Synthesized Malfunction

そろそろ4月も終わりますな～。DTMerの皆さまにおかれましては、端午の
全裸DTMが捗っておられる事とお慶び申し上げます。


このところずっと SSTC (Solid State Tesla Coil) をいじっているのですが
謎の多いこの装置、なかなか満足の行く動作が得られません。
その謎のひとつに、てっぺんに付ける「容量球 (トロイド)」というものが
あります。大地との間のコンデンサらしく大きさで共振周波数が調整出来る
との事。



メトロイドなら知ってるんですが…今回はそれらしいものを付けてみただけ
の記事です。


ネットで自作テスラコイルを色々見てみると、100円ｼｮﾌﾟｰで売られている
ステンレスのボウルを2つ組み合わせたもの、排気用アルミダクトを円形に
したもの、銅棒やアルミ棒などをカゴ状に組み上げたものなど様々。
サイズも小さいものから巨大なものまで様々。

これは適切なサイズを求める公式的なものがあるんでしょうかね。それとも
みんなそれっぽい物を適当に付けているだけなのか…。




良く分からんけど「有った方がよさそう」という非常にざっくりした理由で、
家にあった端材を組み合わせてそれっぽいものを作ってみました。
土台の亜鉛鋼板に水道用フレキパイプをぐるっと一周巻き付けて、いつもの
ブラインドリベットを真ん中に突き立てただけ。

テスラコイルの土台底面にも同じ亜鉛鋼板をべたっと貼り付けてあるので、
これで浮遊容量が生み出せないものか。




はい、以前と全く変わりませんでした。

ですよねー…。MOSFETが飛ばないようにずっと12V電源で動かしています
が、根本的に電源電圧が低いのかも知れない。巨大な放電を生み出すような
大掛かりなテスラコイルだと、家庭のAC電源を整流して直接MOSFETへと
流し込んでいる物もあるようなので。




このくらいあった方が良いのかも知れない。なかなか連日実験をする訳にも
行かず時間を見て少しずついじっていますが、今後も引き続き模索してみる
予定～。

それにしても容量球がデカいと不格好だなー。

先日からSSTCをいじっておりますが、前回失敗したヤジロベーがクルクル
回るやつに再チャレンジしてみただけの記事です。




新たに製作した大き目二次側コイルはどうも出力が弱いようなので、これは
とりあえず置いておきます。555を使った可変周波数回路でまだ試してなく、
以前作ったSSTC回路で動かしてみただけなので。

これはそのうち試してみます。今回は元の小さなコイルで実験。




以前のSSTC回路は空中配線だったので、基板を使い配線し直し。回路自体は
変わっていません。

あ、電源Vccと回路の間にダイオード IDH10SG60C を入れました。どうも
発生する高圧が逆流するようで、電源を切ろうとうっかりワニ口クリップに
触れると針で刺したような痛みが走り、指が焦げます。
その感電・やけど防止用ですね。ピーク繰り返し逆電圧 VRRM 600V品です。



回路図はこうなりました。指が焦げるほどの電圧なのにコンデンサの耐圧が
250Vなのが気になるな…。多分このコンデンサは無くても動くと思われ。




上に乗せるヤジロベーは大小2つ作ってみましたが、どうもこのSSTCでは
大きい方を動かすにはパワーが足りないみたいです。

それと、前回上手く回らなかったのはヤジロベーの本質を理解しておらず、
支点と重心の位置がほぼ同じだったせいです。ヤジロベーって、支点よりも
重心の位置が低くないと上手く立たないんですね～。

両腕の先端位置を下げたら立つようになりました。




センターポンチで凹みを付けた薄い鉄板に高圧の出力を繋ぎ、コイル上端に
貼付け。鉄板は尖った所から不要な放電が起こらないよう、周囲をヤスリで
滑らかにしておく必要があります。
そこへヤジロベー(小)を乗せたら結構な速度で回ってくれました。

これこれ。これが見たかったんですよね。電子が放出される反動で、風車が
回転します。この原理を「ハミルトンの風車」と言うんだとか。

動画でもどうぞ(31秒 音声なし)。17秒辺りで照明を消し、暗くしています。


軽快に回ってくれていますね。しかしあまりにもノイズを巻き散らしている
ので、部屋の置き物には適さないかな。

次は新コイル(大)でも色々試してみる予定～。

今回は、以前から作っているSSTC用の新しいコイルが巻けたので、それを
紹介するだけの記事です。


前回適当に注文した塩ビパイプ VU75が想像以上に太くて絶望してしまった
ので、外径Φ60mmのVU50で注文し直しそれがようやく届きました。



外径Φ76mmのVU65と注文直前まで悩みましたが、VU50で正解だったよう
です。この径でちょうど良いかも。



VU75とVU50を比べるとこんなに違う。ちなみにﾖﾄﾞﾊﾞｽｨは未開封でないと
返品を受け付けないそうなので、これは今後また何かに使う為にとって置き
ます。実は今回のVU50も2本セットでしか売っておらず、同じ物がもう1本
あるんですけどね…。￥560でした。


では三度の苦行、予め用意しておいた線材をただひたすら黙々と巻いて行く
だけの簡単なお仕事の時間です。

しかし線径Φ0.3mmやΦ0.4mmは楽ですね～。初回はΦ0.1mm、2回目は
Φ0.2mmと極細だったので、巻いている途中で切れてしまったり気が付くと
一部分が重なったりしていましたが、Φ0.3mmなら多少力を入れた程度では
切れないので、少し引っ張りながら巻けば重なる事もなく気が楽です。

「コイル巻き機」で検索すると人力から電動、マイコン制御まで色々と出て
来ますが、基本的にこれらのほとんどはリレーやソレノイドなどに見られる
ような、重ね巻き用です。テスラコイル用コイルは基本的に重ね巻き厳禁の
単層巻きでなければなりません。
なので、こういったコイル巻き機は使えないんですね。旋盤を使って巻けば
楽できるんでしょうが、基本は1ターンずつ手巻きです。

お陰で今回も 3時間半 かかりましたけどね…。




という訳で完成ﾃﾞﾃﾞﾝ。全長418mmで、すごく…大きいです…。まぁ世界の
SSTCマニアな人から見れば、こんなのまだ小さい方でしょうけど。



全長500mのうち480mmは巻きたかったけど、線材が尽きたので仕方なく
余りはカット。



巻き幅418mmをΦ0.3mmで250mm、Φ0.4mmで168mm巻きました。

巻き幅は前回の2.78倍、直流抵抗は0.67倍、インダクタンスは2.2倍です。
巻き数と長さをざっくり計算すると…。



Φ0.3mmは10mmで26巻なので、26x25＝650巻。



Φ0.4mmは10mmで17巻なので、17x16.8＝285巻。

Φ60mm×3.14159265＝188.495559 で塩ビパイプの円周は約188.5mm。

188.5x650＝122,525mm＝122.525m。
188.5x285＝53722.5mm＝53.7225m。
122.525＋53.7225＝176.2475m。

後から更にΦ0.3mmを44m追加したので、準備段階で測った長さで合ってた。

正直、もうやりたくない。


で、この途中から巻き線の太さが変わるのが良いのか悪いのかって話になる
と、微妙な話。一次側に近い方をΦ0.4にすれば損失が減るのだけど、共振
周波数が変わるので、もしかしたらかなり効率に影響するかも。

これは実際にテスラコイルとして駆動してみないと分かりませんね。途中で
線径を変えず同じ径で巻くのが最も効率良いんでしょうが。

ただ巻いている間も思ったのですが、これまで小さいコイルでコロナ放電を
起こして喜んでいた程度なので、果たしてこのコイルでどれ程の高圧が発生
するのか考えると躊躇しますね…。せっかく作ったんで使わなければ意味が
ない事は分かるのですが、やっぱり高電圧の実験は怖いです。

次回、このコイルでSSTCを作ってみる予定～。


★おまけ



YouTubeなどで良くみかけるSSTCでヤジロベーのような針金がクルクル回る
やつをやってみたかったんですが、まずバランス良く立たせるのが無理。

インチキして中心部分にボールベアリングを置いてみたのですが、それでも
全く微塵も回りませんでした。残念。

今回は、部品の到着待ちまでの間にもうひとつ作業をしただけの記事です。


最近またSSTCいじりを始めたのですが、高圧の放電回路というのはかなり
ノイズを撒き散らします。PCで動画を流しながら放電させて遊んでいると、
イヤホンに「シャー」「ザー」という感じのノイズが乗って来ますね。

放電で遊ぶ時はなるべくPCが起動していない時を狙っていますが、出来る
だけPC以外へのノイズも減らしたいので、今回はAC側のノイズフィルタを
作ろうと思います。

ノイズは発生元から空気中を飛んで行く放射ノイズと、電灯線へと回り込む
伝導ノイズがありますが、今回のフィルタは伝導ノイズを減衰させるもの。
とは言えノイズ界隈というのは理論が非常に難しく、またノイズの出ている
量や減衰量などは、超高価な計測機器でないと厳密には測れないので、例に
よって「多分こんな感じで良いだろう」的な物を目指します。


何も資料がない状態では作れないので先人の知恵、TDK Lambda(ラムダ)製
EMCフィルタを参考に似たようなものを作りましょうかね。



これがTDK Lambda製EMCフィルタ、RSEN-2010。

詳しい仕様はリンク先のデータを見て頂くとして、天下のTDK設計の物なら
効果は期待できるでしょう。




回路図はこんな感じ。2MΩの抵抗が手持ちになかったので、1MΩを2本
直列にしています。

コンデンサは必ずXコン、Yコンを使用する必要があります。今回は0.47uF
にX2コン、4,700pFにY1コンを使用。
Xコン・Yコンに関する詳しい解説は Xコン・Yコン などが参考になります。





どちらもコンデンサに表記されています。




一応右側がIN、左側がOUTになっていますが、ぶっちゃけどっちがどっち
でも構わないようですね。

コモンモード・チョークコイル(CMCC) は、TDKの物では3.7mHとなって
いるようですが、同じ物が手持ちになかったので8.7mHの物を使用。
ただ、このTDK製EMCフィルタは対象のノイズの質によって変えられるよう
多数種類が出ていて、その中には10mH程度の物もあるので、これくらいの
インダクタンスでも問題ないかと。

多分。

定数的には、一般汎用のRSENシリーズよりもパルス減衰特性のあるRSAN
シリーズの方が近いかな。




IN/OUTにACプラグとタップを付けて完成です。本来Yコンの真ん中を接地
するべきなんでしょうが、うちは建物が古くて接地端子付きのコンセントが
水周りにしかないので、接地端子は今回省略しています。
接地の有無でノイズの減衰率が変わるかどうかは分かりません。




タップ側に何も繋いでいなくても、コンデンサ類や抵抗によって電力が消費
されているので、IN側は常にわずかな電流が流れています。

実測で32.4mA程度でしょうか。3.24Wかぁ…思ったより消費電力大きいな。
まぁ常時コンセントに挿しっぱなしにする訳ではなく、高圧を使った実験の
時ACアダプタの前に挿入する形で使うので、多少は目をつぶりましょう。

まぁこれを繋いだところで、高圧放電だと放射ノイズの方が支配的なので、
気休め程度にしかならないとは思いますが。何しろ近づいて写真を撮ろうと
しても、ｱｲﾋｮｰﾝのシャッターが切れなくなる程度にはノイズを撒き散らして
いるので(笑)。


後は注文していた塩ビパイプ(新)が届いたら、苦行のコイル作りですね…。
既に気が重い…。

4月も半ばになりました。DTMerの皆さまにおかれましては、春の全裸DTM
祭りが開催中なこととお慶び申し上げます。

もうちょっとﾊﾟﾜﾌﾘｬな SSTC を作ろうとしているのですが、なかなか部材が
揃わないので、今回は細かな作業のまとめ記事です。




前回の記事でコイルの芯材をダンボールで作ったりしていましたが、実際に
作ってみたら全然フニャフニャでとても巻けそうにないので、これは捨て。

硬い芯材として、ポスターやカレンダー等を保管する為の紙パイプ・紙筒が
良いだろうと思って探してみるも、意外と高いです。ぶっちゃけ、下水用の
塩ビパイプの方が安い。なので、塩ビパイプをポチッておきました。


で、その間に芯に巻くコイル用の線材を確保。



この作業、一体何度目だ。

また適当なトランスから鉄芯を抜いて、一次側のコイルを確保。



2巻用意しました。左がΦ0.4mm、右がΦ0.3mm。微妙に太さが違うけど、
多分問題ないでしょう。2つで大体125mくらいありました。




YouTubeでテスラコイルの動画を観漁っていたら、容量球と床との間に発生
する浮遊容量が大事！的な事を言っていたので、プラ容器にアルミホイルを
巻いて容量球を作り、装置の底面にも電源のGNDに繋がるプレートを付けて
みました。



そこへ放電極であるブラインドリベットを突き立てます。

では放電させてみましょう。もっとコロナ放電が大きくなる事を期待…。



何も変わりませんでした🤣


塩ビパイプはﾖﾄﾞﾊﾞｽｨで売っていた「クボタケミックス 排水用塩ビパイプ
VU 75X0.5M VU75X0.5M」を買いました。



この「VU 75X0.5M VU75X0.5M」という表記から単純に外径Φ75mmの
管だと思っていたのですが、ポチッた後で何気なく調べてみたら…。



何と、規格上VU75の外径はΦ89mmとの事。何でそんな紛らわしい表記に
なってるんだ。

定規で89mmを確認しながら「う～ん、まぁこれ位なら問題ないでしょ」と
とりあえずこれで作ろうと決めたのですが、実物を手に取ったら



クソでかい(絶望)

いやさすがにちょっとこれはデカ過ぎるし重すぎるな。長さ500mmを丸々
使うつもりはなく線材125mを巻き切った所で切ろうと考えていたのですが、
それでもこれは思った以上に径がデカすぎる。



やっぱりダメでした、Φ89mm。￥352で激安なのは良かったんですが。

なので結局また注文し直しました。今度はVU50、Φ60mmの物をチョイス。
ただ塩ビパイプ全般は取り寄せ商品なので、これでまた届くまでに2～3日
かかりますね。




ほいじゃ先日作ったSSTC用ゲートドライブ回路の改良でもしますか。

以前製作したファン速度の自動調整回路など諸々一式をMOSFETに流用。
見えていませんが裏面に冷却ファンが付いています。これで冷やし切れない
ようなら、以前のSSTCに使ったCPU用ヒートシンクを横取りしますかね。



MOSFET は250V 12Aの日立 2SK1762を使いました。12V 5Aアダプタで
動かす予定なので、これくらいあれば十分でしょう。

電流共振駆動SSTCの製作記事を見ると、みな600Vなど耐圧の高いMOSFET
使ってるんですよね。電圧より電流容量の方が重要だと思っていたのですが、
ここは先人に従って高耐圧のものに変更。
足りないようなら更に500V、600Vのものも視野に入れています。

RDS(on)が0.23Ω(Typ.)でやや高めなのが気になる所。発熱が気になるようで
あれば、もっとRDS(on)の低いものにするかも。


塩ビパイプが届いたら、またあの苦行のコイル巻き作業が待っています…。
もっと楽に巻きたい。