模型モーターで糸巻きを回しおもりを巻き上げる実験が教科書に載っていることがあります。

逆に、おもりが落ちる時に模型モーターは発電します。右図のように糸巻き直結では回転が遅く、ごく小さな電圧（起電力）しか発生しません。豆電球はもちろん、ＬＥＤもなかなか点灯できません。わずかな位置エネルギーや運動エネルギーによって、たとえば１０円玉の重みでＬＥＤを点灯できないでしょうか。

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。