- Material som krävs
- Hur fungerar en spolpistol?
- Kretsschema
- Spolning av spolen
- Arbeta med Mini Coil Gun
Coil Gun, som många tror (inklusive mig) är inte bara en rolig leksak med ett rör och få spolar runt det som kan skjuta projektiler till ett visst avstånd. Forskare vid Sandia National Laboratories tror att en pistol kan konstrueras för att påskynda partiklar i en högre hastighet som är tillräckligt hög för att komma undan jordens allvar. Ja, du hörde det rätt! Spolvapen kan eventuellt användas för att starta satelliter i framtiden. Kanske finns det människor som har provat det och som för närvarande arbetar med det. Bortsett från rymdapplikationer verkar militären också vara intresserad av en annan form av spolpistol kallad Rail Gun eller Railway Gun som kan skjuta projektiler.
Allt detta fick mig intresserad av att bygga en egen version av Coil Gun. Det är också så tillfredsställande att leka med och se hur metallprojektilerna skjuts ut ur spolen med ett knapptryck. Innan vi börjar vill jag klargöra att det här projektet endast är för utbildningsändamål, så om du vill bygga den här pistolen för att undkomma den mobbaren på din gymnasium bör du förmodligen besöka en psykolog. Projektet involverar också flygande metallstycken och höga spänningar så var försiktig när du arbetar med. Med det sagt, låt oss komma igång.
Material som krävs
- Koppartråd (emaljerad)
- IR-sensor (hastighetsmätningstyp)
- IRFZ44N MOSFET
- BC557 PNP-transistor
- 10k och 1K motstånd
- 7805 Regulator
- 0,1 uF
- Tryckknapp
- Bakbord
- Strömkälla (RPS)
- 9V batteri
Hur fungerar en spolpistol?
Grundprincipen bakom en spolpistol är att en strömbärande ledare kommer att inducera ett magnetfält runt det, vilket angavs av Faraday. För att förbättra styrkan hos detta magnetfält lindas den strömbärande ledaren i form av en spole. Nu när denna spole drivs producerar den ett magnetfält runt det som är tillräckligt starkt för att locka metall (eller andra Ferromagnetiska) bitar, aka projektiler in i den.
Ett sådant arrangemang kommer endast att locka projektilen in i den från ena änden och när den når den andra änden kommer den åter att attraheras inuti spolen och sålunda kommer projektilen att förbli inuti själva spolen efter några svängningar. Detta beror på att projektilen magnetiseras och fungerar som en magnet under processen, så så länge som magnetfältet är närvarande tenderar projektilen (magneten) att stanna bara i spolen. Men en spolpistol ska starta projektil ur den, så vi bör använda en sensor för att kontrollera om projektilen har nått den andra änden av spolen och när spolen ska stängas av, så kommer projektilen att färdas med samma hastighet och fly ut ur spolen.
Det kan låta enkelt, men komplexiteten kan ökas genom att använda mer än en spole. Genom att använda flera spolar kan projektilens hastighet ökas medan den passerar genom spolen. En annan utmanande uppgift är att skaffa tillräckligt med ström för spolen. Spolen kan konsumera var som helst mellan 5A och 10A vid 24 V baserat på antalet varv och spolens tjocklek. Så för att få en så hög ström använder de flesta en stor kondensator för att hantera den. Men i vår handledning för att hålla saker och ting enkla kommer vi att bygga en enstegs spiralpistol och driva den med en RPS-enhet.
Kretsschema
Det fullständiga kretsschemat för denna Single Stage Coil Gun visas i bilden nedan.
Som du kan se är kretsen ganska enkel. Huvudkomponenten i kretsen är själva spolen; vi kommer se hur vi bygger det i nästa rubrik. Den spole är motordriven bildar en 24V matningsspänning bilda vår RPS, tillförseln styrs (kopplas) genom en N-Channel MSFET IRF544Z. Porten på transistorn dras ner genom ett 10k-motstånd (R1) och dioden D1 används för att kringgå omvänd ström när spolen urladdas.
MOSFET är N-kanal och följaktligen förblir den avstängd tills en grindtröskelspänning i detta fall 5V matas till grindstiftet. Detta görs med en tryckknapp genom en PNP-transistor (BC557), när knappen trycks in matas 5V till MOSFETs stift och spolen slås på. Detta kommer att locka projektilen och driva den genom andra änden. Så snart projektilen når den andra änden, IR-sensornkommer att känna av det och skicka en 5V-signal till basstiftet i PNP-transistorn genom 1K strömbegränsningsmotstånd. Detta öppnar transistorn och därmed kommer 5V till MOSFET att kopplas bort och spolen kommer också att stängas av. Därför kommer projektilen att fly från spolen och kommer att skjutas ut. 5V för att driva IR-sensorn och utlösa transistorn och MOSFET regleras av en 7805 spänningsregulator IC från ett 9V batteri.
Spolning av spolen
Som tidigare nämnts är spolen den viktigaste komponenten i denna krets. Innan du börjar linda spolen bör du bestämma vad som kommer att vara din projektilstorlek, i mitt fall använder jag skruvmejselbitar som projektiler. Men du kan välja allt som har Ferromagnetiska egenskaper. Efter att ha valt projektilen måste vi välja en hålrörsliknande struktur som är tillräckligt för att skjuta projektilen men utan mycket friktion. Jag försökte använda en tom påfyllningspenna och det fungerade bra för mig. Du kan välja en baserat på projektilens storlek. Då kan den cylindriska basens längd vara upp till 5 cm. Slutligen köp också emaljerad koppartråd av medel tjocklek, min är 0,8 mm tjock.
När du har samlat allt material som krävs, spelar du din favoritspellista och börjar rulla spolen ovanpå din cylindriska bas. Se till att lindningen inte snurrar varandra och inte lossnar lätt. Efter finjustering av det första lindningsskiktet kan du använda ett isoleringstejp (elektrisk tejp) för att säkra det på plats och sedan börja vinga det andra skiktet ovanpå det på samma sätt. Observera att du alltid ska spola spolen i endast en riktning, om du har börjat från vänster till höger efter att ha nått slutet för första lagret börja igen från vänster för att linda det andra lagret. Du kan upprepa detta steg tills du når 5-7 lager. Jag gjorde cirka 6 lager där varje lager hade cirka 60 varv. Mitt spolarrangemang ser ungefär så ut som på bilden nedan.Jag har använt två 3D-utskrivna skivor (vit färg) bara för att säkra spolen på plats de är valfria.
Att arbeta med spolar är alltid utmanande och man måste spola det korrekt för att fungera ordentligt, som i Tesla Coil Project, många kommer inte att få rätt effekt på grund av felaktig spolning.
Arbeta med Mini Coil Gun
Efter att ha byggt spolen kan du fortsätta med att ansluta den till resten av spolpistolkretsen. Tänk på att spolen kan förbruka en så hög 5A och därför kan inte spoldelen byggas på en bräda eftersom brädbrädor normalt bara är klassade för 500 mA. Så du kan antingen bygga hela kretsen på ett perfekt kort genom att lödda komponenterna eller följa ett grovt sätt att lödda högkraftledningarna direkt genom ett brädbräda som jag har gjort som visas på bilden nedan.
Som du kan se är spolen aktiverad av de reglerade strömförsörjningsklämmorna (alligatorklämmorna) genom en mosfet vars stift är direktlödda på ledningar. Mosfets grindstift kräver bara 5V och följaktligen tas den till panelen där den återstående kretsen inklusive spänningsregulator, transistor och omkopplare är byggd. Den skärbräda drivs av 9V batteri även om batteriklämmor.
För att testa spolpistolprojektet placerar du helt enkelt metallstycket inuti spolen och trycker på knappen på panelen. Detta bör starta projektilen utanför spolen. Se också till att inte trycka på knappen kontinuerligt eftersom det kommer att aktivera spolen igen efter att projektilen har startats och kan skada spolen permanent. Det fullständiga arbetet med projektet finns i videon.
Hoppas att du bygger projektet och fick det att fungera. Om du har några frågor kan du lämna dem i kommentarfältet nedan eller lägga upp dem på våra forum för andra tekniska frågor.