| 研究実績の概要 |
直流発電機の動作原理を解説する際, 電機子反作用はわかりやすく説明することが難しい現象のひとつである. それは回転運動に連動して発生する電流の流れ, および磁束変化を3次元で捉える必要があるためである. そこで現実世界で見えない電流, および磁束の動きを3次元で可視化したAR教材の開発を行った.
電機子反作用を3次元動画で表現するために3DCGソフトウェアを使った. 電流は導線を進行方向に垂直な縞模様とし, 模様を動かすことで流れを表現した. 磁束も同様に進行方向と垂直な縞模様で表現し, 模様を動かすことで表現した. 磁束は回転機構部全体で発生するため機械構造が見えなくなる. そこで透過率を調整することでこの問題を回避した. 回転に必要なトルクはフレミングの法則が作用している導線部に矢印を描くことで表現した. 向き, および強さはそれぞれ方向, 長さで表現した. さらに電機子反作用による影響として整流子から火花が発生する様子, 補極を設置することで磁束の傾きを修正できる様子も重畳表示した.
AR教材の開発により電機子電流により磁束が発生し, 主磁束と干渉することで主磁束が傾く様子を回転運動のなかで見ることができるようになった. 火花が発生するまでの過程も表現されているため明確な説明が可能となった. このことは電機子反作用を解説する際AR教材を利用することは学習者の理解の支援に寄与できることを示唆している. よって今後「直流分巻電動機・発電機の特性実験」の単元で本AR教材を使い教育効果を確かめていく必要がある.
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