线圈炮
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手持线圈炮
以下是能够搭载在小型遥控战车或是仿真二足步行机器人这样,无论是从重量上或是从空间上而言,搭载空间都十分有限的机械上的简易线圈炮的制作方法。
电路图如下。
弹丸从来源方便与实用性的考虑,选用了柏青哥的小钢珠。
电源从和微处理器以及遥控的兼容性考虑,用了4个5号镍氢充电电池,循环充电比较环保!
将开关SW1开启以后DC-DC电路开始工作,将电容器充电到330V。
充电完成以后关闭开关SW1,按下触发开关。
按下触发开关TRIGGER后可控硅整流器导通,电容器向线圈送出瞬间的大电流,产生的强有力磁场吸引小钢珠并使之加速。
重量2.5g的小钢珠以1000G以上的加速度加速,在几毫米的距离内达到秒速15米。
如果制造得当,电容器中储存的电能能有2~3%转化为钢珠的动能。
作为室内模型搭载的玩具武装,这样的性能很理想。
虽然子弹的能量和气枪差不多,只有0.5焦耳左右,但是由于发射时的强烈反作用力,需要注意安装的位置和固定方法。
使用的零件都能在秋叶原的街头买到。
制作辅助DC-DC转换器
4.8V的电池组电压太低,不能使电容充电器稳定工作。
所以需要一个提供6V以上电压的小电流辅助电源,输出有个20毫安就足够了。
这类电源的制作方法在网络上广为流传,这里的是用市面上出售的LED驱动电路改造而成。
制作电容充电器
从4.8V的直流电压转换出330V高压给电容充电的紧凑升压器。
回路里有电容器的话就要考虑浪涌电流的控制,这是众所周知的。
因为这里给大容量电容器充电本身就是目的,浪涌电流之类的剧烈变化怎么说都难以避免。
最简单的方法是串联电阻,但是不用说这样会导致性能下降。
电容充电器如果要有好性能的话,就要在输出近乎短路时也能正常工作。
升压电路达到这一目的最简单的方法就是限制输入电流,并且在电容器充电到给定电压之后停止充电。
做这些控制的时候使用专用的集成电路比较简单,这里用的是便宜,应用广泛的MC34063。
因为零件数少,就在万能电路板上随意搭接了。
从万能电路板中部开始组装装,完成电路之后将基板上没用上的部分裁切掉。
制作放电回路
线圈电路用了最简单的续流二极管。
开关是最好使也最容易弄到的可控硅。
续流二极管是买到的F10P40F。
一个封装里有两个二极管,各自能耐80A的脉冲电流。
由于是共阴封装,连接阳极的话就有2倍耐流,并联两个F10P40F的话就能容许320A的电流。
这次的线圈炮设计峰值是230A,没问题。
尽可能并行连接零件,按对称方向连接线路。
要通过大电流的线路优先安排。
将两个F10P40F的引脚如图掰成对称形,然后在对称连接两个封装。
由于要短期内向线圈急剧放电几百安培,用闪光灯电容器比较可靠。
自己喜欢的330V 220uF电容储能11焦耳,也能以100日元的价格大量买到。
将两个电容简单地并联使用,用胶条临时固定。
走线尽量短而对称,虽然大电流电路比较粗,想对称也不太容易,但是尽量吧。
对于电容器组,如果不是完全对称的话放电的时候就会产生不必要的阻抗,这样的电容器组花费的充电时间也比预计的长。
主开关是能买到的规格最大的可控硅,重量只有5~6克。
标称耐压400V,直流电流25A,峰值电流
385A,对于这次区区230A的峰值电流也是没问题的。
控制极上会流过20~2000mA的电流,在这里串联一个51欧姆的电阻,实际上10欧左右就够了。
因为只是靠人手操纵触发器的按钮开关,所以没有进行精密时间控制的必要。
由于人自身反应速度的问题,10欧还是51欧没有太大差别[笑。
阴极和控制极之间安排了保护用的齐纳二极管。
与电容器和二极管组合的可控硅。
蓝线连到线路的地线上。
在地(GND)和控制极之间加一个5.1 kΩ的下拉电阻,没有信号的时候保证控制极低电平,避免走火。
电路图里是10kΩ,不过差别不大。
阴极和阳极之间还有作为反接保护的二极管。
连接暂时用的是遥控模型电池的大电流充电接口。
实际上这货之后可以卸了,不用也可以。
电容的正极一侧,黄线是330V的输入,红线是可控硅的控制极,误触发走火的可能已经在之前考虑了。
走线用尽可能小的线长搞定了,这样做好的电路,想起倾注其间的心血就很感慨。
这种满足感就是DIY的魅力啊!
与变压器组装为一体。
慎重起见用聚乙烯胶带为电容器和K3132做好绝缘。
黄色的连接座用来连接GND,4.8V供电和可控硅的控制极。
连接座和基板之间用铜线固定。
如果追求紧凑的话连接座是个问题。
这次稍微妥协一下。
如果目标是搭载到沙漠之虎的模型上,会更优先考虑节省空间的。
制作枪柄
用电池盒作为把手,4个AA镍氢充电电池提供全部的电力
制作加速线圈
加速弹丸的性能受线圈影响很大,需要根据使用的投射体(弹丸)和电容器的详细情况选用合适的线圈。
这里的线圈是以发射柏青哥钢珠,两个330V 200uF电容供电为前提制作的。
线圈炮的性能受线圈的影响非常大,线圈既要体积小,又要电感大,又要减小阻抗,同时和投射体的距离要近,这些有时候是相互矛盾的。
电感大就要多圈数,增加阻抗和体积。
漆包线的粗细,长度,圈数之间的权衡非常难。
为了追求性能没有使用枪管,直接在M10螺钉上用胶纸卷到比11毫米略粗,然后在上面绕线圈,绕好的线圈用环氧树脂胶加固,以承受发射时的应力。
胶条不会粘到树脂上,固化以后也容易脱下。
用0.6mm的漆包线开始卷,第一层质量要求高,因为直接形成枪管。
第二层以后要求可以低些。
线圈长16mm,总共用了10m的漆包线。
为了卷出最合适的线圈少不了多次实验,但其中也有着DIY特有的乐趣。
制作枪管
固定作为子弹的小钢珠的枪膛。
看起来长得很土,但在线圈炮的制作中做起来还是比较困难的。
使用内径12mm外径16mm的聚丙烯管,粗细0.6mm的钢琴丝轻轻压住小钢珠,避免从枪口掉出来。
钢琴丝的调整很微妙。
整体组装
把枪的各个部件组装起来。