ぽんず製造所

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VVVFインバータを搭載した乗り物

VVVFインバータと三相誘導電動機を載せた乗り物を作りました。
レールの上走るやつ作ってみたかったけどレール引くスペースなんて無いんで台車のように普通にタイヤにして色んなところ走れるようにしました。そのおかげで、電車なのか台車なのか電気自動車なのかよくわからない"乗り物"が出来ました。

動画です。
学校で作った関係でこれくらいしかネット上には上げられないのです...


京急新1000形風の音にしてみました。減速も音階なのは仕様です。

電源は12V鉛蓄電池を4直にして48Vとしています。そこから昇圧チョッパを用いて280Vまで昇圧、VVVFインバータを通して三相誘導電動機を回す構成になっています。電動機は1.1kWのものでそれなりにパワーがあり、加速が思ったより強くて楽しいです。ちなみにチョッパは一応1.5kWで設計しました。

運転台(?)にはマスコン、速度計/ノッチ表示、VVVFパターンの設定、非常停止スイッチがあります。
マスコンはロータリースイッチと3Dプリンタで作ったギアを組み合わせていい感じにカチカチ操作できるようにしてみました。楽しい。
VVVFパターンの設定というのは予め用意されたパターンをロータリースイッチで切り替えできるようにしました。その日の気分で色々な電車の音を楽しめます。
速度とノッチの表示機はこんなん。バーLEDを無駄にフルカラーにしてみたり。
Point Blur_20180401_001012

まぁあれですこれは作りたいから作った要素しかない作品です

NT京都2018に出展してきました

今年もNT京都に出展してきました。
毎年おなじみのお茶の間レールガンの他にVVVFインバータも展示してきました。

こちらはレールガン
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ぐり氏の出展物が鉄道関連なので連動させてみようぜーwwとか言うノリで、インバータはぐり氏の出展スペースに置かせてもらいました。
vvvfinv

今回射撃したレールガンの弾です。
写真には41発しかありませんがTwitterにて1発床に落ちてたとの報告をもらって、合計42発撃ったようです。
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レールガン発射時の画像(撮影:ぐり氏)
発射1
発射2

来場者の方、NT京都関係者の方、ありがとうございました。

LNK304DGを使った非絶縁小型電源

IHの電源を商用電源にするにあたって、制御用/ゲート用電源を別途用意する必要がでてきました。大した電源容量はいらないので安価で簡単に作れるというものを目標にして秋月を漁っていると、LNK304DGという電源ICを見つけました。機能は少ないですが、まさに安価で簡単に作れるのでちょうどいいです。
非絶縁の降圧チョッパなICですが、IHでは特に絶縁する必要もないのでこれでも問題ないでしょう。実際市販品も同じように非絶縁の電源積んでましたし。
LNK304DGの他に、より高機能(?)なFSD210Bというのも見つけましたが、これはどちらかと言うとトランスを使った電源用なんだと思います。

色々ぶっ飛ばして完成
DSC_2411
ICは基板の裏に載ってます。
回路はデータシートに載っていたもののまんまです。あ、でも出力電圧は16Vくらいになるように調整しました。
右のテスターが入力電圧、左が出力電圧です。
色々負荷かけてみましたが特に問題なさそうです。
用途は限られてくるかもしれませんがなかなか使えそうなICですね。

自動二次コイル巻き機

もう1年近く前になりますが、自動二次コイル巻き機を作りました。記事書いてないことを思い出したので今書きます。

テスラコイルはあの二次コイルを作らなければもはやテスラコイルとして成り立ちません。
でもコレを巻くのは非常に面倒で大変。1000回くらい巻かなければいけません。
ということで自動でコイルを巻いてくれる装置を作ってみました。
今までも電動ドリルの先に塩ビパイプを取り付け、半自動で巻けるようにしていました。
しかし、巻いてる時の調整は手で行わなければいけませんし、巻数もカウントできません。巻数は使った銅線の重さを量る、または巻取り長を測って線の直径で割ることで大体の巻数は算出できますが、スキマや誤差で正確には測定できません。
そこで、巻数をカウントできて、調整も自動でしてくれる、というのを目標にしました。

まず。正確に巻数をカウントするために、今回は巻取り用モーターにステッピングモーターを用いることにしました。DCモーターでもいいですがフィードバックが必要になると思います。
次に、線を巻いていくと巻くべき場所が移動するので、巻く場所を調整する必要があります。
これも正確に移動させる必要があるので同じくステッピングモーターにします。

そんでもって適当に回路を作りました。

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左から、制御回路、モータードライバ基板、ステッピングモーターです。
制御回路には秋月の福箱から出たものを使ったり、部品箱の奥底にあったものを使って、極力お金をかけないようにしてみました。部品の消化にもなるし
モタドラはなんだか大げさですが、学校に大量にあったICをいくつか頂いてきた(許可済み)ものなので文句は言えないです


次に巻き取るところを作りました。

DSC_1100

真ん中にコイルをセットします。 
一応最大40cm程度のコイルまで巻けるようにしました。右側の板は下のアルミ棒に沿って移動できるようになっているので任意の長さで調整できます。

巻線を自動送りするところも取り付けました。ネジ送りになっていて細かな移動が可能なはずです。

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これは巻線を掴む部分です。
こんな感じで線を通したらフタで挟み込みます。

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布を使ったのでいい感じに線を摘んでくれます。ネジで挟み具合を程よい感じに調整することも出来ます。ピッピッって糸が張る感じです。



さて、この時点でハードはほぼ完成なのでテスト用プログラム書いて動かしてみました。
この時ステッピングモータは二相励磁で動かしていて、その分解能が低かったためか、モータが思ったよりガクガク動いてあまりよろしくありませんでした。
そこで、マイクロステップ駆動というものでもっと細かな制御をすることにしました。電流値を細かく制御するらしいのですが、マイコンで制御するのは大変めんどくさそうなので専用ICのTB6608FNGつ使うことにしました。

制御基板のLCDの裏は空きスペースとなっているのでそこに実装しました。

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結構発熱しそうだったので銅板貼っつけてその上にIC載せました。配線はUEWでやりました。
そしてその上にクールスタッフ貼って放熱はバッチリです。(結局、実際動かしてみると思ったより発熱しませんでした...)

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結果として制御基板とMDが合体して1枚になり、ステップ数も細かくなり、モータの制御も楽になって一石三鳥です。
ついでにDCジャック付けました。

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基板を取り付けて完成です。

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全体的にかなり雑な作りなのは、急いで作りたかった・安く済ませたかった・まぁでもそれなりに使える、を求めた結果です。許して


ソフトはこんな感じになりました。



turnsは巻いた数、densityは巻取り間隔です。横の矢印は巻く方向とかです。
RotationModeはコイル側だけ回します。ニス塗りのときに有用です。MovementModeとかは送り位置の調節とか用です。


VU管とはこんなの作って連結します。

DSC_1145


試しに巻いてみました。途中で間隔を変更しながら巻いてるのでこんな感じになっています。

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本番用コイル(約800巻)を巻いてみました。動画は40倍速にしていますが本当は約10分かかりました。



出来たやつ
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782回巻いたらしいです。
DSC_1184

キレイに巻くにはどうやらセッティングにコツがいるようで、それまでUEWを結構無駄にしてしまいました。あまりにも雑に作ってしまったので精度の悪さや歪みなどがあり、その影響もあると思います。
しかし手巻き/半自動巻よりかだいぶ楽に制作できるようになったので良かったです。

3Dプリンタを使ってみた

VVVFインバータで音楽を演奏してみました。



制御ボードをPCに接続すると、MIDIデバイスとして認識され、MIDIの演奏ができます。

MIDIVVVF

原理としては搬送波の周波数を変えているだけです。ドレミファインバータの音を音楽でやってるようなもんです。
とりあえずやってみたかっただけなのでピッチベンドとか入れてないし3和音までしか出せません。まぁ和音は音が汚くなったり、音が出にくくなってしまうようなのであまり良くはなさそうですね。


さて、学校に3Dプリンタがありまして、教員にお願いしたら使わせてもらうことが出来ました。
とりあえずテスト印刷してみました。

DSC_2320
DSC_2322

うまく出来てるようです。
普通に使えそうなことがわかったので、三相モータの軸に装着する何かを作ってみました。

motor

結構ピッタリハマって気持ちがいいです。フル回転させると遠心力でぶっ飛んできそうで怖いですがまぁなんとか大丈夫みたいです。


レールガンのマガジンも試作してみました。以前もマガジンを試作してみましたが、安定性がなさすぎて使い物になりませんでした。3Dプリンタならば複雑な構造のものでも作れるので、小型で安定なものを作ることが出来ました。

DSC_2353


バネでスライド部が押されて弾が安定するようになっています。そして外部から棒で押してやると1個ずつ出てくるようになっています。
3Dプリンタ特有の凸凹でスライドとかは厳しいかな?と思いましたが出来なくもないようです。
前のものと比べるとかなり良くなりましたが、まだ改善できる箇所がありそうです。
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