ロームのSiCショットキーバリアダイオードSCS206AGC（650V,6A）を10個直列につないで耐圧を6500Vにしたものを製作した。
SlayerExciterからRFコイルへの接続部分の半波整流用ダイオードはこれまでに何度も壊れてしまった。今回は電流が6Aあるので6500Vを超えないように注意すれば大丈夫でしょう。
2021年11月15日月曜日
2021年11月5日金曜日
RFコイルのパワーアップ改造計画
高圧ダイオード
高圧ダイオードが壊れてしまったようなので、次はもっと電流容量の大きいものにしなければならない。こう何度も壊れるとは思わなかった。
秋月電子のサイトを探すと、SiCショットキーバリアダイオードが何種類か販売されている。650Vで6Aのものが良さそうだったので発注した。本当は1200Vのほうが良いのだが、今は在庫が無いみたいだから650Vを10個使って、耐圧6.5kVにしようと思う。
高周波高電圧電源 SlayerExciter
それから、気になるのが電源だ。
ドン・スミスのトランスフォーマーで使われている電源は、ネオントランス用のもの。仕様はわからないが一般的なネオントランスの定格出力10kV, 30mA程度と同じだとして、150W程度の出力ができるだろう。これを入力電圧を下げて5kVの出力に制限して使っているそうなので、実際にはざっと40W前後で使っているだろうと予想する。
一方、今実験に使っているSlayerExciterは、直流安定化電源PAS40-9を使うとその消費電流は12V時に0.6A弱となっている。入力がそのまま出力とはいかないが、7W以下であることは間違いないだろう。
つまり、電源としてのSlayerExciterは貧弱すぎる。少なくとも今のものよりも5〜6倍パワーアップしなければならない。
実験中に感じたスパーク周期の長さ、つまりスパークした後に次のスパークが発生するまでの時間の長さは、このパワー不足から来るのかもしれない。スパークした後にエネルギーが回復するまでに時間を要しているのだろう。
ということで、SlayerExciterもパワーアップさせる。一次コイルにどれだけ多くの電流が流せるかがポイントとなってくる。
今のものは、トランジスタのコレクタ電流が2Aのものだから、パワーアップには限界がある。だから次はパワーMOS FETを使ったものが良いだろう。
ネットで事例を探した中から２つほど候補をピックアップした。どちらも海外のサイト。国内では事例が見当たらない。
a) How do I drive the gate of a MOSFET for a slayer exciter circuit without a gate driver IC?
b) My One MOSFET Driverless Tesla Coil with 555 Interrupter
a)の方は、MOSFETが2SK3199(Vdss 500V, Id 5A)でこれをトランジスタのプッシュプルバッファでゲートドライブするタイプで、スタートボタンで起動する。割とシンプルな感じ。
b)の方は、MOSFETがIRFP460(Vdss 500V, Id 20A)で、上記のようなゲートドライブ回路はないが、過電流保護がついている感じ。スタートはタイマーICの555を使う。大きなパワーMOSFETを使い、電源電圧が90Vまでと書いてあるので相当に大きなパワーが出せそうである。
改造の基本方針はこれでいくとして、これから詳細を詰めていく。
2021年11月3日水曜日
RFコイルの実験とトラブル
SlayerExciterの出力を使って、RF側一次コイルとコンデンサによる並列LC回路が共振するように調整した。
次は、一次コイルと二次コイルの位置関係を調整する。これは一次コイルをスライドできるようにしてあるのでRF二次コイル側の出力状況を見ながら決めていく。
スパークギャップを調整して、スパークの発生する回数ができるだけ多くなるようにする。
５連スパークギャップを５個全部使うとスパークがまばらになり時々止まる。４つに減らすと元気よくスパークするのでこれで進める。
小さなネオンランプを二次コイルに沿わせる。その時にランプの光具合で発生している電位の大まかな傾向が分かるようだ。
ご覧のように、一次コイルの近くほど明るく光るが、離れていくにしたがって暗くなり二次コイルの端では点灯しなくなった。
一般的にアンテナでは電位が低いということは、電流が最大となっている。このRFコイルも同じようになっているのだろうか？
二次コイルの方が電流が少ないのだ。電圧は不明というか、測定するのを失念していた。次の機会に測定できるようにしたい。
それで一番気になったのがスパークする頻度で、オシロスコープの時間軸を色々変えてみてみたが、6kHz～7kHz周期で発生しているようだ。
しかし、6kHzや7kHz周期では十分なエネルギーが得られていないと思う。
一度のスパークで発生する波は750nsぐらいで消滅する。これが連続するには667kHz周期でスパークしてくれないとダメ。となると、今の100倍の回数のスパークが起こせないと波がずっと継続しないと思う。
そんなことを考えながら測定していたら、突然スパークしなくなった。
SlayerExciter単独にすると普通に動くので電源（SlayerExciter）の故障ではない。ということは、またもや半波整流用の高圧ダイオードだろう。もっと電流容量を増やした方が良いのかもしれない。
2021年11月2日火曜日
RFコイルとSlayerExciter出力の共振点探し
SlayerExciterの電源周波数にRFコイルの一次コイルが共振するようにコンデンサの容量を調整していく。
新しく作ったパンケーキ型の一次コイルは、最終的にインダクタンスが6.23[uH]となった。
そして、SlayerExciterは、それ単体であれば1.65[MHz]で動作するのだが、高圧ダイオード経由でRFコイルにつなぐと、その周波数は1.47[MHz]にまで低下してしまう。負荷がかかるとこのようになる。
目標とする共振周波数をこの1.47[MHz]として、LC並列共振回路の式から一次コイルと共振するためのコンデンサ容量を計算すると、1881.56[pF]となる。
まずは、発信機とオシロスコープを使い、LC並列共振回路のみを測定し、手持ちのコンデンサでこの1881[pF]やその前後数百pFなど色々と組み合わせを作り共振点を探る。
ここで1883pFぐらいがちょうどいい感じとなった。これは計算値と1～2pFの差だ。
次に、SlayerExciterやスパークギャップをつなぎ、先ほどと同じように色々な組み合わせで再び共振点を探る。すでに目標地点の目星はついているので早い。
注意すべきこととして、コンデンサの耐圧を5kV以上となるようにすることだ。
グランド側にはスパークギャップがある。もしも5kV以上の電圧になったときにスパークするようにギャップ距離を念入りに調整しておく。
そして、高圧ダイオードとRF一次側LC回路の間にカレントトランス（赤）を挿入し、RF二次コイルのセンターにカレントトランス（黄）を挿入。これらの電流をオシロスコープで計測する。
一次側LC共振時には、CT（赤）の電流が最小となる。また、RF二次コイル側のCT（黄）は電流が最大となるので、それを見ていく。
この画像の上がCT（赤）で下がCT（黄）の波形。そして、コンデンサが1883pF時のもので、ＣＴ（黄）は最大となっている。
コンデンサは、何個も宙づり状態でひどい形になってきた。
これは、1769pFの時。下側の波形が1883pFの時よりも小さいことがわかる。
途中で色々なコンデンサ容量を実現するために、メタライズドポリプロピレンコンデンサとセラミックコンデンサをMIXしたりしたのだが、どうも混合しすぎると特性が悪化するようだった。最低でも、一つの直列接続では同じ種類のコンデンサを使った方が良いみたい。
ということで、一つ目は、メタライズドポリプロピレンコンデンサ630V0.01uFを12個直列につないで作った833pF、二つ目は同じくメタライズドポリプロピレンコンデンサ630V0.01uFを10個直列にして作った1000pF、そして三つ目がセラミックコンデンサ15kV100pFを2個直列にして50pFをつくり、これら３つを並列接続。合成容量1883pFで耐圧は6.3kVまで。
2021年11月1日月曜日
カレントトランスをもう一つ追加で作成する
２箇所同時に電流を測定できるように追加で製作。
手持ちのコアで、カーボニル T80 #2（赤）（22.3AT、0.25MHz〜10MHz）を使った。
ワイヤーは、φ0.65mmのエナメル線を使い、前回同様20回巻きとし、それにつける抵抗も20Ωとした。
電流は、22.3[AT]÷20=1.115[A]まで測定できる。これ以上の電流はコアの磁気飽和が起きるので実際よりも低い値になってしまう。
先に作成したCT（黄）の方がAT値が少し大きく、帯域がより高い周波数に対応しているのでＣＴの使う場所を工夫する。
例えば、一次コイル側は周波数が2.5MHz前後で動き、二次コイル側は27.12ＭHzで動作する。だから、一次コイル側は今回新たに作ったＣＴ（赤）を用い、二次コイル側は前回作成したＣＴ（黄）を使うという感じ。この場合は周波数帯域がカバーしているかどうかが大切な要素となる。
2021年10月31日日曜日
高圧ダイオードを作り直す
RFの1次コイルと共振用キャパシタを調整していたら、途中から突然動かなくなった。
どうやら、高圧ダイオードが壊れてしまったようだ。
今度は、12kV,5mAのものを5個並列に接続したもの。 ピーク順電流は1個当たり0.5Aなのでトータル2.5Aまで。
2021年10月30日土曜日
RFコイルの一次コイルをパンケーキ型コイルに交換した
RFコイルの構成は、基本的にテスラコイルと同じ原理で動作する。ただし、コイルは水平に配置して、2次コイルの長さを2倍にしたものだ。このようなものをニコラ・テスラのバイポーラコイルとも呼ばれているようである。
RFコイルの出力が上がらない原因を色々と考えていて、以前のSlayerExciterと同じように一次コイルが小さいために2次コイルへの伝達が悪いのではないかと考えた。そしてSlayerExciterが、一次コイルの形状をパンケーキ型にして性能が上がったこともあるので、このRFコイルも同じようにしてみた。
これと合わせて、二次コイルの中心に木製の軸を入れてコイルが一直線になるようにした。
このあと、SlayerExciterの出力する周波数でこのパンケーキコイルが共振するように並列につなぐコンデンサを調整していく。
2021年10月29日金曜日
高圧ダイオードを作り直したら問題が生じた
秋月電子で購入した高圧ダイオード（4kV,5mA）を2本並列にして4kV,10mAにした。
前に作ったものは、下の画像のもの。抵抗が入っているタイプで8kV,10mAだった。
今回作ったのは抵抗の無いタイプで、耐電圧も低めに使うことを前提に4kVに下げた。
抵抗がダイオードに並行して入っていると、電流の流れがダイオードの順方向の場合は、ダイオードに流れるため抵抗が無い時と同じなのだが、電流が逆方向の場合は、ダイオードには電流が流れないで抵抗を流れるようになる。
また、ダイオードが過電流などで壊れた時に、抵抗で故障の影響が大きく波及しない効果も期待できそうだ。
しかし、RFコイルの出力がSlayer Exciterの出力よりも低すぎることが気になっていて、逆方向電流が多少なりとも流れることが出力低下を引き起こしていないか懐疑的になった。それで抵抗が入ってないタイプを作ってみたのだった。
抵抗が無いタイプのダイオードでSlayerExciterとRFコイルを繋ぐ。気持ち多少スパークギャップが元気になったかなという感じ。しばらく動かしていたら、何かのタイミングでダイオードでアーク放電してしまった。
ダイオードが壊れてしまったのだろうかと思ったが大丈夫なようだった。ということは行き場を失った逆方向の電流がアークを作ったのだろうか。
そもそも、4kVの耐圧をもつダイオードにしては、パッケージが小さいように思う。
ひとまずアークを阻止するために、アクリル板を間に設置してみた。絶縁距離が増えるので大丈夫だろうと思う。
これで、RFコイルの調整に入ることができる。
2021年10月27日水曜日
カレントトランスを作る
以前に作ったカレントトランスは、「測定値×0.147」して電流[A]を出していた。これは毎回電卓をたたく必要があった。
例えば、測定値が11.0V(peak-to-peak)だった場合、電流は11ｘ0.147＝1.617[A]といった具合。
これでは使い勝手が悪いので新しく作り直した。
手持ちのカーボニルコア（T94, #6, 黄色）にAWG22（Φ0.65㎜）ワイヤーを20回巻き。
このコアは、カタログによると26.2～30.2ＡTで帯域は3～40MHz。だから、20回巻きにした場合、電流は1.5A程度まで測定できる。これ以上の電流だとコアの磁器飽和が起きて低い値になってしまう。また、以前作ったＣＴは50回以上巻いていたが、巻き数が多すぎると周波数特性が悪くなるので、20回巻きとした。
20Ω抵抗の両端電圧が1Ｖなら1Aとなり、変換も容易。
以前作ったCTと比較して、0.5A以下の信号ならほぼ同じ結果が出た。
一方で、1A以上になると波形が大きく異なって見える。古い方のCTが磁気飽和とｆ特の劣化で歪んでいるのだろう。
古いCTはもう使えないように解体した。
2021年10月26日火曜日
RFコイルの電源としてSlayerExciterⅢを使う
ようやく出来上がったSlayerExciterⅢをRFコイルの電源としてつなぐ。
SlayerExciterⅢの上に高圧ダイオード（4kV, 5mA）を４個使った半波整流器（8kV, 10mA）を取り付ける。
RFの一次コイルとコンデンサの共振周波数も電源側にあわせてやる必要がある。コンデンサを作り直しだ。
コンデンサはあとからセラミックを追加したりしてバラバラだし、コイルにつけたワニ口クリップもおかしな体制でついているし、長くぶら下がったワイヤーがあり、スッキリしない。
計算では、周波数を1.625MHzとし、RF一次コイルのインダクタンスが9.92uHなので、966.9897pFとなる。
900pFを630Vのポリプロピレンコンデンサで作っておいて、あとはバリコンで微調整。
ところが、この調整作業が難航する。
自作バリコンは回転量と容量の関係がリニアになってくれない。
RF一次コイル側でもインダクタンスを変更できるようにと、ワニ口クリップで取り付けてあるのだが、これも接触不良や調整中のズレ等が生じ不安定さが増す。
思考錯誤しながら、ようやく調整方法を見出した。
SlayerExceiterⅢはいったん外し、バリコンも外し、スパークギャップも外した。RF一次コイルとコンデンサのみにして、そこにオシレーターで作った1.625MHzを入れてオシロスコープで共振点を探す。並列ＬＣ回路が共振すると電流は最小となるので、オシロスコープで電流波形を観測しながらオシレーターを上げたり下げたりする。
そんなことを何度も繰り返して、最適な位置を探っていく。
しかし、納得のいくものが得られなかった。
もう一度整理し直すか。
2021年10月20日水曜日
SlayerExciterⅢを作る
PNPトランジスタを使ったもの。普通、効率の良いNPNトランジスタが使われるので、PNPは事例を見かけることがない。
回路図で、メインのコイルが逆さまに書いてあるが、理解しやすいようにしているだけで実際には普通のテスラコイルと同じ。
フリーエネルギー研究の中で、グランドが大きな電流を取り出す鍵になるという話がある。これをヒントにして通常とは逆転させてみた。このPNPトランジスタは、マイナス電源で利用されるもので、これを使えば何か違いがあるのではないかと考えた。マイナス電源ということは、つまり、グランドレベルの電圧よりも低い領域で動作させることができるということ。もしもグランドがエネルギーの貯蔵庫であるなら、それよりも低い電圧で取り扱うことでエネルギーが取り出せたりするかもしれないと思うのだった。
電流はプラスからマイナスに流れるものと定義されているが、本当は電子がマイナス側からプラス側へと動くことであり、どうもプラスとマイナスの定義が逆転しているようなのだ。このことは、真空管が使われるようになったときに分かったらしいが、すでに定まったものを逆転するのは憚られたと認識している。
また、電子は正孔に比べるととても小さいため容易に動く。
これらのことがグランド側の優位性として働いているようにも思う。
まずは、二次コイル。画像の右側、少し大きめ。VP25（Φ32㎜）に0.2㎜ワイヤーを約780回、長さが190㎜。画像の左側が前作のコイルで2.4MHzの共振周波数のもの。
この新しいコイルの目標とする周波数は、1.695MHz（27.12MHzの16分の1）とした。これはλ/2=88434.4㎜となる。
しかし、今までの実験結果から、共振周波数が10～20%程度低下することが分かってきたので、11％ほど高い周波数1.9066MHzの波長をもとにワイヤーの長さを78619.6㎜にした。
一次コイルの方は、前回同様パンケーキ型とした。ワイヤーは2.0sqのケーブルから取り出して被覆を取り去ったもの。7㎜ピッチで5回巻き。外径は約110㎜。
二次コイルのインダクタンスは 3516uH となった。
一次コイルのインダクタンスは、2.347uH となった。
このような感じの特性が得られた。黄色い線のGAINが1.598MHz付近でピークを作っている。目標よりやや低くなってしまったようだ。
こちらのオシロスコープ画像は、2次コイルとドライブ基板の間にカレントトランスを入れて測定している。自家製のCTなので電流は目安程度。ここでは波形の形に注目している。
波形の谷から山へ向けた立上りでは、細かなトゲトゲしたラインになっている。この部分がトランジスタがON状態になり一次コイルに高周波電流が流れ、それによって引き起こされた磁界によって二次コイルが駆動されている状況。
出来上がったコイルをVNAで測定してみる。
そして、実際に動かしてみる。電源電圧12Vで、電流が0.592A前後。オシロスコープで測定した実際の共振周波数は、1.625MHz前後。目標が1.695MHzだったので、これまでのことを考えるとかなりいい数字になったと思う。
そして、残りの部分である立下り時にはトゲトゲがないライン。こちらはトランジスタがOFFとなっているので、二次コイルの中で生じた波がそのまま観測されている。
電源電圧12Vで、電流が0.657A前後。電流がほんの少し増えている気がする。
そして興味深いのは、前作のSlayerExciterⅡのドライバ基板のときよりも、アークが長く伸びる。
そして、これが二次コイル先端で生じているアーク。
前作よりも少しだけ強く大きくなった。
ここで、以前作ったコイル（共振周波数が2.4MHzになるもの）をこの新しいPNPトランジスタを使ったドライバで動かしてみた。
この点について、トランジスタの仕様が異なるとか、使用したパーツの違いや基板上の作り方の違いもあるだろう。だから、比較のためにコンプリメンタリのNPNトランジスタを使ったものを作り、同じコイルを使って確かめてみたい。
2021年10月10日日曜日
SlayerExciter IIの一次コイルをあれこれ試してみる
一次コイルがうまくマッチングできていないと思われたので、直径を変えたり巻き数を変えてみたりした。
そんな中、あるサイトの情報によると、テスラコイルの一次コイルはパンケーキ型の方がパワーが出ると述べていたので試してみた。
二次コイルの長さのおおよそ3分の２ぐらいの直径を目安に作ってみたところ、もっとも良い結果が得られた。
まず、共振周波数が2.6MHzと5MHzの両方が交互に出てしまう状況は全くなくなり、2.6MHzで安定した。
これについて考えてみたのだが、細長い二次コイルだったため一次コイルで生じる磁場が二次コイル全体に影響を与えることができていないのではないか。一次コイルの近辺だけに電磁誘導が生じているので、二次コイルの中に生じる波がλ/2ではなく、λとなった。その結果、周波数が２倍に上がった。
一次コイルのパワー不足が、不安定さを招いていたのもあるだろう。
2021年10月9日土曜日
RFコイルの製作（目標共振周波数：27.12MHz）～二次コイル
二次コイルは、目標周波数の波長に対して、半分になるようにする。
λ/2となるワイヤー長は、11054.3÷２＝5527.15㎜
二次コイルは一次コイルの内側に収める太さにするので、直径50㎜とした。
ここにワイヤーを5㎜ピッチで巻く。巻き数は35回で、コイルの長さは175㎜となる。
二次コイルはホビンの長さがあるので、塩ビパイプを芯として使ったものにした。
ボンドが乾いたらコイルからホビンを取り除く。塩ビパイプを抜き出した後、セグメントをばらばらにしてコイルの内側から撤去する。
二次コイル完成。
コイルのインダクタンスは、16.55uH。
ちなみに、この二次コイルは、もう一つ同じものをつくる予定。
2021年10月8日金曜日
RFコイルの製作（目標共振周波数：27.12MHz）～一次コイル
RFコイルというのが正しい呼び方なのか分からないが、普通のソレノイド型コイルの様にコイルコアに何層も重ねて巻く方法は高周波には向かない。だから、ラジオや無線などで使われるコイル、鉄芯がなく単層巻きで、ワイヤー間の隙間を持たせたもの、これを作ることにした。
ドン・スミスのフリーエネルギー装置であるトランスフォーマーは、その様なものが良いと薦めているからなのだが。
一次コイルは、目標周波数の波長に対して、その4分の１になるようにワイヤー長を決めた。
λ/4は、11054.3㎜÷4＝2763.575㎜となる。
コイルの直径は80㎜にしたいので、巻き数はほぼ11回となる。線間ピッチは5㎜にするのでコイルの長さは55㎜になる。
実際にコイルを作る方法は、アマチュア無線でも作られているのでそれを参考にした。
ワイヤーはTCW/スズメッキ軟銅線の外径1.0mmを使った。
このワイヤーを巻き付けるホビンを3Dプリンターで作った。
画像一番上のパーツは、出来上がったコイルを抜き出すためにスリットが4ヶ所に入っている。スリットがあるので、ホビンが内側に少し曲げることができる。
真ん中のパーツは、ワイヤーを巻くときにホビンが内側に曲がるのを防ぐための支え材。
コイルのインダクタンスは、9.91uH。
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