Comment fabriquer un pistolet à bobine électromagnétique

Coil Gun, comme beaucoup de gens le pensent (y compris moi), n'est pas seulement un jouet amusant avec un tube et quelques bobines autour de lui qui peuvent tirer des projectiles à une certaine distance. Les scientifiques des laboratoires nationaux de Sandia pensent qu'un pistolet à bobine peut être conçu pour accélérer les particules à une vitesse plus élevée suffisamment élevée pour échapper à la gravité terrestre. Oui, vous avez bien entendu! Le canon à bobine pourrait éventuellement être utilisé pour lancer des satellites à l'avenir. Peut-être y a-t-il des gens qui l'ont essayé et qui y travaillent actuellement. Outre les applications spatiales, l'armée semble également être intéressée par une autre forme de pistolet à bobine appelée Rail Gun ou Railway Gun qui pourrait tirer des projectiles.

Tout cela m'a intéressé à créer ma propre version de Coil Gun. En outre, il est si satisfaisant de jouer avec et de regarder les projectiles métalliques sortir de la bobine en un clic. Avant de commencer, je voudrais préciser que ce projet est purement à des fins éducatives, donc si vous cherchez à construire cette arme pour échapper à cet intimidateur dans votre lycée, vous devriez probablement consulter un psychologue. Le projet implique également des pièces métalliques volantes et des tensions élevées, alors soyez prudent lorsque vous travaillez avec. Cela étant dit, commençons.

Matériaux nécessaires

Fil de cuivre (émaillé)
Capteur IR (type de mesure de vitesse)
IRFZ44N MOSFET
Transistor BC557 PNP
Résistance 10k et 1K
Régulateur 7805
0,1 uF
Bouton poussoir
Planche à pain
Source d'alimentation (RPS)
Batterie 9V

Comment fonctionne un pistolet à bobine?

Le principe de base d'un pistolet à bobine est qu'un conducteur porteur de courant induira un champ magnétique autour de lui, ce qui a été déclaré par Faraday. Pour améliorer la force de ce champ magnétique, le conducteur porteur de courant est enroulé sous la forme d'une bobine. Maintenant, lorsque cette bobine est alimentée, elle produit un champ magnétique autour d'elle qui est suffisamment puissant pour attirer des pièces métalliques (ou autres ferro-magnétiques), c'est-à-dire des projectiles.

Un tel agencement n'attirera le projectile à l'intérieur qu'à partir d'une extrémité et lorsqu'il atteindra l'autre extrémité, il sera à nouveau attiré à l'intérieur de la bobine et ainsi le projectile restera à l'intérieur de la bobine elle-même après quelques oscillations. En effet, pendant le processus, le projectile est magnétisé et agit comme un aimant, de sorte que tant que le champ magnétique est présent, le projectile (aimant) aura tendance à rester uniquement dans la bobine. Mais un pistolet à bobine devrait lancer un projectile hors de celui-ci, nous devrions donc utiliser un capteur pour vérifier si le projectile a atteint l'autre extrémité de la bobine et quand la bobine doit être éteinte, de cette façon le projectile se déplacera avec la même vitesse et s'échapper de la bobine.

Cela peut sembler simple, mais la complexité peut être augmentée en utilisant plus d'une bobine. En utilisant plusieurs bobines, la vitesse du projectile peut être augmentée pendant qu'il passe à travers la bobine. Une autre tâche difficile consiste à fournir suffisamment de courant pour la bobine. La bobine peut consommer entre 5A et 10A à 24V en fonction du nombre de tours et de l'épaisseur de la bobine. Donc, pour obtenir un courant aussi élevé, la plupart des gens utilisent un gros condensateur pour y faire face. Mais dans notre tutoriel pour garder les choses simples, nous allons construire un pistolet à bobine à un étage et l'alimenter avec une unité RPS.

Schéma

Le schéma de circuit complet de ce pistolet à bobine à un étage est illustré dans l'image ci-dessous.

Comme vous pouvez le voir, le circuit est assez simple. Le composant principal du circuit est la bobine elle-même; nous verrons comment nous le construisons dans la rubrique suivante. La bobine est alimentée sous forme d' une tension d'alimentation 24V forment notre RPS, l'alimentation est commandée (commuté) par l' intermédiaire d' un N-Canal MSFET IRF544Z. La broche de porte du transistor est tirée vers le bas à travers une résistance de 10k (R1) et la diode D1 est utilisée pour contourner le courant inverse lorsque la bobine se décharge.

Le MOSFET est à canal N et par conséquent, il reste désactivé jusqu'à ce qu'une tension de seuil de grille dans ce cas 5V soit fournie à la broche de grille. Cela se fait avec un bouton poussoir à travers un transistor PNP (BC557), lorsque le bouton est enfoncé, le 5V est fourni à la broche Gate du MOSFET et la bobine est activée. Cela attirera le projectile et le poussera à travers l'autre extrémité. Dès que le projectile atteint l'autre extrémité, le capteur IRle détectera et enverra un signal 5V à la broche de base du transistor PNP via la résistance de limitation de courant 1K. Cela ouvrira le transistor et donc le 5V vers MOSFET sera déconnecté et la bobine sera également désactivée. Par conséquent, le projectile s'échappera de la bobine et sera lancé. Le 5V pour alimenter le capteur IR et déclencher le transistor et le MOSFET est régulé par un circuit intégré de régulateur de tension 7805 à partir d'une batterie 9V.

Enrouler la bobine

Comme indiqué précédemment, le composant le plus important de ce circuit est la bobine. Avant de commencer à enrouler la bobine, vous devez décider quelle sera la taille de votre projectile, dans mon cas, j'utilise des embouts de tournevis comme projectiles. Mais vous pouvez sélectionner tout ce qui a des propriétés ferromagnétiques. Après avoir sélectionné le projectile, nous devons sélectionner une structure en forme de tuyau de trou qui est juste assez pour faire glisser le projectile à travers lui sans trop de friction. J'ai essayé d'utiliser un stylo de recharge vide et cela a très bien fonctionné pour moi. Vous pouvez en sélectionner un en fonction de la taille de votre projectile. La longueur de la base cylindrique peut alors atteindre 5 cm. Enfin, achetez également du fil de cuivre émaillé d'épaisseur moyenne, le mien mesure 0,8 mm d'épaisseur.

Après avoir rassemblé tous vos matériaux nécessaires, jouez votre liste de lecture préférée et commencez à enrouler la bobine sur le dessus de votre base cylindrique. Assurez-vous que le bobinage ne se chevauche pas et ne se desserre pas facilement. Après avoir affiné la première couche d'enroulement, vous pouvez utiliser un ruban isolant (ruban isolant) pour le fixer en place, puis commencer à ailer la deuxième couche sur le dessus de la même manière. Notez que vous devez toujours enrouler la bobine dans une seule direction, si vous avez commencé de gauche à droite après avoir atteint la fin de la première couche, recommencez à partir de la gauche pour enrouler la deuxième couche. Vous pouvez répéter cette étape jusqu'à ce que vous atteigniez 5-7 couches. J'ai fait environ 6 couches avec chaque couche ayant environ 60 tours. Mon arrangement de bobine ressemble à ceci montré dans l'image ci-dessous.J'ai utilisé deux disques imprimés en 3D (couleur blanche) juste pour fixer la bobine en place, ils sont facultatifs.

Travailler avec des bobines est toujours difficile et il faut l'enrouler correctement pour fonctionner correctement, comme dans Tesla Coil Project, de nombreuses personnes n'obtiendront pas la sortie correcte en raison d'un enroulement incorrect de la bobine.

Fonctionnement du mini pistolet à bobine

Après avoir construit la bobine, vous pouvez procéder à sa connexion au reste du circuit du pistolet à bobine. Gardez à l'esprit que la bobine peut consommer un 5A aussi élevé et que la partie de la bobine ne peut donc pas être construite sur une planche à pain car les planches à pain ne sont normalement évaluées que pour 500 mA. Vous pouvez donc soit construire le circuit complet sur une carte de performance en soudant les composants, soit suivre une manière grossière de souder les lignes à haute puissance directement à travers une maquette comme je l'ai fait comme le montre l'image ci-dessous.

Comme vous pouvez le voir, la bobine est alimentée par les pinces d' alimentation régulée (pinces crocodiles) à travers un mosfet dont les broches sont directement soudées aux fils. La broche de grille du mosfet ne nécessite que 5 V et est donc emmenée sur la planche à pain où le circuit restant comprenant le régulateur de tension, le transistor et le commutateur est construit. La planche à pain est alimentée par la batterie 9V à travers les clips de batterie.

Pour tester le projet de pistolet à bobine, placez simplement la pièce métallique à l'intérieur de la bobine et appuyez sur le bouton de la planche à pain. Cela devrait lancer le projectile à l'extérieur de la bobine. Assurez-vous également de ne pas appuyer continuellement sur le bouton car cela remettra sous tension la bobine après le lancement du projectile et pourrait l'endommager de manière permanente. Le fonctionnement complet du projet peut être trouvé dans la vidéo.

J'espère que vous avez construit le projet et l'avez fait fonctionner. Si vous avez des questions, vous pouvez les laisser dans la section commentaires ci-dessous ou les publier sur nos forums pour d'autres questions techniques.