スーパーカブヘッドライトLED化の障壁 脈流とは?

最近、私的スーパーカブ110JA07のLEDがご臨終(*´ω`*)


メインのヘッドライトのハイビーム(ハロゲンH5)が切れたと同時に、
たぶん、過電流のため、


なんと、
リアのストップランプのLEDも 同じように切れる(*´ω`*)

ど〜〜〜も、
スーパーカブの12V直流電源って、
安定しない?= 脈流 が原因かと

ってな ことで、
スーパーカブの脈流について、ちょっと 調べてみました。

そして、この機会に、今後どのように、スーパーカブ110系のライトをLED化するこが、安全・安心・格安で LED化 できるのか?
考察してみました。

ネット上で 「スーパーカブ・脈流」で、検索すると、
同じような悩み=症状で 悩んでいる方が多いようで、

如何せん、
私的に電気の知識は、ゼロ
高校も普通科だし、大学もその系とは、縁遠い科目だったので^^;

以下、
サイト参照
長いので、興味のない方は読み飛ばしてくださいm(_ _)m

●スーパーカブ110(JA10)の電源波形について
https://ameblo.jp/supercub110ja10/entry-12288839186.html

スーパーカブ110 フロントのヘッドライトテールランプはエンジンを掛けないと点灯しませんし、アイドリング時はチカチカ明滅していますが、これは交流?


ネットでも情報が錯綜していますが、正解は「脈流」です。
もっとわかりやすく書くと交流ではなく、「直流」です。

発電機から出力される交流を半波整流という方式で直流に直しています。
今回はそれをちゃんと測定した話です。
バイクの灯火をLEDで自作したりする際、電源の素性がわからないと
そもそも回路の設計もできないません。

特にLEDの様に極性がある部品は厄介で、極性を逆に接続すると最悪壊れます。

そこで今回使用する測定器は「オシロスコープ」

以下、省略
結論として、
スーパーカブのテールランプやヘッドライトに来ている電圧は、
みごとな半波整流の波形です(交流の下半分ですね)

そして波形が下向き!!とということはアースに対して約-14Vが来ているということ。

発電機から出力される交流のプラス側はバッテリーの充電とか
プラスじゃなきゃいけない用途に使って

下側は極性関係ない
白熱灯(ヘッドライト、テールランプ等)に使ってる

ということで、少なくともJA10型のカブにおいて
ヘッドライト、テールランプ等に来ている電源をLEDに使用する場合は

・通常の接続とは±を逆に接続する
 LED等極性のある回路を接続する場合、回路の+側を車両のグランドへ
 -側をライン側へ接続すればOK

・交流ではないので正しい極性に接続して、耐圧に問題がないように
 回路を設計すれば、逆電圧が掛かることは無いはずなのでLEDが壊れることは無い。

おさらい
スーパーカブ110(JA10)の電源に関する現時点でのまとめ
https://ameblo.jp/supercub110ja10/entry-12295423456.html

・車両内部の電源は2種類ある
ひとつはバッテリーと接続された、いわゆる「直流電源」で、エンジンが停止していてもキーをONにすれば点灯する電球はこの系統です。

(FI警告灯、Nランプ、ブレーキランプ、ウインカー(インジケーター含む))
エンジン停止時はバッテリー電圧(14V付近)、エンジン始動中は発電機から充電が行われるため15V付近まで電圧が上昇します。
(以後便宜的に「直流系統」と呼称します)

もう一つは
バッテリーを介さない電源系
エンジンを始動したときのみ点灯する電球はこの系統です(ヘッドライト、メーターランプ、テールランプ、ナンバー灯)
アイドリング時はチカチカと明滅するので交流と思われがちですが、実際には直流が断続的に供給されている「脈流」です。

しかも
アースに対して
それよりも低い「マイナス」電圧が供給されています。
これは発電機で発生した交流の電力のうち、上半分(プラス側)は上記のバッテリー充電へ
下半分(マイナス側)はエンジン始動中常時点灯する電球に使用するという仕組みのためです
半波整流といいます)。
発電機で作られる電力を半分こして使い分けているということですね。
(以後「脈流系統」と呼称します)

ちなみに
「マイナス電圧」と言うとややこしいですが、LEDを点灯するだけなら
・相対的に電圧が高い方を(+)
・低い方を(-)
と考えればよいので、この場合

アースを「プラス」
-36Vが来ている線を「マイナス」
と見立てて回路を接続してやればOKです。

・具体的にはどのくらい電圧が発生しているのか?
LED化において、自作にせよ、既製品を使用するにせよ、どのような電力が車両から供給されるのかが判らないと、装着して大丈夫かどうかの判断ができません。
なぜならLEDには絶対最大定格という物があって、一定の電圧、電流を超えて使用すると壊れてしまうからです。
で、実際に測定を行ってみると

○直流系統に関しては
最大で+15Vの電圧が発生している。

○脈流系統は
エンジン回転を上げると最大で約-35~36Vの

電圧が発生している

ということが判りました。
直流系統の15Vに関してはテスターで測定すれば判りますのであまり問題はないでしょう。
問題は脈流系統です。
36Vって...」と驚かれる方もいるかと思います。

「だって純正の電球も「12V」って書いているし」
「テスターで測ったけどそんなに出てないよ?」という方もいらっしゃるでしょう。
それでは詳しく説明しましょう。

まず大前提として、交流、脈流に関してはテスターで測ってもLED回路の設計に必要な情報は得られません。
なぜなら、テスターで表示される電圧は

最大値ではく、「電圧を波形を均した値」だからです。

テスターで測定した数値を鵜呑みにして回路の定数を決めると、実際にはそれを超える電圧がLEDに印可され、壊れる...ということになります。

純正で装着されている電球については、この条件で使用されることを前提にした定格の部品が使われていると言うことだと思われます。

「電圧を波形を均した値」(実効値と言います)については一応計算式があって

交流をテスターで測定した時の測定値=電圧の最大値/√2
脈流(半端整流)をテスターで測定した時の測定値=電圧の最大値/2

ななります。

なので
テスターに表示された数値を元に、実際の最大電圧を推測することは出来ますが
上記の式は電圧の波形が正弦波の時のものであり、発電機の出力が必ずしも綺麗な正弦波とは限らないので
あくまで推測値ということになります。
そうなるとやはり正確な最大電圧を知るためにはオシロスコープ等の測定器が必要になってくるということです。
とはいうものの、オシロなんて持っている人のほうが遙かに少ない訳ですので
ここで上げた画像や数値が皆さんの参考になればと思う次第です(保証は出来ませんが...)

ということで

脈流で点灯している電球をLED化するには最大電圧「36V」で設計しなければならない

ということになります。

そして市販のLEDウェッジ球も、装着してすぐは点灯するかもしれませんが
ほぼ間違いなく早死にします(というか、した)。
長持ちしたとしたら、それはかなり運の良い状況だと思います。

特に電流制限にCRD(定電流ダイオード)ではなく抵抗を使っている場合は
完全アウトです。

とまあ、ここまで偉そうに書いてきましたが、私自身脈流でこんなに高い電圧が出ているとは夢にも思っておらず、事前にオシロで測定したにもかかわらず、波形だけ見て満足して数値のチェックを怠ってました。

そして勝手に15Vと思いこんで
自作したLEDランプがわずか数分で壊れる

という事態に至ってからやっとこさちゃんと測定して状況が判明した次第...
まったくもって間抜けな話です(ガックシ)。

とのこと、
まさに、
私的現状にマッチ(゚∀゚)


では、結論として、本題に戻ると、

どうすれば
スーパーカブ110を安全・安心 格安でLED化
できるのか?

私的結論として、

●最大36Vに耐えられるLEDを選択

●バッテリー直で、ヒューズ+独自のスイッチをつけて
装着

2択
Safego 27W LED 作業灯 車外灯 狭角30度タイプ LEDワークライト 汎用 スポットライト 9連 丸形 農業機械 6000K ホワイト

のスペックだと
動作電圧:DC 10-30V (12V-24V) 作業温

なので、
ヘッドライト直だと、切れる可能性=36Vに耐えられナイ
Safego 10W LED 作業灯/ワークライト 丸形 狭角 ワークライト LEDワークライト10W LED作業灯 DC 12V~65V兼用

 も、
動作電圧:DC 10-30V も 切れる可能性=36Vに耐えられナイ

やっぱ、
安全・安心・格安をめざし、
バッテリー直+フューズ

10W×2=20W÷12V≒2Aのフューズ
を2つ

27Wは、12V 3Aのヒューズを付け、

ACC で、 別口スイッチをつけるか?
未だ、結論が~〜〜〜〜(*´ω`*)

追伸

直流・交流可能なLEDJA10 のコントローラー部分を流用するか?
が、コストが〜〜〜(*´ω`*)


●スイッチを別口にしてバッテリー直結か?
操作が、めんど〜〜〜
だし、
バッテリーに負担が〜〜〜

未だ、悩み中(*´ω`*)
m(_ _)m

追伸の追伸
今回の、コロナ休暇を利用して、
ゆっくり 悩んでみます(*´ω`*)



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