インダクション式コイルガンの高効率化について、メモ書き程度に書き込みをさせていただきます。
murenezumiです。
インダクション式は、プロジェクタイルの渦電流を利用するため、プロジェクタイル自体の特性が非常に大きく影響してきます。
そこで、プロジェクタイルの周波数特性から考えたインダクション式電磁加速器の設計を模索したいと思います。（渦電流の発生しやすい周波数を調べます）
周波数特性の調査方法は、0～25kHz迄の磁場をコイルにて発生させ、その発生した磁場をホールセンサーで読み取り、読み取った波形をFFTで解析し、ピークの波形を作ります。
コイルとホールセンサの距離をアクリル板で3mm隔てた状態でベースラインを測定します。次に、一円玉を二枚重ねた状態（3mm）で計測します。ベースラインとの差を求め、その差をベースラインを100とした時の数値で評価します。
例えば、ある周波数でベースラインが30で、計測値が3であれば、その差は27。ベースラインを100として、差を評価するので、27/30*100=90。90が評価値となります。渦電流が発生して完全に磁場をカットするとき評価値は100。渦電流が発生せず磁場を全くカットしないとき、評価値は0です。
（もっと良い調査方法があればご享受下さい）
ベースラインと計測値との差が一円玉が磁場を打ち消した分になります。
なお、ベースライン測定に使用したスペーサーの関係上、一円玉を2枚重ねています。1枚の場合とはグラフが異なりますので注意して下さい。
左から、ホール素子（A1324LUA-T）、スペーサーのアクリル板、一円玉二枚です。
コイルはお馴染みのケニスとかが出してそうなコイルです。鉄心を入れるつもりは無かったのですが、鉄心を入れないでおくと、比透磁率がほぼ1で、ホール素子でキャッチできるシグナルのレベルが小さかったため、仕方なく鉄心を入れました。
アンプには、MAXIMの評価基板を使用しました。市販のコンポを使うと波形が変わっちゃいそうだったので。。。
測定はこのように、正確性を高めるために、完全にホールドした状態で行います。ホール素子のケーブルが長過ぎますが、測定値には影響してきませんでした。
全体像としてはこんな感じです。波形の作成、処理は、パソコンのスピーカー端子、マイク端子を用いて、ソフトはフリーのWaveSpectraを使用しました。
測定結果です。
綺麗なカーブを描いたグラフになりました。もうちょっとガタガタなグラフになると思いっていたのですが、いい意味で裏切られた結果となりました。グラフが原点を通ってないのは、一円玉を挟む際に若干ホール素子の位置が動いてしまったのが原因だと考察できます。
1.5kHzが46なので、1.5kHz以下の周波数では、設計したくないと感じる結果です。
これから分かることは、インダクション式はコンデンサを積めば積むほど周波数が低くなり効率が落ちるということです。
アルミホイルを飛ばそうとしたことあると思いますが、アルミホイルでは全く斥力が見られませんよね。厚みが薄いとグラフが右にシフトするのかも？一円玉よりも大きなアルミを使った場合、低周波でもイケるとかあるかもしれません。
周波数が高くなるに連れて、プロットが分散傾向にあるのは、磁場を発生源として使用しているコイルの特性として、高周波を発生し難く、ベースライン自体の数値が下がったことが原因です。そのため15kHz以上の数値は、信頼性が低いです。
このグラフがなにかの参考になればと思います。
特定周波数での数値についてや、詳しい測定方法については、お答えできますので、コメントを頂けたらと思います。
では。
