平成２１年度沼津高専公開講座

実施要項(pdf ファイルで開いたなら，しおりを開くと便利に閲覧できます)講座

名

作ってみよう！電磁力の応用講座②～作ってみよう！手づくりモータ～【概要】手に入りやすい部品を使って，手づくりモータを作成します。また，ちょっとした工夫が特性に影響することを体得します。体験を通して，ものづくりの楽しさを味わうとともに，電磁気現象への興味を高めます。

講座概要【内容を簡単に説明します】エナメル線を細工し，L 字金具や磁石と組み合わせて，単三電池で回転するモータを作ります。磁石の位置を変えるなどちょっとした工夫で特性が変わることを体得します。
最初の説明や，途中の解説の時間に，回転の原理を解説したり，電磁力の応用例などを示します。
※ この講座は，「作ってみよう！電磁力の応用講座」として２つ用意した講座の一つです。なお，もう一つは同日実施の，「作ってみよう！電磁力の応用講座①～作ってみよう！ステレオスピーカ～」です。
※ 「作ってみよう！電磁力の応用講座」①，②の両方を受講すれば，電磁力の理解が更に深まります。
※ 「作ってみよう！電磁力の応用講座」①，②の片方だけの受講も可能です。

講師

望月孔二（電気電子工学科）

日時(1) 7 月 25 日(土) 10:00～12:00，(2) 7 月 25 日(土) 13:00～15:00
注意：(1)も(2)も同一内容です。

会場

E4 教室（電子制御工学棟 ３階）

対象・定員
費

用

（受講料・材料費）

日

程(1) １５名，(2) １５名（小学 1 年生～中学生 対象。※小学 3 年生までは保護者同伴が望ましい）
教材費３００円（１日分の傷害保険料として別途１００円が必要になります。な
お，①と②のどちらか一方を受講した場合も傷害保険料は１００円です）
10:00(13:00) 開講式、講師紹介、磁石の話、各種モータの実演説明
10:20(13:20) モータ組立て
10:45(13:45) 休み（10 分時間）
10:55(13:55) モータの研究について説明
11:05(14:05) 製作，動作実験
11:45(14:45) 閉講式、アンケート
12:00(15:00) 終了

資料を残すために写真を撮りたいと思っていますので，当日相談します。プラ
備考
イバシーを考慮し，受講者の顔が特定できない程度のものを残します。撮影するならば了解を得てからとします。
沼津高専 総務課総務係
問合せ先
TEL：055-926-5762
E-mail：koukaikouza@numazu-ct.ac.jp
・’08 年のページhttp://user.numazu-ct.ac.jp/~mochizuki-k/jugyo/koukai/motor08/index.html
・沼津高専 電気電子工学科 望月のホームページ http://user.numazu-ct.ac.jp/~mochizuki-k/注意事項
作業には危険が伴うことがありますのでご注意ください＜磁石＞
・ 磁石は飲み込むと危険です。もしも飲みこんだら，直ちに医師に相談して下さい。また，飲み込むおそれのある小さいお子様の近くには磁石を置かないでください。
・ 磁石に触れた水には，磁石の成分が溶け出すことがありますので，絶対に飲まないで下さい。
・ 磁石は金属アレルギーを起こす可能性があります。症状が出た場合は直接触れないようにして下さい。
・ 磁石をクレジットカード・キャッシュカード・フロッピーディスク等に近づけると，使用できなくなる恐れがあります。
・ 磁石をパソコン・携帯電話のような精密機器や，心臓ペースメーカーのような医療機器に近づけると故障や，正常でない動作をもたらす可能性があります。
・ 磁石は，加工や，強い衝撃や，使用可能でない温度によって，磁力低下を起こす恐れがあります。
＜作業＞
・ 講座は一人ではなく大人数で行います。周りに迷惑をかけることが無いようにしましょう。
・ 工具や刃物で人を傷つけないようにしましょう。
・ 刃物で物を切る時，小片が目に入った入りすることがあります。飛ばないように押さえておいたり，保護メガネをかけましょう。

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モータ製作マニュアル 2008

モータ製作マニュアル 2009.7.25 望月孔二

図 1(写真) 使用するもの一覧
図 1 のものを以下の通り説明します。
一番奥・ 30cm 物差し（エナメル線の長さを測ります。なお，A4 用紙１枚の長辺も約 30cm です）＜物差しは必要の応じて使用します。＞
奥からひとつ手前，左から，・ 細いエナメル線（コイル用です。）
ホームセンターでは，既に巻いたものを売っています。
・ セロテープ（加工時に必要に応じて使用します。）
・ 単一乾電池（コイルを巻くときの土台とします。）
・ クリップ（電極として使用します。
）
・ 太いエナメル線（必要に応じて使用します。シャフト用です。）
手前，左から，・ A4 の紙（机を痛めないように敷いておいて下さい。）
・ L 字金具
ホームセンターで売っています。写真は，もともと 100mm のものを 90 度に曲げたものであり，50mm の辺 2 つあります。清水町柿田川近くのホームセンターでは，４個を１まとめにして販売していました。最近はその店でもばら売りを始めたようです。辺の長さが違うと金額も変わります。
・ 磁石
ここでは購入したケースのまま示しましたが，使用はモータ１つあたり 1 個です。これもホームセンターで売っています。商品名は，「強力マグネピース M-8(850 ガウス，6 個入り，両面テープ付)」，販売元は新潟精機株式会社です。
・ 単三乾電池（今回のモータの電源として使用します。）
・ ニッパー（エナメル線を切るときに使用します。）
・ カッターナイフ（エナメル線のエナメルを削る時に使用します）
・ ヤスリ（同じく，エナメル線のエナメルを削る時に使用します）＜カッターナイフとヤスリは，どちらか一方を使用します＞
2

1. 基本のクリップモータを作る

1. 基本のクリップモータを作る
一般に「クリップモータ」と呼ばれるモータは，モータのシャフトを支えるのは「クリップを適当な形に折り曲げたもの」です。
今回は，そのシャフトを支える役目を果たすのは，市販の「L 字金具」を使います。これは，電池ホルダの役目も果たして便利だからです。しかしながら，基本的な構造は全く変わりませんので，今回のモータも「クリップモータ」と呼ぶことにします。
それでは早速作ってみましょう。

図 2(写真) 材料
最初に基本のクリップモータを作りましょう。実際に使用するものはこれだけです。

写真 3 コイル製作
コイルを作ります。10 回から 20 回程度で良いでしょう。
ここで使うエナメル線は直径 0.5mm です。
少なすぎる巻き数では力が出ません。
多すぎる巻き数では機械的なバランスが保ちにくいです。

写真 4 コイル完成
巻き終りました。
コイルの左右から出る配線は，ちょうど向かい合わせの場所からバランスよく取り出します。
また，バランスを考えると，左側がコイル上側からから取り出すなら，右側はコイル下側から取り出しましょう。
（←横から見た図）3

写真 5 エナメルを削る
コイルの外に出た配線のエナメルを，紙やすり削って，金属（銅線）が見えるようにします。
写真 5 は，写真 4 のコイルを手前にひっくり返したものです。
エナメルの削り方には工夫があります。
片方（ここでは右側）の配線は，すべてエナメルを取り去りますので，写真 4 でも写真 5 でも銅の色に光ります。しかし，もう一方（ここでは左側）の配線は，写真 4 ではエナメルを取り去ったので銅の色ですが，写真 5 ではエナメルをそのまま残してあります。

写真4の説明エナメル
銅線
図1
写真 4 と写真 5 の説明を図にしたものです。
説明を分かりやすくするために，銅が直接見える部分を黒色で示します。

写真5の説明これは写真4のコイルを手前にひっくり返したもの

写真 6 組み立て開始
それではいよいよ組み立てましょう。
電池一本の隙間を空けて，2 つのＬ字金具を立たせて，コイルを入れます。
なお，この写真右のＬ字金具にはクリップがついていますが，それは写真 7 のように折り曲げたクリップです。写真 9 で示すように，クリップには電池のマイナス電極が当たります。

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写真 7 電極とするために工夫したクリップ
クリップは，ちょっと折り曲げたものです。
もしもコイルを大きくしてしまったなら，曲げる部分をもっと長くしても良いでしょう。

写真 8 調整調整が肝心です。
手で回したときに，（この写真のように）良く回るようならば，うまく調整できている証拠です。
十分に時間をかけて調整してください。

写真 9 回転
それではいよいよモータを回します。
磁石を，３個目のＬ字金具にくっつけて，コイルが当たらないぎりぎりの場所までモータの中心に近づけます。
続いて，もともとの 2 個の L 字金具で電池を挟みましょう。

写真 10 完成
写真 10 のように，L 字金具の幾つかをテープで机に止めると，作業しやすいですよ。
おめでとう，良く回るね。
あとは，上手く回るための工夫をしよう。
① 磁石の位置② 磁石の強さ③ エナメル線の巻き数④ コイルの形

沼津高専電気電子工学科教授 望月孔二 （修正：2009.6.19，新規：2008.5.27）
52. シャフトを工夫したクリップモータを作る

2. シャフトを工夫したクリップモータを作る
基本のクリップモータも良く回るのですが，シャフトが弱いので直ぐに曲がってしまい，再調整を必要とします。そこで，（コイルはそのままですが，）シャフトを太くしてみましょう。機械的なブレが減るので，安定して回るようになりますよ。

写真 2-1 材料
実際に使用するものはこれだけです。基本のモータと比べた違いは，次のとおりです・ 太いエナメル線は 15cm を 2 本使用します。
片方は両端をちょっと曲げました。
これら 2 本が，1 本のシャフトになります。

写真 2-2 コイル製作
コイルを作ります。10～20 回程度で良いでしょう。
ここで使うエナメル線は直径 0.25mmです。
少なすぎる巻き数では力が出ません。
多すぎる巻き数では機械的なバランスが保ちにくいです。

写真 2-3 コイル完成
コイル外の「ヒゲ」は 20cm 程度で良いでしょう。
「ヒゲ」でコイルを数回巻いておくと，コイルがまとまります。

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写真 2-4 コイルのエナメルを削る
コイルもエナメル線を削ります。写真
2-4 の印をつけたところを，どちらも周りを全部削ります。

写真 2-5 シャフト製作の開始
太いエナメル線の中央を，お互いに 2回ほど巻きつけます。
このとき，写真右側と，写真左側には，別々のエナメル線が来る様にします。
（つまり，左右のどちらを見ても「まっすぐな端」と「曲がった端」があります。）

写真 2-6 シャフト製作(続き)真ん中に２つの三角形ができるように曲げて巻きつけます。
2 本のエナメル線はまっすぐ伸ばし，もう 2 本のエナメル線は 90 度曲げます。
このとき，まっすぐ伸ばしたエナメル線の片方は「まっすぐな端」であり，もう片方は「曲がった端」になるようにします。
エナメル線の色の違い分かりますか？

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写真 2-7 シャフト製作(続き)
単三電池の長さの中に，２の三角形は収めなくてはなりません。
もしも２つの三角形が大きくなりすぎた場合は，作り直します。
エナメル線の色の違い分かりますか？

写真 2-8 シャフトのエナメル削る
エナメル線を削るのは，写真 8 の四角く囲った２箇所です。
右側の部分は，360 度削ります。
左側の部分は，180 度削ります。

写真 2-9 シャフト製作(続き)
怪我をしないよう作業して下さい。
また，机を痛めないようにして下さい。

8写真 2-10 シャフト製作(続き)写真 2-10 は，写真 2-8 をひっくり返したものです。
右側の部分は，写真 2-8 でも写真 2-10でも同じように削っています。
左側の部分は，写真 2-8 では削っていますが，写真 2-10 ではエナメルのままです。

写真 2-11 コイルとシャフト合体!?
それでは，シャフトとコイルを組み合わせましょう。
この図は誤った組立の例です。一見良さそうですが，上手く回りません。
シャフトの上にコイルが乗っているので，それぞれの重心がずれています。これでは回転する際に，重心のバランスが崩れます。

写真 2-12 正しい合体
いいモータを作るには，写真 2-12 のようにします。
写真 2-11 では，左側ではコイルがシャフトの手前ですが，右側ではコイルはシャフトの奥です。このように作ると重心がぴったりと重なって，バランスよく回転します。
上下に出ていた太いエナメル線は，コイルを支えるように適当に曲げます。
コイルから出ていた「ヒゲ」は，シャフトをぐるぐると巻きます。

9写真 2-13 シャフトとコイルの接続部細いエナメル線が，シャフトをぐるぐると巻いたところです。
これによって，コイルとシャフトが電気的に接続されます。今回はハンダ付けをしませんが，これだけぐるぐる巻いたならばハンダは不要です。
（もしも巻いた回数が数回程度なら，ハンダ付けをしたほうが良いかもしれません）

写真 2-14 組み立て準備
これに電池を加えれば，モータの完成です。あとは配置の問題です。
なお，この写真の一番左の L 字金具にはクリップがついています。これは「1. 基本のクリップモータを作る」の写真 7 でも示しましたように，単三電池のマイナス側の電極に接するため，真ん中をちょっと折り曲げたものです。

写真 2-15 調整
この写真は，今回のモータを作るう
えで一番重要な状態を示します。
この状態で，エナメル線の回転部が，軽い力でぐるぐる回るように調整します。
もしもこの状態で回りにくいようなら，モータとしては失格です。

10写真 2-16 回転!!!
私が 2007 年 6 月 27 日（水曜日）に作成したモータは，うまく回りました。
皆さんのモータの調子はどうでしょうか？
もしもうまく回らなかったなら，写真 2-15 に戻って再調整です。

沼津高専電気電子工学科教授 望月孔二（語句の修正と。図番号を前の資料と合わせる：2008.5.27）（新規：2007.6.27）

・’08 年のページhttp://user.numazu-ct.ac.jp/~mochizuki-k/jugyo/koukai/motor08/index.html
・沼津高専 電気電子工学科 望月のホームページ http://user.numazu-ct.ac.jp/~mochizuki-k/113. 完全な整流子をもつクリップモータ

3. 完全な整流子をもつクリップモータ (2007.8.23 新規 望月孔二)前のページまで説明したモータの材料を使いながらも，工夫を加えることによって，クリップモータに完全な整流子をもたせることができます。仕様について，表 1 にまとめます。
表 3-1 製作するモータの種類と特徴
名称
前のページまで説明したクリップモータ ここから説明するクリップモータ
特徴
整流子が不完全である
整流子が完全である
１回転のうち，１回転のうち，回転に関す
半回転については，コイルに電流が流れ，半回転については，コイルに電流が流れ，る説明。
電磁力が働いて回転力を生み出す。
電磁力が働いて回転力を生み出す。
もう半回転については，コイルには電流 もう半回転についても，コイルに逆方向を流さないため，回転力は新たに生じる に電流が流れ，電磁力が働いて回転力をことはないが，勢いが付いているのでそ 生み出す。のまま回転をする。
それでは，完全な整流子を，限られた機材でどのように実現するか，図 3-1，図 3-2 で解説します。また，実際に作成した電機子を写真 3-1 に，回転の様子を写真 3-2 に示します。

青いシャフト（エナメル線）に電流が流れ込む

赤いシャフト（エナメル線）から電流が流れ出る

電流

図 3-1 完全な整流子を備えるモータの原理図（一つの状態）

赤いシャフト（エナメル線）に電流が流れ込む
青いシャフト（エナメル線）から電流が流れ出る

この向きには流れない
電流

図 3-2 完全な整流子を備えるモータの原理図（図 3-1 から電機子がひっくり返った）12

写真 3-1 完成したコイル
コイルの両側には，軸としてそれぞれ２本のエナメル線が突き出ています。
軸のエナメル線のうち，手前側で上になっているものは，奥側では下になっています。同様に，手前側で下になっているものは，奥側では上になっています。
図 3-1 と図 3-2 では，簡単に書きましたが，実際には力学的な強度を持たせるため，軸の先端部も 2 本のエナメル線を絡めてあります。エナメル線を削るのは，それぞれ外側の半周ずつです。
シャフトの途中の 10mm くらいの区間は，エナメル線を外周をまるまる削り，そこにコイルのヒゲの部分を巻きつけてあります。

写真 3-2 完成したモータ
力強く回っています。
整流子の機械的なロスが大きいため，調整はちょっと手間がかかります。

※ クリップは曲げ方を工夫し，電池と L 字金具の距離が開いても，通電するようにしました。

以下，作り方を概説します。

13写真 3-3 コイルの部品
ここに示すコイルは，0.4mmの太さのエナメル線を 20 回巻いたものです。エナメル線の端が，ヒゲのように２本伸びていますが，長さは 10cm 程度です。コイルの根元 3cm を残し，端側の 7cm はエナメルを削ってあります。
シャフトの材料は，0.71mm の太さのエナメル線２本です。私は長さ 150mm で作りますが，なれないうちは，170mm くらいにしたほうが良いでしょう。
真ん中付近の 10mm ほどを，ぐるりと１周エナメル線を削ってあります。
シャフト用のエナメル線のうち，１本は両端がまっすぐですが，もう一方は両端を短く 90 度に曲げてあります。これにより，シャフトを加工したとき，どちらのシャフトなのか必ず分かります。シャフトの端を折り曲げるのは簡単・確実な方法です。
２本のシャフトの区別が目的ですから，マジックインク等で色を塗ってもかまいません。

写真 3-4 組み立て中のコイルコイルとシャフトをつなげたところです。
写真 3-3 で解説した，「シャフトの真ん中付近の，エナメルを削った 10mm」に，コイルのヒゲをびしっと巻きつけました。

写真 3-5 シャフトとコイルの接合部分
写真 3-4 の一部を拡大したものです。
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写真 3-6 完成手前のコイル
コイルを支えるために，シャフトとコイルをつなげました。
このとき，シャフトとコイルのどちらの重心も，中心に重なるように，シャフトの取り付けはバランスをとるようにします。
写真 3-6 は正しい例を示します。
（間違いの例は，例えばシャフトをすべてコイルの表（おもて）の面から取り付けること等です）
２本のシャフトは，後ほど回転軸として働きます。そのため，２本ずつ出ている２組のシャフトが，コイルの一番遠い場所でそれぞれ突き出ることが大切です。そうしないと，回転のバランスが崩れます。
また，２組ある２本のシャフトは，コイルを写真 3-6 のようにテーブルの上に置いたとき，それぞれ上下の位置関係になるように調整してください。
ここで，一組のシャフトでは端がまっすぐなエナメル線が下になっているとき（写真 3.6 の左側），もう一組のシャフトでは端がまっすぐなエナメル線が上になるように（写真 3-6 の右側）して下さい。
このように調整することで， 整流子がうまく機能するようになります。
完成は写真 3-1 に載せてあります。また，回転している様子は，写真 3-2 に載せてあります。
以上

注意：第 3 節はは半ば独立した文章になっていますが，第 1 節と第 2 節を読み終わったことを前提としていますので，そちらも併せてご覧下さい。
注意：エナメル線を削る作業は，私からすると圧倒的にカッターナイフを使うのが簡単です。しかし，中学生や小学生が作業する場合は，事故を避けるためにも，紙やすりを推奨します。

沼津高専電気電子工学科教授 望月孔二 （図番号を前の資料と合わせる：2008.5.27）（新規：2007.8.24）
・’08 年のページhttp://user.numazu-ct.ac.jp/~mochizuki-k/jugyo/koukai/motor08/index.html
・沼津高専 電気電子工学科 望月のホームページ http://user.numazu-ct.ac.jp/~mochizuki-k/
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