Motor Servo AC Mitsubishi Electric HC-KFE43B com Freio Eletromagnético

400W | 1.3 Nm Nominal | 3000 RPM | Freio Eletromagnético de Não Excitação | 24VDC | Eixo com Chaveta | Flange 60x60mm | Compatível com MR-E-40A | Corpo IP55 | Descontinuado

Quando a Retenção de Posição sem Energia Não é Opcional

Todo eixo servo para. A questão que separa um motor servo de uso geral de um motor com freio é o que acontece naquele momento: o eixo mantém sua posição sob carga, ou ele desliza, deriva ou cai? Para eixos verticais que carregam ferramentas, sistemas de fixação que devem segurar durante uma interrupção de energia, ou qualquer mecanismo acionado onde uma posição desenergizada descontrolada é um perigo, a resposta determina qual motor será especificado.

O Mitsubishi Electric HC-KFE43B é a variante com freio eletromagnético do HC-KFE43 — um motor de 400W e 3000 RPM da plataforma da série MELSERVO MR-E com um freio eletromagnético aplicado por mola e de não excitação embutido diretamente na parte traseira do alojamento do motor. O motor e o freio são um conjunto integrado. Não há freio separado montado externamente, nenhum hardware de montagem adicional para adquirir e nenhum alinhamento entre motor e freio para manter durante a vida útil da máquina.

O sufixo "B" na designação Mitsubishi é consistente em toda a série de motores HC e HF: ele sempre indica um motor com freio eletromagnético, aplicado a um motor base de outra forma idêntico. Mecanicamente e eletricamente, o HC-KFE43B é o HC-KFE43 com um subsistema adicional cuja importância — na aplicação correta — é considerável.

Especificações Técnicas

O Freio de Não Excitação: Fail-Safe por Design

A frase "ativação por não excitação" aparece em todas as especificações de motores com freio Mitsubishi e significa algo específico: o freio engata por força de mola quando a energia é removida e libera quando 24VDC é aplicado. Isso é o oposto de um freio do tipo excitação, que segura apenas enquanto energizado.

A consequência prática é de enorme importância em aplicações críticas de segurança. Quando a fonte de alimentação da máquina é interrompida — seja por uma sequência de desligamento controlada, um parada de emergência ou uma falha de energia não planejada — o freio do HC-KFE43B engata automaticamente. Nenhum sinal, nenhuma ação do controlador e nenhuma energia de backup é necessária para o freio segurar o eixo do motor. O estado padrão do freio é travado.

Essa característica fail-safe é o motivo pelo qual os freios de não excitação aplicados por mola são a especificação padrão para eixos verticais, mecanismos de fixação e qualquer eixo onde um movimento descontrolado com a energia removida representa um perigo. O freio do HC-KFE43B segura o eixo contra a gravidade e contra qualquer carga de torque externa até o torque de atrito estático do freio — classificado para corresponder ao torque nominal de 1.3 Nm do motor nesta classe de motor, como é padrão na prática de design de motor-freio combinados da Mitsubishi.

Fonte de Alimentação do Freio: Requer um Circuito Dedicado de 24VDC

A documentação da série MR-E é explícita neste ponto: a alimentação de 24VDC para o freio eletromagnético não deve ser compartilhada com a fonte de alimentação de interface de 24VDC usada para os sinais de E/S digitais do amplificador. Os dois circuitos devem permanecer separados. Compartilhar a fonte introduz o risco de uma queda de tensão no circuito do freio quando os sinais de E/S mudam, o que pode causar liberação incompleta do freio ou engate não intencional do freio durante a operação do motor — nenhum dos quais é aceitável em um eixo servo funcionando.

Na prática, isso significa que o projeto do painel de controle para uma máquina que usa o HC-KFE43B deve incluir um barramento dedicado de 24VDC para a alimentação do freio, dimensionado adequadamente para o consumo de corrente da bobina do freio. O conector de alimentação do motor acomoda tanto os cabos trifásicos do motor quanto os cabos de alimentação do freio em um único conjunto de conector de 6 pinos, em comparação com o conector de 4 pinos usado no HC-KFE43 padrão sem freio. Essa diferença de conector é um identificador visual imediato ao comparar as duas variantes de motor em um contexto de peças.

Tempo do Freio e o Sinal MBR

O sinal de intertravamento do freio eletromagnético (MBR) de saída do amplificador MR-E coordena o tempo de liberação do freio com o estado operacional do amplificador servo. Antes que o motor servo possa funcionar, o sinal MBR libera o freio energizando o circuito de 24VDC. Quando o motor é comandado a parar e o sinal servo-on é desligado, a saída MBR gerencia o atraso de tempo entre o servo desligado e o engate do freio — evitando que o freio se acople a um eixo ainda em rotação, o que aceleraria o desgaste das pastilhas do freio e produziria cargas de choque mecânico.

O Manual de Instruções MR-E da Mitsubishi cobre as configurações de parâmetros necessárias para a função de intertravamento do freio. Especificamente, o Parâmetro nº 1 deve ser definido para habilitar a saída do sinal MBR, e o Parâmetro nº 33 (saída de sequência do freio eletromagnético) define o tempo de atraso (Tb) após o desligamento do servo antes que o freio engate. Essas configurações são configuradas para o comportamento de parada e as características de carga da aplicação específica, não deixadas nas configurações de fábrica em uma máquina de produção.

Para aplicações de eixo vertical, a documentação do MR-E especifica o uso do sinal de intertravamento do freio eletromagnético (MBR) quando o motor controla um eixo vertical — a coordenação de tempo entre o desligamento do servo e o engate do freio é crítica para evitar que a carga caia durante a sequência de parada do eixo.

Eixo com Chaveta: Padrão em 400W

O eixo do HC-KFE43B inclui uma chaveta como padrão. Na linha HC-KFE da Mitsubishi, as chavetas são padrão nos tamanhos de motor de 200W e 400W — a capacidade de torque de acoplamento de um cubo de ajuste por atrito simples em um eixo pequeno é insuficiente para transmissão de torque confiável nesses níveis de potência em ciclos de trabalho industriais. A chaveta fornece transmissão de torque positiva entre o eixo do motor e o acoplamento ou polia acionada, eliminando a dependência apenas da força de aperto.

O motor é enviado com a chave incluída. A seleção do acoplamento deve considerar a opção de adaptador de montagem NEMA 34 padrão para instalações de máquinas na América do Norte, embora as dimensões do eixo do motor e a chaveta sejam padrão JIS — confirmar as dimensões do eixo em relação ao furo do acoplamento da aplicação é sempre o primeiro passo correto antes da instalação.

Diferença de Comprimento do Corpo em Relação ao HC-KFE43

A adição da seção do freio eletromagnético na parte traseira do alojamento do motor aumenta o comprimento total do corpo em comparação com o HC-KFE43. O alojamento do freio, o conjunto de molas e o disco de atrito estendem a dimensão axial do motor. Para situações de retrofit onde um HC-KFE43 está sendo substituído por um HC-KFE43B, ou onde um motor com freio está sendo adicionado a um eixo de máquina existente, a profundidade de montagem e as folgas de roteamento de cabos atrás do motor devem ser verificadas em relação ao comprimento aumentado antes que a instalação mecânica comece.

As dimensões da flange, o padrão dos furos dos parafusos e a saliência do eixo no lado de saída são idênticos entre as variantes padrão e com freio — a diferença de comprimento está inteiramente na parte traseira do motor. Se a máquina tiver uma dimensão de folga de obstáculo traseiro que foi dimensionada para o motor padrão, ela pode precisar de ajuste para acomodar o modelo com freio.

Contexto da Aplicação

O HC-KFE43B é mais comumente encontrado em projetos de máquinas onde um ou mais eixos requerem funcionalidade de freio, enquanto o orçamento geral do sistema de acionamento favorece a plataforma de amplificador de uso geral MR-E em detrimento das séries MR-J2S ou MR-J3 de especificações mais altas. Aplicações típicas incluem:

• Eixos de alimentação vertical em pequenos centros de usinagem ou máquinas de perfuração— onde a ferramenta ou a cabeça do fuso devem manter a posição sob gravidade quando o servo é desenergizado
• Mecanismos de fixação e aparafusamento— onde uma posição de fixação energizada deve ser mantida durante uma interrupção de energia sem liberar a peça de trabalho
• Mesas de indexação rotativa— onde uma posição travada é necessária entre os movimentos de índice, usando o freio para resistir ao torque na posição indexada em vez de manter o torque servo continuamente
• Eixos Z de manuseio de materiais— onde uma carga deve ser suspensa com segurança durante pausas de ciclo, paradas de emergência ou operações de manutenção

Perguntas Frequentes

P1: O freio eletromagnético no HC-KFE43B fornece torque de retenção nominal igual ao torque de saída nominal do motor?

Na prática de design da Mitsubishi para a série HC-KFE, o torque de atrito estático do freio é classificado para corresponder ao torque nominal do motor — 1.3 Nm para a classe de 400W. Isso significa que o freio é projetado para segurar uma carga no nível do eixo do motor que corresponde à saída nominal do motor em condições normais de operação. É importante notar que o freio é especificado para segurar cargas estacionárias, não para desacelerar um eixo em rotação. Usá-lo como um freio de parada dinâmica — comandando o freio para engatar enquanto o motor ainda está girando em velocidade — desgastará rapidamente a pastilha do freio e encurtará significativamente sua vida útil. A sequência correta é trazer o motor a uma parada através do sistema de controle servo primeiro, e então engatar o freio para segurar a posição parada.

P2: A fonte de alimentação de 24VDC para o freio pode ser retirada do mesmo barramento de 24VDC que alimenta a E/S da interface do amplificador MR-E?

Não. A documentação da série MR-E da Mitsubishi proíbe explicitamente o compartilhamento da fonte de alimentação de interface de 24VDC entre os circuitos de interface de E/S e o freio eletromagnético. O freio deve ter uma fonte de alimentação dedicada de 24VDC. A razão é simples: eventos de comutação de E/S causam transientes de corrente no barramento de 24VDC, o que pode causar quedas de tensão momentâneas que ativam parcial ou totalmente o freio durante a operação do motor, causando choque mecânico e desgaste prematuro do freio. Uma fonte de freio dedicada isola esses circuitos e garante que o freio opere de forma confiável sob todas as condições de comutação de E/S.

P3: O que acontece com a operação do freio se o amplificador apresentar uma falha e cortar a energia?

Este é o cenário que o design do freio de não excitação se destina especificamente a resolver. Quando o amplificador MR-E desliga — seja devido a um alarme, um sinal de parada de emergência ou uma perda de energia principal — a alimentação de 24VDC para a bobina do freio também é cortada (seja pelo circuito de saída de alarme ou pela própria falha de energia). O freio aplicado por mola engata imediatamente, travando o eixo do motor sem a necessidade de qualquer sinal do controlador. Esse engate automático é independente do estado operacional do amplificador. Para eixos verticais ou aplicações de fixação, este é o comportamento de segurança fundamental que torna o freio de não excitação a escolha padrão da indústria para aplicações de prevenção de perigos.

P4: Qual é a diferença de comprimento do corpo do motor entre o HC-KFE43 e o HC-KFE43B, e a montagem da flange permanece a mesma?

As dimensões de montagem da flange — a flange quadrada de 60x60mm, o padrão dos furos dos parafusos e o comprimento da saliência do eixo na extremidade de saída — são idênticas entre o HC-KFE43 e o HC-KFE43B. A única mudança dimensional é o aumento do comprimento total do corpo devido ao módulo de freio adicionado na parte traseira do motor. A documentação do desenho de contorno da Mitsubishi (seção 14.8.1 do manual MR-E) mostra os comprimentos específicos do corpo para cada variante, e estes devem ser consultados ao projetar ou verificar a folga traseira atrás do motor na estrutura da máquina. Para substituição de um motor padrão existente por um modelo com freio em um retrofit, verifique a folga traseira antes de fazer o pedido.

P5: O HC-KFE43B é um substituto direto adequado para o HC-KFS43B (o motor com freio MR-J2S) em uma máquina existente?

Mecanicamente, a pegada da flange de 60x60mm é compartilhada entre o HC-KFE43B e o HC-KFS43B, tornando a placa de montagem compatível. No entanto, as interfaces do encoder e do amplificador são completamente diferentes. O HC-KFE43B usa um encoder incremental emparelhado com o amplificador MR-E, enquanto o HC-KFS43B usa um encoder absoluto de 17 bits (131.072 ppr) emparelhado com o amplificador MR-J2S. Os tipos de conector do encoder, os protocolos de sinal e os conjuntos de cabos não são intercambiáveis. Uma troca do HC-KFS43B para o HC-KFE43B exigiria a substituição do amplificador para MR-E e a reconfiguração de todo o eixo de acionamento para operação com encoder incremental com ciclos de homing — uma mudança de sistema significativa. A direção inversa (atualização do HC-KFE43B para o HC-KFS43B ou um motor da geração atual da série HG com freio) é o caminho de migração mais comum quando um sistema de máquina está sendo atualizado.