電気装置の基本を解説!〜ダイオードの種類と充電装置の構造〜

オートバイの仕組みと整備
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  皆さんこんにちは。aohitoです。

 前回は始動装置と排気系統の話をしました。

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 今回はバイクの各部を動かす電気装置と、それを充電する装置の基礎的な解説になります。

 それではいきましょう!

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電気装置

 オートバイには様々な電気部品が使われていますよね。メインの部分としてはエンジンをかける始動装置、スパークプラグに火花を飛ばす点火装置、バッテリーを充電してくれる充電装置などです。

 他にもヘッドライトやウインカーを光らすのは電気です。最近では特にスマホやナビ、ドラレコの普及があり、アクセサリー電源等の需要も増してきています。

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スマートなのと価格は良いですね。車種によってはクランプするスペースが無く、取り付け出来ないかもしれませんが、初心者でも比較的簡単に取り付けできるタイプだと思います。

 なので、オートバイにはなくてはならない部分なので簡単な所だけでも理解しておきましょう。

 一般的にエンジンの電気装置として半導体が使われています。半導体とはガラスのようにほぼ電気を通さない不導体(絶縁体)と金属のように電気を通しやすい導体の中間に位置する物体です。性質としては…

①温度や光、音や圧力によって電気抵抗が増減する

②少量の他の原子を加えると抵抗が変わったり、電流を流すと発光したりする

 といった性質を持っています。

電気が流れるとはどういう事か

 そもそも物質中を電気が流れるということはどういう事でしょうか?

 これは、物質を構成している原子がもっている電子が物質中を移動する事をいいます。

 つまり、電気を通しやすい金属などは自由に動き回れる自由電子を多くもっているので、電気が通りやすいです。逆にガラス等の絶縁体は自由電子をもたない為に電気が通らないのです。

 では、その中間に位置する半導体はどうでしょう?

 これは前述したように、温度や光、音や圧力によって抵抗値が変わるので、これらのエネルギーを加えると電子が自由電子となり電気を通しやすくなるのです。当時、何も知らない私がこれを習ったときはびっくりしました。世の中こんな不思議なもので作られているのかと。(笑)

 電気というのは目には見えないので、始めは抵抗感があるかもしれませんが仕組みがわかってくると非常に面白いものだと思います。

 続きます。電子が自由電子となったということは元々電子がいた席がぽっかり空いてしまいます。その空いた席を正孔(ホール)といいます。正孔とはつまり空席だと思って下さい。

 席が空いていると隣の電子が移動しやすくなるので隣から隣へとどんどん電子の移動が起きます。この現象も通電の度合いの要因の一つです。このように電子が不足し正孔が多くあるように作られた半導体をP型半導体といいます。又、自由電子が多くあるように作られた半導体をN型半導体といいます。

 以下に挙げるものはこのP型とN型を組み合わせて作られた半導体で、それぞれの特性を活かして回路に組み込まれているものです。

ダイオード

 P型半導体とN型半導体を組み合わせたものです。電気が流れやすい方向があり(順方向)、逆側から流すとほとんど電気を流さない(逆方向)という特性を持っています。なので、交流を直流にする整流回路に用いられます。

ツェナーダイオード

 基本的には上記のダイオードと同様に電気が流れる方向が決まっているのですが、こちらは逆方向からでも、ある一定の電圧(ツェナ電圧)を加えると急激に電流が流れだし、ダイオード間ではそれ以上の電圧にはならないという特性を持っています。それを活かして定電圧回路や電圧検出回路などに用いられます。

発光ダイオード

 別名LED(Light Emitting Diode)。

 こう言えばスグわかるかと思います。順方向に電圧を加えて電流を流してあげると光ります。車両の状態を搭乗者に教えてあげるインジケーターランプなどに使われていますが、今ではヘッドライトやウインカー、テールランプなど様々な箇所に使われるようになってきました。長寿命で消費電力が少なく、熱を持ちにくいという特性から、オートバイだけでなく身の回りの『光』にどんどん採用されてきていますね。

ホトダイオード

 P型半導体とN型半導体をくっつけたものです。逆方向に電圧を加えておき、光を当てると電気が流れだすという、一体誰が考えたのだろうという代物です。(笑)

 流れる電流の大きさは光量に比例するので、光信号を電気信号に変えたい時に用いられます。

トランジスタ

 N型半導体をP型半導体で挟んだもの、もしくはP型半導体をN型半導体で挟んだものです。3つの部分それぞれに線が繋がっていて、真ん中の部分をB(ベース)片側をE(エミッタ)C(コレクタ)といいます。

 ベースからエミッタ、もしくはエミッタからベースに流れる電流(ベース電流)を制御する事で、エミッタからコレクタ、もしくはコレクタからエミッタに流れる大きな電流(コレクタ電流)を制御します。このような特性から、増幅回路や発信回路、スイッチング回路に用いられます。

ホトトランジスタ

 基本的にはホトダイオードと同じ働きですが、トランジスタの性能を持たせてあります。

 つまり、ホトダイオードは光量によって出力が増減しますが、変化自体は非常に小さいです。それをトランジスタによって増幅させているという事です。

サーミスタ

 半導体の“温度によって電気抵抗値が変化する”といった特性を活かした素子です。

 温度上昇と共に抵抗値が減少するのが負特性サーミスタ、逆に抵抗値が上昇するのが正特性サーミスタです。一般的には負特性サーミスタがよく用いられているようです。

 この温度によって敏感に抵抗値が変わる特性から回路の温度補填や温度測定に用いられます。

IC

 集積回路です。数ミリメートル角の基板上にダイオードやトランジスタが作られているので、非常に小さく、接点による接続不良も少ないです。又、消費電力も少ないという特性があります。

 

 このあたりがよく使われている半導体になります。自分でウインカーやヘッドライトを交換したり、新たにACC電源を追加したいなどの場合に何となくでも頭に入っていると、回路図をみても混乱せずに“わかった上”で作業ができるので便利かと思います。

バッテリー補足

 バッテリーは皆さん大体わかると思いますが、前回に続きもう少し細かく説明していきます。バッテリーの働きとしては、電源として各部に電気を送る事です。ただ、エンジンが掛かった状態ではオルタネーターから電気が供給され、同時にバッテリーの充電も行われます。

 なので基本的にはその電気とバッテリーで各部の電気部品が働くので、バッテリーが一番活躍するのは始動時となります。始動時が一番負荷がかかり大電流が必要とされるので、ここが一番バッテリーが消費するポイントです。

・充電

 放電の逆の作用ですね。放電によって硫酸鉛に変わった極板から硫酸が分離して元の比重に戻ることです。

充電装置

 前述の通りバッテリーだけで長時間、各部に電気を送ることは不可能です。なので、この充電装置というのは必要不可欠なわけです。エンジン始動後、バッテリーを充電し、各電気装置に電気を供給する役割を果たしています

構造

 構成としては、バッテリー、イグニッションスイッチ、オルタネーター(ACGと言ったりもする)です。

 オルタネーターがベルトを介してエンジンにより駆動され、回転することで発電が行われます。

 発電された電気は交流(AC)なのでダイオードによって整流されて直流となり、バッテリーの充電、各電気部品への電力供給を行っています。

 オルタネーターの発生電圧はエンジンの回転数によって増減するので(高回転であるほど高電圧を発生)レギュレーターによって電圧を規定値内になるように制御しています。

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もしもの時の充電器。個人的には、バイクに乗るなら一台は持っておきたいアイテムだと思います。

各部名称と働き

ローター

 ローターコア、ローターコイル、シャフト、スリップリング、などで構成されています。ベルトによって回される部位ですね。スリップリングを通して、ローターコイルに電流を流します。すると、ローターコアが磁化される仕組みになっています。一般的には前後に冷却用のファンが取り付けられています。

ステーター

 ステーターコア、ステーターコイル等で構成されています。ステーターコアは薄い鉄板を重ねて作られていて、ローターを囲うように組付けられています。この、ステーターとローターによって発電されているのです

ダイオード

 ダイオードは一方向には電流が流れ易く、逆方向には流れにくいという性質をもっているので、この特性を活かして交流を直流にする(整流)役目を担っています。

 次回、充電装置、点火装置に続きます。

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 ここまで読んで頂き誠にありがとうございます♪

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