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2006年09月の記事

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2006年9月30日(土) 22:46

バッテリー電圧検出

 大騒ぎしたものの、どうやらローバッテリーが原因っぽい。まるで、パソコンの電源が入らないとあれこれ調べた揚げ句コンセントが抜けていたようなものだ。
 チョッパー昇圧充電器は仕様より電源電圧が下がってもそれなりに動いてしまうのだが、それだけにローバッテリーに気付き難い。

 だが、発射しないと騒ぐだけならまだしも、バッテリーを過放電させてしまうので対策が必要だ。秋月インバーターがやってるように何らかの電圧検出を行わねばならない。
 方式はあれこれ考えられるが、バッテリー電圧を適当に分圧し基準電圧とオペアンプで比較するオーソドックスなものでいいだろう。
 オペアンプの出力でFETを駆動し、電圧が十分な時だけ照準用レーザーポインターに通電する。
 レーザーポインターの電源と基準電圧を共用し、それは市販DC-DCコンバーターで作り出す。

 SSY−1が2発しか撃てなかったのは、そこでバッテリーが切れたから。翌日も2発だけ撃てたのは時間が経ったことでバッテリーが僅かに復活したから。
 サイリスターが稼働しなくなったのはバッテリーの過放電で電圧が下がり過ぎ、3分の1に分圧するとゲートをONに出来る電圧を下回ったから。

 これに追加のミスが加わっていた。
 サイリスターに保護ダイオードを追加した時に、配線ミスでトリガーコンデンサーをショートさせてしまっていた。つまり、幾ら充電してもトリガー電荷は溜まらない(汗)

 バッテリーを充電して稼働させた時、うっすらと細い僅かな煙が漂った。トリガーコンデンサー充電抵抗だった。コンデンサーがショートしていたために2ワット程度が連続で発熱し、焼けたのだ。
 ショートを修正すると、SSY−1の純正フラッシュ管は快調に放電を飛ばしてくれた。コンデンサーは1μFで足りているしフラッシュ管も壊れていない。

 だが、話はすんなり終わってくれなかった。
 フラッシュ管を組み直すと、やっぱり発射出来ないのだ。トリガー火花が+電極側で飛ぶだけで、一向にメインコンデンサーは通電しない。とは言え、フラッシュ管単体でトリガーが掛かるのは確認済みだ。
 問題はSSY−1のフラッシュ管以外の部分にあることが分かる。

written by higashino [パルス] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2006年9月29日(金) 17:44

検証

 コンパクト・デジカメ用みたいに小さな、鈴商で300円のフラッシュ管。
 +端子を何も接続せず、トリガーパルスとGNDだけ接続した。

 これなら、トリガーパルスが+端子から漏洩しようがなく、管内を放電するしかないはずだ。+端子にスパークしてもそこから先はGNDに行くしかない。
 メインコンデンサーは充電器と切り離し、トリガーコンデンサーしか充電されないようにしておく。

 予想通り、正常に管内を雷が走った。トリガーパルス発生部分は正常に動作している。

 しかし、トリガーコンデンサーの充電が遅い。1秒2秒では放電せず、3〜4秒充電で僅かにスパーク。10秒越えると放電時にバチっと音が鳴るようになる。
 ほぼフルチャージするには15秒以上を要する。コンデンサー容量2μFに対して充電抵抗200KΩは大き過ぎるようだ。

 今度は、SSY−1純正フラッシュ管をセット。+端子は他に触れないよう充分な距離を取ってあるため、やはりトリガーパルスから他に漏洩しないようになっている。
 トリガーパルス用に配線は出ていない。銅線を巻いてパルスを送り込む。この構造だから、通常のフラッシュ管より高い電圧が必要なのだろう。

 もしフラッシュ管に穴かヒビが貫通して放電不能に陥っていれば、それを確認出来る。

 15秒チャージしてからサイリスターのスイッチを入れる。綺麗に管内を放電が走った!
 純正フラッシュ管は壊れていなかった。案の定、悪いのはダンボール銃側だった。しかし、どこが悪い?

 もう一度充電を待ち、スイッチオン。これまた綺麗に長さ3センチ半の雷が発生。だが、この後驚きの現象再現。続いてトリガーを送ると、+極付近だけでバチっと放電音が鳴って管内を走らない。
 その後は幾らスイッチを入れても、放電自体が起きなくなってしまった。サイリスタのアノードとカソードをショートさせると、バチっと派手な音と共にトリガーコンデンサーが放電された。つまり、フラッシュ管の部分でうまく放電しなかったのではなく、そもそもサイリスターがスイッチングしてくれなかったのである。

 一体どう解釈すれば良いんだ?
 2〜3発正常に発砲出来た後で、ちっとも発砲出来なくなった。まさに200J注入でSSY−1が陥った現象そのものだ。その時にSSY−1側が壊れていれば、今回一時復活するはずはない。しかし一方では、300円の小型フラッシュ管は何回でも放電してくれた。SSY−1のフラッシュ管が何かおかしいのかもしれない。
 大型(相対的にだが)フラッシュ管が産み出すそれだけ大きなサージで、サイリスターに悪影響を与えているのかもしれない。いろいろな可能性がまだ考えられる。

 サイリスターによる一般的なストロボトリガー回路と比較すると、自分が仕立てたものはサイリスターの保護用ダイオードが入っていない。パルス系ではサージ出まくってるようで、保護無しがヤバいのかもしれない。

written by higashino [パルス] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2006年9月28日(木) 18:39

おかしい・・・

 割り箸で櫓を組んで、小沢電気フラッシュをセット。最長の奴ではなく、以前使い捨てカメラの回路で発光テストやった時のものだ。

 フラッシュ発光では大電流が流れるが、想像ほどとんでもないものではない。携帯カメラ内蔵フラッシュではピーク100Aに達しないようだし、フラッシュ発光用の専用サイリスターがピーク500AだったりIGBTが200Aだったり、とまあそのレベルである。

 コイルガンと異なり、注入ジュールの4分の3はフラッシュ管から光と熱に変換されるため、それ以外の部分はジュール負荷が少なくなる。太さ1センチ程度の配線でも蒸発したりすることはないだろうと期待。

 ただし、フラッシュ管は200ジュール注入で当然爆発の可能性がある。これより1センチ長いのを使うつもりだが、もしこれが爆発したりヒビが入るようなら、1センチ長くてもまっとうな耐久性は期待出来ない。
 いわば、予備試験だ。

 割り箸を凧糸で縛った縄文時代みたいな実験装置 (^_^;) にアルミ板のカバーを被せる。強烈な発光から目を守ると同時に、フラッシュ管が爆発した場合は破片を食い止める。フラッシュ管は綺麗に清掃してある。

 コンデンサーバンクの充電に異様に時間が掛かる。
 フラッシュ電解1個は計算上の0.6秒とほぼ同じ瞬時充電完了なのに、20個並列したら50秒も掛かっている。
 チョッパー型直接出力充電は、出力ダイオードの特性で大変な性能差が生じる。同時に、充電相手のコンデンサーバンクの構造にも凄まじい影響を受けるようだ。
 ただし、バッテリーは電圧の低いラジコン用の方を使っている。

 最終的な銃を完成させる場合は、煩忙でもコンデンサー1つ1つ個別に充電配線せねばならないようだ。だがそうなると、コンデンサーの数を増やす有利さはない。

 果たしてどうなるか?
 充電完了したところで、トリガースイッチを押す。何も起きない。
 もう一度押す。強烈な白い光ではなく、ぼんやりしたオレンジ色の光が上がった。いや、これどう見てもだろ!?(焦)

 アルミカバーに反射している光が揺れている。
 慌ててカバーを外すとフラッシュ管本体も割り箸も無傷で、トリガー電極が燃えていた。

 一体何が起きたんだ?
 最初に実験に使ってから何ヶ月も放置していたが、それだけが理由じゃないだろ。
 これは、完全に想定外だった。

 それにしても、パワエレって、いろいろなものが燃えるから面白い(違)

ちょっと待て・・・

 SSY−1が発砲不能になった時、本来なら−側で散るトリガー火花が+側で散るようになった。これはキセノンフラッシュ管にヒビが入って通電不能になったためだと決めつけてしまっていた。
 だが、分解してみると確かにフラッシュ管のガラスに欠陥があったものの、200ジュール注入で出来たとは断定出来ない。最初からあった傷の可能性もある。幾ら200ジュールでも、発生した光と熱のうち透明なガラスに吸収されるジュールはそう多くないはずだ。埃が付着していても、ガラスをガラス細工のように溶かすほどの熱になるものか?
 こんな疑問はもちろん抱きつつも心の奥に押し込めていたが、ひょっとしてフラッシュ管ではなくダンボール銃側が悪いのではないか?

 今回こんな燃え方したのは何故だ?このフラッシュ管は正常に発光することが以前確認されている。
 PFNの100ジュール注入から直結200ジュール注入に放電がパワーアップされ、数発撃ったところでサージか何かでダンボール銃側の回路のどこかにトラブルが発生。それによってトリガー火花が+側で短絡するようになってしまい、SSY−1は発砲せず小沢電気フラッシュはトリガー電極が焼けた。そう考える方が合理的じゃないか?
 ダンボール銃側の回路を点検する必要があるぞ。

written by higashino [パルス] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(0)] [TB(0)]

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2006年9月27日(水) 17:22

GTOサイリスター

 秋月で扱っている唯一のIGBTがTG12N60C3Dである。何とか使えそうな感じだ。
 スペックは600V・24Aと平凡だが、480Vなら80Aまで耐えられる。330Vとか更に電圧が低ければ?

 残念だが、安全動作領域は50〜480Vまでずっと80Aのようだ。
 特性はコイルガンよりコンデンサー充電器に向いている。秋月も恐らくそういう意図で扱っているのだろう。スイッチングが高速でゲート容量が少ない。耐圧も600Vある。ゲート電圧をシビアに管理せねばならないが、それさえうまく行けば三号充電器の性能を向上させられる。10Aオーバー流してもロスは大きくないし、発生電圧の上限も少し高く出来る。
 耐電流でこそ2SK3132に劣るが、スイッチング素子としてはより優秀である。何より価格が300円。これだけで充電器のパーツ代が半分になってしまう!

 コイルガンの実現性に目処が付いたら、四号充電器を作るのに使ってみたい。三号充電器はスイッチングFETが分離式なので、簡単にIGBTに換装出来るし駄目なら元に戻せる。
 成功すれば三号充電器を上回る性能のチャージャーがパーツ代2000円で製作出来ることになり、携帯パルスレーザー銃や携帯コイルガンがグッと身近になるだろう★ 

 ・・・ただしコイルガンは単段式ならば。
 多段式コイルガンは、どう考えてもスイッチング素子にかなりの資金が必要になる雰囲気。充電器が2000円で製作出来てもほとんど意味は無さそうである。
 仮にこのIGBTを並列使用するとして、上限80Aだからコイルのインダクタンスとマージンを考えると8パラ程度で使いたくなる。コイル25段だと合計200個だ。6万円(汗)
 だけど、レーザー銃に比べると特に高くないんだよな(大汗)
 いざとなれば強引に200個並べる手はある。

GTO THYRISTOR

 コイルガンの場合、スイッチング電源と違ってOFFにするのは1回で良い。次弾発射までには秒単位の長い時間を要する。
 従って、OFFにするため少々時間が掛かっても構わない。となればスイッチングの遅いGTOも使い物になるし場合によってはサイリスタの電流を切る回路を考え出せるかもしれない。
 ともあれ、まずどんなGTOが売っているか?である。

 千石では扱っていないようだが、若松にはある。
 SONYのSG274とSG613だ。ところがこれ普通とは逆で、モノはあるのにデータシートがない。幾らネットを漁ってもヒットしない。スペック不明では検討不可能だ。ただし、容量と言う点で一般論としてサイリスタとGTOサイリスタはほぼ互角なので、SG274であればフラッシュ電解11J×2パラ程度の放電に耐えられそうな雰囲気ではある。テストする価値はある。

 写真はお手軽コイル。理科の実験に使う0.55ミリの細いエナメル線を外径13ミリのアクリルパイプに2層巻きしてある。パイプにはパチンコ玉は入らないので8ミリボールベアリング。余談だがエアガン事件のせいか6ミリだけ売って無いのが笑える。
 法律以前の問題としてエアガンに鉄球入れるのは馬鹿である。エアガンはコイルガンと異なり加速中に弾丸とバレルの接触が不可避なので、鉄の弾丸でバレル内に傷が付いてしまう。

 これに、コンデンサーではなくLD電源で定電流を流してみた。
 5A流した時点で、ベアリングの転がりが中心磁場に捉えられて引っ掛かるのが分かった。しかしそれだけ。1グラム程度の小さな力が加わっているだけっぽい。

 しかも、コイルはかなり過熱する。何十秒も流していれば当然ではあるが。
 秒単位で持続する場合の耐電流が不安なので、電流をこれ以上大きく出来なかった。

 パルス500Aでも、磁力の強さはピークでこの100倍でしかないんだよな。

 実際はこんな薄いコイル使うのではないし、アクリルパイプも使わない予定。それでも球形弾を加速するのは容易じゃなさそうだ。

written by higashino [コイルガン] [この記事のURL] [コメントを書く] [コメント(1)] [TB(0)]

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2006年9月26日(火) 17:27

難しい

 残念ながら、GT10G131は入手出来ないようだ。流通在庫が無く、受注生産である可能性が極めて高い。
 納期1ヶ月で価格@170円、納期3ヶ月でいいなら価格@147円というのは想定の範囲内だったが、それに加えて何と最小ロットが3000個!
 これはもう「欲しけりゃ生産してやるから、しばし待て」としか解釈出来ない。サイリスタの方のS6992も同様だろうな・・・

 正直、ロット1000個なら強引に注文して、余った分はオクで売っ払う手もあると思っていた。20個3000円とかのセットならコイルガン向きの素子なだけに買い手アリの可能性は充分。しかし、3000個40万円抱え込むのはリスクが高過ぎる。共同購入を呼び掛けても、3000個は集まらないだろう。自分が考えているような超多段コイルガンでも、試作用含めて300個もあれば足りる。
 それに、現時点では本当にこのIGBTが使えるかどうか確定しない。素晴らしいコイルガンを完成させた上で、使っているIGBTはコレですよ共同購入しませんか?ならまだ話は分かるだろうが、最初のGT10G131をまずどうやって入手する?

 サイリスタのSFシリーズなら幾らでも転がっているし性能的にも使い物になる。しかしOFFタイミングが問題だ。LC共振が何周期も続いたのでは効率悪化しまくりだ。ただし、だらだら放電されても使えそうだとなれば、本命となる。容量的にはサイリスタ最強だもんな。
 入手が容易で使い物になりそうなIGBTを漁ってみなくてはなるまい。
 ちなみにFETだと、化け物の2SK3132でさえパルスエネルギー耐性は0.525Jしかない。ON抵抗が0.1Ω弱だから、サイリスタやIGBTでお馴染みの電流二乗時間積に換算すると5〜6 A2secということになる。これで2000円だ。いかにパワーMOSFETの容量が小さいか良く分かる。11ジュールという小型の電解コンデンサーであっても、ほとんどロス無しに放電されてしまえば20倍もの容量オーバーだ。

 多段式コイルガンの効率を検証する実験にならFETも使えるが、実用銃には論外。

 IGBTにはバー型もある。だが、秋葉原に転がっているのはブリッジ用ばかりでパラレルに使えるカソード共用型がどこにも無い。もしあったとしても、2回路で200グラム以上になる。コイル1段を1回路で受け持てたとしても、IGBTだけでトータル2〜3キロもの重さだ。これも話にならない。
 実用的な多段式コイルガンは誰もが分かってる通りスイッチング素子の入手が鍵である。だからこそ、実際に製作を始める前に設計をあれこれ検討し適合素子が手に入るのかも検討しまくらねばならない。途中でどうにもならなくなる可能性がある。

コイル

 スイッチング素子の検討は続けるとして、今度はコイルを設計してみる。88μH以上のコイルとは、具体的にはどのようなものだろうか?
 空芯コイルは比較的正確にインダクタンスを計算可能ということで、計算公開サイトもあちこちにある。

 直径11ミリのパチンコ玉を加速するには、コイル内径は13ミリ以上欲しい。試験段階ではアクリルパイプに巻いたりするにしろ、本番では取り去りたい。アクリルだと肉厚2ミリ以上しか売っておらず、これで内径13ミリだと外径17ミリ以上になる。
 内径17ミリのコイルで直径11ミリの球体を加速するのでは、いかにも遠い。磁力が弱い。と感じるが一応は計算してみよう。現実に手巻きする場合、下層と線径の半分ズラシで巻くのがやり易く密度も増えるので、実際は平均径は少し小さくなる。だからあくまで概算である。プロジェクタイルの進入により鉄心コイル化しインダクタンスが増大する方向の効果も現実には存在する。


内径 13mm 17mm
線径 1.2mm 1.6mm 1.2mm 1.6mm
巻数/層 16 12 16 12
コイル長 20mm
層数 5 4 5 4
総巻数 80 48 80 48
コイル平均径 16mm 20mm
インダクタンス 59 μH 21 μH 87 μH 31 μH

 層数を増やすと外側の巻き線が発する磁力は届き難くなる。しかし巻き数が多いほど磁力は強くなる。両者のバランスで4層あたりが良好との情報もある。少なくとも10層巻きとかいかにも磁力の無駄っぽい。
 いざ計算すると88μHは結構ハードルが高いと分かる。コイル径が大きくなればインダクタンスは増やし易いが、発生磁力は届き難くなる。500Aではなく1000Aまで大丈夫となれば、ぐっと楽になる。

 実はそれほど難しくない。
 耐電流500Aのサイリスターを、1つのコイルに2組並列接続すれば良いのだ。

 これによりコイルに最大1000A流せるようになり、インダクタンスは4分の1で済む。コンデンサー容量が2倍になってもLC共振周波数はルート2分の1に短縮される。
 11ジュール電解使うとして、コイルが25個あっても275ジュールにしかならない。2パラなら合計550ジュールと手頃な注入パワーも確保出来る。同様に並列数を増やせば・・・

 少々耐電流が劣っても軽量というIGBTが入手出来る場合、数ジュールの小さなコンデンサーを合計100個以上使った超並列型という方法もある。使い捨てカメラ用フラッシュコンデンサーを、どこかでヒトヤマ幾ら
(^_^;) で売ってないか?

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

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