小さなモーターを1個、電池で回して、AI先生に教わりながら電流と電圧を測りました。
やってよかったのは、モーターを回したら電気が発生すると知れたことです。回っているモーターは、電池と逆向きの電圧を出しています。この電圧が電池の電圧を打ち消すので、回っているあいだは電流が抑えられます。
測ってみると、軸を止めたモーターには 2.039A 流れました。回っているときは 0.117A です。回ることで、電流が 17分の1以下に抑えられています。電流が少なくてすむので、電池の消耗が抑えられて長持ちします。
おことわり
これは 716 という直径7mm・長さ16mmの小さなモーターでやった記録です。数字はモーターの種類でも、電池でも、測り方でも変わります。ご自分のモーターで確かめるときは、そのモーターの説明や型番をあたってください。
今回やったこと
使うのは、直径7mm・長さ16mmの小さなモーターです。
指先くらい小さいけど、小さなドローンを飛ばせるくらいの力はあるよ。
やることは3つです。
- モーターを回して、電流を測る
- 軸を止めてみる
- 電池を外して、風で回してみる
モーターにビニルテープを巻いておく
あとで温度を測るので、モーターにはあらかじめビニルテープを巻きました。
なぜですか？
ぴかぴかの金属は、まわりの熱を反射してしまう。さわらない温度計だと正しく測れないんだ。
だからテープを巻く。巻いたほうは、ちゃんと測れるよ。
回す前の温度を、先に測っておきます。25.9℃ でした。これで、あとで温度が上がったら、それはモーターが出した熱だと分かります。
回っているときの電流は 0.117A
電池ボックス（単3の充電池3本）とモーターのあいだに、テスターを入れます。
電池の＋ → テスター → モーター → 電池の−。ぐるっと一本道にするよ。
電流は、通り道の途中にテスターを割りこませて測るんだ。
テスターは、この電流を測れるものを使ってください。この実験では数アンペア流れます。mA（ミリアンペア）までしか測れない端子やレンジで測ると、中のヒューズが切れます。ご自分のテスターが何アンペアまで測れるかを説明書で確かめて、10Aの端子に挿してから始めてください。
スイッチを入れると、モーターが回りました。電流は 0.117A です。これが、何も付けずに回っているときの電流です。このあとの数字は、全部これと比べます。
プロペラを付けると 0.835A
モーターの軸にプロペラを付けて、もう一度回します。
電流は 0.835A になりました。
プロペラが空気を押すぶん、モーターは回りにくくなる。
仕事が重くなるほど、電流は増える。0.117A → 0.835A、およそ7倍だ。
電流が7倍になると、電池が減る速さもおよそ7倍になります。プロペラを付けて回すだけで、電池はそれだけ早く減ります。
軸を止めると 2.039A。回っているあいだは、17分の1以下に抑えられていた
プロペラを外して、回っているモーターの軸を止めてみます。
最初は指でつまみました。熱くて、つかんでいられませんでした。数字を読む前に離してしまいました。
指だと、数字を読む前に離してしまうね。道具でしっかり止めよう。
そこで、指のかわりにピンセットで軸を止めます。
軸を止めると 2.039A。回っているときは 0.117A。回っているあいだは、電流が17分の1以下に抑えられていました。
軸を止めると、抑えるものが無くなって、電流がそのまま流れます。電池は早く減り、モーターは熱くなります。
なぜ回ると抑えられるのかは、あとで分かるよ。
止めるのは10秒までにしてください。
止めるのは10秒まで。押さえ続けると、モーターが焼ける。
止めたあとの温度
止めた直後に、温度を測りました。
止めた直後の温度は 34.5℃。止める前は 25.9℃ だったので、8℃以上、上がりました。短い時間止めただけで、これだけ熱くなります。押さえ続ければ、モーターは焼けます。
測れるのは外側だけ。中のコイルは、もっと熱くなっているよ。
電池を外して回すと、電圧が出る
ここからは電池を外します。テスターを電圧に切り替えて、赤い線を「V」の穴に挿しかえます。モーターの2本の線にテスト棒を当てて、指で軸を回してみます。軸だけでは回しにくいので、プロペラを付けました。
テスターの数字が、わずかに動きました。0.01V です。電池をつないでいないのに、電圧が出ています。モーターは、回すだけで電気を作ります。
指で回すくらいでは、遅すぎるんだ。速く回すほど電圧は上がるよ。
LEDをつないで、風で回す
LEDの回で光らせた赤いLEDを、モーターの線にじかにつなぎます。電池はつないでいません。
まず、指でプロペラを回しました。LEDは光りません。
LEDが光るには、もっと高い電圧がいる。もっと速く回そう。
そこで、エアダスター（強い風が出る電動の道具）の風をプロペラに当てました。
プロペラが飛ぶことがある。顔は近づけないで。
光りました。風を少しずつ強くしていくと、1.6V あたりで光り始めて、風をいちばん強くすると 2.1V でした。
風で回して、電気を作る。風力発電と同じしくみだよ。
速く回すほど、出てくる電圧は高くなる。
電池で回っているモーターも、回っているあいだ、同じように電圧を出しています。これが、次の「なぜ」の答えになります。
なぜ、回ると電流が抑えられるのか
ここまでに測ったことを、つなげます。下の図は、再生ボタンを押すと動きます（34秒・音は出ません）。軸を止めているところから、回り出すところまでを描いています。
モーターは、回すと電圧が出たよね。
軸を止めているあいだは、その電圧が出ない。電池の電圧がそのまま届くから、電流は 2.039A 流れる。
軸を離すと、モーターが回り出す。回ると、電池と逆向きの電圧が出る。
この電圧が、電池の電圧をほとんど打ち消すんだ。
だから、電流は 0.117A まで下がる。
だから、回っているあいだは電流が17分の1以下ですんでいたんですね。
回り出すときは大きな電流がいるけど、回ってしまえば少しですむんだよ。
最後にひとつ。この「回っているモーターが出す、電池と逆向きの電圧」には名前がある。逆起電力（ぎゃくきでんりょく）っていうんだ。
もっと詳しく知りたくなったら、この言葉で調べてみて。
だから、どうなるか
- 回っているとき：逆向きの電圧が出る → 電流が抑えられる（0.117A） → 電池の消耗が抑えられて、長持ちする
- 止まったとき：逆向きの電圧が出ない → 電流がそのまま流れる（2.039A） → 電池が早く減り、モーターが熱くなる（34.5℃）
ドローンを作るうえで、これが何を意味するか
- ふつうに飛んでいるあいだは、モーターが回っているので電流が抑えられます。電池の消耗も抑えられます
- プロペラが草や髪にからんで止まると、電流が抑えられなくなります。そのモーターには 2A以上 が流れ続けます。モーターが焼ける原因です
- ドローン用の電池は単3電池より力があるので、止まったときの電流はもっと大きくなります
次回は、このモーターをマイコンから動かします。
同じことをやってみたい方へ
順番はこれだけです。
- 電池ボックス → テスター（10Aの端子）→ モーター → 電池ボックス と一周につなぐ
- スイッチを入れて、数字が落ち着いてから電流を読む
- ピンセットで軸をつまんで止めて読む。10秒で離す（指でつまむと、熱くて持っていられません）
- 離した直後、さわらずに測れる温度計をモーターに向ける（モーターにはビニルテープを巻いておく）
- 電池を外し、テスターを電圧に切り替えて（赤い線は「V」の穴）、モーターの線に当てたまま手で軸を回す
- その線にLEDをつないで、風で回す（指で回すだけでは光りませんでした）
mAの端子では測らないでください。ヒューズが切れます。電流を測るつなぎ方のまま、テスト棒を電池の＋と−にじかに当てないでください。ショートします。プロペラを付けた状態で軸を止めるのも、やめておいてください。
使ったもの
| 物 | 私が使ったもの | 値段のめやす |
|---|---|---|
| モーター | 716 コアレスモーター（直径7mm・長さ16mm・軸0.8mm）4個入り・プロペラ付き | 約1,200円 |
| プロペラ | 31mm 3枚羽・軸の穴0.8mm・12枚入り | 約1,800円 |
| 電池ボックス | 単3×3本・スイッチ付き・リード線付き | 約500円 |
| 電池 | 単3の充電池（エネループ）3本 | 手持ち。乾電池でも回りますが、数字が安定しません |
| LED | 赤色LED。光り始めが約2V、流せる電流の上限が30mAのもの（LEDの回で使ったのと同じ） | いろいろ入った詰め合わせで数百円 |
| ワニ口クリップ付きコード | 両端がワニ口になっているもの | 数百円 |
| テスター | MAYILON HT118E（10Aの端子で測定） | 10Aまで測れるものなら何でも。値段は幅があります |
| 温度計 | 非接触の放射温度計 | 約2,000円 |
| ピンセット | 先の細いもの。軸をつまんで止めるのに使いました | 手持ち |
| ビニルテープ | 温度を測るほうのモーターに巻きました | 手持ち |
| エアダスター | HiKOKI RA12DA（風の強さを変えられるもの） | LEDを光らせるところで使いました。電圧が出るのを見るだけなら、指で回すだけでも足ります |
テスターと温度計とエアダスターを別にすれば、この回のために買ったのは3,500円ほどです。
