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コイルガンの作り方というか考察

今回はコイルガンの作り方および簡単な考察についてです
いままで思ったことをまとめながら適当に書きます

これを参考にして本当に作れるかは謎ですが
作れても人に危害を加える用途には絶対に使用しないでください

コイルガンにだけに関わる話ではないですが…


あと考察といっても実際の数値とか式とか計算とかはしません

というか出来ませんw まだ習ってないw


昇圧回路は現在チョッパ式の記事があるのでそちらを参考に
かなり長いです

コイルとコンデンサーの部分はまとめたので、読むのめんどくさかったら色つき文字のみ読んでください


とりあえずコイルガンに肝心なコイルから

コイル
 
コイルガンの威力は、入力エネルギーと変換効率が大きく関わります

コイルはその変換効率を左右するので重要です


まずコイルガンのコイルを作るときは以下のことを決めます

・コイルに使うUEW(エナメル線)の太さと長さ
・コイルの全長
・コイルの巻き数
・コイルを何に巻くか

コイルに使うUEWは当たり前ですが、太いほど抵抗が少なく、細いと抵抗が大きいです
抵抗が少ないほど電流が流れ、磁力が増し、威力が上がります

しかし、だからといって2,0mmとかの太いものが一番良いとは限りません
同じ大きさのコイルを作る場合、太いので巻き数が少なくなってしまいます

しかも太いものは高く巻きにくいので、ある程度の細いUEWを使うことが多いです

具体的にはい1mmとか0,8mm前後です

0,4ミリとかはホームセンターに売っているので入手性がいいですが
短く、使いにくいです

また、入力エネルギーも関係してきます

例えばコンデンサの容量が大きいとき、細いUEWをたくさん巻いたものだと
コイルの抵抗が大きいため電流は小さくなり長時間流れるため、プロジェクタイル(弾)が引き戻されます

この場合はコイルを太くすれば電流も大きくなり一瞬で流れるので効率がよくなります

この逆の容量が少ない時は、太くて巻き数が少ないよりも、細くて巻き数が多いほうが磁力は増します



次にコイルの全長ですが、短いほど効率は上がる傾向があります
しかしこれも限度がありますので最低でも2センチぐらいはあったほうがいいかもしれません

目安として、プロジェクタイルと同じくらいの長さが効率が良いと聞きます

また、コンデンサの容量が極端に多い場合は通電時間が長くなるので、コイルは長いほうがいいです

コイルの効率はこの全長によって左右されることが多いので重要です



続いてコイルのの巻数ですが、基本的に多く巻いたほうが良いです

が、極端に巻きすぎると抵抗が大きくなったり、磁力が大きくなりすぎて
通電時間が伸びて引き戻されるのでほどほどに

ですがほとんどの場合は多く巻いたほうが効率は上がるので、ちゃんとしたものを作るのならば
UEWは10mとかを買うのではなく、長さを自由に決められるリールの1kgなどを買ったほうが良いです



コイルを巻き付けるパイプですが、薄く丈夫で絶縁体であるものが良いです

コイルがプロジェクタイルに近いほど磁力は増し、コイルが多く巻けるので薄いほうが効率は上がります

ですが当然薄いともろくなります
だからといって入手性がよく丈夫なアルミパイプなどの金属を使うのはおすすめしません
渦電流というものが流れ、エネルギーが無駄に使われます

この場合は金属パイプに縦にスリットを入れると改善されるようです



これらのことをまとめると

・UEWの太さは1,0mm前後
・コイルの全長はプロジェクタイルと同じぐらい、または2~4cmぐらい
・巻き数はできるだけ多く
・薄めのアクリルパイプなどにコイルを巻く

コンデンサの容量が大きい場合
・UEWを太くする
・コイルの全長を長めにする(長すぎてもダメ)

コンデンサの容量が少ない場合
・UEWをより多く巻く
・コイルの全長を短くする


という感じです

コンデンサの容量なども大きく関わってくるので一概にこれがベストとはいえませんが
これを無視してかなり極端のものを作るのはちょっとどうかと…

実際のところ、コイルを少し変えたぐらいではほとんど効率は変わりません
ですが相性が悪いものだと結構な差がでます

何個かコイルを作って相性がいいものを探すのが良いでしょう

ついでに巻き方ですが、丁寧にしっかりと巻くと多く巻けて見た目も良いのでおすすめです
ニスなどを塗って固めながら巻くとやりやすいです



いや~長い
読むのも大変ですね




続いてコンデンサーについてです

コンデンサー

コイルガンの場合コンデンサーは基本的に作りません
というか手作りコンデンサーをコイルガンで使うなんて聞いたことがありません

普通は買いますので選び方を説明します

おもに基準はこれ
・コンデンサーの容量、耐圧
・金額

コイルガンの場合は電解コンデンサーをよく使うのでそれを前提にします

まず容量、耐圧ですが、基本的に大きいいほど高性能でエネルギー(Jをよく使う)を多く溜められます
が、そのようなものはサイズが大きくなり、高いです

エネルギーJは 静電容量×電圧の二乗 なので耐圧が大きいほうが効率が良いです

ですが電圧が高すぎてもスイッチ素子が壊れたり、昇圧回路を作り直さなければいけなくなるので
耐圧400Vぐらいを使用することが多いです

容量はなんとも言えません
多いほどエネルギーが増えますがコイルガンは「J」で計算することが多いので同じJでも
容量にかなりの差がでます

例えば ① 400V 1000μFと ② 100V 15000μFだと
①のほうが総エネルギーJは大きくなります

よって、おすすめの容量とかはありません
コイルガンの場合、少なすぎても多すぎてもダメです
実際に試して見たほうがいいです

また、コンデンサはいくつかつなげることで容量、耐圧を調整できます

直列につなげると耐圧が増えて容量が減り
並列につなげると容量が増えます

例えば 200V 1000μFを2つ直列につなげると 400V 500μFに
3つ直列につなげると600V 333μF

200V 1000μFを2つ並列につなげると 200V 2000μF
3つ並列につなげると 200V 3000μF

というように変わります
総エネルギーJはつなぎ方による違いはありません

ただし、直列につなぐ場合はいろいろ問題があるので2~3個までにしたほうがいいです
種類や耐圧、容量の違うものをつなぐのもやめましょう 

容量とコイルと効率の関係についてはすでに述べましたので省略

また、価格は主にJによって左右されます


よってまとめると

・耐圧は400Vぐらいがおすすめで高いほどコイルガンの威力が上がる
・容量は大きいほど入力エネルギーが大きくなるが、コイルガンの威力が必ずしも上がるわけではない
・J単価で安いか高いかを判断する


耐圧400Vで 680μFぐらいのものを何個かまとめ買いをしていろいろつないで試してみるのがおすすめ


ちなみにコイルガンでは
ふつうのもの(アルミ缶貫通できるぐらい)は100~200J
小型で効率重視なものでは10~50J
かなり大型のものでは1kJ~

というのがネットでよく紹介されています
参考にしてください




まだ続くよ



最後にスイッチ

トライアック
多段式コイルガン用三連スイッチ
写真の三本足の半導体がトライアック
その隣にあるのがファーストリカバリーダイオード



さて、スイッチなどについて

コイルガンは昇圧回路でコンデンサーに電気を溜め、それにコイルを繋げば撃てます
コンデンサーをコイルにつなぐ際、普通はスイッチ使いますよね

しかし、普通のトグルスイッチなどを使うと一発でスイッチが壊れます
直接コンデンサーの端子につないでも端子の部分が損傷します

つまり物理的な接触はダメということです
一応それでも撃てますがかなりうるさく、効率も悪くなります

そこでサイリスタやトライアックなどの半導体スイッチを使います

これらを使えば音もなく効率も良いです

使い方はググってください
そのほうがわかりやすいですw


一応説明すると、三本足は正面むかって左から


┃      正面     ┃
┃              ┃
 ━━━━━━━━━━
  ┃     ┃    ┃
  ┃     ┃    ┃
  ┃     ┃    ┃
  ┃     ┃    ┃
  ┃     ┃    ┃  
マイナス- プラス+  ゲートG

となっています(本当は呼び方違いますが)

三本足のプラスにコンデンサーのプラス端子をつなぎ
三本足のマイナスにコイルの片方をつないで
コイルのもう片方をコンデンサーのマイナス端子につなげます
そしてゲートGから三本足のマイナスに電気を流す(電池などで)とプラスとマイナスが導通し、撃てます


えっ、分からない?

だからググれと言っt(ry


一応汚い写真も貼っておこう
SH3L0067_convert_20120510221852.jpg
字が下手…
これならわかるよね?




また、コンデンサーに並列にファーストリカバリーダイオードを入れます

そうするとフライホールがなんたらかんたらでサージを吸収します
効果がほんとうにあるのかは見えないのでわかりませんが一応入れましょう

これもぐぐっt(ry


決して説明がめんどくさくなったわけではないんです
実は宿題に追われて少しあせってるとかそういうわけではないんですよ



説明はこんな感じです


全体の回路図を貼っておきます
2,

※フライホイールダイオードの位置が間違っています
 加速コイルに並列に配置するのが正しいです
 申し訳ありません


肝心の昇圧回路は別の記事を参照してください

スイッチって書いてあるところにはプッシュスイッチでも入れてください

ツェナー電圧になると発光ダイオードが光ります
ツェナーダイオードはツェナー電圧が合計で400Vぐらいになるように直列につなぎます

例えば、ツェナー電圧が一個40Vだったら10個直列につなぐ



あとサイリスタでもトライアックでもほぼ一緒です


パーツ一覧

・サイリスタまたはトライアック BTA41-600など
・ファーストリカバリーダイオード ER504など
・プッシュスイッチ
・コンデンサ 若松や鈴商で売ってる
・抵抗 33Ωと47kΩ 適当でOK
・ツェナーダイオード ツェナー電圧が合計が400Vぐらいになるように
・発光ダイオード 好きな色でOK 



とりあえずこんな感じで終わり
かなり長かった気がする

フレームはタカチのプラケースを適当にくっつけて
中に回路ぶち込めばできる

あとレーザーサイトをアクリルパイプにつけるとなんかいい
レーザーは秋月で500円で売ってる

んじゃまた
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