昨日分からんかったことが分かった!何か面白い。

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電子工作

やればできる!~自分でモーターを作るどぅ~何か作ってみたいあなたへ♪

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今日は、Daisoさんの モーターをつくろう! で実際に自分でモーターを作ってみました。はん?モーターね、コイル巻いて、磁石おいて、コイルに電池で電気流す。あとは、プラスマイナスの切り替え(整流子)くらいできりゃ回るやろ。
その通りです。これが、結構できないんです。しかし、解決方法をみつけましたので、そのまま答えにはならないかも知れませんが、うまく行かないときの、また、まずは失敗したくない方へのヒントとして、ご利用下さい。


さて、まずは回っているところをご覧ください。

コイルを巻いて回してみた

こんな感じです。では、順番に進めて行きましょう!

  • モノを動かしたいとき、どうしますか?(モーターの役割)
  • では、Daisoさんの モーターを作ろう! ⇒それは黄色い箱のやつ
  • ハイ! 箱の中身と自分で準備するもの
  • まず、コイルを巻いてみる :実はこれ重要
  • コイルに通電させるので、エナメルを剥がす
  • 次は、コイルの支えクリップ :実はこれも重要 
  • <遊んじゃいました!>
  • 木の板(ベース)に設置・リード線・接続・電池ボックス
  • 回るポイント
  • こうしたらどうなる?
  • まとめ
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1.モノを動かしたいとき、どうしますか?

まず、最初にですが、何かモノを動かしたいけど、すごく速くとか、めちゃめちゃ重いものとかどうやって動かします?
だいたいは、電気を使ってモーターで動かすとか、ガソリンなどでエンジンやタービンを動かすことになる?と思います。例えば、モーターでいうと自動車・電車、家の中にあるものでも、掃除機・洗濯機・換気扇などのファンもモーターで動かします。

私たちのためにモノを速く動かしたり、重いものを動かしたりするのに、電気のエネルギーを使って回せば、やってほしいこと、何かの仕事をモーターがしてくれます。今回は、そのモーターがどうやって回るのかをじっくり見たかったので簡単なモーターを作ってみました。(モーターがどういうものか、詳しく知りたいと思いました)また、作ったあとに、いろいろ実験もやってみました。

2.では、Daisoさんの モーターを作ろう!

こんな感じの箱に入っているものです。

3.ハイ! 箱の中身と自分で準備するもの

4.まず、コイルを巻いてみる

5.コイルに通電させるので、エナメルを剥がす

説明書にあるように、片側は全表面のエナメルを剥がし、もう片側は、半分だけ剥がします。

説明書にコイルの片側下半分とありますが、巻いたコイルの向きによって削る面が変わってしまい、回転させるのが難しくなりますから、注意です。

下半分の削り面、注意

6.次は、コイルの支え台をクリップで

クリップを曲げている途中でヒラメキました!(Life)

7.木の板に設置・リード線・接続・電池ボックス

コイルと磁石の寸法関係

製作の仕方は、動画を含めたくさんの方がアップされています。
下記は参考まで。分かりやすいのもたくさんあります。
http://blog.livedoor.jp/nekomeika/archives/5433606.html
https://kumanezumi.com/2915.html
かわいい動画もあります。
https://www.youtube.com/watch?v=edSjsdXL03g
(いろんな角度から書かれているものを見ると理解が早いので紹介します)

あとには、電池とリード線をセロハンテープで付けて、接続すれば、完成です。

実際に回してみると、こんな感じです。回し始めはこんな感じです。

やっぱり、何か感動です。とりあえず回り出したことは、素直に嬉しいです。

8.回るポイント

さて、最初はどうやったら回るか、原理を分かっていても、うまく回らなかったり、回ってもどうすればもっと安定して回るんやろと分からんところがあります。回すための注意点やポイントは上で記載しましたが、おさらいしておきます。

①エナメル線を綺麗に巻き、軸なる部分は、巻いた円の均等位置で束ねて横に出す。このコイルを巻いた部分のバランスは非常に重要です。バランスが取れていると、ちょっとコイルを回すと、クルクル回ります。

巻いたコイルの巻き付け位置とコイル引き出し

②コイルのエナメルを削る面を注意すること。(間違えても回すことはできますが、調整が難しくなります)説明書どおりの面を削ると、回りやすいです。
下の③の状態でコイルに電流が流れで電磁力が発生します。ですので、磁石をコイルの真下に置けばいいので、調整が簡単です。

③コイルの底面と磁石の隙間は2~3mmになるよう、クリップの曲げ具合と調整します。(条件によっては違うかも知れませんが、目安にはなると思います)

9.こうしたらどうなる?

せっかく作ったので、こうしたらどうなるか確認して、どういう条件で回っているか確認します。

①電圧を3Vに上げた場合。

 直流モーターは電源電圧を上げると回転数も比例してあがるので、回転数が目に見えて速くなるかと思いましたが、なんとなく速くなったかなぐらいでした。(1.5Vと比べて)

②違うマグネットに知した場合

CNCプロッタ製作で使った、ネオジウム磁石でも同様に回るか確認してみました。磁束密度が高く、小さい断面のネオジム磁石で回転させました。こちらも値的に妥当なのかは分かりませんが、小さい断面でも同じくらいの回転数なので定性的には理論通りということでしょうか。

③間違って巻いたコイルのエナメル、横側を削ってしまった場合。

 電流がながれるときのコイルの向きが真下から、真横に変わるので、磁力線と直交する位置も変わります。(コイルが真横になった時に、磁力線が直交して電磁力(回転する力)が発生するので、磁石の位置をずらす必要があります)

コイルと磁石の位置関係

④巻いたコイルと同じ平面のエナメルを削ってしまった場合、実はこんなことが出来ます。

磁石を動かすと、コイルの回転方向が逆転する。→磁力線の向きは同じですが、コイルが水平になった時の電流の流れる向きが逆になるため、コイルに発生する電磁力の向きが反対になり回転方向が逆になります。

10.まとめ

  • モーターを作ろう! の製作方法のポイントは、コイルの巻き方やと思います。
     綺麗に巻いて、軸にする部分は円周状に巻いたコイルの上下均等になる位置で束ねて水平に引き出す。バランスが重要。
     コイルのエナメルを削る向き。円周状に巻いたコイルの平面と直交する面を削る。
     コイルと磁石の隙間を2~3mmで調整してみて下さい。条件によっては違うかも知れませんが、目安にはなると思います。
  • こうしたらどうなるんやろということで、①電圧②磁石③エナメルを削る方向④その場合の磁石位置変化による回転方向の変化を見てみました。構成自体が簡易で測定器もないので、詳しく分かりませんでしたが、条件変えた時にも回転する状態を確認できましたし、なんとなく理論通りでした。
  • 今回は、永久磁石で磁界を作った直流モーターを製作、しかも整流子で電流の方向を切換えない磁石が1個だけの1極モーターを作りました。やってみた結果、かなり対策できましたが、最初、何が原因で回りにくくなるのか見当が付かなかったので、安定して回すのが難しかったです。

    どうも、コイルのバランスで回転しやすさが大きく左右されるようで、シャフト部分がもう少し頑丈なものがよさそうです。https://site.ngk.co.jp/lab/no69/process.html
    また、磁石(磁力線)の位置を動かしたり、エナメル線の削る面を変えることで電流が流れるときのコイルの位置と、磁石(磁力線)の関係も確認できて面白かったです。あと、なんとなくですが、モーターの回り方のイメージを知ることができました。(ような気がします)
  • 他にもアイデア次第でいろいろ確認、実験することができると思うので、何か作ってみたいけど、何を作ったらええねんやろ?と思われている方は、作り方自体は簡単なので、一度作ってみてはどうでしょうか。子供の自由研究のようですが、なんでやろ?と考えだすとハマってしまいます。(笑)

    また、作って回すことが出来た時は、爽快で、達成感バリバリです。もの作りの面白さですよね。

残念ながら、Daisoさんの モーターを作ろう! は、なかなか売ってないかもしれませんが、他にも似たようなものはあるようです。(自分で材料を揃えるのが面倒な時はどうぞ)


自由研究おたすけキット モーターを作ろう


電流と磁界 簡易モーター

3極モーターA2個セット モーターを作って電流や電磁石を学べる基本理科工作キット

何となくモーターが回る感じはイメージできるようになった気がしました。今まで、電流が流れると、教科書の式としては電流が多く流れると、モーターの出す力が大きくなるという感覚がよく分かりませんでした。くっついてないのにどんな力が働いて大きな力がでるんやろ?という感じでした。

今回、磁石を動かしながら回転させたことによって、磁力の影響するところで初めてモーターが回ることが実感できたのでピーン!と来ました、というか見えました!神の見えざる手が。ホンマカ?

理論的には、まだ説明できないし、理解できてませんが、おいおい勉強していくということで・・。次回は、いよいよ四足歩行ロボットを作ります。サーボモータで歩かせることに挑戦します。(まだ、何も調べてませんが・・できるかなぁ)ドキドキしますが、次回へつづく。

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