Novo em caixa selada Mitsubishi HC-SFS103B Servomotor HCSFS103B HC-SFS1O3B

Mitsubishi HC-SFS103B (HCSFS103B) — Servomotor CA de 1kW com Freio Eletromagnético, Eixo Reto, 3000 rpm, Série MELSERVO J2-Super

Visão Geral do Produto

Número da Peça: HC-SFS103B

Também Pesquisado Como: HCSFS103B, HC SFS 103B, HC-SFS-103B

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

Classificação: Servomotor CA sem Escovas de Média Inércia — 1 kW, classe 200V, 3000 rpm, Eixo Reto, Freio Eletromagnético com Aplicação por Mola

O que o "B" Muda — e Por Que Importa

A Mitsubishi HC-SFS103B compartilha todas as especificações com o HC-SFS103, exceto uma: um freio eletromagnético com aplicação por mola integrado na parte traseira do alojamento do motor. Mesma saída de 1kW. Mesmo torque nominal de 3,18 Nm e pico de 9,55 Nm. Mesmo encoder absoluto de 17 bits a 131.072 ppr. Mesma flange de 130 × 130 mm na estrutura com classificação IP65. Mesmo amplificador MR-J2S-100. Um componente adicional — e esse componente é o que torna este motor a escolha correta para uma classe específica de eixo que a variante sem freio não pode servir com segurança.

O freio é aplicado por mola e liberado eletricamente. A mola mantém o disco de fricção contra a superfície de frenagem por padrão. A aplicação de 24V CC à bobina do freio cria a força magnética que levanta o disco e libera o eixo. Remova essa tensão — por qualquer motivo, planejado ou não — e a mola reengata imediatamente. E-stop remove a energia do painel: freio aplica. Falha do amplificador aciona o contator principal: freio aplica. Sequência de desligamento do servo no final do turno: freio aplica. Interrupção não planejada da rede elétrica a qualquer momento durante o dia de trabalho: freio aplica.

Sem software. Sem sequência de CLP. Sem amplificador funcional. O eixo se mantém mecanicamente, passivamente, imediatamente, todas as vezes.

Para um servomotor de 1kW que aciona um eixo vertical ou inclinado onde a carga tem um componente gravitacional que causaria movimento ao desligar o servo, este é o requisito funcional que o freio com aplicação por mola atende. O HC-SFS103B é construído exatamente para essa aplicação.

Especificações Técnicas

O Mecanismo de Freio: Fail-Safe por Design

Existem duas filosofias de design de freio fundamentalmente diferentes usadas em servomotores, e a distinção não é acadêmica — ela define o comportamento do motor sob todos os modos de falha que a máquina pode encontrar.

Um freio aplicado eletricamente engata apenas quando a corrente da bobina é fornecida. Remova a energia e o freio é liberado. Este design é útil para fixação controlada durante a operação, mas não oferece proteção quando a energia é perdida. Uma falha de energia em uma máquina com freios aplicados eletricamente em seus eixos verticais produz movimento descontrolado do eixo — exatamente o cenário que o freio deveria prevenir.

Um freio aplicado por mola — o tipo equipado no HC-SFS103B — inverte essa lógica. A mola mantém o freio engatado por padrão. Energia elétrica é necessária para abri-lo, não para fechá-lo. A perda de energia de qualquer tipo faz com que a mola feche o freio automaticamente. O eixo é mantido sem qualquer intervenção ativa.

É por isso que o design com aplicação por mola é o padrão para freios de retenção de servomotor em eixos verticais e carregados por gravidade em máquinas industriais. Não é simplesmente um dispositivo de retenção — é um dispositivo fail-safe. A distinção é importante para a avaliação de segurança da máquina e para a conformidade com os padrões de segurança de máquinas que exigem restrição positiva em eixos com componentes de carga gravitacional.

A 1kW em uma estrutura compacta de 130 × 130 mm, o HC-SFS103B traz essa característica fail-safe para a extremidade inferior da linha de servomotores — eixos Z verticais em centros de usinagem e máquinas de perfuração compactas, acionamentos de juntas de robôs verticais, mecanismos de alimentação inclinados, estações de elevação em equipamentos de montagem e manuseio pequenos. Esses eixos existem em uma ampla variedade de máquinas, e a estrutura compacta do HC-SFS103B significa que ele se encaixa nas restrições de espaço que esses eixos verticais de serviço mais leve geralmente impõem.

3,18 Nm a 3000 rpm: Carga Leve, Alta Velocidade, Posição Precisa

Três ponto um oito Newton-metros de torque contínuo a 3.000 rpm caracterizam uma categoria específica de eixo. Não é um eixo de alto torque — 3,18 Nm contínuo é uma força sustentada relativamente modesta. Mas é um eixo rápido e preciso, com 131.072 contagens de encoder por revolução monitorando o ângulo do eixo e 9,55 Nm de torque de pico disponíveis para transientes de aceleração.

Para os eixos verticais e inclinados que este motor normalmente atende, as massas de carga são geralmente modestas. Um eixo Z de cabeça de perfuração em um centro de usinagem compacto carrega o motor de fuso, o mangote e o porta-ferramentas — talvez 15–25 kg de massa em movimento para máquinas menores. Uma junta de cotovelo em um braço robótico leve. Um transportador vertical em um magazine de ferramentas compacto. Uma pequena elevação de peça em uma máquina de montagem. Esses mecanismos precisam de controle de posição preciso, frenagem confiável em repouso e embalagem compacta do motor — não os altos torques sustentados de eixos Z de grandes centros de usinagem ou mecanismos de elevação industrial pesada.

A velocidade nominal de 3.000 rpm é importante para essas aplicações de uma maneira específica. Muitos eixos servo verticais pequenos usam uma esfera para a conversão linear-rotativa. A 3.000 rpm com uma esfera de passo de 5 mm, o eixo se move a 15 m/min durante a translação rápida — genuinamente rápido para um eixo Z de centro de usinagem compacto. O encoder absoluto a 131.072 ppr fornece ao loop de posição a resolução para comandar movimentos incrementais finos e manter o posicionamento preciso em toda essa faixa de velocidade.

A velocidade máxima de 4.500 rpm estende a faixa operacional acima da velocidade nominal na região de potência constante, onde o torque disponível diminui proporcionalmente. Essa faixa estendida é útil para fases de posicionamento rápido em eixos de carga leve onde a demanda de torque de translação está bem abaixo do nominal e a velocidade máxima é desejável para minimizar o tempo de ciclo.

Encoder Absoluto, Eixo Freiado e a Vantagem de Reinício

A combinação de um freio com aplicação por mola e um encoder absoluto serial de 17 bits no HC-SFS103B cria uma característica operacional que é significativamente importante para máquinas de produção com eixos verticais.

Considere o que acontece quando um eixo vertical para inesperadamente — um E-stop durante um ciclo de usinagem, uma interrupção de energia em qualquer ponto de um movimento de posicionamento, uma falha no painel durante a operação automatizada. Em uma máquina com freio com aplicação por mola e encoder absoluto: o freio engata imediatamente e mantém o eixo mecanicamente. O encoder retém o ângulo exato do eixo na memória, suportado pela bateria A6BAT no amplificador MR-J2S-100 durante a interrupção. Quando a energia retorna, o amplificador lê a posição absoluta imediatamente. O controlador sabe exatamente onde está o eixo. O travamento do servo é estabelecido. O freio é liberado na sequência correta. A máquina está pronta para retomar — de qualquer posição em que o eixo parou, sem nenhum movimento para encontrar uma referência.

A alternativa — um encoder incremental com freio com aplicação por mola — mantém o eixo mecanicamente, mas não fornece informações de posição após a perda de energia. Ao reiniciar, o eixo deve executar uma rotina de homing para encontrar sua posição de referência antes que a produção possa ser retomada. Em um eixo Z de centro de usinagem pequeno onde o movimento de homing leva o fuso em direção à mesa, essa rotina de homing requer a liberação da área de trabalho, o que adiciona tempo e intervenção manual a cada parada inesperada.

O encoder absoluto elimina isso completamente. O freio mantém o eixo com segurança; o encoder lembra onde ele está. O reinício é imediato e totalmente automatizado.

Manutenção da bateria. A A6BAT no amplificador MR-J2S-100 mantém o contador de múltiplos giros durante os períodos de desligamento. Substitua-a ao primeiro alarme de bateria fraca — não na próxima parada de manutenção programada, e não após o próximo momento conveniente. Uma bateria descarregada redefine o contador. Em um eixo vertical freiado, esse reset significa uma rotina de homing na próxima inicialização, que em muitas máquinas requer intervenção humana para ser segura. O alarme é a notificação de que a janela de substituição da bateria está aberta; agir prontamente é a prática que mantém a produção funcionando sem interrupção.

Fiação e Sequenciamento do Freio a 1kW

A bobina do freio no HC-SFS103B requer um circuito dedicado de 24V CC no painel da máquina — separado da fonte de alimentação e dos terminais de saída do amplificador servo. O projeto do painel para este motor inclui uma fonte de 24V CC dimensionada para a corrente da bobina do freio, um relé com contatos classificados para a carga da bobina e com supressão de surto apropriada nos terminais da bobina, e lógica de intertravamento que sequencia corretamente a liberação e o engate do freio em relação ao estado de habilitação do servo do amplificador.

Na liberação — abrindo o freio: O servo deve estar habilitado e o travamento do servo estabelecido antes que a bobina do freio seja energizada e o freio seja liberado. Em um eixo vertical a 1kW, a massa da carga é modesta em comparação com motores mais pesados, mas o princípio é o mesmo: se o freio for liberado antes que o amplificador esteja mantendo a posição, o eixo se move sob gravidade até que o servo alcance. Com massa pequena e curso curto, esse deslizamento pode ser mínimo. Com cargas maiores ou curso mais longo, pode causar um alarme de erro de posição ou, pior, contato mecânico. A saída MBR (Magnetic Brake Release) no MR-J2S-100 gerencia essa sequência automaticamente quando conectada ao relé do freio — o amplificador sinaliza quando o travamento do servo é confirmado e o freio pode ser liberado com segurança.

No engate — fechando o freio: Traga o eixo para repouso sob controle servo antes de engatar o freio. A sequência correta de três etapas: desacelerar até zero sob servo, engatar o freio e, em seguida, remover a habilitação do servo. Aplicar o freio a um eixo em movimento gera calor e desgaste no disco de fricção. Em um motor de 1kW com ciclos de partida-parada frequentes — um eixo Z de máquina de montagem completando centenas de movimentos por turno — seguir essa sequência consistentemente faz uma diferença mensurável na vida útil do freio ao longo de anos de operação.

Supressão de surto. A bobina do freio é uma carga indutiva. Quando o relé abre e corta a corrente para a bobina, o campo magnético em colapso produz um pico de tensão. Um diodo flyback em uma bobina CC — a solução padrão para circuitos de freio CC de 24V — é obrigatório. Omiti-lo expõe os contatos do relé a danos repetidos por arco e potencialmente acopla ruído à eletrônica de controle adjacente. Esta é a prática padrão de painel industrial para qualquer bobina indutiva; a bobina do freio no HC-SFS103B não é exceção.

Quando o HC-SFS103B é Certo — e Quando Não é

O freio com aplicação por mola adiciona peso, comprimento e complexidade ao circuito do painel em comparação com o HC-SFS103 sem freio. Em eixos horizontais onde o travamento do servo sozinho mantém a posição adequadamente, essa complexidade adicional não oferece benefício funcional. Nesses eixos, o HC-SFS103 é a melhor escolha.

O HC-SFS103B é o motor certo quando:

O eixo é vertical ou inclinado, e a carga se moveria para baixo sob a gravidade se a corrente do servo caísse a zero. O freio com aplicação por mola mantém a carga mecanicamente, independentemente do estado do servo.

Os requisitos de segurança da máquina exigem restrição mecânica positiva em eixos carregados por gravidade. Para máquinas com marcação CE sob as diretivas de máquinas europeias, o requisito de restrição positiva em eixos verticais é tipicamente explícito na avaliação de segurança. Um freio com aplicação por mola atende a esse requisito; o travamento do servo não.

O reinício após paradas inesperadas deve ser rápido e totalmente automatizado. A combinação de freio com aplicação por mola e encoder absoluto significa que o eixo mantém a posição durante qualquer interrupção de energia e relata sua posição exata no reinício. Sem movimento de homing, sem liberação manual, sem intervenção humana necessária.

O eixo carrega uma carga que não deve deslizar se o fornecimento elétrico for interrompido. Em aplicações de manuseio de semicondutores, medição de precisão e equipamentos médicos, a posição do eixo a qualquer momento — incluindo durante uma falha de energia — deve ser mantida. O freio com aplicação por mola torna isso incondicional.

Quando nenhuma dessas condições se aplica — eixo horizontal ou balanceado confirmado, sem componente de carga gravitacional, sem requisito regulatório para restrição positiva — o HC-SFS103 sem freio é a especificação mais limpa. Instalar o HC-SFS103B em todos os eixos, independentemente de o freio ser necessário, adiciona custo, complexidade ao circuito do painel e itens de manutenção que não produzem retorno funcional nesses eixos.

Amplificadores Compatíveis

O HC-SFS103B emparelha com a família de amplificadores MR-J2S-100 — a plataforma J2-Super com capacidade de 1kW. Três variantes de interface:

MR-J2S-100A lida com comandos analógicos e de trem de pulsos de sistemas CNC, CLPs e controladores de movimento externos. Modos de controle de posição, velocidade e torque estão todos disponíveis, juntamente com combinações de modo comutado P/S, S/T e T/P. RS-232C conecta-se ao MR Configurator para comissionamento, configuração de parâmetros e monitoramento de diagnóstico. Para eixos auxiliares de máquinas-ferramenta, eixos de posicionamento autônomos e qualquer aplicação onde a fonte de comando seja um controlador externo, esta é a escolha padrão.

MR-J2S-100B conecta-se a controladores de movimento Mitsubishi das séries A e Q via barramento serial de fibra óptica SSCNET. Comandos do eixo e todos os dados de feedback viajam pela rede de fibra. Para máquinas multieixos onde o eixo vertical deve coordenar com eixos horizontais sob um controlador de movimento — um eixo Z em um sistema CNC com movimento simultâneo X, Y, Z — o barramento SSCNET fornece o acoplamento de eixo em tempo real que as interfaces de pulso e analógicas não podem entregar.

MR-J2S-100CP fornece posicionamento de eixo único integrado com até 31 posições de tabela de pontos armazenadas, ativadas por E/S digital ou comando CC-Link. Para eixos de posicionamento verticais autônomos — avanços Z de cabeçote de perfuração, estações de elevação simples, transportadores verticais indexados — que não requerem coordenação com outros eixos, o CP elimina o custo e a complexidade de um controlador de movimento dedicado.

Todas as três variantes incluem a saída MBR (Magnetic Brake Release) para sequenciamento do relé do freio, auto-sintonia em tempo real, supressão adaptativa de vibração e o conjunto completo de funções de proteção J2-Super, incluindo sobrecarga térmica eletrônica, excesso de velocidade, detecção de falha do encoder e proteção contra sobretensão regenerativa.

Notas de compatibilidade. O HC-SFS103B requer um amplificador MR-J2S-100. Ele é incompatível com amplificadores MR-J2-100 de primeira geração, que não conseguem decodificar o protocolo serial do encoder J2-Super de 17 bits. Para máquinas com hardware MR-J2-100 original, o HC-SF103B (mesma especificação mecânica, encoder de 14 bits, freio com aplicação por mola) é o motor correto. Não compatível com amplificadores MR-J3 ou MR-J4 sem um kit adaptador de renovação.

Família HC-SFS 3000 rpm Freiada: O 103B em Contexto

O HC-SFS103B está no segundo degrau da família freiada de 3000 rpm, acima do HC-SFS53B de 500W e abaixo do HC-SFS153B de 1,5kW. Todos os quatro modelos de estrutura compacta compartilham a interface de montagem de 130 × 130 mm — uma máquina projetada para um acomoda qualquer um dos outros sem modificação mecânica. A classe do amplificador muda entre o HC-SFS103B (MR-J2S-100) e o HC-SFS153B/203B (MR-J2S-200), portanto, atualizações de capacidade dentro deste grupo exigem uma troca de amplificador juntamente com o motor.

Cada capacidade na faixa HC-SFS 3000 rpm está disponível nas quatro configurações padrão de eixo e freio: eixo reto (HC-SFS103), eixo reto com freio (HC-SFS103B), eixo com chaveta (HC-SFS103K) e eixo com chaveta e freio (HC-SFS103BK). Todos os quatro usam o amplificador MR-J2S-100 na capacidade de 1kW.

Aplicações Típicas

Eixo Z vertical em centros de usinagem e perfuração CNC compactos. Avanços de cabeçote de perfuração, eixos Z de fuso vertical pequenos e atuadores de ciclo de perfuração em pequenas máquinas CNC onde a massa do conjunto do fuso requer retenção mecânica positiva ao desligar o servo. A classificação de 3.000 rpm permite acoplamento direto de esfera em velocidades práticas do eixo Z; o freio com aplicação por mola mantém a cabeça do fuso mecanicamente durante trocas de ferramenta, E-stops e desligamentos no final do turno.

Acionamentos de juntas de robôs verticais. Eixos de ombro e cotovelo em robôs industriais pequenos, eixos verticais de braço robótico SCARA e componentes verticais de robô delta onde a junta carrega um componente de carga gravitacional e restrição mecânica positiva é necessária para segurança. A estrutura compacta de 130 × 130 mm se encaixa nas restrições de embalagem apertadas das estruturas de braços robóticos; o freio com aplicação por mola fornece a retenção fail-safe exigida pelos padrões de segurança de robôs industriais.

Estações de transferência e elevação verticais em equipamentos de montagem. Mecanismos de elevação de peças, transportadores verticais e estações de elevação indexadas em equipamentos de montagem e teste onde as peças são levantadas e abaixadas repetidamente e devem ser mantidas em alturas intermediárias enquanto as operações de montagem são concluídas. O encoder absoluto mantém o conhecimento da posição através de qualquer interrupção; o freio mantém o elevador mecanicamente em cada estação.

Acionamentos de eixo inclinado em equipamentos de manuseio de materiais e conformação. Alimentadores inclinados de esteiras, eixos de deslizamento angulares em máquinas de conformação e mecanismos de transferência inclinados onde o componente de peso do eixo cria uma demanda de torque gravitacional sustentada que requer retenção positiva em repouso. O freio com aplicação por mola mantém o eixo inclinado em qualquer posição do curso sem corrente de servo.

Acionamentos de trocador e magazine de ferramentas com elementos verticais. Mecanismos de elevação de magazine de ferramentas verticais, componentes verticais de braço de trocador de ferramentas e acionamentos de indexação vertical de magazine de ferramentas tipo tambor em centros de usinagem CNC onde o magazine de ferramentas ou mecanismo de troca tem um componente de deslocamento vertical que requer retenção do freio durante pausas de troca de ferramenta e condições de parada da máquina.

Perguntas Frequentes

Q1: Qual é a diferença entre o HC-SFS103B e o HC-SFS103?

Ambos são motores J2-Super de 1kW, 3000 rpm, com eixo reto, com especificações elétricas e dimensionais idênticas em uma flange de 130 × 130 mm. A única diferença é o freio. O HC-SFS103 não tem freio — a posição em repouso é mantida pelo travamento do servo do amplificador. O HC-SFS103B tem um freio eletromagnético com aplicação por mola que engata mecanicamente sempre que 24V são removidos da bobina do freio. Use o HC-SFS103B em eixos verticais, mecanismos inclinados e qualquer acionamento carregado por gravidade onde o movimento ao desligar o servo seria perigoso ou danoso. Em eixos horizontais confirmados sem carga gravitacional, o HC-SFS103 é a especificação correta, mais simples e mais leve.

Q2: O freio com aplicação por mola engata automaticamente durante uma parada de emergência?

Sim — desde que o circuito de E-stop remova 24V da bobina do freio como parte da sequência de parada de emergência, o que é prática padrão de projeto de painel. Quando a bobina é desenergizada por qualquer motivo, a mola empurra imediatamente o disco do freio contra a superfície de fricção. O engate é mecânico e instantâneo — não depende do amplificador, do CLP ou de qualquer outro sistema ativo estar funcional. Esta é a vantagem de segurança crítica do design com aplicação por mola sobre frenagem aplicada eletricamente ou apenas por fricção.

Q3: O HC-SFS103B pode ser usado com um amplificador MR-J2-100 de primeira geração?

Não. O HC-SFS103B usa o protocolo serial do encoder J2-Super de 17 bits, que o amplificador MR-J2-100 original não consegue ler. Conectar o HC-SFS103B a um MR-J2-100 de primeira geração produzirá uma falha de comunicação do encoder na inicialização. Para máquinas que executam hardware MR-J2-100, o motor freiado correto é o HC-SF103B — mecanicamente idêntico, encoder de 14 bits, freio com aplicação por mola — que é compatível com amplificadores MR-J2-100 e MR-J2S-100.

Q4: Onde fica a bateria de backup do encoder absoluto e o que acontece se ela se esgotar completamente?

A célula de lítio Mitsubishi A6BAT está localizada dentro do amplificador servo MR-J2S-100, não no motor. Ela mantém o contador absoluto de múltiplos giros durante todos os períodos de desligamento. Em um eixo vertical freiado, isso significa que o freio mantém o eixo mecanicamente enquanto o encoder retém o ângulo exato do eixo na memória — para que o controlador possa ler a posição absoluta imediatamente no reinício, sem nenhum movimento de homing. Se a bateria se esgotar completamente, o contador de múltiplos giros é redefinido. Na próxima inicialização, o controlador não saberá a posição do eixo, e um ciclo de retorno de referência deve ser concluído antes que a produção possa ser retomada. Substitua a A6BAT ao primeiro alarme de bateria fraca para evitar isso.

Q5: O HC-SFS103B foi descontinuado. Ele ainda está disponível para manutenção de máquinas?

Sim. O HC-SFS103B permanece disponível através de revendedores de excedentes de automação industrial e fornecedores especializados em servos Mitsubishi como estoque novo e unidades recondicionadas testadas, tornando-o uma opção de fornecimento prática para manter máquinas existentes da plataforma J2-Super. Para novos projetos de máquinas ou grandes atualizações de plataforma, o equivalente freiado da geração atual utiliza as séries HG-KR ou HF-KP com amplificadores MR-J4 ou MR-JE na capacidade equivalente — mas tanto o motor quanto o amplificador devem ser substituídos juntos, pois os protocolos de encoder entre as gerações são incompatíveis.