- Nødvendige materialer
- Hvordan fungerer en spolepistol?
- Kredsløbsdiagram
- Opvikling af spolen
- Arbejde med Mini Coil Gun
Coil Gun, som mange mennesker tror (inklusive mig) er ikke bare et sjovt legetøj med et rør og få spoler rundt om det, der kan skyde projektiler til en bestemt afstand. Forskere ved Sandia National Laboratories mener, at en spiralgevær kan konstrueres til at accelerere partikler med en større hastighed, der er høj nok til at undslippe jordens tyngdekraft. Ja, du har hørt det rigtigt! Spolepistol kan muligvis bruges til at starte satellitter i fremtiden. Måske er der mennesker, der har prøvet det, og som også arbejder på det. Bortset fra rumapplikationer ser militæret også ud til at være interesseret i en anden form for spolepistol kaldet Rail Gun eller Railway Gun, der kunne affyre projektiler.
Alt dette fik mig interesseret i at bygge min egen version Coil Gun. Det er også så tilfredsstillende at lege med og se, at metalprojektiler springes ud af spolen ved et klik på en knap. Før vi begynder, vil jeg gerne gøre det klart, at dette projekt udelukkende er til uddannelsesmæssigt formål, så hvis du ønsker at bygge denne pistol til at undslippe den bølle på din gymnasium, skal du sandsynligvis besøge en psykolog. Projektet involverer også flyvende metalstykker og høje spændinger, så vær forsigtig, mens du arbejder med. Når det er sagt, lad os komme i gang.
Nødvendige materialer
- Kobbertråd (emaljeret)
- IR-sensor (hastighedsmålingstype)
- IRFZ44N MOSFET
- BC557 PNP Transistor
- 10k og 1K modstand
- 7805 Regulator
- 0,1 uF
- Trykknap
- Brødbræt
- Strømkilde (RPS)
- 9V batteri
Hvordan fungerer en spolepistol?
Det grundlæggende princip bag en spolepistol er, at en strømførende leder vil fremkalde et magnetfelt omkring det, hvilket blev angivet af Faraday. For at forbedre styrken af dette magnetfelt vikles den strømførende leder i form af en spole. Nu, når denne spole er drevet den producerer et magnetfelt omkring det, som er stærk nok til at tiltrække metal (eller andre Ferro magnetiske) stykker alias projektiler ind i det.
Et sådant arrangement vil kun tiltrække projektilet ind i det fra den ene ende, og når det når den anden ende, vil det igen blive tiltrukket inde i spolen, og således forbliver projektilet inde i selve spolen efter få svingninger. Dette skyldes, at projektilet bliver magnetiseret og fungerer som en magnet under processen, så så længe magnetfeltet er til stede, vil projektilet (magneten) kun have en tendens til at forblive inden i spolen. Men en spolepistol skal starte projektil ud af det, så vi skal bruge en sensor til at kontrollere, om projektilet har nået den anden ende af spolen, og når spolen skal slukkes, på denne måde vil projektilet bevæge sig med samme hastighed og flygte ud af spolen.
Det lyder måske simpelt, men kompleksiteten kan øges ved at bruge mere end en spole. Ved at bruge flere spoler kan projektilens hastighed øges, mens det passerer gennem spolen. En anden udfordrende opgave er at skaffe nok strøm til spolen. Spolen forbruger muligvis et sted mellem 5A og 10A ved 24V baseret på antallet af drejninger og tykkelsen på spolen. Så for at finde en så høj strøm bruger de fleste en stor kondensator til at håndtere det. Men i vores vejledning for at holde tingene enkle , bygger vi en enkelt-trins spolepistol og driver den med en RPS-enhed.
Kredsløbsdiagram
Det komplette kredsløbsdiagram for denne Single Stage Coil Gun er vist på billedet nedenfor.
Som du kan se, er kredsløbet ret simpelt. Hovedkomponenten i kredsløbet er selve spolen; vi vil se, hvordan vi bygger det i næste overskrift. Den spolen er motoriseret, danner en 24V forsyningsspænding form vores RPS, forsyningen styres (slået) gennem en N-kanal MSFET IRF544Z. Transistorens portstift trækkes ned gennem en 10k-modstand (R1), og dioden D1 bruges til at omgå omvendt strøm, når spolen aflades.
MOSFET er N-kanal, og derfor forbliver den slukket, indtil en gate-tærskelspænding i dette tilfælde tilføres 5V til gate-stiften. Dette gøres med en trykknap gennem en PNP-transistor (BC557), når der trykkes på knappen, forsynes 5V til portnålen på MOSFET, og spolen tændes. Dette tiltrækker projektilet og skubber det gennem den anden ende. Så snart projektilet når den anden ende, IR-sensorenvil fornemme det og sende et 5V signal til basestiften i PNP-transistoren gennem 1K strømbegrænsende modstand. Dette åbner transistoren, og derfor vil 5V til MOSFET blive afbrudt, og spolen vil også blive slukket. Derfor vil projektilet flygte ud af spolen og lanceres. 5V til at drive IR-sensoren og udløse transistoren og MOSFET reguleres af en 7805 spændingsregulator IC fra et 9V batteri.
Opvikling af spolen
Som fortalt tidligere er spolen den vigtigste komponent i dette kredsløb. Inden du begynder at vikle spolen, skal du beslutte, hvad der er din projektilstørrelse, i mit tilfælde bruger jeg en skruetrækkerbit som projektil. Men du kan vælge alt, hvad der har ferromagnetiske egenskaber. Efter at have valgt projektilet skal vi vælge en hulrørlignende struktur, der er lige nok til at glide projektilet, selvom det uden megen friktion. Jeg forsøgte at bruge en tom påfyldningspen, og det fungerede godt for mig. Du kan vælge en ud fra størrelsen på dit projektil. Derefter kan længden på den cylindriske bund være op til 5 cm. Endelig køb også emaljeret kobbertråd af medium tykkelse, min er 0,8 mm tyk.
Når du har samlet alle dine krævede materialer, skal du afspille din yndlingsafspilningsliste og begynde at vinde spolen oven på din cylindriske base. Sørg for, at viklingen ikke skubbes sammen og ikke løsner sig let. Efter finbinding af det første viklingslag kan du bruge et isoleringstape (elektrisk tape) til at fastgøre det på plads og derefter begynde at vinge det andet lag oven på det på samme måde. Bemærk, at du altid kun skal vikle spolen i en retning, hvis du er startet fra venstre mod højre efter at have nået slutningen for det første lag, start igen fra venstre for at vikle det andet lag. Du kan gentage dette trin, indtil du når 5-7 lag. Jeg lavede omkring 6 lag med hvert lag ca. 60 omdrejninger. Mit spolearrangement ser sådan ud som vist på billedet nedenfor.Jeg har brugt to 3D-trykte diske (hvid farve) bare for at sikre spolen på plads, de er valgfri.
At arbejde med spoler er altid udfordrende, og man skal vikle det korrekt for at fungere korrekt, som i Tesla Coil Project, får mange mennesker ikke det korrekte output på grund af forkert spolevikling.
Arbejde med Mini Coil Gun
Efter opbygningen af spolen kan du fortsætte med at forbinde den til resten af spolepistolens kredsløb. Husk, at spolen kan forbruge så høj en 5A, og derfor kan spoledelen ikke bygges på et brødbræt, fordi brødbrædder normalt kun er klassificeret til 500mA. Så du kan enten bygge det komplette kredsløb på et perf-kort ved at lodde komponenterne eller følge en grov måde at lodde de høje kraftledninger direkte på gennem et brødbræt, som jeg har gjort som vist på billedet nedenfor.
Som du kan se, får spolen strøm fra de regulerede strømforsyningsklemmer (alligatorklemmer) gennem en mosfet, hvis ben er direkte loddet til ledninger. Mosfets portstift kræver kun 5V, og det føres derfor til brødbrættet, hvor det resterende kredsløb inklusive spændingsregulator, transistor og switch er bygget. Den breadboard er drevet af 9V batteri selvom batteriklemmer.
For at teste spolepistolprojektet skal du blot sætte metalstykket inde i spolen og trykke på knappen på brødbrættet. Dette skal starte projektilet uden for spolen. Sørg også for ikke at trykke på knappen kontinuerligt, da det vil aktivere spolen igen efter projektilet er startet og kan beskadige spolen permanent. Den komplette bearbejdning af projektet kan findes i videoen.
Håber du bygger projektet og fik det til at fungere. Hvis du har spørgsmål, kan du efterlade dem i kommentarfeltet nedenfor eller sende dem på vores fora for andre tekniske spørgsmål.