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2015年7月10日(金) 21:41

ヲチ必須の技術

 コイルガンは、回生型回路の開発が頓挫してやる気を失っていた。
 強力なコイルガンを製作するには、現状の科学技術はまだ十分に進歩していない。
 しかし、予想外の所から面白い技術が出て来た。

カーボンナノチューブ集積化マイクロキャパシターを開発

 コイルガンのサイズという面から見ると、コンデンサーが常に大きな割合を占めていた。世界中でコイルガンが試作されているが、大抵のものは火薬銃に比べて一部がデフィルメされており、その原因はまず例外なくコンデンサーである。
 ここに、電解コンデンサーと同等の性能を持ち、体積が1000分の1という技術が出て来たのだ。

 グラフを見ると、2次電池の代替として使用するにはエネルギー密度が低過ぎて話になっていない。
 だが、大ジュールのコンデンサーを携帯するという点では、革命である。重さ数キロのコイルガンに実用的に搭載可能なのは数百ジュールまでであり、それ以上のものはコンデンサーの体積や重量が大きくなり過ぎてしまう。しかし体積が事実上無視できるようになれば、重量だけの問題だ。そして構造上どんなに重くても比重が10を超えるのはありえないので、電解コンデンサーに比べて比重は10倍と予想して良いだろう。すなわち、同一重量で100倍のジュールを溜め込める。

 こうなると、ハイパワーなコイルガンを製作する上で、「非効率を容認し投入ジュール増大による力ずく」という手法が実用になる。
 回生を断念し単純多段式コイルガンとし、スイッチング素子のターンオフも行わない。そうすれば効率は半減するが、言ってみればせいぜい半減だ。その代わりにスイッチング素子の信頼性は向上し、製作は桁違いに容易となる。それこそ中学生でも可能。高校生なら楽勝というレベルである。

 スイッチング素子の破壊が多発して頓挫したが、自分が携帯用大型コイルライフルとして目標としていた性能は、500〜600ジュールを投入し効率5%というものだ。これにより、重さ5.5グラムのパチンコ玉を秒速100メートルで発射する。27.5ジュール。
 これを例えば、1000ジュール×5段式の5000ジュール投入にする。先のグラフから放電時間は10ミリ秒ていどだから、1段あたりの投入ジュールをこれより少なくするのは困難と思われる。体積も重量も、電解コンデンサーで500ジュール集めるよりも小さくなるだろう。その分は、コイルの大型化で食われる。スイッチングは、サイリスターでOK。
 効率1%しか出なくても50ジュール。2%を実現できれば100ジュール。遥かにハイパワーで信頼性も高いコイルライフルの完成だ。パチンコ玉を使わず、なんらかの姿勢安定対策を施して円筒形のプロジェクタイルを使用すれば、それだけでパワーは更に倍増する。

 コンデンサーの充電は、ZVSで良い。
 回生型ではなくセンサー検知による多段式であれば、充電電圧の正確さはそれほど必要ではないので、ZVSでガンガン充電すれば良い。これまた開発中断中のレーザー銃で既に確認できている通り、ラジコンカー用のリポを3直列すれば、キロワット級の電源になる。頑張ってZVSを最適化すれば、500ワット充電も狙えるだろう。5000ジュールのコンデンサーも、10秒で充電可能。20発ぐらいは撃てるだろう。これ以上を望むのは、充電器やコイルの発熱を考えると余り意味はない。

 まあ記事を見る限り数年のうちに秋葉原に出回るかどうかは疑問で、もっと時間が掛かるかもしれない。簡単に買えるようになっても、5000ジュールで100万円かもしれない。だから、これによってコイルガン革命が起きると断じるのは早計である。
 それでも、製品化がどう進行するかヲチ必須の技術であることは間違いない。

written by higashino [コイルガン戦車S] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2013年12月5日(木) 21:35

ZVS働く

 ラジコンバッテリーをフル充電すると、充電量は4200余りと表示された。ラジコン用の急速充電器は積算充電量を表示してくれるが、これまでの経験上かなりアテになる。
 ソフトもハードも全く変更を加えていないZVSに接続し、動作させる。アッという間に電圧が上昇。

 0.2秒あれば50V超え余裕だし、設定した270Vを少し上回ったところで充電が抑止された。
 しかし安定は悪く、周期的にトランスがうなるし電圧も変動する。とはいえそういうのはPICソフトのチューニングの問題であり、ハードが想定通りに働いているのは確かである。
 ここに至り、PIC基板のパターン面を弾力エポキシで封入。

 正直このあたりまで来ると、余りやる気が出なくなっている。
 新放電回路も駄作と判明したので、更に実験を続けるとしても「実用化」の目処はない。あくまで基礎研究に過ぎない。いや、基礎研究は大事だが、実用化はないと分かっていると志気に関わる。

 適当に切り上げて、レーザー銃の方も何らかの目処を立てるべき。消費税増税前に済ませておきたい出費のリストに入っている。

 他には金の掛からない分野としてTAS製作もある。こっちはネタを探すのが難しい。TAS動画は人気分野だが、それだけに視聴者の見る目が非常にシビアである。下手に手を出すと、駄作にしかならない。これまで作った幾つかのTASは、とにかくネタ探しに苦労した。むしろ逆で、ネタを思い付いたときに突発的に製作していると言った方がいいかもしれない。

 どのゲームでTASを作るべきかという悩みに関しては、過去に何度も書いている。TAS製作可能なエミュレーターのバージョンが進んで、以前は無理だったゲームのTASが作れるようになれば新ネタが沸く。だから、時々はエミュレーターの進歩をチェックせねばならない。

written by higashino [コイルガン戦車S] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2013年12月4日(水) 21:25

大喰らい

 IGBT試験もうまく動いていない感じだ。
 未実行の場合だけ実行という部分はいいのだが、初期電圧次第でIGBT破損判定になってしまう。論理の誤りというより、前提条件が満たされていない。前提条件とは、充電器を0.2秒も稼動させればかなりコンデンサー電圧が上がるということ。
 ZVSの性能は確実に50ワット以上。100ワット出せるかどうかは微妙だが、平均的に70〜80ワット出ているはず。しかも、コンデンサーバンクの電圧が低い時はハイパワーが出る。

 コンデンサーバンクが50V以下なら、0.2秒間充電。50V以上なら、0.2秒待機。それで25Vを超えていれば合格。
 今は放電回路と接続していないので、コンデンサーバンクが放電される可能性はない。最初が0Vでも、0.2秒で25V以上になるのは間違いない。それなのに、何がおかしいのか?
 とやっているうちに、コンデンサーバンクの電圧上昇が妙に遅い。0Vから0.2秒稼動させただけでは、5Vぐらいにしか上がっていない。

 200ミリ秒ぐらいは動作させているはずが、10ミリミリ秒そこらで発振停止している。これではロクに電荷を溜められない。

 ラジコンバッテリーの電圧を確認すると、7Vを僅かに切っていた。バッテリー切れが近い。
 本格的に充電するのではなく短時間の動作確認を繰り返していたので、バッテリーがそう簡単に空にならないつもりだった。しかし思った以上に消費電力が大きい。やはり、バッテリー電圧もモニターすべきか?
 しかしバッテリー切れが近くても、危険側に誤動作することはない。単に、充電が遅くなったりIGBT破損扱いでストライキに入るだけだ。それなら、使っていて分かる。

 まあ今回しばらく分からずに悩んだ次第だが、目的電圧で止まらない問題は残っている。プログラムは修正したものの、直っているかどうか分からない。
 確認しようとする前にローバッテリーが来て、充電できなくなった。
 ZVSはハイパワーの大喰らいである。こればかりはどうしようもない。

written by higashino [コイルガン戦車S] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2013年12月3日(火) 21:22

ステルス不具合

 ハードとCPUが一体化したもののデバッグは大変で、プロはICE(In Circuit
エミュレーター)を使ったりする。しかし個人で手軽に所有できるようなものではない。さすがにPICぐらいなら、要所でLEDを光らせつつ手探りするのがせいぜいだ。

 トリガー入力はゲームプログラミングなどでも必須だが、結構面倒。押しっ放しで連射にならないよう、一度はOFFを挟まないと受け付けないのが一般的。
 コイルガンの場合は安全性の問題から更に、OFFもONも一定回数以上連続していなければ認めないようにする。

 ハード的にもノイズ対策を行い、多段階に誤動作対策を行なう。
 すると今度は、些細な不具合でトリガーが認識されなくなる。確実に認識され、絶対に暴発しない。それを実現させるのは、一般的に大変だ。特に趣味の場合、手抜きを始めると幾らでも手抜きできる。どこで妥協するかは、想定外の動作をした場合の深刻さで決まる。
 トリガーは最高度に対策する。充電指令は少しぐらいなら誤動作してもそれほど問題ではないので、簡易に処理する。

 LED使って1つ1つ機能を確認して行くと、コンデンサーバンクの電圧が正常に取得できていない疑いが高くなった。コネクターから先のA/Dコンバーター部分は、ずっと使っている実績あるユニットである。そして、ピンアサインも互換性を持たせてある。
 それなのに動作しないのはおかしい。テスターを使い、コネクターとPICピンの間の導通を確認する。結果、中央の白い配線とPICのポートB2が短絡していないと判明。恐ろしいことに、基板を目視しても異常がない。ジャンパーが切れている訳でもなく、ハンダ付けが不良でもない。綺麗にハンダが乗っている。それなのに、モノは試しとハンダ付け部分を再加熱して一度溶かしてやると、導通するようになった。

 作業の前後で、ハンダ付け部分の状況は全く変わらない。目視では異常に気付けない。ハンダ付けでは、こういうことが時々起るからおっかない。
 だが、真におっかないのは・・・これで全ピンの導通が確認できたのにコンデンサーバンクの電圧が相変わらず取得できないことだ。

written by higashino [コイルガン戦車S] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2013年12月2日(月) 21:29

基板修正

 ポートA0がHならLEDを点灯し、Lなら消灯させる。そういう単純なプログラムを書き込んで確認。

 5列のピンヘッド右端がトリガー用のはずなのに、LEDが反応しない。しかも、点滅自体は発生し、その挙動が不審。
 ピンヘッドのプラスチック筐体に指を接近させると勝手に点灯する。しかも常にというわけではなく8〜9割の確率である。近接センサーなんぞ積んでいない。

 となると、入力ピンがオープンになっている可能性が大。
 トリガーは強力な対ノイズ回路になっているので、そんな現象は発生しないはず。すなわち、トリガーはポートA0ではない。
 やはり基板外観観察で懸念した通り、トリガーの割り当てはA1に変更していたようだ。

 すると、充電指示がA0ということになるが、それがオープン・・・という所まで考えて、ミスに気付いた。なぜ充電指示がオープンかと言うと、別のPICからの信号で制御する前提で考えていたからだ。別PICと接続してから使うのであれば、単体では入力端子がオープンであっても構わない。
 だが、この充電器は汎用を考えている。ラジコン組み込みするなら別PICの存在を前提に出来るが、ハンドガンタイプなら充電指示は機械スイッチという場合も多い。

 簡単にHとLを送信できるPICと異なり、機械スイッチでHとLを送信するのはGNDだけでなくVccも必要となるため、非常に使い勝手が悪い。
 そこで、A0端子(オレンジ色のジャンパで引き出されている)に、5.1KΩのプルアップ抵抗を追加した。

 これで、オーピン時も安定してHが取得できる。短絡させればLになる。
 5.1KΩは小さめであり、Lでは1ミリアンペア程度も浪費される。しかしLになるのは充電中だけであり、大抵の時間はHになっているはずだ。だから、それほど気にならない。となれば、小さめの抵抗を使った方がノイズに強くなる。

 写真に水色の矢印を付けてみたが、やはり矢印は断然赤が目立つ。残念なことに赤はjpegだと発色が悪くなるし画質も落ちるんだよな。画像にしろ動画にしろRGBこそ正義だと思う。

written by higashino [コイルガン戦車S] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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