A's LabⅡ

アスラボと読みます。ロボトレースやマイクロマウスの大会に向けて、機体の構造設計・回路設計・基板設計・プログラミングを中心に行っています。趣味のパワーエレクトロニクス系では、テスラコイルやコイルガンなどを製作・評価・改善を繰り返しています。興味を持って頂ければ幸いです。アドバイスや感想などございましたらコメント欄にお願いします。

放電写真

海外に発注した基板が到着した!

高校最後の期末テストも終わって自由登校になり、ひと段落したHaidoです。進学校ではないので楽なんですが、私は進学するので自分の意識が試される期間だと思っています。

早速本題です。先月20日にシンガポールに発注していた基板が到着しました。5日に不在票が入っていたので、基板の発注を完了してから17日間で自宅まで届けてくれました。そのうち5日間が基板の製作期間、12日間でシンガポールから日本の私の家まで届けてくれました。送料は最安の$8の設定で十分な感じですね。予定上、30営業日必要となってたと思うんですけどね。

これが届いた物です。
B9H9SaOCAAA96Jz
真空状態で到着しました。他サイトを拝見すると、「真空パックが破れていた」との声もありましたが私は大丈夫だったようです。

B9VbOR7CQAAFeNG
想像通りかなり質が高いのでテンション上がりましたよー

シルク印刷もいい感じです。他サイトにシルクインクの飛び散りが見受けられるとありましたが、私の基板には見受けられませんでした。ですが少しシルクの掠れはありますね。細くしすぎたようなので次回修正します。

過去のFusionPCB利用者のサイトを漁ると、10枚発注すると10枚から12枚送られてくるって書いてありましたが、残念ながら私は最少の10枚でした。まあ8枚しか使う予定ないのでいいですけどね。

早速基板のカットをしてみます。勿論この前買ったサーキュラーソウテーブルで。
B9IVqOYCYAI5sht
基板はとにかく傷を付けないように気をつけましょう。でないとレジストを破ってしまいます。なのでアルミの台にコピー用紙でも貼り付けておきます。貼ってもダメなものはダメですが。

サーキュラーソウテーブルで刃は超硬丸鋸刃を使用。基板を切ってみての感想ですが、刃は硬けりゃいいってもんじゃない、そう実感しました。多分これ刃が傷む前にモーターが焼ける。サーキュラーソウテーブルのオプションにダイヤモンド丸鋸刃というものがあります。それは基板が対応しているので、それを買わないといけないかもしれません。用途に応じて使い分ける必要がありそうです。結局買い揃えないといけないとは・・・本体より刃2枚の方が高いってどういうことだよw

B9IVpllCEAA5FwS
さてさて、適当に水洗いして拭き取るととても綺麗な基板が出来上がっています。

テスラコイルの展示に間に合ってくれたので、これもネタに使えそうです。基板のサンプルを持っていきます。
B9uPaisCIAESQoy
綺麗ですね。製作者本人も魅了されました。

B9uZJG1CEAEC6L8
安物ファンクションジェネレータに繋いで動作確認です。

B9uZKILCYAIVw9U
オシロスコープ上で動作を確認しました。今までは配線図と睨めっこしながら数時間掛けて制御回路を組んでいたのに30分程で完成してしまいました。しかも一発動作。いいですね。

しかしOCD辺は少し配線をミスっていた模様。この機能なしでも放電はできるし別にいいのですが、また近いうちに修正版のプリント基板を発注する予定です。今度はエレクロウを使ってみます。

そして肝心のテスラコイルはこんな感じです。
B9fTBojCAAAbMvH

B9fUZewCYAE1z0M
実物はもっと巨大な放電が出ているんですけどね。何故か写真では小さく写ります。

B9dv_88CIAAQN9C
これは昼間取れた写真。これはまあまあ実物に近いです。どうして差が出てしまうのかわかりませんが。

それとここからはおまけ。
これも基板と似たような時期にebayで注文したものです。テスラコイルの1次共振用のコンデンサ。
1kV@0.1uFと2kV@0.022uF
B9n4xQQCAAA6nuK
どちらも100個ずつあります。なんか見た目がダサいんですよね。安いから見た目には口を挟まないとして、特性はいいほうだと思います。上の放電写真をみてわかるとおりの特性です。もとが安いので余った分はヤフオクに出しても元取れると思うんですよね。

B9oVJYfCIAEn9AS
こんな感じで配線して使用します。この写真を撮った後に更に4つ追加して共振を合わせました。因みに上の放電写真で使用したコンデンサは10個しか使用していません。耐圧を2倍にしたかったので使用するコンデンサは4倍になりました。

B-BbWdqCMAAQjJV
それからキーフォルダーにでもしようと真空管を60本程買いました。使いどころの見つからない物の詰め合わせということで安かったのでつい買ってしまいました。未使用品とのことですがどうなんでしょうね、古いビニール袋に入った綺麗な物もあれば焼き付きが見受けられるものもあります。商品説明を信じない方がいいようです。
でもせっかく真空管があるんだからLチカくらいはしてみたいような
B-BbXIACcAELyAQ
twitterに投稿するとdomino氏「これは6BK6で21kVくらいのB電源、X線めっちゃ出るやつ」だそうです。うん、わかんない

それに殆ど整流管だそうです。しかし整流管ならではの青い光がでる管はないようです。dominoさんも1つしか持ってないとのこと。やっぱりただのオブジェクト程度にしかなりませんね。

そんな感じで現状報告でした。

現状報告

しばらく放置してしまいましたね。更新はしてませんがコメント欄はほぼ毎日確認してるんで。

取り敢えず現状報告をしておきます。
最近は論文の作成に追ていたり、中間考査が1週間後だったり、大学の最終試験の合格発表も1週間後だったりして落ち着かない毎日です。ブログは面倒だから更新しないとかじゃないから勘違いせんといてね。

最近やったことでブログで言えることはテスラコイルの美しい波形を観測したこととかかな
BwMyISMCQAAs5MI
 これは2次コイルのアースに流れる電流をカレントトランスでフィードバックしたときの波形。とても美しい。

BwMwVYwCEAA9dHc
これはちょっとやばいやつ。オシロにプローブを繋がなくてもテスラコイルの電磁波を拾って波形が表示されてしまっている。それもテスラから遠い1chから4chにかけて振幅が大きくなっているのがわかる。ちなみにこの振幅はインタラプタのduty比を上げていけばどんどん大きくなる。見やすい感じにするためにここで止めてるだけだね。

あとフルブリッジも作ったな
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それと放電の様子とか
DSCN9798

DSCN9796

DSCN9801

DSCN9800
ちょっと↑この画像をクリックして拡大して見て欲しい。左側のトーラス型のアース電極に放電が起こってるわけだけど、放電1本1本が綺麗に並んで配列されている。下から上へ上がっていくんだ。
テスラコイルの全体写真は今は見せられない。

暗くするとこんな感じ
DSCN9331

DSCN9340

DSCN9338
なかなかイケてる。
因みにこれでAC100V入力の普通の全波整流で駆動させてる。現段階で2次コイル長以上の放電ができているわけだが、更に倍電圧整流にしてバス電圧を2倍にしてやれば放電も2倍近く伸びる。今スイッチング素子にIRFP260を使用しているからそのまま倍電圧整流にすると潰れてしまう。そのためヤフオクでこんなものを落札した。
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GT50J101というIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)が34個だ。どこかの研究所のプロジェクト終了につき未使用の不要在庫が出品されたようだ。これだけで送料合わせて1500円程度。新品を買ったら1個それくらいしてもおかしくない素子だ。ミニテスラに使うにはちょっと遅くて難しいかもしれない。VU100のテスラにいくつか並列に接続して使うってのもアリだと思う。某氏みたいに大量に並列につなぐことはしないが。まあ使えなかったらインバータとかコイルガンとかに使えるし。今後に期待だ。 

コイルガンで思い出したが、高効率なコイルガンの製作が可能になるかもしれない。色々考察してきて現在大詰めに差し掛かってるところだ。そちらも時間が出来次第製作を進めていく予定。その前に高効率レールガンも前々から言ってるし早くやらないとなと思ってる。でも面白いのはレールガンよりコイルガンなんだ。レールガンはレール間の微妙な調整で効率がガタ落ちしたりするところとかが大嫌いだ。でも一度作ってみたいよね。

それとパワーレーザーが手に入ったんだ。
DSCN9558

Max.Output<10000mW

DSCN9566

DSCN9574
だが実際には400mW程度しか出力できていないみたいだ。 上の画像をtwitterに載せて、上が30mWで下が10000mWの比較という感じで投稿した。すると”こんなの10000mWもないよ”だとかそのようなコメントが多数見受けられた。そりゃないだろうな。ツイッターに投稿するときに態々「Max.Output<10000mW表記とMax.Output<30mW表記のレーザー比較」とまで書かないといけないのか?大衆に向けて書く時とオタクに書く時ではちょっと気を付けないといけないなと思った。
 
400mW程度でも焦点を合わせれば黒い紙に穴を空けたりマッチに着火させたり、プラスチックを傷つけたりくらいならできる。本当に10Wのレーザーだったら逆に危なくて使えなかった。この程度なら焦点をずらして結構遊べる。なかなか高精度にできてていいものだった。更に面白そうなレーザーを見つけたからまた注文してみたけど、届くのは1ヶ月後くらいかな。最近ドル高円安になって海外からの輸入には辛いね。

はい現状報告でした。 

トリオMIDIテスラコイルの製作Ⅰ

こんにちは。夜更かしし過ぎて月曜日から辛いHaidoです。

今回はトリオテスラの1本目の2次コイルを製作したので、それらの詳細を書いていきます。

え?トリオテスラってなんぞ??
そうですね。簡単に言うとテスラコイルを3台並べてMIDI演奏します。動画サイトではツインテスラなら直ぐ見つかるかと思います。テスラコイル1本よりも複数台の方が迫力を感じられますし、Dominoを弄る楽しさがあります。この場所はソロにさせたいなとか、この場所は全部のテスラで同じ音を鳴らそうとか。。。楽しみがソフト側にまでいくというのが今回トリオテスラを作ろうと思ったきっかけです。

DSCN8856
まずは塩ビパイプです。今回使用したのはVU100の700mm。画像で言うと一番奥にあるやつです。元々は手前の2本でデュアルテスラやるつもりだったのでこんな画像ですが。

DSCN8872
まずはニス塗りです。油性の速乾ニスを使用しています。300ml800円くらいだったと思います。全然減りません。前使った100ml入りのニスも残ってたのですが、トリプルテスラ作るにあたってニスはケチケチしたくないので新しく買いました。


Boc_tjWCQAEmpMi
こんな感じになる予定です。今回は真ん中の奴ですね。

DSCN8881
UEWは前回ヤフオクで落としたと言っていた物を使用しました。0.3mmはなんと4.2kgもあったので、トリプルテスラには全て0.3mmで巻きたいと思います。なのですが、最初の方汚かったみたいで、画像のようにくすんでます。ちょっと巻いた方に白い線が入ってるように見えますが、これは汚れで巻くのを失敗したとかではありません。

DSCN8882
仕方がないので汚い部分を思いっきり巻取り、2次コイルも巻き直しました。これ意外と重量あります。

DSCN8883
作業風景はこんな感じ。

DSCN8885
これ便利ですよw

DSCN8889
作業すること4時間。これ全部手で巻きました。単純計算で2200回巻きです。

DSCN8887
前回のテスラはVU65で、今回のはVU100とそこまで変わらないように思うかもしれませんが、実際は全然違います。今度比較画像撮ったら載せますね。

取り敢えず巻いただけのコイルの特性を測定してみようと思います。
DSCN8897
まずはインダクタンス。133.88mHです。この値は人が近づいただけでも変わるくらい不安定です。それと、アースは大切です。実際測る方はアースを繋いでから測定してください。(私は今回忘れてました)

DSCN8899
次に浮遊容量を測定してみましょう。18.90pFです。この値も不安定ですが取り敢えずということで。

この2つが分かれば共振周波数が求められます。
7dda51722e1a42c15df8f8efa47697e65
この式に今の数値をあてはめましょう。勿論ですが単位には気を付けてください。
bandicam 2014-06-09 01-35-48-742
googleの関数電卓初めて使いました。今回は関数使うまでもない計算ですが。
計算結果は100.383kHzです。まあそんな感じなんじゃないですかね。これは2次コイル単体での共振周波数であって、トロイド乗せたり1次コイルを置いたりしても変化します。あとアースが・・・

DSCN8900
これは直流抵抗です。220.5Ωありました。巻きすぎた感ありますが、私は効率より見た目や迫力、カッコよさを優先して製作していくのでその辺よろしく。

さて、早速動作テスト入っていきましょうか。ニス塗りとかはまた今度時間のある時に。

DSCN8911
1次コイルは適当に8sqのIV線を台に置いただけという手抜き構成。まずはこの2次コイルの試験動作です。制御回路やハーフブリッジも前使っていた物を流用しています。1次コイルに流れる大電流の部分もミノムシクリップで配線しています。本番ではもっと抵抗減らせるので放電が伸びると思われます。それに1次コイルも作り直して巻き数の調整するので、これだけでも2倍くらい放電距離違うと思います。

DSCN8912
試験動作と言うことで置いただけです。

DSCN8915
こちら試行錯誤に使う共振コンデンサとMOS-FETです。ある程度計算して求めますが、計算ではちょっと値がずれると思うので、その計算を基にちょっとずつずらした値で試行錯誤していきます。

DSCN8904
取り敢えず形にはなりましたね。トリオテスラの一番デカいメインテスラです。想像していたよりも大きくなりました。本番ではトロイドは1つにして、その一つのトロイドでバランスのいいテスラにしようと思ってました。(この時は)

DSCN8906
早速電源入れてインタラプタつけると放電してくれました。電源は倍圧整流のハーフブリッジで、素子はIRFP260を使用。画像では2次コイルのサイズ比にして小さく思えますが、私の今までのテスラと比べたらこの時点で勝ってます。トロイドが一つ少ないのは、こちらの方が放電大きくなったからです。とてもダサいトロイド比ですね。本番ではリングトロイドなんかも考えています。

こちら動画です。

動作させたのが夜の11時ごろだったのであんまり長時間の放電は出来ませんでした。放電距離は35cm越え位な感じです。調整等まだなので、早く調整して豪快な放電決めたいですね。目標は地面に落雷させるレベルです。お楽しみに。

多段式2次コイルのテスラコイル??

どうも。昨日アメージングスパイダーマンの映画を見て人体テスラがやりたくなってきたHaidoです。いやー最近のCGってヤバいですね。テスラコイル作るよりCGを本気で勉強した方がいいんじゃないの??(

今回は多段式2次コイルなんてものを試してみました。多段式2次コイル?なにそれ

太さの異なる直径のパイプを使用し、直流抵抗の低下により2次コイルのQ値を大きくできないかと考えました。 

※ No image

それで試作。 
 DSCN8812
お次はVU100の2mの塩ビパイプです。手前にある細いのはVU65。これも2m買ったんですがミニテスラの試作を繰り返してるうちにこんなに小さくなってしまいました。

因みに激安ホームセンターなので800円でした。

DSCN8815
VU100の外径114mmです。

DSCN8814
それを何も考えずにカット。(ちゃんと計算してます)

BmXr0g5CMAAqqzk
あとは巻けるだけ適当な回数素早く巻きつけるだけ。(こちらも計算通りに正確に)
追記
(あ、、これVU65に巻いた時の写真だった・・・)←w

BmZLXJ-CEAA1tPT
まだやってませんが、2次コイルの中に1次コイルを入れるなんてこともやってみようと思います。某氏は何の絶縁対策もなしにやってコイルを燃やしたみたいですが。
絶縁処理については1次コイルを2次コイルの中に入れるという記事に書こうと思います。今考えている方法が駄目なら原始的な方法にするので、そうなると恥ずかしいので書かないかもですw

肝心の多段式2次コイルの完成写真は取り損ねました。一番下に動画を貼っておくのでそちらでご確認ください。。。


そんなこんなで適当に多段式2次コイルテスラ作ってみたんで早速動作確認。
Bm2-FuwCcAA33Eq
うーん いいね!

調整次第でまだまだ伸びそうです。
発熱の関係でインタラプタの低周波側のD比が伸ばせないからこの程度ですが、CPUファンにでも変えればもっとD比上げられるかなと思います。 

最後に動画貼っておきます。

半導体式テスラコイル(SSTC)製作記Ⅲ

こんにちは。最近部活で忙しくなってきたHaidoです。

今回はSSTCのトロイド容量を増やしてみました。増やせば確実に放電が伸びるというわけではありませんが、もしかしたら伸びるのでやってみて損はないと思います。トロイド容量を増して放電が短くなるようなら共振コンデンサの静電容量を増やしたりするといいそうですが、やったことがないのであまり大きな声では言えません。

前に書いたホームセンターの記事に、特別安いアルミダクトがあったことを覚えてますか。

DSCN8695
これですが、

DSCN8123
 なんと498円。今は消費税どうなったか見てませんが。。。

そんな安いアルミダクトがあることは前から知っていたのですが、自転車で持って帰れるものではないので親にお願いして車を使わないといけないためにこんなに遅くなりました。

早速家に帰って伸ばしてみました。 
DSCN8699
流石3mあるだけあってどんどん伸びますね。今回は縦20cmのミニテスラなので1m分しか使いませんでした。翌々考えてみると、1mなら500/3=166円なので100均のアルミボウル2つ買うよりも安上がりでした。

DSCN8701
なんとなくそれっぽくなりました。他者の製作例を見ると、このアルミダクト全体にアルミテープで凸凹を軽減させている人が多いですが、そこまで本気じゃないので今回はやめておきます。

BllWPzrCcAEPtpc
前のミニトロイドの上に今回製作したトロイドを乗っけてみました。

1次コイルあたりは試作品なので突っ込まないでくなさい。巻き数は1.5回巻きに設定されてます。共振コンデンサは0.22uF1個が一番放電が伸びました。白コン0.49uFの2個直列も試してみましたが、緑コンの0.22uFにはかないませんでした。

早速放電です。
DSCN8787
大分豪快になりました。
これはインタラプタにバーストモードがないと取りづらい放電です。

DSCN8786
周波数を上げてバーストモードを切ってみたところです。実物は炎の様な放電だったりします。

DSCN8784
放電も1本にできないことはないです。インタラプタ弄ってると出来るようになります。

bandicam 2014-04-23 18-46-01-302
動画のスクリーンショットです。中々いいですね。

この放電は2次コイルの長さを越える放電が出せてるのですが、トロイドがデカいせいで台無しなんですよね。この経験(データ)は次回テスラコイルを作るときにとても参考になります。次はトロイドがデカくならないように2次コイルを巻こうと思います。

今学校行く前の15分でここまで記事を書いてきましたが、動画のアップロードまではちょっと無理っぽいのでまた帰ってからにしようと思います。

--------4/25---追記 -----------

動画のアップロードが完了したみたいなので幾つか貼り付けておきます。

まずはこの動画から見ていただきたいです。
この動画からインタラプタの大体の動作が分かると思います。


そしてこちらの動画は放電のみです。


最後の方は周波数もデューティー比も高めてあって放電距離も長くなってます。
実はこれでもフルパワーではないんです。インタラプタのつまみを回せばもっと伸びますが、放熱処理が秋月の100円の放熱板1枚なので触れないくらい熱くなってます。学校からファン付きのCPU用放熱器を4台貰ってきたのでそれに穴開けてネジ穴切ったら取り替えてやってみます。

もう少しテスラ自体のバージョンを上げてから本格的に研究課題に打ち込みます。 
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