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DIYアンテナ測定システム パート2:メカニカルプロトタイピング

制御用にRevPi Core、信号の生成と受信用にLimeSDR Miniを搭載したebm-papst ECモータを導入して、アンテナ性能を測定するシステムを作成する。

こちらで、DesignSparkによる新たなK4ドライブシステム開発キットのプレビューをご覧ください。

このシリーズでは、Enhanced Machine Controller Antenna Range (EMCAR)オープンソースプロジェクトをベースにして低コストシステムを設計し、組み立てていく。パート1では、プロジェクトの概要を紹介した。

今回は、機械設計とプロトタイピングについて説明する。

エンクロージャの設計

エンクロージャに必要なのは、適度に頑丈で、モータとターンテーブルのしっかりした土台となり、関連電子部品を収容できる十分なスペースを備えていることだ。

30 x 30アルミ押出成形材(761-3284) を使用してフレームを作ることにした。私は以前にも、ElectronicaのRSスタンド用デモユニットなどの他のプロジェクトで同様の構成テクニックを使用した。大きな押出材を使えば、モータやどんなアンテナもしっかり支えることができる土台になるという自信があった。

初期デザインをスケッチし、すべての部品が余裕を持って入るだけの十分なスペースがあることを確認した。しかし自分のレーザーカッターで対応できる最大サイズが600mm x 400mmであったため、ターンテーブルのサイズはある程度の制約を受ける。以上から、適切なサイズを求め、必要な押出材の量を計算した。

アルミフレームの組み立て

アルミ材の長さが決まると、注意深く長さを測って切った。「念には念を」だ。

切断に使用したバンドソーは、正確で高速であるが少し切り屑が残る。そのため、切り出したアルミ材の端は目の細かいやすりできれいに仕上げる必要がある。

材料の切り出しが終わったら、フレームを組み立てる。下の写真のように、フレームは90°コネクタブラケット(767-5566) でまとめる。

ブラケット1つでもフレームを立てることはできるが、強度を上げるため2つ使うことにした。

これでエンクロージャは非常に頑丈になり、ターンテーブルに重い物を載せても歪んだり潰れたりする心配はなくなった。

ebm-papstモータ及びギアヘッド

入手したK4ドライブシステム開発キットには、クラウンギアヘッドのK4 Variodrive Compactモータが含まれている。

ebm-papstは、選りすぐりのモータと関連ギアボックスを製造している。その組み合わせは非常に豊富だ。ここで使用するユニットはVDC-49.15-K4モータである。

  • 動作電圧     :DC24V
  • 無負荷時動作速度 :6000rpm
  • 公称最大出力   :99W

組み合わせるギアボックスは、定格出力トルク40.0NmのEtaCrown Plus 63だ。シャフトに標準DIN6885 5 x 5 x 20フェザーキーを備えており、このブログ投稿で後述するように、回転するハブを固定するキー付き接合が可能となっている。

モータは電子回路を内蔵しており、ebm-papst Kickstartソフトウェアを実行しているパソコンにRS485で接続して、モータの速度、トルク、位置を制御し、性能を監視できる。

Kickstartソフトウェアは、ebm-papst Webサイトのこのページの下部でダウンロードできる。

モータとターンテーブルの取り付け

天板は、レーザーカッターが1枚のまま扱える大きさより少し大きいため、2枚の5mm MDF板から切り出した。トップパネルはモータを支え、ターンテーブルのベアリングはトップパネルとターンテーブルの間に収まる。モータはトップパネルの裏に斜めに取り付け、間隔を多めに確保できる。.

ボスは2枚の5mm MDF板から切り出し、ターンテーブルの裏側に固定する。これにより、モータシャフトとキーウェイをしっかり固定できるようになる。

次にターンテーブルを一番上に取り付ける。ベアリングのインナーリングをパネルに、アウターリングをターンテーブルに固定する。

ベアリングをトップパネルに固定するねじにはナットと2枚のワッシャーを追加し、中央のボスと他の固定具が回転するときにきつく締らないようにした。

ターンテーブルの最終プロトタイプには、M8クランピングレバー(047-8305) とその他のクランピングスタッドが入るように一連の穴が開いており、テストするアンテナや三脚やポールをしっかり固定できるようになっている。

次の展開

フレームは最終的な組み立てまで残りますが、MDF製のベースとトップパネルは、電子部品用の適切な取り付けポイントを備えたレーザーカットアルミ製のものと交換する。モータと制御電子部品を保護するサイドパネルも追加する。サイドパネルは透明のアクリル板にして、内部の動きが見えるようにする計画だ。

I currently look after production at AB Open. I have a background in the arts, environmental conservation and IT support. In my spare time I do a bit of DJing and I like making things.

6 Feb 2020, 8:55