaban previamente en motores paso a paso.

El MR-C40A tiene solo 40 mm de ancho. En una máquina con varios ejes servo pequeños, una fila de amplificadores MR-C40A requiere significativamente menos espacio en el panel que una fila equivalente de amplificadores J2-Super a la misma potencia nominal.

Tanto el amplificador MR-C40A como los motores de la serie HC-PQ fueron descontinuados en abril de 2013. La recomendación de migración de Mitsubishi en ese momento dirigió a los usuarios hacia el amplificador MR-JN con motores de las series HF-KN o HF-KP — la plataforma servo compacta de próxima generación a este nivel de potencia. Para las máquinas que aún están en servicio con hardware MR-C, los amplificadores MR-C40A y los motores HC-PQ43B de reemplazo siguen disponibles como stock excedente.

Resumen de capacidad de la serie HC-PQ

El HC-PQ43B es el motor con freno de mayor capacidad en la gama HC-PQ y la cima de la plataforma MR-C. Dentro de la capacidad de 400W, el HC-PQ43 (sin freno) y el HC-PQ43B (con freno) son idénticos en todas las especificaciones eléctricas y dinámicas — la elección entre ellos se basa puramente en si el eje requiere sujeción mecánica en reposo.

Aplicaciones típicas

Eje Z vertical en máquinas de ensamblaje y taladrado pequeñas. Pequeñas máquinas de taladrado automáticas, estaciones de ensamblaje de sobremesa y equipos CNC compactos con ejes de desplazamiento vertical ligeros. Las masas de carga son modestas — un pequeño cabezal de husillo, un portapinzas, un accesorio ligero — pero el freno de resorte proporciona una sujeción mecánica fiable durante los cambios de herramienta, las paradas de emergencia y los períodos de apagado de la máquina sin depender del bloqueo del servo.

Accionamientos de juntas de brazos robóticos verticales. Ejes de brazo secundario de robots SCARA ligeros, componentes de desplazamiento vertical en robots cartesianos y accionamientos de juntas de robots articulados pequeños en equipos de ensamblaje y manipulación donde la junta soporta un componente de carga gravitacional y se requiere sujeción del freno cuando se retira la alimentación del servo.

Ejes de alimentación vertical de aplicadores de etiquetas e impresoras y aplicadoras. Posicionamiento vertical del producto y accionamientos de brazos aplicadores en equipos de aplicación de etiquetas donde el cabezal aplicador debe mantener la posición a una altura definida durante los períodos de espera. La plataforma compacta MR-C se adapta a las estrictas restricciones de espacio de la maquinaria de aplicación de etiquetas.

Pequeñas estaciones verticales de transferencia y elevación. Mecanismos de elevación de piezas, pequeños ejes de elevador y deslizadores de transferencia verticales en celdas de ensamblaje compactas y equipos de prueba donde las cargas útiles ligeras deben mantenerse en posiciones intermedias durante las operaciones de espera de la estación. La simplicidad absoluta de la interfaz de control MR-C coincide con la lógica sencilla que se utiliza típicamente para gestionar estos ejes.

Reemplazo de motor paso a paso en ejes verticales heredados. Máquinas existentes que utilizan motores paso a paso en ejes verticales donde la pérdida de posición bajo sobrecarga o los pasos en falso inducidos por resonancia han causado problemas de producción. El HC-PQ43B proporciona control de posición de servomotor en bucle cerrado con la misma interfaz de comando de tren de pulsos que el controlador paso a paso original, eliminando la pérdida de posición en bucle abierto, mientras que el freno de resorte añade la seguridad de sujeción que el par de retención del motor paso a paso proporciona solo mientras el controlador está energizado.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Qué amplificador es compatible con el HC-PQ43B y qué tipo de fuente de alimentación necesita?

El HC-PQ43B se combina exclusivamente con el amplificador MR-C40A. El MR-C40A acepta entrada de CA monofásica de 200-240V — no trifásica — lo que lo hace adecuado para máquinas pequeñas sin distribución trifásica a cada posición del eje. El amplificador tiene solo 40 mm de ancho y acepta comandos de posición de tren de pulsos, la misma interfaz utilizada por los controladores de motores paso a paso. Tanto el MR-C40A como el HC-PQ43B están descontinuados pero siguen disponibles como stock excedente.

P2: ¿Cuál es la diferencia entre el HC-PQ43B y el HC-PQ43?

Los dos motores son idénticos en todas las especificaciones eléctricas y de rendimiento — salida de 400W, par nominal de 1,3 Nm, par máximo de 3,8 Nm, velocidad nominal de 3000 rpm. La única diferencia es el freno. El HC-PQ43 no tiene freno — la posición en reposo se mantiene mediante el bloqueo del servo del amplificador. El HC-PQ43B tiene un freno electromagnético de resorte que se acopla mecánicamente cuando se retira la alimentación de la bobina de 24V. Utilice el HC-PQ43B en ejes verticales, transmisiones inclinadas y cualquier aplicación donde la carga se mueva al apagar el servo. El HC-PQ43 es correcto para ejes horizontales donde el bloqueo del servo es adecuado.

P3: El HC-PQ43B tiene una clasificación IP44. ¿Es suficiente para entornos de máquinas herramienta?

IP44 proporciona protección contra objetos sólidos mayores de 1 mm y salpicaduras de agua desde cualquier dirección. Es adecuado para entornos interiores cerrados sin exposición significativa a refrigerante. No es apropiado para entornos de corte de máquinas herramienta donde el rociado de refrigerante, la niebla de aceite o los chorros de refrigerante lleguen al motor. Para tales entornos, se requiere un motor con una clasificación IP65 o superior — como los motores de las series HC-SFS o HC-SF. La serie HC-PQ fue diseñada para máquinas de ensamblaje, equipos de manipulación y automatización ligera, no para la zona de corte de máquinas herramienta CNC.

P4: ¿El freno del HC-PQ43B requiere un circuito de alimentación especial?

Sí. La documentación MR-C de Mitsubishi indica explícitamente que los motores con freno requieren una fuente de alimentación separada de 24V CC — separada de la alimentación de control del amplificador. El circuito de 24V debe incluir un relé para conmutar la corriente de la bobina, con supresión de sobretensión (un diodo flyback para circuitos CC) en los terminales de la bobina del freno para absorber el pico de voltaje inductivo cuando el relé se abre. Sin supresión de sobretensión, los contactos del relé son vulnerables a daños por arco, y el ruido eléctrico resultante puede afectar al amplificador y al controlador.

P5: El HC-PQ43B y el MR-C40A están descontinuados. ¿Cuál es la ruta de migración recomendada por Mitsubishi?

La recomendación oficial de migración de Mitsubishi al descontinuar fue pasar a la serie de amplificadores MR-JN con servomotores de las series HF-KN o HF-KP de capacidad equivalente. El HF-KP43B (400W, 3000 rpm, freno de resorte) en un amplificador MR-JN-40 es el equivalente funcional en la próxima generación, ofreciendo mayor resolución de codificador y mejor rendimiento servo en un factor de forma igualmente compacto. Tanto el motor como el amplificador deben reemplazarse juntos, ya que los protocolos de codificador son incompatibles entre generaciones. Para las máquinas que deben permanecer con hardware MR-C, los motores HC-PQ43B y los amplificadores MR-C40A de reemplazo están disponibles a través de especialistas en excedentes de automatización industrial.