| 手回し発電機（ゼネコン） と 発光ダイオード（ＬＥＤ）の問題 | ||||||||||||||||
| 小学校の新学習指導要領の６年「電気の利用」で「手回し発電機」（通称：ゼネコン）を使うこととなった。また、中学校・高等学校でも、直流発電機として広く使われている。 しかし、その特性や使用できる場合・方法をよく知っていないと、思わぬ失敗が生じる。 |
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| １ 子供が手回し発電機を使っていて起こる困った現象 | ||||||||||||||||
| ◆発光ダイオード（ＬＥＤ）を手回し発電機で点灯させるとき | ||||||||||||||||
| ① | ゆっくりまわす場合は点灯していても、速くまわすと、ＬＥＤが切れてしまう現象（おおよそ５Ｖぐらいで） （子供は速く回したがる） | |||||||||||||||
| ② | 順方向でＬＥＤが点灯するようにつないだ回路で、逆方向にまわしてもＬＥＤがわずかに光る。 | |||||||||||||||
| （このことは意外と知られていない。 メーカーの説明では、直流が得られるとあるので。） | ||||||||||||||||
| ◆手回し発電機を速く回すと、破壊もしくは動作がおかしくなるもの | ||||||||||||||||
| ① | 豆電球は、定格電圧の倍ぐらいで切れてしまう。 | |||||||||||||||
| ② | 電子メロディは、きれいなメロディになりにくく、「ジィージィー」と鳴ることが多い。 | |||||||||||||||
| ③ | 新学習指導要領で使用することとなるキャパシタ（電気二重層コンデンサ）を充電するとき、例えば、２．３Ｖ規格のキャパシタの場合、過電圧になる。 | |||||||||||||||
| （キャパシタのページ参照） | ||||||||||||||||
| ◆回して、どちらの端子（ミノムシクリップ）が、＋になるかわからない。 | ||||||||||||||||
| ① | 最近の製品は、回転方向と、導線の＋－の関係がラベルで明示されているが、導線が透明で、中の線の色が違うが、はじめて手にする子供にとっては、すぐには理解できない。 | |||||||||||||||
| ② | ＋と－がはっきりしている器具、例えば、ＬＥＤにつないでみないとわからない。 | |||||||||||||||
| （回す方向、導線を本体に差し込む方向によって逆になる。） | ||||||||||||||||
| ２ 手回し発電機の特性 |  |
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| 構造 | ゼネコン本体は、以前は、マブチモーターＲＥ３６ | |||||||||||||||
| ※最近のは、専用モーターかわからない？ | ||||||||||||||||
| ハンドル回転数を歯数５４／９、６５／８の歯車で、回転数を４８倍にしている。 | ||||||||||||||||
| 無負荷特性 | １ｒｐｓで２．５Ｖ発生、４ｒｐｓで１０Ｖになる。 ゼネコン定格としては、１０Ｖ、１Ａ程度 |
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| 負荷特性 | 内部抵抗の関係で、負荷をかけるほど発生電圧は低下する。 負荷として６．３Ｖ、０１５Ａの豆電球を接続した場合、 |
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| １ｒｐｓで１．５Ｖ発生、４ｒｐｓで７Ｖ程度になる。 | ||||||||||||||||
| ※参考文献：ゼネコンで学ぶ「電気学実験」いろいろ | ||||||||||||||||
| ３ 理由と対策 | ||||||||||||||||
| ◆速く回すとＬＥＤが切れてしまう理由（豆電球、電子メロディの場合も同じような理由） | ||||||||||||||||
| ① | 理由 |
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| ○ | ゼネコンを速く回すと、無負荷なら１２Ｖ、ＬＥＤなどの負荷をかけると６～７Ｖぐらいなるので、右の図にあるＬＥＤの定格電圧を超えてしまうため切れてしまう。 | |||||||||||||||
| ○ | ゼネコンを逆に回すと、＋－が逆転する。ＬＥＤは逆電圧には弱い。 | |||||||||||||||
| ② | 対策 | |||||||||||||||
| ○ | 一番の対策は手回し発電機をむやみに速く回さないことである。 | |||||||||||||||
| ○ | ＬＥＤに直列に抵抗を入れる。（安価２～５円） | |||||||||||||||
| 例えば、赤色ＬＥＤだと、３３～１００Ωぐらいの抵抗を入れる。 | ||||||||||||||||
| ○ | ＬＥＤに直列に１５ｍＡ定電流ダイオードを入れる。 （１００円程度） | |||||||||||||||
| ※ＬＥＤに流れる電流を制御する。この方法が一番、確実である。 | ||||||||||||||||
| もし、教具メーカーから購入する場合は、ＬＥＤに直列に抵抗か定電流ダイオードが入ったものを購入するようにする。（多少高いが・・・） | ||||||||||||||||
| ◆逆に回してもＬＥＤが点灯する理由 （発電機コイルの自己誘導によると思われる） | ||||||||||||||||
| これは、あくまで、私の勝手な推測です。間違っていたらごめんなさい。 | ||||||||||||||||
| ① | 理由 | |||||||||||||||
| ○ | コイルに流れる電流が急激に変化する瞬間に、それを妨げようとして、コイルに逆向きの誘導起電力が生じる。これを自己誘導という。これをオシロスコープの波形で調べると、実際に流れる電流は、立ち上がりが鈍く、切れの悪い波形となっている。 |  |
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| つまり、逆向きに手回し発電機を回すと、主電流の向きは逆になるのでＬＥＤはつかないが、自己誘導による電流の向きも逆になり、これによってＬＥＤがわずかに点灯するのであると推測している。 | ||||||||||||||||
| ② | 対策 | |||||||||||||||
| ○ | 特別な電子回路で制御したケーブルをつくる。 | |||||||||||||||
| ◆回して、どちらの端子（ミノムシクリップ）が＋か－かがわからない対策 | ||||||||||||||||
| ② | 対策 | |||||||||||||||
| ○ | 古い機種は、回転方向と導線の＋－の関係を調べ、それを明示したラベルを貼る。また、導線についても、区別があることを説明する。 | |||||||||||||||