VFR400 NC21 NC24 ジェネレータ、レギュレータなどの発電系統について。 前回も質問させていただきましたが、

前回から引き続き回答します。 (予備知識) １．ジェネレーターについて ・中型車以上のバイクに使用されているジェネレーターは三相交流発電方式を採用しています。 また、発電した電力の送電容量及び構造の簡略化等、現在主流の発電方式となっています。 尚、当該ジェネレーターは車に採用している「オルタネーター」ではありませんので、電圧を調整するためのブラシ(接触子)による界磁電圧(ジェネレーターの発電コイルに起電力を与えるための磁力線を発生させる界磁コイルへ電圧を伝えるための接触子)は存在しません。 よって、必要な直流への変換はレギュレーターの仕事となりますので、ジェネレーターは単に発電しているだけで、そこには電圧制御等は無く、起こした電力を送電しているだけです。 ※発電した電力は、エンジンの回転数に比例した電圧と周波数を送電しています。 ２．レギュレーターについて ①レギュレーターの回路構成 ・三相全波整流素子 ・パワートランジスタ ・制御回路 以上となっています。 ②レギュレーターの動作特性 ・レギュレーターの主な仕事はジェネレーターで発電した交流電力を直流電力へと変換ですが、単に整流し送り出している訳ではありません。 そこには、アイドリング付近の回転数をコントロールするのと併せてバッテリーへの充電管理のための電圧を調整しています。 ③アイドリング付近の回転数の制御や電圧調整の制御方法について ※当該レギュレーターの制御方式は「ショート方式」を採用しています。 この「ショート方式」はジェネレーター側をあえてショートさせることでジェネレーター側の回転に負荷を与えアイドリング回転数付近をコントロールし回転を抑制させて回転数を安定させるのと併せて、バッテリーへの充電管理を行う電圧についても同様に調整されています。 また、ショートさせる電圧調整用の素子はパワートランジスタ(サイリスタやMOS-FET)を使用していて、ジェネレーターで発電した周波数に同期させた制御信号(ノコギリ状)の制御信号によって高速で開閉制御を行っています。 尚、電圧調整についても同様に制御を行う事で電圧についても調整されます。 ④「ショート方式」の動作内容 ・レギュレーターの動作で、アイドリング付近の回転数を調整する方法は上記で説明しましたが、そのショートをさせる影響でジェネレーター側の電圧は低いものとなっています。(約AC5～10V) その「ショート状態」ためにアイドリング時にジェネレーターに流れる電流は最大に流れる電流値の約70～80％にもなります。 また、アクセルを開け始めの時(約1500～2500rpm)はエンジンへの負荷を緩めて回転上昇を助けるためにレギュレーターの変換能力を落とします。(約14→13V) その結果、開け始めの瞬時に出力電圧が下がる現象が表れますし、その時にバッテリーの充電状況についてもを確認していると思われます。 尚、電圧の調整についても同様でパワートランジスタにて高速に制御されていますが、ノコギリ状の制御のため、電圧の波の高さ(波高値)はありますので、後は必要な電圧と電流に調整できるようにノコギリ状の制御を行う事で調整しています。 尚、取り出す電力が増えるとジェネレーター側のショート状態が緩和する方向で電圧が上昇します。 ※ジェネレーター側の電圧はレギュレーターからの出力電力(負荷の状況)に影響しますので、決まった数値とはなりません。 ⑤レギュレーターの動作形態 ・レギュレーターが発熱する原因はパワートランジスタと整流素子がどれだけ電流を処理したのかで決まります。 よって、余剰電力が熱に変化した訳ではありません。 尚、ジェネレーターで作り過ぎた電力はジェネレーターへ押し返すようにジェネレーター側をショート状態としてたくさんの電流を処理します。 また、回転が上がる事で増加した電流についても同様に必要な電圧を送り出しながら余剰電力をジェネレーターへとショートさせる事でおくり返している訳です。 よって、アイドリング時や走行直後はレギュレーターがかなり発熱する事となります。 以上 ３．ご質問の「１、今回使用している車用バッテリーですが、バイク用よりも容量が大きいようでした。（NC24は9ah、Fitのものは32ahでした）バッテリー電圧が上がらないのはこのためでしょうか？」について (回答) ・Fitのバッテリーへの接続方法がワニロ(ブースターケーブル含む)の影響でレギュレーターからバッテリーのターミナルまでの配線経路の抵抗が大きくなった事で電圧降下が発生し、レギュレーターからの電圧がバッテリーまでロス無く伝えることが出来ず電圧が下がったようです。 ※Fitのバッテリーへの接続は配線の太さ(断面積)8mm2以上を使用してターミナルへの専用端子にて接続をお願いします。 ※電圧降下の根拠はレギュレーター出力電圧とバッテリーターミナルの電圧の差異が あるためです。 ４．ご質問の「２、前回でも質問したのですが、2500rpmまでは電圧は上がるのに、それ以降電圧が下がってしまうのは何故でしょうか。レギュレータは回転数に応じて整流するようにできているのでしょうか？」について (回答) ・前回からの同様他となりますが、ジェネレーターが痛んだ事でレギュレーターが動作出来ず、回転を上げる事で増加した消費電力の影響でバッテリーからの消費が増える分電圧が下がったようです。 尚、レギュレーターの変換能力はエンジンの回転数に依存していません。 また、ジェネレーターから入力された発電電力容量以上の整流後の出力もできません。 よって、上記の(予備知識)のとおり、負荷側が要求する電圧と電流以上のジェネレーターからの発電容量が必要で、ジェネレーターの発電容量はエンジンの回転数に比例し、余剰電力はジェネレーター側から取り出さない構造となっています。 尚、レギュレーターからの出力電力が影響を受ける条件は、ジェネレーターからの発電容量が負荷側の容量を下回った場合のみとなります。 ※先ずは、ジェネレーターを交換して再度電圧の測定をお願いします。 ５．ご質問の「３、回転数を上げた際に、ジェネレータ側の3パターンが3vに揃うのは正常でしょうか？また、どういう仕組みから3vに揃うのでしょうか。」について (回答) ※回転数を上げた際にジェネレーターのパターンが3Vとなるのは「異常」です。 ・本来、ジェネレーターやレギュレーターが正常の時は予備知識の記載のとおりアイドリング時からレギュレーターの制御の関係でジェネレーター側を「ショート状態」として電圧がAC5～10V程度に抑制されます。 また、エンジンの回転数を上げた際に3Vとなるのは、ジェネレーターからの入力電圧がレギュレーターの動作電圧に到達したための抑制制御の動作ですが、それでも発電容量が少ないのと併せて、レギュレーターにも不具合があるためにレギュレーター内部で最大に抑制動作しているものと思われます。 尚、動作制御につきましては「予備知識」を参照ください。 ６．ご質問の「４、レギュレータ側の出力は＋とーが2つずつある並列なのですが、この時点で14vある状態で、そのままバッテリー側が14vにならないのはどういう仕組みなのでしょうか。」について (回答) ・カプラーやヒューズの接続端子などにある接触抵抗が、経年劣化等の影響で接触抵抗が増大し、流れる電流の影響によって接触部位に電圧が表れます。 その表れた電圧は電圧降下の原因となります。 (例として) ジェネレーターからの出力カプラーからバッテリーのターミナルまでの経路での回路抵抗 回路抵抗＝レギュレーターのターミナル＋ヒューズブロック＋バッテリーのターミナル端子＋ーアースのターミナル端子＋アース端子 回路抵抗＝0.2＋0.2＋0.1＋0.1＋0.1(Ω) 回路抵抗＝0.7(Ω) ターミナルの経路で発生する電圧降下は？ (ジェネレーターからのバッテリーへの充電電流5Aの場合) 電圧降下＝0.7×5 電圧降下＝3.5(V) ターミナルが14Vの場合のバッテリーターミナルへの電圧 ターミナル電圧＝14－3.5 ターミナル電圧＝11.5(V) 以上の計算が成り立ちます。 よって、接続部位で発生する接触抵抗の影響で電圧降下となり、最終的に伝える電圧が下がる事になります。 ※特にカプラーや接続端子に過熱の影響で焼けると接触抵抗はかなり増加する事となりますので、接続部位の接触抵抗増加はできるだけ取り除かないとバッテリーターへの充電電圧が確保できなくなります。 (実例) ・症状について ①アイドリング時のバッテリーターミナル電圧＝13.6V ②3000rpm時のバッテリーターミナル電圧＝12.8V ③走行中のウインカーの動作＝正常動作よりテンポが遅い及び表示が暗め 調整結果 ①アイドリング時のレギュレーター出力＝13.8V ②3000rpm時のレギュレーター出力＝電圧＝14.3V ③バッテリー用メインヒューズの接触抵抗＝1.2Ω ④メインヒューズの電圧降下＝1.4V ※バッテリーへの充電電圧が少なくなっていた原因はメインヒューズの経年劣化によりハンダ付けが傷んで酸化し接触抵抗が1.2Ωと増加することで電圧降下となり、バッテリーへの充電電圧が下がって充電不良の原因となっていました。 不具合箇所を改善し1.2→0.2Ωとなり3000rpm時のバッテリーターミナル電圧が14.1Vへと改善しました。 ・以上の事から、電力系統の接触不良はバッテリーなどへ過大な影響を及ぼしますので、配線や接続カプラーなどの接続部位は細心の注意が必要となります。 (次項①へ)