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汽车上的电源除蓄电池外，还有交流发电机，如图2-35所示。在发动机未达到正常运转之前，车上的用电由蓄电池提供，在发动机正常工作后，车上的用电由发电机负责。发电机不只负责车上所有用电，同时还负责给蓄电池充电，补充蓄电池用电后的存电不足。在汽车上，充电系统由交流发电机、电压调节器、充电指示灯、点火开关和蓄电池组成。电压调节器负责自动调节发电机输出的电压，使其保持稳定。
图2-35 交流发电机
在充电系统中，发电机起主要作用。发电机有三个功能：发电、整流和调节电压。
用多槽带把发动机的旋转传输到带轮，转动电磁化的转子，在定子绕组中产生交流电流，如图2-36所示。
因为定子绕组中产生的电是交流电，它不能用于车辆上安装的直流电器装置，为了利用交流电，用整流器将交流电变为直流电，如图2-37所示。
集成电流调节器调节发电机所生成的电压，使之即使在发电机转速或流到各电设备的电流发生变化时也能保持电压稳定，如图2-38所示。
图2-36 发电机
图2-37 整流器
图2-38 IC调节器
发电机由定子、转子、电刷和集电环、整流器、IC调节器等组成，如图2-39所示。
定子也叫电枢，它的作用是产生感应电动势，主要由定子铁心和定子绕组组成。
定子是发电机产生电流的主要载体，固定在发电机的壳体上，如图2-40所示。
图2-39 发电机组成
图2-40 定子
由于转子的旋转，磁通量发生变化，定子产生三相交流电。定子由定子铁心和定子绕组组成，并装在驱动端架内成为一体。定子绕组由三对绕组组成。三个端头相交的点称为中性点。因为在发电机中，定子产生的热比其他元器件多得多，对绕组的电线使用耐热屏蔽，如图2-41所示。
图2-41 定子绕组
定子绕组内部三组绕组以120°呈三角形连接或星形（Y形）连接，交流发电机是利用电磁感应原理产生交流电的。电磁感应是产生电的基础，其原理为：当一个导体（导线或线圈）切割磁场的磁力线时，导体内就感应出电流；当磁场静止而导体运动，或者磁场旋转而导体转动时也会感应出电流。通过电磁感应产生的电流方向可用右手定则判断，如图2-42所示。
若将线圈的两端连接到电压表上，则可在电压表上反映出线圈和磁极不断变化的关系，经实验可得出：如果线圈均匀转动，线圈内感应出的电动势是呈正弦规律变化的，如图2-43所示。
图2-42 右手定则判断
图2-43 线圈内感应出的电动势呈正弦规律变化
定子绕组分为三角接法和星形（Y形）接法两种，如图2-44所示。
●三角接法是指三个绕组头接尾，尾接头。
●星形（Y形）接法是指三个绕组共用一个接头，三个接头相交的点称为中性点。大部分轿车的发电机采用的是双三角形绕组。
图2-44 三角接法和星形（Y形）接法
转子的两端在发电机内部由两个轴承支撑，在定子内部进行旋转，在通电的情况下产生励磁电流，利用电磁现象产生交流电压，如图2-45所示。
转子由一个励磁绕组和两个相互锁的半件（爪极）组成，如图2-46所示。转子的前端装有发电机带轮。
图2-45 转子
图2-46 转子
转子是在定子绕组内部的一个转动磁体，它在定子绕组内形成产生电动势的磁场。绕组是绕六对（12极）极心（磁极）缠绕成的，当电流通过时，它具有磁性。随着流入转子的电流越来越大，电磁力变得更强，如图2-47所示。
在转子的两端装有风扇来冷却励磁绕组、定子绕组和整流器，通过转子的旋转，使它们低于极限温度，方法是靠转子转动将空气从端架吸风口吸入。
图2-47 转子结构
转子用来在发电机工作时建立磁场，它由压装在转子轴上的两块爪形磁极、两块磁极之间的励磁绕组和压装在转子轴上的两个集电环组成。两个集电环彼此绝缘并与轴绝缘。励磁绕组的两端分别焊接在两个集电环上。
图2-48 形成会旋转的磁极
励磁绕组通电之后，在定子绕组内部形成一个电磁铁。当发动机起动时，曲轴通过传动带驱动转子旋转，这样转子形成的磁极就会旋转，磁极磁力线切割定子绕组，使其产生交变电压，如图2-48所示。
由于定子绕组会经过大量的电流，电流会产生热效应。为了防止定子过热，转子轴上配备有两个整合式冷却风扇，对发电机进行散热，以防止温度过高，如图2-49所示。
图2-49 冷却风扇
电刷和集电环使电流流入励磁绕组产生磁场，它们安装在转子的后端。
通常，使用金属石墨电刷以降低电阻和接触阻力并且此电刷也有良好的耐磨性，如图2-50所示。
图2-50 电刷和集电环
发电机定子绕组产生的是交流电（AC）。它必须被转换为直流电（DC）才能用于汽车的电路系统。发电机就是通过整流器来实现这个目的的，如图2-51所示。
如图2-52所示整流器位于发电机底壳，由端子（输出端子）底座板（散热片）和二极管组成。
整流器用六个二极管（使用带中性点二极管时为八个）将定子绕阻发出的三相交流电全波整流成直流。
整流器由端子（输出端子）、座板（散热片）和二极管组成，座板（散热片）的双层结构改善了热辐射并使定子的尺寸减小，如图2-53所示。
当电流流过时，整流用的二极管产生热。但由于二极管元件本身（半导体）抗热性很差，发热使得整流功能不足。因此要求座板（散热片）面积越大越好，以利于散热。
图2-51 整流器结构
图2-52 整流器安装位置
图2-53 整流器构造
车辆使用的发电机与发动机一起转动。因此，由于驾驶期间发电机转速频繁改变，使得发电机的转速不恒定。如果没有调节器，充电系统不能向电器设备提供恒定的电流。
因此，即使发电机转速发生改变，也要保持提供给电器设备的电压，并且按照电量的变化调节电量。在发电机中，使用IC调节器来完成，如图2-54所示。
一般来说，所发电的量可以用下述方法来改变。
●增加或降低磁力（转子）。
●加速或降低磁体的转速。
图2-54 IC调节器作用
当此方法应用到车辆的发电机时，转子的运行转速不能控制，因为它是随发动机旋转的。换言之，车辆用的发电机可以自由改变的条件是磁（转子）力。实际上，流到励磁绕组的电流（场电流）改变，便改变了磁力。IC调节器通过控制场电流来调节发电机的发电量，这样使得所发的电压按照转子的转速和用电量的变化（电负荷的增、减）保持恒定，如图2-55所示。
电刷端盖上装有电刷架和两个彼此绝缘的电刷，并通过电刷弹簧，使电刷与转子轴上的两个集电环保持接触，电刷的引线分别与电刷端盖上的两个磁场接线柱相连（外搭铁式交流发电机），或一个与磁场接线柱相连，另一个在发电机内部搭铁（内搭铁式交流发电机），如图2-56所示。
图2-55 IC调节器工作原理
图2-56 IC调节器实物图
IC调节器主要由混合集成电路、散热片和连接器组成，使用混合集成电路可以获得较小的尺寸。
IC调节器的类型如图2-57所示。
这一类型的IC调节器通过端子S（蓄电池检测端子）来检测蓄电池的电压，并把输出电压调节到规定的值。
图2-57 IC调节器的类型
这一类型的IC调节器通过检测发电机的内部电压来把输出电压调节到规定的值。
在汽车未起动时，需要靠蓄电池为汽车的电器设备提供电能。当车辆起动后，在发动机正常运转（怠速以上）时，由发动机带动发电机，产生电能，向所有用电设备（起动机除外）供电，同时向蓄电池充电。交流发电机的运行状况直接影响汽车电气部件的性能。发电机是汽车的主要电源之一，作用是将发动机的部分机械能变成电能，如图2-58所示。
发电机通常安装在汽车发动机侧面，通过传动带与发动机曲轴相连，如图2-59所示。
图2-58 发电机
图2-59 发电机安装位置
交流发电机是利用电磁感应原理产生交流电的。电磁感应是产生电的基础，其原理为：当一个导体（导线或线圈）切割磁场的磁感线时，导体内就感应出电流；当磁场静止而导体运动，或者磁场旋转而导体转动时也会感应出电流。通过电磁感应产生的电流方向可用右手定则判断。
若将线圈的两端连接到电压表上，则可在电压表上反映出线圈和磁极不断变化的关系，如果线圈均匀转动，线圈内感应出的电动势是呈正弦规律变化的。
根据电磁感应原理，当励磁绕组中通入直流电时，会产生磁场，如图2-60所示。
随着转子转动，穿过定子绕组的磁通量发生变化，在定子绕组中产生不断变化的感应电流，如图2-61所示。
图2-60 通入直流电时产生磁场
图2-61 定子绕组中产生不断变化的感应电流
交流发电机在转子外部采用三相对称绕组，当转子旋转时，旋转的磁场和三相绕组之间产生相对运动，在三相绕组中分别产生交流电流，如图2-62所示。
整流器是由6个（8个、9个或11个）硅二极管组成的三相桥式全波整流电路，在发动机工作时将三相定子绕组中产生的交流电转变为直流电。在负极搭铁的发电机中，3个（或4个）二极管的壳体为负极，压装在与发电机机体绝缘的元件板上，并与发电机的输出端（正极）相连，其引线为二极管的正极，称为正极二极管；另外3个（或4个）二极管的壳体为正极，压装在不与机体绝缘的元件板上，或直接压装在电刷端盖上，作为发电机的负极，其引线为负极，称为负极二极管，如图2-63所示。
二极管是一种简单的半导体元件，一般由经过特殊处理的硅制成，在二极管两端施加正确极性的电压后，二极管导通，如图2-64所示。
图2-62 采用三相对称绕组
图2-63 整流器
图2-64 二极管
二极管具有单向导通的特性，当加有正确方向（极性）的电压时，二极管变为导体，电流通过电路。如果外加反向电压或电流方向相反，二极管仍为绝缘体，阻断电流，如图2-65所示。
当蓄电池的正极接在P一侧，负极接在N一侧时，P型半导体的正空穴和蓄电池的正极相互排斥。N型半导体的自由电子和蓄电池的负极相互排斥，排斥力把它们推到P-N结合区。结果自由电子和空穴相互吸引，使得电流流过P-N结合区。
当蓄电池的接法相反，那么P型半导体的正空穴和蓄电池的负极相互吸引，N型半导体的自由电子和蓄电池的正极相互吸引，因此，空穴与自由电子远离P-N结合区。结果在P-N结接面上，没有自由电子，也没有正空穴，这样就阻止了电流通过，如图2-66所示。
图2-67所示为发电机整流器上的二极管。
图2-65 二极管工作原理
图2-66 二极管工作过程
图2-67 发电机整流器上的二极管
发电机输出电压为正弦交流电，如图2-68所示。
交流发电机利用二极管的单向导电性，以硅二极管为整流器，将交流电变成直流电，如图2-69所示。
图2-68 正弦交流电
图2-69 将交流电变成直流电
其中，三个二极管正极端相连，另三个二极管负极端相连，形成三相全波整流电路，如图2-70所示。
交流发电机通过整流电路，将定子绕组产生的三相交流电转变成脉动的直流电，如图2-71所示。
图2-70 三相全波整流电路
图2-71 三相交流电转变成脉动的直流电
当点火开关为ON，发动机停机时，当点火开关开到ON时，蓄电池电压施加在IG端子上。作为结果，M-IC线路被触发，Tr1开到ON，使励磁绕组允许电场电流通过。在这种情况下发电机并没有发电，因此调节器通过将Tr1开到ON和OFF，尽可能减少电池的放电。此时，端子P处的电压为0V，并且M-IC检测到这一情况，并将信号发送到Tr2，点亮充电警告灯，如图2-72所示。
图2-72 点火开关为ON时
发动机起动，并且发电机转速增加，M-IC打开Tr1，以允许足够的电场电流流过，并且发电电压突然升高。此时，如果端子B处的电压超过蓄电池电压，电流流到蓄电池进行充电并且给电器设备供电。结果，端子P处的电压增加。因此，M-IC确定正在发电，并将OFF信号发送到Tr2，将充电警告灯关掉，如图2-73所示。
图2-73 当低于规定电压时
如果Tr1继续导通，端子B处的电压增加。然后，端子S处的电压超过规定电压，M-IC检测到此情况并关掉Tr1。结果励磁绕组的磁场电流经逆电动势吸收二极管被衰减，并且端子B（所发电压）处的电压降低。然后，如果端子S处的电压降低到低于要求电压，M-IC检测到这一情况并将Tr1打开到ON。从而，励磁绕组的磁场电流增加，端子B处的电压（所发电压）也增加。IC调节器通过重复上述的操作将端子S处的电压（蓄电池端子电压）调节为恒定电压（调节好的电压），如图2-74所示。
图2-74 当高于规定电压时
当发电机转动时，如果励磁绕组开路，发电机便停止发电，端子P处的输出电压变为0V。当M-IC检测到这一情况时，它打开Tr2并打开充电警告灯，以便指示这一异常，如图2-75所示。
图2-75 励磁绕组开路时
当发电机转动时，如果励磁绕组发生短路，终端B处的电压直接施加到端子F，并有大电流。当M-IC检测到此情况时，关掉Tr1进行保护，同时打Tr2以便打开充电警告灯指示异常发生，如图2-76所示。
图2-76 励磁绕组短路时
当发电机旋转时，端子S发生开路情况，M-IC检测到端子S无输入信号，便打开Tr2以便打开充电警告灯。与此同时，在M-IC中，端子B取代S端子的工作来调节Tr1，因此端子B处的电压变为规定电压（大约14V），以防止端子B处电压的异常增加，如图2-77所示。
当发电机旋转时，端子B处发生开路情况，那么不再对蓄电池充电，蓄电池电压（端子S处）逐步下降。当端子S处的电压下降时，IC调节器增加磁场电流，以便进一步发电。结果端子B处电压增加得越来越高。然而，M-IC调节磁场电流，使端子B处的电压不超过20V，以便保护发电机和IC调节器。
图2-77 端子S脱开时
当端子S处的电压变低时（11～13V），M-IC判断蓄电池不再充电。然后它打开Tr2并打开充电警告灯，并且调整磁场电流。这样，端子B处的电压同时下降电流。这样，端子B处的电压同时下降以便保护发电机和IC调节器，如图2-78所示。
图2-78 端子B脱开时
发电机运转期间，如果端子F和E之间发生短路，端子B处的电压从端子E经励磁绕组搭铁，而不经过Tr1。因为磁场电流不能被Tr1来调节，即使端子S处的电压超过了规定电压，发电机的输出电压也会变得高于规定值。如果M-IC检测到这种情况，它打开Tr2，使充电警告灯点亮并指示异常情况，如图2-79所示。
SC型发电机采用联合区段导体系统而不用定子绕组（塞入并焊接）连接到定子绕组。这种类型的发电机与传统类型相比，可以减少一半电阻。这样可以减小尺寸，高功率和高效率，如图2-80所示。
图2-79 端子F和E之间短路时
图2-80 SC型发电机构造
●区段导体。
●区段导体+焊接+涂层。
●双绕组。
结合双绕组，用12支二极管。
与传统型在陶瓷IC板上组成电路不同，IC调节器将线路集成在一块芯片中，使尺寸减小。
此发电机采用一种联合区段导体系统。此系统将多个区段导体一起焊到定子上。与传统绕组系统相比较，由于区段导体的形状，电阻降低，并且它们的布置有助于使发电机更加紧凑。
此系统由两组三相绕组拼成，它们的相位差为30°。因为从相应绕组中发出的波相互抵消，磁性干扰被减少，如图2-81所示。
图2-81 定子构造
SC型发电机采用的IC调节器中，调节励磁绕组电流的晶体管Tr1安装在高的一侧，如图2-82所示。
图2-82 双绕组系统
开关元件（晶体管）在电路正（+）极[相对于负载（励磁绕组）]电路称为高侧，设备在负（-）极侧的电路称为低侧。
●它装有真空泵并为制动助力器提供负压。
●真空泵和发电机轴合在一起，并且与轴一起转动。
发电机的类型大体分成两类：一种发电机真空泵在带轮一侧，另一种则在带轮相反一侧，如图2-83所示。
图2-83 带真空泵的发电机