テスラコイル製作記 (2号機/4000W)
１号機では放電距離が伸びない。
ド派手な放電を起こそうと思い、大型SGTCの製作を始めました。
目標は1mの放電です。
2006年、11月1日
前作のテスラコイル１号機では約20cmほどの放電に成功したわけですが、やはり人間というもの飽きが来ます（笑。
そこで放電距離1m以上を目指したテスラコイルを作りたいと思います。
VU200の塩ビパイプが到着。
「水道屋さん」にて特別に定尺4mのところ1.5mに切断していただきました。感謝です。
ちなみに、ホームセンターでも切り売りはしているかと思います。
2006年、11月2日
オヤイデ電気にてφ1.0mmのPEWを5kg注文。
ドリルドライバを使った即席巻き機を製作。
最初は手巻きにし、少し巻いたら電動で巻いていきます。
1000回巻きでしょうか。
2006年、11月3日
部屋でニス塗り。
今回は手元にあった透明アクリルニスを使いました。
本当ならば油性のウレタンニスなどを重ね塗りしてガッチリ固めてしまうといいです。
（駆動時の熱でエナメル線が膨張し、浮いてくるため）
2006年、11月4日
電子レンジ購入。
4500円でお一人様１個の商品です。繰り返しレジに並b(ry
ごめんなさい、ミドリ電○さん（笑。
今回は電子レンジで使われている高圧トランスを流用します。
2006年、11月5日
ロータリースパークギャップ（RSG）作りです。
ホームセンターで５千円ほどで安売りしているベンチグラインダを元に製作します。
塩ビ板と塩ビパイプを加工して作りました。
塩化ビニールの耐熱は４０℃ですが気にしない方向で。
ネジはステンレス製のものを使用し、ネジ同士は圧着端子で接続しています。
回転させると結構な風が出ます。まあ音もそれなりで。
http://jp.youtube.com/watch?v=s7bVl1_wsSs
2006年、11月9日
MOT(電子レンジのトランス)３台を駆動しようと考えているわけですが、スライダックが高い！
30Aタイプのスライダックが４万円以上します。
ここではトライアックでの制御に挑戦してみることにします。
秋月電子で販売されている35Aトライアック調光キットが最適かと思います。
安い上に大電力制御できる優れものですが、ノイズやサージに弱いという欠点があります。
この点をどう対処するかが今後の展開に関わるかと。
2006年、11月10日
回路図。
6kVだと電圧が低いかもしれない・・・
2006年、11月13日
秋月のトライアックを使った電圧調整ユニットです。
35A+35Aで２ラインに分けMOTを駆動させます。
ケーブルは37Aで三相＋アースの４芯タイプになってます。
２本ずつ２ラインでぴったりです。
それに従い回路図変更。
なんでMOTが４つなのか。増えたんですよ（笑。
テスラコイルでは駆動に電圧が必要なので8kVあれば心配無し。
2006年、12月7日
今回はコイル上部の処理と、配線の処理です。
塩ビ板を丸く切断し、接着しています。
ガイシは飾り（笑。
2006年、12月15日
MOT４つを接続。
安物のモーターオイルを準備。
2006年、12月18日
電源ユニット製作。
オイルどぼどぼ～。合計５～６Ｌぐらいでしょうか。
適当な塩ビ版でフタして、シーリング剤で固定。
オイルだだ漏れしないように２度重ね塗り。
2006年、12月23日
今日から冬休み。
電源ユニットを土台に設置、配線。
電源ユニットの上にあるものはフィルター回路です。
電子レンジに付属していたものを取り付けています。
次は２次側の配線ですね。
2006年、12月24日
今日は仮組み。
で、カメラを回さなかったことを後悔するほど激しく失敗。
詳細は以下のとおり。
仮組み後、電源ＯＮ！
爆竹のような音を立てながらロータリースパークギャップのところでスパーク。
電源を入れてから約５秒、電圧調整ユニットから「ボッ！」と音が
激しく慌てると同時に噴出す煙。
すばらしい具合に失敗＆非難される（笑。
とりあえずトライアックは無事。
左２枚の基盤がMOTの電圧調整用、右がRSGの回転数調整用。
ZNR(酸化亜鉛バリスタ)が焼けている。
低インピーダンスだからなぁ。
どうしよ、ZNR交換してそのまま使うべきか、スライダック買うべきか。
お年玉全額スライダックに回すのもなぁ。
2007年、1月13日
とりあえず棚をつけてみる。
んーいいかんじ。
ここにコンデンサなど置こうかと。
Q.これは何ですか？
A.ディーゼル発電機です（笑。
お年玉で発電機を買ってしまった中学生ですが何か？とりあえず4400Wですぁぁぁｗｗｗ
ディーゼルなんで燃料は軽油です。
重さは110kgあります。
合う電源プラグ買ってきたら実験開始です。
2007年、4月7日
40Aスライダック到着です。
重いです。激しく重いです。右の写真はパネル外してみたところです。
φ4mmはある太いエナメル線。正直、たまりません（笑。
やはり発電機の電源だと波形がカナリ汚いです。
これでトライアックが使えないのかと。
商用電源なら安定しているのでトライアックでも制御できそうですが、発電機からはスライダックが無難ですね。
とりあえず、動作確認も兼ねて4MOT電源からアーク出してみました。
炎みたいな放電です。電線の先は溶けてます（笑。
動画これです。発電機が五月蝿いですが；
アーク放電
明後日はもう入学式で何かと忙しかったりするので今日はここまで。
次は、テスラコイルの２次側を仮配線して動作テストします！
2007年、4月8日
とりあえず、トロイドの計算をします。素材はアルミダクトを使用します。
２次コイルのスペック：
パイプ直径：217mm
コイル巻取り部高さ：1015mm
コイル巻き数：948回
巻き取り長：647m
ここから２次コイルのインダクタンスを計算します。
L=(NR)^2/(9R+10H)=(948*4.2716)^2/(9*4.2716+10*39.9606)=37434.64μH=37.43464mH
L=２次コイルインダクタンス(μH)
N=巻き取り回数(948)
R=パイプ半径[インチ] (217mm/25.4)/2=4.2716
H=コイル高さ[インチ] (1015/25.4)=39.9606
そして２次コイルのキャパシタンス
C=0.29H+0.41R+1.94*(R^3/H)^2=11.5885+1.7513+1.94*3.8404=20.72pF
エナメル線の巻き取り長から周波数を計算します。
1/(WL/(186000*5280))/4=115.160KHz
WL=ワイヤ長[ft] (647*3.27997933)=2131.9865ft
ここから必要なキャパシタンスを求めます。
C=1/(4π^2*F^2*L)=51.0215pF
L=374.3463mH（２次コイルインダクタンス）
F=115.160KHz（周波数）
トロイドに必要な容量：
51.0215pF-20.72pF=30.3015pF
トロイドの容量計算は以下のとおりです。
C=(2.8*(1.2781-d2/d1)*√π/4*(d1-d2)*d2)/25.4
d1=トロイド全体の直径(mm)
d2=トロイドの直径(mm)
トロイドの直径φ130mmのもので直径570mmに丸めると30pFほどのようです。
以上でトロイドの大きさが決定しました。
仮止めしたところです。直径は550mmほどなので少し広げればピッタリです。
2007年、4月15日
卓上グラインダーに塩ビ板付けて丸く切り出します。そして適当に接着。
いや、サッソク傷つけてガクーorz...
とりあえず仮組み。
コンデンサーは電子レンジに使用されていたもの[AC2000V,1μF]を４個直列で[AC8000V,0.25μF]になっています。
インダクターはパイプに線を巻いたもので、どう見ても適当です。
１次コイルは溶接機のケーブルで試運転してみることにします。
異様な光景ですね（笑。
これがDVカメラまで用意したというのにスパークがまったく出なかった。
まあ仕方ないとは思うのだけれども。
ということで蛍光灯に付け替えて撮影開始。
放電はしませんでした。ハイ。
とりあえず動画upしました
というか試運転中、スライダックからピリピリきたような・・・・気のせいか？
まぁいいや。死んでないし（爆
φ8.0mmのなまし銅管10m注文したので近いうちに１次コイル作ります。
2007年、4月22日
銅管届いたので試作です。
さっそく試運転してみます。
バチバチバチーッ！！ ・・・スパークが止まる。
はい、コンデンサーやられました。
右のコンデンサーの端子部分が膨れています。
うまく共振したのでしょうか。高い電圧に耐え切れなかったのでしょう。
コンデンサー準備しなきゃなー。
2008年、2月10日
6300V,0.2uFのオイルコンデンサを某大学のジャンクより頂いたので実験です（笑。
動画は以下参照。
試運転
見事にコンデンサが終わりました。
動画からも膨れていく様子が見れるかと思います。
前回と同様に膨れてしまって使い物になりません。
2008年某日
オイルコンデンサをソフトイーサ（株）学際研究担当室よりいただきました。
7000V,4uFを２個と、5000V,4uFを２個です。
近いうちに接続して実験してみようかと思います。
ありがとうございました。感謝です。
これで失敗したら・・・SSTC化かな（笑。
2008年、8月19日
TIG溶接用のタングステン電極仕様にしました（笑。
φ6.4×150mmの2%トリウム入りタングステン電極を使っています。
「ウェルド・ピー・ショップ」さんにて購入しました。
某BSの番組の取材が入るので急ピッチで製作。
大阪、日本橋まで出向いて「塚口勇商店」にてオイルコンデンサを大量購入。
どう見てもミカンです（笑。
うーん、全部直列にしても0.3uFまでしか下がらない。
※設計上は0.19894uFが最適値。
いまのところ時間がないのでこのまま取材を受けることに。
１次コイルも作りました。
φ6.0mmのなまし銅パイプを使っています。
いつもと同様、「プロフレックス」さんでの購入です。
2008年、8月20日
夕方近くから取材です。
忙しいっていうレベルじゃないぐらい忙しかったので写真はなしです。
モウシワケナイ。
とりあえずテスラコイル２号機の実演。
30cmほど放電してくれました。
・・・物足りないなぁ（笑。
2008年、10月4日
10/2にコンデンサが届きました。
某大学の某氏より提供していただきました。
ありがとうございました。お礼申し上げます。
なんとこのコンデンサ、20kV耐圧0.2uFと設計にピッタリな容量なんです！！
※設計上は0.19894uFが共振コンデンサの最適値。
さっそく実験開始！
ここで地面と放電するカオス（笑。
右の写真を見てください。
8000Vの+側のラインがコンクリートの地面(-側)に向かって放電し、黄色い火花を上げています。
コンクリートはえぐれ、導線は溶けました（笑。
適当なものを挟んで絶縁します。
放電開始！！！！
すばらしくいい感じです（笑。
ここでトロイド容量を増やし、微調整。
最長1.1mのスパークといったところです。
数m離れたところまでオゾン臭。
動作音も ディーゼル発電機
まだ調整次第で放電は伸びそうです。
と！ここで。
トラッキング発生。
２次コイルが耐えきれず焼けてしまいました。
→放電は短くorz
コイルをまき直すか、現状で共振する点を探し出すかですね。
動画はこちら！！
→SparkGapTeslaCoil - Model02 (4000W)
ここまで実現するために今まで様々な人にお世話になりました。
ありがとうございました。
振り返ってみると２年もかかっているのですね（笑。
とりあえずここでいったん完成とします。
学んだこと
・テスラコイルの基本的設計
しかし、コンデンサの計算したら予想外な結果に。
・半導体での大電力操作の難しさ
トライアックでの制御って難しいですね。
