10円の重さで発電

右のグラフは太陽電池用モーター（タミヤ 500TB）の発電効率を実測したものです。回転数が20Hz以下では発電効率が急速に悪化します。原因は摩擦力、鉄損（コイルの鉄芯の磁化を繰り返すこ とによる損失）などです。ギアなどにより増速すれば良いわけですが、そうすると摩擦による損失が大きくなります。

また、右上の図のように糸巻きを直結しても、おもりが軽いとモーターは回り出しません。コイルの鉄芯が内部の磁石に吸い付けられるからです。（コギング）

そこで、コイルに鉄芯を用いない発電機を作ってみました。

コアレス発電機

 もっとも安価な表示用赤色LEDが連続点灯する場合、出力は約２Ｖ×２０mA＝４０mW　程度となります。たとえば10円玉（4.5g)を毎秒20cmの一定の速さで落下させる時、取り出せる出力は最大でも
    0.0045×9.8×0.2=0.00882 [W]
8.8mWですから、ＬＥＤを連続点灯させるのは難しいので、間欠点灯式にしました。 

百円均一のメモ止め用磁石からはずしたネオジム磁石を２枚の円盤のふちに合計８個配置しました。無駄にたくさん穴を明けてしまいましたが、鉄板が貼ってある部分に２個づつ磁石があります。ここをコイルが通る時だけ、発電します

右図のように外側に鉄板を貼って磁力線を導きます。このようにすると磁力線の漏れが少なく集中して、すきまに強い磁界が生じます。

鉄板は化学室のこわれた三脚のわくを切って使いました。

コイルは厚みが3mm、直径0.2mmのエナメル線を600回巻きました。このコイルのギャップ（穴）の直径は使った磁石の直径とほぼ同じです。軸受けにはミニ四駆用のボールベアリングを入れてみました。

１０円玉の重さで発電！

ミシン用糸巻きボビン（１００円均一、一袋９個入り糸付き）を軸に取り付けて、糸に１０円玉をつけました。

手をはなすと、次第にスピードが上がり、落下２０ｃｍを過ぎた所からLEDが点滅し出し、だんだん明るくなります。１０円玉の位置エネルギーが電気エネルギーに変換されるのが一目瞭然です。

小さな小さな風力発電

右はスチロールコップ１個と厚紙で作ったサボニウス風車を取り付け、風力発電機としたもの。乾電池式の小さな扇風機の風でＬＥＤが点灯しました。

市販の小規模風力発電装置の中にはコアレス（無鉄芯）式の発電機が使われているものがあります。その場合、コギングがないので弱い風でも回転を始めます。

低温度差スターリングエンジンで発電

お湯と室温との温度差で回る模型スターリングエンジンの出力はせいぜい数mW程度です。このような微弱な出力でLEDを点灯させるのが、この工作の目的です。

もちろん、間欠点灯だからこそ数十mW必要なLEDが点灯できるわけです。１回転に２回ピカッピカッと光るのですが、見た目は残像のため、より長く点灯しているように感じられます。写真はデジカメで数枚撮影して、たまたまＬＥＤの発光が写っていた１枚です。

★回転数２Ｈｚの時の出力電圧を記録してみました。グラフの（＋）側で２Ｖ程度に電圧が上昇している時にLEDが点灯します。この回転数では（－）時のピークは－１Ｖくらいなので、LEDを逆向きにすると点灯しません。