簡単なコイルガンの作り方と考察
4月 2nd, 2013 @ 01:08 pm › ct-robo
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ここでは、コイルガンの製作について、詳しくまとめています。
簡単なコイルガンの作り方、発射方法、高威力・高効率コイルガンを作るための考察などをかいております。コイルガンの考察について読みたい方は記事の最後の方を読むことをお勧めします
始めに。
ここに記載してあることを実行して、何らかの損害を被ったとしても当サイトは一切の責任を負いません。すべて自己責任でお願いします。
感電には注意し、安全対策をしっかりとるよう心がけてください。
コイルガンとはどういうものか、簡単に説明すると、
コイルに大電流をながすと、大きな磁力が生まれます。
中に何も入っていないコイルの近くに強磁性体(鉄など)を置き大きな
電流を流すと、強磁性体はコイルの中心に向かって引き寄せられます。
その引き寄せられている最中に電流を切ってしまうと、加速した強磁性体は
射出されます。これを使って、鉄などを速いスピードで打ち出す装置を
コイルガンといいます。コイルガンでは、大電流を一瞬だけ流すことで、すばやく強磁性体を射出します。
この記事では、そのコイルガンの安く簡単な作り方と、コイルガンの仕組みを詳しく解説します。
材料
使用済み使い捨てカメラ 3個(多ければ多いほどいいです) ※0円
アクリルパイプ 200円 もしくは ストロー
エナメル線 100円
鉄釘(短めで、アクリルパイプもしくはストローに入る太さの物)
スイッチ 2個 200円
輪ゴム2個
テープ
合計 500円
今回はこの、鉄釘を発射させます。
材料はホームセンターと写真の現像ができるカメラ屋から調達してください。
使用済み使い捨てカメラを0円で調達する方法ですが、
写真の現像ができるカメラ屋で貰ってください。
私は3日前に生まれて初めてカメラ屋に一人で入店し、レジのやさしそうなおばさんに
「現像後の使い捨てカメラがありましたら、譲っていただけないでしょうか？」
と頼み、運よく手に入れることができました。
「業者に引き取ってもらってるので・・・・」
と断られることもありますが、探せば地域にカメラ屋は2~3件ほどあると思います。粘り強く探してみてください。
私が運よく手に入れた使い捨てカメラ
「何に使うの？なぜほしいの？」と聞かれると思いますが、聞かれたときは、
「学校の勉強で、カメラのストロボについてあるキセノン菅がほしいんです。」
となにか適当な理由で答えておきましょう。
次に、ホームセンターなどでアクリルパイプとエナメル線と無ければ鉄釘、輪ゴム、テープを買いましょう。
これで部品の調達は完了です。
作り方
まずは発射部分のコイルを作ります。アクリルパイプもしくはストローを10~15cmに切ってください。
次に、アクリルパイプにゴムを巻きつけましょう。間隔はだいたいプロジェクタイル（鉄釘などの強磁性体）と同じ長さにしましょう。
次に、この輪ゴムと輪ゴムの間にエナメル線を巻きつけ、コイルを作ります。きれいに揃えて巻くと、エナメル線による磁界が安定し、強い磁力が生まれやすくなります。
エナメル線が巻き終われば、テープで周りを包み、エナメル線の端は出した状態でコイルがばらばらになってしまわないように固定してください。テープはできれば絶縁テープが好ましいです。下の画像を参考にしてください。
次は、回路をつくっていきます。
回路上でどのように大電流を一瞬だけ流すのか、そのメカニズムを少し説明します。
使い捨てカメラの昇圧回路をつかって1.5Vを250Vまで昇圧する
1の電圧でコンデンサを充電
コンデンサとコイルを接続し、コンデンサにためた電流を一気に流す
という流れです。
250Vでコンデンサを充電するのは、コンデンサはできるだけ容量の多い物を使うことで、電流を大きくします。そのコンデンサを充電するには、電圧が小さいと時間がかかり、その時間の間にコンデンサから少しずつ放電されたりして、充電完了ができなくなります。これを防ぐために、電圧を高くします。そのため、コンデンサも耐圧の高い物を使用します。また、コンデンサの耐圧が高い場合、エネルギー(J)があがり、よりおおきな電流をコイルにながすことができます。エネルギーJは、次のように計算できます。
エネルギー(J) = 耐圧(V)２ × 容量(μF)
このエネルギーが多いほど、コイルガンの威力は増すので、威力の高いコイルガンを製作するときは、これを使って考えてみてください。
では製作のほうに戻ります。
次は、使い捨てカメラを解体してください。
まずは、一般的な使い捨てカメラを用意しました。大体の使い捨てカメラがこれと同じ形をしていると思います。
まずは使い捨てカメラのシールをはがしてください。
次に電池を取り出します。かめらの底になる部分に入っているのでマイナスドライバーなどで開いてください。
次に、カメラの側面についてある凹みになっている固定部分をマイナスドライバーなどでこじ開けてください。両側についているので、下の画像で赤い丸で囲まれている箇所は両側にありますので、そこを開いてください。両側をひらくと、あとは軽く取れると思います。
下の画像が、開いた後の様子です。回路には絶対に手で触れないようにしてください。感電すると最悪の場合死にます。
次に、カメラのレンズの根元を、マイナスドライバーなどで、てこの原理をつかい、力ずくでこじ開けてください。すると、レンズ部分が取れるとともに、回路部分も取り外せます。下の画像の赤い印がしてある部分です。
下の画像は取り外した様子です。
下の画像が回路部分です。下の画像の赤い丸の部分を、ペンチなどで触ってショートさせてください。コンデンサに電荷がたまっている場合は火花が散ります。手で触れてしまうと危険なので何度かペンチなどでショートさせておきましょう。
こうして、使い捨てカメラを何個か解体しましょう。
次に、下の画像の印がしてあるスイッチをはんだ付けして下さい。
(画像:http://x5o3.blog119.fc2.com/blog-entry-39.html)
このスイッチは電解コンデンサを充電するためのスイッチなので、はんだ付けすることにより、電池を入れると充電がはじまるようになります。このスイッチを押して、手動で充電したい方ははんだ付けしなくてもかまいませんが、手動で充電する場合スイッチに触れないようにしてください。カメラの昇圧回路は電池も比較的簡単に外せると思うので、はんだ付けして、充電しないときは電池を抜くようにすることをおすすめします。
次に、カメラの昇圧回路から、下の画像の赤い印をしてある部品、トリガートランス、スイッチ、キセノン管、コンデンサを半田ごてで取り除きましょう。
取り除いたら、上の画像のように電解コンデンサの端子をコイルとスイッチを接続してください。
次に、他のカメラの昇圧回路から電解コンデンサを取り出して、上の画像のように、電解コンデンサの端子と並列に接続してください。最低2個は接続してください。接続する際は、電解コンデンサの極性に注意してください。まちがうと、爆発します。威力を上げたい場合は、電解コンデンサの数をふやしていけば威力が上がります。
これで、コイルガンは完成です。
コイルガンの発射方法
プロジェクタイルの先端がコイルに入るように、プロジェクタイルをセットする
電池を入れる
コンデンサの充電がはじまる チャージ音がなります
充電完了すると、LEDが点灯します
コイルに接続したスイッチをONにすると発射します
これで発射できます。
コイルガンについて考察
コイルガンの威力を上げるために、すこし簡単に考えてみます。
コイル全体の抵抗を落とすことにより、大電流を流したときに、その電流が維持され、大きな磁力を生み出すことができます。そのために、コイルに使うエナメル線を太くすると、抵抗が落ちて、より多きな磁力を生むことができます。
コイルの巻き数を増やすことにより、コイルの性質上、磁力が増します。例えば、アクリルパイプの直径を短くするだけでも、自然に巻き数が増えます。
製作編で書いたように、コンデンサのエネルギー(J)を大きくすることで、磁力も増します
コイルを巻くアクリルパイプなどをより薄い物をつかうことで、より効率よく磁力を伝えることができます。
しかし、ここで注意しなければならないのは、コンデンサの容量をあげたり、コイルに巻くエナメル線を太くすると、電流が流れる時間も長くなり、それにみあったコイルの長さが必要になるということです。
高威力なコイルガンを極めたい方は、
電解コンデンサは耐圧が大きく、容量も大きい物を使う
コイルに巻くエナメル線は太く長い物を使う
アクリルパイプなどは出来るだけ薄く細い物を使う
というふうにすると良いでしょう。ただし、上記のように作ろうとすると、値段も高くなります。
安く効率のよいコイルガンを作りたい方は、
使い捨てカメラなどのコンデンサを、より多く並列に使う
コイルは全長をみじかくして、より多く巻く
アクリルパイプを細く薄い物を使う。
という風にすると良いと思います。
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