Cómo hacer una pistola de bobina electromagnética

Coil Gun, como mucha gente piensa (incluyéndome a mí) no es solo un juguete divertido con un tubo y algunas bobinas alrededor que pueden disparar proyectiles a cierta distancia. Los científicos de Sandia National Laboratories creen que se puede diseñar una pistola helicoidal para acelerar partículas a una velocidad mayor que sea lo suficientemente alta como para escapar de la gravedad terrestre. ¡Sí, oíste bien! Posiblemente, la pistola de bobina podría usarse para lanzar satélites en el futuro. Quizás hay personas que lo han probado y también que actualmente están trabajando en ello. Además de las aplicaciones espaciales, los militares también parecen estar interesados ​​en otra forma de Coil Gun llamada Rail Gun o Railway Gun, que podría disparar proyectiles.

Todo esto me interesó en construir mi propia versión Coil Gun. Además, es muy satisfactorio jugar y ver cómo los proyectiles de metal salen de la bobina con solo hacer clic en un botón. Antes de comenzar, me gustaría dejar en claro que este proyecto tiene un propósito puramente educativo, por lo que si está buscando construir esta pistola para escapar de ese matón en su escuela secundaria, probablemente debería visitar a un psicólogo. El proyecto también involucra piezas de metal voladoras y altos voltajes, así que tenga cuidado al trabajar con. Dicho esto, comencemos.

Materiales necesarios

• Alambre de cobre (esmaltado)
• Sensor de infrarrojos (tipo de medición de velocidad)
• MOSFET IRFZ44N
• Transistor PNP BC557
• Resistencia de 10k y 1K
• Regulador 7805
• 0,1 uF
• Presionar el botón
• Tablero de circuitos
• Fuente de energía (RPS)
• Batería de 9V

¿Cómo funciona una pistola de bobina?

El principio básico detrás de un Coil Gun es que un conductor portador de corriente inducirá un campo magnético a su alrededor, lo cual fue declarado por Faraday. Para mejorar la fuerza de este campo magnético, el conductor portador de corriente se enrolla en forma de bobina. Ahora, cuando se alimenta esta bobina, produce un campo magnético a su alrededor que es lo suficientemente fuerte como para atraer piezas de metal (u otros ferro magnéticos), también conocidos como proyectiles, hacia ella.

Tal disposición solo atraerá el proyectil hacia él desde un extremo y cuando llegue al otro extremo será atraído nuevamente dentro de la bobina y, por lo tanto, el proyectil permanecerá dentro de la bobina después de algunas oscilaciones. Esto se debe a que durante el proceso, el proyectil se magnetiza y actúa como un imán, por lo que mientras el campo magnético esté presente, el proyectil (imán) tenderá a permanecer solo dentro de la bobina. Pero una pistola de bobina debería lanzar un proyectil, por lo que deberíamos usar un sensor para verificar si el proyectil ha llegado al otro extremo de la bobina y cuando la bobina debe apagarse, de esta manera el proyectil viajará con la misma velocidad y escapar de la bobina.

Puede parecer simple, pero la complejidad se puede aumentar usando más de una bobina. Mediante el uso de múltiples bobinas, la velocidad del proyectil se puede aumentar mientras pasa a través de la bobina. Otra tarea desafiante es obtener suficiente corriente para la bobina. La bobina puede consumir entre 5 A y 10 A a 24 V según el número de vueltas y el grosor de la bobina. Entonces, para obtener una corriente tan alta, la mayoría de la gente usa un condensador grande para lidiar con ella. Pero en nuestro tutorial para simplificar las cosas , construiremos una pistola de bobina de una sola etapa y la alimentaremos con una unidad RPS.

Diagrama de circuito

El diagrama de circuito completo para esta pistola de bobina de una etapa se muestra en la imagen a continuación.

Como puede ver, el circuito es bastante simple. El componente principal del circuito es la propia bobina; veremos cómo lo construimos en el siguiente encabezado. La bobina se alimenta de un voltaje de suministro de 24 V de nuestro RPS, el suministro se controla (conmuta) a través de un canal N MSFET IRF544Z. El pin de puerta del transistor se baja a través de una resistencia de 10k (R1) y el diodo D1 se usa para desviar la corriente inversa cuando la bobina se descarga.

El MOSFET es de canal N y, por lo tanto, permanece apagado hasta que se suministre un voltaje de umbral de puerta, en este caso 5V, al pin de puerta. Esto se hace con un botón a través de un transistor PNP (BC557), cuando se presiona el botón, se suministran 5V al pin Gate del MOSFET y se enciende la bobina. Esto atraerá el proyectil y lo empujará por el otro extremo. Tan pronto como el proyectil llega al otro extremo, el sensor de infrarrojoslo detectará y enviará una señal de 5 V al pin base del transistor PNP a través de la resistencia limitadora de corriente de 1K. Esto abrirá el transistor y, por lo tanto, los 5V a MOSFET se desconectarán y la bobina también se apagará. Por lo tanto, el proyectil se escapará de la bobina y se lanzará. Los 5V para alimentar el sensor de infrarrojos y activar el transistor y el MOSFET están regulados por un IC regulador de voltaje 7805 de una batería de 9V.

Bobinado de la bobina

Como se dijo anteriormente, el componente más importante de este circuito es la bobina. Antes de comenzar a enrollar la bobina debes decidir cuál será el tamaño de tu proyectil, en mi caso estoy usando un destornillador como proyectiles. Pero puede seleccionar cualquier cosa que tenga propiedades ferro magnéticas. Después de seleccionar el proyectil, tenemos que seleccionar una estructura similar a una tubería de agujero que sea suficiente para deslizar el proyectil a través de él sin mucha fricción. Intenté usar un bolígrafo de recarga vacío y funcionó muy bien para mí. Puede seleccionar uno según el tamaño de su proyectil. Entonces la longitud de la base cilíndrica puede ser de hasta 5 cm. Por último también compro alambre de cobre esmaltado de espesor medio, el mío tiene 0.8mm de espesor.

Después de reunir todos los materiales necesarios, reproduzca su lista de reproducción favorita y comience a enrollar la bobina en la parte superior de su base cilíndrica. Asegúrese de que el bobinado no se traslape entre sí y no se suelte fácilmente. Después de afinar la primera capa de bobinado, puede usar una cinta aislante (cinta aislante) para asegurarla en su lugar y luego comenzar a colocar la segunda capa encima de ella de manera similar. Tenga en cuenta que siempre debe enrollar la bobina en una sola dirección, si ha comenzado de izquierda a derecha después de llegar al final de la primera capa, comience de nuevo desde la izquierda para enrollar la segunda capa. Puede repetir este paso hasta llegar a 5-7 capas. Hice alrededor de 6 capas y cada capa tenía aproximadamente 60 vueltas. La disposición de mi bobina se parece a la que se muestra en la siguiente imagen.He usado dos discos impresos en 3D (color blanco) solo para asegurar la bobina en su lugar, son opcionales.

Trabajar con bobinas siempre es un desafío y uno tiene que enrollarlo correctamente para que funcione correctamente, como en el proyecto de bobina Tesla, muchas personas no obtendrán la salida correcta debido a un bobinado incorrecto de la bobina.

Funcionamiento de la mini pistola de bobina

Después de construir la bobina, puede proceder a conectarla al resto del circuito de la pistola de bobina. Tenga en cuenta que la bobina puede consumir hasta 5A y, por lo tanto, la parte de la bobina no se puede construir en una placa de pruebas porque las placas de prueba normalmente están clasificadas solo para 500 mA. Por lo tanto, puede construir el circuito completo en una placa de perforación soldando los componentes o seguir una forma burda de soldar las líneas de alta potencia directamente a través de una placa de prueba como lo he hecho como se muestra en la imagen a continuación.

Como puede ver, la bobina es energizada por los clips de la fuente de alimentación regulada (pinzas de cocodrilo) a través de un mosfet cuyos pines están soldados directamente a los cables. El pin de la puerta del mosfet solo requiere 5 V y, por lo tanto, se lleva a la placa de pruebas donde se construye el circuito restante, incluido el regulador de voltaje, el transistor y el interruptor. La placa de pruebas funciona con la batería de 9 V a través de los clips de la batería.

Para probar el proyecto de la pistola de bobina, simplemente coloque la pieza de metal dentro de la bobina y presione el botón en la placa de pruebas. Esto debería lanzar el proyectil fuera de la bobina. También asegúrese de no presionar el botón continuamente ya que eso energizará la bobina nuevamente después de que se haya lanzado el proyectil y podría dañar la bobina permanentemente. El funcionamiento completo del proyecto se puede encontrar en el video.

Espero que construya el proyecto y lo haga funcionar. Si tiene alguna consulta, puede dejarla en la sección de comentarios a continuación o publicarla en nuestros foros para otras preguntas técnicas.