Come realizzare una pistola a bobina elettromagnetica

Coil Gun, come pensano molte persone (me compreso) non è solo un giocattolo divertente con un tubo e poche bobine attorno ad esso che possono sparare proiettili a una certa distanza. Gli scienziati dei Sandia National Laboratories ritengono che una pistola a bobina possa essere progettata per accelerare le particelle a una velocità maggiore che è abbastanza alta da sfuggire alla gravità terrestre. Sì, hai sentito bene! La pistola a bobina potrebbe essere utilizzata per lanciare satelliti in futuro. Forse ci sono persone che l'hanno provato e anche che ci stanno attualmente lavorando. Oltre alle applicazioni spaziali, i militari sembrano anche essere interessati a un'altra forma di Coil Gun chiamata Rail Gun o Railway Gun che potrebbe sparare proiettili.

Tutto questo mi ha fatto interessare a costruire la mia versione di Coil Gun. Inoltre, è così soddisfacente giocare e guardare i proiettili di metallo che vengono estratti dalla bobina con un clic di un pulsante. Prima di iniziare, vorrei chiarire che questo progetto è puramente a scopo educativo, quindi se stai cercando di costruire questa pistola per sfuggire a quel bullo nel tuo liceo, probabilmente dovresti visitare uno psicologo. Il progetto prevede anche pezzi di metallo volanti e alte tensioni, quindi fai attenzione mentre lavori. Detto questo, iniziamo.

Materiali richiesti

• Filo di rame (smaltato)
• Sensore IR (tipo di misurazione della velocità)
• MOSFET IRFZ44N
• Transistor PNP BC557
• Resistore da 10k e 1K
• 7805 Regolatore
• 0.1uF
• Premi il bottone
• Breadboard
• Fonte di alimentazione (RPS)
• Batteria 9V

Come funziona una pistola a bobina?

Il principio di base dietro una pistola a bobina è che un conduttore che trasporta corrente indurrà un campo magnetico attorno ad esso, come affermato da Faraday. Per migliorare la forza di questo campo magnetico, il conduttore che trasporta corrente è avvolto in forma di bobina. Ora, quando questa bobina è alimentata, produce un campo magnetico attorno ad essa che è abbastanza forte da attrarre pezzi di metallo (o altri ferro magnetici) alias proiettili in esso.

Una tale disposizione attirerà il proiettile al suo interno solo da un'estremità e quando raggiungerà l'altra estremità verrà nuovamente attratto all'interno della bobina e quindi il proiettile rimarrà all'interno della bobina stessa dopo poche oscillazioni. Questo perché durante il processo il proiettile si magnetizza e funge da magnete, quindi finché il campo magnetico è presente il proiettile (magnete) tenderà a rimanere solo all'interno della bobina. Ma una pistola a bobina dovrebbe lanciare proiettili fuori da essa, quindi dovremmo usare un sensore per verificare se il proiettile ha raggiunto l'altra estremità della bobina e quando la bobina dovrebbe essere spenta, in questo modo il proiettile viaggerà con la stessa velocità e fuoriuscire dalla bobina.

Potrebbe sembrare semplice, ma la complessità può essere aumentata utilizzando più di una bobina. Utilizzando più bobine la velocità del proiettile può essere aumentata mentre passa attraverso la bobina. Un altro compito impegnativo è fornire corrente sufficiente per la bobina. La bobina potrebbe consumare ovunque tra 5 A e 10 A a 24 V in base al numero di spire e allo spessore della bobina. Quindi, per generare una corrente così elevata, la maggior parte delle persone usa un grande condensatore per affrontarla. Ma nel nostro tutorial per mantenere le cose semplici costruiremo una pistola a bobina a stadio singolo e la alimenteremo con un'unità RPS.

Schema elettrico

Lo schema elettrico completo di questa pistola a bobina monostadio è mostrato nell'immagine sottostante.

Come puoi vedere il circuito è piuttosto semplice. Il componente principale del circuito è la bobina stessa; vedremo come lo costruiremo nel prossimo titolo. La bobina è alimentata forma una tensione di 24V formare la nostra RPS, l'alimentazione viene controllata (commutato) attraverso un canale N MSFET IRF544Z. Il pin Gate del transistor viene abbassato attraverso un resistore da 10k (R1) e il diodo D1 viene utilizzato per bypassare la corrente inversa quando la bobina si scarica.

Il MOSFET è a canale N e quindi rimane spento fino a quando una tensione di soglia del gate in questo caso 5V viene fornita al pin del gate. Questo viene fatto con un pulsante tramite un transistor PNP (BC557), quando il pulsante viene premuto il 5V viene fornito al pin Gate del MOSFET e la bobina viene accesa. Questo attirerà il proiettile e lo spingerà attraverso l'altra estremità. Non appena il proiettile raggiunge l'altra estremità, il sensore IRlo rileverà e invierà un segnale a 5V al pin di base del transistor PNP attraverso il resistore di limitazione della corrente da 1K. Questo aprirà il transistor e quindi i 5V al MOSFET verranno scollegati e anche la bobina verrà spenta. Quindi il proiettile uscirà dalla bobina e verrà lanciato. I 5 V per alimentare il sensore IR e attivare il transistor e il MOSFET sono regolati da un IC regolatore di tensione 7805 da una batteria da 9 V.

Avvolgimento della bobina

Come detto in precedenza, il componente più importante in questo circuito è la bobina. Prima di iniziare ad avvolgere la bobina dovresti decidere quale sarà la dimensione del tuo proiettile, nel mio caso sto usando punte di un cacciavite come proiettili. Ma puoi selezionare tutto ciò che ha proprietà magnetiche Ferro. Dopo aver selezionato il proiettile, dobbiamo selezionare una struttura simile a un tubo che è appena sufficiente per far scorrere il proiettile senza molto attrito. Ho provato a usare una penna di ricarica vuota e per me ha funzionato benissimo. Puoi selezionarne uno in base alle dimensioni del tuo proiettile. Quindi la lunghezza della base cilindrica può essere fino a 5 cm. Infine acquista anche filo di rame smaltato di medio spessore, il mio è spesso 0,8 mm.

Dopo aver raccolto tutto il materiale richiesto, riproduci la tua playlist preferita e inizia ad avvolgere la bobina sopra la tua base cilindrica. Assicurati che gli avvolgimenti non si sovrappongano e non si allentino facilmente. Dopo aver sminuzzato il primo strato di avvolgimento è possibile utilizzare un nastro isolante (nastro isolante) per fissarlo in posizione e quindi iniziare ad alare il secondo strato sopra di esso in modo simile. Nota che dovresti sempre avvolgere la bobina in una sola direzione, se hai iniziato da sinistra a destra dopo aver raggiunto la fine per il primo strato, ricomincia da sinistra per avvolgere il secondo strato. Puoi ripetere questo passaggio fino a raggiungere 5-7 strati. Ho realizzato circa 6 strati con ogni strato con circa 60 giri. La mia disposizione delle bobine è simile a questa mostrata nell'immagine qui sotto.Ho usato due dischi stampati in 3D (colore bianco) solo per fissare la bobina in posizione, sono opzionali.

Lavorare con le bobine è sempre impegnativo e bisogna avvolgerlo correttamente per funzionare correttamente, come nel Tesla Coil Project, molte persone non otterranno l'uscita corretta a causa di un avvolgimento improprio della bobina.

Funzionamento della Mini Coil Gun

Dopo aver costruito la bobina è possibile procedere con il collegamento al resto del circuito della pistola bobina. Tieni presente che la bobina potrebbe consumare fino a 5A e quindi la parte della bobina non può essere costruita su una breadboard perché le breadboard sono normalmente classificate solo per 500mA. Quindi puoi costruire il circuito completo su una scheda perf saldando i componenti o seguire un modo grezzo di saldare le linee ad alta potenza direttamente attraverso una breadboard come ho fatto come mostrato nella foto qui sotto.

Come puoi vedere la Bobina è eccitata dalle clip di Alimentazione Regolata (clip a coccodrillo) attraverso un mosfet i cui pin sono saldati direttamente ai fili. Il pin del gate del mosfet richiede solo 5V e quindi viene portato sulla breadboard dove viene costruito il circuito rimanente, compreso il regolatore di tensione, il transistor e l'interruttore. La breadboard è alimentata dalla batteria da 9 V anche se la batteria si aggancia.

Per testare il progetto della pistola a bobina, è sufficiente inserire il pezzo di metallo all'interno della bobina e premere il pulsante sulla breadboard. Questo dovrebbe lanciare il proiettile fuori dalla bobina. Inoltre, assicurati di non premere continuamente il pulsante poiché ciò ecciterà nuovamente la bobina dopo che il proiettile è stato lanciato e potrebbe danneggiare la bobina in modo permanente. Il funzionamento completo del progetto si trova nel video.

Spero che tu abbia costruito il progetto e che funzioni. Se hai domande puoi lasciarle nella sezione commenti qui sotto o pubblicarle sui nostri forum per altre domande tecniche.