A's LabⅡ

アスラボと読みます。マイクロマウスやロボトレースの大会に向けて、機体の構造設計・回路設計・基板設計・プログラミングを中心に行っています。趣味のパワーエレクトロニクス系では、テスラコイルやコイルガンなどを製作・評価・改善を繰り返しています。興味を持って頂ければ幸いです。アドバイスや質問、感想などございましたらコメント欄にお願いします。 また、私のブログは背景が暗めの設定を想定しているため、白背景では文字が読みづらい点があります。

テスラコイル

海外に発注した基板が到着した!

高校最後の期末テストも終わって自由登校になり、ひと段落したHaidoです。進学校ではないので楽なんですが、私は進学するので自分の意識が試される期間だと思っています。

早速本題です。先月20日にシンガポールに発注していた基板が到着しました。5日に不在票が入っていたので、基板の発注を完了してから17日間で自宅まで届けてくれました。そのうち5日間が基板の製作期間、12日間でシンガポールから日本の私の家まで届けてくれました。送料は最安の$8の設定で十分な感じですね。予定上、30営業日必要となってたと思うんですけどね。

これが届いた物です。
B9H9SaOCAAA96Jz
真空状態で到着しました。他サイトを拝見すると、「真空パックが破れていた」との声もありましたが私は大丈夫だったようです。

B9VbOR7CQAAFeNG
想像通りかなり質が高いのでテンション上がりましたよー

シルク印刷もいい感じです。他サイトにシルクインクの飛び散りが見受けられるとありましたが、私の基板には見受けられませんでした。ですが少しシルクの掠れはありますね。細くしすぎたようなので次回修正します。

過去のFusionPCB利用者のサイトを漁ると、10枚発注すると10枚から12枚送られてくるって書いてありましたが、残念ながら私は最少の10枚でした。まあ8枚しか使う予定ないのでいいですけどね。

早速基板のカットをしてみます。勿論この前買ったサーキュラーソウテーブルで。
B9IVqOYCYAI5sht
基板はとにかく傷を付けないように気をつけましょう。でないとレジストを破ってしまいます。なのでアルミの台にコピー用紙でも貼り付けておきます。貼ってもダメなものはダメですが。

サーキュラーソウテーブルで刃は超硬丸鋸刃を使用。基板を切ってみての感想ですが、刃は硬けりゃいいってもんじゃない、そう実感しました。多分これ刃が傷む前にモーターが焼ける。サーキュラーソウテーブルのオプションにダイヤモンド丸鋸刃というものがあります。それは基板が対応しているので、それを買わないといけないかもしれません。用途に応じて使い分ける必要がありそうです。結局買い揃えないといけないとは・・・本体より刃2枚の方が高いってどういうことだよw

B9IVpllCEAA5FwS
さてさて、適当に水洗いして拭き取るととても綺麗な基板が出来上がっています。

テスラコイルの展示に間に合ってくれたので、これもネタに使えそうです。基板のサンプルを持っていきます。
B9uPaisCIAESQoy
綺麗ですね。製作者本人も魅了されました。

B9uZJG1CEAEC6L8
安物ファンクションジェネレータに繋いで動作確認です。

B9uZKILCYAIVw9U
オシロスコープ上で動作を確認しました。今までは配線図と睨めっこしながら数時間掛けて制御回路を組んでいたのに30分程で完成してしまいました。しかも一発動作。いいですね。

しかしOCD辺は少し配線をミスっていた模様。この機能なしでも放電はできるし別にいいのですが、また近いうちに修正版のプリント基板を発注する予定です。今度はエレクロウを使ってみます。

そして肝心のテスラコイルはこんな感じです。
B9fTBojCAAAbMvH

B9fUZewCYAE1z0M
実物はもっと巨大な放電が出ているんですけどね。何故か写真では小さく写ります。

B9dv_88CIAAQN9C
これは昼間取れた写真。これはまあまあ実物に近いです。どうして差が出てしまうのかわかりませんが。

それとここからはおまけ。
これも基板と似たような時期にebayで注文したものです。テスラコイルの1次共振用のコンデンサ。
1kV@0.1uFと2kV@0.022uF
B9n4xQQCAAA6nuK
どちらも100個ずつあります。なんか見た目がダサいんですよね。安いから見た目には口を挟まないとして、特性はいいほうだと思います。上の放電写真をみてわかるとおりの特性です。もとが安いので余った分はヤフオクに出しても元取れると思うんですよね。

B9oVJYfCIAEn9AS
こんな感じで配線して使用します。この写真を撮った後に更に4つ追加して共振を合わせました。因みに上の放電写真で使用したコンデンサは10個しか使用していません。耐圧を2倍にしたかったので使用するコンデンサは4倍になりました。

B-BbWdqCMAAQjJV
それからキーフォルダーにでもしようと真空管を60本程買いました。使いどころの見つからない物の詰め合わせということで安かったのでつい買ってしまいました。未使用品とのことですがどうなんでしょうね、古いビニール袋に入った綺麗な物もあれば焼き付きが見受けられるものもあります。商品説明を信じない方がいいようです。
でもせっかく真空管があるんだからLチカくらいはしてみたいような
B-BbXIACcAELyAQ
twitterに投稿するとdomino氏「これは6BK6で21kVくらいのB電源、X線めっちゃ出るやつ」だそうです。うん、わかんない

それに殆ど整流管だそうです。しかし整流管ならではの青い光がでる管はないようです。dominoさんも1つしか持ってないとのこと。やっぱりただのオブジェクト程度にしかなりませんね。

そんな感じで現状報告でした。

自作プリント基板を海外の業者に格安で発注しよう

明けましておめでとうございます。
今年もご指導ご鞭撻のほどよろしくお願いいたします。

さて、今回はプリント基板を自宅で製作するのではなく、 海外の業者の方に基板を発注してみたいと思います。前の記事でプリント基板の依頼を受け付けると言っていましたが、自作の方の基板製作の受付企画は終了しました。海外に発注した方がきれいにできます。

今回初めて基板を外注してみることにしました。 日本の業者さんだと数万円掛かるところを、海外業者ではその10分の1ほどの値段で製作を行ってくれます。送料の方を心配されるかと思いますが、大抵$8ほどです。日本国内の配達送料と然程変わらないかと思います。

今回発注する予定の基板はこちらです。
bandicam 2015-01-20 21-04-19-102
テスラコイルの制御回路です。前回の記事で左下の回路を載せたかと思いますが、GDTはやめて文字を書くためのスペースにしました。よく考えたらハーフブリッジで駆動することなんてまずありませんからね。簡単に基板の説明をすると、左下が演算・制御・増幅回路、右下が突入電流抑止回路、左上が簡単なワイヤレス受電用のコイル、右上は筆箱にでも付けれるキーフォルダー的なもの。

それではどこの業者に発注するかです。候補として上がったのがFusionPCBElecrowの2つ。どちらがいいのかはイマイチわからないので、昔から続いていて先人も多くいるFusionPCBに決めました。Elecrowは次回挑戦してみようと思います。

まずは基板のガーバーデータを準備します。Eagleの*.brdデータを直接送ろうとしても受け取ってもらえないので注意です。ガーバーの出力方法は適当にggればすぐに出てきます。
ガーバー出力すると色々なファイルが生成されます。
bandicam 2015-01-20 21-42-43-469
例えばこんな感じの。これは修正前なので文字が散らかってますね。ガーバーの確認の必要性が見受けられます。ガーバーの確認にはP板.comの出しているCADLUS Viewerを使用しました。これでしっかり確認してから発注しましょう。

bandicam 2015-01-21 00-07-35-538

bandicam 2015-01-21 00-07-43-338
他にはこんな感じのレイヤーもあります。一つでもファイルが抜けてると残念な基板になってしまうので慎重にファイルを確認してください。

それでは発注です。上にFusionPCBのリンクつけておいたので、そこから必要事項を記入して進めていけば意外と簡単に発注できます。
bandicam 2015-01-21 01-04-53-553
これで発注完了です。

気になるお値段ですが、100*100の基板*10枚にグリーンレジスタ、レイヤー2、厚み1.6mmその他標準設定で$21.9+送料$8.1で合計$29.0でした。クレジットカードで支払って、引き落としが3,601円。最近は円安の影響で高く感じられるのが痛いですね。でも日本と比べれば感動するくらい安いことがわかります。現在商品が届くのを待ってる状態です。発注したのが1月21日の深夜2時頃。さて、いつ届くでしょうかね。基板のできが気になります。(H27.1.26追記:今日FusionPCBから発送したとのメールがありました。)

それからElerowとの比較も近いうちに出来そうです。Ponsさんの発注する基板に空きがあるということで、
bandicam 2015-01-12 20-43-13-155
こちらの基板を入れてもらうことになりました。こちらは2/7くらいに発注予定です。

それでは、よいプリント基板ライフを。

2014年最終記事

今年も残すところ1時間となりました。今年、皆さんはいかがでしたでしょうか。
私は色々と大変でしたが充実した1年でした。
テスラコイルもとても安定して動作させることができるようになり、学校のひと部屋貰えて思いっきり研究でき、某賞では最優秀賞を取ることができました。本当にありがたかった出来事です。

それと何より大学に合格できたことですね。ネットに学校名を上げることはできませんが、とても名誉なところに入れて嬉しいばかりです。この大学に入れたのも、日々楽しんでmaker活動に励んでいたからだと思います。Twitterを見てると大学に入ると電子工作をきっぱりやめてしまう人が多いようですね。私は今後も続けていきたいと思っていますが、 勉強の方もあるので今までのようには行かないかもしれません。まあ勉強の方を最優先にして行きたいと思います。

現在製作中の物としてはトリオテスラの製作です。3台のテスラコイルから放電で音楽を奏で、3重奏で演奏できるようなものです。これは課題研究の発表で、特別枠として全校生徒の前で発表予定です。もしかすると無線電力送電の方でやってくれと言われるかもしれないので、このテスラコイルが出せるかはわかりませんが、このテスラコイルを作るのは前からの夢だったので作ってしまいたい製作物です。実家でなら最高出力で演奏できますので。
B5LhvFICIAEQehU
3台巻くのは大変ですね。小さいもので1時間半かかりました。1500回巻を手で巻いていくわけです。電動ドリルをくっつけて巻こうと最初は思っていたのですが、空回りがひどいので結局手で全部巻きました。

DSCN0334
前回一番大きいコイルはニス塗りしたので、今回は小さいコイルにニス塗りしました。輝いてますね。放電に期待したいです。

B5ivKlpCMAErU-4
それと一番大変なのが土台のデザインを考えることですね。なるべく安く、高級感を出してということをコンセプトとして、テスラの1次コイルの渦電流で電力を持っていかれないように考慮して設計しなければなりません。今のところ1台辺り700円でできそうな計算です。学校からつや消しブラックのラッカースプレーを貰えたりしてるので、結構安く出来そうな感じです。

B6J4lVPCQAA9QRl
そしてテスラコイルの心臓部、演算回路です。スティーブ氏と過去の自分の回路を参考に、配置はwata氏の回路を参考に設計しました。右下にはaitendoの激安トランス製作キットで製作するGDTが乗るような設計になっているので、ハーフブリッジならこの基板1枚とパワー回路だけで動作できるようになっています。フルブリッジ用のGDT基板とインタラプタ部分を光ファイバーケーブルにしてノイズを抑止するための接続回路と、突入電流防止回路が必要です。それは来年作っていこうと思います。今回初めての基板の業者発注してみようかと思っています。海外に発注するのでレートがなにより心配ですね。$1 120円とかやってられませんよw10*10cmに収めて10枚$21くらいになる見積です。約2600円程

それからクリスマスプレゼントには丸鋸盤を購入しました。DSCN0345
基板とかアクリルとか木材関係を中心に使っていきます。

B57Z3lUCcAIvgNu
土台と1次コイルの固定用の部品を切り出しました。塩化ビニルパイプを真っ二つにするなんて金のこでは無理ですよね。

B5_4CMyCcAAwrPk
これは5000円もする刃です。超硬丸鋸刃というものです。金属やカーボングラスなどが切断できます。しかし、丸鋸の直径が小さいのと刃の部分が短いということもあり、木材に関しては初期装備の方が切断スピードが速かったりします。

なお、プリント基板のカットにはこちらのダイヤモンド丸鋸刃が最適です。上の刃ではうまいこと切れませんでした。
B6FkVQCCcAAvSy5
 手始めにアルミアングルを切断してみました。いやー余裕でしたね。しかも加工精度がとてもいい。金のこでチマチマ切ってた頃の自分に貸してやりたいです。

それから丸鋸は直線加工しかできないものだと思われがちですが、実は円盤も作れるんですよ。
DSCN0363
DSCN0359
こんな感じですね。ちょっとした角は粉にして丸く整形することができます。
B6F__9KCUAEKWdi
これらはトロイドの固定に使用します。肝心のトロイドは製作はしてあるものの写真を撮り忘れたので今はありません。

それからコイルガンの方はあまり進捗ありませんね。
B495fNRCIAAsEuC
一応アルミ缶は両面貫通いきました。
左上に見えるのが弾速計です。これで効率を高精度に計算できます。弾を飛ばして飛距離で計算する方法があるようですが、それは打ち出す角度によって大きく変わってきてしまうので、そんな方法で得られたデータは宛になりません。

それからやたらと伸びたツイートを貼っておきますか。
bandicam 2015-01-25 23-16-47-706
”計器”を"けーき"と置き換えた既出ネタを使わせてもらうと中々伸びました。自分のフォロワー数を数人超えれました。初めてなので嬉しいです。
それとコメントも中々考えられたものいただきました。
bandicam 2015-01-25 23-17-45-169

そんなこんなやってるうちに今年ももう4分です。
年明けてからもう少し追加しようかと思います。それでは良いお年を。 
私は今から神社に行ってきますね。  

高効率コイルガンプロジェクトⅠ

私が電子考察を始めたきっかけは電飾系の工作がやりたくてなんですよ。そこから友達がニコニコ動画のレールガンを見せてきて、中学2年の私は「これ作ってみたい!」と思うようになり調べててみると中々に大変なものだと知り、関連記事に載っていたコイルガンをやってみようかと高電圧を扱う実験で一番初めに手を付けた分野がコイルガンだったのです。中学3年の時に色々と工夫を加えたコイルガンで受賞もしましたが、その当時は分かっていなかったことが多すぎました。今回は原点に戻り、あの時できなかったこと(シミュやオシロの扱い)が出来るようになってきたので、もう一度コイルガンプロジェクトを始動させようと思います。

まず最初に      ↓クリックで拡大
B3NOpVLCcAA18PM
このグラフを見て何が分かりますか? あー効率落ちちゃってるなーと理解できましたでしょうか。 モーター等の逆起電力はこの位置にフライホイールダイオードを儲けることで打ち消されるのですが、この場合、ダイオードとコイルで"ぐるぐる"と電流が流れているのがこのシミュレーションから見受けられます。コイルガンは瞬時に電流を流し、ちょうどいいところでキッパリと電流を遮断して磁気によるプロジェクタイルの引き返しを最小限に抑えなければいけません。はい、ヒントはここまで。コイルガンでの最高なスナバ回路を考えましょう。

B3JCPqVCEAEl9KM
次にやったことと言えばこんなことかな。コイルをよく見ると、前に8本、後ろに8本のUEW線が出ていることがわかります。なかなか作るの大変でしたよ。しかも綺麗に巻くにはコツが必要です。それぞれの配線が終わり、ターミナルブロック部分にピンヘッダでタップを設けました。こうすることにより コイルのインダクタンスを可変することができます。LCRメーターで測定してグラフ化すると、曲線を描いてインダクタンスが上昇していきました。また、プロジェクタイルの挿入具合でのインダクタンス変化も勿論あります。そちらもグラフ化すると2回うねる曲線を描きました。ヒントはここまで。

B3JEJ6uCEAAhnGF
昇圧は昇圧チョッパを使用。充電時間は4秒くらいかな。まあコンデンサが250Vの45Jくらいだからってこともあるんだけど。因みに今後キャパシタも可変にできるようにしようと思い製作してある。完成してるけど画像がない。しかもまだ試してないし、私が試してから画像は投稿しようかなと。

B3DpHXACAAIBlVn
これが現状。まだ調整とかできてないから今後どんどん威力が上がっていくのかと思うと楽しみ過ぎるな。因みにチップスターの厚紙はアルミ缶より格段に貫通難しいからね。


ここからはおまけ。

B2kWvrDCEAA7qtY
Ponzからの依頼のプリント基板作ったり

B2Ow30eCMAA76VZ
足が6本ある5mm砲弾型発光ダイオードが手に入ったり

 B12QoyuCEAA3Yl0
流行に乗って青色レーザー買ったり

B3Sp8vgCUAIvEBH
VU100の塩化ビニルパイプに巻いた巨大コイルのニス塗り(3度目)をしたり

B3hgPVSCAAIqW0B
何と言ってもこれ。巨大テスラコイルの制御部。詳しいことは秘密。

今後に期待してね~ノシ

追記--2014/11/30

コメントの方で6本足発光ダイオードが気になると頂いたので詳しく書きたいと思います。
 
B3pxxzcCUAAsicN
6本脚があるうち、真ん中2つがGNDとなっておりました。最初分からなかったんで光ったり光らなかったりで悩まされました。Twitterは赤、青、緑の3原色がGNDも絶縁されてるものではないかと話していましたが、実際はこんな感じです。右上から時計回りに青、黄、青、赤と光っています。謎ですね・・・何に使われるものだったのでしょうか。因みにこのLEDの入手先はヤフオクです。11個60円で手に入りました。ネタとして買ったので良しとしましょう。 

現状報告

しばらく放置してしまいましたね。更新はしてませんがコメント欄はほぼ毎日確認してるんで。

取り敢えず現状報告をしておきます。
最近は論文の作成に追ていたり、中間考査が1週間後だったり、大学の最終試験の合格発表も1週間後だったりして落ち着かない毎日です。ブログは面倒だから更新しないとかじゃないから勘違いせんといてね。

最近やったことでブログで言えることはテスラコイルの美しい波形を観測したこととかかな
BwMyISMCQAAs5MI
 これは2次コイルのアースに流れる電流をカレントトランスでフィードバックしたときの波形。とても美しい。

BwMwVYwCEAA9dHc
これはちょっとやばいやつ。オシロにプローブを繋がなくてもテスラコイルの電磁波を拾って波形が表示されてしまっている。それもテスラから遠い1chから4chにかけて振幅が大きくなっているのがわかる。ちなみにこの振幅はインタラプタのduty比を上げていけばどんどん大きくなる。見やすい感じにするためにここで止めてるだけだね。

あとフルブリッジも作ったな
BxltcVZCIAAwpf4

それと放電の様子とか
DSCN9798

DSCN9796

DSCN9801

DSCN9800
ちょっと↑この画像をクリックして拡大して見て欲しい。左側のトーラス型のアース電極に放電が起こってるわけだけど、放電1本1本が綺麗に並んで配列されている。下から上へ上がっていくんだ。
テスラコイルの全体写真は今は見せられない。

暗くするとこんな感じ
DSCN9331

DSCN9340

DSCN9338
なかなかイケてる。
因みにこれでAC100V入力の普通の全波整流で駆動させてる。現段階で2次コイル長以上の放電ができているわけだが、更に倍電圧整流にしてバス電圧を2倍にしてやれば放電も2倍近く伸びる。今スイッチング素子にIRFP260を使用しているからそのまま倍電圧整流にすると潰れてしまう。そのためヤフオクでこんなものを落札した。
BzWcOdRCEAAjz15
GT50J101というIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)が34個だ。どこかの研究所のプロジェクト終了につき未使用の不要在庫が出品されたようだ。これだけで送料合わせて1500円程度。新品を買ったら1個それくらいしてもおかしくない素子だ。ミニテスラに使うにはちょっと遅くて難しいかもしれない。VU100のテスラにいくつか並列に接続して使うってのもアリだと思う。某氏みたいに大量に並列につなぐことはしないが。まあ使えなかったらインバータとかコイルガンとかに使えるし。今後に期待だ。 

コイルガンで思い出したが、高効率なコイルガンの製作が可能になるかもしれない。色々考察してきて現在大詰めに差し掛かってるところだ。そちらも時間が出来次第製作を進めていく予定。その前に高効率レールガンも前々から言ってるし早くやらないとなと思ってる。でも面白いのはレールガンよりコイルガンなんだ。レールガンはレール間の微妙な調整で効率がガタ落ちしたりするところとかが大嫌いだ。でも一度作ってみたいよね。

それとパワーレーザーが手に入ったんだ。
DSCN9558

Max.Output<10000mW

DSCN9566

DSCN9574
だが実際には400mW程度しか出力できていないみたいだ。 上の画像をtwitterに載せて、上が30mWで下が10000mWの比較という感じで投稿した。すると”こんなの10000mWもないよ”だとかそのようなコメントが多数見受けられた。そりゃないだろうな。ツイッターに投稿するときに態々「Max.Output<10000mW表記とMax.Output<30mW表記のレーザー比較」とまで書かないといけないのか?大衆に向けて書く時とオタクに書く時ではちょっと気を付けないといけないなと思った。
 
400mW程度でも焦点を合わせれば黒い紙に穴を空けたりマッチに着火させたり、プラスチックを傷つけたりくらいならできる。本当に10Wのレーザーだったら逆に危なくて使えなかった。この程度なら焦点をずらして結構遊べる。なかなか高精度にできてていいものだった。更に面白そうなレーザーを見つけたからまた注文してみたけど、届くのは1ヶ月後くらいかな。最近ドル高円安になって海外からの輸入には辛いね。

はい現状報告でした。 
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