発電機の作り方を教えてください。
夏休みの自由研究で出したいと思いましたが、受験生なので早めに行いたいです。
地震の影響で、電気の大切さを問われている時にぴったりの研究だと思います。

希望スペックは、
(1)700W程度
(2)100V程度
(3)1時間以上は使える。
(4)予算は、2000円程度ですが、オーバーしてもかまいません。
(5)使用燃料はといません。

中学生が行うには、無謀の事は承知しています。

御回答お願いします。

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A 回答 (5件)

予算に関しては新品部品で自作するのであれば2桁足りませんね。


自動車やバイクなどの解体部品を使っても¥2000ではとても無理です。

先ず最低でも3~5馬力程度(最大出力の発生回転数にもよる)の出力のあるエンジンが必要です。それから発電機本体ですが100V(多分AC100Vの事でしょう)のものは入手が難しいでしょう。自動車用の12Vの発電機で出力が1KW程度あるものが必用でしょう。それから直流を交流に変換するインバーターも必要ですし、12Vのバッテリーか大容量の電解コンデンサーも必要ですね。そのほかにも大電流を扱える電線やエンジンや発電機を取り付けるフレームや動力を伝えるベルトやプーリーなども必要になるでしょう。

また、部品がすべてそろったとしても、工作をするのには金属を切ったり穴を開けたり溶接したりという作業が必要ですし、回転部分はそれなりの精度が無いと壊れます。エンジン関係では回転速度を調整するための機構が必要になりますが、電気を取り出したときに使う電気の量に応じてエンジンのアクセルの開け閉めをしなければならないので、手動で行うのであればそのための機構が必要です。市販の発電機のように自動で行うにはガバナーという装置が必要になりますが、これはエンジンや発電機に合わせて作るものなので、ちょうどいいというものは先ずないでしょうから、自作ということになりますが、相当高度な工作技術とある程度の設計技術が無いと無理ですし、旋盤やフライス盤といった工作機械も必要です。

模型の発電機程度なら中学生でも可能ですが、実用になるものをと言うのであれば、少なくても機械要素の基礎、電磁気学の基礎、機械設計の基礎、電気工学の基礎ぐらいは覚えてからで無いと設計すら無理でしょう。

数馬力という小さな出力でもエンジンを使うとなると、設計が悪いと破損して大怪我ということも考えられます。高速で回転するプーリーやベルトが外れて人にでも当たったら大変ですし、取り付けの強度が持たずエンジンや発電機自体がはずれでもしたら大変です、電気火花などが燃料にでも引火したら火災の可能性もあります。

先ずは模型程度のものを作り構造やそこに使われている技術を確実に理解してからやるべきことです。エンジンを動かすには何が必要かわかりますか?実際の発電機はどういう仕組みになっているかわかりますか?発電された電気の電圧や周波数を一定に保つ仕組みはどうなっているかわかりますか?仕組みのわからないものは設計できないんですよ。設計が出来なければ作る事もできません。
ベテランの技術屋さんの中には図面も書かずに簡単な機械を組み立てしまう人もいますが、そういう人たちは紙に書かなくても、頭の中で設計図がかけるくらいの知識と技術を持っているんです。基礎を知らずに機械をいじるのは非常に危険なのでやめておくべきです。
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この回答へのお礼

長文ありがとうございました。

とても、よく分かりました。

無理ということですね。
ありがとうございました。

お礼日時:2011/04/11 17:53

http://www.nhk.or.jp/daijikken/backnumber/
厳しい回答が並んでいますが
中学生向けにスペックを修正するだけで
それなりに夏休みの自由研究程度にはなるでしょう

>(5)使用燃料はといません
ごはん腹一杯

http://www.daikagaku.jp/content/vol007/
NHK大科学実験
実験07「人力発電メリーゴーラウンド」
これの規模縮小版ならそれなりに可能であろう

ただ、これでも2000円では無理
自転車は通学用に使ってるのを36台集めればそれなりに
http://www.cycle-yoshida.com/shimano/hb/hd/dh_t6 …
電圧・出力:6V・2.4W(2N), 6V・3.0W(3N)
自転車用ダイナモのスペックが見つからない
6V*36台=216V、108W


同規模の実験も可能では有るが
確か本実験はプロの競輪選手が必死に漕ぎ続けた結果として
メリーゴーランドを辛うじて回せた程度
(2.2kwと記載されていますね)
確か番組では発電機の電力をバッテリに充電して
それをインバータで3相200Vにしてたように思う
↑のサイトにはその辺りの事情は記載されていない


中学生なら何名必要かな?
(中学に自転車部って有るかな?)

脚力が勝負なのだから陸上部長距離選手とか集めればそれなりに対抗可能か?


http://www2s.biglobe.ne.jp/~y_suzuki/trendy/bicy …
http://www2.oninet.ne.jp/itano/zinriki.html


蛇足ですが
http://slashdot.jp/hardware/article.pl?sid=11/04 …
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さんざんですね



えー2000円程度でそのスペックの発電機ができれば、今騒がれているような原発など必要なくなります。

明日の日本の為にいっぱい勉強して是非、安価で高性能な発電機を製造してください。

日本にとどまらず、地球を救うこともできます。
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発電機の仕組みは簡単です。

中学生ならもう習ったのではないでしょうか?
まだ習っていないとしても簡単ですからすぐに理解できるでしょう。

ネット上でもいくらでも仕組みについての情報が載っています。
http://www.yonden.co.jp/life/kids/museum/survey/ …
http://www.geocities.jp/hiroyuki0620785/ouyou/ge …
http://www.mhi.co.jp/products/expand/wind_kouza_ …
http://www.nagatac.co.jp/animation/dynamo_v2.htm
http://www.pref.kagawa.jp/kankyo/gakushu/progam_ …
http://www.jeea.or.jp/course/contents/12125/


ただ問題があります。あなたの出された希望スペックです。3番目の1時間以上は使えるなどはわざわざだすスペックではありません。1時間で壊れる程度のものではありませんのでどうしてこのようなスペックが出てくるか理解できません。逆に言うとこのようなものをスペックに出すということが理解していないということになります。さらに問題なのは1,2,4です。5の使用燃料の予算を入れないとしても予算2000円程度では無理でしょう。
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そんなものが作れたらノーベル賞ものです。

原子力発電所もいらなくなりますね。
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(1)トルクと磁束の変化はどのような関係があるのですか?
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起電力とは発生電圧のことで、単位は[V]です。電力という字が使われていても電力[W]ではありません。これが勘違いの元ではありませんか? 発電機の起電力とは電機子コイルに生じる電圧のことで、無負荷時には端子電圧と同値です。
電力は電圧と電流の積なので、電流を無視して説明は出来ません。電圧(起電力)がどんなに高くても電流がゼロなら出力電力はゼロですから。
発電機に負荷を接続すると電流が流れ、その電流に比例したトルクが発生します。電動機と同じ理屈ですが、電流の向きが電動機とは逆なので、トルクの向きも電動機とは逆つまり回転方向と逆向きのトルクが生じ、原動機(タービンやエンジン)には負荷トルクがかかることになります。
(質問1)トルクと磁束の変化はどのような関係があるのですか
→磁束はトルクに直接的には関係しません。但し、磁束が増えると起電力が高くなり、その結果、負荷電流が増加すればそれによってトルクも増えます。
(質問2)発電機端子電圧一定でも、発電機出力により界磁電流は変化しますが、これは、電気子反作用以外に理由があるのでしょか?

発電機の出力と界磁電流は無関係ですが、出力が増えると電機子回路のインピーダンスにより電圧降下が増えて出力電圧が低下するので、それを修正するために、外部に設置された自動制御回路(AVC)の働きによって界磁電流を増やして電圧を一定に保つようにします。
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電力は電圧と電流の積なので、電流を無視して説明は出来ません。電圧(起電力)がどんなに高くても電流がゼロなら出力電力はゼロですから。
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