テスラコイル自作2号機

　前回巻いたコイルを使い、テスラコイル自作2号機を作ってみました。1号機と回路は同じですが、トランジスターなどデバイスを変更しました。

<2次コイル>
外径7.6cm 　0.12mm銅線900回巻き

<1次コイル>
1.7mm銅線3回巻き

<材料>
トランジスター　TIP41C
抵抗　10kΩ
電解コンデンサー　47μF
LED
プッシュスイッチ、コネクター

　トランジスターをTIP41Cに、コンデンサーを47μFの電解コンデンサーに換えました。いくつかNPNトランジスターを実験ボードで試したところ、12Vあたりで強い放電がみられるものの24Vに上げると急に弱くなるもの、その逆のケースや発振するもののほとんど放電がみられないもの、などさまざまです。TIP41C はBU406と大きな違いはなく、12Vでも24Vでも安定した放電がみられました。コンデンサーはなくとも良いのですが、大きめのものを入れてみました。LEDも外したからといって影響ありません。動作確認用。抵抗も換えて試しました。やはりこの回路では10kΩがベストのようです。




　<製作>
　ゲルマラジオのようにコイル横型で作製。いつものとおり木台に穴をあけ、銅パイプを差し込み裏面配線としました。無用な発振を抑えるため、なるべく配線を短く、簡潔に。また、2次コイル近くにヒートシンクなどを配置すると、コイルとの間で放電が起こってしまいます。ある程度離す必要があります。1次コイルは当初、2次コイルの外側に3回巻きとしたのですが、放電自体が小さい上に、2次コイルとの間で放電が起こったりして、うまく動作しませんでした。1次コイルの巻き数、位置が大きく影響するようです。結果的にインナー方式に変更しました。2次コイルはすでに出来上がっていたので短時間で製作できるかと思っていたものの、予期せぬ難題が次々発生し、てこずってしまいました。　







　16Vを投入し、スイッチオン。LED点灯せず。放電もなし・・・。？？？。気を付けたつもりでしたが、1次コイルの接点を逆にしてまったようです。付け替えて再度電源オン。今度はバチバチ音と共に、オゾン臭が漂い、強い放電が見られました。24Vに上げると、音もいくらか大きくなり、激しい放電に。前回もそうですが、0.12mmの極細線なので横に広がらず、上に向かって縦長の放電となります。長さ2cm程。1号機とほぼ同じ。コイル巻きや製作に難儀したわりには、あまり変わらずの結果でした。

　この回路は、欧米ではスレイヤーエキサイターという物騒な名が付けられ、本来のテスラコイルとは区別されているようです。トランジスターのブロッキング発振で高周波を作り、テスラコイルと同様の現象を再現したもの、と言えるかと思います。このような単純な回路で空中放電を起こせることは驚きです。1～2cm程度ですが、一瞬ではなく電源を切らない限り空気抵抗を破って放電し続けます。自分的には非日常的現象。1次コイル、2次コイルの巻き数、巻き方、各種デバイスやちょっとした回路の変更・・・それらによる思もよらぬことの数々。ゲルマラジオ同様、単純なものほど奥が深いのかな、などと考えています。

テスラ 2次コイル0.12mm銅線巻き

　昨日、ホームセンターで見て回ったところ、大小さまざまな塩ビパイプの中に、外径7.6cm、長さ50cmと手ごろなものがありました。自分が持っているパイプカッターは直径5cmまでの対応のため、店員に聞いたところカット可とのこと。長さ10cm4本と少し短めが1本となりました。この他、いくつか直径の異なるパイプを買い求めました。

　自分は1～2cmほどの放電で十分なので、コイルボビンは10cm程度がちょうどよいと考えています。ただ、10cmの長さで多巻きするには、太めの線では巻き数が稼げません。どうしても線を細くする必要があります。これまで2度0.12mm銅線を使い、2度とも巻いている途中で断線を起こしているものの、大量に線材が残っていることもあり再度、0.12mmでのコイル作りに挑んでみました。外径7.6cmというのはこれまでのコイルの中では最大となります。





　極細線なのでしっかりした手ごたえがなく、巻きにくいのは変わりありません。ただ、3度目ともなると少しは慣れもあり、順調に巻いていくことができました。油断すると線が重なってしまう。断線を恐れて緩めに巻くと、たわんでしまう。ほんと厄介です。しかも集中力が続きません。秋晴れの日、山に登るでもなく、自分は何をやっているのか、とか、これを巻いたからといって一体何になるのだろう、などと、自問自答してしまいます。テープで留めて一時休憩を繰り返し、2時間ほどを要しました。最も恐れていた断線は免れ、無事巻き終えたときは心底ほっとしました。細いので一見すると線を巻いたようには見えず、銅箔でも貼ったようも見えます。ただ、きれいに巻いたつもりでも、巻きの緩いところにたわみが出てしまいました。約900回巻き。インダクタンス1700μH前後。








　さっそく実験ボードに接続。1次コイルはボビン内側にすっぽり入り、インナー方式としました。24Vを投入すると、バリバリ音と共に2cm程の力強い放電となりました。細い線に起因するのか、横に広がらず、上向きに放たれる紫色のアーク。2段重ねコイルに比べ、巻き数1.5倍。逆にインダクタンスは3/4ほど。ゲルマラジオの場合、感度を上げるには太い巻き線が必須であるものの、テスラコイルはそうでもなく、たとえ極細線であっても巻き数の確保かな、との感触。でも、0.12mmでまた巻くかと言えば、もうこれでおしまいにします。難儀して巻いたこのコイル、このまま眠らせるのも何なので、自作テスラ2号機でも作ろうかと考えいます。

テスラ反射器？

　
　放電させている最中、手のひらを近づけると放電が大きくなり、離すと元に戻る、という現象に気がつきました。

　手のひらでなくとも導体であれば何でも良いわけです。面白いのでいろいろ試してみました。金属の菓子箱、アルミ箔、スプーンなど。下に敷くより、２次コイルに近づけた方が放電の勢いが増します。大きな金属が良いというわけでもなく、スプーンのような小さいものでも十分な効果を発揮します。テスラコイル本体を送信機、２次コイルをアンテナ（放射器）と考えれば、これら導体は、アンテナの一部としての役割を果たすのかもしれません。自分的には反射器という言葉を思い浮かべました。いづれにしても、放電パワーが増強されることは間違いありません。






　ということで、目玉クリップと銅箔で取り外しできるものを作ってみました。クリップを２個組み合わせ、銅箔と一次コイルに挟むだけ。銅箔以外でも良いのですが、たまたま手持ちにあったのと、形状を自由に変えられるので使いました。幅2cm、長さ7cm。クリップが２次コイルに接触しないように注意する必要があります。取り付け位置は前後左右、どこでも同じ。これを付けるだけで1.2倍くらい放電が伸びます。２〜3カ所に取り付けた場合、どのような現象がみられるのか？ などはこれから。



　
　同じ入力電圧でも、工夫次第で放電を大きくする方法はありそうです。







　
　

手作りテスラコイル

　挙動不明なところの多いテスラコイル。キットでなく、一度手作りしてみた方が全体の構造がよくわかるのでは、ということで作ってみました。キットにある音声入力機能を削ぎ落すと、恐ろしいほどシンプルな回路となります。




　製作に入る前に、実際、これで動作するのかどうか、また他のデバイスではどうなのか、ミノムシクリップで回路を組んでみました。結果、きちんと発振します。ただ、この際に何度かショートさせてしまい、トランジスターを3個壊してしまいました。一発で壊れます。ショート等しなくとも、音もなく壊れてしまうこともあります。１次コイル大電流、２次コイル高電圧なので、要注意です。

〈材料〉
・トランジスター　BU406
・ヒートシンク
・抵抗　10kΩ
・フィルムコンデンサー　１μF
・LED
・スイッチ




　トランジスターは他にBD243Cと2SC5200を試してみました。2SC5200は放電してくれたものの小さめ。BD243Cはこの回路では動作しませんでした。海外サイトには2N2222AやTIP31Cなどを使った回路が紹介されており、抵抗は22kΩが多く、1MΩなどというのもあります。BU406との組み合わせでは10kΩで放電が大きくなりました。コンデンサーはこの容量でなくとも、また電解コンデンサーでも大丈夫です。手持ちのもので試した結果、上記の組み合わせに落ち着きました。

　〈コイル〉
　２次コイルは外径5cm、長さ10cmのアクリルパイプに0.2mm銅線を巻きました。3/4ほど巻いたところで線材が足らなくなり、0.12mm銅線をつないで巻きました。巻いている最中、またしても力の入れ過ぎで断線。極細線の手巻きは難しいです。合計500回巻き。インダクタンス1500μH前後。長過ぎず適度なコイル形状、このアクリルパイプ（aitendoにて購入）は使えます。１次コイルについては、太い縒り線（サガ電子のワイヤーエレメント）を3回巻きとしました。




　〈製作〉
　10cm四方の木台に部品を取り付ける穴をあけ、銅パイプを差し込み裏面配線としました。わずかな部品なのでゲルマラジオの製作とほとんど同じです。基板を使うほどでもありません。１次コイルは逆にしてしまうと動作しないので、コイル向きに合わせて接続。最後に２次コイルの巻き始めの接点をつなぎ、完成。









　電源スイッチを入れると、LEDランプが点灯し、２次コイル先端から勢いよく放電が始まりました。配線が短い分、ミノムシクリップで組んだ時よりも放電が大きくなったように感じました。２cm前後のアーク。前回の2段重ねコイルとさほど遜色ありません。大きめのヒートシンクを付けたものの、１分ほどでトランジスターは熱々です。破損の心配をしながら１回の動作を3分程度に抑え、入れたり切ったりしていますが、今のところ大丈夫なようです。







　
　今回は初めてなので、巻き上げたコイルで事前に回路を組み、動作確認してから製作に入る、という手順を踏みました。その過程で新たにわかったこともあり、やはり自作してみる意味はあるな、と感じました。トランジスター２石とかICを使った本格的なものとか、SSTC回路は国内、海外とも製作例が多く、参考になり刺激も受けています。自分は今回のようなシンプルなものが好みで、ちょっとした回路の変更で結果に違いがみられたりするところに興味があります。デバイスもいろいろと試し、また作ってみます。
　

テスラ2次コイル 2段重ね

　外径4.8cmの塩ビパイプに巻いた2次コイルは、期待したほどではありませんでした。そこで、今回は同じものをもう一つ作り、二つをつなぎ合わせ、2段重ねにしてみました。外径4.8cm、長さ10cmのボビンに0.32mm銅線を300回巻き。巻き方向も前回と同じ向き。巻き終わったら両方の端をハンダ付けで連結。ボビン同士はホットボンドで接着し完成。長さ20cm。実際、重ねてみると実験ボードに不釣り合いなほど長いです。合計600回巻き。インダクタンスも単体の倍の2800μHとなりました。









　さっそく24Vを投入。単体に比べ放電の力強さが増し、アークの長さは2cmくらい、バチバチ音も強くなりました。これまでのコイルの中ではもっとも大きな放電で、実感としては単体の時の2倍以上。やはり太い線で大きく、たくさん巻く、ということが放電を大きくするコイルの条件のようです。ただ、モジュール自体が非力なので、これ以上大きなコイルを作ってもどうかな、との感触もあります。自分は数十センチから１メートル以上もある巨大な放電を作りたいなどということはなく、小さな放電現象をどのようなコイルで作るのがベターなのか、とか、もっと簡素な回路で作れないか、などということに興味があります。ボビンを長くしないで、直径の方を大きくし、細い線を多巻きするなども試してみたいと思います。





　さて、テスラコイルに興味をもって１ヵ月ほど。実験ボードに取り付けた最初の基板は損傷し、別の基板に取り換えました。こちらもキットで作ったもので、回路、デバイスはほぼ同じです。この２代目の基板も損傷し、新たな部品に付け替えて使っています。いづれもパワートランジスタBD243Cの損傷。


破裂したBD243C

付け替え後

　１回目は、入力電圧を上げ過ぎ、28Vで３分ほど放電させていたところ、BD243C周辺からシューッという音と共に基盤の焼ける匂いと煙が立ち上りました。２度目は、１次コイルの巻き数を海外サイトでよくみかける８回巻きにして試している最中、BD243Cが大きな音と共に破裂し飛び散ってしまいました（24V以下）。これには驚きました。デバイスの硬いプラスチックを吹き飛ばすだけのエネルギーが集中的、瞬間的に生み出されたということでしょうか。１次コイルの巻き数、２次コイルとの位置が関係していると思うのですが、怖くて再実験できません。ケガなく済んだものの、ホント怖かったです。このコイル、やはりただならぬものを感じます。

テスラ 2次コイル

　2次コイルを2種類作ってみました。


　<変則スペース巻き>
　外径3.8cm長さ10cmの塩ビパイプに自在ブッシュを貼り、0.12mm銅線をブッシュの溝に巻いていきます。1つの溝に30回巻いたら隣の溝に移り30回巻く。溝の数は30なので、合計900回巻き。簡単なようですが、一つのコイルに900回も巻いたのは初めてで、思いのほか大変な作業でした。0.12mmという極細線なのでそもそも巻きにくいです。つい隣の溝に巻いてしまったりします。戻して巻き直し。3分の一くらい巻いたところで、手に力が入ってしまい、プツンと切れてしまいました。頭の中真っ白。なんとかハンダで接続して再開するも、終盤はとりわけ集中力が続かず、もうろう状態。1溝30回も怪しくなり、巻き数がどうとか、美しく巻こうとか、そんなことはどうでもよくなり、ただ、線が切れずに巻き終わることを祈るのみでした。何という巻き方なのか名称があるのかわかりません。一応、変則スペース巻きとしておきます。普通に密巻きにしたのではボビンが長くなってしまうこと、溝があれば900回でも巻きやすいのではと考え、思いついた巻き方です。インダクタンス1470μH前後。







　<口径を大きくしたコイル>
　外径4.8cm長さ10cmの塩ビパイプに0.32mm銅線を密巻きにしました。変則スペース巻きに比べると、こちらは天国です。0.32mm銅線は十分手ごたえがあり巻きやすいです。巻いていて切れるとうこともなし。我ながらきれいに巻き上がりました。300回巻き。インダクタンスは意外に大きく1360μH前後。


外径4.8cm（左）　3.8cm（中）





　さっそく実験ボードにつないでみました。結果は、難儀して巻いた変則スペース巻きも口径を大きくしたコイルの方も、期待したほど大きな放電ではありませんでした。華々しく火花が出るには出ますが、前回の0.2mm銅線を多巻きしたコイルに比べ、力強さで及ばない感じ。巻き方に問題があるのか、あるいは巻き過ぎてしまったのか、または足らないのか、検討の余地あり。一種のLC回路と考えれば、むやみにインダクタンスを上げてもどうかと。気力に余裕があれば、また巻いてみます。




　ドライバーを近づけるとコイル本体から放電することはわかっていたのですが、塩ビ製のボビンからも放電が起こることに気づきました。金属間でのみ放電が起こると考えていたのですが、違ったようです。空気の絶縁抵抗を破って放電するくらいのなので、塩ビなどなんのその、ということでしょうか。当然ながら人体も・・・。このコイルの周辺はただならぬことが起こっているのでは？そんな気がしてきました。

テスラコイル実験用電圧可変コンバータ

　テスラコイルは1次コイル側に高い電流を必要とします。キットの定格も15V～24V、2A以上となっており、特にアンペア側が気にかかるところです。もともと移動運用目的に購入したモバイルバッテリーは3.5A仕様となっており、思わぬところで便利に使ってはいます。ただ、移動でもないのにいちいち充電するのも煩わしく、電圧もマックス21Vどまり。できれば連続的に電圧を変え、24Vまで上げて放電の変化を見てみたい、ということで何かないかと探していたら、aitendoにちょうど良いDC-DCコンバータキットがあり、試してみました。

　出力可変昇圧キット（型番AKIT-6009)。入力電源5～21V、出力電圧5～26Vと幅が広く、ボリュームで連続可変できるようになっています。大電流レギュレータ搭載ということで4Aまで対応。テスラコイルにも使えるのでは？


　キット自体は部品数点のみですが、レギュレータICの取り付けピッチが狭いです。今回もペーストハンダのお世話になりました。ICの足につまようじで少量塗り、位置決めしてセロテープで固定。コテを押し付け融着。そんな手順でなんとか取付けました。30分ほどで基板完成。






　手持ちのもので最もパワーのある13V 10A仕様のACアダプターをつないでみました。コンバータキットのLEDが無事点灯。出力電圧を計ってみたところ、最少は入力電圧と同じ13V。ボリュームを回すとぐんぐん上がり、マックス29.5Vとなりました。仕様では26Vですが、実際は30V近くまで上がるようです。




　さっそくテスラコイルに接続。テスラコイル側からの強力なノイズがレギュレータを壊しかねないと思い、パッチンコア数個をかませておきました（意味ないかも？ですが、念のため）。





　13Vでは糸状のわずかな放電。電圧を上げると糸状からローソク状となり、21Vあたりからは火花状態に。なおも上げ、24Vでは電極の下あたりからも放電。さらに28Vまで慎重に上げてみたところ、いったん太いローソク状となり、その後、長さ2cm前後の激しい放電に。もちろんモジュールは熱々です。すぐに20V以下まで戻しました。やはり放電は投入電圧しだいということは予想した通りですが、放電の形、様子もけっこう変わるものです。

　ところで、意外な箇所が急に熱くなる現象は今回も見られました。コンバーターの一部の金属が熱を持ち、ヤケドしそうになりました。どうしてこんなところが？ 考えてみるとIH調理器の原理そのものなので、あちこち熱くなってしまうのかもしれません。ホント、要注意。

　挙動がわからず不明なところは多々あり、試してみたいことが次々出てきます。

テスラコイル その2

　キット付属のコイルでも5～10mmほどの放電現象が見られます。無音でローソク状の時もあれば、線香花火のようにバチバチ音を立てにぎやかな火花をみせてくれる時もあります。一様でなく、飽きず眺めてしまいます。こんな簡単なキット（回路）でも容易にテスラコイル放電が再現できるのは、自分的にはちょっとした驚きです。モジュール自体は非力ではあるものの、1次コイル、2次コイルを変えたら少しは放電も大きくなるのでは？ということで、試してみました。


<2次コイル>
　外径3.8cm、長さ10cmの塩ビパイプに0.2mm銅線を巻きました。ゲルマラジオ用コイルの場合は太い巻き線を使うので巻きやすいのですが、細くて巻きにくいです。テスラコイルの周波数は低く、たくさん巻く必要があります。太い線で巻くと長くなってしまうのでとりあえず細い線にしました。密巻きで450回。インダクタンス1250μH前後。



<１次コイル>
　2mm銅パイプ、1.8mm銅線、2mmアルミ線、1.2mmスズメッキ線を使い、巻き数を変えて試してみました。






　モバイルバッテリーから21Vを投入したところ、15mmほどの放電が見られました。付属コイルに比べ放電に力強さが感じられ、オゾン臭も強いです。ローソク状にはならず、激しく火花が飛び散り、煙も上がります。といってもわずか15mmほどなので小さく、かわいらしい電光花火といったところです。前回も書きましたが、思いもかけない箇所（金属部）が熱くなっていたります。それも瞬間的に高温になるようで、高周波によるものなのか、挙動がよくわかりません。要注意。






　1次コイルも取り換えながら変化をみました。材質的には違いは感じられません。1回巻きより2～3回巻き、密巻きよりスペースを開けて巻いた方が放電は大きくなりました。また2次コイルに密着させるのでなく、間隔を1cmほど取った方が良いようです。




　今回はスタンダードに巻いてみました。インダクタンスを上げるだけなら2段巻きなども考えられます。その場合、1段目と2段目で線間放電が起こってしまわないか、などの懸念もあります。また、巻き数を増やすと抵抗成分が大きくなってどうなんだろう、などと考えています。海外のサイトでは1次コイルの巻き数がもっと多い例も散見されます。わからないことばかりですが、さらに試してみたいと思います。

　なお、このキットには音声入力端子があります。プラズマの空気振動によりスピーカーとしての働きをするのだとか。実際、CDプレーヤーをつないでみたところ、コイル上部あたりから音楽が流れてきました。小さな音量。乾いた感じの澄んだ音色です。でも、バチバチ音の中で、音楽といっても・・・。ラジオをつないでみたところ、ノイズによりまったく音声になりませんでした。