코일건 프로젝트 사전보고서

소개글

코일건 프로젝트 사전보고서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

■ 이론
1. 인덕터란 무엇인가? 어떻게 동작하는가?
2 .어떻게 역기전력으로부터 보호할 것인가?
3 .자성 코어중 가장 좋은 재료는 무엇일까?
4 .스피드 트랩
5 .각 코일에 얼마나 감을 것인가 하는 문제
6 .코일의 크기는 어떻게 택할 것인가? 어떻게 해야 잘만들었다 라고 말할 수 있을까?
7. 어떤 힘이 하나의 와이어 루프에서 발생될까? 어떻게 생긴 걸까?
8 .자계의 힘에도 한계가 존재하는가? 총알이 엄청나게 센 자계의 힘 을 받으면 어떻게 될까?
9. 외부 철을 이용해서 자계의 힘을 늘릴 수 있을까? 얼마나 증가할 까?
10. 길이가 긴 코일의 사용은 어떨까?
■ 설계
1. 코일건 프로젝트 중점목표
2. 목표에 대한 토의와 결론
3. 설계방안
4. 세부구성사항

본문내용

. Airgap
코일 주위에 자기장이 형성되어도 Airgap 때문에 자속은 엄청나게 감소해 버린다. 투사체는 결국 공기중에 있기 때문에 Airgap은 피할 수가 없는 문제이다. 그러므로 이 Airgap을 최대한 줄일 방도를 마련 해야 한다. 다음그림은 FEMM 이라는 프로그램을 이용하여 Airgap
을 최대한 줄일 수 있도록 해 보았다. 반원은 공기중이며 큰사각형이 파이프를 뜻하고 그 안의 박스가 코일이다. 원 반지름에 붙어있는 것이 투사체이다.

예상하는 철과 코일의 길이로 계산했기 때문에 정확한 값은 아닐지라도 자계의 모양은 비슷할 것이다. 화살표는 B의 벡터방향을 뜻한다. 그림에서 보여지듯이 자기력선은 철 밖으로 나가지 않고 외부 철을 따라 움직인다. 코일의 겉을 공기로부터 최대한 차단하여 사격튜브에 최대한 자속을 집중시키는 것이다. 비록 열처리의 문제가 있기는 하지만 추후 열이 너무 문제가 된다면 쿨러를 달던지 해서라도 Airgap은 최대한 막을 것이다.
2. 탄창에 고정된 투사체를 어떻게 발사시킬 것인가
이 문제는 우리조를 꽤 괴롭혔다. 탄창의 제일 위에 있는 총알을 사격튜브내에 넣을 방법이 없었기 때문이다. 그렇기 때문에 코일을 두 개 사용하기로 했다. 우선 FEMM 으로 설계한
사격튜브는 밑의 그림과 같다. 첫 번째 것과 마찬가지로 겉의 철은 외부파이프이며 큰 박스 두 개는 코일을 뜻하며 원의 반경에 붙어있는 조금 긴 철은 코일내부의 코어이며 그 위에것은 투사체, 원은 공기이다.
그림의 투사체의 위치가 탄창안의 제일 위에 있는 총알 이라고 가정한다면 먼저 밑의 코일에 전류를 흘려주면 코어에 집중된 자속으로 인해 총알이 탄창이 누르는 힘을 뚫고 나갈 수 있을 것이다. 그 다음 시간차로 코일2에 전류를 흘려주게 되면 결국 투사체는 발사될 수 있을 것이다. 문제는 두 번째 코일이 첫 번째 코일로 인한 외부자기장대문에 전류가 흘러버릴수도 있다는 점이다. 이에 대해서는 정확하게 알 수가 없기 때문에 추후 코일건을 만들면서 수정해 나가야 할 지도 모른다.
3. 초음파센서의 거리측정의 한계
초음파 센서는 조원들 모두 한번도 써보지 않았다. 그래서 얼마만큼 정밀제어를 할 수 있는지 알수 없었다. 조사한 자료에 의하면 5mm까지도 측정이 가능할 것이라고 했다. 우리조가 준비한 투사체는 반경이 약 0.7cm 정도였기 때문에 투사체를 한 개씩 카운터할려면 7mm의 차이를 센서가 감지해 낼 수 있어야 한다. 문제는 센서와 물체사이의 변수인데 센서와 총알까지의 거리는 길어야 10cm 안이다. 과연 이 차이를 센서가 감지 할 수 있을지는 모듈을 직접구입해서 테스트 해봐야 한다.
4. 220Vac vs 24Vdc
여러 코일건 자료를 모아봤는데 AC를 이용하는 것들은 원리가 대부분 다음과 같았다. 커패시터를 이용해 변압을 시키거나 혹은 트랜스포머를 이용한 것도 있었다. 220v를 변압시키거나 혹은 변압없이 브릿지다이오드를 통해 전파정류를 시킨다. 그런 다음 커패시터를 통해 충전을 시킨다음 스위치가 인가되면 커패시터의 방전전압을 통해 코일에 전류를 흘리는 것이었다. 스위츠로는 대부분 SCR을 사용했었다. SCR 성질상 게이트가 한번 인가되면 게이트단에 상관없이 계속 전류가 도통되니 SCR을 이용해 스위치를 온하고 커패시터를 한번 방전시킨후 코일을 쏘면 다시 SCR이 스위치로서 기능을 회복하는 그런 회로도들이었다. 220v를 이용해 연사를 가능하게 할 방법을 모색해봤지만 딱히 뾰족한 수가 없었다.
220v 를쓰면 장점은 고전압을 통해 쉽게 고전류를 흘려줄 수 있어 높은 기자력을 쉽게 유도할 수 있다는 것이다.
24Vdc 는 다음과 같은 장점이 있다. 우선 IC 선택의 쌉이 매우 크다. 코일건에서는 타이머나 오실레이터를 통해 주파수를 변화시켜 그 역기전력을 이용해볼 수도 있다. 둘째로 MCU 제어가 용이하다는 것이다. 어차피 MCU를 쓰기로 했으니 같은 전원을 사용해도 될듯하다. Dc의 단점은 다음과 같다. 우선 반드시 타이머나 발진기나 스위칭소자를 이용해서 써야 한다. 이는 곧 회로가 조금씩 복잡해 짐을 뜻한다. 아직 납땜이나 소자에 대한 정확한 지식이 없으니 추후 회로를 구성할 때 힘이 들 수도 있다. 둘째가 건전지비용이다. 예상컨대 비용이 꽤나 나갈 듯 하다. 파워서플라이를 쓰는 방법도 있지만 휴대용으로 만들기로 한 이상 건전지를 쓰는게 나을 것 같다. 문제는 12v 이냐 24v 이냐 일 뿐이다. 충전지나 다른 배터리를 구하는 방법이 있다. 마지막으로 출력전류이다. 사실 역기전력으로 얼마나 많은 전류가 흐를 수 있을지 모르겠다. 다만 예상컨대 10A 정도의 전류를 지속적으로 on/off 시킨다
면 1us 동안 10A가 바뀐다면 대략 1kv 의 기전력이 발생할 수 있다.
▶세부구성사항
1. 회로도
(1)회로구성품목
1) 와이어
2) IGBT 1200v 20A 3개
3) 600V 650UF 커패시터 2개
4) 다이오드 FRED, 1000V, 30A 4개
5) 오실레이터 10KH 1개
6) ATmega128 모듈 1개
(2) 동작원리
AVR을 통한 주파수 10Kh 전압을 Base 에 가하면 IGBT가 동작하게 된다. IGBT는 스위칭역활을 하며 24V인가전압이 구형파를 뛰게 된다. L1 은 역기전력을 유도하기 위한 코일이다. IGBT2 와 IGBT3의 베이스는 Atmega128 의 출력전압 5v를 이용하여 제어할 수 있다. B에 전압이 인가되면 코일에 전류가 흐르게 된다. FIRECOIL 중 하나는 가운데 철심으로 묶어서 총의 탄창뒤에 연결해서 탄을 밀어주는 역할을 하게 될 것이다. AVR은 외부전원 6V를따로 쓰게 된다. pspice에서는 시뮬레이션이 불가능하다.
(3) 추후 변동 가능한 사항
1. AVR로 pwm제어를 하는 대신 오실레이터를 써볼 수도 있다.(PIN이 없는 경우)
2. 적절한 다이오드가 없을 경우 일반목적다이오드는 타버릴 것이기 때문에 FRED 다이오드 여러개를 병렬로 연결할 수 밖에 없다. 서지 전류는 300A 정도 될 것이다.
3. 위 조건을 만족하는 트랜지스터를 구하지 못한다면 회로를 다시 구성해야 한다.

키워드

코일건,   코일건 프로젝트,   인덕터,   코일건 설계