レギュレータとは (バイクバッテリー初期不具合の原因?)

レギュレータとは (バイクバッテリー初期不具合の原因?)

レギュレータとは

レギュレータとは正式に[レギュレート・レクチファイア]という名称のパーツで、整流と電圧制御が主な役割となります。元々は別々のパーツだったのですが、現在では一体化されています。

レクチファイア

ジェネレータ(交流発電機、ホンダのバイクは三相交流(単相×3)が多いようです。)で発電された電気は交流で、そのままでは利用できないので、直流に直す(整流)必要があります。この整流を行うのがレクチファイアです。

レギュレータ

整流されて電気を直流にしましたが、ここで得られた直流は電圧も電流も不安定で、そのままの状態でバッテリに流すとバッテリが壊れてしまいます。なぜかというと、ジェネレータからの電圧は完全にエンジン回転数に依存していますので、回転数が上下すれは当然ながら電圧が変動いたします。レクチファイアは単純に整流するだけの役割なので、電圧を変動を抑制する機能はついておりません。ここでレギュレータの登場です。レギュレータはバッテリーに供給しても問題ない範囲に電流電圧を制御します。

右上の図をご覧下さい。

縦軸にバッテリ端子間電圧、横軸にエンジン回転数が割り当てられています。回転数が低いうちは充放電がバランスしていて、電圧が変化しません。スロットルを開け、ある程度回転数が上昇すると、発電量が消費量を追い越し端子間電圧も上昇します。そのままスロットルを開け続けると電圧もどんどん上昇します。そのまま上昇しつづければ、バッテリーの充電可能電圧をオーバーしてしまうので制限電圧を設定し、それ以上の電圧がバッテリーにかからないようにします。

この流れを示したのが青色のラインです。

制御電圧を設定してバッテリーに流れる電圧を制御しても、ジェネレータから来る電力はどんどん増加していきますから、これをどうにかする必要があります。そこで、バイクに搭載されているレギュレータは、この電力を熱に変換して空気中に捨てているのです。バッテリ端子間電圧を正常な範囲(緑色のラインの範囲)に制御しつつ、余分な電力を熱に変換して捨てる事が、レギュレータの役割となります。

レギュレータが故障する原因

メーカーのサイト等を調べても、メーカーに直接質問をしても、明確に原因を教えてはくれません。時には「半導体による無接点制御なので、基本的に消耗する事はない」などの返答がくる場合もあるそうです。しかし、実際にはレギュレータは故障(パンク)するんです。人によっては3車種所持していて各一回ずつ故障を経験した方もいらっしゃいます。「偶発的な症状・・」という説明を真に受ける事はできません。実際には、パーツ交換をすると改善される場合がほとんどなのですから。

あと、レギュレータの故障(パンク)は大排気量車より中小排気量車に多く発生している事、シートカウル内という換気されにくい場所に取付けられている事、改良型と言われるものはヒートシンクが追加されている事がわかっています。

このことから考えても、「レギュレータの故障の原因は熱である」ことが簡単に予測できますね。

レギュレータが余剰電力を熱に変換したあと放熱している事は上記説明にも書いていますが、この時の冷却方法は空冷です。熱を受け取るのはシートカウル内の空気ですが、積極的な換気対策はされていません。よって、レギュレータからの放熱が続くとカウル内の温度はどんどん上昇するでしょう。そうなると、レギュレータの放熱効率がどんどん悪くなり、排出できない熱がレギュレータ内に溜まります。そして、熱が溜まり続けると、最終的には半導体の耐熱温度を超えて壊れる結果となるのです。また耐熱温度を超えないまでも、それに近い状況が頻繁にまたは繰り返し発生すれば少しずつ劣化し、最終的に故障する事は十分考えられます。

高回転域を使う頻度の高い中小排気量車の方が故障が頻発するのも納得できますね。

レギュレータが故障すると、どうなるの?

レギュレータが故障(パンク)すると、瞬間的には200ボルト以上の高電圧が流れます。こうなると以下のような現象が発生します。

正常な充電ができなくなります。
制限電圧以上の電圧が流れるので、頻繁にヘッドライトバルブが切れるようになります。
バッテリー性能が短期間で著しく劣化し、頻繁に上がってしまいます。
開放型バッテリーの場合は、セルモーターが故障したり、信号待ちなどで異臭がします。
そのまま放って置くと正常なバッテリーにまで被害がおよび、すぐに寿命が尽きてしまいます。

レギュレータの故障対策!

レギュレータが故障(パンク)する原因が熱である事がわかっていますので、レギュレータから出来るだけ多くの熱を継続的に放熱すれば、故障の対策ができますね。

A、ヒートシンクを取り付ける。

主にメーカーがこの方法をとっています。個人でヒートシンクを取り付けるのは難しいですが、熱伝導率の高い銅版などをレギュレータとフレームの間に挟み込めば、放熱面積も広げる事ができますね。表面積を増やすと更に放熱効率が上がります。

B、強制冷却ファンを取り付ける。

冷却を自然対流に頼らず、強制的に空気を吹き付けて放熱効率を上げます。冷却ファンの取り付けスペースと電装系への加工が必要となりますね。原理はCPUクーラーと同じ要領です。

C、外気を取り入れるダクトを取り付ける。(最も効果的です)

上記の対策はもちろん効果的なのですが、積極的に換気されていないシートカウル内の熱が上がりきってしまったら、意味がありません。そこで新鮮な外気をシートカウル内に取り入れてレギュレータの冷却効率を維持するわけです。ダクトの設置場所さえ良ければヒートシンクや冷却ファンによる補助は必要なくなってしまう程の効果が期待できるでしょう。

複合的な対策をしてもレギュレータの故障(パンク)を完全に防止する事は難しいですが、対策しないよりはずっと効果が期待できます。その他、「車検ごと」など期間を決めてレギュレータを定期交換するという方法をとれば、より確実にトラブルを回避できることでしょう。