ぽんず製造所

当ブログの記事を参考にして行った事により、いかなる不都合が発生としても当方は一切の責任を負いません。全て各自の自己責任でお願いします。

レールガン

コンデンサ充電用小型昇圧チョッパ

以前開発した昇圧チョッパプリント基板化してみました。
現在実質凍結状態の携行型レールガン用に作りましたが、普通にコイルガンやその他高電圧実験系でも遊べると思います。
出力は以前と同じ200Wで設計して回路構成の変更等もありませんが、パワー素子とコネクタ以外はすべて表面実装化して小型化を目指した感じです。

DSC_1881

部品を詰め込みすぎてシルクが潰れてしまってるので反省

こいつはメインのMOSFETとダイオードにSiC製品を使う予定でいるんですが、壊すと金銭的ダメージがヤバイので、とりあえず普通のシリコンのダイオード・MOSFETで試作してみました。コイルも仮のものです。
動作テスト中の様子ですが、いい感じに動いてくれません。

DSC_1886

原因はスイッチング時のノイズでマイコンあたりが誤作動してたようです。配線パターンの設計能力のなさを感じる...
MOSFETのゲート抵抗を大きくしてスイッチングノイズが小さくなるようにしてみましたが変わらず...
ダイオードのリカバリ電流が悪いんでは?と思って思い切ってをSiCダイオードに交換してみると、完璧に動いてくれてました。SiCすごいです。やっぱチョッパ系にはSiCショットキー最適なんですねぇ
マイコン9,10ピンをショートしてるのは仕様です。仕様です。

色々実験してるうちにメチャクチャ汚くなってしまったので

DSC_1893

新しい基板で作り直して完成です。

DSC_1907

見た目はいいよね!だいぶ気に入ってる
サイズは46x25x21mmで出力そのまま従来の約1/4以下まで小さくなりました。
まぁ大体はインダクタがつよいおかげです。インダクタンスも低いもの(15uH)にして小型化できました。マイコンの裏側にインダクタがあります(えぇ......)ガチ設計者から怒られるやつや
あとはどうせ数秒しか動かさないしそんな大きいヒートシンク要らないだろーーーーとかいって小さめのヒートシンクを使ったからです。とかいって多分30秒くらい動かしちゃって熱くなって壊しちゃうんだろうな(池沼) ガバガバ設計すぎる。
MOSFETとダイオードは基板と共締めしています。。
コネクタはマイコンへの書き込みと動作状態などの通信を兼ねています。穴がズレてるのはピンヘッダを差し込んだ時ガバガバせずにちょうどハマってくれるというものです。ぐりにゃんから教えてもらいました。


それで出力テストしてみると、どうがんばっても設計出力より20Wも低い180Wしかでないんですよ
実験してデータを取ると、出力電圧が200Vくらいのときには出力は何故か250W出るのに、380Vまで出すと180Wになってしまうことがわかりました。

↓実際のデータ コンデンサは1250uF
時間t[s]電圧V[V]エネルギーE[J]出力P[W]
0.120025250
0.226343.230625216.153125
0.331361.230625204.1020833
0.435076.5625191.40625
0.538190.725625181.45125

このことから多分インダクタのインダクタンス不足で十分に電圧が出力できてないんだと思います。(まぁ設計段階から薄々気づいてた)
試しに大きめのコイルで試してみたら普通に200W出てくれました。
それとノイズを抑えるためにゲート抵抗を大きくしたので、ドレイン電圧立ち上がりがぬるくなって一番美味しいところがうまく出力できてないというのもあると思います。
そんなこんなで現状で200W出すのは諦めました。今度もう少しインダクタンスの高いものを買ったら実験しようと思います。



出力は180Wで良いとして、とりあえず連続で負荷をかけてみると、5秒後くらいにMOSFETが壊れてしまいました。
3回くらいやらかして、今使ってるMOSFETは20A定格で普通にスペックが足りてないことに気づきました...
ということで30A定格のものを付けました。
TO-220パッケしか付けられない設計になってるのにTO-247パッケのものを付けたかったので無理やり外付けしました。

DSC_1964

再実験すると10秒以上動かしても大丈夫でした。

コンデンサ充電テストの動画です。緑のLEDは電源ランプで赤が動作中を示します。



コンデンサは360V2.5mFで162Jです。
電源ON後、数秒後に動作開始し360Vで動作停止するというプログラムにしています。
約900msで充電完了してるので大体180Wくらいですね。
発振周波数は約100kHzくらいで可聴域外ですが、どっかが共振してるのかしらんけどうっすらチュイーンって音が聞こえます(えぇ...)

あとはMOSFETをTO-220な強いやつにすればきれいに収まってくれそうですね。いやSiCMOSFETは買ってあるんだけど、壊すの怖くて使えないんだよね...
普通のMOSFETでも220パッケで600V40A近くの定格のものもあるので今度買おうと思います。もうMOSFETじゃなくてIGBTでもいい感じもするね
あとインダクタだね 小型で大電流でインダクタンス高めなのって売ってるかなぁ

進捗があったらまた記事書きます。

多段式レールガン

多段式レールガンを作りました。方式はいつもどおりソリッド高オーグメント針金アーマチャです
携行型レールガンに搭載するレールガンの構造試験と多段式の試験を兼ねています

撃ったあとの写真しか撮ってません
片側共通レールの3段式です。オーグメントは共通レール側に接続してあります。
全長10cm 1段2cmです

Cpvf2geUMAAKEfe

1段200J*3段で合計600J入力です
音的にも見た目的にも音速を超えているようですがどうも弱いみたい

一回分解してレールを見てみました
3段式なので3箇所損傷跡がありますね

CpvfzV3VUAA6tdS


何度か試し撃ちをした後に、今度は弾速計をセットして速度測ったんですよ
そしたらヒビ入ってお亡くなりになった

CptEvrGWYAAPzcF

まぁ2.5mmアクリルだからね、しょうがないね
でもアクリルの厚さだけのせいじゃなくて
1段目で発生したプラズマが2段目で通電、アーマチャとレールに隙間ができたままになりさらにプラズマが発生
そしてその圧力でやられたというのもあると思います(思います)
それと2段目や3段目が放電しない時も結構あったので改善していきたいところです
不安定だったので多段化やめるかもわからんね 

一応初速は測れたので計算してみると

1

弱すぎィ!ただ初速に関しては爆発したから仕方ないと思われる
音速出したとしても効率1.2%ですよ流石にゴミすぎですよねぇ



話し変わるんですがNT用レールガンで、インダクタつけたりオーグメントの巻き数変えたり...など色々して効率あげようとしてたんですが
結果:何もしない方が強い
工夫してみた方は効率1%台で何もしなければ軽々2.5%以上出るんですよね(今回最高で2.95%くらいでました
これもうわかんねぇな

自動で弾を装填する奴②

Q. お父さんだと2度も会うのにお母さんだと一度も会わないのはなぁんだ_?

A. クチビル^^

自動で弾を装填する奴ですが新しい方式を思いついたので試作してみました。

こんなやつです。

Cm7gxqEUkAAOvBG

構造は図のようになっています。 

1

コイルに電流を流して磁力を発生さると、磁石部分(可動部)がコイルに引き寄せられます。
磁石は真ん中で極が反転しており、コイルで発生させる磁場の向きを変える(電流を逆にする)ことで、左右どちらの方向にも動かすことが出来ます。
リニアモーターっぽい感じか?


磁石部
某100均磁石が入っている

Cm7g17nVUAEX-io

コイル部

Cm7g0W9VYAALZDN
Cm7gy3RVYAA72Pj

コイルの見た目気に入っている。でもちょっと巻きすぎた感


動かしてみる



うまく動いてくれてます。(左右の何かは抑え)

しかし推進力(?)がちょっと弱め。これでは弾をうまく挿入できない可能性があります。
コイルの芯を鉄心にすればもうちょっと強かったかもしれません。
磁石を追加すれば十分な威力になったもののサイズオーバーしてしまいます。というかなにもしないでも既にサイズオーバー気味です。

というわけでこいつは没。
見た目とこのカシュカシュ動く感じは気に入ってるんだけどなぁ....

自動で弾を装填する奴

携行型レールガンですが、一旦設計図を白紙にして1から設計しなおしました。
満足できる形になりましたが今まで作ってた部分(例えばディスプレイ部とかチョッパとか) を改造や作りなおしなどをしないといけなくなりました。まぁそんなにそれほどでもないです。


先日は弾を自動で挿入する部分を実験用に作りました。(本番用じゃないです)
実験用なので雑だけど別にいいよね



見てもらえばわかりますがコイルガン等でよくあるソレノイドで押す方式のものです。 
今回作ったものは2つのコイルがついていて前後両方に動かせます。
うまく動いているようですのであとはちゃんと設計してちゃんと作ればいいですね

あとは色々実験してたのですが、レールガンの弾の挿入結構むつかしいかもしれないです。
トルクが足りなくて弾を押し出せなかったり、弾を1つずつ取り出せなかったりなど問題点山積みです。
トルクが足りない問題は手動挿入も可能なようにして対処すると思います。 その他はマガジンの構造等を工夫して解決したいと思います。

ポリカーボネートの耐久性

もう春休み終わっちゃうね
春休みはNT京都言った以外何もしてなくて寂しかったのでなんとなくレールガン撃ちました
んで、よしひさがポリカに撃ってみてとか言うから撃ってみました


まずはポリカではなくアクリルから

アクリル:厚さ3mm
入力:480J
推定出力:約10J 

CfQsIKeVAAAhrS8

簡単に割れました
同じ条件でポリカーボネートに撃ってみます。

CfQuT2GUIAAdl_P

すこーーし跡がついただけで全然平気です。さすがです。

入力を3.4kJにして撃ってみます。
推定出力:50~60J

CfQzFapVIAI9zZh
CfQzFj_UMAAhu0Y
CfQzHOFUUAAza_a

やっと歪みました
それでも貫通しないポリカ強すぎィ!

1.6mmポリカが発掘されたのでこいつも撃つ

CfQ-wILUAAAPfqb

貫通しました。

今度はアルミに撃ってみます。
厚さは2mmです。

CfQ2hQ2UsAAzskF

CfQ2h1cUEAA0bn_

貫通はしませんでしたが大きく歪んでます。
それで弾がアルミにめり込んでます。
もう少しで貫通しそうです。 
5000兆円欲しい!