テスタティカ（小型機）の再現

 

テスタティカの小型機を再現してみようと、途中まで作った。

資料がほとんどなく、原理もよくわからず写真を見てあれこれ推測するばかり。

 

まず、大きな目標は、継続して回転し続けるようにすること。

となると、フランクリンモーターのようなものになりそうだ。

自転するようになれば、あとは電気を低圧にして取り出すだけ。

 

 

ディスク面には、十数本のワイヤーが取り付けられているが、このワイヤーは電位的に常にニュートラル状態なのではないか。ディスク面の帯電状態の起伏がコイルを駆動するための交流になるような気がする。 

交流がコイルとコンデンサで共振でもしてくれて、増幅すると、メッシュ電極が＋／ーで振動して、帯電したディスク面を吸引と反発で回してくれるのではないだろうか。 

 

金属製のメッシュが多いのは、静電気を空間にまとわせて、高いエネルギーフィールドにするためだと思う。おそらく、装置自体が静電気に包まれる状態。

 

 装置上部のコイルと下部とでは、構造が異なる。それも頭を悩ませる。

しかし、上部はπ型フィルター、下部はT型フィルターの電気回路と似ているような気がする。

 この部分は、ディスクの上側にあるメッシュ電極の制御のためにある。ディスク面上の電荷を反転すること。

 

いろいろ思い浮かぶことは多いが、実際のモノにするまでには道のりが遠い。 

回してみた

 

 

（セクターレス）ウィムズハースト起電機

 ジャンクのケースファンとCDでウィムズハースト起電機を作ってみた。

ファン(12V)の羽を取り去り、モーター部分を利用して軸をダイレクトに回す。

CD記録面の銀色フィルムを全部はがして回転ディスクとした。

モーターとディスクを取り付ける器具などはすべて３Dプリンターで作成。

 ライデン瓶は、100均で見つけたドリンクボトルを利用。

 

ディスク面はアルミ箔をはりつけないセクターレス仕様としたが、これがダメだったのか、回しても起電してくれない。

 

 

 

静電気極性チェッカー

 静電気の極性チェッカーを作った。

極性が＋（プラス）だと赤色LEDが点灯し、極性がー（マイナス）だと緑色LEDが点灯する。

基板上のタクトスイッチは、LEDが消灯しなくなった際のリセットスイッチ。
 

 

Beli's Doubler

 Beli's Doublerという起電機を作った。

新しい3Dプリンター

 3Dプリンターを交換した。「Prusa Original i3 MkIII S+ Kit」

今まで使っていたAtomと比べ、相当使いやすくなったし、出力品質もすごく良くなった。印刷できる範囲も大きくなったので、設計もしやすくなる。

Atomが故障した後、ヘッドブロックを交換したりしたのだが、一つ治すと、次から次へと問題が出てくるような状態だった。もうかれこれ７〜８年使ってきたのでそろそろ限界だったのかもしれないと感じてきた。

それで中華製に比べるとかなり値が張るのだが、思い切って最も評判の良い機種を選定したのだった。

3Dプリンターの故障

 フィラメントが出なくなった。ヘッド内でフィラメントのカスが残って詰まった可能性が高い。

これまで騙し騙し使ってきたが、どうにもならなくなった。

このATOMの構造上、というか型式が古いので、メンテナンスや交換が難しいようだ。

チューブが先端近くまで刺さっているので、おそらく焼けていると思う。

ネジを外してバラバラにしようとしてみたのだが、硬く焼きついてしまって分解ができなかった。

ヘッドブロック全体を新しいものに交換するしかないようだ。

SlayerExceiter６の故障

SlayerExceiter６をRFコイルの電源として使って実験をしていた。

そして、オシロのプローブを回路のあちらこちらに当てていたら、突然動かなくなった。

パワーMOS FETはちょっとしたことでお亡くなりになってしまう。

自作のCTにシールド処理を施した

気になっていたが、ずっと剥き出しのまま使い続けていた。

それをようやく是正できた。

銅の薄い板で挟み込み、

銅テープを貼り付けた。

効果が大きかった。もっと早くシールド処理しておくのだった。

新しいLCRメーター

 古くなったLCメーターをリプレースした。

新しいLCRメーターと１０年以上使っていたキットの測定値とを比較してみたが、あまりにも乖離が大きくて驚いた。

キャリブレーションしながら使ってきたが、古いほうはもう基準コンデンサの容量などが違っているのだろうと思う。

テスラバッテリースイッチのさらなる改良・・・

集合コンデンサの増強

 今回、出力ライン上にあるコンデンサの容量を２倍にしてみようと思う。

秋月電子で大容量コンデンサを購入。1枚に22uF 25Vのチップコンデンサが7個ｘ4列並んでいて、一列が154uF 25Vで、4列あるから616uF 25Vにすることができるもの。これが合計40個。

耐圧を100Vにしたいので、4列を直列につないで一枚が38.5uF 100Vにしていく。

そして最後にピンをはんだ付けして足をつける

そうして作ったものを基板の上にピンソケットをはんだ付けしたところへ並べていく。

38.5uF 100Vを20個並列に接続する。これを２セット分1枚の基板の上に作った。

ちなみに、計算では、38.5uF×20個＝770uFなのだが、そう簡単にはいかない。

LCRメーターで測定したところ、527uF程度にしかならない。もう片方も514uFだった。

ESRが0.04Ω、Θは-85.3°となるので、配線や配置方法など色々な要素が絡み合って、容量が減っていくようである。

本体に増設

テスト

コンデンサを2倍に増強してみたが、6Wランプ負荷の結果はほとんど同じだった。

前回テストしていなかったが、15Wランプ負荷を点灯させてみた。

出力は7.78Wと、思ったよりもランプが明るい。

バッテリーは充電されることなく、どんどん消費していった。

ちなみに、60Wランプは全く点灯できなかった。

考察

15Wランプを点灯させることができたが、60Wランプは無理だった。

以上から大きな出力を得ることは難しい。しかも、15Wクラスでは、バッテリーの消費が早くなり、とてもオーバーユニティとは言えない。

電子式スイッチは、小型の負荷を動かす程度には作れる可能性があるかもしれないが、半導体を使うことによる制約やロスなどから大きな装置にするのは困難だと思えてきた。

私が目指しているのは、通常の家庭でも使える程度の電源、数kWオーダーのものなので、このまま実験を継続するのはあまり意味がないように思えてきた。

もしもテスラスイッチの実験を続けるのであれば、スイッチ部をメカニカルな回転式スイッチにした方が良いように思う。

その理由は、２つあって、ひとつはダイオードが不要になること。もうひとつは、接点の火花。

電子式スイッチは、電流の逆流防止用ダイオードが各所についている。これが出力の電圧低下を引き起こしていること。トランジスタを保護するためとは言え、余分なパーツが増えるのは効率の低下となる。

そして、接点で火花が生じることは、オーバーユニティの条件だと考えている。火花が空間の安定を破ることで、火花部分のピンホールからエネルギーが取り出せるのではないかと思っている。そういうことない電子式スイッチは不利である。

ということで、電子式スイッチを使ったテスラバッテリースイッチの実験はこれで終わりにすることにした。

テスラバッテリースイッチ改良３のテスト

トランス2次側の電圧波形

 出力トランスが変わったので、その出力がどのような電圧波形となり、スイッチ周波数が変わるとどのように変化するのかをオシロスコープで確認した。

負荷は6W電球

LEDの数字は、電球にかかる電圧と流れている電流。

この画像は、切り替え周波数500Hz時のトランス出力（トランジスタのベース・エミッタ間電圧）で、改良前よりも波形の電圧は大きくなった。これでトランジスタのONもより確実になるだろう。

しかし周波数が低いため、矩形波として伝達されずにS字カーブを描いてグランドレベルに戻ってしまっている。トランスでは低周波のパルス伝送をすることはきびしい。

この傾向は、50Hzなどではとても顕著となり、ON期間は40％以下となってしまう。

矩形波として伝送されるには、すくなくとも5kHz以上必要だった。

周波数を50Hz～20kHzまで何点か測定したが、出力は500Hz～1000Hz付近で最大となり、それ以外は下がっていく。

周波数が高くなるにつれて、今度はトランジスタの立上り時間が影響して、ON期間が短くなるようだ。また、浮遊容量等により、ON直後に波形が乱れるようになる。こういったことが要因となり、周波数が高くなっても出力が低下しているのだと思う。

出力電流波形

次に電流波形を見てみる。

スイッチするタイミングでスパイク波が生じる。このスパイク波が超効率にかかわっているのではないだろうかと疑っているのだが、実体がよくわかってない。

そのスパイク波は、一定ではなく、小さいときもあれば、突然大きくなるときもある。

時間のレンジを5ms/Divにして、トリガーを大きめにしたときに、スパイク波が周期的に大きな波を打つように出ていることが分かった。だんだん成長して大きくなって消滅するようだ。

しかし、この波は何を起因としているものなのだろうか？

改造後の考察

結論として、今回トランスを交換する改造を行ったが、出力には大きな差はみられなかった。

出力電流を制限しているものとして、トランジスタのONが不十分なのではないかと疑っていたが、そうではなかったようである。

となると、出力ライン上に載せてある大容量のコンデンサ（平滑用コンデンサではない）だろうか？

次は、もう少しコンデンサ容量を増やしてみた場合にどうなるのか確認してみることにする。

テスラバッテリースイッチの改良３

 前回の実験で、思ったほどの出力が得られないことが分かった。

電流がどうしても制限されてしまう。この要因は出力トランジスタのゲート駆動が不十分ということも考えられる。

また、以前にも検討したことだが、トランスが大きすぎるため、無駄にエネルギーが消費されてしまい、出力トランジスタにまでエネルギーが回らないのではないかということ。

トランスを小信号用のものに交換してみる。

今回の改良で、いままで使ってきたPICは使わずに、外部のDDSオシレーターから駆動パルスを与えるようにする。PICだと、スイッチ切り替え周波数がプログラムの割り込み処理が入る分、高周波になると正確な周波数にならない問題があったのと、PICのI/O出力電圧が5Vに固定される。一方、DDSオシレーターは最大20Vまで電圧を変更できるので本実験には都合が良い。

サンスイのST-32というトランスを6個使ったとてもシンプルなドライブ回路が出来上がった。

テスラバッテリースイッチの改良後の試験

 改良が終わったので、まずは、60Wのランプを負荷にして動かしてみた。

この画像のように、わずかにランプのフィラメントがオレンジ色になっている。

負荷が重たすぎて電圧が1.04Vに低下している。

適当な重さの負荷がないのも困るので、6Wのランプを追加。

さらに、バッテリー側の電流波形も見てみたいので、配線の途中に挿入できるものを作った。

電流検出用に10mΩ,1Wの抵抗を使った。1A流れると、抵抗の両端に10mVの電圧が発生する。

これらを追加して実験再開。

6ワットのランプだと、負荷としてちょうど良い。出力電圧は8.98Vで0.42A。3.8W程度なので、全力で点灯しているわけではなさそうだ。

この時の切り替え周波数は10kHz。電子スイッチの場合、周波数を上げた方が良いということが何となくこれまでの実験で分かったこと。

わずかに1000uFという小さなバケツに入った電荷。これをできるだけ早く切り替えて放出と充電をする。早く回してあげてエネルギーを少しでも多く送り出し出力を大きくする。そういう理由から10kHzを選んでいる。

30分ほど運転し続けてみたが、出力はほとんど横ばい状態。予想では少しずつ上がっていくものと思ったが、そういう結果にはならなかった。

電流計測用の抵抗は、改造時に追加した集合コンデンサのそばに取り付けた。このコンデンサに流入してくる電流波形がわかる。

オシロスコープで44.8mVp-pあるので、ヒゲパルスも含めると4.48A流れている。しかし、平坦な部分だけをみると5mVで上下しているから0.5A程度。２つのコンデンサが交互に充電と放電を行っているので、２つのコンデンサ分をあわせて直流の0.5A程度が出力として流れて出ている計算となり、負荷側につけた電流計の0.42Aに近い。

こうして波形を見ると、確かに切り替えたタイミングでパルスが生じているが、思ったほどたくさん出ているわけでもなく、大きいわけでもないようだ。

周波数を50Hzから20000Hzまで変化させたときに、出力がどのように変化するかも確認してみた。

50Hzの時は、出力が5.88V, 0.35Aに低下してしまっている。

電流波形は、長く大きなヒゲパルスが下に伸びて出ているのがわかる。46.8mVp-pなので4.68A。しかし、切り替え周期が長いため、頻度が少ないから出力アップには寄与しない。

この後、100Hz、500Hz、1000Hz, 5000Hz, 10000Hz, 20000Hzと変える。

周波数が上がっていくにつれ、出力の電圧・電流は少しずつ上がっていく。

一方で、切り替える際に生じるヒゲパルスはどんどん小さくなっていく。

これは、20kHz時の電流波形。39.2mVp-pだから、3.92A。電流のピークが小さくなっている。

そして、なぜか10kHのあたりがピークとなり、20kHzで少し下がった。

単純に周波数を上げれば良いというものでもないらしい。

周波数が上がっていくにしたがって、切り替え時に生じるヒゲパルスが小さくなっていく傾向があるのが原因なのかもしれない。

切り替え時に生じるパルスは、線路の持つインダクタンス成分や様々な回路パーツが持つ容量性の成分などが作り出しているのだと思う。それらが、高い周波数で駆動されたときに十分なエネルギーの蓄積ができないために出てくるパルスが小さくなり、低い周波数で駆動されているときは、十分蓄えることのできる時間があり、よって大きなパルスが生じるということだろう。それぞれ持っている時定数が異なるので結果がわかりにくくなる。

テスラバッテリースイッチの改良２

 

秋月電子のコンデンサアレーを購入した。これをさらに組み合わせて耐圧を上げる。

4枚を直列につなぎ、25Vの耐圧を100Vにする。

合成容量が154uFになるので、これを5セット並列につなぎ770uFにする。

この770uF, 100Vを２組つくる。

それを2段重ねにする。

さらに、置き場所に困った整流後の平滑コンデンサを上にのせた。

テスラバッテリースイッチの改良１

 

まずは、トランスの一次側と二次側を入れ替える。

二次側にあったバイパス用にダイオードを一次側に移動、二次側にあったコンデンサは撤去した。

以前よりも多少スッキリとした。特にトランスの二次側と出力トランジスタ間のモノが減った。

テスラバッテリースイッチの改造前の確認

 トランスの一次側と二次側を入れ替えたときに、出力がどうなるかを確認した。

ブレッドボード上にトランスとその関係する部分の回路を組み立てる。

DDSオシレーターから12Vの矩形波を与えて、オシロスコープでトランス出力波形を確認する。

周波数が50Hzのとき、22.6Vの鋭い山が出ている。とても矩形波とは呼べない。これではトランジスタのONしている時間はとても短い。ほとんどOFF状態。電圧が22.6VであればトランジスタのVbe限界である60Vを超えないので壊れることはない。

周波数が1kHzのとき、山は小さく6.24V。トランジスタはなんとかDuty比50%でON/OFFできそうだ。

周波数が10kHzになると、ほぼ矩形波として出力できている。電圧も5V以上ある。

これで一応の確認ができたので改造に入る。

テスラバッテリースイッチの再検討

思ったほどの出力が得られなかったので、何が悪かったのか見つけるために改めて資料などを読み直したりした。

どうも、少し勘違いしていた部分があったように思う。

バッテリーの切り替え時に大きなパルスが発生するのだけれど、それをキャッチするためにライン上にコンデンサが入っているのだということ。

それを、この前は不要だろうと外したのだった。外したことで確かにランプが少し点灯するぐらいにまで電流が流れるようになった。しかし、それはバッテリーから出ていくものでバッテリーの残量を単純に減らすもの、つまりフリーエネルギーではない。

それからもう一つ、見つけたことがある。このサイトに書いてあることによれば、出力トランスは、小信号用の小さいアウトプットトランス（Radio Shack＃273-1380トランス）を使い、一次側と二次側を通常とは逆に使うことでトランジスタのベース電圧を相当大きく与えて駆動させていたことだった。

それと、6個あるトランスの一次側をすべて直列につないで駆動するというとてもシンプルな構成にしている。

私が作ったものには、サンスイのST-62という3Wの出力が取れるトランスを使った。だが、Radio Shack#273-1380を調べ、それと同等のものがサンスイのST-32（0.2W出力）だと分かった。なんと10倍以上、かなりオーバースペックだった。

また、外したコンデンサの方は、大きなパルスを受け取るには35Vでは耐電圧が小さいことも分かった。100Vぐらいの耐圧がいるらしい。交流電流が流れる部分なので＋/ーの極性をもつ電解コンデンサは使えない。無極性の電解コンデンサもあるが、これも実際には交流には使えないものらしい。となると、フィルムコンデンサか、セラミックコンデンサになる。なおかつ1000uFとなるとなかなか入手困難だ。

以上のようなことから、改造する方針が見えてきた。

1. 出力ライン上に耐圧100Ｖ以上で1000uFのコンデンサをつける。
2. トランスの一次側と二次側を反対にしてトランジスタへの信号を大きくする。
3. もしも、2でダメだったら、トランスをST-32に交換し、ドライブ用の回路を作り直す。

1.のコンデンサは、秋月電子で22uFの積層セラミックコンデンサを28個使った、616uF、25Ｖのものが売られていた。これを4個直列につないで耐電圧100Vとする。合成容量は154uFになるので、5セット並列にならべて770uFとする。1000uFには足りないが、実験して確認してみないことには分からない。不足しているなら後から追加すればいい。

2.のトランスの入出力反転は、計算ではこうすることでST-32に交換した場合と同じ効果が得られることが分かっている。実際には、簡単なテストを事前に行う。

テスラバッテリースイッチのテストと改良

 回路の要所要所をオシロスコープでチェックしたところ、PICからの5V出力を12Vにレベル変換しているトランジスタ2SC1815のところで発振していた。

トランジスタのベースに入れた抵抗500kΩが大きすぎて、電流が十分に流れないのが原因のようだったので、510Ωに交換した。

その後、負荷としてケースファン4個をつけて動かしてみた。

スイッチの切り替え周波数が100Hzのときは、ケースファン4個の内、3個だけ回ったが1個は回らない。周波数を800Hzに上げてようやく4個全てが回るようになった。

周波数が上がった分、切り替え時に発生するパルスが増えるのでそれに伴って電流が増えたのだろう。とはいえ、せいぜい1ワット程度。

負荷に60Wランプをつけると、100Hzでは点灯せず。800Hzでようやく少し薄く光る。1600Hzにあげるとようやくランプのフィラメントがオレンジ色になった。テスターで測定した出力電圧は2.3Vで出力電流が2A程度。負荷が重いと電圧が低下する。

バッテリーの電圧も少しずつ下がっていく。

これ以上は意味がないと思い、テストを中断。

出力の電圧と電流を毎回テスターで測定するのも手間なので、LEDメーターを取り付けた。

それから、出力ライン上につけたコンデンサが充分な電流供給を阻害しているかもしれないと思い、ライン上のコンデンサを外してみた。

コンデンサを外したことで、出力が増えた。しかし思ったほどでもなかった。

60Wランプ負荷に対して、切り替え周波数1600Hzにしてやっと出力電圧が3.2V、出力電流が2.93A。せいぜい9W程度。

出力が上がらないようにしている阻害要因は何？