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合法CB/特小（ミヤギKI529/1）とアルファードハイブリッド (2019/12/16 10:36:49)

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本機で作る、「FETSW」その2 (2017/4/25 20:43:07)

～その1より続き～

■回路の工夫ポイント
部品点数が少ない回路なので、大した事は無いですが、
・モーター始動時の電圧低下でもゲート電圧が保持出来るゲート保持回路
・Id=200A(Si-limで350A)、Ron=2mΩ以下の大型DCモーター用FETを使用。
→Idはオーバースペックにして、十二分にディレーティングをかけます。
また、パラレル駆動はバランス抵抗が必要なので、シングルにこだわりました。
・トリガスイッチは手で触るので、ESD保護としてゲート抵抗は入れておきました。

■で、実際に作ってみた
回路自体は簡単なので、すぐに出来ました。
意識した所と言えば、大電流系をモーター近くにまとめたくらいです。

■テスト
一番心配なのは一にも二にもFET温度。
組込む前に、全負荷連続運転をしてみます。
タペットプレートがもつか心配でしたが、とりあえず2分間の連射駆動を実施。
その時のFETケース温度上昇は…
1℃、超低発熱。(↓Tc21℃→22℃)

20℃未満upを想定してましたが、ちょっとやり過ぎました。
ヒートシンク無しでも良さそうです。

■ついでにヘッド交換
今回のバラシで、私が気になっていたピストンヘッドの交換もしました。
純正のヘッドは、エアが漏れない様にノズルの先を塞ぎ、手で摺動すると、「気持ち良く」動きます。

そう、びっくりする程エア漏れをするのです。
確かに、ヘッドを見るとOリングに対しての寸法公差がユルユルで、この部分のエア漏れが尋常では無い様です。
なので、ちゃんとしてそうなモノに交換してみました。

今回のは、アルミ製8ホール。
なんと、ヘッドが回るベアリング構造にまでなってました。

これの効果は凄まじく、引きのポンピングロスは無く、圧縮時のエア漏れはほぼ皆無。
いや、感動です。
恐らく、チューニングコストパフォーマンスは最強かと。

■FET化の効果のほどは…？
さて今回は、シリンダ加工や、Oリング交換、シリンダヘッド交換、シリンダシーリング、スプリング交換、KI529スペシャル配合オイル(笑)…
と、一度にやり過ぎて、どれがどれだけの効果を生んでいるのか分からないじゃないか・・orz

とりあえず、蘇った弾速計で確認

・初速
　カスタム前：65m/s

　カスタム後：86m/s
　※初速がバラバラだったのが、安定する様になってました。

・サイクル
　カスタム前：11-12RPS

　カスタム後：14-15RPS

・その他
息子曰く、
トリガー引いた瞬間「ミ"ｯ」と鳴って発射され無い事が無くなり、立上りが良くなった。
音がすっかり変わった
と。

長くなりましたが、これで完成。
コストも400円くらい(全て在庫品)と達成です。

息子は満足してますが、私自身は、モーターのモデリングがやってみたかっただけなので、完璧なフィッティングが出来きず、不完全燃焼気味なのでした…。

(モーターモデリングの参考文献)
トランジスタ技術2015年5月号

本気で作る、「FET SW」　その1　（モーターspiceモデリング） (2017/4/24 20:58:23)

■FETは高い？

ちょっと前くらいから息子がFETについてやたらと質問するようになりました。

はじめのうちは、それこそ教科書に書いてあるようなコテコテカチカチの回答をしていましたが、普通に考えたら、息子がそんな答えを求めているわけがありません。

そのうち、「FETはいくら位？、高いんでしょ？」と始まったので、結局何がしたいのか聞いてみると、おわかりの通り”SWのFET化”だそうです。

ようやく本丸にたどり着いたので、色々聞いてみると、

接点荒れが防止出来るが\6k位はするらしい。

そして、欲しいらしい。

「じゃあ、すげ～の作ってやる！」

■目標仕様

すげ～のと言ったものの、何だ"すげ～"のって？

小難しくなく”すげ～”やつの仕様を考えてみます。

・コスト

中学生の小遣いを圧迫しないワンコイン以下。

（でも、実際は私の在庫品で作るので、実質ゼロかな）

・レスポンス

メカSWに大電流を流し始めようとすると、初期sw特性が安定しません。

確実にFETをONさせ、かつ接点抵抗は限りなく低抵抗へ。

また、モーター立ち上がり（始動トルク）が上がるようにします。

・耐久性/安全性

大電流のモーターをSWさせるため、発熱が問題となります。

FETが熱により壊れた（ASO破壊）した時は、故障モードはショートとなり、弾が出続けることになります。

子供が扱うには余りにも危険過ぎる故障なので、避けなければならない故障モードですので、十分な安全率を確保します。

よしんば、バッテリー1本連続で撃ち続けても、熱的に問題が無いようにします。

■設計効果確認

使っているモーターは、この世界のOMから頂いたHyper1000sと書いてあるモーター。

これがまた、電流がすこぶる流れます。

始動トルクでは、私のアマ用大容量電源をフの字特性へ追い込み、電流計のヒューズを吹き飛ばす威力があります。

そこで、ニッケル水素バッテリーや、ハーネスインピーダンスによる電圧低下を、SW-ON時だけでも、僅かでも改善し立ち上がりを良くするために、大型電解コンデンサを近傍配置してみます。

使ったのは5400μFと大きな電解コン。

ただ、これを入れることで、どれくらい良くなるのか？を推測することに。

■モーターのモデル化

今回の解析には、LTspiceを使います。

モーターは単純な等価回路では無く、組み方を工夫していくことで、周波数特性と逆起電力、物理特性を表現することが出来ます。

実際に、Bee Technology社が作ったモデルは、実測とよく合っています。

まずはFET-SW化する回路の基本形をサクッと作ります。

その後、本丸のモーターをモデリングします。

モーターのモデリングをやるのは初めてですが、電流プローブが無いので、テスターレベルで測定出来るパラメータは実測、それ以外は、マブチRS-540のspiceモデルがPCに入っていたので、それをベースに作っていきました。

また、回転数や無負荷電流、拘束電流は、ググると実際に測定をされている方がデータをwebに掲載してくれてましたので、そちらを参考にしました。

これを参考にしながら、トルク定数や、逆起電力定数、周波数特性パラ、電圧波形パラ、部分パラを検討していきます。

本当はP-spiceのAAOを使うと良いようです。

で、フィッティングがちゃんと出来ているか否か、確認する方法がありませんが・・

今の所、こんな感じ。

（注：回路は、実際に作ったものとは定数やFETなどは異なります。実際に使われる部品のデバイスシートを確認し、定数設定して下さい）

↑電流/電圧はこんな感じ、雰囲気は出ています。

ちなみに、spiceによる回路シミュレーションですが、電気的特性だけでは無く、モーターの回転数やトルク等の物理特性（モーターのサブサーキット内）を確認することが出来ます。

「これが面白いところ！」

モーターのサブサーキット内のパラメータを見るためには、Control Panelにチェックを入れます。

で、電解コンデンサ追加の効果をモーターのトルクで比較すると、

始動トルクで、トルクが2倍以上になってます。

ここだけ見れば、効果有りそうです(^^)

ただ、瞬殺ですがね（笑）

モーター食い過ぎ～

ここまでは、半分以上お遊びです。

LTspiceでモーターモデリングを一回やってみたかっただけでした・・。

もうちょっと真面目に書いて、LTspiceの書庫に入れたほうが良かったかも。

ちなみに、モーターのモデリングで必要な各パラメータは、裏で”一応”ちゃんと計算してます（笑）

■心配事項

さて、今回は市販品に無い？始動トルクアップ（するかもしれない機能）を追加しましたが、リスクはあります。

停止した状態からトルクを急激に上げると、ピニオン（ベベルギア）が割れる可能性があります。

大昔、学生の頃に自作EVをやっていたのですが、この始動トルクで良く割れてました。

～その２へ続く～

本日の移動運用@茨城県富士ヶ平山～赤澤山～鶏足山 (2017/4/23 16:29:07)

気持ちのいい晴天。

新緑を間近で見に行くには最高の天気です。

なので、下の息子も連れて行ってきました、山の上。

＊途中でロガーの電池が切れちゃいました・・

ほぼ満車の駐車場をスタート。

んー、里山な感じ・・。

芽吹いたばかりの若い色、この季節が一番好きです。

ここから富士山が見えるらしい。

鶏足山一歩手前の赤澤山。

山頂。これは絶景です。

低山なのですが、那須連峰、高原、日光連山、海まで見える≒360°（おしい！）の大パノラマ。

急登の登山道ですが、こりゃまた来たくなる眺望なのでした。

■QSO　赤澤山

（CB)

トチギTM72/1 宇都宮市緑地公園

トチギYA306/1 宇都宮市緑地公園

トチギTK290/1 那須塩原市

（特小）

カシマFC660/1 上三川町

（特小宇都宮レピータ）

カシマFC660/1　上三川町

（DCR)

イバラキAR91/1 常陸大宮市花立山

イバラキHS911/1 茂木町花の山

■QSO　鶏足山

（CB)

イバラキHS911/1

フクシマBB29/7 いわき市湯の岳

カシマFC660/1

トチギSA41/1 足利市大岩山

グンマXT59/1 栃木市大平山

トチギMH44/1 栃木市大岩山

トチギIC320/1

トチギAE560/1 三毳山

ネリマJ77/1　鹿嶋市

イバラキSO47/1 足尾山

イバラキAY48/1 涸沼

＊特小は横浜がM5で聞こえてました。

本日の低い所運用＠鬼怒川河川敷 (2017/4/22 22:15:52)

電動ガンだけやっているわけでは無いです

アマチュア無線のアンテナ工事やら、移動運用もやってます（笑）

ここ連日Esが開けている様なので、今日は低い所、久しぶりな鬼怒川河川敷での運用にしました。

今日の午前中は、風も殆どなく、Tシャツ一枚で過ごせる超いい天気。

おかげで、ぼけーっとしてしまい、写真を撮るのを忘れてしまいました。

ノンビリ運用、これもまたこの季節の楽しみです。

■QSO

（CB）

イバラキSO47/1 筑波山

（特小宇都宮レピータ）

トチギSA41/1　鹿沼市

イバラキSO47/1

（DCR）

トチギBJ470/1 小丸山

フクシマZC72/1 那須岳ロープウェイ駅駐車場

トチギSA41/1

最後のお手製誕生日プレゼント、のつもり。 (2017/4/22 22:07:32)

先日、息子にセンサーを見事撃ち抜かれてしまった、自作弾速計。

今日は、こいつをまず修理しました。

外したセンサーを見ると、樹脂レンズが見事に吹き飛んでいてびっくり。

単純に交換すれば直るのですが、今回は再発防止構造を　ちょっと本気を出して考えます。

で、こうなりました。イメージ 1

センサーは、再度吹き飛ばされないように、当然頭を出さず。

また、子どもたちが使うことを考えた安全性向上の為に、ケースは百均をやめ強度があり割れないタカチのケースへ変更。

更に反射弾が当たらぬ様、銃の先を覆う構造にしました。

しかもこの先端構造は、先っちょを突っ込むだけで、パイプのセンターに銃真が来るるガイド機能も持たせています。

トドメに、電源入れっぱなしで電池をすぐに空にするらしいので、電源インジゲータを追加。

終いに、1st-2ndセンサー間の距離を長くし、弾速計測精度向上を図りました。

これで完成です。

ちょっと真面目に作りました。

で、今月誕生日を迎えた息子へのプレゼントにします。

まぁ、とは言えもういい歳ですので、お手製プレゼントは今回で終わりでしょうけど。。

（でも、これ以外にパーツを買ってやったのは、嫁さんに秘密です）

＊後記

今回小形化を測るために、センサー部のパイプ径を小径にしました。

その為、パイプとインナーバレルの直線関係がシビアになってます。

センサーが許す限り、太めのパイプの方が良いかと思います。

クロスハッチ加工 (2017/4/16 21:14:45)

■会話が面白い
息子も本を買い、着実に色々と知識が増えてきた様で、樹脂材や機構、加工や原理…と会話が面白くなってきました。

今回の発端は、初速とサイクル数の両立にフォーカス。
話の途中は端折るとして、シリンダーとシリンダーヘッドの話になり、シリンダー内部のキズの話になりました。
(グリスがスキージされない様にする為のキズ)

へー、そんな事知っているんだ…と。
と言うか、きっとそんな事まで本に書いてあるんですね。
エンジン屋さんならご存知、いわゆるシリンダホーニングのクロスハッチ加工を指してます。

ついつい、ベストなクロスハッチ云々のウンチクに走りそうですが、とりあえず

やってみっか！

■実際にやってみる
まずは現物確認。

外観も内部も、きれいなアルマイト

これはプレスでは無く削りのアルミの様です。
感触的にはだいぶ柔らかいので、5052材とかでは無さそう。
削り過ぎに注意な感じです。

エンジン用のクロスハッチ加工治具がありますが、そんな大きな物は使えないので、耐水ペーパーベースに加工治具を作り作業しました。
切削油としては、シリコンオイルで代用です。

■完了
エンジンオイルやピストンリングとは違うので、ある程度深さは必要と思われます。
マイクロスコープが無いので、深さがわからないですが…

まっ、こんなもんでしょう。イメージ 1

あと、Oリングも新しい低摺動抵抗ものを息子が買ってきてました。

おまけの追加工として、シリンダの先っちょ（名前がわからんとです）をノズルに向けてテーパー加工し、”気持ち”エアの流れを改善してみようとしています。

果たしてこんなので、効果は出てくるのでしょうか？

でも、こう言うのは、結構「自己満足の世界」だと思っているので、今回はこれである意味目標達成です。

本日のちょっと高いところ運用＠茨城県宝篋山（461m) (2017/4/16 20:49:49)

ここの所、なかなか運用時間がとれず不完全燃焼気味。
(記事も、無線の事を書きたいですしね～)

んー、こりゃどこかでやらなければ、という事で、再び登ってきました、宝篋山。

山頂は風が強かったですが、気温は暑いくらい。
結局、今日終日Tシャツで過ごしました。

そろそろ標高4桁代での運用じゃ無いと暑いのかなぁ…？

■QSO
(CB)
トウキョウAB505/1 弓館山

トチギTM73/1 鹿沼市

トチギSA41/1 霧降高原

イバラキSO47/1 筑波山西側中腹

グンマRY28/1 大岩山

イバラキLG125/1 石岡市

トチギMH44/1 霧降高原

(特小)
トチギMH44/1

トチギSA41/1

アダチYM240/1 筑波山

サイタマDA18/1 飯能市

(DCR)

トチギJJ69/1 霧降高原

タイヤ交換 (2017/4/15 13:51:50)

今朝から、アルハイのタイヤ交換をしました。

もう雪は降らないでしょう。

プラットホームを見てみると、ちょうど摩耗も50％。

（ブリジストンのVRXですが、やっぱり柔らかめで摩耗は速めです）

使用も今年で３年目ですので、これで処分になります。

温暖化なのか、昔に比べると雪もめっきり少なくなってしまい、「スタッドレスで良かった」と思う瞬間がほとんどなくなってしまいました。

ちょっとだけ、「スタッドレスもったいないなぁ」と感じてしまう近年なのでした。

まっ、実家に帰省するので買わざる得ないのですがね・・。

弾速計Ver.UP　cycle計測追加、そして・・・ (2017/4/15 13:42:36)

ダダダダダダっー、

今日も家中に響き渡る息子の電動ガン音。
もー、何とかならんのかと(笑)

■ニューワード、サイクル数
さて、それはいいとして、最近息子が気にしているのはサイクル数らしい。
難しい話ではなく、単に単位時間当たりの連射速度です。
どうりで、ダダダダやる訳です。

で、実際には音でサイクル数を判断しているらしいのですが、ちょっといじった位で生まれる差を、そんな曖昧な方法で判断するのもちょっといかがなものかと。

という事で…

■無いものは足す
単純に考えれば、初速とサイクル数の両立は難しく、バランスが重要です。
ならば両方を一度に計れる様にします。

良く考えれば使う弾の質量は不変なので、初速がわかればエネルギーは分かります。

それならとenergy表示削除です。
その枠に、サイクル数を検出し表示させる様にします。

ソフトはサクッと。

FETスイッチよりも先にできました^_^

■実測
タボールで試してみたところ、13RPS前後。

実際に測定して見ると、息子は「遅めだね・・」と言っていましたが、私にとっては思った以上に速い事がわかりました。
それだけ、人間の感覚と言うのが「テキトー」って事ですね。
(私がテキトーなのが大きい？)

とりあえず、これで良いでしょう。

■しかーし

結構測定自体が面白いので、youtubeにアップしようかと思ってたのですが・・。

なんと、僅かに筒の中から頭を出していたセンサーを、息子がHit！

計測不能になっちゃいました・・・orz

が、また秋葉原へ行く理由も出来ました（笑）

さて、ちょっと構造を工夫しないといけませんね。

自作弾速計のケース組み込み (2017/4/10 21:34:49)

先日作った弾速計ですが、息子がなかなかケースに入れようとしないので、発破をかけることに。

私の作ったものにスイッチを追加し、それを100円ショップで買ったタッパーに組み込む事が今日のゴールです。

目の前で工具の使い方や、手順等を教えながらやるのですが・・・

ビス穴がズレてビスが入れられなかったり、樹脂加工もうまく行かず最終的にホットボンドのお世話に・・

センスの無いところは、きちんと受け継がれたようです。

オールホットボンド（笑）

回路自体はちゃんと動いているので、これで良いでしょう。

次回は、FETスイッチ化の予定です。

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