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。

コイルガン

回生型コイルガンの現状

今のところ回生コイルガンの制作を一時中止していますが、どこまで作ったのか自分が忘れそうなので書いておきます。

まず、一番めんどくさがっていたフレーム類を大量に作りました。
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これでも大まかなところしか作ってない上、作ってみてから発覚する設計ミスとかでまだまだ部品を作る必要があります...。
とにかく、大体の形にはなるので実験しやすくなりました。

フレームができたのでマガジンをはめてみました。
  

マガジンから弾を押し出すソレノイドとか。

マガジンと弾とバレルの位置を合わせる部品を3Dプリンタで作りました。
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ついでにこの部品に光センサをつけて弾切れを検出できるようにしました。
白いと光センサが反応してしまう恐れがあったので中を黒く塗りました。
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シャットダウン機能実装して遊んだりしました。まぁ安全に電源を切れるので実装して損はなさそう。
※OKが0Kになってるのは単純にミス

それと、試作マガジンから得られた問題点を改良した本番用の新しいマガジンを作り中です。
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フレームに組み込んで発射できる条件は揃ったので撃ってみると
まぁ発射できなくはないんだけど、威力が低すぎなんですわ、試射したときに16m/sくらい出てたのが5m/sくらいしか出てないんですよ。
マガジンのバネの押す力が強くて弾を押さえつけちゃってるのが原因でうまく加速できてないみたいです。
というか発射できるのはまだ良い方で、そもそも弾を押し出せないというときのほうが多いです。
発射したらしたで、次の弾が上がってきたときソレノイドの押す部分を押さえつけちゃってソレノイドが戻らないという事態が発生しました。

というわけで、戻す用のソレノイドをもう一つ追加してみました。対象に配置してピンははんだ付けで合体...。
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それに伴ってソレノイド周りやサブ基板の改造などを行いました。

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確かに戻るようにはなったのですが、やはりどうしても押す力が足りないようでした。いろいろ調節したんだけどねぇ

パワーが足りないなら電圧をぶち込んでやろうということで、試しに定格の二倍の24Vで動作させてみました。
結果、かなり良好に動いてくれました。
問題点として、ソレノイドがかなり発熱することと、24Vを得るために別の昇圧回路が必要なことです。
発熱はまぁ......最短時間で動かせばなんとかなりそうだし、昇圧回路はスペース的な不安はあるけど多分大丈夫なのでまぁいけそうです。

これでうまくいかなかったらどうしようかね モーター使うかね

回生型コイルガン-グリップ部制作とマガジン試作

グリップ部を作っていきます。

アルミ板を切り出しました。
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トリガ用のアクリル部品も作っていきます。削るのめんどくさすぎやろ
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その他アクリルとかも切り出してトリガ用のスイッチとか用意して
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完成です(適当)

なんとなくトリガが光ります。
使ったスイッチの押し心地が好きすぎてトリガに直接使ってしまったのでほとんどストロークがないです。
角を丸くしたおかげで持ち心地は悪くないです。



次にマガジンを試作してみました。試作ってことでやすりがけもしてないです。基本構造は先駆者様のパクリです。

今回初めてアクリル接着剤というものを使ってみたのですが、思ってたより頑丈に接着できて良いですね。
バネは0.9mmのピアノ線をペンチで曲げて作りましたがちょっと強すぎかもしれません。
基本的には動作OKという感じでしたが色々な改良点が見つかりました。まぁそのための試作なので良いんだけど。

回生型コイルガン-サブ基板

操作ボタンとディスプレイを載せたサブ基板作りました。

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ディスプレイには白のOLEDを使ってみました。
またこの基板にはトリガボタンや弾丸検出センサも接続する予定です。
メイン基板とサブ基板はUARTでデータをやり取りします。

コンデンサに貯められた電圧とエネルギーを表示してみました。

この表示は気に入ってる(けどテストだから後々変える)


ソフトウェアの方も少しずつ進めています。
今まで通電時間は定数で指定していましたが、変数で設定できるようにしたり、コイルの端から端への移動時間を測れるようにしました。

で、うまく測れるか試すために試射をしてみましたが、どうもセンサがスイッチングノイズの影響を受けて誤作動してしまうようで、正常に動作してくれませんでした。
そんなワケで、試しにマイコンの入力ピンにRCフィルタをくっつけてまた撃ってみたんですよ、

そしたら
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おわかりいただけただろうか
なんと跳弾した弾がちょうどバスとMOSFETのドレインに当たってショートしたんです...
そのMOSFETはONになっていたのでMOSFETには過電流が流れるわけで、当然素子死亡...巻き添えでゲートドライバも死亡しました...
誰かが跳弾でモニター割ってましたしちゃんと安全確保しないとだめですね

基板を修理しましてリトライすると正常に測定することができました。

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一番最初の0はエラー番号(何かエラーが発生した場合0以外の数字になる)で、その後ろの数値が測定値で、1段目の最初から1段目の終わりまでかかった時間、2段目、3段目といった具合で表示しています。
数値が小さいほどかかった時間は短い、つまり弾速が速いということになります。
画像の数値では段が上がっていくほど値が小さくなっているので、どんどん加速されてることがわかります。

そろそろコイルガンのフレーム作らないといけないけどどうも気が乗らないんだよなぁ...

回生型コイルガン-試し撃ち

3Dプリンタでコンデンサホルダーとなる部品を印刷しました。
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適当にアルミアングルでフレーム作って組み立ててみました。
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いい感じですが思ったより重かったです...

さて基板もコイルも完成したので動作試験をしてみました。
まずは単段で。
水色:ローサイドMOSFETゲート電圧
黄色:ローサイドMOSFETドレイン電流
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電流は20Aくらいです。とてもいい感じです。試作回路での試験では電流の立ち上がりが鈍ってたのに対し、今回は直線的です。加速コイルのR成分をできるだけ低くした甲斐がありました。

多段で動かしてみました。最初のパルスが1段目、次が2段目、その次が3段目といった感じです。
今回の回路では通電時間のみならず、電流量も自在に変えられるので、画像のように各段異なる電流で動作させることができます。
ちなみにこれは初段では低電流でゆっくり加速、最終段では弾が速く加速時間が稼げないので電流をたくさん流して一気に加速...なんてことができたらいいなーーと思って適当に設定したパラメータです。
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こんな感じに動作中に電流量を変える事もできます。
RIGOL Print Screen2018-08-04 2_44_16.919

紫はコンデンサ電圧です。"回生"なのにあんまり回生って感じはしないですね...
(水色は3段目MOSFETゲート(あんまり関係ない))

コンデンサ電圧が低いと回生してるのが見えてきます。
RIGOL Print Screen2018-08-03 23_28_25.424

今度は実際に撃ってみました。


動画のような感じです。
適当に設定したパラメータの割にはいきなり効率10%超えという結果を出してくれました。
実はこのコイルガンは自動で最適な通電時間を設定する学習型を前提に作ってあり、後々そのプログラムを実装したいと思います。これがうまくいったらどのくらい効率が上がるのか楽しみです。

回生型コイルガン-加速コイル部の制作

"コイル"ガンという名前がつくほど重要なコイルを巻いていきます。

まずは巻く部分となるボビンを作ります。アクリルを切り出したり穴を開けたりして部品を作っていきます。
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巻線には0.65mmのPEWを使おうと思います。
よくあるコイルガンでは、コイルの電流がスイッチング素子の定格に収まるように、巻線を細くして抵抗を稼いで電流が流れすぎないようにしています。しかし、今回のコイルガンではスイッチングにより電流量を制御をするので、コイルの抵抗はどうでもよく、むしろ抵抗はただの損失にしかならない上に電流の立ち上がりも遅くなってしまいます。
そんなわけで抵抗値を小さくするために太い線を巻きたい......しかし巻き数を稼ぎたいので細いほうが良い...ってのを繰り返して結局0.65mmになりました。宣伝ですが自分のHPの計算ツールで設計しました。
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はい巻きました。
なんかサラッと書いてますがこれめっちゃ時間かかってます。巻いてる最中ずっと銅線あたってたところの皮が切れて痛かったです。
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約400gあります。めっちゃ重い。
きれいに巻いたつもりですがコイルの両端の部分が汚くなってしまいました。コイルの巻き始めの部分が原因のようで、ボビンを工夫したら解決できそうな感じでした。今度巻くときの教訓にしておきます。
コイルの抵抗値は設計通り約2Ωほどに収まってくれました。

ここでセンサ基板を作りました。フォトリフレクタ式のセンサです。
パイプの片側にLED、もう片側にセンサのようにものが多いですが、このほうが楽に作れるのではないかと思います。
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センサ基板とコイルを合体して加速コイル部は完成です。
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