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モーター工作のアイデア集│子供に挑戦させたいおすすめの研究を紹介

公開日: 2019/03/29

物を動かすために必要不可欠なモーター。私たちの身の回りの物に幅広く使われているのにも関わらず、普段はあまり見かける機会はありません。まさに人々の生活を支える裏方的な存在です。 今回はそんなモーターにフォーカスし、そのしくみや使われている場所、モーターを活用した工作の事例をご紹介します。ぜひ、親子いっしょにモーターについて学んで、そのすごさや面白さを体験してみましょう。

目次
モーターの仕組み
日常生活で活用されるモーターの例
夏休みの自由研究におすすめのモーター工作
子供とモーター工作を行うときの注意点
モーターでかっこいい作品を作って、モーターについて学ぼう

モーターの仕組み

モーターが動く原理は一言で言えば磁石です。磁石にはS極とN極があり、異なる磁極は引き合い、同じ磁極は反発し合うという性質があります。

モーターの内部の両端にはそれぞれN極とS極の磁石が配置されています。その中心にコイルがあり、整流子(スイッチ)に固定されています。整流子は外部のシャフト(回転する軸)につながっています。

モーターに電流を流すと、コイルが電磁石となります。コイルのS極の部分が端に配置されたS極の磁石と反発して回転し、さらに反対側のN極の磁石と引き合います。いったん電流が途切れた後に再度電流を流すと、今度はコイルの磁極がN極へと反転します。N極の磁石と反発することで、今度はS極側に回転します。

これを繰り返すことで、コイルが回転し続けます。そして整流子を通してシャフトも回転するのです。

ちなみに、電流を流さないとコイルは磁石としての機能を失うので、モーターを止めることができます。

日常生活で活用されるモーターの例

冒頭でもお伝えしたとおり、モーターは私たちの身の回りのさまざまな物に使われています。車の模型や無線操縦のおもちゃは一番イメージしやすいかもしれません。モーターでタイヤを回転させることで、走ることができます。

ドライヤーにはファンを回すためにモーターが使われています。ひげをそる電気シェーバーはモーターの力で刃を振動させるという仕組みです。掃除機などの家電にも使われています。

携帯電話やスマートフォン、あるいはゲームのコントローラーのバイブレーション機能も、モーターがあるからこそ実現できます。

特にモーターがたくさん使われているのは自動車で、さまざまな部分にモーターが使われています。タイヤのロックを制御させる装置やサイドミラーを動かす装置、窓を開閉する装置、ヘッドライトを動かす装置などが挙げられ、いたるところにモーターが使われているのです。

これまで自動車はエンジンを動力源としていましたが、近年普及してきたハイブリッドカーや電気自動車は大きなモーターが動力源となっています。電車やエレベーターなどの乗り物もモーターで動きます。

このように、私たちの生活に直接関わる多くの物に使われているモーターですが、間接的にも私たちの生活に密着しています。物を作るために使われる電動ドライバーなどの工具や、金属を加工する工作機械、産業用機械などにもモーターが使われているからです。

こうしてみると、私たちの身の回りにあるさまざまな物がモーターによって動いている、あるいは間接的に関わっていることがわかることでしょう。もし、モーターが発明されていなかったら、今の私たちの便利な生活は成り立っていなかったかもしれません。

夏休みの自由研究におすすめのモーター工作

それではモーターを使った、小学生向けの簡単な工作の実例を3つ見ていきましょう。

ペットボトルを使った車

まずはモーターを使った工作の定番、車をご紹介します。ペットボトルを使うので、エコです。

用意するもの:モーター、電池と電池ボックス、竹串2本、ストロー1本、500mlのペットボトル2本(四角いものと丸いもの)、ペットボトルのキャップ4個、接着剤、キリ、ライターなどの着火装置

1. 丸いペットボトルの上部2/3くらいのところをカットし、さらに8等分に切れ目を入れます。その後、ライターなどで加熱しながらプロペラを作ります

2. 4個のキャップの中央にキリで穴をあけます。その後、四角いペットボトルの横幅に合わせてストローをカットし、2カ所に接着剤を使って取り付けます。四角いペットボトルに色を塗ったり、絵を描いたりするのもすてきです

3. 竹串の尖(とが)っている部分をカットし、片側のみを(2)で穴をあけたキャップを通して接着剤で接着します

4. ペットボトルにストローが接着したら、反対側のモーターを置く場所にサインペンなどで印を付けます。後でプロペラを設置するので、ペットボトルの後ろ側に印を付けましょう。また、ペットボトルを切って紙で作ったイスなどを付けると、よりかっこよくなります。また、重心を調整することも可能となります

5. モーターと電池ボックスを取り付けて、シャフトの部分に(1)で作ったプロペラを取り付けます

6. ストローに(3)で作ったタイヤの串を通し、もう片方に(3)と同様、キャップを串に接着剤で接着します

モーターの電源を入れると、プロペラが回転して風力で車が走ります。なお、後ろ側にモーターや電池があるので、その重みで前輪が浮いてしまう可能性もあります。その場合は座席部分におもりなどを入れて前輪が浮かないようにしましょう。

ペットボトル扇風機

次もペットボトルを使ったモーター工作です。扇風機は夏の自由工作にはぴったり。実用性も兼ね備えています。

用意するもの:モーター、電池と電池ボックス、銅線、500mlのペットボトル、薄くて細長いプラスチック材または木材2枚、はんだごて、グルーガン

1. まずはモーターと電池ボックスを銅線でつなぎます。モーターの部分ははんだごてで補強するとよいでしょう

2. 細長いプラスチック材や木材の端にモーターを、もう一方の端に電池ボックスをグルーガンで固定します。なお、後でモーターのシャフトにプロペラを付けますので、モーターはプラスチック材や木材の長辺に対して垂直になるよう取り付けましょう

3. ペットボトルを使った車と同じ要領で、ペットボトルをカットしてプロペラを作ります。なお、飲み口はキャップを着けたままにしておいてください。あらかじめキャップの中央にキリで穴をあけておくとよいでしょう

4. モーターのシャフトに(3)で作ったプロペラをグルーガンで固定します。手で持つ分にはこれでOKです。置いて使いたい場合は、台座になるようなものを電池ボックス側に取り付けましょう。

モノレール

最後はモーターを使ったモノレールです。モーターの仕組みだけでなく、プーリーなどのしくみも学べる工作です。

用意するもの:工作用紙6枚、ストロー1本、串1本、輪ゴム1本、ダンボール、モーター、電池、電池ボックス、接着剤、両面テープ、セロハンテープ、画用紙

1. 工作用紙で長方形状の車両の台紙を作ります。上部には7mmほどの切り込みを入れます

2. 車両のアームを2セット作ります。ダンボールを11cm×2cmにカットし、一方は先端を丸くします。4枚カットして、2枚重ねて接着します。キリで丸くしたほうに穴をあけ、3cmにカットした串を刺し、接着剤で固定します。

3. アームの丸くなっていないほうを(1)で車両の台紙に入れた7mmの切り込みに差し込み、接着します。その後、台紙の長辺のみを組みます。長方形状になると思います

4. 次に車輪を作ります。3cmにカットしたストローをさらに縦に1カ所切り、竹串を通して巻き付けてください。竹串くらいの細さになったらセロハンテープを巻き、いったん竹串を抜き、1.5cmにカットします。
ストローの端に5mmにカットした画用紙を巻き付けます。直径が1cmになるよう、長めに画用紙を用意します。
さらに、工作用紙を半径8mmに丸くカットし、中心にキリで穴をあけてください。その後、車輪の外側に工作用紙をあて、画用紙を巻き付けたストローを竹串で通して中心合わせをした上で、画用紙と工作用紙を接着します。なお、竹串は接着しないよう注意してください。これを2セット作ります

5. (4)で作ったもののうち、1個は後輪です。半径8mmにカットした工作用紙を、もう一方にストローを通して接着します

6. 次は動輪です。半径2cmにカットして中央にストローが入る穴をあけます。さらに半径2.3cmにカットした工作用紙を2枚用意します。こちらも同様に中央にストローが入る穴をあけます。そして(5)で作った車輪を外側に付けて、ストローを通して接着します

7. 車両のアームに(5)、(6)で作ったものを取り付けます。アームに取り付けた竹串に(5)の後輪と(6)の後輪を通します。その後、その外側に半径5~6mmに切った工作用紙を接着剤で竹串に接着します

8. モーターと電池ボックスを車両に固定した後に、フタを閉じれば車両は完成です。モーターのシャフトが動輪の横に位置するよう固定してください

9. 次に、レールを作ります。3cm幅に切った工作用紙を3枚用意します。3枚重ねて接着剤で接着しますが、真ん中の工作用紙のみ横に1cmずらしてください。レール同士をつなげる際ののりしろとなります。これを2セット作ります

10. カーブレールを作ります。これも作り方はレールと同じですが、接着剤を着けて貼り合わせた後に、カッターマットなどに書いてある直角の線に合わせて曲げ、接着剤が乾くまで待ちます。これは4セット作ります

11. 脚受けと橋脚を作り、脚受けをレールの内側に接着します

12. レールを環状につなげて、橋脚にセットします。その後、モノレールを外側につるし、モーターのシャフトとプーリーに輪ゴムを通して完成です

子供とモーター工作を行うときの注意点

いかがでしたか?ぜひ参考にしてモーター工作を親子で楽しんでみてください。さて、楽しいモーター工作ですが、気をつけないとけがをしたり事故が発生したりする危険性があります。ここからはモーター工作を行う際の注意点について解説します。

モーターの回転部に触れない

まずは電気を通しているときには回転部に絶対手を触れさせないようにしましょう。モーターのシャフトは高速回転しているため、何も取り付けていない状態でもけがにつながる恐れがあります。

もっと気をつけたいのはプロペラなどの物を取り付けた状態です。仮に回転しているプロペラを触ると皮膚が切れたり、最悪の場合指を切断したりする恐れすらあります。

子供はモーターの危険性がよくわからないものです。好奇心から回転している部分に触ってしまうことも考えられます。電気を通しているときには必ず付き添ってあげて、回転部に触れないよう注意してあげましょう。

また、服や髪の毛の巻き込みにも注意が必要です。工作物が飛んだり壊れたりして、思わぬ事故が発生する危険性もあります。回転部に顔や体を近づけすぎないよう注意を払うことが大切です。

モーターの熱に注意

モーターを作動させているときは熱が発生し、その温度は80℃にも達すると言われています。電気を通しているときは回転部分だけでなく、モーター本体にも触れないよう注意してください。やけどをする恐れがあります。

また、モーターは電源を落とした直後も熱を帯びています。モーターを交換する、外す場合はしばらく時間がたってからモーターを触るようにしましょう。

モーターをしっかり固定する

モーター工作をするときにはしっかりとモーターを固定しましょう。モーターを固定しないと正しく動かない、モーターが暴れて事故が発生する危険性もあります。モーターがはめ込める市販のキットなどを使うと安心です。

また、モーターのシャフトに取り付ける部品(車輪やプロペラなど)もしっかり固定しましょう。

工作で使う道具にも注意

これはモーター工作に限らないのですが、工作では先が尖(とが)ったキリや、カッター、はさみなどの刃物、ライターなどを使用します。こうした道具も子供にとっては大変危険です。工作をする際には必ず見てあげるか、刃物やキリ、ライターなどを使う場合は親御さんが手伝ってあげるようにしましょう。

モーターの端子やリード線を家庭用コンセントに差し込まない・改造しない

絶対にモーターの端子やリード線をコンセントに差し込まないでください。モーターが故障の原因となるだけでなく、火災や感電の危険性もあります。また、改造も同様に故障や火災、感電の危険があり大変危険です。

取扱説明書をしっかりと読んで、正しく使用しましょう。

モーターでかっこいい作品を作って、モーターについて学ぼう

モーターの利点は物を動かせること。作品が動くので、ワンランク上の工作が実現できます。きっと友達から注目されること間違いなし。モーターの仕組みも学べるので、お子さんにとって良い経験になるでしょう。しかし、作品が動くからこそ、注意すべき点もあります。安全に気を配って、親子いっしょにモーター工作を楽しんでみてください。

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