手巻き3極モーター搭載 電動カ―を作りました。

【2022年12月 小学4年時の実験記事】
モーターの電機子コイルを手で巻いて3極モーターを作り、3極モーターの原理を学びつつ、組み立てた3極モーターで、自作の電動自動車を作り走らせるという、夢のような科学教材キットが在りましたので、早速、3極モーターを組み立て、電動自動車を作りました。
更に、ラジコン機器を搭載して、ラジコンカーにするという魔改造にも挑戦しました。

これが三極モーターと電気自動車を作るキットです。
ダイワ科学工作シリーズ「3極モーター応用　自動車工作セット R-Ⅱ」です。
3極モーターの自作と原理の理解が目的のキットですが、自動車模型部分も良く出来ています。
左写真は、ダイワ科学工作シリーズ「3極モーター応用　自動車工作セット R-Ⅱ」です。
中央写真は、自動車工作セットの完成イメージです。
右写真は、自動車工作セットに含まれる部品全部です。

　　

三極モーターと電動自動車を作るキット

「3極モーター応用　自動車工作セット R-Ⅱ」の駆動部分（写真左）と、完成した全体（写真右）です。
前輪には、方向制御機構があります。
後輪には、単純ですがデファンレンシャル（差動）機能があります。
走行輪と3極モーターの接続は、ゴムベルト（輪ゴム）と、歯車による駆動方法の両方を実験できるようになっています。

　　

電機子を組み立てます
最初に、心臓部である、三極モーターの回転部分「電機子」を作ります。

整流子の取り付けとコイル巻き
三極モーターの回転部分「電機子」を作ります。既に、以下の写真では「整流子」を取り付け済です。
左写真は、コイルを巻く前の電機子です。
右写真は、コイルを巻いた後の電機子です。鉄芯と、このコイルで電磁石になります。

　　

「電機子」にエナメル線を巻いてコイルにします。
三極モーターの回転部分「電機子」の素材部分にエナメル線を巻いて、コイルにします。
3極モーターなので、電機子のコイルを巻く部分は3カ所、配線する整流子も3個在ります。
巻きはじめと、巻き終わりのエナメル線と「整流子」との結線方法を説明します。
左写真は、エナメル線の巻きはじめ部分です。
右写真は、エナメル線の巻き終わり部分です。
整流子とコイルの配線、どの部分にコイルを巻くかを、間違えやすい場所なので、指導テキストを良く見てコイルを巻いて、結線します。
配線や巻き方を間違えても、落ちるいて、もう一度、巻きなおす事ができます。

　　

車体になる木の板の加工と軸受けの取り付け
車体になる木製の板です。左側に前輪、右側に後輪を取り付けます。
キットに付属している木製の板は、長方形の板なので、左側の前輪を取り付ける部分を、小さいのこぎりでL字型にカットしました。
車体になる木製の板の形を加工した後に、左側に前輪を取り付ける金属板の軸受けを、右側に後輪を取り付ける金属板の軸受けをネジとめしました。
この軸受けが進行方向（中心線）の対して曲がって取り付けてしまうと、自動車が真っすぐ走れませんので、中心線を書いて、三角定規なを使って、進行方法に真っすぐに取り付けます。

　　

3極モーターと、車輪、電池ボックスの取り付け
車体になる木の板に、組み立てた3極モーターと、前輪、後輪、電池ボックスを取り付けて、配線を行うと完成です。
前輪は、左右の車輪を連動して方向を変える方向制御機構があります
後輪には、単純ですが左右の車輪の回転数を変えるデファンレンシャル（差動）機能があります。
このまま走らせて楽しむ事ができますが、手巻きした3極モーターは、力不足でゆっくりしか走りません。
車体の機能は、良く出来ているので、走行用モーターのパワーアップと、ラジコンメカの搭載で、ビュンビュン走るラジコンカーへ、魔改造する事にしました。

　　

ラジコンカーへの魔改造開始
以下の写真が、ラジコンカーとして魔改造するために使用したラジコンメカです。
写真左から・・・
ラジコン送信機：KO MC-8　　指で操作した通りのラジコンの電波を送信します。
ラジコン受信機：KO MR-8　　ラジコンの電波を受信して、サーボモーター等を動かします。
方向制御：KO PDS-2503サーボモーター　 送信機のステックと同じ動きで車輪を動かす比例制御モーターです。
モーター制御：KO MD-1　電源と駆動モーターの間で電流を制御して、ラジコンカーの走行速度を可変します。なんと、ブレーキや後進も出来る、電動自動車用の凄いコントローラーです。

　　

実物で部品配置を決めます。
搭載する機器が決まったので、どのように搭載するか、車体に機器を仮置きするなどして、全体構成を思案中です。
実物の部品で大きさや、取り付け位置を試してみるのが簡単で早いと思います。

　　
サーボとステアリングをつなぐ機構を自作
ラジコ化の追加機能として、重要なサーボとステアリングをつなぐ機構を自作して追加しました。
針金を曲げて、サーボモーターと、前輪の方向を決める操縦系とをつなぐ針金「ロッド」を作っています。

　　
前輪ステアリング部分とサーボモーターの接続
左写真は、前輪のステアリング部分と、方向制御用サーボモーターの接続部分です。
この電動カーキットには、元からステアリング制御機構が在ったので、その部分にラジコンサーボからのロッドを接続して、簡単に方向制御できるように加工できました。
右写真は、搭載メカの全体配置です。走行性能が良くなるように、全体的に後輪側に重量配分が多くなるように電池の位置を考えました。

　　　

3極モーター版のラジコンカーが完成
ラジコンカーに必要な、受信機、サーボモーター、走行モーター制御用のアンプを搭載して、ラジコンカー化が完成しました。走行用のモーターは、まだ、コイルを手巻した、力が弱い、3極モーターを使用しています。

　　

使用したラジコン送受信機の紹介
3極モーターではパワーが小さいので、モーターをマブチ260モータにパワーアップして、更に、高速走行が出来るラジコンカーに魔改造しました。
前輪の方向制御機構は、オリジナルのままで、サーボモーターにより方向制御しています。
電子制御で、駆動用モーターの速度制御を行っています。

　　

強力なマブチ260モータにパワーアップ
走行用モーターを、手巻きの3極モーターから、強力なマブチ260モータにパワーアップしています。この後に、車体の木の板も大改造する事になります。

　　

車体構造も改善
ラジコンカー化するために、既存の車体の木の板から、自分で考案した車体を木材で新規製作しました。
車輪を取り付ける部分は細い車体にして、電池とラジコン機器を載せる部分を幅広の車体にしています。

　

LEDによるヘッドライトを追加
オリジナル改造として、ラジコンカーの前部にLEDによるヘッドライトを付けました。
車体の木の板も、オリジナルでは無く、魔改造用に新しく製作しました。

　　

初走行でぶっ飛び走行！
夢の図書館/マイコン博物館の屋上で、ミニ三角コーンを置いてレースコースを作り試運転しました。
三極モーターに比べて、マブチ260モータは、凄く早く走行できました。

電動自動車作りとラジコン魔改造の感想
今まで既製品のラジコン自動車などを操作して、遊んできたけど、自分で一から作り、操作するまでの楽しさも分かったのでいい経験になりました。

おまけ
タミヤのバギー工作基本セットもラジコン化できました。
ラジコンの送受信機が手元に在ると、応用が広がります。

【この記事は、2022年12月17日 小学4年生の時に行った実験記事です。】

お知らせ
この記事で紹介した、ダイワ科学工作シリーズ「3極モーター応用　自動車工作セット R-Ⅱ」は、とても良い教材ですが、現在、品切れで入手困難な状況です。
ハイテックラボでは、参加する子供達の技術学習用に、このキットの若干の在庫を持っています。