テーマ「理科工作」

1．題名

モーターの製作

2．研究者（自由研究した人）

6年3組　内田 純輔（うちだ じゅんすけ）

3．この研究を選んだ理由（動機）

はプラモデルが大好きですが、とくにモーターを使って動かすものが多くあります。これまで車や電車などモーター駆動のものを作ってきましたが、モーターの中身がどうなっているか興味が出ました。そこで身の回りにある材料を使ってモーターを自作し、動かしてみたいと思いました。

4．研究の目的

モーターを製作し、回してみる。

5．工作（研究）で使った材料

• （1）木材
• （2）フェライト磁石
• （3）銅線
• （4）エナメル線
• （5）銅板
• （6）針金（鉄）
• （7）ビニールテープ
• （8）ボルト
• （9）電池ボックス
• （10）電池（単1）×2個

6．工作（研究）方法

• （1）設計図を書く。参考書に載っている図を見本にし、自分の周辺にある材料を使用する。
• （2）材料を揃える。
• （3）設計図に従い、部品ごとに製作していく。
• （4）部品の組み立てを行う。
• （5）各部の調節を行い、モーターが回るようにする。
• ※全体の設計図は略す。

7．工作（研究）の手順

• [電機子の作る手順]
• ※参考書では、ラップの箱の口金を使用していたが、今回はボルトとナットで代用した。

先生からのコメント

自分で材料を工夫して使うのは、たいへんよいことです。時間があるのなら参考書通りに作ったものと、自分で工夫したものとで、どちらがよく動くか比較してみると、もっとよい自由研究になるでしょう。動き方に差があれば、軽い電機子の方がよく回るのかなど、どうしてそうなるかを考えてみましょう。

• （1）針金を図で示すように曲げる（※図略す）。
• （2）ボルトを図で示すように、針金と組み合わせる（※図略す）。
• （3）瞬間接着剤を使って針金を固定し、図で示すようにエナメル線を50回ほどずつ巻く。その際、巻く向きは一定にする。丁寧に巻くようにする。
• （4）エナメル線の先端を3cm程度残し、その部分を紙ヤスリで研磨し、エナメル線をきれいに落として銅を出す。
• （5）針金の軸にビニールテープを施し、8mm程度の太さに仕上げる。
• （6）銅板を別図（※図略す）で示すように曲げて整流子をつくる。つくった整流子を、ビニールテープを巻いた軸の上に置き、両先端は糸で固定して落ちないように工夫する。
• （7）出来た上がったものは別図（※図略す）のようになる。
• [台の作る手順]　※略
• [ブラシの作る手順]　※略

上記のものがすべて完成したら、電池ボックスを使用して、ブラシに電気を流して実験を行う。

8．工作（研究）結果

電機子が電磁石に変化しているかを調査したところ、釘を引きつけたため、電磁石になっていることが判明した。そこで、ブラシと電機子が接触せぬよう十分注意し、電気を流して、最初は手で回し、電機子が回転するか実験を行った。

• [1回目]……失敗した。全然回らない。回る気配すらない。電機子の大きさに対して、軸である針金の太さが細すぎたため、回そうとすると針金が不安定となり曲がってしまう。そのため周囲の磁石にぶつかる。もう少し太い針金で軸を作らなければいけないと思った。
• [2回目]……再び失敗した。全然回らない。軸に1回目より太い針金を使用したので針金が太くなった分、曲げるのに四苦八苦した。電機子は電磁石に変化しているが磁力が若干弱いかも知れない。全体に電機子が大きく重量があるみたいなので、もう少し小さめのボルトを使って実験することにした。
• [3回目]……一回り小さなボルトに変えて実験したらなんとか回った。カタカタと音を鳴らしながら、ゆっくり回転した。しかし、それも最初の内ですぐに止まってしまった。やはり電機子に使用するボルトを小さくしたのがよかったのだが、電機子のバランスが少し悪い気がした。
• [4回目]……もう少し速く回転させるためにはどうしたらよいか悩み、軸がぶれるのを直そうとしたが、どうしても上手くいかなかった。仕方ないのでお父さんに相談したところ、直してくれたのだが、そしたらすごく上手に回転するようになった。大成功！ 予想通り、回転する電機子のバランスが悪いと上手く回らないということがわかった。

9．まとめ（考察）

この自由研究のテーマを選んだ機会となった市販のモーター（○○製）を分解し、自作のモータと比較してその機能ついて考えてみました。市販のモーターの中にも、ブラシ同じようなものが入っていることがわかりました。

市販のモーターでは電機子は3極あり、エナメル線がどれほど巻いているかを知るためほどいてみたところ、1つの極に約70回、それぞれ巻いてありました。長さを計測したところ6m70cm程度ありました。とくに、紙を巻くなどの絶縁に注意しているようなところはありませんでした。

自作のモーターと市販のモーターとの比較表を以下に示します。ちなみに巻いているエナメル線の太さは、ほぼ同じくらいでした。

	自作のモーター	市販のモーター
極数	2極	3極
1極あたりのエナメル線巻数	50回	70回
界磁磁石の個数	2個	2個
コイルの巻き方	凹凸が目立つ	隙間が無くきれい
軸	ぶれる	ぶらない
始動方法	手で回して行う	自動的に回転する
回転方向	電池のつなぎ方によって異なる	電池のつなぎ方によって異なる

表で示したほかに、回転している様子や軸を手で固定した感じですが、回転速度は市販のモーターが圧倒的に速く、また回転する力も強かったです。

10．最後に（感想や反省）

1回目のとき、モーターが全然回らなかったので、これは失敗したと半ば諦めかけました。でも、そこで諦めずに、自分でいろいろいじって、ようやくカタカタと音を出しながらも回ったときは、大変嬉しかったです。何度もプラモデル屋さんに足を運んだかいがありました。エナメル線のまき直しを何度も行ったので、いつの間にかエナメル線を巻くのが得意になりました。

モーターが常に決まった方向へ回転する理由を自分なりに考えてみたのですが、結局わかりませんでした。次回はそのこともテーマに含めて研究したいと思いました。

先生からのコメント

よく頑張りましたね。どのようなモーターがよく回転するのか、わかったことや考えたことをまとめると、もっとよい理科工作レポートになります。

11．研究の参考図書（本）

• 「モーターの仕組み百科」　○○館
• 「電気を学ぼう！」　○○著□□社

12．研究協力者（お手伝いしてくれた人）

• お父さん