汽车发电机拆装与维护

【任务描述】

在学习完发电机的拆装与维护之后，能够掌握发电机的组成及功用，能够熟练拆装发电机并能掌握发电机的保养项目，同时能够提高使用常用工具的熟练度。

【理论知识】

1.汽车交流发电机的结构

三相同步交流发电机的结构如图5-6所示，由风扇、V带轮、转子总成、定子总成、端

盖和电刷与电刷架等部件组成。

图5-6 三相同步交流发电机的结构

1—端盖 2—电刷架 3—电刷 4—元件板 5—转子总成 6—定子总成 7—前端盖 8—风扇 9—带轮

2.交流发电机的工作原理

如图5-7所示，发动机工作时，转子线圈中有电流通过，产生磁场，安装于转子轴上的两块爪极被磁化为N极和S极。转子旋转，磁极交替穿过定子铁心，形成一个旋转磁场，它与固定的三相定子绕组之间产生相对运动，于是在三相定子绕组中便产生三相交流电流（电动势）。发电机产生的三相交流电流经整流器后变为直流电流，然后向汽车用电设备供电，同时给蓄电池充电。

【技能训练】

一、交流发电机的拆装

1.发电机总成的拆装

1）从蓄电池负极端子上断开电缆，如图5-8所示。

图5-7 发电机工作原理

1—用电器 2—转子 3—定子 4—整流器 →电流方向

图5-8 断开蓄电池负极电缆

2）脱开发电机总成电缆和插接器，如图5-9所示。

3）拧松发电机安装螺栓，移动发电机拆卸传动带，如图5-10所示。

图5-9 脱开发电机电缆和插接器

图5-10 拆卸发电机传动带

4）拆卸所有的发电机安装螺栓，然后拆卸发电机，如图5-11所示。

2.发电机总成的安装

1）装上紧固螺栓，接上发电机，如图5-12所示。

图5-11 拆卸发电机

1—传动带 2、3—安装螺栓

图5-12 安装螺栓和支架

1—支架 2—发电机 3—发动机传动带

2）拧紧发电机固定螺栓。

3）装上发电机传动带，调整传动带的松紧度，如图5-13所示。

4）接上发电机电缆和插接器，如图5-14所示。

图5-13 安装发电机传动带

图5-14 接上电缆和插接器

5）如图5-15所示，接上蓄电池负极端子。

二、交流发电机的维护

1.传动带磨损的检查

如图5-16所示，检查V带（传动带）的整个外围是否有磨损、裂纹、层离或者其他损坏。如果无法检查V带的整个外围，则通过在发电机转动方向转动曲轴带轮来检查。

图5-15 接上蓄电池负极端子

图5-16 检查V带

2.传动带张紧度的检查

经常检查发电机V带（传动带）的张紧程度，发电机V带与带轮的啮合情况，如图5-17所示。发电机的动力是由发动机通过V带传递的，发电机V带的布置如图5-18所示。当V带工作不正常时，会影响发电机正常工作，使用中听到V带发出啸叫声时，应对V带进行检查。检查V带张紧度的方法是用拇指将V带下压，其挠度在2（新）～5mm（旧）为合适。如果不符合规定，应进行调整。一旦发现有损坏迹象，应及时更换V带。

图5-17 V带的啮合情况

图5-18 V带张紧度与磨损的检查(www.xing528.com)

3.传动带挠度的调整

发电机V带（传动带）挠度的调整如图5-19所示，拧松张紧卡板A和发电机上的所有紧固螺栓（至少松开一圈，紧固螺栓松开后，发电机靠自重倒向一侧），用扭力扳手转动张紧螺母B使V带挠度符合规定数值（新带需要8N·m，旧带需要4N·m），然后用35N·m的力矩拧紧张紧螺母B上的紧固螺栓将张紧螺栓紧固，用20N·m的力矩将支架紧固在气缸盖吊耳上。

【知识拓展】

一、带泵交流发电机

带泵交流发电机的发电机部分与交流发电机完全一样，只是其转子轴较长并从后端盖中心伸出，伸出部分有外花键与真空泵转子的内花键相联接。当发电机旋转时，真空泵随之旋转，其结构图如图5-20所示。

带泵交流发电机主要用于需要真空来源的柴油车，而汽油车则可以从汽油机进气歧管处取得真空。真空主要用在真空助力制动系统及其他需要真空的系统中。

图5-19 V带挠度的调整

1—V带 2—安装螺栓 3—调整螺栓 4—紧固螺栓

图5-20 带泵交流发电机的结构图

1—固定螺母 2—传动带轮 3—风扇 4、6—垫圈 5—驱动端盖 7—锁环 8—转子 9—整流器架 10—电刷固定罩 11—接线柱及垫圈 12—电刷架 13—整流器端盖 14—联接螺栓 15—O形圈 16—真空泵 17—螺栓

二、无刷交流发电机

上述交流发电机用电刷和集电环使励磁绕组构成回路，不可避免地产生机械磨损而引起故障。无刷交流发电机提高了发电机工作的可靠性和使用寿命，维修保养方便，下面介绍几种这类发电机。

1.感应子式无刷交流发电机

这种发电机的定子铁心内圆上开有4个大槽和12个小槽，4个大槽将12个小槽均分为四个部分，每部分为3个小槽。在4个大槽中，绕放4个磁场绕组，在小槽中绕放电枢绕组，如图5-21所示。转子由凸齿状冲片铆成。

当磁场绕组中有直流电流通过时，其周围产生磁场，转子被磁化。由于转子凸齿在旋转时和定子铁心的相对位置不断变化，使得定子上的电枢绕组产生大小和方向不断变化的感应电动势。将各电枢绕组产生的电动势按相加原则串联起来，再经整流器整流后便得到直流电。

由于发电机工作时在电枢绕组中产生的是单相交流电，所以其整流器是由两个硅二极管组成的单相全波整流器。

2.爪极式无刷交流发电机

这种发电机的结构与普通交流发电机大致相同。图5-22所示为国产JFW14X型爪极式无刷交流发电机的外形和分解图，其磁场绕组是静止不动的，因此，磁场绕组的两端引出线可以直接引出，省去了电刷和集电环，爪极在磁场绕组的外围旋转。

图5-21 感应子式交流发电机

1—定子 2—电枢绕组 3—磁场绕组 4—转子

图5-22 国产JFW14X型爪极式无刷交流发电机的外形和分解图

1—外形 2—防护罩 3—后轴承 4—元件板及硅二极管组 5—磁场绕组支架及后轴承支架 6—定子总成 7—磁轭 8—磁场绕组插头 9—磁场绕组 10—爪极及转子轴总成 11—前端盖 12—风扇叶 13—传动带轮B+—电枢 F—磁场 N—中性 E—搭铁

爪极式无刷交流发电机的结构及磁路如图5-23所示。该交流发电机的特点是磁场绕组7通过一个磁轭托架2固定在后端盖3上。两个爪极中只有一个爪极直接固定在发电机转子轴上，另一个爪极4则用非导磁连接环6固定在前述爪极上。当转子轴旋转时，一个爪极就带动另一个爪极一起在定子内转动。

图5-23 爪极式无刷交流发电机的结构及磁路

1—转子轴 2—磁轭托架 3—后端盖 4—爪极 5—定子铁心 6—非导磁连接环 7—磁场绕组 8—转子磁轭

当磁场绕组中有直流电通过时，其磁路是：左边爪极的磁极N→主气隙→定子铁心5→主气隙→右边爪极的磁极S→转子磁轭8→附加气隙→磁轭托架2→附加气隙。

转子旋转时，爪极形成的N极和S极的磁力线在定子绕组内交替通过，定子槽中的三相绕组就感应出交变电动势，在回路中形成三相交流电，经整流后变为直流电。

这种交流发电机两个爪极之间连接制造工艺较困难。此外，由于磁路中增加了两个附加间隙，故在输出相同功率的情况下，其励磁绕组的励磁电流必须增大。

3.永磁式无刷交流发电机

永磁式无刷交流发电机是用永久磁铁作为转子磁极，旋转时产生旋转磁场的。它不仅去掉了电刷和集电环，而且不需要磁场绕组和爪极，因此，结构更加简单、可靠，使用寿命长。这种发电机除转子外，其他部分的结构与普通交流发电机相同。

转子的材料使用了第四代超强永磁材料钕铁硼永磁材料。因此，转子磁极采用瓦片形结构，用环氧树脂粘在导磁轭上，磁极之间呈鸽尾型，用胶填充。

由于转子采用永磁结构，工作时所产生的旋转磁通是不可调的，所以在定子绕组中产生的三相交流感应电动势将随发电机转速变化而变化。因此，为了保证该发电机在不同转速下输出电压的稳定，采用了电压调节器和三相半控桥式整流电路，其电路原理图如图5-24所示。

图5-24 永磁式交流发电机的电路原理图

三只共阳极硅二极管VD₁、VD₂、VD₃与三只共阴极晶闸管VT₁、VT₂、VT₃组成三相半控桥式整流电路。另外，由硅整流二极管VD₁～VD₆组成三相全波整流电路，为晶闸管控制极提供触发电压，与电压调节器的一个触点相接，另一个触点则与晶闸管的控制极相连，电压调节器触点控制线圈并联在三相半控桥的输出端，其电压控制原理如下：

当交流发电机转速较低时，电压调节器触点K闭合，晶闸管的控制极获得正向触发电压而导通，当转速达到额定值后，整流桥可向蓄电池和负载提供三相全波整流电压。随着发电机转速的进一步提高，整流输出电压也增大。当整流输出电压超过额定电压值某一数值时，电压调节器触点K断开，晶闸管失去正向触发电压而截止，输出电压下降。输出电压下降到低于额定值某一数值时，电压调节器线圈电流减小使K又闭合，三个晶闸管重新被触发导通，使发电机输出电压又回升。如此反复，使发电机输出电压在规定的范围内波动。

永磁交流发电机具有以下优点：

1）体积小、质量小、结构简单、维护方便、使用寿命长。

2）由于传动比大，所以低速充电性好。

3）比功率大，可节约大量金属材料。

4）无励磁损耗，效率可提高10%以上。

5）在电压控制器中，由于控制极只有约10mA的电流通过触点，触点使用寿命长。

6）由于永磁体的磁导率接近空气的磁导率，使电枢反应的磁阻增大，因而电压波形稳定。

4.带有励磁机的无刷交流发电机

图5-25所示为德国博世公司生产的带有励磁机的无刷交流发电机的结构。它是在一台爪极式三相交流发电机上增加了一部专门为其励磁的小型硅整流发电机（称为励磁机），其特点是磁场绕组固定，而三相电枢绕组是转动的。当发电机转动时，三相电枢绕组中便感应出三相交流电，在发电机内部经二极管整流后变为直流电、供给爪极式三相交流发电机的磁场绕组励磁发电。

这种无刷交流发电机的优点是磁路中无附加气隙，因而漏磁少，输出功率大，缺点是结构复杂。

图5-25 带有励磁机的无刷交流发电机的结构

1—控制电容 2—接线柱 3—晶体管调节器 4—转子部分 5—磁极 6、15—磁场绕组 7—定子铁心 8—定子绕组 9—驱动端盖 10—油封 11—风扇 12—油道 13—油环 14—爪极式转子 16—二极管 17—散热板 18—进风口