regolatore di tensione shindengen SH541G, di serie su BMW F800

come funziona il regolatore di tensione di una moto e come modificarlo per aumentarne l'affidabilità

Su tutte le moto che ho posseduto (poche ma buone) c'era sempre questo componente elettronico misterioso, tutto alettato, che sapevo essere il regolatore di tensione.

Il fatto che fosse alettato faceva capire che doveva scaldare e quindi raffreddarsi per non rovinarsi, ma cosa c'era da regolare nella tensione della moto e perchè doveva scaldare?

Tutte queste domande hanno ricevuto risposta il giorno che ho dovuto metterci mano, perchè apparentemente aveva smesso di funzionare, non arrivava più corrente, o meglio sembrava arrivare ma la batteria non si ricaricava più.

Li ho capito che il volano magnete genera una tensione che non sono i 12V canonici, ma una energia il cui valore cambia in base ai giri del motore.

La tensione può variare dai 20V al minimo, fino a oltre 100V a regimi elevati, povero impianto elettrico se ci arrivassero diretti!

Quindi il regolatore fa un po' il lavoro di un trasformatore, ma in modo variabile, visto che varia continuamente la tensione in ingresso, e poi deve anche trasformare la corrente alternata in continua.

A questo punto delle mie considerazioni ho deciso di mettere mano al regolatore di tensione defunto per capire come fosse fatto:

 

 

regolatore di tensione di serie, si notano il corpo alettato, le 3 fasi alternate (gialle) e le uscite regolate (+ rosso - verde)

cosa c'è dentro?

Bene, il regolatore non funziona più e io voglio capire cosa si è rotto. Come spesso accade con i componenti elettronici, è stato tutto annegato nella resina.

Non c'è problema, la sciolgo con un prodotto chimico, tanto non c'è più molto da perdere e voglio vedere come hanno realizzato i due stadi che lo devono comporre, quello che raddrizza la corrente alternata e quello che la mantiene stabile a 13-14V nonostante il continuo variare degli ingressi provenienti dall'alternatore.

regolatore aperto: 3 fasi entrano in un raddrizzatore, poi un piccolo circuito comparatore da l'impulso a tre triristori perchè effettuino un cortocircuito a massa (sugli avvolgimenti dello statore) ogni volta che la tensione in uscita supera la soglia dei 14v. Un sistema un po' rozzo, infatti poi scoprirò che non era morto il regolatore, ma lo statore a monte di tutto!

qualcuno più pazzo di me ha fatto i raggi a questo regolatore e si capisce ancora meglio la struttura delle 3 fasi raddrizzate in due rami di corrente continua, poi regolati col metodo "SHUNT" attraverso 3 SCR controllati da un circuitino comparatore

prime considerazioni

Senza essere un esperto di elettronica, la prima impressione che ho ricevuto da questa soluzione tecnica è che sia una bestialità.

Voi mettereste a massa tutto l'impianto elettrico di casa da 3,5KW quando vi servono solo 60W per accendere una lampadina in camera?

Io no, ma su tutte le moto il principio di funzionamento è questo, l'energia che serve passa e quella di troppo viene dissipata in calore sullo statore e sul regolatore stesso. Quindi si consuma anche benzina inutilmente per generare una tensione elevata di cui poi ci si deve sbarazzare in qualche modo per non danneggiare lampadine, centraline ecc...

E ne fanno le spese generatore e regolatore, che lavorando sempre al massimo delle loro possibilità avranno vita breve, a volte anche molto breve.

Ho cominciato a informarmi sulle possibili soluzioni alternative.

regolatori di tensione evoluti

Ho scoperto che oltre a questi regolatori di tensione a triristori (SCR) esistono, prodotti dalla stessa azienda giapponese leader di mercato (Shindengen), dei regolatori a MOSFET, che realizzano una regolazione più efficiente e sono più robusti in quanto, usando MOSFET invece che SCR, semplificano da una parte il layout del circuito rendendo necessari meno componenti interni e dall'altra funzionano in modo diverso, meno critico per le temperature.

Un regolatore a mosfet scalda molto meno e regge amperaggi più alti, quindi è idoneo all'uso con generatori più generosi, come quelli usati su moto più accessoriate rispetto a ciclomotori, scooter e motoleggere.

La sigla tipica è FH0xx mentre quella dei modelli a SCR è SHxxx.

Uno dei più usati/noti è il modello FH020 poi aggiornato in FH012, ma esistono altre varianti sempre a mosfet ampiamente diffuse su grosse moto giapponesi (FH011, FH008, FH014 ecc..)

cambiano sostanzialmente gli amperaggi massimi di targa e il tipo di cablaggio (che comunque rispetta sempre lo schema 3 fasi in entrata e 2 poli in uscita).

Sul web ci sono molti forum in cui se ne parla e rivenditori che lo distribuiscono, avendo fiutato il business sull'utilizzo di questi ricambi originali qualitativamente superiori.

Mi sono subito dato da fare e ho trovato il mio regolatore a mosfet nel mercato dell'usato per 30€. Un FH011 da 50A (il mio generatore da 400w ne eroga meno di 30) molto generoso nella alettatura, proveniente da una Yamaha R1.

Adattamento del regolatore FH011AA al cablaggio originale BMW, tagliati i fili dal vecchio regolatore basta terminarli con dei faston da inserire nei poli corrispondenti

eccolo montato sulla staffa originale della moto, provvisoriamente ho usato delle fascette perchè è molto ingombrante rispetto all'originale e non si possono usare i fori originali delle viti di fissaggio

tutto bene ma....

A questo punto lo statore nuovo e il regolatore mosfet facevamo bene il loro dovere, avevo sempre 14V stabili in uscita dal minimo ai regimi più elevati, il regolatore era sempre freddo in quanto sovradimensionato, ma lo statore ...NO! Il coperchio statore era sempre rovente, anche più della testata del gruppo termico. Ho cominciato a temere per la salute dello statore e a nutrire dubbi sulla presunta longevità offerta da questa soluzione tecnica.

Infatti questi regolatori di tipo MOSFET sono semrpe del tipo "SHUNT", usano componenti diversi dagli SCR per realizzare la regolazione, e lo fanno in modo efficiente perchè il mosfet mette a massa senza offire resistenza, quindi non si scalda più, ma sempre di cortocircuito si tratta...povero statore nuovo!

regolatori di tipo "SERIE"

Roadstercycle confrontato al FH012

Esiste una alternativa alla regolazione di tipo "SHUNT" per salvare il regolatore di tensione, la regolazione di tipo "SERIE".

In pratica, quando la tensione di entrata è superiore a quella desiderata invece di chiudere un interruttore verso massa si apre semplicemente un interrutore idealmente posto in serie.

Non serve tensione? La spegniamo. Semplice no?

E' un po' meno semplice realizzarlo in termini elettronici (altrimenti non si spiegherebbe il sopravvento della soluzione "troglodita"), ma cercando in rete qualcosa si trova, specie oltremanica.

Sostanzialmente anche qui viene usato un mosfet come interruttore, ma invece che chiudere verso massa, apre il contatto di 'uscita, e lo statore finalmente sgravato del doppio lavoro (generare e dissipare) comincia a tirare un sospiro di solievo e a lavorare molto più fresco di prima.

due soluzioni commerciali comuni negli states (dove le harley davidson manifestano tipicamente problemi simili e hanno bisogno di una regolazione migliore) sono il ROADSTERCYCLE CE605 e il COMPUFIRE 55402

FH012 confrontato al COMPUFIRE 55402, anche qui le dimensioni sono diverse e richiedono adattamenti della staffa di supporto.

voglio il regolatore di tipo "SERIE"

Inizialmente ho pensato di procurarmene uno ma i costi sono elevati, sia per il costo del componente stesso, sia perchè bisogna aggiungere la spedizione dagli States e le tasse doganali... sono anche 200€...bella botta!

Ho pensato di provare a farlo da me, e sono incominciati una serie di esperimenti sfruttando la base originale del vecchio statore di serie.

Ho realizzato diverse soluzioni di tipo mosfet, con circuiti di gestione diversi:

regolatore serie che sfrutta il raddrizzatore e il dissipatore originale

soluzione con raddrizzatore 3 fasi diverso e circuiti di regolazione a optoisolatore

considerazioni sulla regolazione "SERIE" a mosfet

Tutte queste prove sperimentali mi hanno fatto capire 2 cose:

la prima è che non è facile farsi un regolatore robusto da se, la seconda è che il mosfet morivano facilmente se sottoposti a un certo carico di lavoro, perchè tutte le soluzioni "SERIE" a mosfet

spostano il grosso della dissipazione dallo statore al mosfet di regolazione, quindi il problema non è eliminato, è solo spostato.

Salvo lo statore, ma il regolatore diventa molto caldo, la fatica la fa tutta lui e se muore in condizione tutto aperto mi ritrovo una valanga di tensione tutta a valle: batteria, centralina, luci, quadro, tutti a 18v e oltre...addio impianto elettrico e i costi aumentano di uno zero.

No, non ci siamo ancora.

la soluzione finalmente!

Stavo per soprassedere su tutta la faccenda, e accontentarmi della regolazione ottenuta con il regolatore FH0xx, quando ho scoperto che esiste un altro tipo di regolazione "SERIE", quella dei raddrizzatori controllati.

Invece di avere due stadi, un raddrizzatore e un regolatore, c'è un solo stadio raddrizzatore, che però è realizzato con SCR invece in luogo dei DIODI, quindi può essere regolato in uscita a piacimento, facendogli dare una corrente continua di valore regolato dall'angolo di innesco sul gate (il 3° polo di attivazione, non presente nei diodi comuni).

Anche qui il funzionamento è di tipo in serie, e gli SCR usati in questo modo sono molto robusti. Si salva sia lo statore che il regolatore.

Fortunatamente Shindengen lo produce come primo equipaggiamento/ricambio per alcune case motociclistiche, il codice del prodotto è SH775.

Ecco una immagine tratta dal loro catalogo.

regolatorei serie a SCR SH775

In realtà ci sarebbero delle soluzioni più robuste della versione SH775, ma sono ancora in fase di sviluppo e coi suoi 35A copre tranquillamente l'uscita massima erogabile dal mio generatore da 400W (400W diviso 14v fa 28,5A... può bastare)

Non resta che procurarselo.

Shindengen non vende nulla a privati, quindi ho dovuto cercare quale azienda lo utilizzasse sui suoi veicoli, e ci sono voluti mesi.

Finalmente ho scoperto che questo pezzo viene venduto come ricambio per i quad Polaris Ranger 800 6x6 con il codice Polaris 4012941.

Si può acquistare negli USA a cifre intorno ai 70dollari, che una volta arrivato a casa con spese di spedizione e di dogana sono diventati 108€ (sempre meno dei 120€ chiesti in BMW per la schifezza di regolatore originale)

Un amico, recentemente, mi ha segnalato che "lo SH775 oltre ad essere montato su vari mezzi Polaris con codice 4012941, è usato anche su una miriade di mezzi vari come motoslitte, moto d'acqua, motori marini, e quad, prodotti da Suzuki, Seadoo, Bombardier, Can-Am."
Il codice prodotto originale per questi mezzi è 710001103.

Quindi ora ci sono 2 codici commerciali di riferimento per reperire questo componente

Acquistato online, dopo qualche settimana è arrivato nelle mie mani.

Regolatore SH775BA, ha le stesse dimensioni della serie FH012BA/AA

l'installazione definitiva

Sostituire l'SH775 al FH011 è semplice, le dimensioni solo le stesse e i contatti pure, e io avevo già modificato in tal senso il cablaggio originale.

Volevo però installarlo in modo pulito ed elegante.

Quindi ho costruito una staffa di alluminio per il montaggio a faccia in giù come nelle serie F800 dal 2013 in poi.

E' una cosa banalissima, un quadrato di alluminio con 4 fori, di cui due filettati.

il regolatore non sporge più in fuori e l'alettatura è orientata in modo da ricevere il flusso d'aria durante la marcia.

particolare della staffa, che protegge il retro del regolatore e i suoi cablaggi, e fa da ancoraggio al connettore della sonda lambda, come faceva la staffa originale

conclusioni

Finalmente la soluzione definitiva:

  • misuro 14Vstabili sempre, dal minimo al massimo dei giri motore
  • il regolatore è fresco e montato in modo più protetto e ordinato
  • lo statore finalmente è freddo (si fa per dire, è caldo come il resto del motore, ma non rovente come prima!)

Solo col tempo avrò conferma pratica di tutto ciò che promette la teoria, ma mi aspetto di non dover più riparare questi componenti per molti, molti km (o mai più), e tutto ad un costo inferiore ai pezzi di ricambio originali.

Questa è la soluzione che mi sento di consigliare, essendo secondo me la migliore praticabile sotto tutti i punti di vista.

Buona strada a tutti!