8-495-109-02-08
sales@bbrc.ru
Отправить заявку
Каталог
Войти
/
/
HG-KR, HG-MR, HG-AK: малоинерционные серводвигатели MELSERVO-J4 HG-KR, HG-MR, HG-AK: малоинерционные серводвигатели MELSERVO-J4

HG-KR, HG-MR, HG-AK: малоинерционные серводвигатели MELSERVO-J4

Полный технический разбор: инерция ротора, динамика, расчёты, выбор серии и исполнения

bbrc.ru — 2025

Три серии с ключевыми параметрамиHG-KR200–750 ВтМалая инерцияJ_L/J_M ≤ 15✓ Редуктор G1/G7✓ Маслосальник W0C✓ Макс. исполненийУниверсалHG-MR50–750 ВтУльтра-малая инерцияJ_L/J_M ≤ 10J в 2–4× меньше KRТакт <0,3 сSMD, принтеры, лазерВысокая динамикаHG-AK100–200 ВтМалая инерцияJ_L/J_M ≤ 10Тормоз всегдаМасса 0,35–0,57 кгВертикальные осиМалые роботы

1. Физика момента инерции: почему JM определяет динамику

Момент инерции ротора JM (×10⁻⁴ кг·м²) — мера того, насколько сильно ротор сопротивляется ускорению. Для сервопривода это ключевой параметр: при одинаковом пиковом токе усилителя угловое ускорение ε = Mpeak / (JM + JL). Чем меньше JM — тем выше ускорение, тем короче время разгона и тем выше максимальная тактовая частота позиционирования.

Полная инерция системы складывается из инерции ротора и приведённой инерции нагрузки:

Jtotal = JM + JL / i²    (i — передаточное число редуктора, без редуктора i = 1)

Ключевое следствие: редуктор с передачей 1:12 уменьшает JL в 12² = 144 раза. Именно поэтому для нагрузок с высокой инерцией (тяжёлые столы, барабаны) редуктор важнее, чем выбор серии двигателя.

Что происходит при JL/JM > рекомендованного: регулятор скорости «видит» систему с большой инерционной постоянной — возникают механические колебания при остановке, усилитель выдаёт избыточный ток для борьбы с ними, срабатывает аларм AL.50 «тепловая перегрузка». Снижение усиления регулятора решает проблему, но ухудшает точность.
Формулы расчёта инерции нагрузки
МеханизмФормула JLОбозначения
Ходовой винт + столJ = Jscrew + m × (p/2π)²p — шаг в м, m — масса стола, Jscrew = πρLd⁴/32
Цилиндр / вал Ø d, длина LJ = m×r²/2 = πρLd⁴/32ρ = 7800 кг/м³ для стали
Диск Ø D, масса mJ = m×(D/2)²/2Для однородного диска
Тело на расстоянии RJ = m×R² + Jсобств.Теорема Штейнера
Нагрузка через ременную передачу iJприв = JL/i²i = n₂/n₁

Пример: ходовой винт ⌀16 мм, шаг 10 мм, стол 8 кг

1. Jscrew = π × 7800 × 0.6 × 0.016⁴ / 32 = 0.48 × 10⁻⁴ кг·м²
2. Jtable = 8 × (0.010 / 6.283)² = 0.020 × 10⁻⁴ кг·м²
3. JL = 0.48 + 0.020 = 0.50 × 10⁻⁴ кг·м²
4. Для HG-KR23 (JM = 0.203): JL/JM = 2.46 ✓ (≤15, норма)
5. Для HG-MR23 (JM = 0.0865): JL/JM = 5.8 ✓ (≤10, норма)

2. HG-KR: полные данные

HG-KR — базовая малоинерционная серия J4. Три типоразмера мощности: 200, 400, 750 Вт. Номинальная скорость 3000 об/мин, максимальная 6000 об/мин. Самый широкий выбор исполнений в линейке: стандарт, тормоз (B), J-вал, шпонка (K), JK, маслосальник (W0C), встроенные редукторы G1 и G7. HG-KR73HG-KR73

HG-KR — технические характеристики
ПараметрHG-KR23HG-KR43HG-KR73
Мощность (Вт)200400750
Номин. момент (Н·м)0,641,32,4
Макс. момент (Н·м)2,24,58,4
Ном. ток (А)1,42,44,1
JM (×10⁻⁴ кг·м²)0,2030,6001,42
JM с тормозом (×10⁻⁴)0,2360,6701,55
Рек. JL/JM макс.151515
Масса стандарт (кг)0,550,851,8
Масса с тормозом (кг)0,751,12,3
Диаметр фланца (мм)406070
Диаметр вала (мм)81419
Степень защитыIP65IP65IP65
УсилительMR-J4-20AMR-J4-40AMR-J4-70A

IP65 — стандарт. С маслосальником W0C корпус имеет IP67 (вал защищён от масляного тумана и брызг). Класс изоляции F. Абсолютный энкодер 22 бит (4 194 304 имп/об) — позиция сохраняется при отключении питания, реферирование не требуется.

Когда выбирать HG-KR
Нагрузка умеренная (JL/JM 5–15). Нужны специсполнения: маслосальник, редуктор G1/G7, шпонка. Такт 0,3–2 с. Подача ЧПУ, упаковочные машины, конвейеры, дозаторы.
Когда HG-KR недостаточно
Такт <0,2 с при лёгкой нагрузке → HG-MR. Нужны 50–100 Вт с тормозом → HG-AK. Нагрузка тяжёлая (J>15) → редуктор или HG-SR/JR.

3. HG-MR: ультра-малая инерция

HG-MR — серия с наименьшим JM в линейке MELSERVO-J4. Мощности: 50, 100, 200, 400, 750 Вт. HG-MR053BHG-MR053B Нет редукторов, нет маслосальника — это серия для задач с минимальной инерцией нагрузки и максимальной динамикой.

HG-MR — технические характеристики и сравнение с HG-KR
ПараметрMR053MR13MR23MR43MR73
Мощность (Вт)50100200400750
Ном. момент (Н·м)0,160,320,641,32,4
Макс. момент (Н·м)0,561,122,24,58,4
JM (×10⁻⁴)0,01620,03000,08650,1420,586
JM у HG-KR (тот же класс)——0,2030,6001,42
MR меньше KR в раз——2,35×4,2×2,4×
Рек. JL/JM макс.1010101010
Масса (кг)0,180,300,550,851,8
УсилительMR-J4-10AMR-J4-10AMR-J4-20AMR-J4-40AMR-J4-70A

Что даёт меньший JM на практике — числовой расчёт

Задача: ось с ходовым винтом ⌀12/шаг 5 мм, суммарная приведённая инерция нагрузки JL = 0,30×10⁻⁴ кг·м². Нужно пройти 10 мм (4 оборота) и остановиться. Сравниваем HG-KR43 и HG-MR43:

ω_max = 2π × 3000/60 = 314 рад/с

// HG-KR43: J_total = 0.600 + 0.30 = 0.90 × 10⁻⁴M_peak = 4.5 Н·м
t_accel(KR43) = 0.90e-4 × 314 / 4.5 = 6.3 мс

// HG-MR43: J_total = 0.142 + 0.30 = 0.442 × 10⁻⁴M_peak = 4.5 Н·м
t_accel(MR43) = 0.442e-4 × 314 / 4.5 = 3.1 мс

Выигрыш на одном перемещении: 2×(6.3-3.1) = 6.4 мс
При 300 циклах/мин × 2 движения: 300 × 2 × 6.4 мс = 3.84 с/мин (+6.4% производительности)
HG-MR43 оправдан там, где каждые 5 мс на цикл имеют значение: SMD-монтажники, вставочные автоматы, принтеры на печатные платы, лазерные маркираторы с перемещением головки.

4. HG-AK: нишевая серия с тормозом

HG-AK — 100 и 200 Вт, 3000 об/мин. Все модели имеют встроенный тормоз без исключения. HG-AK0136BHG-AK0136B — 100 Вт, масса 0,35 кг. HG-AK0236BHG-AK0236B — 200 Вт, масса 0,57 кг.

HG-AK — технические характеристики
ПараметрHG-AK0136BHG-AK0236B
Мощность (Вт)100200
Ном. момент (Н·м)0,320,64
Макс. момент (Н·м)0,961,92
JM (×10⁻⁴ кг·м²)0,02240,0472
Тормозной момент (Н·м)0,290,44
Ресурс тормоза (срабатываний)20 00020 000
Масса (кг)0,350,57
Длина корпуса (мм)~70~78
УсилительMR-J4-10AMR-J4-20A

Для сравнения: HG-KR23B (200 Вт + тормоз) весит 0,75 кг и длина корпуса ~95 мм. HG-AK0236B аналогичной мощности — 0,57 кг и ~78 мм. Разница 180 г и 17 мм длины критична для роботизированных захватов, где каждый грамм на конце руки увеличивает инерционную нагрузку на все вышележащие оси.

5. Расчёт соотношения JL/JM: пошаговый алгоритм

Перед выбором серии и типоразмера — обязательный расчёт соотношения инерций. Если этот шаг пропустить, система либо не настроится на нужное усиление, либо будет работать нестабильно.

Задача: привод каретки лазерного маркиратора

Условие: Каретка 1,2 кг, ременная передача i = 2 (шестерня 20T/40T),
шестерня ⌀50 мм m=0,15 кг на валу двигателя, ремень 0,08 кг.

1. Jшестерня на валу = 0.5 × 0.15 × 0.025² = 4.7e-5 кг·м² = 0.47 × 10⁻⁴
2. Jремень ≈ 0.5 × 0.08 × 0.025² = 2.5e-6 ≈ 0.025 × 10⁻⁴
3. Jкаретка = 1.2 × (π × шаг_ремня × z / 2π)²...
Скорость ремня v = ω × r → Jкар,прив = m × r² = 1.2 × 0.025² = 0.75 × 10⁻⁴
Через передачу 2: Jкар,прив к мотору = 0.75 / 4 = 0.19 × 10⁻⁴

4. JL,total = 0.47 + 0.025 + 0.19 = 0.685 × 10⁻⁴ кг·м²

5. Проверка для HG-MR23 (JM = 0.0865):
JL/JM = 0.685 / 0.0865 = 7.9≤ 10✓

Такт < 0.2 с → HG-MR23 оптимален ✓

6. Расчёт времени разгона и тактовой частоты

После выбора двигателя проверяем: физически ли достижим требуемый такт. Минимальное время разгона при пиковом токе:

taccel,min = (JM + JL) × ωmax / Mpeak

ωmax = 2π × nnom / 60 (рад/с)
Mpeak = макс. момент двигателя (Н·м)

// Пример: HG-KR43, J_L = 0.30, n = 3000, M_peak = 4.5
ω = 2π × 3000/60 = 314 рад/с
t_accel = (0.600 + 0.30)×10⁻⁴ × 314 / 4.5 = 6.3 мс

Перемещение за время разгона (треугольный профиль скорости, прямое подключение к ШВП шаг 5 мм):

Saccel = 0.5 × ωmax × taccel × pitch/(2π)
= 0.5 × 314 × 6.3e-3 × 0.005/6.283 = 0.79 мм

Для перемещения 20 мм: t_total ≈ 2 × t_accel + (20 - 2×0.79)/v_max × 1000
v_max = 3000 об/мин × 0.005 м/об = 0.25 м/с = 250 мм/с
t_конст = (20 - 1.58)/250 × 1000 = 73.7 мс
t_total ≈ 2×6.3 + 73.7 = 86.3 мс → 11.6 циклов/с при перемещении 20 мм
Реальный такт всегда длиннее расчётного на величину времени успокоения (settling time) — обычно 5–20 мс в зависимости от жёсткости механики и настройки регулятора. В паспорте MR-J4 указана полоса пропускания контура скорости — она определяет время успокоения.

7. Сводная таблица

ХарактеристикаHG-KRHG-MRHG-AK
Мощности200–750 Вт50–750 Вт100–200 Вт
Инерция ротораМалаяУльтра-малаяМалая
JM (200 Вт), ×10⁻⁴0,2030,0865 (в 2,35× меньше)0,0472
JM (400 Вт), ×10⁻⁴0,6000,142 (в 4,2× меньше)—
JM (750 Вт), ×10⁻⁴1,420,586 (в 2,4× меньше)—
Рек. JL/JM макс.151010
Тормоз BОпцияОпцияВсегда
J-вал / Шпонка✓ / ✓✓ / ограничено—
Маслосальник W0C✓——
Редуктор G1/G7✓——
IP стандартIP65IP65IP65
IP с W0CIP67——
Энкодер22 бит / 4 194 30422 бит / 4 194 30422 бит / 4 194 304
ЗадачаУниверсалВысокая динамикаМалый робот с тормозом

8. Матрица исполнений

ИсполнениеKR23KR43KR73MR23MR43MR73AK0136BAK0236B
Стандарт (гладкий вал)✓✓✓✓✓✓——
Тормоз B✓✓✓✓✓✓ВсегдаВсегда
J-вал✓✓✓✓————
Шпонка K—✓✓——✓——
J+шпонка JK✓✓✓—————
Маслосальник W0C✓✓✓—————
Редуктор G1✓✓✓—————
Редуктор G7✓✓✓—————
400В класс————————

9. Встроенные редукторы G1 и G7

Встроенные редукторы для серии HG-KR монтируются на заводе. Поменять редуктор в поле нельзя. G1 — промышленный (общего применения), G7 — прецизионный с минимальным люфтом.

ПараметрG1 (промышленный)G7 (прецизионный)
ТипПланетарный одноступ.Планетарный прецизионный
Передаточные числа1/5, 1/12, 1/201/5, 1/11, 1/21, 1/33
Угловой люфт≤ 15 arc min≤ 3 arc min
КПД≈ 85%≈ 85%
Выход. момент (KR73 + 1/12)≈ 24,5 Н·м≈ 24,5 Н·м
Когда применятьКонвейеры, смешение, подачаПоворотные столы, угловая точность
Пример расчёта для HG-KR73G1HG-KR73G1 (1:12). Стол Ø400 мм, масса 15 кг: JL = 0,5×15×0,04 = 0,300 кг·м² = 3000×10⁻⁴. С редуктором 1:12: Jприв = 3000/144 = 20,8×10⁻⁴. JM HG-KR73 = 1,42×10⁻⁴. Соотношение = 14,6 — на пределе (≤15), приемлемо. Выходная скорость = 3000/12 = 250 об/мин. Выходной момент ≈ 2,4×12×0,85 = 24,5 Н·м.

10. Алгоритм выбора серии

УсловиеРекомендацияПочему
Такт >0,3 с, умеренная нагрузкаHG-KRУниверсал с широким выбором исполнений
Такт <0,3 с, лёгкая нагрузка (JL/JM<8)HG-MRУльтра-малая инерция → короче время разгона
Нужен маслосальник W0CHG-KR + W0CТолько у KR есть W0C-исполнение
Нужен встроенный редукторHG-KR + G1 или G7Только у KR есть редукторные исполнения
<200 Вт, вертикальная ось, тормоз обязателенHG-AKКомпактнее и легче, чем KR/MR с тормозом
JL/JM >15Добавить редуктор или взять HG-SRKR/MR рассчитаны на J≤10–15

11. Совместимые усилители

ДвигательУсилитель 200ВПитаниеМакс. рег. ток
HG-MR053HG-MR053 / HG-MR13HG-MR13 / HG-AK0136BMR-J4-10A3ф 200В3,0 А
HG-KR23 / HG-MR23 / HG-AK0236BHG-AK0236BMR-J4-20A3ф 200В6,0 А
HG-KR43HG-KR43 / HG-MR43MR-J4-40A3ф 200В9,0 А
HG-KR73HG-KR73 / HG-MR73MR-J4-70A3ф 200В18,0 А

12. Частые вопросы

Можно ли использовать HG-MR43 при JL/JM = 12?JL/JM = 12 превышает рекомендованный максимум 10 для HG-MR. Система, скорее всего, будет работать, но потребует снижения усиления регулятора скорости. Возможны колебания при малых скоростях и в конце позиционирования. Рекомендуется перейти на HG-KR43 (у него макс. JL/JM = 15) или добавить редуктор.
HG-MR и HG-KR имеют одинаковый момент — зачем переплачивать за MR?Момент одинаковый, но инерция ротора в 2–4 раза меньше. Разница проявляется не в удержании нагрузки, а в скорости разгона/торможения. При высокой тактовой частоте (>200 цикл/мин с коротким перемещением) HG-MR даёт реальный прирост производительности 5–10%.
Все три серии имеют 22-битный энкодер — почему J4, а не J3?У J3 (HF-MP, HF-KP) энкодер 18 бит (262 144 имп/об) против 22 бит (4 194 304) у J4. Разница в 16 раз влияет на плавность хода при малых скоростях, точность работы полной замкнутой петли и разрешение системы по положению. Кроме того, J4 поддерживает STO (функциональную безопасность) с MR-D30.
Почему у HG-AK нет версий без тормоза?HG-AK спроектирован специально для вертикальных осей малых роботов и захватов, где тормоз обязателен по умолчанию (безопасность при отключении питания). Создание версии без тормоза снизило бы нишевость серии — для 100–200 Вт без тормоза есть HG-MR053/MR13.
Можно ли в одной SSCNET III/H системе смешивать HG-KR и HG-MR?Да. Каждый усилитель MR-J4 работает со своим двигателем независимо. В многоосевой системе ось X может быть HG-KR43, ось Y — HG-MR43, ось Z — HG-AK0236B с тормозом. Все настраиваются в MR Configurator2 независимо.

Сравнение с конкурентами: малоинерционные серводвигатели

Серии HG-KR, HG-MR и HG-AK MELSERVO-J4 конкурируют с аналогичными сериями Siemens, Yaskawa и Fanuc. Ниже — прямое сравнение по ключевым параметрам.

КонкурентИх продуктНаш аналогНаше преимущество
SiemensSIMOTICS S-1FK7 (малоинерционные)HG-KR23–7322-бит абсолютный энкодер стандарт; у Siemens 1FK7 — только с опцией Multi-encoder. Нативная интеграция с MELSEC без конвертеров.
YaskawaSGM7J (Σ-7, малоинерционные)HG-MR23–73HG-MR имеет сопоставимый J_M. Преимущество MELSERVO-J4: STO PLd/SIL2 встроен через MR-D30; у Σ-7 STO опциональный модуль.
FanucαiS/βiS series (малоинерционные)HG-KR43–73MELSERVO J4: открытый протокол SSCNET III/H, совместим с любым MELSEC-контроллером. Fanuc αiS — закрытая экосистема FANUC CNC.
B&R8LVA servo (малоинерционные)HG-MR43/73Схожая динамика. MELSERVO-J4 доступнее в России, развитая сервисная сеть, наличие на складах RU.

Читайте также

Подобрать малоинерционный серводвигатель MELSERVO-J4

Пришлите данные по нагрузке, тактовой частоте и механике — рассчитаем JL/JM, подберём серию и исполнение.