テスラコイル

テスラコイル

オーストラリアのキャンベラにある国立科学技術センター、クエスタコンのテスラコイル
コンポーネントタイプ	共振トランス
動作原理	共鳴電磁誘導
発明家	ニコラ・テスラ（1891）

テスラコイルは、 1891年に発明家ニコラ・テスラによって設計された電気共振変圧器です。 ^{[ 1 ]}高電圧、低電流、高周波の交流電流を生成するために使用されます。^{[ 2 ] [ 3 ]}テスラは、2つ、または時には3つの結合された共振電気回路で構成されるさまざまな構成で実験しました。

テスラはこれらの装置を用いて、電気照明、燐光、X線発生、高周波交流現象、電気療法、そして電気エネルギーの無線伝送といった革新的な実験を行いました。テスラコイル回路は、1920年代まで無線通信用のスパークギャップ送信機^{[ 1 ]}や、電気療法や紫外線装置などの医療機器に商業的に利用されていました。今日では、主に娯楽や教育用のディスプレイに使用されていますが、小型コイルは高真空システムのリーク検出器として依然として使用されています。^{[ 4 ] [ 5 ]}

もともと、テスラコイルは固定スパークギャップまたは回転スパークギャップを使用して共振回路を断続的に励起していましたが、最近では、必要なスイッチング動作を提供するために電子デバイスが使用されています。

手術

自作テスラコイルの動作中。トロイドからのブラシ放電が見られます。高電界により高電圧端子周辺の空気がイオン化して電気を伝導し、カラフルなコロナ放電、ブラシ放電、ストリーマーアークとなって空気中に電気が漏れ出します。テスラコイルは、科学博物館や公共イベントでの娯楽、映画やテレビの特殊効果などに利用されています。

単極テスラコイル回路。C2は実際のコンデンサではなく、二次巻線L2の静電容量とトロイド電極Eの接地静電容量の合計を表します。

テスラコイルは高周波の空芯共振変圧器であり、非常に高い電圧を生成するために使用できます。^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}テスラの初期の設計では、単純なスパークギャップを使用して、調整された無線周波数変圧器で振動を設定していました。

テスラコイルは、50 キロボルトから大型コイルでは数百万ボルトの出力電圧を生成できます。^{[ 7 ] [ 9 ] [ 11 ]}交流出力は、通常50kHzから1MHzの低周波範囲にあります。 ^{[ 9 ] [ 11 ]}

以下に示すオリジナルの火花励起テスラコイル回路は、以下の部品で構成されています。^{[ 8 ] [ 12 ]}

• 高電圧供給変圧器（T）は、交流主電源電圧をスパークギャップを飛び越えるのに十分な電圧まで昇圧します。典型的な電圧は5～30キロボルト（kV）です。^{[ 12 ]}
• テスラ変圧器の一次巻線L1と同調回路を形成するコンデンサ （C1）
• 一次回路のスイッチとして機能するスパークギャップ（SG）
• テスラコイル（L1、L2）は、高出力電圧を生成する空芯二重同調共振トランスです。
• オプションとして、コイルの二次端子に滑らかな金属球またはトーラス状の容量性電極（トップロード）（E）を取り付けることができます。その大きな表面積により、早期の気中絶縁破壊とアーク放電が抑制され、Q値と出力電圧が向上します。

共振トランス

テスラコイル回路（L1、L2）で使用される特殊な変圧器は、共振変圧器または無線周波数（RF）変圧器と呼ばれ、交流電力回路で使用される変圧器とは異なる原理で機能します。^{[ 13 ]}鉄心変圧器は一次巻線から二次巻線へエネルギーを効率的に伝送するように設計されているのに対し、共振変圧器は高周波電流を一時的に蓄積して伝送するように設計されています。一次巻線はコンデンサと並列に接続され、二次巻線はインダクタとの間に「寄生」容量を持ちます（図を参照）。インダクタとコンデンサは2つのLC回路として機能し、同じ共振周波数を持つように「調整」されます。 ^{[ 5 ]}そして、各スパークは一次側の回路を短時間閉じ、一次側と二次側の間で振動を発生させます。これは、音叉が振動機械エネルギーを蓄積する 方法に似ています。

一次コイル（L1）は、比較的少ない巻数の太い銅線または銅管で構成され、コンデンサ（C1）と並列に接続されています。スパークが発生するたびに電流がスパークギャップ（SG）を流れ、一次側LC回路に繰り返し通電します。^{[ 7 ] [ 8 ]}二次コイル（L2）は、数百から数千巻の巻線が中空の円筒形に巻かれた構造で、一次コイルは外側の絶縁体を介して二次コイルに結合されています。

（L2）のインダクタンスは、浮遊容量（C2）および高電圧端子に接続された トロイドの金属電極の容量と共振します。

このコイルの特殊な設計は、高周波での低い抵抗エネルギー損失（高いQ値）を達成する必要性によって決定され、 ^{[ 9 ]}その結果、二次電圧が最大になる。

• テスラ変圧器のコイルは疎結合されています。^{[ 7 ] [ 14 ]}一次巻線の直径は大きく、二次巻線から離れているため、^{[ 8 ]}相互インダクタンスは低く、結合係数は通常0.05～0.2です。^{[ 15 ] [ 9 ]}疎結合により一次コイルと二次コイル間のエネルギー交換が遅くなり、振動エネルギーが一次に戻って火花で消散し始めるまで、二次回路に長く留まることができます。

現代のコイルで広く使用されている単極コイル設計。一次コイルは下部にある平坦な赤色の螺旋巻き線で、二次コイルは細い赤色の線で巻かれた垂直の円筒形コイルです。高電圧端子は二次コイル上部のアルミニウム製トーラスです。

20世紀初頭に使用されたバイポーラコイル。2つの高電圧出力端子があり、それぞれが二次側の一端に接続され、その間にスパークギャップが設けられています。一次側は12回巻かれた太い電線で、コイル間のアーク放電を抑制するために二次側の中間点に配置されています。

出力回路には 2 つの形式があります。

• ユニポーラ：二次巻線の一方の端は単一の高電圧端子に接続され、もう一方の端は接地されています。このタイプは、娯楽用に設計された現代のコイルに使用されています。一次巻線は二次巻線の下部、低電位端の近くに配置されており、巻線間のアークを最小限に抑えています。アース（大地）は高電圧の帰路となるため、端子からのストリーマーアークは近くの接地された物体に飛び移る傾向があります。
• バイポーラ：二次巻線の両端は接地されておらず、両方とも高電圧端子に引き出されています。一次巻線は二次コイルの中央、つまり2つの高電圧端子から等距離に配置されており、アーク放電を抑制します。

動作サイクル

この回路は、供給トランス（T）が一次コンデンサ（C1）を充電し、一次コンデンサ（C1）がスパークギャップを通して放電し、一次回路に短い振動電流パルスを発生させ、二次側に高い振動電圧を励起するという高速繰り返しサイクルで動作します。^{[ 10 ] [ 12 ] [ 14 ] [ 16 ]}

1. 供給トランス（T）からの電流がコンデンサ（C1）を高電圧に充電します。
2. コンデンサ両端の電圧がスパークギャップ（SG）のブレークダウン電圧に達すると、スパークが発生し、スパークギャップ抵抗が非常に低い値まで低下します。これにより一次回路が完成し、コンデンサからの電流が一次コイル（L1）を流れます。電流はコイルを通ってコンデンサの極板間を高速で往復し、一次回路に回路の共振周波数で高周波振動電流を生成します。
3. 一次巻線の振動磁場は、ファラデーの電磁誘導の法則により、二次巻線(L2)に振動電流を誘導します。数サイクルにわたって、一次回路のエネルギーは二次巻線に伝達されます。同調回路の全エネルギーは、コンデンサC1に元々蓄えられているエネルギーに制限されるため、二次巻線の振動電圧の振幅が増加する（「リングアップ」する）と、一次巻線の振動はゼロに減少します。二次コイルの両端は開放されていますが、コイルの巻線間の寄生容量とトロイド電極Eの容量の合計である容量(C2)により、同調回路としても機能します。二次コイルの両端間を電流が高速で往復します。容量が小さいため、出力端子に現れる二次コイル両端の振動電圧は、一次電圧よりもはるかに大きくなります。
4. 二次電流は磁界を発生させ、一次コイルに電圧を誘導します。そして、数サイクルを経てエネルギーが一次コイルに戻り、二次コイルの振動電圧が低下します（「リングダウン」）。このプロセスが繰り返され、エネルギーは一次コイルと二次コイルの同調回路間を急速に行き来します。一次コイルと二次コイルの振動電流は、スパークギャップとコイルの抵抗によって熱として消費されるエネルギーによって徐々に消滅します。
5. スパークギャップを流れる電流がギャップ内の空気をイオン化し続けるのに十分でなくなると、スパークは停止（「クエンチ」）し、一次回路の電流は停止します。二次回路の振動電流はしばらく継続することがあります。
6. 供給トランスからの電流が再びコンデンサC1を充電し始め、サイクルが繰り返されます。

このサイクル全体は非常に高速で発生し、振動は1ミリ秒程度の時間で消滅します。スパークギャップを横切る各スパークは、コイルの出力端子に減衰した正弦波の高電圧パルスを生成します。各パルスは次のスパークが発生する前に消滅するため、コイルは連続した正弦波電圧ではなく、一連の減衰波を生成します。^{[ 10 ]}コンデンサを充電する供給トランスからの高電圧は、50 Hzまたは60 Hzの正弦波です。スパークギャップの設定方法に応じて、通常、主電源電流の各半サイクルのピーク時に1つまたは2つのスパークが発生するため、1秒あたり100を超えるスパークが発生します。したがって、スパークギャップのスパークは連続しているように見え、コイル上部からの高電圧ストリーマも同様です。

電源トランス（T）の二次巻線は、一次同調回路の両端に接続されています。このトランスは高周波電流の漏れ経路となり、振動を減衰させるように思われるかもしれません。しかし、その大きなインダクタンスにより、共振周波数において非常に高いインピーダンスが生じるため、振動電流に対しては開回路として機能します。電源トランスの短絡インダクタンスが不十分な場合は、二次巻線に高周波チョークコイルを配置して高周波電流を遮断します。

発振周波数

最大の出力電圧を生成するために、一次側と二次側の同調回路は互いに共振するように調整される。 ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 17 ]}一次側と二次側の回路の共振周波数およびは、各回路のインダクタンスと静電容量によって決まる。 ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 17 ]}${\displaystyle \scriptstyle f_{1}}$ ${\displaystyle \scriptstyle f_{2}}$

${\displaystyle f_{1}={1 \over {2\pi {\sqrt {L_{1}C_{1}}}}}\qquad \qquad f_{2}={1 \over {2\pi {\sqrt {L_{2}C_{2}}}}}\,}$

_{通常、二次側は調整できないため、一次回路は通常、一次コイル L 1}の可動タップによって、二次側と同じ周波数で共振するまで調整されます。

${\displaystyle f={1 \over {2\pi {\sqrt {L_{1}C_{1}}}}}={1 \over {2\pi {\sqrt {L_{2}C_{2}}}}}\,}$

したがって、一次側と二次側の間の共鳴条件は次のようになります。

${\displaystyle L_{1}C_{1}=L_{2}C_{2}\,}$

テスラコイルの共振周波数は、通常50kHzから1MHzの低周波（RF）領域にあります。しかし、スパークのパルス性により広帯域の無線ノイズが発生し、シールドがない場合には重大なRFI （無線周波妨害）発生源となり、近くのラジオやテレビの受信に干渉する 可能性があります。

出力電圧

3.5メートル（10フィート）のストリーマーアークを発生させる大型コイル。数百万ボルトの電位を示す。

共振変圧器では、共振によって高電圧が発生します。出力電圧は、通常の変圧器のように巻数比に比例しません。^{[ 14 ] [ 18 ]}これはエネルギー保存則から近似的に計算できます。サイクルの開始時に火花が散り始めると、一次回路のすべてのエネルギーが一次コンデンサに蓄えられます。が火花ギャップが破壊される電圧である場合、これは通常、電源変圧器Tのピーク出力電圧に近いため、このエネルギーは ${\displaystyle W_{1}}$ ${\displaystyle C_{1}}$ ${\displaystyle V_{1}}$

${\displaystyle W_{1}={1 \over 2}C_{1}V_{1}^{2}\,}$

「リングアップ」の間、このエネルギーは二次回路に伝達されます。一部は火花やその他の抵抗による熱として失われますが、現代のコイルでは85%以上のエネルギーが二次回路に蓄積されます。^{[ 10 ]}二次正弦波電圧波形のピーク（）では、二次回路のすべてのエネルギーが二次コイルの両端間の静 電容量に蓄えられます。${\displaystyle V_{2}}$ ${\displaystyle W_{2}}$ ${\displaystyle C_{2}}$

${\displaystyle W_{2}={1 \over 2}C_{2}V_{2}^{2}\,}$

エネルギー損失がないと仮定すると、この式に代入して簡略化すると、ピーク二次電圧は^{[ 9 ] [ 10 ] [ 14 ]となる。}${\displaystyle W_{2}\;=\;W_{1}}$

${\displaystyle V_{2}=V_{1}{\sqrt {C_{1} \over C_{2}}}=V_{1}{\sqrt {L_{2} \over L_{1}}}.}$

上記の2番目の式は、共振条件を使用して1番目の式から導出されます。^{[ 14 ]}二次コイルの静電容量は一次コンデンサに比べて非常に小さいため、一次電圧は高い値に昇圧されます。^{[ 10 ]}${\displaystyle L_{1}C_{1}\;=\;L_{2}C_{2}}$

上記のピーク電圧は、空中放電が発生しないコイルでのみ達成されます。娯楽用コイルのように火花を発生するコイルでは、端子のピーク電圧は、空気が絶縁破壊して導電性になる電圧に制限されます。^{[ 10 ] [ 14 ] [ 19 ]}各電圧パルス中に出力電圧が増加すると、高電圧端子の隣の空気がイオン化し、端子からコロナ放電、ブラシ放電、ストリーマアークが発生するポイントに達します。これは、電界強度が空気の絶縁耐力（1センチメートルあたり約30kV）を超えたときに発生します。電界は鋭い点やエッジで最大になるため、高電圧端子のこれらの点で空中放電が始まります。高電圧端子の電圧は、空気絶縁破壊電圧以上に上昇することはできません。二次巻線から端子に注入された追加の電荷が空気中に逃げてしまうからです。開放型テスラコイルの出力電圧は空気絶縁破壊により数百万ボルトに制限されますが^{[ 5 ]} 、絶縁油の加圧タンクに浸漬されたコイルではより高い電圧を実現できます。

上部電極

ブラシ放電を生成するためにトロイドに接続された尖ったワイヤを備えたソリッドステートDRSSTCテスラコイル

テスラコイルの設計によっては、高電圧端子に滑らかな球状またはトロイダル状の金属電極が設けられています。この電極はコンデンサの一方のプレートとして機能し、アースがもう一方のプレートとなることで二次容量が増加します。この大きな曲面は高電圧端子の電界を低下させ、空気放電の閾値電圧を高めます。空気放電の早期破壊とエネルギー損失を抑制することで、電圧をより高い値まで上昇させ、より長く、より強力な放電を実現します。^{[ 14 ]}

上部電極が大きすぎて滑らかすぎると、その表面の電界が十分に高くならず、空気絶縁破壊を引き起こす可能性があります。一部の娯楽用コイルには、放電を開始するために電極から突き出た鋭い「スパークポイント」が備わっています。^{[ 20 ]}

種類

デュアル共振ソリッド ステート テスラ コイルの上部にあるプラズマ。

テスラコイルという用語は、多くの高電圧共振変圧器回路に適用されます。

励起

テスラコイル回路は、使用する「励起」の種類、つまり共振変圧器の一次巻線に電流を流すために使用される回路の種類によって分類できます。^{[ 5 ] [ 21 ] [ 22 ]}

• 火花励起型またはスパークギャップ型テスラコイル（SGTC）：このタイプは、火花ギャップを用いて一次回路を閉じ、共振トランスを通してコンデンサを放電することで振動を励起します。火花ギャップ型テスラコイルは、高い一次電流を流さなければならないという欠点があります。動作中に非常に大きな騒音、有害なオゾンガス、そして冷却システムが必要となる可能性のある高温が発生します。また、火花で消費されるエネルギーはQ値と出力電圧を低下させます。テスラのコイルはすべて火花励起型でした。
  • 静的スパークギャップ：これは最も一般的なタイプで、前のセクションで詳しく説明しました。ほとんどのエンターテインメント用コイルに使用されています。高電圧電源トランスからの交流電圧がコンデンサを充電し、コンデンサはスパークギャップを通して放電します。スパークレートは調整できませんが、50Hzまたは60Hzのライン周波数によって決まります。半サイクルごとに複数のスパークが発生する可能性があるため、出力電圧のパルス間隔は均等ではない場合があります。
  • 静的トリガ式スパークギャップ：商用および産業用の回路では、電源から直流電圧を印加してコンデンサを充電し、発振器で生成された高電圧パルスをトリガ電極に印加してスパークをトリガすることがよくあります。^{[ 7 ] [ 22 ]}これにより、スパーク速度と励起電圧を制御できます。商用のスパークギャップは、多くの場合、六フッ化硫黄などの絶縁ガス雰囲気で封入されており、長さが短縮され、スパークにおけるエネルギー損失が減少します。
  • 回転式スパークギャップ：これは、モーターによって高速回転するホイールの周囲に配置された電極からなるスパークギャップを使用し、固定電極を通過する際に火花を発生させます。^{[ 22 ]}テスラは大型コイルにこのタイプを使用し、現在では大型エンターテイメントコイルにも使用されています。電極の高速分離により火花が急速に消火し、「第1ノッチ」消火が可能になり、より高い電圧が可能になります。ホイールは通常、同期モーターによって駆動されるため、火花は交流ライン周波数と同期し、各サイクルで交流波形の同じポイントで火花が発生するため、一次パルスは繰り返し可能です。
• スイッチ型またはソリッドステート型テスラコイル（SSTC）：これらは、通常はサイリスタやMOSFET 、 IGBTなどのトランジスタなどの電力半導体デバイスを使用し、^{[ 7 ]}ソリッドステート発振回路によって駆動され、直流電源からの電圧パルスを一次巻線に通します。^{[ 22 ]} SSTCは、スパークギャップの欠点（大きなノイズ、高温、効率の悪さ）なしにパルス励起を提供します。電圧、周波数、励起波形は細かく制御可能です。SSTCは、ほとんどの商業、産業、研究用途で使用されており、^{[ 7 ]}高品質のエンターテイメント用コイルにも使用されています。
  • 単共振ソリッドステート・テスラコイル（SRSSTC）：この回路では、一次側には共振コンデンサがなく、二次側にのみ共振コンデンサがあるため、複同調回路ではなく単同調回路となります。スイッチングトランジスタから一次側に流れる電流が、二次同調回路で共振を励起します。単同調SSTCはよりシンプルですが、単共振回路は通常Q値が低いため、他の条件が同じであれば、複共振回路よりも蓄積できるエネルギーが少なく、発生する電圧も低くなります。
  • デュアル共振ソリッド ステート テスラ コイル (DRSSTC) : この回路は、二重同調スパーク励起回路に似ていますが、一次回路の AC 電源トランス ( T )の代わりにDC 電源がコンデンサを充電し、スパーク ギャップ半導体スイッチの代わりにコンデンサと一次コイル間の回路が完成します。

テスラコイルで演奏されるスターウォーズのテーマ、ナイアガラパークス発電所、2024年

• • 歌うテスラコイル、または音楽的なテスラコイル：これは独立した励起方式ではなく、固体一次回路を改造することで楽器のように演奏できるテスラコイルです。高電圧放電によって単純な楽音を再生します。一次側に印加される駆動電圧パルスは、固体「遮断器」回路によって可聴周波数で変調され、高電圧端子からのアーク放電によって音を発します。これまでのところ、音と単純な和音しか生成されていません。コイルはスピーカーとして機能せず、複雑な音楽や音声を再生することはできません。音の出力は、 MIDIインターフェースを介して回路に入力されるキーボードまたはMIDIファイルによって制御されます。AM励起電圧の振幅変調）とPFM（パルス周波数変調）の2つの変調方式が採用されています。これらは主に娯楽用の新製品として開発されています。
• 連続波：この方式では、トランスはフィードバック発振器によって駆動され、RF電流の各サイクルごとに一次巻線にパルス電流を印加して連続発振を励起します。^{[ 22 ]}一次同調回路は発振器のタンク回路として機能し、回路は無線送信機に似ています。パルス出力を生成する以前の回路とは異なり、連続正弦波出力を生成します。パワー真空管は、トランジスタよりも堅牢で過負荷に強いため、能動素子としてよく使用されます。一般に、連続励起はパルス励起よりも一定の入力電力から低い出力電圧を生成します。^{[ 22 ]}

コイルの数

テスラ回路は、共振コイル（インダクタ）の数によっても分類できる。 ^{[ 23 ] [ 24 ]}

• 2 コイルまたは二重共振回路: 現在存在するほぼすべてのテスラ コイルは、電流パルスが適用される一次巻線と高電圧を生成する二次巻線で構成される、1891 年にテスラによって発明された 2 コイル共振トランスを使用しています。「テスラ コイル」という用語は通常、これらの回路を指します。
• 3コイル、三重共振回路、または拡大回路：これらは3つのコイルを持つ回路で、テスラが1898年より前に実験を開始し、1899年から1900年にかけてコロラドスプリングスの研究所に設置し、1902年に特許を取得した「拡大送信機」回路に基づいています。^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}これらはテスラ変圧器に似た2コイル空芯昇圧変圧器で構成され、二次側は他のコイルとは磁気的に結合していない3番目のコイル（「追加」または「共振器」コイルと呼ばれる）に接続されています。このコイルは直列給電され、自身の静電容量と共振します。出力はこのコイルの自由端から取り出されます。3つのエネルギー貯蔵タンク回路が存在するため、この回路はより複雑な共振挙動を示します。^{[ 28 ]}これは研究対象となっていますが、実用化はほとんど進んでいません。

歴史

ヘンリー・ローランドが1889年に開発した火花励起共振変圧器^{[ 29 ]}は、テスラコイルの前身である^{[ 30 ]。}

1891年頃のテスラの変圧器開発のステップ：（1）低周波用閉コア変圧器、（2-7）損失低減のための巻線の再配置、（8）鉄心の除去、（9）部分的な鉄心、（10-11）最終的な円錐形テスラ変圧器、（12-13）テスラコイル回路^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}およびエリヒュー・トムソン^{[ 30 ] [ 34 ] [ 35 ]}

電気振動と共振空芯変圧器回路はテスラ以前にも研究されていた。^{[ 36 ] [ 35 ]}ライデン瓶を使用した共振回路は1826年以降、フェリックス・サヴァリー、ジョセフ・ヘンリー、ウィリアム・トムソン、オリバー・ロッジによって発明された。^{[ 37 ]}そしてヘンリー・ローランドは1889年に共振変圧器を製作した。 ^{[ 30 ]}エリヒュー・トムソンはテスラと同時期にテスラコイル回路を独自に発明した。^{[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 29 ]}テスラは1891年4月25日にテスラコイル回路の特許を取得した。^{[ 41 ] [ 42 ]}そして1891年5月20日、ニューヨークのコロンビア大学にあるアメリカ電気学会での講演「超高周波交流電流の実験と人工照明法への応用」の中で初めて公にそれを実演した。^{[ 43 ] [ 44 ] [ 33 ]}テスラはこの時期に多くの類似の回路の特許を取得したが、これはテスラコイルのすべての要素、すなわち高電圧一次変圧器、コンデンサ、スパークギャップ、および空芯「発振変圧器」を備えた最初のものであった。

現代のテスラコイル

「テスラコイル」からの雷のようなプラズマフィラメントを示す放電

テスラコイル（放電）

テラリウムのテスラコイル（I）

現代の高電圧愛好家は、テスラの「後期」の2コイル空芯設計に似たテスラコイルを作ることが多い。これらは通常、一次タンク回路、高電圧コンデンサ、スパークギャップ、一次コイルからなる直列LC（インダクタンス-容量）回路、そして二次LC回路（二次コイルと端子容量、つまり「トップロード」からなる直列共振回路）で構成される。テスラのより先進的な（拡大鏡のような）設計では、3つ目のコイルが追加されている。二次LC回路は、密結合した空芯変圧器の二次コイルで構成され、この二次コイルは独立した3つ目のコイルからなるヘリカル共振器の底部を駆動する。現代の2コイルシステムでは、1つの二次コイルを使用する。二次コイルの上部はトップロード端子に接続され、このトップロード端子はコンデンサの一方の「プレート」を形成し、もう一方の「プレート」はアース（または「グランド」）となる。一次LC回路は、二次LC回路と同じ周波数で共振するように調整される。一次コイルと二次コイルは磁気的に結合されており、二重同調共振空芯変圧器を形成しています。初期の油絶縁テスラコイルは、空気中での放電を防ぐために、高電圧端子に大きく長い絶縁体が必要でした。後期のテスラコイルは、そもそも高い電気的ストレスが発生しないように電界をより広範囲に拡散させ、自由空気中での動作を可能にしました。現代のテスラコイルのほとんどは、トロイド形状の出力端子も採用しています。これらは、多くの場合、金属を紡糸したものや柔軟なアルミニウムダクトで作られています。トロイド形状は、火花を一次巻線と二次巻線から外側に導き、二次巻線上部付近の高電界を制御するのに役立ちます。

テスラコイルのより複雑なバージョンは、テスラが「増幅装置」と名付けたもので、より密結合した空芯共振「駆動」変圧器（または「主発振器」）と、比較的小型のコイル形状に多数の巻き数を持つ、離れた位置に配置された小型出力コイル（「追加コイル」または単に共振器と呼ばれる）を使用します。駆動コイルの二次巻線の下端は接地されています。反対側の端は、伝送線路と呼ばれることもある絶縁導体を介して追加コイルの下端に接続されています。伝送線路は比較的高いRF電圧で動作するため、コロナ損失を低減するため、通常は直径1インチの金属管で作られています。第3コイルはドライバから少し離れた位置にあるため、磁気的に結合していません。代わりに、RFエネルギーはドライバの出力から第3コイルの底部に直接結合され、非常に高い電圧まで「リングアップ」します。2コイルドライバと第3コイル共振器の組み合わせは、システムに新たな自由度を追加し、2コイルシステムよりもチューニングをかなり複雑にします。多重共振ネットワーク（テスラ増幅装置もそのサブセットです）の過渡応答は、最近になってようやく解明されました。^{[ 45 ]}現在では、様々な有用なチューニング「モード」が利用可能であることが知られており、ほとんどの動作モードでは、追加コイルはマスター発振器とは異なる周波数で鳴ります。^{[ 46 ]}

プライマリスイッチング

メーカーフェア2008でのネバダライトニング研究所の1/12スケールプロトタイプツインテスラコイルのデモンストレーション

現代のトランジスタまたは真空管テスラコイルは、一次スパークギャップを使用しません。 代わりに、トランジスタまたは真空管が、一次回路のRF電力を生成するために必要なスイッチング機能または増幅機能を提供します。 ソリッドステートテスラコイルは、通常155～800ボルトの最も低い一次動作電圧を使用し、バイポーラ接合トランジスタ、MOSFET、またはIGBTの単一、ハーフブリッジ、またはフルブリッジ配置を使用して一次巻線を駆動し、一次電流を切り替えます。 真空管コイルは通常、1500～6000ボルトのプレート電圧で動作しますが、ほとんどのスパークギャップコイルは6,000～25,000ボルトの一次電圧で動作します。 従来のトランジスタテスラコイルの一次巻線は、二次コイルの下部にのみ巻かれています。 この構成は、二次側がポンプ共振器として動作することを示しています。一次側は二次側の最下部に交流電圧を「誘導」し、規則的な「押し」を発生させます（遊び場のブランコを適切なタイミングで押すのと同様です）。「押し」のたびに、一次側から二次側のインダクタンスとトップロードの容量にエネルギーが伝達され、二次側の出力電圧が増加します（「リングアップ」と呼ばれます）。通常、電子フィードバック回路は一次側​​の発振器を二次側の共振周波数に適応的に同期させるために使用されます。これは、適切なトップロードの初期選択以外で考慮すべき唯一の調整事項です。

デュアル共振ソリッドステートテスラコイル（DRSSTC）では、ソリッドステートテスラコイルの電子スイッチングが、スパークギャップテスラコイルの共振一次回路と組み合わされています。共振一次回路は、コイルの一次巻線にコンデンサを直列に接続することで形成され、その組み合わせにより、共振周波数が二次回路の周波数に近い直列タンク回路が形成されます。共振回路が追加されるため、手動調整とアダプティブチューニングがそれぞれ 1 つずつ必要になります。また、スイッチングブリッジのデューティサイクルを低減し、ピーク電力能力を向上させるために、通常は遮断器が使用されます。同様に、このアプリケーションでは、優れた電力処理特性を持つ IGBT がバイポーラ接合トランジスタや MOSFETよりも人気があります。通常、電流制限回路は、IGBT によってスイッチングされる必要がある一次タンク電流の最大値を安全なレベルに制限するために使用されます。 DRSSTC の性能は中出力スパークギャップ テスラ コイルに匹敵し、効率 (スパーク長さと入力電力の関係で測定) は同じ入力電力で動作するスパークギャップ テスラ コイルよりも大幅に高くなります。

デザインの実践的な側面

高電圧生産

テスラコイルの回路図

典型的な回路構成。ここでは、スパークギャップが交流電源が供給される最初のトランスの両端の高周波を短絡します。図示されていないインダクタンスがトランスを保護します。この設計は、比較的壊れやすいネオンサイン用トランスを使用する場合に適しています。

代替回路構成。コンデンサを最初のトランスに並列に接続し、スパークギャップをテスラコイルの一次側に直列に接続するため、AC電源トランスは高周波における高電圧に耐えられる必要があります。

より現代的な設計の大型テスラコイルは、数メガワット（数百万ワット、数千馬力に相当）に及ぶ非常に高いピーク電力で動作することがよくあります。そのため、効率と経済性だけでなく、安全性の観点からも、慎重に調整および運用する必要があります。不適切な調整により、最大電圧点が二次コイルの端子より下で発生すると、放電（火花）が発生し、コイルの配線、支持部、または近くの物体が損傷または破壊される可能性があります。

テスラはこれらの回路構成をはじめ、数多くの回路構成で実験を行いました（右図参照）。テスラコイルの一次巻線、スパークギャップ、タンクコンデンサは直列に接続されています。各回路において、交流電源トランスはタンクコンデンサを、スパークギャップを絶縁破壊するのに十分な電圧まで充電します。すると、スパークギャップが突如点火し、充電されたタンクコンデンサが一次巻線に放電します。点火後は、どちらの回路の電気的挙動も同じです。実験により、どちらの回路も他方に比べて顕著な性能上の優位性は見られないことが示されています。

しかし、一般的な回路では、スパークギャップの短絡作用により、高周波振動が電源トランスに「逆流」するのを防ぎます。代替回路では、コンデンサに発生する高振幅の高周波振動が電源トランスの巻線にも印加されます。これにより、巻線間にコロナ放電が発生し、トランスの絶縁が弱まり、最終的には破壊される可能性があります。経験豊富なテスラコイル製作者は、ほとんどの場合、上側の回路のみを使用し、電源トランスとスパークギャップの間にローパスフィルタ（抵抗とコンデンサ（RC）のネットワーク）を追加して、電源トランスを保護します。これは、ネオンサイントランス（NST）などの壊れやすい高電圧巻線を持つトランスを使用する場合に特に重要です。どの構成を使用する場合でも、HVトランスは、内部短絡インダクタンスによって二次電流を自己制限するタイプである必要があります。通常の（短絡インダクタンスが低い）高電圧変圧器は、電流を制限するために外部リミッタ（バラストと呼ばれることもあります）を使用する必要があります。NSTは、短絡電流を安全なレベルに制限するために、高い短絡インダクタンスを持つように設計されています。

チューニング

一次コイルの共振周波数は、低出力発振を用いて二次コイルの共振周波数に調整され、その後、システムが最大出力で正常に動作するまで出力を増加させ（必要に応じて再調整）、調整が行われます。調整中は、周囲の空気中にコロナ放電とスパーク放電（ストリーマと呼ばれることもあります）を刺激するために、上部端子に小さな突起（「ブレイクアウトバンプ」と呼ばれる）が追加されることがよくあります。その後、所定の出力レベルで最長のストリーマが得られるように調整され、一次コイルと二次コイルの周波数が一致するようになります。ストリーマによる容量性「負荷」は、テスラコイルを最大出力で動作させると共振周波数を低下させる傾向があります。球形などの他の形状よりも、トロイダル型のトップロードが好まれることが多いです。二次コイルの直径よりもはるかに大きい長径を持つトロイダル型のトップロードは、トップロードにおける電界の形成を改善します。これにより、同程度の直径の球形よりも、二次巻線を（ストリーマによる損傷から）より効果的に保護できます。また、トロイドは、トップロード容量とスパークブレークアウト電圧をほぼ独立して制御できます。トロイドの容量は主にその長径の関数であり、スパークブレークアウト電圧は主に短径の関数です。グリッドディップ発振器（GDO）は、初期調整を容易にし、設計を支援するために使用されることがあります。二次側の共振周波数は、GDOまたはその他の実験方法を使用しない限り決定することが困難な場合がありますが、一次側の物理的特性は、RFタンク設計の集中近似値に近いものです。この方式では、二次側は他の成功した設計を模倣してある程度任意に構築するか、手元にある材料で完全に二次側を構築し、その共振周波数を測定してそれに合わせて一次側を設計します。

空中放電

動作中の小型後期型テスラコイル：出力は43cm（17インチ）の火花を発している。二次側の直径は8cm（3.1インチ）。電源は10,000V、60Hzの電流制限電源である。

娯楽用に作られたコイルなど、空中放電を発生させるコイルでは、二次コイルとトロイドからの電気エネルギーが電荷、熱、光、音として周囲の空気に伝達されます。このプロセスはコンデンサの充電または放電に似ていますが、テスラコイルはDCではなくACを使用します。コンデンサ内の電荷の移動によって発生する電流は変位電流と呼ばれます。テスラコイルの放電は、高電圧トロイドと空気中の近傍領域（空間電荷領域と呼ばれる）の間で電荷パルスが急速に移動する変位電流の結果として形成されます。トロイド周囲の空間電荷領域は目に見えませんが、テスラコイルの放電の外観と位置に重要な役割を果たします。

スパークギャップが点火すると、充電されたコンデンサが一次巻線に放電し、一次回路が振動します。振動する一次電流は振動磁場を発生させ、これが二次巻線に結合してトランスの二次側にエネルギーを伝達し、トロイドと接地間の静電容量によって二次側が振動します。エネルギー伝達は数サイクルにわたって行われ、最終的に一次側にあったエネルギーのほとんどが二次側に伝達されます。巻線間の磁気結合が大きいほど、エネルギー伝達が完了するまでの時間は短くなります。振動する二次回路内でエネルギーが蓄積されるにつれて、トロイドのRF電圧の振幅が急速に増加し、トロイド周囲の空気が絶縁破壊を起こし始め、コロナ放電が発生します。

二次コイルのエネルギー（および出力電圧）が増加するにつれて、より大きな変位電流パルスが、初期の絶縁破壊点において空気をさらにイオン化し、加熱します。これにより、トロイドから外側に突出する、非常に導電性の高い高温プラズマの「根」 、いわゆる「リーダー」が形成されます。リーダー内のプラズマはコロナ放電よりもかなり高温で、導電性もはるかに優れています。実際、その特性は電気アークに似ています。リーダーは先細りになり、数千本のより細く冷たい髪の毛のような放電（ストリーマーと呼ばれる）に分岐します。ストリーマーは、より明るいリーダーの先端で青みがかった「もや」のように見えます。ストリーマーは、リーダーとトロイドの間で電荷を近くの空間電荷領域に転送します。無数のストリーマーからの変位電流はすべてリーダーに流れ込み、リーダーを高温に保ち、導電性を維持します。

スパーク型テスラコイルの一次遮断率は、共振器-トップロードアセンブリの共振周波数に比べて低速です。スイッチが閉じると、エネルギーは一次LC回路から共振器に伝達され、そこで電圧が短時間で上昇し、最終的に放電が発生します。スパークギャップ型テスラコイルでは、一次から二次へのエネルギー伝達プロセスは、入力ライン電圧の周波数に応じて、1秒あたり50～500回の典型的なパルスレートで繰り返し発生します。これらのレートでは、以前に形成された先行チャネルはパルス間で完全に冷却する機会がありません。そのため、連続するパルスでは、先行チャネルが残した高温の経路上に新しい放電が形成される可能性があります。これにより、先行チャネルは1つのパルスから次のパルスへと徐々に成長し、各パルスにおける放電全体が長くなります。繰り返しパルスにより、放電は成長し、各パルス中にテスラコイルから得られる平均エネルギーが、放電で失われる平均エネルギー（主に熱として）と釣り合います。この時点で動的平衡に達し、放電はテスラコイルの出力電力レベルで最大長に達します。上昇する高電圧無線周波数エンベロープと反復パルスの独自の組み合わせは、出力電圧のみから予想されるよりもはるかに長い、長く分岐した放電を生成するのに理想的なようです。高電圧、低エネルギー放電は、紫がかった青色のフィラメント状の多分岐放電を生成します。高電圧、高エネルギー放電は、分岐が少なく、青白く輝く、ほぼ白色の放電を生成し、イオン化が増加するため、低エネルギー放電よりもはるかに長い放電を生成します。そのエリアにはオゾンと窒素酸化物の強い臭いが発生します。最大放電長に重要な要因は、電圧、エネルギー、および低～中湿度の静止した空気のようです。パルス状の低周波 RF 放電の発生と成長に関する科学的研究は比較的少ないため、テスラ コイルの空中放電のいくつかの側面は、DC、電力周波数 AC、HV インパルス、および雷放電と比較すると十分に理解されていません。

アプリケーション

現在、小型テスラコイルは科学的な高真空システムの漏れ検出器^{[ 4 ]}やアーク溶接機の点火装置^{[ 47 ]}として使用されていますが、主な用途は娯楽や教育用のディスプレイです。

教育と娯楽

世界最大のテスラコイル、エレクトラム彫刻。製作者のエリック・オール氏が、中空の球形高電圧電極の中に座っている。

テスラコイルは科学博物館や電子博覧会のアトラクションとして展示され、学校や大学の理科の授業では高周波電気の原理を説明するために使われています。^{[ 48 ]}

テスラコイルはアマチュアでも作れるほどシンプルなため、学生の科学フェアのプロジェクトとして人気があり、世界中の多くの愛好家によって手作りされています。趣味でテスラコイルを作る人は「コイラー」と呼ばれ、自作のテスラコイルやその他の高電圧装置を展示する「コイリング」コンベンションに参加します。^{[ 49 ] [ 50 ] [ 6 ]}低出力テスラコイルは、キルリアン写真の高電圧源としても使用されることがあります。

現在世界最大のテスラコイルは、グレッグ・レイとエリック・オールが製作した13万ワットのユニットで、アラン・ギブスが所有する高さ38フィート（12メートル）の彫刻「エレクトラム」の一部であり、現在はニュージーランドのオークランド近郊のカカヌイ・ポイントにある私設彫刻公園に設置されている。 ^{[ 51 ] [ 52 ]}シド・クリンゲが設計・製作したもう一つの非常に大きなテスラコイルは、毎年カリフォルニア州コーチェラで開催されるコーチェラ・バレー・ミュージック・アンド・アーツ・フェスティバルで展示されている。^{[ 53 ]}

テスラコイルは、 MIDIデータと制御ユニットを介してシステムの実効的な「ブレークレート」（高出力RFバーストの速度と持続時間）を変調することで、音楽を含む音を生成するためにも使用できます。実際のMIDIデータはマイクロコントローラによって解釈され、MIDIデータはPWM出力に変換され、光ファイバーインターフェースを介してテスラコイルに送信できます。イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校で開催されたエンジニアリング・オープンハウス（EOH）では、テスラコイルを使用した大規模な野外音楽コンサートが開催されました。アイスランドのアーティスト、ビョークは、彼女の曲「サンダーボルト」で、曲のメイン楽器としてテスラコイルを使用しました。音楽グループArcAttackは、変調されたテスラコイルと金網スーツを着た男性を使って音楽を演奏しています。

真空システムリーク検出器

高真空システムを扱う科学者は、小型の携帯型テスラコイルで発生する高電圧放電を用いて、装置（特に吹きガラス製品）に小さなピンホールがないか検査します。システムを真空にすると、コイルの高電圧電極が装置の外側に当てられます。低圧下では空気はイオン化しやすくなるため、大気圧下の空気よりも電気伝導性が良くなります。そのため、放電はピンホールの真下にあるピンホールを通過し、真空空間内でコロナ放電を発生させます。このコロナ放電がピンホールを照らし、実験に使用する前に焼きなましや再吹き込みが必要な箇所を特定します。

テスラフォレシス

2016年、ライス大学の科学者たちはテスラコイルの磁場を利用して、微小なカーボンナノチューブを遠隔的に回路に整列させる技術を開発しました。この技術は「テスラフォレシス」と名付けられました。^{[ 54 ] [ 55 ]}

健康問題

テスラコイルからのアークが手に当たるのを許している少年。

テスラコイルの出力端子から放出される高電圧無線周波数（RF）放電は、他の高電圧機器には見られない独特の危険性をはらんでいます。体内を通過しても、低周波電流のように感電による痛みや筋肉の収縮を引き起こさないことがほとんどです。^{[ 56 ] [ 9 ] [ 57 ] [ 58 ]}神経系は、10～20 kHzを超える周波数の電流には鈍感です。^{[ 59 ]}その理由は、神経細胞を脱分極させてインパルスを伝達させるには、印加電圧によって一定量のイオンが神経細胞膜を通過しなければならないためだと考えられています。無線周波数では、交流電圧が逆転する前に十分なイオンが膜を通過するには、半サイクルの間に時間が足りません。^{[ 59 ]}危険なのは、痛みが感じられないため、実験者は電流が無害であると想定してしまうことが多いことです。教師や愛好家が小型テスラコイルの実演を行う際、高電圧端子に触れたり、ストリーマーアークを体に通したりすることで、観客を感心させることがよくあります。^{[ 60 ] [ 61 ] [ 9 ]}

高電圧端子からのアークが皮膚に当たると、高周波熱傷と呼ばれる深部熱傷を引き起こす可能性があります。^{[ 62 ] [ 63 ]}これを避けるため、アークが手に持った金属片や指ぬきに当たるようにすることがよくあります。電流は金属片から人の手に十分な面積を通って流れるため、熱傷を引き起こすことはありません。^{[ 9 ]}多くの場合、感覚は感じられず、温かさやチクチクする程度です。

しかし、これは電流が無害であることを意味するものではありません。^{[ 64 ]}たとえ小型のテスラコイルであっても、周波数が心室細動を引き起こすほど低ければ、心臓を停止させるのに必要な電気エネルギーの何倍も発生します。^{[ 65 ] [ 66 ]}コイルのわずかな調整不良は感電につながる可能性があります。さらに、高周波電流は通過する組織を加熱します。20世紀初頭には、電極によって皮膚に直接印加される、厳密に制御されたテスラコイル電流が、長波ジアテルミーという医療分野において深部組織の加熱に使用されました。^{[ 57 ]}加熱量は電流密度に依存し、電流密度はテスラコイルの出力と、電流が体から地面まで通る経路の断面積に依存します。^{[ 58 ]}特に、血管や関節などの狭い構造を通過する場合、局所組織の温度が高体温レベルまで上昇し、内臓を「加熱」したり、その他の損傷を引き起こしたりする可能性があります。テスラコイルの周波数範囲0.1～1MHzにおける体内の高周波電流に関する国際ICNIRP安全基準は、最大電流密度を0.2mA/平方センチメートル、組織における最大電力吸収率（SAR）を四肢で4W/kg、全身平均で0.8W/kgと規定している。^{[ 67 ]}低出力テスラコイルでさえこれらの制限を超える可能性があり、身体障害が始まる閾値電流を特定することは一般的に不可能である。高出力（1000ワット超）テスラコイル からのアークに感電すると、致命的となる可能性が高い。

この方法のもう一つの危険性として報告されているのは、高電圧端子からのアークがコイルの一次巻線にしばしば接触することです。^{[ 56 ] [ 64 ]}これにより、電源トランスからの致死的な50Hzまたは60Hzの一次電流が出力端子に到達する導電経路が瞬間的に形成されます。この時、人が出力端子に触れたり、端子からのアークが人体に接触したりして出力端子に接続されている場合、高電圧の一次電流が導電性のイオン化空気経路を通り、人体を通って地面に流れ、感電を引き起こす可能性があります。

表皮効果の神話

テスラコイル愛好家の間では、感電しない理由について誤った説明が根強く残っています。それは、高周波電流が体の表面近くを伝わるため、表皮効果と呼ばれる電磁気現象により重要な臓器や神経に浸透しないというものです。^{[ 65 ] [ 9 ] [ 68 ] [ 69 ]}

この理論は誤りである。^{[ 70 ] [ 71 ] [ 72 ] [ 56 ] [ 66 ] [ 73 ]} RF 電流は表皮効果により導体の表面を流れる傾向があるが、浸透する深さ、つまり表皮深度は、材料の抵抗率と透磁率、および周波数によって決まる。^{[ 74 ] [ 75 ]}表皮効果により、テスラコイル周波数の電流は金属導体内ではミリメートルの何分の一かの外側に制限されるが、体組織内の電流の表皮深度は、その高い抵抗率のため、はるかに深くなる。テスラ周波数（0.1～1 MHz）の電流が人体組織に浸透する深さは、およそ 24～72 センチメートル（9～28 インチ）^{である。 [ 75 ] [ 74 ] [ 56 [ 73 ]}接地に対する電気インピーダンスが最小となる経路をとる傾向があり、体幹部を容易に通過することができます。^{[ 76 ] [ 56 ] [ 75 ]}長波ジアテルミーと呼ばれる医療療法では、テスラ周波数の慎重に制御されたRF電流が、肺などの内臓の加熱を含む深部組織の加温に数十年にわたって使用されていました。^{[ 76 ] [ 57 ]}現代の短波ジアテルミー装置は27 MHzというより高い周波数を使用しており、それに応じて皮膚の深さは小さくなりますが、これらの周波数は依然として深部組織に浸透することができます。^{[ 71 ]}

関連特許

テスラの特許

• 「電気変圧器または誘導装置」。米国特許第433,702号、1890年8月5日^{[ 77 ]}
• 「電流発生手段」、米国特許第514,168号、1894年2月6日
• 「電気変圧器」、特許第593,138号、1897年11月2日
• 「放射エネルギーの利用方法」、特許第685,958号、1901年11月5日
• 「信号伝達方法」、米国特許第723,188号、1903年3月17日
• 「信号伝達システム」、米国特許第725,605号、1903年4月14日
• 「電気エネルギーを伝送するための装置」、1902年1月18日、米国特許第1,119,732号、1914年12月1日

他人の特許

• JSストーン、米国特許第714,832号、「電磁信号波を増幅する装置」（1901年1月23日出願、1902年12月2日発行）
• A. ニクル、米国特許2,125,804、「アンテナ」（1934年5月25日出願、1938年8月2日発行）
• ウィリアム・W・ブラウン、米国特許2,059,186、「アンテナ構造」（1934年5月25日出願、1936年10月27日発行）。
• ロバート・B・ドーム、米国特許2,101,674、「アンテナ」（1934年5月25日出願、1937年12月7日発行）
• アームストロング、EH、米国特許1,113,149、「無線受信システム」。1914年。
• アームストロング、EH、米国特許第1,342,885号、「高周波振動を受信する方法」。1922年。
• アームストロング、EH、米国特許1,424,065、「信号システム」。1922年。
• ゲルハルト・フライヘア・デュ・プレル、米国特許第1,675,882号、「高周波回路」（1925年8月11日出願、1928年7月3日発行）
• Leydorf, GF、米国特許第3,278,937号、「アンテナ近傍場結合システム」。1966年。
• Van Voorhies、米国特許 6,218,998、「トロイダル ヘリカル アンテナ」
• ジーン・クーンセ、米国特許第6,933,819号、「多周波数電磁場発生器」（2004年10月29日出願、2005年8月23日発行）

参照

• ファラデーケージ
• 高圧電気を扱った発明家であり興行師のヘンリー・ルロイ・トランストロム
• ニコラ・テスラの特許一覧
• オーダンコイル – 1893年にポール・マリー・オーダンによって発明された共振変圧器回路
• ヴァンデグラフ発電機

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さらに読む

操作およびその他の情報

• アルマグナット, H., ケニオン, OA (1908).誘導コイルの理論、設計、および構成. ニューヨーク: マグロウ.
• Haller, GF, & Cunningham, ET (1910). 『テスラ高周波コイル、その構造と用途』ニューヨーク: D. Van Nostrand Co.
• イアンニーニ, RE (2003). 『悪の天才のための電子ガジェット：21の自作プロジェクト』 TABエレクトロニクス. ニューヨーク: マグロウヒル. 137–202ページ.
• コラム、ケネス・L.、ジェームズ・F.「テスラコイルと集中定数回路理論の失敗」
• ニコルソン、ポール、「テスラ二次シミュレーション プロジェクト」（理論分析、シミュレーション、実際の結果のテストを通じてテスラ コイルの二次動作を厳密に記述する最新の技術）
• Vujovic, Ljubo, 「テスラコイル」。ニューヨーク・テスラ記念協会。
• ヒックマン、バート、「テスラコイル情報センター」
• クーパー、ジョン・F.、「拡大送信機初期型回路図；後期型回路図」Tesla-Coil.com

電気の世界

• 「高周波電流の実用化に向けた開発」『Electrical World』第32巻第8号。
• 「無限の空間：バスバー」『The Electrical World』第32巻第19号。

その他の出版物

• Cullen, AL; Dobson, J. (1963). 「低圧下における空中アンテナのコロナ絶縁破壊」.ロンドン王立協会紀要. シリーズA, 数学・物理科学. 271 (1347): 551– 564. Bibcode : 1963RSPSA.271..551C . doi : 10.1098/rspa.1963.0035 . S2CID  109593995 .
• Bieniosek, FM (1990). 「三重共鳴パルストランス回路」. Review of Scientific Instruments . 61 (6): 1717– 1719. Bibcode : 1990RScI...61.1717B . doi : 10.1063/1.1141138 .
• Corum, JF, KL Corum、「RFコイル、ヘリカル共振器、コヒーレント空間モードによる電圧増幅」IEEE、2001年。
• de Queiroz、Antonio Carlos M.、「多重共鳴ネットワークの合成」。ブラジル、リオデジャネイロ連邦大学。 EE/COPE。
• ハラー、ジョージ・フランシス、エルマー・タイリング・カニンガム、「テスラ高周波コイル、その構造と用途」。ニューヨーク、D.ヴァン・ノストランド社、1910年。
• ハートレー, RVL (1936). 「非線形リアクタンスによる振動」.ベルシステム技術ジャーナル. 15 (3): 424– 440. doi : 10.1002/j.1538-7305.1936.tb03559.x .
• Norrie, HS, 「誘導コイル：作り方、使い方、修理方法」 Norman H. Schneider, 1907年、ニューヨーク。第4版。
• Reed, JL (1988). 「テスラ変圧器加速器の電圧利得の向上」Review of Scientific Instruments . 59 (10): 2300. Bibcode : 1988RScI...59.2300R . doi : 10.1063/1.1139953 .
• Reed, JL (2012). 「テスラ変圧器の減衰」. Review of Scientific Instruments . 83 (7): 076101–076101–3. Bibcode : 2012RScI...83g6101R . doi : 10.1063/1.4732811 . PMID  22852736 .
• Reed, JL (2015). 「伝導結合型テスラ変圧器」 . Review of Scientific Instruments . 86 (3) 035113. Bibcode : 2015RScI...86c5113R . doi : 10.1063/1.4915940 . PMID  25832281 .
• リード、JL、「三重共鳴テスラパルストランスの調整」
• カーティス、トーマス・スタンレー著『高周波装置：その構造と実用的応用』Everyday Mechanics Co., 1916年。
• 多数のIEEE学術出版物[1]

外部リンク