多くの人が考えるように、コイルガン（私を含む）は、チューブとその周りにいくつかのコイルがあり、特定の距離に発射体を発射できる楽しいおもちゃではありません。サンディア国立研究所の科学者たちは、地球の重力から逃れるのに十分な速さで粒子を加速するようにコイルガンを設計できると信じています。はい、あなたはその権利を聞いた！コイルガンは、将来的に衛星を打ち上げるために使用される可能性があります。たぶん、それを試した人もいれば、現在取り組んでいる人もいるでしょう。宇宙用途とは別に、軍はまた、発射体を発射できるレールガンまたはレイルウェイガンと呼ばれる別の形態のコイルガンに興味を持っているようです。
このすべてが私に自分のバージョンのコイルガンを作ることに興味を持った。また、ボタンをクリックするだけで金属製の発射体がコイルから飛び出すのを見て、遊んでみるのもとても満足です。前に、このプロジェクトは純粋に教育目的であることを明確にしておきたいので、高校でそのいじめっ子を逃れるためにこの銃を作ることを探しているなら、おそらく心理学者を訪ねるべきです。このプロジェクトには、金属片の飛行と高電圧も含まれるため、作業中は注意してください。そうは言っても、始めましょう。
必要な材料
- 銅線（エナメル）
- IRセンサー（速度測定タイプ）
- IRFZ44N MOSFET
- BC557PNPトランジスタ
- 10kおよび1K抵抗
- 7805レギュレーター
- 0.1uF
- ボタンを押す
- ブレッドボード
- 電源（RPS）
- 9V電池
コイルガンはどのように機能しますか？
コイルガンの背後にある基本原理は、電流を運ぶ導体がその周りに磁場を誘導するということです。これはファラデーによって述べられています。この磁場の強さを改善するために、通電導体はコイルの形で巻かれています。さて、このコイルに電力が供給されると、その周りに磁場が発生します。この磁場は、金属（または他の鉄磁性）片、別名発射体を引き付けるのに十分な強さです。
そのような配置は、発射体を一方の端からそれに引き付けるだけであり、それがもう一方の端に達すると、それは再びコイルの内側に引き付けられ、したがって発射体は数回の振動の後にコイル自体の内側に留まる。これは、プロセス中に発射体が磁化されて磁石として機能するためです。磁場が存在する限り、発射体（磁石）はコイル内にのみ留まる傾向があります。ただし、コイルガンは発射体を発射する必要があるため、センサーを使用して発射体がコイルのもう一方の端に到達したかどうかを確認し、コイルをオフにすると、発射体が同じ速度で移動し、コイルから脱出します。
単純に聞こえるかもしれませんが、複数のコイルを使用することで複雑さを増すことができます。複数のコイルを使用することにより、発射体がコイルを通過する間、発射体の速度を上げることができます。もう1つの難しい作業は、コイルに十分な電流を供給することです。コイルは、巻数とコイルの厚さに基づいて、24Vで5Aから10Aの間のどこかを消費する可能性があります。したがって、そのような大電流を供給するために、ほとんどの人はそれに対処するために大きなコンデンサを使用します。しかし、私たちのチュートリアルでは、物事を単純にするために、単段コイルガンを構築し、RPSユニットで電力を供給します。
回路図
このシングルステージコイルガンの完全な回路図を下の画像に示します。
ご覧のとおり、回路は非常に単純です。回路の主要コンポーネントはコイル自体です。次の見出しでそれをどのように構築するかを見ていきます。コイルは、24Vの電源電圧が我々のRPSを形成受電形態でスルー、供給が制御される（切り替え）NチャネルMSFET IRF544Z。トランジスタのゲートピンは10k抵抗（R1）を介してプルダウンされ、ダイオードD1はコイルが放電するときに逆電流をバイパスするために使用されます。
MOSFETはNチャネルであるため、ゲートしきい値電圧（この場合は5V）がゲートピンに供給されるまでオフのままになります。これは、PNPトランジスタ（BC557）を介して押しボタンで実行されます。ボタンを押すと、5VがMOSFETのゲートピンに供給され、コイルがオンになります。これにより、発射物が引き付けられ、もう一方の端に押し出されます。発射体がもう一方の端に到達するとすぐに、IRセンサーそれを検知し、1Kの電流制限抵抗を介して5V信号をPNPトランジスタのベースピンに送信します。これによりトランジスタが開き、MOSFETへの5Vが切断され、コイルもオフになります。したがって、発射体はコイルから脱出し、発射されます。IRセンサーに電力を供給し、トランジスターとMOSFETをトリガーする5Vは、9Vバッテリーからの7805電圧レギュレーターICによって調整されます。
コイルを巻く
先に述べたように、この回路で最も重要なコンポーネントはコイルです。コイルを巻き始める前に、発射体のサイズを決める必要があります。私の場合は、発射体としてドライバービットを使用しています。ただし、鉄の磁気特性を持つものは何でも選択できます。発射体を選択した後、摩擦が少なくても発射体をスライドさせるのに十分な構造の穴パイプを選択する必要があります。空の詰め替えペンを使ってみましたが、うまくいきました。発射物のサイズに基づいて1つを選択できます。その場合、円筒形のベースの長さは最大5cmになります。最後に中程度の太さのエナメル銅線も購入します。私のものは0.8mmの太さです。
必要な資料をすべて集めたら、お気に入りのプレイリストを再生して、円筒形のベースの上にコイルを巻き始めます。巻線が重なり合ったり、簡単に緩んだりしないように注意してください。巻線の最初の層を仕上げた後、絶縁テープ（電気テープ）を使用して所定の位置に固定し、同様にその上に2番目の層を羽ばたき始めることができます。最初の層の終わりに達した後に左から右に始めた場合は、常に一方向にのみコイルを巻く必要があることに注意してください。2番目の層を巻くために左からもう一度始めてください。 5〜7層に達するまで、この手順を繰り返すことができます。私は約6層を作り、各層は約60ターンありました。私のコイルの配置は下の写真のようになります。オプションでコイルを所定の位置に固定するために、2つの3Dプリントディスク（白色）を使用しました。
テスラコイルプロジェクトのように、コイルの操作は常に困難であり、正しく動作させるには正しく巻く必要があります。コイルの巻き方が不適切なため、多くの人が正しい出力を得ることができません。
ミニコイルガンの働き
コイルを構築した後、コイルガン回路の残りの部分への接続に進むことができます。ブレッドボードの定格は通常500mAのみであるため、コイルは5Aを消費する可能性があり、ブレッドボード上にコイル部分を構築できないことに注意してください。したがって、コンポーネントをはんだ付けしてパフォーマンスボード上に完全な回路を構築するか、下の図に示すように、ブレッドボードを介して高電力線を直接はんだ付けする大まかな方法に従うことができます。
ご覧のとおり、コイルは、ピンがワイヤに直接はんだ付けされているMOSFETを介して安定化電源クリップ（ワニ口クリップ）によって通電されています。 MOSFETのゲートピンは5Vしか必要としないため、ブレッドボードに接続され、電圧レギュレータ、トランジスタ、スイッチなどの残りの回路が構築されます。ブレッドボードは9V電池によって電力が供給されるバッテリークリップけれども。
コイルガンプロジェクトをテストするには、金属片をコイルの中に入れ、ブレッドボードのボタンを押すだけです。これにより、発射物がコイルの外側に発射されます。また、ボタンを押し続けないでください。発射物が発射された後、コイルが再びオンになり、コイルが永久に損傷する可能性があります。プロジェクトの完全な動作は、ビデオで見つけることができます。
プロジェクトをビルドして機能させることを願っています。質問がある場合は、下のコメントセクションに残すか、他の技術的な質問についてフォーラムに投稿してください。