ぽんず製造所

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FBTプラズマスピーカーを作った

フライバックトランス(FBT)を使ったプラズマスピーカーを作りました。

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プラズマスピーカーとは、放電により空気が熱せられ膨張することを利用したスピーカーです。
一定の放電では空気の膨張は一定なので音は聞こえませんが、放電の強弱によって"音"を表現することが出来ます。

AC100V入力にしたのでコンセントから直接電源を入力できます。
放電距離は最大25mm程度です。
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回路図です。ここには載せていませんが実際は整流・平滑回路、ノイズフィルタなどもあります。
555FBT

回路図中に大まかな動作説明が書いてあります。
事前実験時、1次コイルにある程度の電流を流さないと放電しないという現象が発生したため、PFM動作としました。1パルス当たりの電流は一定で、そのパルスの密度を変えることで放電に強弱をつけます。
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(黃:ゲート、青:FBT1次電流)
また電流を見てスイッチングする方式なので電源電圧の変動に影響されず、50Hz/60Hzのリプルはノイズ音として乗りません。

基板はB基板1つに収められました。
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筐体は適当なアクリルを使って作りました。接着が下手なので練習も兼ねて全部接着で作ってみました。
放電は風に影響されまくるので周りを囲って風よけにしました。高電圧で触ると割とマジで死にそうなのでガードも兼ねてます。
風よけは曲げ加工をしてみましたがいい感じです。


それと今回放電電極の形状を工夫してみました。
放電には、ある程度電極の距離が近くないと放電開始せず、一度放電すれば距離を伸ばせるといった特性があります。
しかし放電開始しなければ元も子もありませんので、結局(固定された電極では)放電開始時の短距離での動作するしかありません。
放電距離が長ければ音が大きくなりスピーカー的には有利ですが、上記のような理由で放電距離は伸ばせません...。
う~~~~~んコレはもったいない!!!ということで電極をこんな形状にしてみました。
まず、電極間距離の短い下のほうで放電開始します。その後、放電は熱いので上に行き、自動的に放電距離が伸びるという仕組みです。
コレのおかげで放電開始は8mm程度ですが最大25mm程度まで伸ばすことが出来ました。
あと放電がゆらゆら動くので見てて楽しいです。

動画


めっちゃ音質悪いでしょ
原因として、変調周波数が可聴域の部分があるためです。
まぁそれは仕方ないとして、思ってたより低音域がよく聞こえます。
んーあと全体的に音量が低いかなぁ...放電距離がそんなに無いのでこんなもんなのかもしれません。

音質改善を目指してPWMでの動作も試してみましたが、不慮の事故により回路を壊してしまったので改良は先になりそうです。壊れる前に聞いた感じはかなり改善できてるみたいでした。

3レベルVVVFインバータを作った

Twitter上で最近またVVVFインバータを作るのが流行っているようでしたので、自分もインバータを作ってみました。他の方は2レベルを作っていたので、自分は3レベルインバータで対抗しました。

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個人での3レベルインバータの作成例が見つからずいろいろわからなかったので、とりあえず試作ということで手探り状態(?)での制作となりました。
そんなわけで基板の無駄が多く、また別基板があったりしてキレイに収まってません。
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真ん中がメインのインバータ基板です。左が倍電圧整流回路で、コンセントから141Vと282Vを生成します。右が制御用のマイコンボード(Nucleo)といつもの操作ボタン。

後ろ側
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回路構成はT-NPCです。
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とある人から大量に絶縁DC-DCコンバータを頂いたので使ってみようということで贅沢に使っています(でも絶縁電源使わなくても作れるし、使いたかっただけ感...)。絶縁DCDCとゲートドライバ付きフォトカプラ(TLP250H)でパワー部と制御部は完全に絶縁されています。やっぱりこの方式だとGDTやブートストラップ方式と違って楽にゲートドライブできていいですね。

基板についているICはマイコン(PIC16F18325)です。禁止入力保護、相補波形生成、デッドタイム生成を行っています。制御ソフトのミスによる回路の破壊防止と、ソフトの単純化・軽量化が目的です。
パワー素子が無駄に強いのを使っているのはそれしかなかったから。スペック不足で飛ばすよりはいいかな...。

あと一番やべーのが、スナバあたりの設計がよくわからなかったので、スナバレスにしている(になっている)ところです。素子のターンオフをめっちゃ遅くして過電圧の発生を抑えています。
ちなみに緑のスナバコンっぽいのはスナバコンとして機能してません


東武30000系風のデータを作って回してみました。
非同期の周波数が上がる直前の捻れるような音が好きです。


オシロの下の黄色と青の波形が相電圧、上の紫が線間電圧(オシロ内で計算)です
ちゃんと3レベルやろ?

というわけで3レベルVVVFインバータを作ることが出来ました。次作るとしたらもうちょっと綺麗にまとめて作れたらいいなと思います。続きを読む

WS2812Bを使った3*3*3フルカラーLEDキューブ

LEDキューブを作るとなると、単色ならまだしも、通常の4端子RGB LEDだと配線が面倒なことになってしまいます。
そこで登場するのがWS2812Bです。WS2812Bはデータを送って点灯できるマイコン内蔵型のフルカラーLEDです。デイジーチェーンで接続できるので複数のLEDを1本の信号線で制御することができます。つまりこいつを使うと配線が非常に楽にできるわけです。(WS2812Bの使い方や詳細は他所をご覧ください...)
今回はそのWS2812Bを使ってLEDキューブを作ってみました。
WS2812Bをキューブに使ったらどんな感じになるのか、表面実装タイプのLEDでもいい感じに見えるのかなど、試験的に作ってみた側面が大きいです。

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USB電源で駆動でき小型で手軽に動かせます。


回路自体はこんなに簡単です。
マイコンにWS2812を繋げてるだけです。あと電源とか。
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マイコンはPIC16F1705です。WS2812B系のLEDはデータ波形生成がチョット大変ですが、PIC16F1705のペリフェラルを使うことで簡単に生成できます。詳細はこちらをご覧ください。
表示させたいデータを適当に作ってSPIにぶん投げたら点灯できます。


特に書くこともないので制作風景を載せておきます。

スズメッキ線にLEDを直接はんだ付けしていきます。
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3枚(?)作ったら試験点灯をさせてみます。
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点かなくて草
どうにもWS2812B系はハンダの熱に弱いらしく壊れてしまうようです。熱でパッケージが膨張して中のボンディングワイヤが切れるらしい。まぁ今回はずいぶん前に買った在庫品や中古品を使ったというのもありそうです。
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壊れているLEDを交換し全点灯したら
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立体的に組み上げていきます。ちなみにここでもハンダするのでLED壊れました ブチギレ
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点いた。
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ちなみにここまでで10個くらいLED壊しました。半田鏝の温度低めに設定してたのに。クソLEDだな
なおめんどくさかったのでLEDにパスコンは付けてないです、皆さんは付けましょうね(

マイコンを載せたりする基板は目立たないようにマジックで黒く塗りました。
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LEDと各部品をはんだ付けしました。あとケースと合体用のアクリル部品とかも付けた。
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ケースは黒のスモークアクリルを切り出し、アクリル用の接着剤を使って箱状にしました。
接着下手クソなのでズレました。下手クソ具合は完成写真でもよくわかります、接着面が汚いです。
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USBコネクタ用の切り欠きとか。
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ケースと基板を合体して完成。黒スモークアクリルのおかげで、点灯してないときは黒い謎の箱、点灯するとLEDが浮き出てきていい感じです。
あっあとアクリルに反射してLEDの数が少ない割にいっぱい点灯してるように見えていいね(?)


良いインテリアが出来て良かったです。

NT京都2019に出展してきました

今年もNT京都に行ってきました。
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行きはぐり氏と一緒に一旦新幹線で浜松へ。
静岡といえばさわやかということで食べに行きました。
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初めて食べましたがめっちゃうまい!これはまた食べたくなりますわ

その後R氏と合流。
Rがコイルガンをかっこよく撮ってくれました。
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いいなぁカメラ



翌日、車でNT京都会場へ。
NT前夜祭では爆光会や演奏会をしました。
爆光会では、自分の300WLED投光器やよしひさ氏のLEDライト、FET_EL氏の街路灯が屋上で光ってました
街路灯とかなんなんって感じだし緑に光ってるしおかしい(褒め言葉)
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採光窓から爆光を入れて点滅させて迷惑かける遊びしてました すいません

(ぐり氏撮影)

演奏会は会場に集っていた自作楽器で演奏してみたというものです。
集まった楽器は
テスラコイル・電磁接触器ドラム(domino氏)、トイピアノ(ゆー氏)、HDD6台(Tomorrow氏)、HDD3台(たんく氏)、ブラシレスモータ(HanDen氏)、鍵盤ハーモニカ(ねずみ氏)、VVVFインバータ(自分、FET_EL氏(三相誘導電動機提供))
です。
これはすごかった




さて当日は普通に出展してました。
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自分はレールガン、コイルガン、LED投光器を展示していましたが、コイルガンが一番人気でした。
かっこいい!って言ってくれて嬉しかったです。コイルガンを見るためにNTに来たって人が何人もいてびっくりしました。ホントに嬉しすぎます。
あと自作レールガンを持ってきて見せてくれた中学生君見てますか?見た感じは悪くなさそうですし良い感じなのでそのまま頑張ってほしいです

DJ⑨氏がコイルガンを持ってR氏が良い感じに撮ったやつ。かけぇ...
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他の方の展示は忙しかったのであまり見れなくてちょっと残念感(チラチラ見てたのでまぁ...
自分の隣で展示していた海苔巻氏の超電導体は見れました。
よくテレビとかで見るやつですが実物を見ると不思議で面白かったです。


それと突如yasu氏が現れてエグゾーストキャノンを見せてもらいました。
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やべえ.....これが実物...!!!ほんとにかっこいい


後夜祭では超電導実験に使っていた液体窒素のあまりを処分するために爆発させたりしてました。
お湯にエキチぶっこむとこうなるみたいです。爆発後の煙がしばらく漂ってて雲海みたいで美しい...
あとは一度溶かしたアイスをエキチで瞬間冷凍して口溶けの良いアイスを作ったりしていました。たしかになんかちょっと違う感じがしました。
こういうバカなことを出来るのはNT京都ならではです。とてもいい経験になりました。




翌日は名古屋で観光をしました。
リニア鉄道館。
鉄道の仕組みや構造についてわかりやすく解説されていました。実物があるのが良いですね。
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中部国際空港。航空オタではないのでよくわかりませんが、ちょっと珍しいらしいドリームリフターという飛行機が2機もいました。飛行機の羽などを運ぶ飛行機らしいです。こんな形でよく飛ぶわなぁ
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で、”偶然にも”離陸する瞬間を見ることができました。詳しくないとは言えうれしかったです。
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写真はぐり氏撮影。
自分のスマホカメラじゃダメだわぁ


帰りの新幹線では録るのが難しいらしいVVVF音を録音することに成功。電磁波マイク、いわゆるモハラジオ録音です。
とはいえVVVF以外のノイズがバリバリでなんかよくわからん感じになってる。もっと録りやすい席もあると思います。



という感じ今年のNT京都は終了。今年はいろいろ濃かった気がします。楽しかったです。
来場者の方、出展者の方、お世話してくれた方、そして一緒に行動したぐり氏R氏、ありがとうございました。

NT京都2019に出展します

タイトルの通りです。
今年のNT京都にはレールガン、コイルガン、300W-LED投光器を出展予定です。

レールガン
いつものお茶の間レールガンとか言ってるやつです。実演ありです。
発射2


コイルガン
この前完成したやつです。
自由に触っていただけるようにするつもりですが、技術的問題と安全上の問題から射撃自体はできません。射撃できないだけでディスプレイの表示とかは実際と同じように動きますので雰囲気だけでも味わってほしいです。
回生型コイルガン


300W-LED投光器
ちょっと前に作ったやつです。作っただけであんまり使ってないのでおまけ出展です。
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NT京都2019は、2019/3/24(日)に西院春日幼稚園にて開催されますので是非お越しください。
詳細は公式サイトにて確認をお願いします。
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