JP3524783B2 - 電圧調整器付きハイブリッド交流発電機 - Google Patents
電圧調整器付きハイブリッド交流発電機Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両において補機
類を動かしたりバッテリを充電したりするための電力を
供給するのに使用される種類の交流発電機に関する。よ
り詳細には、本発明は、組み合わされて作動する永久磁
石部分と巻線界磁部分とを有するロータによって回転磁
界が与えられる高効率のハイブリッド交流発電機に関す
る。本発明はまた、特にハイブリッド交流発電機の出力
電圧を自動的に調整するように企図された電圧調整器に
関する。
類を動かしたりバッテリを充電したりするための電力を
供給するのに使用される種類の交流発電機に関する。よ
り詳細には、本発明は、組み合わされて作動する永久磁
石部分と巻線界磁部分とを有するロータによって回転磁
界が与えられる高効率のハイブリッド交流発電機に関す
る。本発明はまた、特にハイブリッド交流発電機の出力
電圧を自動的に調整するように企図された電圧調整器に
関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車工業はアイドリング時および走行
速度時の自動車両の能力を向上するよう試みられてき
た。特に、燃料の消費全体の約２分の１はアイドリング
時に行われることが判明されたので、アイドリング時の
能力を向上することが重要である。車両において最も一
般に見られる交流発電機の設計は、約２５から３０年間
使用されたものであり、製造するのに高価であるが、４
０〜５０％程度と非常に低い効率を呈するものである。
この問題は特に、所望の電圧を発生するのにロータ巻線
の高励起レベルが要求されそして非常に低い効率の要因
となる低い毎分回転数（ＲＰＭ）のときに著しい。
速度時の自動車両の能力を向上するよう試みられてき
た。特に、燃料の消費全体の約２分の１はアイドリング
時に行われることが判明されたので、アイドリング時の
能力を向上することが重要である。車両において最も一
般に見られる交流発電機の設計は、約２５から３０年間
使用されたものであり、製造するのに高価であるが、４
０〜５０％程度と非常に低い効率を呈するものである。
この問題は特に、所望の電圧を発生するのにロータ巻線
の高励起レベルが要求されそして非常に低い効率の要因
となる低い毎分回転数（ＲＰＭ）のときに著しい。
【０００３】より高効率化の要望と同時に、最近の車両
はより数多くのモータを有しそしてより大きな電力を要
求するので、より大きな電気的な定格を有する交流発電
機を供給することが必要である。その上、車両の燃料効
率は車両の重量に密接に関係しておりそして車両の総重
量を軽くするために交流発電機の重量を減らすのが好ま
しい。これらの目的は交流発電機の効率が高くなったと
きに達成される。
はより数多くのモータを有しそしてより大きな電力を要
求するので、より大きな電気的な定格を有する交流発電
機を供給することが必要である。その上、車両の燃料効
率は車両の重量に密接に関係しておりそして車両の総重
量を軽くするために交流発電機の重量を減らすのが好ま
しい。これらの目的は交流発電機の効率が高くなったと
きに達成される。
【０００４】車両における増大された電力の使用法はま
た、自動車で現在用いられている定格１２ボルトよりも
高い電圧で作動する構成要素を使用することに対する関
心を引き起こす。同時に、このような車両にとって１２
ボルト電力はより高い電圧に追加して必要であろうこと
が予見される。
た、自動車で現在用いられている定格１２ボルトよりも
高い電圧で作動する構成要素を使用することに対する関
心を引き起こす。同時に、このような車両にとって１２
ボルト電力はより高い電圧に追加して必要であろうこと
が予見される。
【０００５】ステータに２つの巻線を設けることによっ
て二重電圧形交流発電機を提供することは知られてい
る。しかしながら、ロータに単一巻線が用いられる場
合、異なった回路のために異なったレベルのロータ励弧
電流が要求されるので、２つの異なった電圧出力を適当
に調整することは困難である。本発明により提供される
タイプの単一および二重電圧形交流発電機はまた、電力
を効率的に発生できるために、風力または水力駆動式の
ような種々の非エンジン駆動式のものにも使用され得
る。
て二重電圧形交流発電機を提供することは知られてい
る。しかしながら、ロータに単一巻線が用いられる場
合、異なった回路のために異なったレベルのロータ励弧
電流が要求されるので、２つの異なった電圧出力を適当
に調整することは困難である。本発明により提供される
タイプの単一および二重電圧形交流発電機はまた、電力
を効率的に発生できるために、風力または水力駆動式の
ような種々の非エンジン駆動式のものにも使用され得
る。
【０００６】ハイブリッド交流発電機は、交流発電機が
低速で運転している間も、高レベルの磁束をただちに発
生するよう永久磁石を使用することによってその効率を
非常に高める。ここに開示されるハイブリッド交流発電
機を用いると、この交流発電機は、自動車またはその他
の車両に組み込まれたとき、エンジンのアイドリング速
度で全割合の交流発電機の電流および電圧出力を発生す
る。このことは、アイドリング時の回転速度から大きく
離れた速い速度で回転するまで全出力を発生することが
できなかった従来の交流発電機とは著しく違っている。
低速で運転している間も、高レベルの磁束をただちに発
生するよう永久磁石を使用することによってその効率を
非常に高める。ここに開示されるハイブリッド交流発電
機を用いると、この交流発電機は、自動車またはその他
の車両に組み込まれたとき、エンジンのアイドリング速
度で全割合の交流発電機の電流および電圧出力を発生す
る。このことは、アイドリング時の回転速度から大きく
離れた速い速度で回転するまで全出力を発生することが
できなかった従来の交流発電機とは著しく違っている。
【０００７】ハイブリッド交流発電機の全出力は永久磁
石により発生される磁束を補足することによって低い速
度で達成される。この補足磁束は、ロータ巻線を横切っ
て適用される順方向極性（forward polarity）電圧によ
ってその中に誘起される順方向ロータ巻線電流を有する
ロータ巻線により発生される。このことは、磁界を誘起
される巻線場（wound field）が磁界を誘起される永久
磁石と同一方向にありかつ補足するブースト（boostin
g）モードまたは順方向極性モードとしてとして参照さ
れる。
石により発生される磁束を補足することによって低い速
度で達成される。この補足磁束は、ロータ巻線を横切っ
て適用される順方向極性（forward polarity）電圧によ
ってその中に誘起される順方向ロータ巻線電流を有する
ロータ巻線により発生される。このことは、磁界を誘起
される巻線場（wound field）が磁界を誘起される永久
磁石と同一方向にありかつ補足するブースト（boostin
g）モードまたは順方向極性モードとしてとして参照さ
れる。
【０００８】しかしながら、交流発電機の毎分回転数が
増加するとき、永久磁石からの磁束はより大きな出力を
発生しそしてロータ巻線からの補足磁束の必要性は減少
する。結局、十分に高い速度では、磁束を誘起される永
久磁石からだけで交流発電機の全出力が利用でき、そし
てロータ巻線に追加の電流は必要ではなくなる。概し
て、この遷移は交流発電機の予測最大作動速度よりも十
分に低い速度で生じる。
増加するとき、永久磁石からの磁束はより大きな出力を
発生しそしてロータ巻線からの補足磁束の必要性は減少
する。結局、十分に高い速度では、磁束を誘起される永
久磁石からだけで交流発電機の全出力が利用でき、そし
てロータ巻線に追加の電流は必要ではなくなる。概し
て、この遷移は交流発電機の予測最大作動速度よりも十
分に低い速度で生じる。
【０００９】ロータ速度がこの遷移点を越えるとき、エ
ンジンは高速度で作動しており、永久磁石からの磁束は
大き過ぎそして損害を与えることになる過電圧および過
電流の発生を回避するよう減少されねばならない。この
ことは、ロータ巻線に逆方向極性（reverse polarity）
電圧が適用されるバッキング（bucking）モードまたは
逆方向極性モードでハイブリッド交流発電機を作動する
ことにより達成される。逆方向極性電圧はロータ巻線に
逆方向電流を発生する。逆方向電流は永久磁石からの磁
束に対向する磁束を発生し、それにより所望の出力電圧
に維持するよう交流発電機の出力を減少する。
ンジンは高速度で作動しており、永久磁石からの磁束は
大き過ぎそして損害を与えることになる過電圧および過
電流の発生を回避するよう減少されねばならない。この
ことは、ロータ巻線に逆方向極性（reverse polarity）
電圧が適用されるバッキング（bucking）モードまたは
逆方向極性モードでハイブリッド交流発電機を作動する
ことにより達成される。逆方向極性電圧はロータ巻線に
逆方向電流を発生する。逆方向電流は永久磁石からの磁
束に対向する磁束を発生し、それにより所望の出力電圧
に維持するよう交流発電機の出力を減少する。
【００１０】順方向および逆方向のロータ巻線の励磁電
流を必要とすることは、従来の交流発電機の場合には要
求されなかったある種の制限および必要条件をハイブリ
ッド交流発電機用電圧調整器に負わせる。低効率のくま
手極（claw pole）またはランデル（Ｌundell）型のハ
イブリッド交流発電機が知られているが、これらの制限
および必要条件の存在は、これまで、ハイブリッド交流
発電機用電圧調整器を製造するときでさえも技術的に認
識されていなかった。
流を必要とすることは、従来の交流発電機の場合には要
求されなかったある種の制限および必要条件をハイブリ
ッド交流発電機用電圧調整器に負わせる。低効率のくま
手極（claw pole）またはランデル（Ｌundell）型のハ
イブリッド交流発電機が知られているが、これらの制限
および必要条件の存在は、これまで、ハイブリッド交流
発電機用電圧調整器を製造するときでさえも技術的に認
識されていなかった。
【００１１】第１の問題は高誘導性のロータ巻線のスイ
ッチングにおける誘導効果、特に順方向および逆方向極
性励磁モード間の遷移に関するものである。この問題は
交流発電機が軽負荷状態であるときに最も著しい。
ッチングにおける誘導効果、特に順方向および逆方向極
性励磁モード間の遷移に関するものである。この問題は
交流発電機が軽負荷状態であるときに最も著しい。
【００１２】界磁巻線に誘導される電流がロータ巻線の
磁界に重要なエネルギーを貯える。このエネルギーは、
突然の負荷変化によってまたはロータ巻線を駆動する電
圧のスイッチング時に電圧スパイクを引き起こすことが
できる。ハイブリッド交流発電機の出力電圧を下げるに
は、従来技術では界磁巻線の電流を反転するように逆方
向極性モードが適用されるべきであると単純に示してい
た。しかしながら、電流が反転できる前に、それまで誘
導されていた磁界は消去しなければならない。この消去
中も、順方向極性モードで最初に誘導された順方向電流
はバッテリや自動車の補器類全部に通じる主電力母線に
滞留し続ける。
磁界に重要なエネルギーを貯える。このエネルギーは、
突然の負荷変化によってまたはロータ巻線を駆動する電
圧のスイッチング時に電圧スパイクを引き起こすことが
できる。ハイブリッド交流発電機の出力電圧を下げるに
は、従来技術では界磁巻線の電流を反転するように逆方
向極性モードが適用されるべきであると単純に示してい
た。しかしながら、電流が反転できる前に、それまで誘
導されていた磁界は消去しなければならない。この消去
中も、順方向極性モードで最初に誘導された順方向電流
はバッテリや自動車の補器類全部に通じる主電力母線に
滞留し続ける。
【００１３】バッテリが通常の方法で交流発電機に接続
されているとき、バッテリは、バッテリのその他の負荷
からのいかなる逆電流をも吸収するように作用できる。
また、大きなコンデンサもこのエネルギーを吸収するの
に使用できる。しかしながら、第１の方法はバッテリが
逆方向電流を吸収する可能性を常に呈するものではない
ので当てにできない。コンデンサの使用は、特にロータ
巻線に貯えられたすべてのエネルギーを処理するのに十
分なコンデンサが自動車のボンネットの下で使用するた
めの定格温度を有するものを使用される場合、非常に高
価である。
されているとき、バッテリは、バッテリのその他の負荷
からのいかなる逆電流をも吸収するように作用できる。
また、大きなコンデンサもこのエネルギーを吸収するの
に使用できる。しかしながら、第１の方法はバッテリが
逆方向電流を吸収する可能性を常に呈するものではない
ので当てにできない。コンデンサの使用は、特にロータ
巻線に貯えられたすべてのエネルギーを処理するのに十
分なコンデンサが自動車のボンネットの下で使用するた
めの定格温度を有するものを使用される場合、非常に高
価である。
【００１４】バッテリが取り外されたような場合、コン
デンサがないと、バッテリの接続が通常行われている回
路の両端に大きなフィルタコンデンサが配置されるま
で、主電力母線の正味の逆方向電流（net reverse curr
ent）の流れるところがない。適度の周波数のパルス幅
変調技術が採用されると、このコンデンサは適度な価値
あるものにできる。しかしながら、最も低コストおよび
小さな物理的寸法のためには、アルミニウム電解コンデ
ンサが好ましい。アルミニウム電解コンデンサは、しか
しながら、通常１０５℃より高い温度に耐えるようには
設計されておらず、かくして、車両用エンジン付近にあ
る高温環境の交流発電機に簡単に組み込むことはできな
い。
デンサがないと、バッテリの接続が通常行われている回
路の両端に大きなフィルタコンデンサが配置されるま
で、主電力母線の正味の逆方向電流（net reverse curr
ent）の流れるところがない。適度の周波数のパルス幅
変調技術が採用されると、このコンデンサは適度な価値
あるものにできる。しかしながら、最も低コストおよび
小さな物理的寸法のためには、アルミニウム電解コンデ
ンサが好ましい。アルミニウム電解コンデンサは、しか
しながら、通常１０５℃より高い温度に耐えるようには
設計されておらず、かくして、車両用エンジン付近にあ
る高温環境の交流発電機に簡単に組み込むことはできな
い。
【００１５】１０５℃より高い温度を避けるために熱い
交流発電機からコンデンサを幾分か分離したとしても、
コンデンサの寿命は温度の上昇に伴って急速に減衰され
る。かくして、ボンネット環境下では通常アルミニウム
電子技術の使用は許容されない。より高い温度のタンタ
ルコンデンサは使用できるが、それらは物理的に大きく
なりかつより高価であり、かくして、コストの観点から
大量の自動車での適用には魅力的なものではない。
交流発電機からコンデンサを幾分か分離したとしても、
コンデンサの寿命は温度の上昇に伴って急速に減衰され
る。かくして、ボンネット環境下では通常アルミニウム
電子技術の使用は許容されない。より高い温度のタンタ
ルコンデンサは使用できるが、それらは物理的に大きく
なりかつより高価であり、かくして、コストの観点から
大量の自動車での適用には魅力的なものではない。
【００１６】また、コンデンサがスイッチング遷移（sw
itching transients）を吸収するよう使用されたとして
も、依然として大きなエネルギー蓄積および界磁コイル
の長期の不変性による潜在的な問題がある。例えば、一
方向への全電圧（例えば順方向極性モードでのブース
ト）付近から他方向への有効電圧（例えば逆方向極性モ
ードでのバッキング）へ交流発電機の調整器に界磁電圧
極性を変更させるように交流発電機の速度または負荷が
突然変化するとき、バッテリがなくそしてシステムが無
負荷状態（界磁コイルを除く）であると、大きな電圧遷
移が起こりがちである。
itching transients）を吸収するよう使用されたとして
も、依然として大きなエネルギー蓄積および界磁コイル
の長期の不変性による潜在的な問題がある。例えば、一
方向への全電圧（例えば順方向極性モードでのブース
ト）付近から他方向への有効電圧（例えば逆方向極性モ
ードでのバッキング）へ交流発電機の調整器に界磁電圧
極性を変更させるように交流発電機の速度または負荷が
突然変化するとき、バッテリがなくそしてシステムが無
負荷状態（界磁コイルを除く）であると、大きな電圧遷
移が起こりがちである。
【００１７】この状態で、界磁コイルにおける初期エネ
ルギーはコンデンサに行く傾向にありそしてその電圧は
コンデンサが非常に大きいかまたは母線電圧がクランプ
（clamp）されるとき以外は過剰である。
ルギーはコンデンサに行く傾向にありそしてその電圧は
コンデンサが非常に大きいかまたは母線電圧がクランプ
（clamp）されるとき以外は過剰である。
【００１８】変調されたパルスからのリップル電流を処
理するのに適度な大きさのコンデンサが要求されるだけ
ではあるが、コンデンサは、過度の電圧を作ることなし
に界磁巻線における高エネルギーを処理できるようにす
るためには物理的に非常に大きくなる。たとえコンデン
サ電圧を制限するよう電圧クランプが用いられたとして
も、コストが非常にかかり、高温環境による信頼性への
関心は続いており、そして構成要素の寸法はボンネット
の下の窮屈な環境における問題を生じる。
理するのに適度な大きさのコンデンサが要求されるだけ
ではあるが、コンデンサは、過度の電圧を作ることなし
に界磁巻線における高エネルギーを処理できるようにす
るためには物理的に非常に大きくなる。たとえコンデン
サ電圧を制限するよう電圧クランプが用いられたとして
も、コストが非常にかかり、高温環境による信頼性への
関心は続いており、そして構成要素の寸法はボンネット
の下の窮屈な環境における問題を生じる。
【００１９】たとえバッテリがないとしても、パルス幅
変調技術の使用を許容する解決策および大きなコンデン
サを必要としない解決策は必要とされている。
変調技術の使用を許容する解決策および大きなコンデン
サを必要としない解決策は必要とされている。
【００２０】第２の、より複雑な問題は、車両が止めら
れたときに電圧調整器が活動を停止されてから逆方向極
性モードで逆方向電流を供給するのを防止するよう予防
策が講じられていなければならないことである。非常に
高いエンジンおよび交流発電機速度では、永久磁石から
の磁束はハイブリッドロータ巻線における反対方向への
磁束によってほぼ完全に打ち消される。磁束の打消し
が、例えば交流発電機を高回転速度で作動させているイ
グニッションスイッチを切ることによってただちに切ら
れると、交流発電機の出力電圧は典型的な自動車の電気
的な構成要素にとって損傷を与えるレベルまで急速に増
加する。
れたときに電圧調整器が活動を停止されてから逆方向極
性モードで逆方向電流を供給するのを防止するよう予防
策が講じられていなければならないことである。非常に
高いエンジンおよび交流発電機速度では、永久磁石から
の磁束はハイブリッドロータ巻線における反対方向への
磁束によってほぼ完全に打ち消される。磁束の打消し
が、例えば交流発電機を高回転速度で作動させているイ
グニッションスイッチを切ることによってただちに切ら
れると、交流発電機の出力電圧は典型的な自動車の電気
的な構成要素にとって損傷を与えるレベルまで急速に増
加する。
【００２１】本発明は、電圧調整器、および偶然に車両
のイグニッションシステムが不活発化されるのを防止す
るよう独立してそのイグニッションシステムに自動的に
動力を供給する自動インターロック（interlock）を具
体化するものである。この自動インターロックの設計
は、車両が動かされていないときに車両のバッテリを放
電しがちである車両のバッテリからの電流を少しまたは
無しにするためのものである。
のイグニッションシステムが不活発化されるのを防止す
るよう独立してそのイグニッションシステムに自動的に
動力を供給する自動インターロック（interlock）を具
体化するものである。この自動インターロックの設計
は、車両が動かされていないときに車両のバッテリを放
電しがちである車両のバッテリからの電流を少しまたは
無しにするためのものである。
【００２２】電圧調整器の好適な実施例はまた、電圧調
整器またはバッテリ母線上のその他のシステムに損傷を
与えることになる遷移電圧の抑制の第２の機能を遂行す
るようにロータ巻線を順方向および逆方向極性モード間
で切り換えるために必要なある種のスイッチ（好ましく
は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ)）を許容する新規な
方法で遷移電圧の抑制を具体化するものである。
整器またはバッテリ母線上のその他のシステムに損傷を
与えることになる遷移電圧の抑制の第２の機能を遂行す
るようにロータ巻線を順方向および逆方向極性モード間
で切り換えるために必要なある種のスイッチ（好ましく
は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ)）を許容する新規な
方法で遷移電圧の抑制を具体化するものである。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の有する問題
に鑑みて、本発明の一つの目的は低い毎分回転数でも効
率よく作動する交流発電機を提供することにある。
に鑑みて、本発明の一つの目的は低い毎分回転数でも効
率よく作動する交流発電機を提供することにある。
【００２４】本発明の別の目的は、ロータ巻線により発
生される可変回転磁界と組み合わされて回転永久磁石磁
界を供給するようロータに永久磁石アセンブリを用いた
交流発電機を提供することにある。
生される可変回転磁界と組み合わされて回転永久磁石磁
界を供給するようロータに永久磁石アセンブリを用いた
交流発電機を提供することにある。
【００２５】本発明のまた別の目的は、現用の同じ出力
の交流発電機よりも軽い、または同じ重量でより大きい
出力を発生する交流発電機を提供することにある。
の交流発電機よりも軽い、または同じ重量でより大きい
出力を発生する交流発電機を提供することにある。
【００２６】本発明の更に別の目的は、有効な二重電圧
形交流発電機、好ましくは両電圧が変化する負荷下で十
分に調整された二重電圧形交流発電機を提供することに
ある。
形交流発電機、好ましくは両電圧が変化する負荷下で十
分に調整された二重電圧形交流発電機を提供することに
ある。
【００２７】別の本発明の目的は、交流発電機が逆方向
極性モードにあるときに電圧調整器が不活発化されるの
を防止するよう自動的にインターロックするハイブリッ
ド交流発電機用電圧調整器を提供することにある。
極性モードにあるときに電圧調整器が不活発化されるの
を防止するよう自動的にインターロックするハイブリッ
ド交流発電機用電圧調整器を提供することにある。
【００２８】本発明のまた別の目的は、電圧遷移抑制を
提供するハイブリッド交流発電機用電圧調整器を提供す
ることにある。
提供するハイブリッド交流発電機用電圧調整器を提供す
ることにある。
【００２９】本発明の更に別の目的は、交流発電機がバ
ッテリを備えることなしにそして高価なコンデンサや電
圧クランプなしに作動できるハイブリッド交流発電機用
電圧調整器を提供することにある。
ッテリを備えることなしにそして高価なコンデンサや電
圧クランプなしに作動できるハイブリッド交流発電機用
電圧調整器を提供することにある。
【００３０】また別の本発明の目的は、車両がアイドリ
ング速度で作動しているときに最大定格の出力電圧およ
び電流を供給するハイブリッド交流発電機を提供するこ
とにある。
ング速度で作動しているときに最大定格の出力電圧およ
び電流を供給するハイブリッド交流発電機を提供するこ
とにある。
【００３１】更に別の本発明の目的は、ステータに配置
された放射状の冷却スロット（radio cooling slots）
を介して最大限に冷却することができる交流発電機を提
供することにある。
された放射状の冷却スロット（radio cooling slots）
を介して最大限に冷却することができる交流発電機を提
供することにある。
【００３２】
【課題を解決するための手段】上述並びに当業者にとっ
て明らかなその他の目的は、ハイブリッド交流発電機
が、組み合わされて作動する巻線界磁ロータ部分と永久
磁石ロータ部分を有するロータを取り巻いたステータ巻
線を有するステータを備える本発明により達成される。
巻線界磁ロータ部分は多数の極（multiple poles）を有
しそしてステータの第１長手方向領域内で回転するよう
にロータシャフトに取り付けられる。永久磁石ロータ部
分はまた巻線界磁ロータ部分の極数に対応した数の多数
の極を有し、そしてステータの１つまたはそれ以上の追
加の長手方向領域内で回転するために巻線界磁ロータ部
分に対して１つまたはそれ以上の長手方向へ離間した位
置でシャフトに取り付けられる。
て明らかなその他の目的は、ハイブリッド交流発電機
が、組み合わされて作動する巻線界磁ロータ部分と永久
磁石ロータ部分を有するロータを取り巻いたステータ巻
線を有するステータを備える本発明により達成される。
巻線界磁ロータ部分は多数の極（multiple poles）を有
しそしてステータの第１長手方向領域内で回転するよう
にロータシャフトに取り付けられる。永久磁石ロータ部
分はまた巻線界磁ロータ部分の極数に対応した数の多数
の極を有し、そしてステータの１つまたはそれ以上の追
加の長手方向領域内で回転するために巻線界磁ロータ部
分に対して１つまたはそれ以上の長手方向へ離間した位
置でシャフトに取り付けられる。
【００３３】永久磁石ロータ部分は、その磁界を維持す
るのにその他の磁界を必要としない永久磁石磁界を発生
するように、その周囲に複数の永久磁石を各極に１つず
つ備え得る。代案として、永久磁石磁界は、その中に形
成される磁極を交互にされた１つまたはそれ以上の固体
永久磁性ディスクによって作ることもできる。その他の
好適な磁気的構成形体は当業者によって案出されよう。
るのにその他の磁界を必要としない永久磁石磁界を発生
するように、その周囲に複数の永久磁石を各極に１つず
つ備え得る。代案として、永久磁石磁界は、その中に形
成される磁極を交互にされた１つまたはそれ以上の固体
永久磁性ディスクによって作ることもできる。その他の
好適な磁気的構成形体は当業者によって案出されよう。
【００３４】巻線界磁ロータ部分は、それぞれ出力を増
加または減少するように順方向または逆方向極性電流を
励弧され得るロータ巻線を備える。負荷状態の変化下で
所望する一定の出力電圧を維持するのに必要なだけ、ロ
ータ励起回路が順方向または逆方向極性励起をロータ巻
線に与える。ロータ励起回路は励起の量および出力を変
化するようにパルス幅変調を用いるのが好ましい。
加または減少するように順方向または逆方向極性電流を
励弧され得るロータ巻線を備える。負荷状態の変化下で
所望する一定の出力電圧を維持するのに必要なだけ、ロ
ータ励起回路が順方向または逆方向極性励起をロータ巻
線に与える。ロータ励起回路は励起の量および出力を変
化するようにパルス幅変調を用いるのが好ましい。
【００３５】好ましい設計において、交流発電機の永久
磁極及び巻線界磁極は突出極（salient pole）形態で配
列される。永久磁石磁界は独立した永久磁石または多数
の磁極を有する固体ディスク磁石によって形成され得
る。磁化の方向はロータシャフトに直角に指向され得、
或いはまた磁束集中（flux concentration）を提供する
代案的な実施例では、磁化の方向は、磁束通路（flux c
hanneling）エレメントがエアギャップを放射方向に横
切る向きに磁束を変えて、長手方向または周囲を取り巻
く方向に指向され得る。
磁極及び巻線界磁極は突出極（salient pole）形態で配
列される。永久磁石磁界は独立した永久磁石または多数
の磁極を有する固体ディスク磁石によって形成され得
る。磁化の方向はロータシャフトに直角に指向され得、
或いはまた磁束集中（flux concentration）を提供する
代案的な実施例では、磁化の方向は、磁束通路（flux c
hanneling）エレメントがエアギャップを放射方向に横
切る向きに磁束を変えて、長手方向または周囲を取り巻
く方向に指向され得る。
【００３６】好適な二重電圧形形態において、電圧変換
回路が第２電圧を発生しそしてその力を単一の３相ステ
ータ巻線の出力から引き出す。２つの異なった出力電圧
を発生するのに従来の２相ステータ巻線もまた使用し得
る。
回路が第２電圧を発生しそしてその力を単一の３相ステ
ータ巻線の出力から引き出す。２つの異なった出力電圧
を発生するのに従来の２相ステータ巻線もまた使用し得
る。
【００３７】本発明の第１の代案的な実施形態におい
て、ロータの永久磁石部分は、長手方向に磁化された磁
石を結合した多極固体ディスクを備えている。１つまた
はそれ以上のディスクが１つまたはそれ以上の永久磁石
ロータ部分に使用され得る。エアギャップへの磁束通路
および磁束集中は高透磁率材料の極セグメントによって
設けられる。極セグメントはまた巻線界磁コイルが広が
るのを制限して交流発電機が高い毎分回転数で作動でき
るように作用する。
て、ロータの永久磁石部分は、長手方向に磁化された磁
石を結合した多極固体ディスクを備えている。１つまた
はそれ以上のディスクが１つまたはそれ以上の永久磁石
ロータ部分に使用され得る。エアギャップへの磁束通路
および磁束集中は高透磁率材料の極セグメントによって
設けられる。極セグメントはまた巻線界磁コイルが広が
るのを制限して交流発電機が高い毎分回転数で作動でき
るように作用する。
【００３８】本発明の第２の代案的な実施例では埋設さ
れた永久磁石を使用する。磁石は円周方向に離間された
位置に配置され、交互に極性を変えて挿着されそして円
周方向に磁化するように指向される。磁束はエアギャッ
プに導かれそして磁束集中は透磁性材料の極片により達
成される。磁石および極片は非磁性ハブ材料を使用する
ことによってシャフトから磁性的に絶縁される。
れた永久磁石を使用する。磁石は円周方向に離間された
位置に配置され、交互に極性を変えて挿着されそして円
周方向に磁化するように指向される。磁束はエアギャッ
プに導かれそして磁束集中は透磁性材料の極片により達
成される。磁石および極片は非磁性ハブ材料を使用する
ことによってシャフトから磁性的に絶縁される。
【００３９】ハイブリッド交流発電機は、車両がアイド
リング速度で動いているときに全出力電圧および電流を
発生しそしてその全作動速度範囲で全出力を発生し続け
るように設計される。
リング速度で動いているときに全出力電圧および電流を
発生しそしてその全作動速度範囲で全出力を発生し続け
るように設計される。
【００４０】本発明はまたハイブリッド交流発電機のた
めの電圧調整器を含む。電圧調整器の第１実施例におい
て、ロータ巻線を順方向および逆方向の向きに通る電流
を導くのにスイッチングブリッジ（switching bridge）
が用いられる。スイッチングブリッジは、1)ロータ巻線
に順方向電圧が適用される順方向極性モードと、2)巻線
に逆方向電圧が適用される逆方向極性モードと、3)巻線
に電圧が適用されていないが、順方向または逆方向極性
モード時に誘導される電流を減衰できる減衰（decay）
モードとからなる３つの状態で作動するように独特な方
法で制御される。この実施例の最も好ましい構成におい
て、制御システムはデジタルであり、そしてスイッチン
グブリッジは電界効果トランジスタで構成される。
めの電圧調整器を含む。電圧調整器の第１実施例におい
て、ロータ巻線を順方向および逆方向の向きに通る電流
を導くのにスイッチングブリッジ（switching bridge）
が用いられる。スイッチングブリッジは、1)ロータ巻線
に順方向電圧が適用される順方向極性モードと、2)巻線
に逆方向電圧が適用される逆方向極性モードと、3)巻線
に電圧が適用されていないが、順方向または逆方向極性
モード時に誘導される電流を減衰できる減衰（decay）
モードとからなる３つの状態で作動するように独特な方
法で制御される。この実施例の最も好ましい構成におい
て、制御システムはデジタルであり、そしてスイッチン
グブリッジは電界効果トランジスタで構成される。
【００４１】この構造において、減衰電流はブリッジの
低電圧側の２つの電界効果トランジスタを通って循環
し、そして感知回路が減衰電流を検出してその電流がゼ
ロ近くの値に減衰されるまで電圧調整器が反対の極性モ
ードに切り換わるのを妨げる。
低電圧側の２つの電界効果トランジスタを通って循環
し、そして感知回路が減衰電流を検出してその電流がゼ
ロ近くの値に減衰されるまで電圧調整器が反対の極性モ
ードに切り換わるのを妨げる。
【００４２】電圧調整器の最も好適な構造は、電圧調整
器に自動的に通電しそして交流発電機が回転しているか
ぎりその通電状態を保持するように自動インターロック
を採用している。ブリッジ回路は遷移電圧スパイクを抑
制し、それにより２つの機能に役立つように独特に設計
されている。
器に自動的に通電しそして交流発電機が回転しているか
ぎりその通電状態を保持するように自動インターロック
を採用している。ブリッジ回路は遷移電圧スパイクを抑
制し、それにより２つの機能に役立つように独特に設計
されている。
【００４３】要求する出力条件に適合するには、特に交
流発電機にとって相対的に小さな容積寸法を維持する要
望の故に、高エネルギー密度が必要である。このこと
は、電子機器の予期される寿命に関係しそして永久磁石
が消磁されるのを防止することに関係する相対的に高温
で交流発電機が作動することを意味する。従って、ハイ
ブリッド交流発電機の好適な実施例では、ハウジングの
ステータ巻線領域の中心の周囲に配置されたスロットを
介して外部の冷却空気を導入する新規な方法を用いてい
る。
流発電機にとって相対的に小さな容積寸法を維持する要
望の故に、高エネルギー密度が必要である。このこと
は、電子機器の予期される寿命に関係しそして永久磁石
が消磁されるのを防止することに関係する相対的に高温
で交流発電機が作動することを意味する。従って、ハイ
ブリッド交流発電機の好適な実施例では、ハウジングの
ステータ巻線領域の中心の周囲に配置されたスロットを
介して外部の冷却空気を導入する新規な方法を用いてい
る。
【００４４】このことは、小さいまたは無磁束である領
域によって分離された２つの領域にステータを分割する
永久磁石領域と巻線界磁ロータ領域との間の交流発電機
の分割によってここに示すハイブリッド交流発電機にお
いて行われている。交流発電機の別の実施例は、ロータ
巻線とステータ巻線との間の新規な結合配列を用いてい
る。この配列を用いることによって、構成要素のコスト
を大きく低減する単純化された電圧調整器が使用され得
る。電圧調整器はバッテリの陽極端子とアースとの間に
ロータ巻線の一端を交互に接続する。ロータ巻線の他端
はステータ（これはバッテリ電圧の約半分で作動する）
の中性点に接続される。調整器のスイッチング回路は、
ロータを順方向および逆方向モード間で遷移するよう交
互に接続するための２つのスイッチだけが必要である。
域によって分離された２つの領域にステータを分割する
永久磁石領域と巻線界磁ロータ領域との間の交流発電機
の分割によってここに示すハイブリッド交流発電機にお
いて行われている。交流発電機の別の実施例は、ロータ
巻線とステータ巻線との間の新規な結合配列を用いてい
る。この配列を用いることによって、構成要素のコスト
を大きく低減する単純化された電圧調整器が使用され得
る。電圧調整器はバッテリの陽極端子とアースとの間に
ロータ巻線の一端を交互に接続する。ロータ巻線の他端
はステータ（これはバッテリ電圧の約半分で作動する）
の中性点に接続される。調整器のスイッチング回路は、
ロータを順方向および逆方向モード間で遷移するよう交
互に接続するための２つのスイッチだけが必要である。
【００４５】本発明はまた、電流量（方向性は無関係で
ある）が順方向および逆方向極性モードにおいて増加さ
れるだけであり、そして減衰を許容する巻線を介して電
流を再循環する減衰モードにおいて電流量が減少される
だけである３段調整器を有する交流発電機の巻線を通る
両方向の電流の流れを制御する方法を含む。
ある）が順方向および逆方向極性モードにおいて増加さ
れるだけであり、そして減衰を許容する巻線を介して電
流を再循環する減衰モードにおいて電流量が減少される
だけである３段調整器を有する交流発電機の巻線を通る
両方向の電流の流れを制御する方法を含む。
【００４６】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、本発明の交流
発電機は、第１長手方向ステータ領域１２と第２長手方
向ステータ領域１４とを有するステータ１０を備える。
図４に示されるように、３相ステータ巻線１６がステー
タ１０の内部に形成されたスロット１８（図２および３
に示されている）を通って延びる。
発電機は、第１長手方向ステータ領域１２と第２長手方
向ステータ領域１４とを有するステータ１０を備える。
図４に示されるように、３相ステータ巻線１６がステー
タ１０の内部に形成されたスロット１８（図２および３
に示されている）を通って延びる。
【００４７】総体的に矢印２０で示されるロータがステ
ータ１０内で回転するようシャフト２２に装着される。
ロータは、第１ステータ領域１２内で回転する巻線界磁
ロータ部分２４と第２ステータ領域１４内で回転する永
久磁石ロータ部分３８とを備える。
ータ１０内で回転するようシャフト２２に装着される。
ロータは、第１ステータ領域１２内で回転する巻線界磁
ロータ部分２４と第２ステータ領域１４内で回転する永
久磁石ロータ部分３８とを備える。
【００４８】巻線界磁ロータ部分２４は、電流がシャフ
ト２２のスリップリング３０，３２を介して適用される
ときはいつでも磁界を発生するよう励起されることがで
きるロータ巻線２８を有する。スリップリング３０，３
２と接触させて励弧電流がロータ巻線に供給できるよう
に周知のブラシ（図示なし）がケース３６の領域３４内
に装着され得る。
ト２２のスリップリング３０，３２を介して適用される
ときはいつでも磁界を発生するよう励起されることがで
きるロータ巻線２８を有する。スリップリング３０，３
２と接触させて励弧電流がロータ巻線に供給できるよう
に周知のブラシ（図示なし）がケース３６の領域３４内
に装着され得る。
【００４９】永久磁石ロータ部分３８は、巻線界磁ロー
タ部分２４から長手方向に離間された関係でシャフト２
２に装着される。永久磁石ロータ部分３８はその周囲に
配置された複数の永久磁石４０を備え、磁化の方向がロ
ータのシャフトに関して急速に指向されるように装着さ
れる。磁石は、ロータとステータの間のエアギャップを
横切って延びる多数極永久磁石磁界を維持する。
タ部分２４から長手方向に離間された関係でシャフト２
２に装着される。永久磁石ロータ部分３８はその周囲に
配置された複数の永久磁石４０を備え、磁化の方向がロ
ータのシャフトに関して急速に指向されるように装着さ
れる。磁石は、ロータとステータの間のエアギャップを
横切って延びる多数極永久磁石磁界を維持する。
【００５０】図２は、その中で巻線界磁ロータが回転す
るステータの第１領域１２を通る断面図である。巻線界
磁ロータは、ロータのシャフトに沿って隣接して積み重
ねられた図２に示される断面形状を有する多数の薄い積
層板から周知のように形成される。代案としては、巻線
界磁ロータ極はソリッド鋳型成形磁性材料を用いて構成
され得る。ロータの各積層板は、ロータ巻線２８が北お
よび南磁界を交互に生ずるように対向方向へ巻かれた交
互の極を有してその回りに配列される複数の極４２を備
える。
るステータの第１領域１２を通る断面図である。巻線界
磁ロータは、ロータのシャフトに沿って隣接して積み重
ねられた図２に示される断面形状を有する多数の薄い積
層板から周知のように形成される。代案としては、巻線
界磁ロータ極はソリッド鋳型成形磁性材料を用いて構成
され得る。ロータの各積層板は、ロータ巻線２８が北お
よび南磁界を交互に生ずるように対向方向へ巻かれた交
互の極を有してその回りに配列される複数の極４２を備
える。
【００５１】かくして、ステータの第１領域１２とロー
タの第１巻線ロータ部分２４は、励弧電流がロータ巻線
２８に供給されるときはいつでも出力線４４，４６およ
び４８（図１および図４に示されている）を通ってステ
ータ巻線１６から出力を発生する突極（salient pole）
交流発電機として作用する。
タの第１巻線ロータ部分２４は、励弧電流がロータ巻線
２８に供給されるときはいつでも出力線４４，４６およ
び４８（図１および図４に示されている）を通ってステ
ータ巻線１６から出力を発生する突極（salient pole）
交流発電機として作用する。
【００５２】《ハイブリッド交流発電機 − 放射状に磁
化される永久磁石》図３は交流発電機の一実施例の永久
磁石ロータ部分を通る断面図である。永久磁石ロータ部
分は、矩形のスラブとして形作られかつ永久磁石ロータ
積層板３８に保持される８個の永久磁石４０を備える。
代案としては８個よりも多いまたは少ない磁極を用い得
るが、常に巻線界磁ロータと同じ数を有する。矩形のス
ラブ以外の形も使用され得、例えばスラブの厚さをロー
タの曲線に適合するよう変化し得る。
化される永久磁石》図３は交流発電機の一実施例の永久
磁石ロータ部分を通る断面図である。永久磁石ロータ部
分は、矩形のスラブとして形作られかつ永久磁石ロータ
積層板３８に保持される８個の永久磁石４０を備える。
代案としては８個よりも多いまたは少ない磁極を用い得
るが、常に巻線界磁ロータと同じ数を有する。矩形のス
ラブ以外の形も使用され得、例えばスラブの厚さをロー
タの曲線に適合するよう変化し得る。
【００５３】各永久磁石スラブはその厚さ全てを磁化さ
れそして磁化の方向が放射状、すなわち、シャフト２２
に直角でありかつスラブ４０の大きな面に垂直である方
向へ延びるように装着される。
れそして磁化の方向が放射状、すなわち、シャフト２２
に直角でありかつスラブ４０の大きな面に垂直である方
向へ延びるように装着される。
【００５４】スラブは、永久磁石ロータの周囲の積層板
３８の開口に保持されそして、１つのスラブの北極を外
向きにしそして次のスラブの北極を内向きにして交互に
置かれる。この方法で、巻線ロータにより発生された磁
界は、順方向励弧電流がロータ巻線２８に適用されると
きに永久磁石磁界に加わりそして逆方向電流が適用され
るときに永久磁石磁界から減じる。図示の場合の永久磁
石はネオジムで形成されるが、しかしながら、セラミッ
クまたはサマリウム−コバルト磁石のようなその他の磁
性材料もまた使用され得そして特有な適用では好適であ
り得る。生産では、ネオジム磁石はニッケルめっきされ
る。
３８の開口に保持されそして、１つのスラブの北極を外
向きにしそして次のスラブの北極を内向きにして交互に
置かれる。この方法で、巻線ロータにより発生された磁
界は、順方向励弧電流がロータ巻線２８に適用されると
きに永久磁石磁界に加わりそして逆方向電流が適用され
るときに永久磁石磁界から減じる。図示の場合の永久磁
石はネオジムで形成されるが、しかしながら、セラミッ
クまたはサマリウム−コバルト磁石のようなその他の磁
性材料もまた使用され得そして特有な適用では好適であ
り得る。生産では、ネオジム磁石はニッケルめっきされ
る。
【００５５】磁石を保持する開口に加えて、積層板３８
は、重量を軽減しそして冷却空気が交流発電機を通るこ
とができるように多数の開口５０を備える。
は、重量を軽減しそして冷却空気が交流発電機を通るこ
とができるように多数の開口５０を備える。
【００５６】これらのことは電気機械にとって一般的に
なじみのあることでありそして特に交流発電機ではシャ
フト２２が回転されるときはいつでもステータ巻線１６
に電圧を誘導するロータに永久磁石４０が永久磁石磁界
を与えることは理解されよう。シャフトの回転は総体的
にベルトおよびプーリ駆動で達成されるが、しかしなが
ら、歯車駆動またはその他の手段も適用され得る。
なじみのあることでありそして特に交流発電機ではシャ
フト２２が回転されるときはいつでもステータ巻線１６
に電圧を誘導するロータに永久磁石４０が永久磁石磁界
を与えることは理解されよう。シャフトの回転は総体的
にベルトおよびプーリ駆動で達成されるが、しかしなが
ら、歯車駆動またはその他の手段も適用され得る。
【００５７】図１に示されるものの場合、ステータ巻線
１６は巻線界磁ロータ部分を連続して取り巻く第１ステ
ータ領域から永久磁石部分を取り巻く第２ステータ領域
を通って延びる。かくして、シャフト２２が回転する
と、部分的に永久磁石からの磁界の効果でありかつ部分
的に巻線界磁ロータ部分の巻線２８の励弧電流により発
生された磁界の効果である電圧がステータ巻線１６に誘
導される。また、２つのステータ区域に別々の巻線を使
用してそれらの出力を電気的に結合することも可能であ
る。
１６は巻線界磁ロータ部分を連続して取り巻く第１ステ
ータ領域から永久磁石部分を取り巻く第２ステータ領域
を通って延びる。かくして、シャフト２２が回転する
と、部分的に永久磁石からの磁界の効果でありかつ部分
的に巻線界磁ロータ部分の巻線２８の励弧電流により発
生された磁界の効果である電圧がステータ巻線１６に誘
導される。また、２つのステータ区域に別々の巻線を使
用してそれらの出力を電気的に結合することも可能であ
る。
【００５８】図１、２および３に示されるものの場合、
交流発電機のステータ部分は領域１２におけるものと領
域１４におけるものとが同じでありそして同一のスロッ
ト１８およびステータ巻線１６とを備える。しかしなが
ら、スロット１８は、その長さに沿った１つまたはそれ
以上のステータスロットピッチ（stator slot pitch)に
等しいスキューがあるようにゆがめられ得る。このスキ
ューの目的は磁気的なコギングを防止することにある。
このようなスキューがない場合、ステータとロータの間
のエアギャップのスロット開口により生じる種々の磁気
抵抗によって磁気的なコギングおよび無用な振動が発生
される。
交流発電機のステータ部分は領域１２におけるものと領
域１４におけるものとが同じでありそして同一のスロッ
ト１８およびステータ巻線１６とを備える。しかしなが
ら、スロット１８は、その長さに沿った１つまたはそれ
以上のステータスロットピッチ（stator slot pitch)に
等しいスキューがあるようにゆがめられ得る。このスキ
ューの目的は磁気的なコギングを防止することにある。
このようなスキューがない場合、ステータとロータの間
のエアギャップのスロット開口により生じる種々の磁気
抵抗によって磁気的なコギングおよび無用な振動が発生
される。
【００５９】ステータは電気的グレード（electric gra
de）鋼の薄い積層板の積み重なりとして形成される。こ
の積み重なりの各部材はその長さに沿った１つのステー
タスロットピッチのスキューを形成するよう隣接する部
材から十分に回転方向へ変位される。
de）鋼の薄い積層板の積み重なりとして形成される。こ
の積み重なりの各部材はその長さに沿った１つのステー
タスロットピッチのスキューを形成するよう隣接する部
材から十分に回転方向へ変位される。
【００６０】図３に示されていないが、永久磁石部分は
樹脂で接着されたカーボン繊維のような軽量であるが強
い材料の予め製造された円筒状スリーブを備え得る。こ
のスリーブは薄い壁厚と永久磁石ロータ部分の直径に等
しい直径とを有する。それは永久磁石ロータ部分を取り
囲み、磁石４０が外向きに投げ出されそして高速運転の
結果として発生された遠心力でステータを損傷するのを
防止する。
樹脂で接着されたカーボン繊維のような軽量であるが強
い材料の予め製造された円筒状スリーブを備え得る。こ
のスリーブは薄い壁厚と永久磁石ロータ部分の直径に等
しい直径とを有する。それは永久磁石ロータ部分を取り
囲み、磁石４０が外向きに投げ出されそして高速運転の
結果として発生された遠心力でステータを損傷するのを
防止する。
【００６１】交流発電機のシャフト２２が回転し始める
と、磁石部分は所要の出力電圧を発生するよう整流され
るべき電圧をステータ巻線１６に誘導する。図４を参照
すると、典型的なステータ巻線１６が、６つのパワーダ
イオード６０により形成された全波電圧整流器に接続さ
れる３つの鉄芯脚で構成される。パワーダイオード６０
は出力を整流しそして電池６２に充電しかつ出力６４以
上の補機類用電力を車両に供給するよう充電電力を与え
る。
と、磁石部分は所要の出力電圧を発生するよう整流され
るべき電圧をステータ巻線１６に誘導する。図４を参照
すると、典型的なステータ巻線１６が、６つのパワーダ
イオード６０により形成された全波電圧整流器に接続さ
れる３つの鉄芯脚で構成される。パワーダイオード６０
は出力を整流しそして電池６２に充電しかつ出力６４以
上の補機類用電力を車両に供給するよう充電電力を与え
る。
【００６２】低い毎分回転数での永久磁石による交流発
電機からの出力は、出力６４で必要とされる全電圧を供
給するには不十分である。従って、順方向励起極性がロ
ータ巻線２８に適用される。このことはロータの電流を
増加し、ロータ巻線により発生される磁界強度を増加し
そして出力電圧を所望のレベルまで増大するようロータ
巻線１６からの出力を増加する。順方向極性およびそれ
により誘導される順方向電流は、ブーストモードにおい
てロータ巻線の磁界を永久磁石の磁界に加えることにな
る極性および電流である。
電機からの出力は、出力６４で必要とされる全電圧を供
給するには不十分である。従って、順方向励起極性がロ
ータ巻線２８に適用される。このことはロータの電流を
増加し、ロータ巻線により発生される磁界強度を増加し
そして出力電圧を所望のレベルまで増大するようロータ
巻線１６からの出力を増加する。順方向極性およびそれ
により誘導される順方向電流は、ブーストモードにおい
てロータ巻線の磁界を永久磁石の磁界に加えることにな
る極性および電流である。
【００６３】ロータ巻線２８に順方向励弧電流を供給す
ることによる出力増大の必要性はエンジンの低い毎分回
転数のときだけ生ずる。エンジン速度が増加すると、ス
テータからの出力は増加しそして所望の出力電圧が単に
永久磁石ロータ部分によるステータで発生される点に到
達する。この速度では、励弧電流はロータ巻線２８に供
給される必要はない。しかしながら、この速度以上で
は、永久磁石ロータ部分はステータ巻線に過電圧を発生
することになる。
ることによる出力増大の必要性はエンジンの低い毎分回
転数のときだけ生ずる。エンジン速度が増加すると、ス
テータからの出力は増加しそして所望の出力電圧が単に
永久磁石ロータ部分によるステータで発生される点に到
達する。この速度では、励弧電流はロータ巻線２８に供
給される必要はない。しかしながら、この速度以上で
は、永久磁石ロータ部分はステータ巻線に過電圧を発生
することになる。
【００６４】高い毎分回数での過電圧を打ち消すため
に、ロータ巻線２８は、減衰モードで交流発電機からの
出力を減少する逆方向励弧電流を供給する。図５は、エ
ンジン毎分回転数の関数としてステータ巻線１６から生
じる出力６４における一定の出力電圧を維持するのに必
要なロータ巻線２８における巻線界磁電流のグラフを示
す。このグラフは本発明の一つの実施可能な手段の例示
を提供する。交流発電機のエンジンとの伝動装置、ロー
タおよびステータにおける巻線の巻数および抵抗、並び
に磁石およびロータ巻線により発生される磁界の相対的
な強度における変更はすべて、どのような特殊な適用例
であってもこの曲線に影響を及ぼす。
に、ロータ巻線２８は、減衰モードで交流発電機からの
出力を減少する逆方向励弧電流を供給する。図５は、エ
ンジン毎分回転数の関数としてステータ巻線１６から生
じる出力６４における一定の出力電圧を維持するのに必
要なロータ巻線２８における巻線界磁電流のグラフを示
す。このグラフは本発明の一つの実施可能な手段の例示
を提供する。交流発電機のエンジンとの伝動装置、ロー
タおよびステータにおける巻線の巻数および抵抗、並び
に磁石およびロータ巻線により発生される磁界の相対的
な強度における変更はすべて、どのような特殊な適用例
であってもこの曲線に影響を及ぼす。
【００６５】図５を参照すると、順方向励弧電流が必要
である曲線６６のブースト部分は、毎分回転数約６００
のアイドリング時から毎分回転数１２００に到達するま
で生ずる。毎分回転数が毎分回転数６００から毎分回転
数１２００に増加すると、一定の出力電圧を維持するの
に必要な順方向励弧電流の量は減少し、位置７０でゼロ
（０）になる。この位置では、励起の全ては永久磁石ロ
ータ部分から得られる。毎分回転数１２００を越える速
度では、曲線のバッキング部分（buck portion）６８に
入り込む。曲線のこの区域では、出力電圧が所望のレベ
ルを越えるのを防止するために、垂直軸に負の電流値で
示される逆方向励起が要求される。ブーストモードとバ
ッキングモードとの間の交差位置７０は、巻線界磁ロー
タ部分と永久磁石ロータ部分との間の出力の相対的な比
率を変化することによって調節され得る。図１を参照す
ると、このことは永久磁石４０またはロータ巻線により
発生される磁界の強度を調節することにより達成され
る。代案として、永久磁石部分１４と巻線界磁ロータ部
分１２との相対的な寸法を変化することにより変更され
得る。図１において、これらはほぼ等しい寸法として示
されているが、比率は作動時のブーストおよびバッキン
グ領域間の交差位置を調節するのに必要なだけ変化され
得る。
である曲線６６のブースト部分は、毎分回転数約６００
のアイドリング時から毎分回転数１２００に到達するま
で生ずる。毎分回転数が毎分回転数６００から毎分回転
数１２００に増加すると、一定の出力電圧を維持するの
に必要な順方向励弧電流の量は減少し、位置７０でゼロ
（０）になる。この位置では、励起の全ては永久磁石ロ
ータ部分から得られる。毎分回転数１２００を越える速
度では、曲線のバッキング部分（buck portion）６８に
入り込む。曲線のこの区域では、出力電圧が所望のレベ
ルを越えるのを防止するために、垂直軸に負の電流値で
示される逆方向励起が要求される。ブーストモードとバ
ッキングモードとの間の交差位置７０は、巻線界磁ロー
タ部分と永久磁石ロータ部分との間の出力の相対的な比
率を変化することによって調節され得る。図１を参照す
ると、このことは永久磁石４０またはロータ巻線により
発生される磁界の強度を調節することにより達成され
る。代案として、永久磁石部分１４と巻線界磁ロータ部
分１２との相対的な寸法を変化することにより変更され
得る。図１において、これらはほぼ等しい寸法として示
されているが、比率は作動時のブーストおよびバッキン
グ領域間の交差位置を調節するのに必要なだけ変化され
得る。
【００６６】《二重電圧形ハイブリッド交流発電機》図
１に示される本発明の最も単純な形態において、ステー
タ巻線１６は図４に示される周知の巻線配置を用いてい
る。しかしながら、その他のステータ巻線配列も採用さ
れ得る。例えば、２つの異なった出力電圧を発生するよ
うにステータを２つの別個の巻線に接続することは知ら
れている。本発明は、より高い出力電圧、典型的に４８
ボルトと同様に１２ボルト出力を有することが所望され
るこの二重電圧発生方法を注視するものである。しかし
ながら、二重電圧運転の好適な方法は図４に関係して述
べられるタイプの電圧変換回路を用いることである。
１に示される本発明の最も単純な形態において、ステー
タ巻線１６は図４に示される周知の巻線配置を用いてい
る。しかしながら、その他のステータ巻線配列も採用さ
れ得る。例えば、２つの異なった出力電圧を発生するよ
うにステータを２つの別個の巻線に接続することは知ら
れている。本発明は、より高い出力電圧、典型的に４８
ボルトと同様に１２ボルト出力を有することが所望され
るこの二重電圧発生方法を注視するものである。しかし
ながら、二重電圧運転の好適な方法は図４に関係して述
べられるタイプの電圧変換回路を用いることである。
【００６７】本発明のその他の変形もまた注視される。
例えば、単一電圧形態において、ステータ巻線は、１つ
が巻線界磁ロータ部分を取り巻く第１領域１２内だけに
ありそして１つが永久磁石ロータ部分を取り巻く第２領
域１４内にある２つの別個のステータ巻線から構成され
得る。これらの別々のステータ巻線からの出力はそのと
き所望の出力電圧を発生するのに必要なだけ電気的に組
み合わされる。
例えば、単一電圧形態において、ステータ巻線は、１つ
が巻線界磁ロータ部分を取り巻く第１領域１２内だけに
ありそして１つが永久磁石ロータ部分を取り巻く第２領
域１４内にある２つの別個のステータ巻線から構成され
得る。これらの別々のステータ巻線からの出力はそのと
き所望の出力電圧を発生するのに必要なだけ電気的に組
み合わされる。
【００６８】引き続き図１を参照すると、ステータの２
つの領域間にギャップ５２があることが分かる。このギ
ャップは任意のものであるが、用いられる場合、ステー
タ１２および１４の磁性領域を隔離するように相対的に
低い透磁率の材料で作成されるべきである。ギャップは
単純なエアギャップであるか、或いは部分的または完全
にプラスチックまたは同様な部材のような低い透磁率の
固体材料で充満され得る。ステータ巻線１６が第１領域
１２からギャップを通って第２領域１４に完全に延びる
ところでは、ギャップは、その中に巻線１６を形成する
ステータ巻線が配置される連続したスロット１８を設け
るようにステータと同じロータに直角な断面形状を有す
る部材で充満され得る。
つの領域間にギャップ５２があることが分かる。このギ
ャップは任意のものであるが、用いられる場合、ステー
タ１２および１４の磁性領域を隔離するように相対的に
低い透磁率の材料で作成されるべきである。ギャップは
単純なエアギャップであるか、或いは部分的または完全
にプラスチックまたは同様な部材のような低い透磁率の
固体材料で充満され得る。ステータ巻線１６が第１領域
１２からギャップを通って第２領域１４に完全に延びる
ところでは、ギャップは、その中に巻線１６を形成する
ステータ巻線が配置される連続したスロット１８を設け
るようにステータと同じロータに直角な断面形状を有す
る部材で充満され得る。
【００６９】《ハイブリッド交流発電機 − ステータを
通る放射状冷却スロット》好適な実施例において、ステ
ータ区域１２および１４間のエアギャップ５２は中実で
はなく、外部空間に開放される。冷却空気は、そのとき
端部で交流発電機の外に導通されているステータ区域１
２間のエアギャップ５２を通って交流発電機の内部に入
ることが可能である。典型的に、このことは交流発電機
の一端または両端に配置されたファン（図示なし）によ
って行われる。
通る放射状冷却スロット》好適な実施例において、ステ
ータ区域１２および１４間のエアギャップ５２は中実で
はなく、外部空間に開放される。冷却空気は、そのとき
端部で交流発電機の外に導通されているステータ区域１
２間のエアギャップ５２を通って交流発電機の内部に入
ることが可能である。典型的に、このことは交流発電機
の一端または両端に配置されたファン（図示なし）によ
って行われる。
【００７０】図１に示されるステータのための２つの区
域の構成形体は、冷却空気が最も冷却を必要とする交流
発電機の中央領域に導かれるように流動できるようにな
っている。この構造はユニットにおける熱エネルギーの
拡散を強める一方、電力出力密度を同時に最大にする。
エアギャップには一連の放射状に指向された開口を有す
る軸方向のスペーサが適当に設けられ、該開口は、冷却
空気が交流発電機の最も熱い部分に入れるようにエアギ
ャップをスペーサの円周方向断面の表面面積の約８５％
以上開放する。矢印５３は、この断面において空気が長
手方向にのみ流れる従来技術と比較するとステータを通
って放射状に流れる冷却空気の交流発電機内部への入口
を示す。
域の構成形体は、冷却空気が最も冷却を必要とする交流
発電機の中央領域に導かれるように流動できるようにな
っている。この構造はユニットにおける熱エネルギーの
拡散を強める一方、電力出力密度を同時に最大にする。
エアギャップには一連の放射状に指向された開口を有す
る軸方向のスペーサが適当に設けられ、該開口は、冷却
空気が交流発電機の最も熱い部分に入れるようにエアギ
ャップをスペーサの円周方向断面の表面面積の約８５％
以上開放する。矢印５３は、この断面において空気が長
手方向にのみ流れる従来技術と比較するとステータを通
って放射状に流れる冷却空気の交流発電機内部への入口
を示す。
【００７１】ステータを通って放射状に入る空気はロー
タとステータとの間のギャップを通って流れ得る。巻線
界磁ロータ区域にもまた、軸方向に整列されかつ永久磁
石区域の流動通路５０に対応する空気流動開口が設けら
れ得る。ステータコアを通って交流発電機の中央へ流さ
れた空気は、永久磁石区域を通るのと同じくステータコ
イルの主要な区域、巻線界磁コイルの区域およびダイオ
ードを横切って流れる。
タとステータとの間のギャップを通って流れ得る。巻線
界磁ロータ区域にもまた、軸方向に整列されかつ永久磁
石区域の流動通路５０に対応する空気流動開口が設けら
れ得る。ステータコアを通って交流発電機の中央へ流さ
れた空気は、永久磁石区域を通るのと同じくステータコ
イルの主要な区域、巻線界磁コイルの区域およびダイオ
ードを横切って流れる。
【００７２】ステータコアスペーサおよびロータ区域に
空気流動開口を設けることによる交流発電機の温度の低
下および空気流動の増加に加えて、交流発電機の総重量
は大きく減少される。参照された領域における空気流動
開口は、重大な磁束を導くことのない交流発電機の区域
に配置される。その結果、これらの開口および空気流動
口を加えることは交流発電機の電気的出力を減少しない
か、またはその効果に影響を及ぼさない。
空気流動開口を設けることによる交流発電機の温度の低
下および空気流動の増加に加えて、交流発電機の総重量
は大きく減少される。参照された領域における空気流動
開口は、重大な磁束を導くことのない交流発電機の区域
に配置される。その結果、これらの開口および空気流動
口を加えることは交流発電機の電気的出力を減少しない
か、またはその効果に影響を及ぼさない。
【００７３】対照的に、ランデル型やクローポール型
（claw pole geometry）交流発電機の電流段は両端換気
（double end ventilation）以外のなにものでもない。
ステータコアの中間区域を通って換気することはでき
ず、またランデル型およびクローポール構造は空気の流
動に用いることのできる空所や場所のない相対的に中実
の構造であるのでここではロータ部分を通って換気する
機会はない。
（claw pole geometry）交流発電機の電流段は両端換気
（double end ventilation）以外のなにものでもない。
ステータコアの中間区域を通って換気することはでき
ず、またランデル型およびクローポール構造は空気の流
動に用いることのできる空所や場所のない相対的に中実
の構造であるのでここではロータ部分を通って換気する
機会はない。
【００７４】追加の平行な空気流動路を設けることによ
って、一定量の空気を流動させるだけの圧力差を生起す
るのに交流発電機の冷却ファンは必要ではない。このこ
とは交流発電機全体の雑音を減少し、かつ／または、交
流発電機全体の寸法を縮小するようにファンの羽根直径
および羽根の設計を手直しできる。
って、一定量の空気を流動させるだけの圧力差を生起す
るのに交流発電機の冷却ファンは必要ではない。このこ
とは交流発電機全体の雑音を減少し、かつ／または、交
流発電機全体の寸法を縮小するようにファンの羽根直径
および羽根の設計を手直しできる。
【００７５】空気の流動は全ての作動状態において永久
磁石の温度を可能な限り低く保つのに特に有効である。
このことは交流発電機の出力を強めそして高温での損傷
発生の危険性を最少に止める。このことは、最近の自動
車のボンネットの下に存在する高温状態において交流発
電機を最高の可能出力と評価できる。
磁石の温度を可能な限り低く保つのに特に有効である。
このことは交流発電機の出力を強めそして高温での損傷
発生の危険性を最少に止める。このことは、最近の自動
車のボンネットの下に存在する高温状態において交流発
電機を最高の可能出力と評価できる。
【００７６】《電圧調整器 − 基本的な２段式毎分回転
数調整器》交流発電機からの所望の一定出力電圧を維持
するために、図５に示されるのと同様な手段で変化する
ロータ巻線２８に順方向または逆方向励弧電流を供給す
ることが必要である。図４はこの目的を達成するのに適
当なロータ励起回路を示す。ステータからの整流電流６
４は、総和（summing）回路８２の基準電圧８０と比較
される。総和回路８２は出力電圧６４から基準電圧８０
を減算しそしてエラー信号を関数発生器８６へと線８４
に送り込む。
数調整器》交流発電機からの所望の一定出力電圧を維持
するために、図５に示されるのと同様な手段で変化する
ロータ巻線２８に順方向または逆方向励弧電流を供給す
ることが必要である。図４はこの目的を達成するのに適
当なロータ励起回路を示す。ステータからの整流電流６
４は、総和（summing）回路８２の基準電圧８０と比較
される。総和回路８２は出力電圧６４から基準電圧８０
を減算しそしてエラー信号を関数発生器８６へと線８４
に送り込む。
【００７７】関数発生器は、出力電圧６４が基準電圧８
０を下回るときはいつでも、スリップリング３０，３２
を通って界磁巻線２８に順方向励弧電流を供給する変調
器８８を制御する。典型的に、基準電圧はバッテリ６２
の所定の充電電圧に設定される。関数発生器は、出力電
圧６４が基準電圧８０以上に上昇するときはいつでも、
界磁巻線２８に逆方向励弧電流を供給する。
０を下回るときはいつでも、スリップリング３０，３２
を通って界磁巻線２８に順方向励弧電流を供給する変調
器８８を制御する。典型的に、基準電圧はバッテリ６２
の所定の充電電圧に設定される。関数発生器は、出力電
圧６４が基準電圧８０以上に上昇するときはいつでも、
界磁巻線２８に逆方向励弧電流を供給する。
【００７８】関数発生器８６および変調器８８は、単に
所望の出力を発生するのに必要な量の不変の順方向また
は逆方向励弧電流を供給してエラー信号８４をゼロに減
少し得る。しかしながら、平均電流にとっては所望のレ
ベルに近づけることだけが必要であり、それ故、適当な
方法は、ロータ巻線２８を通る平均電流を調節するよう
パルスを用いることである。陽極性のパルスは順方向電
流を供給させそして逆極性のパルスは逆方向電流を供給
させる。パルスの幅は平均電流を変化するよう変化され
る。このことは変化する電流を供給するのに電気的に効
果的な回路設計を提供する。このことは、順方向および
逆方向極性モード間を交互に直接切り替わる基本的に２
段階のパルス幅変調（ＰＷＭ）電圧調整回路を構成す
る。
所望の出力を発生するのに必要な量の不変の順方向また
は逆方向励弧電流を供給してエラー信号８４をゼロに減
少し得る。しかしながら、平均電流にとっては所望のレ
ベルに近づけることだけが必要であり、それ故、適当な
方法は、ロータ巻線２８を通る平均電流を調節するよう
パルスを用いることである。陽極性のパルスは順方向電
流を供給させそして逆極性のパルスは逆方向電流を供給
させる。パルスの幅は平均電流を変化するよう変化され
る。このことは変化する電流を供給するのに電気的に効
果的な回路設計を提供する。このことは、順方向および
逆方向極性モード間を交互に直接切り替わる基本的に２
段階のパルス幅変調（ＰＷＭ）電圧調整回路を構成す
る。
【００７９】《電圧調整 − 二重電圧形交流発電機》エ
レメント８０〜８８からなるロータ励起回路は、電気回
路に給電しそしてバッテリ６２を充電するように位置６
４で一定の出力電圧を供給する。交流発電機が単一電圧
形交流発電機である場合、これで十分である。交流発電
機が二重電圧形交流発電機である場合には、典型的に、
２つの互換性のある設計のうちの一つが用いられる。最
も簡単な設計において、ステータにはすでに述べたよう
に第２巻線が設けられる。エラー信号８４は、第１出力
が調整されるように第２出力がそれ自体のレベルを探し
求めることができる状態で、２つのロータ巻線のうちの
一方からだけに基づいて発生し得る。
レメント８０〜８８からなるロータ励起回路は、電気回
路に給電しそしてバッテリ６２を充電するように位置６
４で一定の出力電圧を供給する。交流発電機が単一電圧
形交流発電機である場合、これで十分である。交流発電
機が二重電圧形交流発電機である場合には、典型的に、
２つの互換性のある設計のうちの一つが用いられる。最
も簡単な設計において、ステータにはすでに述べたよう
に第２巻線が設けられる。エラー信号８４は、第１出力
が調整されるように第２出力がそれ自体のレベルを探し
求めることができる状態で、２つのロータ巻線のうちの
一方からだけに基づいて発生し得る。
【００８０】代案として、両巻線からの出力電圧の関数
であるエラー信号は、いずれの出力も完全に調整されて
いないが、合成エラー信号によって共にほぼ所望のレベ
ルに保持されるように用いられ得る。
であるエラー信号は、いずれの出力も完全に調整されて
いないが、合成エラー信号によって共にほぼ所望のレベ
ルに保持されるように用いられ得る。
【００８１】しかしながら、図４は本発明による二重出
力電圧形交流発電機のための好適な互換性ある設計を示
している。この設計において、交流発電機は、より高い
電圧のバッテリであるバッテリ６２のために出力６４で
一定電圧を発生する、主として単一出力電圧形交流発電
機である。
力電圧形交流発電機のための好適な互換性ある設計を示
している。この設計において、交流発電機は、より高い
電圧のバッテリであるバッテリ６２のために出力６４で
一定電圧を発生する、主として単一出力電圧形交流発電
機である。
【００８２】第２巻線から第２電圧を発生する代わりに
電圧変換回路９０により供給される。前述の励弧電流に
ついて述べたのと同様な手段で、線１００にエラー信号
を発生するように基準電圧９４が加算回路９８において
第２バッテリ９２に接続された出力電圧９６と加算され
る。
電圧変換回路９０により供給される。前述の励弧電流に
ついて述べたのと同様な手段で、線１００にエラー信号
を発生するように基準電圧９４が加算回路９８において
第２バッテリ９２に接続された出力電圧９６と加算され
る。
【００８３】関数発生器１０２が変調器１０４を制御す
る。変調器１０４はスイッチングパワーサプライ部（sw
itching power supply design）におけるスイッチ１０
６をオンおよびオフに切り換える一連のパルスを発生す
る。スイッチングパワーサプライは周知のものでありそ
してコンデンサ１０８およびコイル１１０で濾波された
電圧調整出力を発生する。
る。変調器１０４はスイッチングパワーサプライ部（sw
itching power supply design）におけるスイッチ１０
６をオンおよびオフに切り換える一連のパルスを発生す
る。スイッチングパワーサプライは周知のものでありそ
してコンデンサ１０８およびコイル１１０で濾波された
電圧調整出力を発生する。
【００８４】スイッチング調整器のための電圧源はその
出力電圧よりも高くなければならずそして線１１４の出
力６４に接続されるかまたは破線１１６のステータ巻線
１６に直接接続され得る。
出力電圧よりも高くなければならずそして線１１４の出
力６４に接続されるかまたは破線１１６のステータ巻線
１６に直接接続され得る。
【００８５】概して、１電源またはその他の場合が選定
されそして接続はスイッチ１１８を通る代わりに線１１
４または１１６に永続的に作成されることになる。
されそして接続はスイッチ１１８を通る代わりに線１１
４または１１６に永続的に作成されることになる。
【００８６】《ハイブリッド交流発電機 − 軸方向磁化
永久磁石》図６は総体的に参照符号２００で緊めされる
交流発電機の第１の代案的な実施例を示し、それは多数
の極で磁化される一対の固体ディスク状永久磁石２１
０，２１２を採用している。このディスクは結合された
永久磁石材料で作成され得る。ステータ２１４は本質的
に前記実施例に関連して述べられたステータ１４と同様
であり、従って、その外形形状のみで示されている。総
体的に、良質の電気鋼で作成された積層または鋳型成形
ステータのスロットに巻かれた３相巻線を備える。必要
ならば、二重巻線が二重電圧出力部に用いられ得る。
永久磁石》図６は総体的に参照符号２００で緊めされる
交流発電機の第１の代案的な実施例を示し、それは多数
の極で磁化される一対の固体ディスク状永久磁石２１
０，２１２を採用している。このディスクは結合された
永久磁石材料で作成され得る。ステータ２１４は本質的
に前記実施例に関連して述べられたステータ１４と同様
であり、従って、その外形形状のみで示されている。総
体的に、良質の電気鋼で作成された積層または鋳型成形
ステータのスロットに巻かれた３相巻線を備える。必要
ならば、二重巻線が二重電圧出力部に用いられ得る。
【００８７】前述されたステータのエアギャップ５２に
対応するステータのエアギャップは、ステータの永久磁
石部分を巻線界磁部分から絶縁するよう巻線界磁ロータ
部分のいずれかの側部に導入され得る。単一の永久磁石
部分が図１〜３に関連して説明された場合と同様に使用
され得または巻線界磁ロータ部分の対向する側部に長手
方向へ分離された２つの永久磁石部分が図６の実施例に
示されるように使用され得る。
対応するステータのエアギャップは、ステータの永久磁
石部分を巻線界磁部分から絶縁するよう巻線界磁ロータ
部分のいずれかの側部に導入され得る。単一の永久磁石
部分が図１〜３に関連して説明された場合と同様に使用
され得または巻線界磁ロータ部分の対向する側部に長手
方向へ分離された２つの永久磁石部分が図６の実施例に
示されるように使用され得る。
【００８８】固体ディスク永久磁石エレメントは図７に
分離されて示されている。分離した永久磁石エレメント
で作成することも可能であるが、好ましくは、組み立て
られたときにシャフトと平行に、長手方向へ、その厚さ
を通して磁化された、単一部品として作成される。これ
は、磁化が長手方向の代わりに放射状に指向される図１
および３に示される永久磁石の磁化の方向に９０°(９
０度）である。
分離されて示されている。分離した永久磁石エレメント
で作成することも可能であるが、好ましくは、組み立て
られたときにシャフトと平行に、長手方向へ、その厚さ
を通して磁化された、単一部品として作成される。これ
は、磁化が長手方向の代わりに放射状に指向される図１
および３に示される永久磁石の磁化の方向に９０°(９
０度）である。
【００８９】電気を発生するために、ロータの磁界線は
ロータとステータとの間のエアギャップ２１６を貫通し
てステータ巻線を切らなければならない。磁界が長手方
向に曲げられると、磁束は曲げられてエアギャップまで
指向されねばならない。このことは、図８および９に示
されるような多数の極セグメント２２０で作成された総
体的に参照符号２１８で示される磁束通路エレメントで
達成される。個別の極セグメント２２０は永久磁石ディ
スク２１０からの磁束をステータ巻線を貫通するようエ
アギャップ２１６まで担送する。第２の磁束通路エレメ
ントが磁束戻し板２２２により構成される。２つの磁束
戻し板が、各磁石ディスクに１つずつ、ロータの端面に
配置されて用いられる。
ロータとステータとの間のエアギャップ２１６を貫通し
てステータ巻線を切らなければならない。磁界が長手方
向に曲げられると、磁束は曲げられてエアギャップまで
指向されねばならない。このことは、図８および９に示
されるような多数の極セグメント２２０で作成された総
体的に参照符号２１８で示される磁束通路エレメントで
達成される。個別の極セグメント２２０は永久磁石ディ
スク２１０からの磁束をステータ巻線を貫通するようエ
アギャップ２１６まで担送する。第２の磁束通路エレメ
ントが磁束戻し板２２２により構成される。２つの磁束
戻し板が、各磁石ディスクに１つずつ、ロータの端面に
配置されて用いられる。
【００９０】永久磁石を固体ディスク状に形成して磁化
の方向を回転することにより、機械的強度の改善が達成
されそしてより大きな磁石寸法および表面面積が結果と
して生ずる。このことは固有の強力な設計を与えそし
て、極セグメント２２０によりエアギャップまで通路を
つけられるときにディスクの大きな表面面積を出て行く
磁束を集結することができる。
の方向を回転することにより、機械的強度の改善が達成
されそしてより大きな磁石寸法および表面面積が結果と
して生ずる。このことは固有の強力な設計を与えそし
て、極セグメント２２０によりエアギャップまで通路を
つけられるときにディスクの大きな表面面積を出て行く
磁束を集結することができる。
【００９１】本発明の好適な形体において、極セグメン
ト片２２０は、巻線ロータの巻線伸延部を取り巻く巻線
開口２２４を有して形作られている。この形状は巻線に
追加の強度を与えかつロータを損傷することなく非常に
高い回転速度を達成することができる。
ト片２２０は、巻線ロータの巻線伸延部を取り巻く巻線
開口２２４を有して形作られている。この形状は巻線に
追加の強度を与えかつロータを損傷することなく非常に
高い回転速度を達成することができる。
【００９２】端部片２２２、永久磁石ディスク２１０、
極セグメント片２２０および巻線ロータ部分は、セグメ
ント片および磁石ディスクの開口２８および２３０をそ
れぞれ通るリベット２２６により共に保持される。
極セグメント片２２０および巻線ロータ部分は、セグメ
ント片および磁石ディスクの開口２８および２３０をそ
れぞれ通るリベット２２６により共に保持される。
【００９３】図６のロータ構成要素は図１に示されるも
のと同様な手段でシャフト２２に装着される。シャフト
２２はハウジングに軸承されそして電流を供給するため
にブラシにより巻線界磁ロータ部分に接触されるスリッ
プリングを有する。電圧出力および調整は前述されたも
のと同様である。
のと同様な手段でシャフト２２に装着される。シャフト
２２はハウジングに軸承されそして電流を供給するため
にブラシにより巻線界磁ロータ部分に接触されるスリッ
プリングを有する。電圧出力および調整は前述されたも
のと同様である。
【００９４】《ハイブリッド交流発電機 − 円周方向に
磁化される永久磁石》本発明の更に別の実施例が図１０
および１１に示されており、それは総体的に参照符号３
００で示されている。この実施例において、永久磁石３
０２は、アルミニウムのような非磁性材料で形成され、
ロータのシャフト２２の回りにハブを形成する支持具０
４に埋設される。支持具はハブから磁石を磁気的に絶縁
しそしてそれらを確実に保持する。
磁化される永久磁石》本発明の更に別の実施例が図１０
および１１に示されており、それは総体的に参照符号３
００で示されている。この実施例において、永久磁石３
０２は、アルミニウムのような非磁性材料で形成され、
ロータのシャフト２２の回りにハブを形成する支持具０
４に埋設される。支持具はハブから磁石を磁気的に絶縁
しそしてそれらを確実に保持する。
【００９５】前述の２つの設計の各々において、永久磁
石３０２はそれらの厚さを通って磁化される。しかしな
がら、それらは磁化の方向がさらに第３の方向に、この
場合、シャフトに関して円周方向に指向されて装着され
る。図１１の埋設される磁石は、円周方向に離間されて
配置される磁束通路エレメント３０６間および磁石３０
２間で交互に向きを換えて非磁性支持具に挿着される。
磁束通路エレメント３０６は高透磁率を有する材料で作
成される。それらは矢印３０８によって示されるよう
に、磁束を磁石からロータとステータの間のエアギャッ
プに向ける。
石３０２はそれらの厚さを通って磁化される。しかしな
がら、それらは磁化の方向がさらに第３の方向に、この
場合、シャフトに関して円周方向に指向されて装着され
る。図１１の埋設される磁石は、円周方向に離間されて
配置される磁束通路エレメント３０６間および磁石３０
２間で交互に向きを換えて非磁性支持具に挿着される。
磁束通路エレメント３０６は高透磁率を有する材料で作
成される。それらは矢印３０８によって示されるよう
に、磁束を磁石からロータとステータの間のエアギャッ
プに向ける。
【００９６】図６〜９に関連して述べられた設計と同様
なこの設計は、磁束がロータ周辺に集中される状態で、
小さな空間に相対的に大量の永久磁石材料を使用するこ
とができる。いくつかの適用例において、このことはコ
ストを低減する安価な永久磁石の使用を可能にする。そ
の他の高エネルギー磁石を用いる適用例において、図１
〜３の設計も好適である。
なこの設計は、磁束がロータ周辺に集中される状態で、
小さな空間に相対的に大量の永久磁石材料を使用するこ
とができる。いくつかの適用例において、このことはコ
ストを低減する安価な永久磁石の使用を可能にする。そ
の他の高エネルギー磁石を用いる適用例において、図１
〜３の設計も好適である。
【００９７】ステータ３１０は実質的に図１〜３に関連
して述べられたステータと同じである。非磁性端部キャ
ップ３１２が巻線界磁部分３１４に巻線界磁ロータ伸延
部のための支持部準備する。ロータ巻線のための同様な
端部キャップが図示のように磁石支持具に組み合わされ
るか、または別部品として形成され得る。この端部キャ
ップ片が、図６において、磁性材料片２２０と同様に現
されるが、この設計においては非磁性材料で、そして図
６では透磁性材料で形成されることを注視すべきであ
る。
して述べられたステータと同じである。非磁性端部キャ
ップ３１２が巻線界磁部分３１４に巻線界磁ロータ伸延
部のための支持部準備する。ロータ巻線のための同様な
端部キャップが図示のように磁石支持具に組み合わされ
るか、または別部品として形成され得る。この端部キャ
ップ片が、図６において、磁性材料片２２０と同様に現
されるが、この設計においては非磁性材料で、そして図
６では透磁性材料で形成されることを注視すべきであ
る。
【００９８】《電圧調整器 − ３段設計》図１２は第１
実施例の３段電圧調整器のブリッジ回路タイプのブロッ
ク図である。電圧調整器は前述されたタイプの交流発電
機のロータの巻線４００を通る両方向の電流の流れを制
御する。調整器はまたその他のタイプの３段制御を必要
とする装置の交流発電機にも使用され得る。ロータの永
久磁石部分と組み合わされるロータ巻線４００は磁束を
ハイブリッド交流発電機のステータ巻線４０２，４０
４，４０６に導入する。
実施例の３段電圧調整器のブリッジ回路タイプのブロッ
ク図である。電圧調整器は前述されたタイプの交流発電
機のロータの巻線４００を通る両方向の電流の流れを制
御する。調整器はまたその他のタイプの３段制御を必要
とする装置の交流発電機にも使用され得る。ロータの永
久磁石部分と組み合わされるロータ巻線４００は磁束を
ハイブリッド交流発電機のステータ巻線４０２，４０
４，４０６に導入する。
【００９９】両方向の電流の流れはスイッチング回路を
形成するようブリッジ配列に配置された４つのスイッチ
４０８，４１０，４１２および４１４の使用のおかげで
達成される。第１上方スイッチ４０８は巻線４００の第
１端に接続されそして第１下方スイッチ４１４と共に第
１対のスイッチを形成する。これらのスイッチが閉じら
れたとき、ロータ巻線４００の第１端は陽極母線４１８
上のバッテリ４１６の陽極端に接続されそしてロータ巻
線４００の第２端はアース４２０上のバッテリ４１６の
陰極端に接続される。第１対のスイッチ４０８，４１４
が閉じられたとき、電圧調整器は順方向極性モードまた
はブーストモードにあると言われ、そして順方向電流が
ロータ巻線４００の第１端から、スイッチ４０８に接続
され、ロータ巻線１００の第２端に接続され、スイッチ
４１４に接続される。
形成するようブリッジ配列に配置された４つのスイッチ
４０８，４１０，４１２および４１４の使用のおかげで
達成される。第１上方スイッチ４０８は巻線４００の第
１端に接続されそして第１下方スイッチ４１４と共に第
１対のスイッチを形成する。これらのスイッチが閉じら
れたとき、ロータ巻線４００の第１端は陽極母線４１８
上のバッテリ４１６の陽極端に接続されそしてロータ巻
線４００の第２端はアース４２０上のバッテリ４１６の
陰極端に接続される。第１対のスイッチ４０８，４１４
が閉じられたとき、電圧調整器は順方向極性モードまた
はブーストモードにあると言われ、そして順方向電流が
ロータ巻線４００の第１端から、スイッチ４０８に接続
され、ロータ巻線１００の第２端に接続され、スイッチ
４１４に接続される。
【０１００】第２上方スイッチ４１０は第２下方スイッ
チ４１２と共に第２対のスイッチを形成する。第２対の
スイッチが閉じられたとき、ロータ巻線４００の第２端
は陽極母線４１８に接続されそして第１端はアース４２
０に接続される。この状態において、電圧調整器は逆方
向極性モードまたはバッキングモードにあると言われ
る。制御ロジックはこれらのモードを相互に作るように
準備されており、巻線４００は、順方向極性モードにお
いて順方向電流の流れによって発生される磁束がロータ
の永久磁石部分によって供給される磁束に加えられるよ
うに、ロータに巻き付けられる。
チ４１２と共に第２対のスイッチを形成する。第２対の
スイッチが閉じられたとき、ロータ巻線４００の第２端
は陽極母線４１８に接続されそして第１端はアース４２
０に接続される。この状態において、電圧調整器は逆方
向極性モードまたはバッキングモードにあると言われ
る。制御ロジックはこれらのモードを相互に作るように
準備されており、巻線４００は、順方向極性モードにお
いて順方向電流の流れによって発生される磁束がロータ
の永久磁石部分によって供給される磁束に加えられるよ
うに、ロータに巻き付けられる。
【０１０１】その逆に、逆方向極性モードにおいて、ロ
ータ巻線４００を通る逆方向電流の流れが、永久磁石か
らの磁束と減法で組み合わされる反対の極性の磁束を発
生する。
ータ巻線４００を通る逆方向電流の流れが、永久磁石か
らの磁束と減法で組み合わされる反対の極性の磁束を発
生する。
【０１０２】ハイブリッド交流発電機の出力を調整する
ために、従来技術は前述の基本的なＰＷＭ調整器におい
て述べられたような順方向および逆方向極性モード間で
ロータ巻線４００を単に切り換えられていた。これらの
２つのモードだけを操作する電圧調整器は、２段ＰＷＭ
電圧調整器と呼ばれる。電圧調整器は、出力を増加する
必要があるときはいつでも順方向極性モードに切り換え
られ、そして出力を減少する必要があるときはいつでも
逆方向極性モードに切り換えられる。
ために、従来技術は前述の基本的なＰＷＭ調整器におい
て述べられたような順方向および逆方向極性モード間で
ロータ巻線４００を単に切り換えられていた。これらの
２つのモードだけを操作する電圧調整器は、２段ＰＷＭ
電圧調整器と呼ばれる。電圧調整器は、出力を増加する
必要があるときはいつでも順方向極性モードに切り換え
られ、そして出力を減少する必要があるときはいつでも
逆方向極性モードに切り換えられる。
【０１０３】しかしながら、前述したように、順方向電
流がスイッチ４０８および４１４を通ってロータ巻線４
００に誘導されると、コイル４００により発生される磁
界にかなりのエネルギーが貯えられる。第１対のスイッ
チ４０８および４１４がただちに開けられそして第２対
のスイッチ４１０，４１２がただちに閉じられると、ロ
ータ巻線４００からの磁界がゆっくりと減衰するように
順方向極性モードで誘導された順方向電流は流れ続け
る。一定の条件下で、この順方向界磁電流は逆方向電流
が第２上方スイッチ４１０を通って下方スイッチ４１２
に流れるように流れ続ける。それはまた陽極母線４１８
に逆方向電流として現れる。母線の正味の負荷が低く、
そしてバッテリが接続されていると、通常、この逆方向
電流はバッテリに入って少しずつ充電する。しかしにが
ら、バッテリがない場合またはその他の同様に起こり得
る状態では、大きな電圧スパイク（spike）が発生され
て車両の構成要素を損傷してしまう。
流がスイッチ４０８および４１４を通ってロータ巻線４
００に誘導されると、コイル４００により発生される磁
界にかなりのエネルギーが貯えられる。第１対のスイッ
チ４０８および４１４がただちに開けられそして第２対
のスイッチ４１０，４１２がただちに閉じられると、ロ
ータ巻線４００からの磁界がゆっくりと減衰するように
順方向極性モードで誘導された順方向電流は流れ続け
る。一定の条件下で、この順方向界磁電流は逆方向電流
が第２上方スイッチ４１０を通って下方スイッチ４１２
に流れるように流れ続ける。それはまた陽極母線４１８
に逆方向電流として現れる。母線の正味の負荷が低く、
そしてバッテリが接続されていると、通常、この逆方向
電流はバッテリに入って少しずつ充電する。しかしにが
ら、バッテリがない場合またはその他の同様に起こり得
る状態では、大きな電圧スパイク（spike）が発生され
て車両の構成要素を損傷してしまう。
【０１０４】これらのスパイクおよび車両の電気システ
ムの負荷変化によって発生されるその他のスパイクは、
陽極母線４１８からアース４２０へバッテリ４１５の端
子間にコンデンサを配置することによって処理できる。
しかしながら、車両のボンネットの下で作動するのに適
した温度等級を有する十分な大きさのコンデンサは高価
である。
ムの負荷変化によって発生されるその他のスパイクは、
陽極母線４１８からアース４２０へバッテリ４１５の端
子間にコンデンサを配置することによって処理できる。
しかしながら、車両のボンネットの下で作動するのに適
した温度等級を有する十分な大きさのコンデンサは高価
である。
【０１０５】従って、電圧調整器の好適な実施例は３段
電圧調節器の設計を参照した形態を採用している。この
形態において、電圧調整器は、巻線４００に順方向電流
の流れを開始するまたは順方向電流の流れの存在を増加
するために、通常の順方向極性モードを採用する。逆方
向極性モードは逆方向電流の流れを開始するまたは逆方
向電流の流れの量を増加するために用いられる。第３の
モード、ここでは減衰モードとして参照される、には電
圧調整器が順方向または逆方向極性モードを離れたのち
に入る。
電圧調節器の設計を参照した形態を採用している。この
形態において、電圧調整器は、巻線４００に順方向電流
の流れを開始するまたは順方向電流の流れの存在を増加
するために、通常の順方向極性モードを採用する。逆方
向極性モードは逆方向電流の流れを開始するまたは逆方
向電流の流れの量を増加するために用いられる。第３の
モード、ここでは減衰モードとして参照される、には電
圧調整器が順方向または逆方向極性モードを離れたのち
に入る。
【０１０６】減衰モード（ゼロ電圧またはゼロ極性モー
ドとも考えられる）において、その他の２つのモードの
いずれかにあるときに誘導される電流はロータ巻線を通
って循環できそして回路に残部にいかなる障害電圧をも
誘導することなくゼロに向かって減衰できる。この減衰
には、順方向極性モードから逆方向極性モードへの直接
過渡、または結果として逆方向電流が主電力母線に適用
されることになる反対方向の過渡を防止するように減衰
電流が供給されるときはいつでも、その他の２つのモー
ドのいずれかののちに入る。
ドとも考えられる）において、その他の２つのモードの
いずれかにあるときに誘導される電流はロータ巻線を通
って循環できそして回路に残部にいかなる障害電圧をも
誘導することなくゼロに向かって減衰できる。この減衰
には、順方向極性モードから逆方向極性モードへの直接
過渡、または結果として逆方向電流が主電力母線に適用
されることになる反対方向の過渡を防止するように減衰
電流が供給されるときはいつでも、その他の２つのモー
ドのいずれかののちに入る。
【０１０７】それらの普通の４エレメントブリッジ回
路、例えば全波ブリッジ整流器等、は、ブリッジ回路の
一般的な使用において、対向する対のエレメントは同時
に接続する傾向にあることが認識されている。かくし
て、第１対のスイッチが１段において導通しそして第２
対のスイッチが第２段において導通する。この３段設計
において、相互に直接に対向する（相互に対角線上に対
向する代わりに）２つのエレメントは同時に開けられそ
して電流は残りの２つのエレメントを通って循環減衰電
流パターンで流れることができる。
路、例えば全波ブリッジ整流器等、は、ブリッジ回路の
一般的な使用において、対向する対のエレメントは同時
に接続する傾向にあることが認識されている。かくし
て、第１対のスイッチが１段において導通しそして第２
対のスイッチが第２段において導通する。この３段設計
において、相互に直接に対向する（相互に対角線上に対
向する代わりに）２つのエレメントは同時に開けられそ
して電流は残りの２つのエレメントを通って循環減衰電
流パターンで流れることができる。
【０１０８】例えば、順方向極性モードにおいて、スイ
ッチ４０８および４１４は閉じられる。減衰モードにお
いて、スイッチ４０８は開けられる一方、スイッチ４１
４は閉じられたままである。本発明のいくつかの手段に
おいて、スイッチ４１２はこのとき、第１下方スイッチ
４１４を通過してから順方向の導通路を設けそして第２
下方スイッチ４１２を通過して逆方向にバックアップす
るよう閉じられる。後により詳細に述べるように、しか
しながら、スイッチ４１２および４１４は半導体スイッ
チ、好ましくはスイッチを閉じる制御信号を用いること
なく内部（internal）ダイオードを介して逆方向モード
で導通できる特性を有する電界効果トランジスタであ
る。この内部ダイオードは、減衰電流の現出を検出する
よう用いられる逆方向電流の流れが発生すると電圧降下
を生じる。
ッチ４０８および４１４は閉じられる。減衰モードにお
いて、スイッチ４０８は開けられる一方、スイッチ４１
４は閉じられたままである。本発明のいくつかの手段に
おいて、スイッチ４１２はこのとき、第１下方スイッチ
４１４を通過してから順方向の導通路を設けそして第２
下方スイッチ４１２を通過して逆方向にバックアップす
るよう閉じられる。後により詳細に述べるように、しか
しながら、スイッチ４１２および４１４は半導体スイッ
チ、好ましくはスイッチを閉じる制御信号を用いること
なく内部（internal）ダイオードを介して逆方向モード
で導通できる特性を有する電界効果トランジスタであ
る。この内部ダイオードは、減衰電流の現出を検出する
よう用いられる逆方向電流の流れが発生すると電圧降下
を生じる。
【０１０９】減衰モードはまた減衰電流が上方スイッチ
４０８および４１０を通って流れるのを許容することに
よっても実行される。
４０８および４１０を通って流れるのを許容することに
よっても実行される。
【０１１０】続いて図１２を参照すると、ロータ４００
およびロータの永久磁石からの磁束の組合せ効果はステ
ータ巻線４０２，４０４および４０６により生じそして
６つのダイオード４２２，４２４，４２６，４２８，４
３０および４３２から構成された周知の３相全波ブリッ
ジ整流器で整流される。これらの６つのダイオードは図
４のダイオード６０に対応する。整流出力は陽極電力母
線４１８上をバッテリ４１６に給送され、かつまた、電
力母線４１８のコネクタ（図示なし）上を車両の電気的
負荷に給電する。
およびロータの永久磁石からの磁束の組合せ効果はステ
ータ巻線４０２，４０４および４０６により生じそして
６つのダイオード４２２，４２４，４２６，４２８，４
３０および４３２から構成された周知の３相全波ブリッ
ジ整流器で整流される。これらの６つのダイオードは図
４のダイオード６０に対応する。整流出力は陽極電力母
線４１８上をバッテリ４１６に給送され、かつまた、電
力母線４１８のコネクタ（図示なし）上を車両の電気的
負荷に給電する。
【０１１１】交流発電機の出力電圧は電圧監視回路４３
６によって線４３４上で監視される。電圧監視回路は交
流発電機の出力電圧を基準電圧回路４３８からの基準電
圧と比較して線４４０にエラー信号を発生する。
６によって線４３４上で監視される。電圧監視回路は交
流発電機の出力電圧を基準電圧回路４３８からの基準電
圧と比較して線４４０にエラー信号を発生する。
【０１１２】エラー信号４４０は制御回路４４２の入力
に適用される。制御回路４４２は主回路４４４、減衰電
流検出回路４４６およびロジック回路４４８を備える。
主回路は線４４０上の監視回路のエラー信号に直接反応
しそして交流発電機の出力を増加または減少するようロ
ジック回路４４８に合図する１つ以上の主制御信号を発
生する。
に適用される。制御回路４４２は主回路４４４、減衰電
流検出回路４４６およびロジック回路４４８を備える。
主回路は線４４０上の監視回路のエラー信号に直接反応
しそして交流発電機の出力を増加または減少するようロ
ジック回路４４８に合図する１つ以上の主制御信号を発
生する。
【０１１３】基本的な２段ＰＷＭ調整器において、主制
御信号は出力の増加が望まれるときに第１対のスイッチ
をオンにしそして出力の減少が望まれるときに第２対の
スイッチをオンにするように用いられる。
御信号は出力の増加が望まれるときに第１対のスイッチ
をオンにしそして出力の減少が望まれるときに第２対の
スイッチをオンにするように用いられる。
【０１１４】しかしながら、本発明において、主制御信
号は、副制御信号が発生される前に、減衰電流検出回路
４４６から得た情報を有するロジック回路４４８で変化
される。副制御信号は制御線４５０，４５２，４５４お
よび４５６のスイッチ４０８，４１０，４１２および４
１４の段階を個別に制御する。
号は、副制御信号が発生される前に、減衰電流検出回路
４４６から得た情報を有するロジック回路４４８で変化
される。副制御信号は制御線４５０，４５２，４５４お
よび４５６のスイッチ４０８，４１０，４１２および４
１４の段階を個別に制御する。
【０１１５】減衰電流検出回路４４６はロータ巻線４０
０の減衰電流を監視するように接続される。好適な設計
において、この監視は減衰電流検出回路４４６と巻線４
００の第１および第２端との間の接続線４５８および４
６０によって適当に行われる。減衰電流検出回路４４６
は、線４６２および４６４のロジック回路４４８の入力
に適用される１つ以上の抑制信号を発生する。これらの
熟知の技術は巻線４００における減衰電流を監視するそ
の他の方法もあることを容認している。
０の減衰電流を監視するように接続される。好適な設計
において、この監視は減衰電流検出回路４４６と巻線４
００の第１および第２端との間の接続線４５８および４
６０によって適当に行われる。減衰電流検出回路４４６
は、線４６２および４６４のロジック回路４４８の入力
に適用される１つ以上の抑制信号を発生する。これらの
熟知の技術は巻線４００における減衰電流を監視するそ
の他の方法もあることを容認している。
【０１１６】《自動インターロックおよび内部電圧調整
器電源》３つの追加のダイオード４６６，４６８および
４７０が独立した電力をＶcc電源を発生する内部電源４
７２に供給する。内部電源４７２は電圧調整回路を作動
するための電力を供給する。この電圧は調整器のための
制御電圧電源に供給するように調整される。ハイブリッ
ド交流発電機は永久磁石および巻線磁界を共に含むの
で、交流発電機は回転を始めるとすぐに電圧を発生し始
める。電圧がより大きくなると、追加のブースト磁界が
発生できるので、電子機器に電力を供給するのに十分な
電圧が発生する。この全ては、車両がアイドリング速度
に到達する前であっても発生し、それによりアイドリン
グ時でも、電圧調整器は適切に機能する。
器電源》３つの追加のダイオード４６６，４６８および
４７０が独立した電力をＶcc電源を発生する内部電源４
７２に供給する。内部電源４７２は電圧調整回路を作動
するための電力を供給する。この電圧は調整器のための
制御電圧電源に供給するように調整される。ハイブリッ
ド交流発電機は永久磁石および巻線磁界を共に含むの
で、交流発電機は回転を始めるとすぐに電圧を発生し始
める。電圧がより大きくなると、追加のブースト磁界が
発生できるので、電子機器に電力を供給するのに十分な
電圧が発生する。この全ては、車両がアイドリング速度
に到達する前であっても発生し、それによりアイドリン
グ時でも、電圧調整器は適切に機能する。
【０１１７】この方法でシステムを作動することは自動
インターロックを提供し、それにより電圧調整ループは
接続されておらずそして交流発電機が回転していないと
きに磁界および制御電流がほぼゼロに落ちるが、交流発
電機の速度が上がると電圧調整器の電子機器を自動的に
接続する。
インターロックを提供し、それにより電圧調整ループは
接続されておらずそして交流発電機が回転していないと
きに磁界および制御電流がほぼゼロに落ちるが、交流発
電機の速度が上がると電圧調整器の電子機器を自動的に
接続する。
【０１１８】自動インターロックは、システムが高速度
で作動しているときに過電圧や過電流を生じるのを断つ
ように界磁電流は決して遮断されないので、ハイブリッ
ド交流発電機において非常に重要である。このことは、
点火スイッチが電圧調整器の磁界をオフにできる本交流
発電機との明瞭な違いである。車両が動かされておらず
そしてエンジンはバッテリの放電（drain）を回避する
よう作動されていないときに、交流発電機の界磁電流が
ゼロであることは重要であるが、これを点火キーのみで
行わせるべきではない。このことは、交流発電機が高速
度で作動しているときでも不注意等で点火装置をオフに
切り換えることができるという理由である。
で作動しているときに過電圧や過電流を生じるのを断つ
ように界磁電流は決して遮断されないので、ハイブリッ
ド交流発電機において非常に重要である。このことは、
点火スイッチが電圧調整器の磁界をオフにできる本交流
発電機との明瞭な違いである。車両が動かされておらず
そしてエンジンはバッテリの放電（drain）を回避する
よう作動されていないときに、交流発電機の界磁電流が
ゼロであることは重要であるが、これを点火キーのみで
行わせるべきではない。このことは、交流発電機が高速
度で作動しているときでも不注意等で点火装置をオフに
切り換えることができるという理由である。
【０１１９】図１３は図１２のブロック図に対応する詳
細な図式的回路図である。バッテリ４１６は、図１２に
示された方法でステータ巻線４０２，４０４および４０
６に順次に接続された６つのブリッジ整流器出力ダイオ
ード４２２〜４３２に接続される。ステータ巻線４０
２，４０４および４０６は図１３に示されていないが、
それらの結線はまったく周知のものである。
細な図式的回路図である。バッテリ４１６は、図１２に
示された方法でステータ巻線４０２，４０４および４０
６に順次に接続された６つのブリッジ整流器出力ダイオ
ード４２２〜４３２に接続される。ステータ巻線４０
２，４０４および４０６は図１３に示されていないが、
それらの結線はまったく周知のものである。
【０１２０】内部電源４７２はＮＰＮトランジスタ５０
２の出力電圧Ｖccを調整するツェナーダイオード５００
から構成される。３端子電圧調整装置およびその他の電
圧調整回路もまた好適である。
２の出力電圧Ｖccを調整するツェナーダイオード５００
から構成される。３端子電圧調整装置およびその他の電
圧調整回路もまた好適である。
【０１２１】電圧監視回路４３６は、抵抗ブリッジ５０
４，５０６および５０８間の電圧降下を生ずる線４３４
のバッテリ電圧４１６を監視する。抵抗５０６は調整器
の出力電圧を調節するよう調節自在なものに作成され
る。交流発電機の計測される出力電圧はエラー増幅器５
１０で電圧基準回路４３８からの基準電圧と比較され
る。
４，５０６および５０８間の電圧降下を生ずる線４３４
のバッテリ電圧４１６を監視する。抵抗５０６は調整器
の出力電圧を調節するよう調節自在なものに作成され
る。交流発電機の計測される出力電圧はエラー増幅器５
１０で電圧基準回路４３８からの基準電圧と比較され
る。
【０１２２】電圧監視回路はエラー増幅およびループ補
償を遂行する。基準電圧源４３８からの基準電圧はエラ
ー増幅器５１０の一方の入力に適用されそして他方の入
力はバッテリからの電圧ディバイダに接続される。全体
補償（integral compensation）はエラー増幅器５１０
の反転入力と出力との間の帰還ネットワークの容量性
（capasitive nature）によって与えられる。補償ネッ
トワークは総体的に参照符号５１２で示されている。こ
のネットワークは交流発電機における速度および負荷の
全範囲で調整電圧の直流（ＤＣ）エラーを取り除く。
償を遂行する。基準電圧源４３８からの基準電圧はエラ
ー増幅器５１０の一方の入力に適用されそして他方の入
力はバッテリからの電圧ディバイダに接続される。全体
補償（integral compensation）はエラー増幅器５１０
の反転入力と出力との間の帰還ネットワークの容量性
（capasitive nature）によって与えられる。補償ネッ
トワークは総体的に参照符号５１２で示されている。こ
のネットワークは交流発電機における速度および負荷の
全範囲で調整電圧の直流（ＤＣ）エラーを取り除く。
【０１２３】エラー増幅器の出力は、制御回路４４２の
主回路部分４４４に設けられた線４４０の増幅されたエ
ラー信号である。エラー信号は２段変調器として作用す
るヒステリシスインバータ５１６によって形成された単
一のヒステリシスブロックの入力に適用される。交流発
電機の出力が高過ぎるとき、エラー信号４４０はより低
くなりそしてヒステリシスインバータ５１６の出力はハ
イ（電圧が加えられている状態、high）に切り換わる。
このハイ信号は常に交流発電機における正味の磁界を減
少させる。代わりに、ヒステリシスインバータ５１６が
ロー（電圧が加えられていない状態、low）のときは交
流発電機における正味の磁界は増加する。
主回路部分４４４に設けられた線４４０の増幅されたエ
ラー信号である。エラー信号は２段変調器として作用す
るヒステリシスインバータ５１６によって形成された単
一のヒステリシスブロックの入力に適用される。交流発
電機の出力が高過ぎるとき、エラー信号４４０はより低
くなりそしてヒステリシスインバータ５１６の出力はハ
イ（電圧が加えられている状態、high）に切り換わる。
このハイ信号は常に交流発電機における正味の磁界を減
少させる。代わりに、ヒステリシスインバータ５１６が
ロー（電圧が加えられていない状態、low）のときは交
流発電機における正味の磁界は増加する。
【０１２４】主回路４４４は４つの制御信号を線５１
８，５２０，５２２および５２４に生じる。線５１８の
主制御信号は２段変調器５１６から直接与えられそして
線５２０の主制御信号はその信号の反転された逆のもの
である。主制御信号５２０はインバータ５２６により発
生される。線５１８および５２０の制御信号は２段の基
本的なＰＷＭ調整器の設計におけるスイッチングブリッ
ジの対角線上に対向するスイッチの対を駆動するように
使用できる。それらはここに示される変調制御のための
出発点として働き、結果として副制御信号に所望の切り
換えを実際に行わせる。
８，５２０，５２２および５２４に生じる。線５１８の
主制御信号は２段変調器５１６から直接与えられそして
線５２０の主制御信号はその信号の反転された逆のもの
である。主制御信号５２０はインバータ５２６により発
生される。線５１８および５２０の制御信号は２段の基
本的なＰＷＭ調整器の設計におけるスイッチングブリッ
ジの対角線上に対向するスイッチの対を駆動するように
使用できる。それらはここに示される変調制御のための
出発点として働き、結果として副制御信号に所望の切り
換えを実際に行わせる。
【０１２５】エラー増幅ブロック４３６の利得および原
動力と組み合わされるインバータ５１６のヒステリシス
は電圧エラーを制御しそしてループの常態の発振周波数
を設定する。主インバータ５１６の機能はまた、ランプ
発振器および対応する構成要素を有するパルス幅変調器
によって達成できるが、しかしながら、この設計は図１
３に示される単一のデジタル回路よりも複雑かつ高価で
ある。
動力と組み合わされるインバータ５１６のヒステリシス
は電圧エラーを制御しそしてループの常態の発振周波数
を設定する。主インバータ５１６の機能はまた、ランプ
発振器および対応する構成要素を有するパルス幅変調器
によって達成できるが、しかしながら、この設計は図１
３に示される単一のデジタル回路よりも複雑かつ高価で
ある。
【０１２６】線５１８および５２０の主制御信号は、イ
ンバータ５２８および５３０により発生された線５２２
および５２４の主制御信号の遅延コピーにより達成され
る。ヒステリシスインバータ５１６からの出力は総体的
に参照符号５３２で示される単純な抵抗コンデンサ遅延
で遅延される。かくして、主制御線５２２は線５２０の
主制御信号の遅延バージョンを伝える。線５２４は線５
１８の主制御信号の遅延バージョンを伝える。線５１８
および５２０の主制御信号は、最後に巻線４００を通る
電流の向きを切り換えるための副制御信号を生ずるロジ
ック回路４４８に入力を与えるように用いられる。
ンバータ５２８および５３０により発生された線５２２
および５２４の主制御信号の遅延コピーにより達成され
る。ヒステリシスインバータ５１６からの出力は総体的
に参照符号５３２で示される単純な抵抗コンデンサ遅延
で遅延される。かくして、主制御線５２２は線５２０の
主制御信号の遅延バージョンを伝える。線５２４は線５
１８の主制御信号の遅延バージョンを伝える。線５１８
および５２０の主制御信号は、最後に巻線４００を通る
電流の向きを切り換えるための副制御信号を生ずるロジ
ック回路４４８に入力を与えるように用いられる。
【０１２７】図１２のスイッチングエレメント４０８，
４１０，４１２および４１４は図１３の共作動される駆
動電子部品を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）５
３４，５３６および５３８並びに５４０に対応する。第
１上方スイッチに対応するＦＥＴ５３４および第１下方
スイッチに対応するＦＥＴ５４０がオンになると、交流
発電機は順方向極性モードにあると称される。ＦＥＴ５
３６および５３８がオンになると、交流発電機は逆方向
極性モードにあると称される。交流発電機は、バッテリ
または交流発電機出力から巻線４００に電圧が適用され
ていないことを示す上方ＦＥＴが共にオフまたは下方Ｆ
ＥＴが共にオフであるときはいつでも、減衰モードにあ
ると称される。
４１０，４１２および４１４は図１３の共作動される駆
動電子部品を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）５
３４，５３６および５３８並びに５４０に対応する。第
１上方スイッチに対応するＦＥＴ５３４および第１下方
スイッチに対応するＦＥＴ５４０がオンになると、交流
発電機は順方向極性モードにあると称される。ＦＥＴ５
３６および５３８がオンになると、交流発電機は逆方向
極性モードにあると称される。交流発電機は、バッテリ
または交流発電機出力から巻線４００に電圧が適用され
ていないことを示す上方ＦＥＴが共にオフまたは下方Ｆ
ＥＴが共にオフであるときはいつでも、減衰モードにあ
ると称される。
【０１２８】本発明の異なった装置は巻線４００をバッ
テリから切断するよう上方スイッチを共にオフに切り換
えるかまたは下方スイッチを共にオフに切り換え得る。
追加の構成要素と共に巻線４００に電圧を適用しないそ
の他の形態も採用し得る。
テリから切断するよう上方スイッチを共にオフに切り換
えるかまたは下方スイッチを共にオフに切り換え得る。
追加の構成要素と共に巻線４００に電圧を適用しないそ
の他の形態も採用し得る。
【０１２９】巻線４００をバッテリから切り離すのに加
えて、電圧調整器の残りの回路または自動車のどこかに
損傷を及ぼす電圧を誘導することなく電流が減衰できる
ように、巻線は接続されねばならない。このことは巻線
４００の両端に接続された２つのスイッチを通って減衰
電流が再循環できることにより達成される。図１３に示
される好適な設計において、再循環回路は下方の２つの
ＦＥＴを介して行われる。しかしながら、再循環回路は
上方の２つのＦＥＴを介してまたはその他の構成要素で
も行うことができる。
えて、電圧調整器の残りの回路または自動車のどこかに
損傷を及ぼす電圧を誘導することなく電流が減衰できる
ように、巻線は接続されねばならない。このことは巻線
４００の両端に接続された２つのスイッチを通って減衰
電流が再循環できることにより達成される。図１３に示
される好適な設計において、再循環回路は下方の２つの
ＦＥＴを介して行われる。しかしながら、再循環回路は
上方の２つのＦＥＴを介してまたはその他の構成要素で
も行うことができる。
【０１３０】両ＦＥＴ５３８および５４０は再循環回路
を実施するようオンに切り換えできるが、しかしなが
ら、これらのＦＥＴはバイアスされていないときであっ
ても逆方向電流を伝えることができるように内部ダイオ
ードを有する。オフのままであるとき、再循環する減衰
電流は、巻線４００の第１および第２端に接続された線
４５８および４６０の減衰電流検出回路４４６によって
感知される電圧を下方ＦＥＴの内部ダイオードの両端に
誘導する。
を実施するようオンに切り換えできるが、しかしなが
ら、これらのＦＥＴはバイアスされていないときであっ
ても逆方向電流を伝えることができるように内部ダイオ
ードを有する。オフのままであるとき、再循環する減衰
電流は、巻線４００の第１および第２端に接続された線
４５８および４６０の減衰電流検出回路４４６によって
感知される電圧を下方ＦＥＴの内部ダイオードの両端に
誘導する。
【０１３１】ダイオード５４２および５４４は、順方向
または逆方向極性モード中にＦＥＴのドレーンがハイで
あるときはいつでも、比較器５４６および５４８をＦＥ
Ｔから分離する。比較器５４６および５４８の一側は電
圧ディバイダおよび電圧基準源Ｖref から得られた電圧
基準を有しそして他側はアース付近であるときのＦＥＴ
ドレーン電圧上の１つのダイオード降下である電圧の濾
波バージョンを有する。ダイオード５４２および５４４
は、比較器５４６および５４８の入力に負電圧は必要で
はないので、１つのダイオード電圧降下によって電圧レ
ベルを上昇する。
または逆方向極性モード中にＦＥＴのドレーンがハイで
あるときはいつでも、比較器５４６および５４８をＦＥ
Ｔから分離する。比較器５４６および５４８の一側は電
圧ディバイダおよび電圧基準源Ｖref から得られた電圧
基準を有しそして他側はアース付近であるときのＦＥＴ
ドレーン電圧上の１つのダイオード降下である電圧の濾
波バージョンを有する。ダイオード５４２および５４４
は、比較器５４６および５４８の入力に負電圧は必要で
はないので、１つのダイオード電圧降下によって電圧レ
ベルを上昇する。
【０１３２】ロジック回路４４８はロジックゲート５５
０，５５２，５５４，５５６，５５８，５６０および５
６２を有する図１３で実行される。これらのゲートで実
行されるロジック回路は主制御信号を受け取りそして線
４５０，４５２，４５４，４５６に副制御信号を発生す
るように減衰電流検出回路４４６から線４６２および４
６４の信号を抑制する。
０，５５２，５５４，５５６，５５８，５６０および５
６２を有する図１３で実行される。これらのゲートで実
行されるロジック回路は主制御信号を受け取りそして線
４５０，４５２，４５４，４５６に副制御信号を発生す
るように減衰電流検出回路４４６から線４６２および４
６４の信号を抑制する。
【０１３３】副制御信号４５４のような副制御信号がハ
イに切り換わるとき、その共作動されるＦＥＴ、例えば
ＦＥＴ５３４はオンになる。ゲート５５０，５５２およ
び５５４により実行されるロジック機能はゲート５５
６，５５８，５６０および５６２により実行されるロジ
ック機能と同じである。構成要素数、２つのロジックチ
ップだけで実行できる、を減少するために、異なったロ
ジックエレメントが同じロジック機能を実行するよう用
いられる。ロジックゲート５５０および５６２は上方Ｆ
ＥＴ５３４および５３６をそれぞれ制御する。
イに切り換わるとき、その共作動されるＦＥＴ、例えば
ＦＥＴ５３４はオンになる。ゲート５５０，５５２およ
び５５４により実行されるロジック機能はゲート５５
６，５５８，５６０および５６２により実行されるロジ
ック機能と同じである。構成要素数、２つのロジックチ
ップだけで実行できる、を減少するために、異なったロ
ジックエレメントが同じロジック機能を実行するよう用
いられる。ロジックゲート５５０および５６２は上方Ｆ
ＥＴ５３４および５３６をそれぞれ制御する。
【０１３４】ロジックゲート５５０は３入力ＡＮＤゲー
トである。その出力はハイでありそして対応するＦＥＴ
５３４は３入力ＡＮＤゲートへの３つの入力全てがハイ
であるときだけオンである。これらの３つの入力は線５
１８の遅延されていない主ＰＷＭ制御信号と、線５１４
の遅延された主ＰＷＭ制御信号と、ＦＥＴ５４０の逆方
向電流を監視する減衰電流監視回路からの線４６４の抑
制信号である。
トである。その出力はハイでありそして対応するＦＥＴ
５３４は３入力ＡＮＤゲートへの３つの入力全てがハイ
であるときだけオンである。これらの３つの入力は線５
１８の遅延されていない主ＰＷＭ制御信号と、線５１４
の遅延された主ＰＷＭ制御信号と、ＦＥＴ５４０の逆方
向電流を監視する減衰電流監視回路からの線４６４の抑
制信号である。
【０１３５】線４６４の抑制信号があることは、減衰電
流が逆方向極性モードで最初に誘導された結果として、
巻線４００に逆方向減衰電流があることを示している。
線４６４の抑制信号は第２の下方ＦＥＴ５３８をオン状
態に保持しそしてＦＥＴ５３４が同時にオンに切り換え
られてしまうのをただちに抑制する。一旦、逆方向極性
モードで誘導された電流が十分に小さな値まで減衰され
ると、線４６４の抑制信号は回路がモードを変更できる
段階に切り換わる。
流が逆方向極性モードで最初に誘導された結果として、
巻線４００に逆方向減衰電流があることを示している。
線４６４の抑制信号は第２の下方ＦＥＴ５３８をオン状
態に保持しそしてＦＥＴ５３４が同時にオンに切り換え
られてしまうのをただちに抑制する。一旦、逆方向極性
モードで誘導された電流が十分に小さな値まで減衰され
ると、線４６４の抑制信号は回路がモードを変更できる
段階に切り換わる。
【０１３６】界磁巻線を励起する電圧は３つのモード、
すなわち順方向極性モード、逆方向極性モードおよび減
衰モードを有するのではあるが、ＦＥＴは実際には４つ
の異なった段階を有する。順方向極性モードにおいてＦ
ＥＴ５３４および５４０は導通する。逆方向極性モード
においてＦＥＴ５３６および５３８は導通する。減衰モ
ード（２段階）においてＦＥＴ５３４および５３６は共
にオフである。
すなわち順方向極性モード、逆方向極性モードおよび減
衰モードを有するのではあるが、ＦＥＴは実際には４つ
の異なった段階を有する。順方向極性モードにおいてＦ
ＥＴ５３４および５４０は導通する。逆方向極性モード
においてＦＥＴ５３６および５３８は導通する。減衰モ
ード（２段階）においてＦＥＴ５３４および５３６は共
にオフである。
【０１３７】減衰モードは２つの異なった段階、順方向
減衰モードおよび逆方向減衰モードを有する。順方向減
衰モードにおいて、順方向極性モードで誘導された電流
は減衰することができそしてＦＥＴ５３８がオフのまま
にされてＦＥＴ５４０はオンに保持されるが、その内部
ダイオードを介して導通する。順方向減衰モードにおい
て、減衰電流は順方向極性モードにおいて流れるのと同
じ方向へ巻線４００を通って流れ続ける。逆方向減衰モ
ードにおいて、ＦＥＴ５３８はオンにそしてＦＥＴ５４
０はオフになるが、その内部ダイオードを介して導通
し、逆方向電流は巻線４００を通って循環し、ＦＥＴ５
３８を介して下降されそしてＦＥＴ介してバックアップ
する。
減衰モードおよび逆方向減衰モードを有する。順方向減
衰モードにおいて、順方向極性モードで誘導された電流
は減衰することができそしてＦＥＴ５３８がオフのまま
にされてＦＥＴ５４０はオンに保持されるが、その内部
ダイオードを介して導通する。順方向減衰モードにおい
て、減衰電流は順方向極性モードにおいて流れるのと同
じ方向へ巻線４００を通って流れ続ける。逆方向減衰モ
ードにおいて、ＦＥＴ５３８はオンにそしてＦＥＴ５４
０はオフになるが、その内部ダイオードを介して導通
し、逆方向電流は巻線４００を通って循環し、ＦＥＴ５
３８を介して下降されそしてＦＥＴ介してバックアップ
する。
【０１３８】本発明は巻線４００に対称な電圧を励起さ
せるようにブリッジ回路配列を使用している。電圧監視
回路４３６は線４４０にエラー信号を発生するように基
本的なエラー増幅器を備える。電圧調整ループは平均バ
ッテリ電圧の厳格な制御を備えるのに対応するループ周
波数を形作るよう補償ブロックを備える。線４４０のエ
ラー信号を出力する補償増幅器は、ブリッジの中間タッ
プ間に接続される巻線４００を通る両方向の電流を供給
するように全ブリッジ出力段階を間接的に動かすパルス
幅変調器、またはその他の２段変調器、を動かす。
せるようにブリッジ回路配列を使用している。電圧監視
回路４３６は線４４０にエラー信号を発生するように基
本的なエラー増幅器を備える。電圧調整ループは平均バ
ッテリ電圧の厳格な制御を備えるのに対応するループ周
波数を形作るよう補償ブロックを備える。線４４０のエ
ラー信号を出力する補償増幅器は、ブリッジの中間タッ
プ間に接続される巻線４００を通る両方向の電流を供給
するように全ブリッジ出力段階を間接的に動かすパルス
幅変調器、またはその他の２段変調器、を動かす。
【０１３９】ロジック回路４４８は、界磁電流量が増加
しているときはいつでも巻線４００に適用されるゼロ付
近の電圧の第３段階の電圧励起を許容するよう、主回路
４４４の出力を変調する。主回路４４４からの主制御信
号は、対角線上に配置された対のブリッジスイッチを直
接オンに切り換えるよう作用する。しかしながら、ゼロ
電圧励起は界磁電流の量が減少するときはいつでも用い
られる。
しているときはいつでも巻線４００に適用されるゼロ付
近の電圧の第３段階の電圧励起を許容するよう、主回路
４４４の出力を変調する。主回路４４４からの主制御信
号は、対角線上に配置された対のブリッジスイッチを直
接オンに切り換えるよう作用する。しかしながら、ゼロ
電圧励起は界磁電流の量が減少するときはいつでも用い
られる。
【０１４０】界磁電流の瞬間量が主回路４４４からのし
ゆ制御信号によって増加するよう命じられているとき、
適切な極性の全母線電圧は適切な対角線上の対のブリッ
ジエレメントを励起することにより界磁コイルに適用さ
れる。しかしながら、界磁電流量が減少しているとき、
前記の導通している対角線上の対のスイッチの上方スイ
ッチのみがオフに切り換わる。下方対角線上スイッチの
オフ切り換えにおける遅延および対角線上の対向するス
イッチ間におけるオン切り換えの遅延を用いることによ
り、上方スイッチに流れる誘導性界磁電流はスイッチエ
レメントでオフに切り換えられた場合よりも低い負電流
にただちに変換される。
ゆ制御信号によって増加するよう命じられているとき、
適切な極性の全母線電圧は適切な対角線上の対のブリッ
ジエレメントを励起することにより界磁コイルに適用さ
れる。しかしながら、界磁電流量が減少しているとき、
前記の導通している対角線上の対のスイッチの上方スイ
ッチのみがオフに切り換わる。下方対角線上スイッチの
オフ切り換えにおける遅延および対角線上の対向するス
イッチ間におけるオン切り換えの遅延を用いることによ
り、上方スイッチに流れる誘導性界磁電流はスイッチエ
レメントでオフに切り換えられた場合よりも低い負電流
にただちに変換される。
【０１４１】下方対角線上スイッチの電流の流れは前述
の遅延によってオフ切り換え状態を続ける。その下方対
角線上スイッチはそのとき他方の下方スイッチに逆方向
電流があることによりそのままでいるよう命じられる。
図１３の実施例において示されたように、逆方向導通パ
ワースイッチがＦＥＴであり、そしてそのスイッチが遅
延されたオン切り換えを有するとき、逆方向電流は最初
に約−０.６ボルトの電圧降下を発生するＦＥＴの内在
（intrinsic）ダイオードを通って流れる。下方逆方向
導通ＦＥＴがオンに切り換わると、逆方向循環電流はま
たより低い電圧降下を引き起こす抵抗のＦＥＴを通って
流れる。
の遅延によってオフ切り換え状態を続ける。その下方対
角線上スイッチはそのとき他方の下方スイッチに逆方向
電流があることによりそのままでいるよう命じられる。
図１３の実施例において示されたように、逆方向導通パ
ワースイッチがＦＥＴであり、そしてそのスイッチが遅
延されたオン切り換えを有するとき、逆方向電流は最初
に約−０.６ボルトの電圧降下を発生するＦＥＴの内在
（intrinsic）ダイオードを通って流れる。下方逆方向
導通ＦＥＴがオンに切り換わると、逆方向循環電流はま
たより低い電圧降下を引き起こす抵抗のＦＥＴを通って
流れる。
【０１４２】上述した本発明の好適な装置において、こ
のＦＥＴは、ＦＥＴ内在ダイオードの両端の電圧が減衰
界磁電流の存在の簡単な指示器を提供できるようにする
ために、減衰電流中はオフに保たれる。非直線性ダイオ
ード特性は小さな電流にとっても適度な電圧レベルを与
える。このことは、界磁電流の存在を指示するのに比較
器５４６および５４８の形態の簡単な電圧比較器の使用
を可能にする。内在ダイオード電圧が基準電圧源４３８
により設定されたしきい値よりも負でありそして抵抗デ
ィバイダがその点より低いとき、逆方向電流の存在が指
示される。
のＦＥＴは、ＦＥＴ内在ダイオードの両端の電圧が減衰
界磁電流の存在の簡単な指示器を提供できるようにする
ために、減衰電流中はオフに保たれる。非直線性ダイオ
ード特性は小さな電流にとっても適度な電圧レベルを与
える。このことは、界磁電流の存在を指示するのに比較
器５４６および５４８の形態の簡単な電圧比較器の使用
を可能にする。内在ダイオード電圧が基準電圧源４３８
により設定されたしきい値よりも負でありそして抵抗デ
ィバイダがその点より低いとき、逆方向電流の存在が指
示される。
【０１４３】比較器が逆方向導通スイッチに界磁電流の
存在を指示するとき、対角線上に対向するエレメントへ
の作動は比較器の信号によって抑制されそして減衰界磁
電流を導通している下方ＦＥＴへの作動はオンに保持さ
れる。比較器がゼロ近くの界磁電流を指示したのち、主
回路４４４の主制御信号によって命令されるように対向
する対角線上のブリッジエレメントを励起するのが安全
である。ゼロの界磁電流で新しい対角線上の対をスイッ
チングすることは母線にいかなる負電流も導入せず、そ
れ故、バッテリが接続されていないまたはシステムが軽
負荷であっても、有害な電圧スパイクを発生しない。
存在を指示するとき、対角線上に対向するエレメントへ
の作動は比較器の信号によって抑制されそして減衰界磁
電流を導通している下方ＦＥＴへの作動はオンに保持さ
れる。比較器がゼロ近くの界磁電流を指示したのち、主
回路４４４の主制御信号によって命令されるように対向
する対角線上のブリッジエレメントを励起するのが安全
である。ゼロの界磁電流で新しい対角線上の対をスイッ
チングすることは母線にいかなる負電流も導入せず、そ
れ故、バッテリが接続されていないまたはシステムが軽
負荷であっても、有害な電圧スパイクを発生しない。
【０１４４】《３段調整の制御ロジックおよび方法》主
制御ループは、線４３４の出力を監視する電圧監視回路
４３６を含みそしてバッテリ電圧と基準電圧４３８との
間の差に作用するエラー増幅器を備える。増幅されたエ
ラー信号は、２段変調器の出力でのＰＷＭ信号、反転Ｐ
ＷＭ信号およびこれらの２つの信号の遅延コピーを含む
主制御信号を発生するよう主回路４４４に共作動される
パルス幅変調器、またはその他の２段変調器を動かす。
主ＰＷＭ制御信号は信号スイッチをオン段階とオフ段階
との間で制御する。オン段階にある間、一方の対角線上
の対をオンにそしてオフ段階中に対向する対角線上の対
を切り換えるよう設定されそして逆もまた同様である。
２段階の基本的な逓昇の故に、デジタルロジックは制御
システムを実施するのに好適である。
制御ループは、線４３４の出力を監視する電圧監視回路
４３６を含みそしてバッテリ電圧と基準電圧４３８との
間の差に作用するエラー増幅器を備える。増幅されたエ
ラー信号は、２段変調器の出力でのＰＷＭ信号、反転Ｐ
ＷＭ信号およびこれらの２つの信号の遅延コピーを含む
主制御信号を発生するよう主回路４４４に共作動される
パルス幅変調器、またはその他の２段変調器を動かす。
主ＰＷＭ制御信号は信号スイッチをオン段階とオフ段階
との間で制御する。オン段階にある間、一方の対角線上
の対をオンにそしてオフ段階中に対向する対角線上の対
を切り換えるよう設定されそして逆もまた同様である。
２段階の基本的な逓昇の故に、デジタルロジックは制御
システムを実施するのに好適である。
【０１４５】実際のスイッチ指令は、より複雑なスイッ
チング構造を生じそして後述するような負母線電流を取
り除くように遅延、抑制およびその他の信号によって変
調される。
チング構造を生じそして後述するような負母線電流を取
り除くように遅延、抑制およびその他の信号によって変
調される。
【０１４６】巻線４００を通る界磁電流の瞬間量を増加
するとき、適切な対角線上ブリッジ対は全てオンであ
る。しかしながら、母線への負電流段階を取り除くため
に、ブリッジは、逆方向励起で母線からより迅速な減衰
を強いるよりも、むしろ下方スイッチだけを含む循環電
流ループに界磁電流を自然に減衰させるように作動す
る。この自然減衰を設定するために、両上方ブリッジエ
レメントはオフでありそして減衰する界磁電流は下方ブ
リッジエレメントを循環する。一方の下方ブリッジエレ
メントが順方向に導通する一方、他方は逆方向に導通す
る。この自然減衰は、ヒステリシスインバータ５１６に
対応する２段変調が再び段階を変更するかまたは界磁電
流がゼロになるまで続く。
するとき、適切な対角線上ブリッジ対は全てオンであ
る。しかしながら、母線への負電流段階を取り除くため
に、ブリッジは、逆方向励起で母線からより迅速な減衰
を強いるよりも、むしろ下方スイッチだけを含む循環電
流ループに界磁電流を自然に減衰させるように作動す
る。この自然減衰を設定するために、両上方ブリッジエ
レメントはオフでありそして減衰する界磁電流は下方ブ
リッジエレメントを循環する。一方の下方ブリッジエレ
メントが順方向に導通する一方、他方は逆方向に導通す
る。この自然減衰は、ヒステリシスインバータ５１６に
対応する２段変調が再び段階を変更するかまたは界磁電
流がゼロになるまで続く。
【０１４７】第１の場合、最初に導通している対は再び
オンになる。後者の場合、界磁電流がゼロに到達すると
き、対向する対角線上の対がオンになる。自然減衰の特
色は、減衰電流がほぼゼロに到達するまで、新しい対角
線上の対のオンへの切り換えを抑制することにより達成
される。好適な設計における全体の作動は、かくして、
出力スイッチの作動が行われる４段階またはスイッチ装
置降下が無視される場合、界磁巻線両端における瞬間的
な電圧の３段階を有する多段階である。瞬間的な界磁電
圧の３段階はプラスのバッテリ電圧、ゼロ電圧およびマ
イナスのバッテリ電圧である。
オンになる。後者の場合、界磁電流がゼロに到達すると
き、対向する対角線上の対がオンになる。自然減衰の特
色は、減衰電流がほぼゼロに到達するまで、新しい対角
線上の対のオンへの切り換えを抑制することにより達成
される。好適な設計における全体の作動は、かくして、
出力スイッチの作動が行われる４段階またはスイッチ装
置降下が無視される場合、界磁巻線両端における瞬間的
な電圧の３段階を有する多段階である。瞬間的な界磁電
圧の３段階はプラスのバッテリ電圧、ゼロ電圧およびマ
イナスのバッテリ電圧である。
【０１４８】本発明の好適な作動方法は次の段階を採用
する。 オン状態の上方装置が非遅延ＰＷＭオフ指令にただ
ちに反応してオフに切り換わり、 下方エレメントのオフ切り換えが遅延されそしてオ
ン切り換え状態の全てのブリッジエレメントが等しいま
たはより長い時間遅延されて上方装置がオフに切り換わ
るときに自動的に実行するよう下方ブリッジエレメント
に電流を循環でき、 各下方スイッチのしきい値比較器がその装置におけ
る逆方向電流（減衰界磁電流）の存在を指示しそしてそ
のロジック信号が次の段階を遂行するよう用いられる。 a) 逆方向導通スイッチのＦＥＴドライブはしきい値電
圧測定への妨害を取り除くよう抑制され、 b) その下のスイッチが遅延電流を遅延するためにオン
であるので新しい上方対角線上スイッチのオフ切換えド
ライブが抑制され、 c) 循環電流の遅延を実行するよう他方のＦＥＴのドラ
イブが残りをオンにさせ、 d) 界磁電流がゼロになる前に主制御信号がそれらの最
初の段階に戻ると、出力装置の最初の対角線上の対がオ
ンに戻りそして界磁電流の量が再び増加し始める。これ
は一定速度および固定負荷で作動するときに作動の通常
モードである。システムは１つの段階おいて母線電圧で
界磁巻線を駆動することとその他の段階のために下方Ｆ
ＥＴに電流を循環して磁界減衰を有することとの間で作
動する。このゼロドライブ電圧に続く全ドライブ電圧は
平均界磁電流の方向の影響を受けない同様な手段で作動
する。かくして、固定負荷を有する、相対的に低い交流
発電機速度の通常の作動において、交流発電機は順方向
極性モードと減衰モードの間（より詳細には、順方向極
性モードと順方向減衰モードの間）を循環する。交流発
電機が相対的に高速度で作動するとき、交流発電機は逆
方向極性モードと減衰モードの間（より詳細には、逆方
向極性モードと逆方向減衰モードの間）を循環する。こ
れらの順方向または逆方向極性モードと減衰モードの間
の通常の循環中、線５１８の主制御信号はオンおよびオ
フ段階間を行き来する。 e) 線５１８の主信号がその最初の段階に戻る前に界磁
電流がゼロになるときだけは対向するブリッジの対がオ
ンになりそしてロータ巻線４００の電流が方向を変え
る。このタイプの作動は平均界磁電流がゼロ付近である
ときまたは交流発電機の速度または負荷が突然変化する
ときに生じる。
する。 オン状態の上方装置が非遅延ＰＷＭオフ指令にただ
ちに反応してオフに切り換わり、 下方エレメントのオフ切り換えが遅延されそしてオ
ン切り換え状態の全てのブリッジエレメントが等しいま
たはより長い時間遅延されて上方装置がオフに切り換わ
るときに自動的に実行するよう下方ブリッジエレメント
に電流を循環でき、 各下方スイッチのしきい値比較器がその装置におけ
る逆方向電流（減衰界磁電流）の存在を指示しそしてそ
のロジック信号が次の段階を遂行するよう用いられる。 a) 逆方向導通スイッチのＦＥＴドライブはしきい値電
圧測定への妨害を取り除くよう抑制され、 b) その下のスイッチが遅延電流を遅延するためにオン
であるので新しい上方対角線上スイッチのオフ切換えド
ライブが抑制され、 c) 循環電流の遅延を実行するよう他方のＦＥＴのドラ
イブが残りをオンにさせ、 d) 界磁電流がゼロになる前に主制御信号がそれらの最
初の段階に戻ると、出力装置の最初の対角線上の対がオ
ンに戻りそして界磁電流の量が再び増加し始める。これ
は一定速度および固定負荷で作動するときに作動の通常
モードである。システムは１つの段階おいて母線電圧で
界磁巻線を駆動することとその他の段階のために下方Ｆ
ＥＴに電流を循環して磁界減衰を有することとの間で作
動する。このゼロドライブ電圧に続く全ドライブ電圧は
平均界磁電流の方向の影響を受けない同様な手段で作動
する。かくして、固定負荷を有する、相対的に低い交流
発電機速度の通常の作動において、交流発電機は順方向
極性モードと減衰モードの間（より詳細には、順方向極
性モードと順方向減衰モードの間）を循環する。交流発
電機が相対的に高速度で作動するとき、交流発電機は逆
方向極性モードと減衰モードの間（より詳細には、逆方
向極性モードと逆方向減衰モードの間）を循環する。こ
れらの順方向または逆方向極性モードと減衰モードの間
の通常の循環中、線５１８の主制御信号はオンおよびオ
フ段階間を行き来する。 e) 線５１８の主信号がその最初の段階に戻る前に界磁
電流がゼロになるときだけは対向するブリッジの対がオ
ンになりそしてロータ巻線４００の電流が方向を変え
る。このタイプの作動は平均界磁電流がゼロ付近である
ときまたは交流発電機の速度または負荷が突然変化する
ときに生じる。
【０１４９】《過渡抑圧》図１３に示される電圧調整器
は、自動車産業において周知の標準的な「負荷遮断（lo
ad dump)」で発生されるような電圧過渡の抑圧の独特な
方法を組み込んでいる。負荷遮断は大きな電流が引き出
されている間に大きなバッテリ負荷が突然オフに切り換
えられるときまたはバッテリ自体が切断されるときの状
態である。この状態において、抑圧装置は交流発電機の
巻線に溜まった誘導性エネルギーを処理することが要求
される。本電圧調整器は、ブリッジＦＥＴダイオードを
オンに切り換えるダイオード５８２，５８４，５８６お
よび５８８を指示する信号レベルツェナーダイオード５
８０を使用し、それによりブリッジＦＥＴは過渡を緩和
できる。ＦＥＴ装置は大きな電力衝撃を十分に処理で
き、かくしてブリッジ配列は過渡電圧に適切に制御され
たときにこれらの装置が２つの機能遂行するのを可能に
する。
は、自動車産業において周知の標準的な「負荷遮断（lo
ad dump)」で発生されるような電圧過渡の抑圧の独特な
方法を組み込んでいる。負荷遮断は大きな電流が引き出
されている間に大きなバッテリ負荷が突然オフに切り換
えられるときまたはバッテリ自体が切断されるときの状
態である。この状態において、抑圧装置は交流発電機の
巻線に溜まった誘導性エネルギーを処理することが要求
される。本電圧調整器は、ブリッジＦＥＴダイオードを
オンに切り換えるダイオード５８２，５８４，５８６お
よび５８８を指示する信号レベルツェナーダイオード５
８０を使用し、それによりブリッジＦＥＴは過渡を緩和
できる。ＦＥＴ装置は大きな電力衝撃を十分に処理で
き、かくしてブリッジ配列は過渡電圧に適切に制御され
たときにこれらの装置が２つの機能遂行するのを可能に
する。
【０１５０】残りのトランジスタおよびインバータ５９
０および５９２はブリッジ回路の種々のＦＥＴを動かす
駆動回路である。上方パワーＦＥＴ５３４および５３６
は周知のＮＰＮ／ＰＮＰレベル中継（translation）回
路で直接動かされる。ＦＥＴゲートに最も近いＰＮＰト
ランジスタ５９４および５９６は能動ゲートプルダウン
（active gate pull down）を与える。ＦＥＴは障害を
最少にするよう示される回路で相対的にゆっくりとオン
オヨビオフに切り換えられる。界磁電流変調は全交流界
磁電流とゼロの間の範囲で交流発電機の出力に電流段階
を発生できる。交流発電機は有限の出力インダクタンス
を有するので、その電流を瞬間的に変更できない。パワ
ーＦＥＴのよりゆっくりした上昇および降下時間はこの
問題を部分的に軽減しておりそしてツェナーダイオード
５８０およびその仲間のダイオード５８２〜５８８によ
り設けられる電圧クランプ配列は、クランプ電圧を越え
る短い電圧エクスカーションであるべきそれらの破壊電
圧に到達することからＦＥＴを保護する。約２７ボルト
のクランプ電圧が用いられる。
０および５９２はブリッジ回路の種々のＦＥＴを動かす
駆動回路である。上方パワーＦＥＴ５３４および５３６
は周知のＮＰＮ／ＰＮＰレベル中継（translation）回
路で直接動かされる。ＦＥＴゲートに最も近いＰＮＰト
ランジスタ５９４および５９６は能動ゲートプルダウン
（active gate pull down）を与える。ＦＥＴは障害を
最少にするよう示される回路で相対的にゆっくりとオン
オヨビオフに切り換えられる。界磁電流変調は全交流界
磁電流とゼロの間の範囲で交流発電機の出力に電流段階
を発生できる。交流発電機は有限の出力インダクタンス
を有するので、その電流を瞬間的に変更できない。パワ
ーＦＥＴのよりゆっくりした上昇および降下時間はこの
問題を部分的に軽減しておりそしてツェナーダイオード
５８０およびその仲間のダイオード５８２〜５８８によ
り設けられる電圧クランプ配列は、クランプ電圧を越え
る短い電圧エクスカーションであるべきそれらの破壊電
圧に到達することからＦＥＴを保護する。約２７ボルト
のクランプ電圧が用いられる。
【０１５１】インバータ５９０および５９２は２つの充
電ポンプ発振器として配列される。総体的に参照符号５
９１および５９３で示される整流および関連回路を有す
る発振器は、バッテリ電圧を切り換えるよう上方パワー
ＦＥＴを動かすために線５９５のバッテリ電圧よりも高
い電圧を供給する。
電ポンプ発振器として配列される。総体的に参照符号５
９１および５９３で示される整流および関連回路を有す
る発振器は、バッテリ電圧を切り換えるよう上方パワー
ＦＥＴを動かすために線５９５のバッテリ電圧よりも高
い電圧を供給する。
【０１５２】《中性点接続形交流発電機》図１４はハイ
ブリッド交流発電機のための新規な巻線配列を示し、そ
こにおいてロータ巻線６００はステータ巻線６０２，６
０４および６０６の中性点接点に接続される。
ブリッド交流発電機のための新規な巻線配列を示し、そ
こにおいてロータ巻線６００はステータ巻線６０２，６
０４および６０６の中性点接点に接続される。
【０１５３】前述したように、ハイブリッド交流発電機
のロータ巻線６００は交流発電機の出力電圧を増加する
よう順方向極性電圧を、そして交流発電機の出力を減少
するよう逆方向極性電圧を供給されねばならない。この
極性反転は、４エレメントブリッジ回路の対向する対角
線上の対のスイッチを交互にオンに切り換えるブリッジ
回路を有する図１２に示される３段電圧調整器で達成さ
れる。一方の対は順方向電流を発生するようにロータ巻
線を全バッテリ電圧とアースとの間に接続し、そして対
角線上に対向する対は巻線を通って流れる逆方向電流を
誘導するように反対の極性を有してロータ巻線を全バッ
テリ電圧とアースとの間に接続する。
のロータ巻線６００は交流発電機の出力電圧を増加する
よう順方向極性電圧を、そして交流発電機の出力を減少
するよう逆方向極性電圧を供給されねばならない。この
極性反転は、４エレメントブリッジ回路の対向する対角
線上の対のスイッチを交互にオンに切り換えるブリッジ
回路を有する図１２に示される３段電圧調整器で達成さ
れる。一方の対は順方向電流を発生するようにロータ巻
線を全バッテリ電圧とアースとの間に接続し、そして対
角線上に対向する対は巻線を通って流れる逆方向電流を
誘導するように反対の極性を有してロータ巻線を全バッ
テリ電圧とアースとの間に接続する。
【０１５４】ブリッジ回路はこの極製版点を遂行するよ
うに少なくとも４つのスイッチングエレメントを必要と
する。図１４に示される回路において、しかしながら、
２つのスイッチだけが必要である。ロータ巻線６００の
第１端はステータ巻線の中性点６０８に接続されそして
第２端は電圧調整器６４２のスイッチング回路６２４に
接続される。図１４の交流発電機の中性点６０８は３つ
の別個のステータ巻線６０２，６０４および６０６の中
心点である。星形を形成するように一端で相互に接続さ
れた異なった数の別個のステータ巻線からなる多相巻線
もまた使用され得る。多相ステータ巻線はダイオード６
１２〜６２２からなる多相ブリッジ整流器において従来
方法で整流される。
うに少なくとも４つのスイッチングエレメントを必要と
する。図１４に示される回路において、しかしながら、
２つのスイッチだけが必要である。ロータ巻線６００の
第１端はステータ巻線の中性点６０８に接続されそして
第２端は電圧調整器６４２のスイッチング回路６２４に
接続される。図１４の交流発電機の中性点６０８は３つ
の別個のステータ巻線６０２，６０４および６０６の中
心点である。星形を形成するように一端で相互に接続さ
れた異なった数の別個のステータ巻線からなる多相巻線
もまた使用され得る。多相ステータ巻線はダイオード６
１２〜６２２からなる多相ブリッジ整流器において従来
方法で整流される。
【０１５５】星形ステータ巻線の中性点はバッテリ６１
０に適用される出力電圧のほぼ２分の１で作動し、順方
向電流はロータ巻線の対向端をバッテリ６１０の陽極端
に接続することによりロータ巻線６００に簡単に誘導で
きる。それに代わり、ロータ巻線に負電流を誘導するよ
うに、対向端をアースに接続できる。
０に適用される出力電圧のほぼ２分の１で作動し、順方
向電流はロータ巻線の対向端をバッテリ６１０の陽極端
に接続することによりロータ巻線６００に簡単に誘導で
きる。それに代わり、ロータ巻線に負電流を誘導するよ
うに、対向端をアースに接続できる。
【０１５６】この形態においてロータ巻線に適用される
電圧は、ブリッジ形態に適用される電圧よりも小さいに
もかかわらず、電流は所望の磁束を発生するようにロー
タ巻線の巻数およびインピーダンスを調節することによ
り同等なものに作成され得る。
電圧は、ブリッジ形態に適用される電圧よりも小さいに
もかかわらず、電流は所望の磁束を発生するようにロー
タ巻線の巻数およびインピーダンスを調節することによ
り同等なものに作成され得る。
【０１５７】バッテリとアースの間でのロータ巻線の第
２端のスイッチングは、２つのスイッチ６２６および６
２８だけを必要とするスイッチング回路６２４で達成さ
れる。スイッチ６２６および６２８の作動は主制御線６
３２および６３４上の制御回路６３０によって制御され
る。制御回路６３０は、ロータ巻線６００に順方向極性
電圧を適用するように、スイッチ６２６を閉じそしてス
イッチ６２８を開ける。逆方向極性電圧をロータ巻線６
００に適用するように、スイッチ６２６は開けられそし
てスイッチ６２８は閉じられる。スイッチを相補的な状
態で作動しそして０から１００パーセントに変化するデ
ューティサイクルを用いることにより、界磁コイル両端
間の平均電圧は種々の速度および負荷の原因である全ブ
ーストおよび全バッキング間の範囲で制御される。
２端のスイッチングは、２つのスイッチ６２６および６
２８だけを必要とするスイッチング回路６２４で達成さ
れる。スイッチ６２６および６２８の作動は主制御線６
３２および６３４上の制御回路６３０によって制御され
る。制御回路６３０は、ロータ巻線６００に順方向極性
電圧を適用するように、スイッチ６２６を閉じそしてス
イッチ６２８を開ける。逆方向極性電圧をロータ巻線６
００に適用するように、スイッチ６２６は開けられそし
てスイッチ６２８は閉じられる。スイッチを相補的な状
態で作動しそして０から１００パーセントに変化するデ
ューティサイクルを用いることにより、界磁コイル両端
間の平均電圧は種々の速度および負荷の原因である全ブ
ーストおよび全バッキング間の範囲で制御される。
【０１５８】順方向極性モード中に、電流はバッテリか
ら、スイッチ６２６を通り、ロータ巻線６００を通り中
性点６０８へ流れ、そしてそこから別個のステータ巻線
６０２〜６０６およびブリッジダイオード６１２〜６２
２の外へ流れる。一定のステータ巻線およびブリッジダ
イオードを通って流れる一定量の電流は交流発電機の相
いかんで決まりそして交流発電機の回転に正変する。
ら、スイッチ６２６を通り、ロータ巻線６００を通り中
性点６０８へ流れ、そしてそこから別個のステータ巻線
６０２〜６０６およびブリッジダイオード６１２〜６２
２の外へ流れる。一定のステータ巻線およびブリッジダ
イオードを通って流れる一定量の電流は交流発電機の相
いかんで決まりそして交流発電機の回転に正変する。
【０１５９】監視回路６３６が出力電圧を基準電圧６４
０と比較することによって線６３８の出力電圧を監視す
る。電圧調整器６４２は本質的に前述された基本的なタ
イプの２段ＰＷＭ電圧調整器である。しかしながら、ブ
リッジ回路の対角線上の対のスイッチをオンおよびオフ
に切り換えるように主制御信号を用いる代わりに、主制
御信号は２つの別個のスイッチ６２６および６２８だけ
をオンおよびオフに切り換えるように用いられる。
０と比較することによって線６３８の出力電圧を監視す
る。電圧調整器６４２は本質的に前述された基本的なタ
イプの２段ＰＷＭ電圧調整器である。しかしながら、ブ
リッジ回路の対角線上の対のスイッチをオンおよびオフ
に切り換えるように主制御信号を用いる代わりに、主制
御信号は２つの別個のスイッチ６２６および６２８だけ
をオンおよびオフに切り換えるように用いられる。
【０１６０】電圧調整器のための基本的な２段ＰＷＭ制
御構成が好適である適用例では、中性点接続形交流発電
機で用いられるときに２つのスイッチだけを用いること
による電圧調整器のコストの低減は重要である。
御構成が好適である適用例では、中性点接続形交流発電
機で用いられるときに２つのスイッチだけを用いること
による電圧調整器のコストの低減は重要である。
【０１６１】中性点接続形ハイブリッド交流発電機は交
流発電機の界磁電流が速度ゼロのときに自動的にゼロに
なるという別の利点を有する。かくして、交流発電機の
駆動は点火装置がオフに切り換えられたときに交流発電
電流オフに切り換えることができないようにしてはなら
ない。制御電子機器は非常に小さな電力消費に設計され
得、かくして、バッテリ放電の危険性をなくして継続的
にオンのままにし得る。この手段において、中性点接続
形ハイブリッド交流発電機は、前述の、交流発電機が回
転を始めたときに自動的に調整器に電力を供給しそして
交流発電機が回転を停止したときに自動的に電力を停止
する自動インターロック機能を達成する。
流発電機の界磁電流が速度ゼロのときに自動的にゼロに
なるという別の利点を有する。かくして、交流発電機の
駆動は点火装置がオフに切り換えられたときに交流発電
電流オフに切り換えることができないようにしてはなら
ない。制御電子機器は非常に小さな電力消費に設計され
得、かくして、バッテリ放電の危険性をなくして継続的
にオンのままにし得る。この手段において、中性点接続
形ハイブリッド交流発電機は、前述の、交流発電機が回
転を始めたときに自動的に調整器に電力を供給しそして
交流発電機が回転を停止したときに自動的に電力を停止
する自動インターロック機能を達成する。
【０１６２】制御回路６３０は単純な２段ヒステリシス
増幅器、ヒステリシスを有する単純なインバータ、ヒス
テリシスを生じるようにフィードバックを有する比較器
または演算増幅器、一般的なパルス幅変調器などであり
得る。中性点接続形ロータ巻線もまた、交流制御システ
ムを用いて電流が順方向最大値と逆方向最大値との間で
円滑に変化される直線ドライブで動かされ得る。
増幅器、ヒステリシスを有する単純なインバータ、ヒス
テリシスを生じるようにフィードバックを有する比較器
または演算増幅器、一般的なパルス幅変調器などであり
得る。中性点接続形ロータ巻線もまた、交流制御システ
ムを用いて電流が順方向最大値と逆方向最大値との間で
円滑に変化される直線ドライブで動かされ得る。
【０１６３】ロータ巻線は回転しそしてステータ巻線は
固定されているので、界磁巻線の中性点およびスイッチ
ング回路との接続はスリップリングを介して従来方法で
行われる。
固定されているので、界磁巻線の中性点およびスイッチ
ング回路との接続はスリップリングを介して従来方法で
行われる。
【０１６４】かくして、前述した目的および上述の説明
から明らかとなった目的は、効果的に成就されることは
明らかであり、そして、上述の構造において本発明の主
旨および範囲を逸脱することなしにある程度の変更を行
えるので、上述の説明に含まれそして図面に示される全
ての事柄例示として解釈されそして限定を意図するもの
ではないことに留意されたい。
から明らかとなった目的は、効果的に成就されることは
明らかであり、そして、上述の構造において本発明の主
旨および範囲を逸脱することなしにある程度の変更を行
えるので、上述の説明に含まれそして図面に示される全
ての事柄例示として解釈されそして限定を意図するもの
ではないことに留意されたい。
【０１６５】本発明は最も実際的および好適な例である
ことを考慮して示されかつ述べられたが、本発明の範囲
内で多くの変形が可能であることは認識されよう。それ
故、添付の請求の範囲の全範囲の同等物についても権利
がある。
ことを考慮して示されかつ述べられたが、本発明の範囲
内で多くの変形が可能であることは認識されよう。それ
故、添付の請求の範囲の全範囲の同等物についても権利
がある。
【図１】本発明によるハイブリッド交流発電機のシャフ
トと平行にかつそれを通る長手方向の断面図である。
トと平行にかつそれを通る長手方向の断面図である。
【図２】ロータのシャフトと直角にかつ交流発電機の巻
線界磁ロータ部分を通る線２−２に沿った断面図であ
る。
線界磁ロータ部分を通る線２−２に沿った断面図であ
る。
【図３】ロータのシャフトと直角にかつ交流発電機の永
久磁石ロータ部分を通る線３−３に沿った断面図であ
る。
久磁石ロータ部分を通る線３−３に沿った断面図であ
る。
【図４】電圧調整のためのロータ励起回路および第２出
力電圧を発生するための電圧変換回路を有する本発明の
交流発電機の電気回路図である。
力電圧を発生するための電圧変換回路を有する本発明の
交流発電機の電気回路図である。
【図５】本発明の典型的な実施例における一定の電圧出
力を維持するのに必要な界磁電流対エンジンの毎分回転
数のグラフである。
力を維持するのに必要な界磁電流対エンジンの毎分回転
数のグラフである。
【図６】固体ディスク形永久磁石を採用した本発明の第
１の代案的な実施例のロータのシャフトに平行な断面図
である。
１の代案的な実施例のロータのシャフトに平行な断面図
である。
【図７】図６に示される本発明の第１の代案的な実施例
に用いられる１０極ディスク形永久磁石の側面図であ
る。
に用いられる１０極ディスク形永久磁石の側面図であ
る。
【図８】図６に示される本発明の第１の代案的な実施例
に用いられる分割された磁束通路エレメントの正面図で
ある。
に用いられる分割された磁束通路エレメントの正面図で
ある。
【図９】図８に示される線９−９に沿った分割された磁
束通路エレメントの断面図である。
束通路エレメントの断面図である。
【図１０】埋設された永久磁石を用いる本発明の第２の
代案的な実施例の断面図である。
代案的な実施例の断面図である。
【図１１】ロータの埋設された永久磁石を示す図１０の
線１１−１１に沿った断面図である。
線１１−１１に沿った断面図である。
【図１２】ハイブリッド交流発電機のロータ巻線を制御
されるブリッジ回路のための電圧調整器のブロック図で
ある。
されるブリッジ回路のための電圧調整器のブロック図で
ある。
【図１３】図１２のブロック図による回路の詳細な回路
図である。
図である。
【図１４】ハイブリッド交流発電機のための新規な配列
の結線図で、そこにおいてロータ巻線はステータ巻線の
中性点に接続されている。
の結線図で、そこにおいてロータ巻線はステータ巻線の
中性点に接続されている。
１０ ステータ
１２ 第１長手方向ステータ領域
１４ 第２長手方向ステータ領域
１６ ステータ巻線
２０ ロータ
２２ シャフト
２４ 巻線界磁ロータ部分
２８ ロータ巻線
３８ 永久磁石ロータ部分
４０ 永久磁石
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｇ
Ｈ０２Ｐ 9/00 Ｈ０２Ｐ 9/00 Ｃ
9/08 9/08 Ａ
(72)発明者 カーティス、ウィリアム ピー
アメリカ合衆国 マサチューセッツ州
02150、チェルシー、ブレイクウォータ
ー ドライブ 51
(56)参考文献 特開 平５−227752（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−260680（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−147000（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−265451（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−344697（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−160061（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02K 19/36
H02K 1/24
H02K 1/27 501
H02K 3/28
H02K 16/00
H02K 21/14
H02P 9/00
Claims (31)
- 【請求項１】 中性点電圧を有する中性点を備えたステ
ータ巻線を備えたステータと、 ステータ内で回転するように取り付けられたシャフト
と、 永久磁石磁束磁界を発生する、ロータに取り付けられた
少なくとも１つの永久磁石と、 シャフトに取り付けられそしてステータ巻線の中性点に
接続される第１端と電圧調整器のスイッチング回路に接
続するように適合された第２端とを有し、スイッチング
回路が第２端を中性点電圧よりも大きな電圧に接続した
ときに永久磁石磁束磁界と加法的に組み合うロータ磁束
磁界を発生しそしてスイッチング回路が第２端を中性点
電圧よりも小さな電圧に接続したときに永久磁石磁束磁
界と減法的に組み合うロータ磁束磁界を発生するロータ
巻線とを含むロータとから構成されることを特徴とする
ハイブリッド交流発電機。 - 【請求項２】 前記ステータ巻線は複数の別個のステー
タ巻線からなる多相巻線であり、その各々は内方端と外
方端とを有し、個々のステータ巻線は内方端を星形形態
に相互に接続され、中性点は個々のステータ巻線が相互
に接続される内方端に位置されることを特徴とする請求
項１記載のハイブリッド交流発電機。 - 【請求項３】 前記ステータ巻線は３相巻線でありそし
て中性点はＹ字形態に配列された３つのステータ巻線の
接続部に位置されることを特徴とする請求項２記載のハ
イブリッド交流発電機。 - 【請求項４】 前記ロータ巻線の第２端に接続されたス
イッチング回路を有する電圧調整器をさらに備え、前記
電圧調整器はバッテリの正及び負端子に接続するように
適合され、スイッチング回路は交流発電機の出力電圧を
調整するようにロータ巻線の第２端をバッテリの正およ
び負端子に交互に接続することを特徴とする請求項１記
載のハイブリッド交流発電機。 - 【請求項５】 ステータ巻線を有するステータと、 ステータ内で回動するように取り付けられかつ放射状エ
アギャップによってステータから分離され、そしてステ
ータ内で回動するように取り付けられるシャフトと、 ステータの第１長手方向領域内で回転するようにシャフ
トに取り付けられ、シャフトに直角に配列された複数の
積層板と、ロータ巻線と各積層板から放射状に向けられ
た複数の突起部により画定される多数の電磁極とを有す
る巻線界磁ロータ部分であって、積層板は各電磁極に１
つずつであり、突出極ロータコアを形成するように相互
に積み重ねられ、そしてロータ巻線はロータコアを取り
巻く複数のコイルを形成するようにロータコアの積み重
ねられた放射状突起部の回りに巻かれ、隣接するコイル
はロータ巻線に電流が通されたときに隣接する電磁極に
おいて北および南磁界を交互に発生するように相互に反
対方向へ巻かれた巻線界磁ロータ部分と、 ステータの第２長手方向領域内で回動するように巻線界
磁ロータ部分に対して長手方向に離間されてシャフトに
取り付けられ、１つ以上の永久磁石によって画定されそ
して巻線界磁ロータ部分の電磁極の数に対応する数の多
数の永久磁石極を有する永久磁石部分とを含むロータと
から構成されることを特徴とするハイブリッド交流発電
機。 - 【請求項６】 前記永久磁石ロータ部分には、複数の永
久磁石が各永久磁石極について１つずつあることを特徴
とする請求項５記載のハイブリッド交流発電機。 - 【請求項７】 前記各永久磁石は永久磁石ロータ部分の
周縁に取り付けられそしてシャフトに対して放射方向に
向けられた磁化の方向を有することを特徴とする請求項
６記載のハイブリッド交流発電機。 - 【請求項８】 前記永久磁石はシャフトに直角に配列さ
れた複数のロータ積層板の周縁に形成された開口に取り
付けられることを特徴とする請求項７記載のハイブリッ
ド交流発電機。 - 【請求項９】 前記永久磁石を保持する積層板はまた複
数の空気流動用の開口を備えることを特徴とする請求項
８記載のハイブリッド交流発電機。 - 【請求項１０】 前記永久磁石ロータ部分の永久磁石極
は磁化方向をシャフトと平行に向けられた多数極永久磁
石により発生されることを特徴とする請求項５記載のハ
イブリッド交流発電機。 - 【請求項１１】 前記永久磁石はその中に磁気的に形成
された多数極を有するディスク形状の永久磁石により構
成されることを特徴とする請求項１０記載のハイブリッ
ド交流発電機。 - 【請求項１２】 前記永久磁石ロータ部分は、透磁性の
材料で形成され、ステータとロータの間のエアギャップ
に磁束を運ぶようにディスク形状の永久磁石に長手方向
に隣接して配置された磁束通路エレメントをさらに含む
ことを特徴とする請求項１１記載のハイブリッド交流発
電機。 - 【請求項１３】 前記磁束通路エレメントは透磁性材料
で形成された複数の極片により構成されることを特徴と
する請求項１２記載のハイブリッド交流発電機。 - 【請求項１４】 前記第２磁束通路エレメントをさらに
含み、第２磁束通路エレメントは第１磁束通路エレメン
トから反対側でディスク形状の永久磁石に長手方向へ隣
接して配置されることを特徴とする請求項１３記載のハ
イブリッド交流発電機。 - 【請求項１５】 前記永久磁石ロータ部分の永久磁石極
は、磁化の方向をシャフトに対して周縁方向へ向けられ
た状態でシャフトの回りに周縁方向に離間された関係で
配列された複数の永久磁石によって発生されることを特
徴とする請求項５記載のハイブリッド交流発電機。 - 【請求項１６】 前記永久磁石ロータ部分は、透磁性材
料で形成されそして永久磁石からステータおよびロータ
間のエアギャップへ磁束を通すように周縁方向に隣接し
そして周縁方向に離間された永久磁石間に配置された複
数の磁束通路エレメントをさらに含むことを特徴とする
請求項１５記載のハイブリッド交流発電機。 - 【請求項１７】 非磁性材料で形成され、ロータの回転
中に永久磁石を固定しそして各永久磁石をシャフトから
絶縁するように各永久磁石を少なくとも部分的に取り巻
く支持エレメントをさらに含むことを特徴とする請求項
１６記載のハイブリッド交流発電機。 - 【請求項１８】 第１ステータ巻線とは異なった電圧を
発生するように第２ステータ巻線をさらに含むことを特
徴とする請求項５記載のハイブリッド交流発電機。 - 【請求項１９】 前記ステータは第１長手方向部分内に
位置されかつ巻線界磁ロータ部分の回りに配置された第
１ステータ部分と、第２長手方向領域内に位置されかつ
永久磁石ロータ部分の回りに配置された第２ステータ部
分とを含み、第１ステータ部分はステータギャップによ
って第２ステータ部分から分離されることを特徴とする
請求項５記載のハイブリッド交流発電機。 - 【請求項２０】 前記ステータギャップはエアギャップ
であることを特徴とする請求項１９記載のハイブリッド
交流発電機。 - 【請求項２１】 前記ステータギャップは低透磁率の固
体材料で少なくとも部分的に充満されていることを特徴
とする請求項１９記載のハイブリッド交流発電機。 - 【請求項２２】 前記低透磁率の固体材料は第１および
第２ステータ部分の断面形状に対応した断面形状を有す
ることを特徴とする請求項２１記載のハイブリッド交流
発電機。 - 【請求項２３】 前記ステータ巻線はステータの第１お
よび第２長手方向領域の回りに延びそして巻線界磁ロー
タ部分と永久磁石ロータ部分の両者によって組み合わさ
れた電圧がステータ巻線に誘導されることを特徴とする
請求項５記載のハイブリッド交流発電機。 - 【請求項２４】 前記ステータ巻線は第１および第２ス
テータ巻線により構成され、第１ステータ巻線はステー
タの第１長手方向領域内だけに位置されそして第２ステ
ータ巻線はステータの第２長手方向領域内だけに位置さ
れることを特徴とする請求項５記載のハイブリッド交流
発電機。 - 【請求項２５】 前記巻線界磁ロータ部分のロータ巻線
に接続され、そしてブーストモードの交流発電機からの
出力を増加するようにロータ巻線を通る順方向励弧電流
を発生しそしてバッキングモードの交流発電機からの出
力を減少するようにロータ巻線を通る逆方向励弧電流を
発生するように適合されたロータ励起回路によりさらに
構成されることを特徴とする請求項５記載のハイブリッ
ド交流発電機。 - 【請求項２６】 前記ロータ励起回路は順方向および逆
方向励弧電流をパルスで発生することを特徴とする請求
項２５記載のハイブリッド交流発電機。 - 【請求項２７】 前記ロータ励起回路は、順方向および
逆方向励弧電流の量を制御するようにパルスの幅を変調
することを特徴とする請求項２６記載のハイブリッド交
流発電機。 - 【請求項２８】 前記ロータ励起回路はステータ巻線か
らの出力電圧を監視し、そして出力電圧が所定のレベル
よりも低いときはロータ巻線に順方向励弧電流を発生し
そして出力電圧が所定のレベルよりも高いときはロータ
巻線に逆方向励弧電流を発生することを特徴とする請求
項２５記載のハイブリッド交流発電機。 - 【請求項２９】 ステータ巻線から発生された電圧を受
け取る入力とステータ巻線から発生された電圧よりも低
い電圧を発生する出力とを有する電圧変換回路と組み合
わされたことを特徴とする請求項２５記載のハイブリッ
ド交流発電機。 - 【請求項３０】 前記電圧変換回路の入力はステータ巻
線に直接接続されることを特徴とする請求項２９記載の
ハイブリッド交流発電機。 - 【請求項３１】 前記電圧変換回路の入力はステータ巻
線からの整流された出力電圧に接続されることを特徴と
する請求項２９記載のハイブリッド交流発電機。
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|---|---|---|---|
| US08/077,248 US5397975A (en) | 1993-06-14 | 1993-06-14 | Hybrid alternator |
| US08/077,248 | 1993-06-14 | ||
| US08/251,530 US5502368A (en) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | Hybrid alternator with voltage regulator |
| US08/251,530 | 1994-06-06 |
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| JP31988598A Expired - Fee Related JP3524783B2 (ja) | 1993-06-14 | 1998-10-23 | 電圧調整器付きハイブリッド交流発電機 |
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|---|---|---|---|
| JP07502871A Expired - Fee Related JP3091768B2 (ja) | 1993-06-14 | 1994-06-09 | 電圧調整器付きハイブリッド交流発電機 |
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