康明斯柴油机的电源系统一般由发电机及蓄电池组成。由于采用了蓄电池，柴油机的电源都是直流电源。电源除必须保证柴油机起动用电外，还要同时满足监控系统、电子调速装置等的供电要求。充电发电机除满足柴油机正常工作时的全部用电量外，还必须给蓄电池充电，以补充蓄电池在起动柴油机时电能的消耗。

硅整流充电发电机具有体积小、结构简单、重量轻、成本低、工艺简单、维护方便、低速发电性能好和允许高速旋转等优点，目前常用的硅整流充电发电机主要有电刷式和无电刷式两种。无电刷式充电发电机省去了有刷式充电发电机易出问题的集电环和电刷装置，因而在康明斯柴油机上得到广泛应用，但同时增加了励磁损耗，影响了发电机的输出功率。

1.无刷式充电发电机的结构

无刷式充电发电机主要由转子、磁场绕组、定子、端盖、元件板、调节器、风扇和带盘等组成，如图8-10所示（图8-10是一种带泵无刷交流发电机，其发电机与普通无刷交流发电机完全一样，不同的是转子轴很长并伸出后端盖，利用外花键与真空泵的转子内花键相连接，驱动真空泵给汽车制动系统中的真空筒抽真空）。

（1）转子 无刷式充电发电机转子是充电机的磁场部分，使用了一个与普通交流发电机转子铁心形状相同的爪极转子，转子由爪极、转子磁轭组成，但磁场绕组是固定在端盖的磁轭上，如图8-11所示。两组磁爪（又叫鸟嘴形磁极）中每组磁爪的爪数为6，同组磁爪极性相同，每个磁爪是一个磁极。两个爪极中的一个爪极固定在转子轴上，另一个爪极的后端制成中空，并用非导磁材料与前者焊接在一起。放置励磁绕组的圆柱形磁轭通过螺钉固定在后端盖上，电流直接由导线引入。安装时磁场绕组伸入转子磁轭和爪极的空腔内，与两者都保持有一定的间隙。工作时转子磁轭和爪极随电枢轴转动而磁场绕组不动，因而不需要电刷和滑环，便可输入励磁电流。由于没有电刷和集电环等导电元件，克服了接触火花，不存在集电环表面污染和电刷磨损造成功率输出不足等问题，减少了维护工作，提高了交流发电机工作的可靠性，延长了其寿命。

（2）定子 定子由铁心及定子绕组组成。定子铁心由内圆槽的环状硅钢片叠制而成，固定在后端盖中。定子槽内置有三相绕组，按星形接法联结。每相绕组的尾端联接在一起，首端分别与元件板上的硅二极管相接。

图8-10 无刷交流发电机结构

1—抽气管 2—进油管 3—出油管 4—真空泵 5—整流桥 6—调节器 7—后端盖 8—油封 9—碟形垫圈 10—定子总成 11—后轴承 12—励磁绕组磁轭 13—磁场绕组 14—磁爪 15—轴 16—轴承盖板 17—前端盖 18—前轴承 19—风扇 20—轴套 21—带轮

图8-11 无刷励磁转子

（3）端盖 充电机的前端盖和后端盖都是用铝合金铸成，两个端盖上有轴承座。后端盖内装有元件板和调节器（见图8-10），其典型线路如图8-12所示。元件板上压装有11只二极管，其中6只二极管组成三相桥式整流电路（VD₁、VD₂、VD₃、VD₄、VD₅、VD₆），输出充电机直流电压。3只小功率励磁二极管（VD₇、VD₈、VD₉），与发电机的3只负二极管组成另一组三相桥式整流电路，向发电机磁场绕组提供励磁电流和连接充电指示灯。余下2只中性点二极管（VD₁₀、VD₁₁）并联于三相整流桥一侧，可用以提高发电机的输出功率。电子调节器与发电机组合安装，简化了电路，电子调节器有一根检测线与发电机输出端B相连接，用以测量发电机输出端电压。并根据该电压改变励磁电流，实现对发电机输出电压的调节。

图8-12 无刷式充电发电机原理电路

2.无刷充电机的工作原理

发动机起动期间，发电机电压小于蓄电池电压时，整流二极管截止，发电机不能对外输出，由蓄电池供给磁场电流。路径为：蓄电池正极→点火开关SW（或点火继电器触点）→磁场烧组→调节器→搭铁→蓄电池负极。

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图8-13 爪极式无刷交流发电机的磁路

1—转子轴 2—磁轭托架 3—后端盖 4—爪形磁极 5—定子铁心 6—非导磁性连接环 7—磁场绕组 8—转子磁轭

流入励磁绕组的电流，在励磁铁心中建立一个带状的磁通量，如图8-13所示。这个带状磁通量沿着各个导磁元件环行，在整个磁回路中，这个磁通量将在励磁绕组周围找到一个最低磁阻的通道：励磁电流产生的磁力线通过励磁铁心（磁轭托架）→辅助气隙g₁→转子N极→主气隙g→定子铁心→主气隙g→转子S极→辅助气隙g₂→励磁铁心形成一个闭合的磁路系统。这种结构除转子爪极外径与定子内表面之间的气隙（称为主气隙）外，在闭合的磁路系统中，增加了两个有相对运动的径向附加气隙，使闭合回路的磁阻增大。所以必须通过增加磁场绕组的激磁安匝来补偿有效磁通量所减小的部分，才能保证无刷交流发电机的输出。

随着转子的旋转，使通过定子铁心的磁通量发生变化，定子绕组切割磁力线而产生感应电动势，定子绕组发出三相交流电压，通过三相桥式整流电路整流成直流。当转速达到1000r/min左右时，发电机应能正常发电并对外输出，经滤波电容C后输出28V直流电压，发电机电压大于蓄电池电压，发电机自励，并对蓄电池充电，或对其他负载供电。N端通过VD₄、VD₅、VD₆中的一个硅管整流，与对地端形成半波整流电压，被称为中性点电压，其输出信号为14V直流脉动电压（最大负载不能超过2A），N端可用于接转速表。中性点电压除了直流成分外，还含有交流成分，且幅值随发电机的转速而变，与中性点相连的二极管（VD₁₀、VD₁₁）就称为中性点二极管。当中性点二极管的正极管（VD₁₀）电位最高或负极管（VD₁₁）电位最低时，中性二极管亦处于正向导通，可对外输出，能有效利用中性点电压来增加发电机的输出功率。实践证明，在交流发电机上安装中性二极管后，输出功率可增加10%～15%。

定子绕组的三相交流电压经三相全桥整流后，经调节器向励磁绕组供电。调节器以通/断方式调节励磁电流，使充电机的输出电压保持在（28±0.3）V范围内波动，给蓄电池浮充电。发电机调节器电路如图8-14中调节器部分所示，主要由3个电阻R₁、R₂、R₃，2个三极管VT₁、VT₂和1个稳压管V_R组成。R₁、R₂为分压电阻，VT₁为小功率三极管，接在大功率管的前一级，起功率放大作用，也称前级放大。三极管VT₂为大功率三极管，其集电极与发电机磁场绕组相连，磁场绕组为VT₂负载，VT₂导通时，磁场电流接通；反之磁场电流切断。因此，可以通过控制三极管VT₂的导通与截止，改变磁场电流使发电机输出电压稳定。

稳压二极管V_R是感受元件，其一端接三极管VT₁的基极，另一端接分压电阻R₁、R₂，以组成电压检测电路，监测发电机电压的变化。当发电机的输出电压在分压电阻R₁上的电压达到VR的设定电压时，V_R击穿，VT₁有基极电流使VT₁导通，VT₂截止，这就使发电机的F点不接地而切断了磁场绕组的电路，发电机电压便会下降。发电机电压下降时又使V_R、VT₁截止，VT₂导通，发电机电压重又升高；如此反复作用，使发电机端电压被控制在一定的范围内。

现在集成电路电压调节器也被广泛使用。用集成电路开发的电压调节器体积很小，可方便地安装在发电机的内部与发电机组成一个整体，称之为整体式交流发电机。集成电路调节器的基本工作原理与晶体管调节器完全一样，都是根据发电机的电压信号（输入信号），利用三极管的开关特性控制发电机的磁场电流以此达到稳定发电机输出电压的目的。集成电路调节器有内、外搭铁之分，以外搭铁形式居多。

图8-14 无刷硅整流交流发电机及调节器线路图

3.无刷充电发电机的使用维护

1）一般发电机为负极搭铁，不能用普通试火法将蓄电池正负极短路，以防将二极管烧坏。

2）汽车停驶时应及时断开电源开关，如果电源开关长时间不断开，蓄电池通过充电指示灯、电子调节器向发电机磁场绕组供电，这样会将蓄电池的电放光（见图8-12）。

3）充电指示灯损坏及相关电路断路，发电机将无励磁电流而不能发电。当闭合点火开关后，充电指示灯不亮时，应查明原因并排除。

4）从电子调节器到整流器正元件板（即输出端）上安装有一根检测线，在拆装检修时应安装牢固。如果此线未装或接触不良，调节器将失去对发电机输出电压的控制，造成发电机或其他电器损坏。在电子调节器上，用于固定连接检测线的固定螺钉有绝缘垫圈，拆装检修时要防止漏装。如果固定螺钉上的绝缘垫圈漏装，将造成发电机输出接柱短路，损坏发电机。

5）在电子调节器上，用于固定连接磁场绕组的固定螺钉也有绝缘垫圈，在拆装检修时也要防止漏装。如果固定螺钉上的绝缘垫圈漏装，造成搭铁，电子调节器便失去了对发电机输出电压的控制，用电设备和发电机将因发电机输出电压过高而损坏。