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DATE: 2017/12/31(日)   CATEGORY: 未分類
自作磁気式エンコーダの入門



前回の記事で
磁気式エンコーダって思ったより簡単!!
って思っていただけたかと思います。

それでは
前回学んだことを踏まえて
自作磁気式エンコーダの実装を考えていきましょう。


どうやってエンコーダを作っているのですか??
という質問は多いです。

回答としましては
前回の記事で張り付けたリンク見て
で済みます笑。

強い人達の設計は最高の教材です。
自分みたいな凡人の平凡な設計よりも
多くの工夫やアイデアが隠されています。

じゃあ何故こんなこと書くの?
と言いますと

平凡な設計を通して
設計の際に注意すべきポイント


を考えてもらえればなと思います。

では書いていきます。
※あくまでも凡人の意見です。


今回は機械設計についてです。


前回の記事の通り
磁気式エンコーダを自作するにおいて
重要なことは以下の3つでした。

・磁石とエンコーダICは対面で配置する
・磁石は径方向で極性が分かれているものを使う
・ICのエンコーダの形式を理解しておく


3番目は速度の取得方法がソフトで異なるって話なのでカット!


これらを踏まえて自分が製作した
磁気式エンコーダの断面図を示します。

シン・ウムオエンコーダ部

エンコーダ断面図


自作磁気式エンコーダの設計において
考えられる課題は大きく分けて2つです。

① エンコーダとしての精度
② 磁気の干渉


です。


① エンコーダとしての精度
磁気式エンコーダを自作してきた
多くのマウサーを苦しめている問題。

単純な話
小型な自作エンコーダは
精度よく作ることが難しい
のです

既製品への課金の良さと
自作縛りプレイの楽しさを
噛みしめられるポイントですね☆

これの原因としてよく言われているのは
・磁石の回転の偏心
・磁石の回転中心とエンコーダICの中心とのずれ
・磁石とエンコーダICが水平になっていない
・軽量化の観点から径の小さな磁石を使いがち

等ですかね。

つまり最低限これらを考慮した設計を行えば
幸せな自作磁気式エンコーダライフ
を過ごせるかもしれません。

以下凡人が思いつくハード解決策

・磁石の回転の偏心
→車軸がぶれにくくする構造。ベアリングの支点位置の考慮など

・磁石の回転中心とエンコーダICの中心とのずれ
ICの位置決め冶具。気合のはんだづけ技術など

・磁石とエンコーダICが水平になっていない
IC基板取り付け冶具で垂直出しなど

・軽量化の観点から径の小さな磁石を使いがち
→磁石径を大きくする。初心者はφ4以上をつけとこう


これらの点に関しては設計センス
が問われる部分ですので凡人には難しいですね。

ただこれらの問題を知った上で
強い人の設計を見てみると
ものすごく勉強になります!!



② 磁気の干渉
これはハーフマウスの場合
致命的になる問題です。

小さいということは
可愛いというメリットだけではなく
言い換えると部品と部品が近いということです。

ハーフマウスの場合大きさの関係で
モーターと車軸に取り付けた磁石の距離が
近くなってしまいます。


もちろんモーター内にも磁石が入っています。
そう彼らは運命(磁力)によりひかれ合うんですね

Miceの内でも何度かこの現象に苦しんでいるマウスを見ました。

その対策としてよく用いられるのが
鉄スペーサーで磁気シールドをつくるという方法です。
(公式では推奨された方法ではないらしい)

自分もこの影響を避けるべく
磁石の周りに鉄スペーサーでシールドを作っています。
(断面図参照)


また、車幅の細いマウスを作る場合は
左右のエンコーダ同士の干渉にも気をつけましょう。
自分のマウスは左右のエンコーダの磁気が干渉しました笑。



と基本的なハード注意点は以上な気がします。

まとめますと
① 磁石とICの向き合う精度に気をつかうこと
② 磁気の干渉には気をつけること

ってことですね。

いろいろ書きましたが
実際に作って実験してみないと
まだまだわからないことが多いことも現状です。

みなさんも実際に挑戦してみて
ノウハウを共有していただければ嬉しいですね。


本当に書きたい内容が残ってしまったため
次回に回します。

次回は
磁気式エンコーダについて行った改善点(ソフト)
について書ければなと思います。


ではでは

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DATE: 2017/12/30(土)   CATEGORY: 未分類
自作磁気式エンコーダの基礎


毎年、年末には何か一記事書くようにしています。
(毎年といってもまだまだ3年目ですが)

今年も終わりってことで書いていきます!!


内容は磁気式エンコーダについてです。
(おそらく2本立て?)

この内容に至った経緯を説明しますと

ズバリ!!
新作の進捗が無かったことが主な原因となります。


進捗が無いとき人はどうしますか??

そう過去の自分に縋るのです!!

ブログネタ

ということで書いていきます。



自分はマイクロマスの中でも
ハーフマウスという小さなマウスを作っています。

ハーフマウスの特徴としては小さくて可愛いことですね。

そんなハーフマウスをみんなにも作ってほしいのです!!


そういうわけで
ハーフマウス導入の足掛かりにしてもらえるよう
ハーフマウスで用いている自作磁気式エンコーダ
について解説していこうと思います。

磁気式エンコーダの設計についての参考はこちら
とかこちら


上の記事を見てもらえればだいたいわかると思います。
参考事例が多いことはいいことだと思うので
自分も書いていきます。


サルでもわかるように書いていけるよう頑張りたいです☆

・エンコーダとは
そもそもエンコーダって何よ??
って人のためにちょー簡単に説明しますと

どのくらい回転したかを知るセンサ

ですかね。

もっと詳しく知りたい人はロータリーエンコーダで調べてください。
基本的にエンコーダを用いてホイールの回転量を調べ
マウスの速度を得るために用いています。


・磁気式エンコーダを選んだ理由
エンコーダにはいろいろと種類があります。

自分はその中でも
磁石を用いて回転を検知するロータリーエンコーダ
磁気式エンコーダを用いています。


これを用いている理由としては
・マウス界隈で一番使われている形式のエンコーダ
・安価
・構造が単純
であることですかね。


・マウス界隈で一番使われている形式のエンコーダ
→土下座をすれば強い人が教えてくれる
・安価
→やさしい
・構造が単純
→やさしい

情弱貧乏センス×大学生にはこれ以上ないわけですね。
やさしい世界だ。


・磁気式エンコーダの構成要素
磁石+エンコーダIC
基本的にはこれだけです。


磁気式エンコーダを使用する前に少しだけお勉強しましょう。
正直もうお腹いっぱいですが頑張りましょう。

・磁石について
基本的にマウスで使われる磁気式エンコーダには
磁石とエンコーダ素子を対面で配置するタイプ
がほとんどです。

こんな感じ。

mos-MA300.jpg

(mps-MA300より)

このとき注意すべきことは磁石の極性方向についてです。
磁石にはS極N極があるのはご存知ですよね?
一般的に売られている磁石でいいんじゃないの?
と思ったあなたは待ってほしい。

磁石には極性の向きで種類があるんですよ!!
(こんなことマウス作るまで考えたことなかったです笑。)

エンコーダ用の磁石の購入の際に
お世話になっているネオマグさんのサイトに
大変わかりやすい図があるので参考にどうぞ。

磁石形

(ネオマグさんより)

磁石とエンコーダ素子を対面で配置する都合上
向き合う面で磁界が分かれていることが重要です。

磁石を選定する際には気をつけましょう。

自分は一番簡単な形状である
円柱型の径方向のネオジム磁石
を使用しています。
(左から2番目)

参考にどうぞ。


・エンコーダICについて
よく使われている磁気式エンコーダICには
大きく分けて2種類存在します。
① インクリメンタル式
② アブソリュート式

大変わかりやすい比較の解説をオムロンさん
がしてくれています。

簡単にまとめます。
① インクリメンタル式
回転量と向きがわかる

② アブソリュート式
角度がわかる

サルでもわかるように具体例でこの違いを説明しましょう!
例として0時00分から1時00分になる場合について
それぞれの方式の感覚をつかんでください!!
(厳密には少し違うので怒られそう…)

0分

~15分経過~

15分

~15分経過~

30分

~15分経過~

45分

~15分経過~

60分


上の例を見てもらえればわかる通り
どちらの方式でも問題なく使えますので
マイコンのピン、ICの価格、サイズ、分解能など
と相談して使えばよいと思います。

個人的にはインクリメンタル式の方が扱いやすいと思います。
(高速回転時の回転方向の考慮が楽なだけ)



これにて磁気式エンコーダの基本については終わりです。
お疲れさまでした!!

長々と書いてきましたが
自作磁気式エンコーダを設計するときの注意点まとめです。
・磁石とエンコーダICは対面で配置する
・磁石は径方向で極性が分かれているものを使う
・ICのエンコーダの形式を理解しておく


次回はこれらの事柄に注意して実際に
磁気式エンコーダの機械設計とその使用方法
について書いていければなと思います
(年内に間に合わせたい笑。)


ではでは



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