二、充电系统的结构与工作原理

（一）蓄电池

1．蓄电池的组成

蓄电池主要由极板、隔板、电解液、壳体和壳盖组成，如图2-3所示。

2．蓄电池主要部件

（1）极板

极板是由铅锑合金栅架涂以活性物质，经过电化处理制成的，如图2-4所示。极板可分为正极板和负极板，正极板栅架上的附着物质为二氧化铅，负极板栅架上的附着物质为海绵状纯铅。正极板和负极板由许多片组合，在壳体内穿插放置，构成一个极板组，如图2-5所示。

（2）隔板

隔板为一多孔绝缘薄板，夹持在正、负极板之间，其作用是防止正、负极板短接，并使电解液在极板间充分渗透。隔板采用的材料有木质、塑料、橡胶及玻璃纤维等，其中细孔塑料、细孔橡胶应用较广泛。

（3）壳体

壳体由耐热耐振的硬塑料或硬橡胶制成，内有三个或六个互不相通的电解池。壳体底部有许多凸棱槽，凸棱支撑着极板，槽内可容纳极板的脱落物。通常半透明的壳体上标有两条刻线，表示加注电解液的上限及下限。

（4）壳盖

壳盖由较高绝缘性能的硬塑料或硬橡胶制成。壳盖上有三个或六个注液口，口上旋有注液盖，注液盖的两侧或顶端有一小通气孔，其目的是使蓄电池内部的气体能由此逸出。有些型号的蓄电池壳盖上还装有逸气管，逸气管及通气孔在出厂前均封闭，使用时应剪开或打通。

3．蓄电池的充、放电

蓄电池的充、放电是依赖于极板上的活性物质与电解液的化学反应来实现的。充电时，将直流电的电能转化为化学能储存起来；放电时，又将化学能转变为电能释放出来。

当蓄电池完全充电时，正极板上附着二氧化铅（PbO₂），负极板上附着纯铅（Pb），电解液的密度为1.24～1.28g/cm³（20℃）。

在放电时，电解液中的硫酸分别与正极板上的二氧化铅和负极板上的铅反应，生成硫酸铅和水，硫酸铅分别附着在正极板和负极板的板面上，水又返回到电解液中。由于放电时电解液中消耗了硫酸，增加了水，其密度有所下降。同时也消耗了化学能，蓄电池端电压也有所下降。试验证明，电解液密度每下降0.06g/cm³，放电量约减少30%，全部放电完毕，密度为1.04～1.08g/cm³。

充电时，在外加电源的电场作用下，附着在极板上的硫酸铅与电解液中的水作用，生成硫酸、二氧化铅和铅。二氧化铅附着在正极板上，铅附着在负极板上，硫酸返回电解液中，水被电解为氢离子和氧离子，分别在负极板和正极板附近变为氢气和氧气逸出。由于充电时硫酸含量增加，水不断消耗，所以电解液的密度有所增大，同时充电时又将电能转变为化学能储存起来，蓄电池端电压也开始回升。

当电解液密度不再增加，并有大量气泡和高热现象出现时，说明蓄电池已恢复到放电前的状态。

（二）发电机

发电机的作用是将机械能转变为电能，是根据电磁感应原理制成的。发电机有直流发电机和交流发电机之分。现代摩托车上多使用交流发电机。摩托车交流发电机有两种形式：一种是单相交流发电机；另一种是三相交流发电机。单相交流发电机又分为磁铁转子式和飞轮式（磁电机）两种，磁电机实物如图2-6所示，安装位置及分解图如图2-7所示。

1．磁铁转子式单相交流发电机

（1）磁铁转子式单相交流发电机特点

磁铁转子式单相交流发电机向外输出单一相位的交流电，它经过整流器整流，向蓄电池充电和向用电设备供电。

磁铁转子式单相交流发电机具有结构简单、重量轻、维修方便（实际上很少需要维修）、低速充电性能好、提供电流能力较强等优点，国产250型摩托车大多采用这种类型的交流发电机。

（2）磁铁转子式单相交流发电机基本结构

磁铁转子式单相交流发电机主要由定子总成、转子总成、定子绕组和铁芯等组成，基本结构如图2-8所示。

定子总成主要由定子铁芯、定子绕组及端盖组成，固定在发动机曲轴箱体右侧。定子铁芯由相互绝缘的硅钢片叠成，其内侧沿周边均匀分布十二个槽；定子绕组由漆包线绕制的六个线圈组成，每个线圈的两边依次嵌装在铁芯的十二个槽内。六个线圈之间首尾相连（即串联连接），绕组的始端与尾端作为发电机的单相交流输出端。定子总成端盖上装有调整底板、断电器触点组件、电容器（图中未画出），这些是点火系统的一部分。

转子总成主要由转子磁铁和转轴组成，套装在发动机曲轴的右端。转子磁铁为六对永久磁铁，其极性沿转轴按照S→N→S→N顺序相间排列，然后用磁爪钢板夹持，并用环氧树脂填实，与转轴形成一个整体。转轴由黄铜制作，其内侧为锥形，并有一键槽，用于与曲轴定位连接。发动机工作时，转子总成随曲轴同步旋转。

本田C90型摩托车用交流发电机的构造（指主体）与上述发电机的构造基本相似，主要由定子总成和转子总成组成，其结构如图2-9所示。

这种发电机的转子总成上均布六个永久磁铁，定子总成上均布六个线圈，但线圈的连接却发生了很大的变化，如图2-10所示。绕组A给白天蓄电池充电及用电设备供电，绕组A、B、C并联（通过照明开关控制）后，给夜间蓄电池充电及用电设备供电。

本田C50型和C70型及有些铃木双缸摩托车也采用这种类型的交流发电机。

（3）磁铁转子式单相交流发电机工作原理

发动机启动后，嵌装永久磁铁的转子随曲轴运转并在其周围形成旋转磁场，使穿过定子绕组的磁通量发生变化，在绕组上便产生感应电动势。

当转子每转过一对磁极，即360°/6的转角时，穿过绕组线圈的磁通量变化一周，其上产生的感应电动势也随之变化一周，当转子继续运转时，线圈上便产生一个交变电动势。由于转子的磁极与定子的线圈都是均匀分布且相互对应时，于是穿过每个线圈内的磁通量变化率完全相同，从而使每个线圈上产生的交变电动势的大小和方向（即相位）也完全相同。

（4）磁铁转子式单相交流发电机整流器

① 整流器的作用和原理　整流器利用半导体（硅或硒）二极管具有的单向导电性，即二极管阳极电位高于阴极电位时，管子处于导通状态，阳极电位低于阴极电位时，管子处于截止状态，将四个二极管组成一单相桥式全波整流电路，把发电机输出的交变电流变为单一方向的直流电。

整流器工作原理如图2-11所示。当发电机输出的交变电流处于正半周（A端正、B端负）时，二极管VD1、VD4处于正向电压作用下而导通，电流自发电机A端→二极管VD1→用电设备→搭铁→二极管VD4→发电机B端，构成回路。当发电机输出的交变电流处于负半周（A端负，B端正）时，二极管VD2、VD3导通，电流自发电机B端→二极管VD2→用电设备→搭铁→二极管VD3→发电机A端，构成回路。

② G76型发电机整流器（GS10型）　四个二极管分别固装在四块铜片的凹部内。二极管的阳极接铜片，阴极用铜导线引出，其结构如图2-12（a）所示。铜片与铜片之间用绝缘垫隔开，各引线与铜片之间按要求连接好后，并装在一螺杆上，其结构如图2-12（b）所示。

当电流通过二极管使二极管发热时，铜片起散热作用，故铜片也称散热片。通常把铜片与二极管的组合体称为整流片。

这种整流器上并排有三个接线片。中间一接线片称为充电端，在电路中与蓄电池正极相接，相当于图2-11中的a点。两边两接线片称为发电机端（无极性），分别与发电机两输出端相接，相当于图2-11中的b点和c点。杆为接地端，与车体搭接，相当于图2-11中的d点。

2．三相交流发电机

三相交流发电机与直流发电机相比，具有体积小、重量轻、输出功率高、充电性能好等优点，因此被广泛使用在大排量及一些中排量的车上。三相交流发电机的构造与单相交流发电机的构造相似。不同点是，三相交流发电机采用励磁式磁极，定子内的感应线圈分为三组，分别向外输出相位相差120°的三相交流电。三相交流发电机与整流器、电压调节器配套工作。各种型号的三相交流发电机的主体基本相同，都是由定子、转子、端盖等组合件组成。长江750F型发动机采用的MJF-280A型三相交流发电机的基本结构如图2-13所示。

（1）定子

定子由定子铁芯和三相绕组构成，是产生感应电流的部分。定子铁芯由硅钢片叠加组成，呈圆柱形，圆周内侧冲有36个槽。三相绕组由三组线圈组成，每组线圈由六个线圈串联组成，构成一个单相绕组。三相绕组按一定的规则均匀地嵌装在定子铁芯的36个槽内。三相绕组采用星形接法，即三相绕组末端连在一起，接于端盖正面的中性点接线插片（N）上；三相绕组的始端对外输出，分别接于端盖正面并排的三个相线接线插片上。

（2）转子

转子主要由转轴、励磁线圈、铁芯、爪形磁极及集电环组成。励磁线圈套装在铁芯上，装在转轴的中部位置。转轴一端装有两个彼此绝缘的集电环，分别与励磁线圈的两线端（始端与末端）相接，另一端内有锥形孔，套装在发动机的后曲轴上，转轴随曲轴同步旋转。爪形磁极的作用是挡住励磁线圈，并将励磁线圈产生的轴向磁通转换成径向磁通，形成六对磁极。

（3）端盖

端盖由铝合金压铸而成，与定子组装在一起，通过螺钉固定在机匣上。端盖里面装有两个与之绝缘的电刷架和压力弹簧，两电刷分别装在电刷架内，靠弹簧的压力，分别与两集电环相贴。两电刷上的引线，分别与端盖正面上的磁场接线插片“＋”和接地接线插片“－”相连。电刷的作用是给旋转的励磁线圈引入电流，使之产生磁场。

（4）整流器

三相交流发电机采用由六个二极管组成的三相桥式全波整流器。整流器的整流电路如图2-14（a）所示。图2-14（b）所示为三相交流发电机输出电压波形。

在t＝0时，A相的电压为0，B相的电压为负值，C相的电压为正值，即C相的输出电压最高，B相的输出电压最低。此时整流器内二极管VD5、VD4处于正向电压作用下而异通，而二极管VD1、VD2、VD3、VD6处于反向电压作用下而截止，电流自C相输出经二极管VD5→负载R_L→二极管VD4→B相，构成回路，B、C两相之间的线电压加在负载R_L上。

在t₁～t₂时间内，A相电压最高，B相电压最低，VD1、VD4处于正向电压作用下而导通，此时电流的途径为A相输出→VD1→负载R_L→VD4→B相绕组。A、B两相之间的线电压加在负载R_L上。

在t₂～t₃时间内，A相电压仍最高，而C相电压变为最低，VD1、VD6处于正向电压作用下而导通，A、C两相之间的线电压加在负载R_L上。

在t₃～t₄时间内，B相电压变为最高，而C相电压变为最低，VD3、VD6处于导通状态，B、C两相之间的线电压加在负载R_L上。

可以看出，三相交流电在某一时间区域，总有一相电压相对其他两相为最高，而有一相电压相对其他两相为最低，这两相电压的电位差最大，此时这两相相连的二极管因阳极电位高于阴极电位而导通，在负载上就得到一个比较平稳的直流脉动电压，其波形如图2-14（c）所示。如本田CB350F型摩托车就是采用这种整流电路。

图2-15所示为MJF-280A型三相交流发电机配套使用的GZL-1型整流器电路原理。整流器中，除了组成三相桥式整流的六个大功率二极管（VD1～VD6）外，还有5个小功率二极管，其中三个（VD7、VD8、VD9）组成的电路给励磁线圈供电，另外两个（VD10、VD11，）是为了在满额时，将发电机中性点含有的交流成分进行整流后（与六个大功率管配合）输出，进一步提高发电机的输出电流（比原先增加11%～12%）。

GZL-1型整流器外形如图2-16所示，其电路连接如图2-17所示。

（5）电压调节器

三相交流发电机感应线圈具有较大的电抗（主要是感应线圈的感抗和阻抗），其中感抗与发电机转速成正比，在发动转速升高，输出电流增大到一定数值时，就必然受到感应线圈本身感抗的限制，故不需增设限流装置。另外，由于整流器中二极管具有单向导电作用，也不需增设断流装置。但是，发电机输出电压仍随着转速的增加而增大，为了获得一个较稳定的输出，必须对发电机的输出电压进行限制。电压调节器就是利用控制发电机的励磁电流而稳定输出电压的一种装置。

图2-18所示为本田CB350F型摩托车使用的电压调节器电路。

电压调节器外部有三个接线柱，一个接线柱“IG”通过点火开关接至蓄电池正极，一个接线柱“F”接至发电机磁场接线柱（“F”），一个接线柱“E”接至电路公共点（搭铁）。电压调节器有两对触点（二级振动式），上触点对在常态时为闭合的。

当点火开关接通后，蓄电池便向励磁电路供电，其电流途径为：

这时，虽然电压调节器线圈有电流通过，但不能产生足以使触点动作的磁力，上触点对仍保持闭合状态。

启动发动机后，当发电机输出电压高于蓄电池端电压时，通过电压调节器线圈的电流随着输出电压的增加而增大。当输出电压达到一级限额电压13.5～13.7V时，电压调节器线圈产生的磁力将克服动触点衔铁的弹性力，把动触点衔铁向下拉动，使动触点与上触点分开。上触点对分开后，励磁电流的途径为（变动部分）：→电压调节器接线柱“IG”→电阻R₁→接线柱“F”→。这时，励磁回路中加入电阻R₁（阻值为10Ω），使励磁电流减少至原值的一半，使发电机的输出电压降低。输出电压降低后，流至电压调节器线圈的电流减小，上触点对又闭合。当输出电压再次达到限额时，上触点对又被分开。如此反复，发电机输出电压由动触点在上触点与中间位置的快速往复动作所控制，把输出电压限制在一定的范围内。

当发动机转速继续升高时，由上触点对控制的输出电压会随转速的升高而升高。当输出电压达到二级限额电压14.5～15.0V时，电压调节器线圈产生的磁力将动触点衔铁继续向下拉，使动触点与下触点接触（接地）。此时，励磁线圈被短接，发电机输出电压降至零。输出电压降低后，流至电压调节器线圈的电流随之减小，动触点与下触点随之分开。如此反复，发电机输出电压由动触点在中间位置与下触点间快速动作所控制，使输出电压不再随转速的升高而升高，并限制在15V以内。

3．飞轮式单相交流发电机（磁电机）

（1）分类与结构

飞轮式单相交流发电机以内装永久磁铁的飞轮作为磁极，通常也称磁电机。磁电机按其点火电流的控制方式可分为有触点式磁电机（定子底盘上装有断电器）和无触点式磁电机（定子底盘上装有触发线圈）。

铃木单缸发动机用磁电机的典型结构如图2-19所示，它主要由飞轮总成、感应线圈、断电器、电容器等组成。

飞轮总成与发动机曲轴定位连接，故又称为转子。飞轮是一钢制圆盘，内缘处装有四块永久磁铁，其极性沿圆周按S→N→S→N依次排列，用环氧树脂浇封（或压板）固定形成一个整体。飞轮加装永久磁铁后质量较大，随发动机转动时，既起到形成旋转磁场的作用，又起到储存和释放发动机机械能而平稳转速的作用。飞轮上有一键槽，此键槽决定了飞轮与曲轴的安装位置，对点火时刻的影响很大。

感应线圈安装在与曲轴箱体固定的定子底盘上，故又称为定子。感应线圈由两组线圈组成，每组线圈绕在一条铁芯上，平行地固定在磁电机底盘两边。其中一组线圈向点火系统提供电流，此线圈称为点火电源线圈，另一组线圈（采用中间抽头，也可以说是由两个线圈串联组成）向照明设备和信号设备（兼蓄电池充电）提供电流，此线圈称为照明与信号线圈，也称为充电线圈。线圈内部连接如图2-20所示。

断电器主要由断电器座、断电器触点（包括活动触点和固定触点）、断电器触点臂、弹簧、顶块、油毡、凸轮等组成，其结构如图2-21所示。断电器触点臂活套在断电器轴上，活动触点与顶块（为绝缘材料）制作在断电器臂两端，弹簧压迫断电器臂，使顶块贴靠在凸轮上。凸轮为一偏心轴，由曲轴右端加工而成。顶块随凸轮凸面的升降而摆动，控制着活动触点与固定触点的闭合与断开。固定触点制作在断电器座上，断电器座通过断电器座固定螺钉固定在定子底盘上。改变断电器座在定子底盘上的位置，即可改变固定触点与活动触点间的间隙。断电器座上有一缺口（B），俗称撬槽，用以撬动断电器座而调整断电器触点间的间隙。

电容器与断电器触点相并联，用以消除或减轻触点在断开瞬间产生的火花，减轻触点烧蚀，并提高点火线圈的感应电动势。电容器由两条带状的铝箔和两条绝缘纸卷成，封装在一金属圆筒壳体内，每条铝箔各有一根引线，一根作为引出线，一根与壳体搭接，如图2-22所示。

摩托车上用的电容器容量一般为0.15～0.30μF。电容器的容量过大和过小都不好。容量过大，电容器充放电周期变长，使点火线圈铁芯的磁通变化率减小，感应高压降低；容量过小，触点张开时，自感电动势不能全部充给电容器，触点间仍有较大的火花，易烧蚀触点，并且还会使二次感应电压有所降低。

（2）有触点式磁电机

① 轻骑50A型摩托车用磁电机　轻骑50A型摩托车使用的磁电机飞轮内侧固定有四个磁极，定子底盘上装有两组互相平行的线圈，如图2-23所示。轻骑50A型摩托车用磁电机虽然也是由两组线圈组成，但每组线圈是由两个并联的线圈组成，其中一组线圈分别向点火系统和尾灯提供电流，另一组线圈分别向前照灯和信号系统（兼蓄电池充电）提供电流，如图2-24所示。

② 重庆JT50型摩托车用磁电机　重庆JT50型摩托车使用的磁电机，感应线圈由三组线圈组成，分别绕在三个非均布的铁芯上，其结构如图2-25所示，其中一组线圈向点火系统提供电流，一组线圈向信号系统提供电流，另一组线圈向照明系统提供电流，如图2-26所示。

这种磁电机内未安装电容器，而将电容器移接在磁电机外部，与点火线圈形成组合件。

③ 轻骑15型摩托车用磁电机　轻骑15型摩托车使用的磁电机直接向外输出点火用的高压电，故也称高压磁电机。这种磁电机定子底盘上装有两组线圈，其中一组为点火电源线圈（也称为点火线圈），另一组为照明线圈。点火电源线圈由匝数较少的一次线圈L₁和匝数较多的二次线圈L₂串联组成。断电器和电容器与一次线圈并联，二次线圈感应的高压，通过高压导线送至火花塞进行点火。照明线圈向前照灯、尾灯、喇叭提供电流，绕组内部连接如图2-27所示。

（3）无触点式磁电机

传统的触点点火方式有许多弊端，近代许多摩托车采用了无触点点火系统。无触点式磁电机与CDI点火装置配合工作，完成无触点点火系统的点火任务。无触点式磁电机除了用充电线圈及触发线圈代替有触点式磁电机的点火电源线圈及断电器（与断电器触点并联的电容器也一同取掉）外，与一般有触点式磁电机完全相同。充电线圈的作用是向CDI装置里的储能元件（电容器）充电，触发线圈的作用是向CDI装置里的晶闸管提供触发信号。由于这两种作用的线圈可分开，也可共用，因此在结构上就出现带触发线圈式和不带触发线圈式两种类型的磁电机。

① 无触点带触发线圈式磁电机　重庆·雅马哈CY80型摩托车用磁电机即为无触点带触发线圈式磁电机，如图2-28所示。

定子底盘上有三组线圈，分别为CDI充电线圈、触发线圈、照明与信号线圈（由两个线圈串联组成），绕组内部连接如图2-29所示。

图2-30所示为本田250型摩托车用磁电机。这种磁电机也属于无触点带触发线圈式磁电机，但触发线圈安装在磁电机外部（图中未画出）。

② 无触点不带触发线圈式磁电机　铃木FA50型摩托车用磁电机即为无触点不带触发线圈式磁电机。磁电机定子底盘上安装有两组线圈，一组为CDI充电兼触发线圈，另一组为照明与信号线圈。充电兼触发线圈感应的交变电流的正半周给CDI储能元件电容器充电，而负半周作为触发信号。绕组内部连接如图2-31所示。