CZ329695A3 - Hybrid alternator with voltage regulator - Google Patents

Description

Hybridní alternátor s regulátorem napětí

Oblast technikv lU

S 6 (IX Z Z oi£oa

Vynález se týká alternátoru, který poskytuje vozidljum elektrický proud pro elektrické příslušenství a pro dobá^erií^ ” akumulátoru. Zvláště se tento vynález týká hybridního I .f-g alternátoru s vysokou účinností, u kterého je rotační ~ magnetické pole vytvářeno rotorem, který má část s permanentním magnetem a část s budicím vinutím, kde obě části pracuji tak, že se navzájem kombinují. Vynález se rovněž týká regulátorů napětí, které jsou speciálně navrženy pro automatickou regulaci výstupního napětí hybridních alternátorů.

Dosavadní stav techniky

V automobilním průmyslu se projevuje snaha u zvýšení účinnosti motorových vozidel, a to jak při provozních rychlostech, tak i při chodu naprázdno (volnoběhu). Zvláště důležité je zvýšení účinnosti při chodu naprázdno, jelikož bylo zjištěno, že okolo poloviny spotřeby paliva vzniká právě při chodu naprázdno. Alternátor, který se obvykle používá u motorových vozidel již 25 až 30 roků je z hlediska nákladů výhodný, ale vykazuje malou účinnost, a to kolem 40 - 50%.

Tento problém je zvláště aktuální při nízkých otáčkách, při kterých se požaduje vysoká úroveň buzení ve vinuti rotoru, aby se dosáhlo požadované napětí, což vede k velmi nízké účinnosti.

V souladu se snahou po vyšší účinnosti existuje potřeba mít alternátor s vysokým jmenovitým výkonem, jelikož moderní vozidla mají mnoho elektrických motorů, a proto vyžaduji více elektrického proudu. Kromě toho je i spotřeba paliva u vozidla závislá na váze vozidla, proto je žádoucí snížit hmotnost alternátoru, a tím snížit i celkovou hmotnost vozidla. Tohoto cíle se může dosáhnout zvýšením účinnosti alternátoru.

Zvýšená spotřeba el. proudu vede k zájmu použít u alternátoru takové součástky, které pracují při vyšším napětí než standardních 12 V, které se u vozidel dosud používá.

Zároveň se předpokládá, že kromě vyššího napětí se bude u vozidel požadovat napětí 12 V jako doplňkové napětí.

Jsou známé alternátory s dvojitým vinutím statoru, které moh poskytnout dvojí napětí. V případě, že se použije jedno vinutí na rotoru, je obtížné správně regulovat dvě rozdílná napětí na výstupu, jelikož se mohou požadovat různé budicí proudy rotoru pro různé obvody. Alternátory s jedním nebo dvojím napětím podle tohoto vynálezu, se mohou použít pro výrobu elektrického proudu i u jiných aplikaci, to znamená bez pohonu motorem, například u vodního pohonu, nebo pohonu větrem.

Hybridní alternátory výrazně zvyšují účinnost tím, že používají, pro vytváření okamžitého magnetického toku vysoké úrovně, permanentní magnety, a to při nízkých otáčkách.

Použitím hybridního alternátoru, který je zde uveden, se dosáhne plného jmenovitého výkonu a výstupního napětí i při chodu motoru naprázdno, pokud bude tento alternátor instalován v automobilu, nebo jiném vozidle. Liší se tím od alternátoru dosavadního stavu techniky, který není schopen dodávat plný jmenovitý výkon pokud nemají otáčky, které jsou podstatně vyšší než otáčky při běhu naprázdno.

Plného jmenovitého výkonu hybridního alternátoru se, při chodu naprázdno, dosáhne přidáním magnetického toku vytvořeného permanentními magnety. Dodatkový magnetický tok je vyráběn vinutím rotoru, které má budicí proud rotoru v propustném směru, který se ve vinutí indukuje propustným napětím na vinutí. Obvykle se to nazývá přídavným (zesilujícím) režimem nebo režimem propustného směru, kde vybuzené magnetické pole má. stejný směr jako ( a přídavky) indukované magnetické pole permanentním magnetem.

Tak jak se zvyšují otáčky alternátoru, poskytují permanentní magnety větší výstupní magnetický tok a potřeba přídavného magnetického toku, indukovaného vinutím rotoru, se snižuje. Výsledkem je, že při dostatečně velkých otáčkách je k disposici celý jmenovitý výkon alternátoru, vytvořený pouze magnetickým polem indukovaným permanentním magnetem, a není zapotřebí mít ve vinutí rotoru žádný dodatečný proud. Obecně se tento přechod vyskytuje při otáčkách, které jsou nižší než předpokládané maximální provozní otáčky alternátoru.

Jakmile otáčky rotoru přesáhnou tento přechodový bod, při vysokých otáčkách motoru, je tok z permanentních magnetů příliš velký a musí se proto snížit, aby se zabránilo poškození vlivem přepětí a nadproudů. Provádí se to tím že alternátor běží v tzv. sníženém (kompenzačním) režimu, nebo v režimu s obrácenou polaritou, kde je na vinutí rotoru přiváděna obrácená polarita napětí. Obrácená polarita napětí vyvolá ve vinutí rotoru zpětný (závěrný) proud. Zpětný proud generuje magnetický tok který působí proti magnetickému toku indukovanému permanentními magnety, čímž se omezuje výstup z generátoru tak, aby se dosáhlo požadovaného výstupního,napětí. Nutnost existence jak zpětného proudu, tak i budicího proudu v propustném směru, jistým způsobem omezuje omezuje regulátor napětí hybridního alternátoru, a klade na něj další požadavky, které se neuplatní u klasických alternátorů. Ačkoliv jsou již známy hybridní alternátory s čelisťovými zubovými póly a s nízkou účinností, rovněž i alternátory typu Lundě1, nebyla existence těchto omezení a požadavků v oboru známa, i když se již vyráběly regulátory pro hybridní alternátory.

První problém se týká indukčního efektu při přepínání vysoce indukčního vinutí rotoru, zvláště při přenosu mezi režimy zpětné polarity buzení a polarity buzení v propustném směru. Tento problém je velmi akutní, jestliže je alternátor jen lehce zatížen.

Proud indukovaný budicím vinutím, shromažďuje značnou energii v magnetickém poli vinutí rotoru. Tato energie může způsobit napěťové špičky, vlivem výskytu náhlých změn, nebo při sepnutí napětí pro pohon vinutí rotoru. Ke snížení výstupního napětí hybridního alternátoru, dosavadní stav techniky pouze naznačuje skutečnost, že režim zpětné polarity se může použít ke změně směru proudu budicího vinutí. Před změnou směru proudu musí dříve indukované magnetické pole zmizet. Během doby, po kterou se intenzita magnetického pole snižuje, se proud v propustném směru původně indukovaný v režimu propustné polarity, pokračuje zpět do hlavní výkonové sběrnice vedoucí do akumulátoru a do ostatního elektrického příslušenství.

Jestliže je akumulátor připojen k alternátoru, tak jak tomu obvykle bývá, můžeme se spolehnout, že baterie absorbuje každý záporný proud sítě po tom, co je akumulátor zatížen jinými zátěžemi. Alternativně lze pro absorbci této energie použít velký kondensátor. Na tuto první metodu však nelze spoléhat, jelikož akumulátor nemusí být vždy schopen zpětný proud absorbovat. Použití kondensátoru je velmi nákladné zvláště tehdy, jestliže jsou použity odpovídající kondensátory s teplotním rozsahem, určeným pro použití pod kapotou automobilu.

Jestliže se akumulátor musel odstranit nemůže zpětný proud na hlavní sběrnici procházet, pokud není do obvodu zařazen filtrační kondensátor tam, kde normálně připojení alternátoru existuje. Tam kde jsou zapojeny prostředky modulace středního frekvenčního pulsního pásma, může mít tento kondensátor důvodu nízkých nákladů a malé fyzické velikosti, je rozumné použít hliníkový elektrolytický kondenzátor. Hliníkové elektrolytické kondensátory však nejsou určeny k tomu, aby tolerovaly teploty nad 105°, a proto nemohou být umístěny v horkém prostředí alternátoru v blízkosti motoru vozidla.

I když jsou nějakým způsobem izolovány od horkého alternátoru, aby se vyhnuly teplotám nad 105°C, stejně jejich životnost se vzrůstem teploty klesá. Znamená to, že prostředí pod kapotou vozidla nedovoluje tyto hliníkové kondensátory použít. Mohou se použít tantalové kondensátory odolnější vůči vyšším teplotám, ale tyto kondensátory jsou fyzicky mnohem větší a dražší, čímž nejsou tak atraktivní pro masovou výrobu automobilů, která je tak citlivá na výrobní náklady.

I když se použijí pro absorpcí spínacích transientů kondensátory, stále tu existuje problém s uchováváním energie a dlouhodobou konstantou cívky buzení. Tak například, jestliže se otáčky nebo zátěž alternátoru náhle změní tak, že to způsobí u regulátoru napětí změnu polarity budicího napětí z téměř plného napětí (vzrůst režimu polarity v propustném směru) v jednom směru na významné napětí v druhém směru (snížení zpětného režimu polarity), vzroste tu nebezpečí vzniku velkého transientu napětí, nebude- li zapojen akumulátor a systém nebude zatížen (s výjimkou cívky buzení).

V této situaci bude mít počáteční energie cívky buzení snahu přejit do kondensátoru, bude stoupat napětí, pokud kondensátor nebude extrémně velký nebo nebude připojena sběrnice.

Ačkoliv se budou vyžadovat, pro udržení zvlněného proudu od modulace šířkou impulsů, aby se použil kondensátor střední velikosti, bude muset být tento kondensátor fyzicky značně velký, aby byl schopen regulovat vysokou energii v budicím vinutí tak, aby nevznikal nadměrný nárůst napětí. I kdyby byly pro omezení napětí na kondensátoru zapojeny svorky napětí, bude nárůst nákladů značný, vzniknou obavy týkající se spolehlivosti v důsledku práce v prostředí s vysokou teplotou, přičemž velikost jednotlivých komponent přinese další problémy, při jejich umísťování do již tak přeplněného prostoru pod kapotou.

Je potřebné najít takové řešení, které by dovolovalo použít techniku modulace šířkou impulsů, a to i tehdy, není-li akumulátor zapojen, a takové, které by nevyžadovalo použít velké kondensátory.

Druhým jemnějším problémem je to, že se musí přijmout taková opatření, která by zabránila regulátoru napětí , který poskytuje zpětný proud v režimu zpětné polarity, aby byl desaktivován, jeli vozidlo vypojeno. Při vysokých otáčkách motoru a alternátoru, je magnetický tok permanentních magnetů téměř zrušen působením zpětného magnetického toku ve vinutí hybridního rotoru. Jestliže by měl být tento rušící tok okamžitě vypojen, t.j. například vypnutím zapalování v době, kdy alternátor pracuje při vysokých otáčkách, dosáhne výstupní napětí alternátoru úrovně, při které může u běžného automobilu dojít k poškození elektrických přístrojů.

Tento vynález zahrnuje automatické blokování, které pohání regulátor napětí automaticky a nezávisle na zapalovacím systému vozidla, aby se tím zabránilo jeho bezděčnému vyřazení z činnosti. Konstrukce automatického systému blokování je taková, že umožňuje jen malý odběr proudu z akumulátoru, jestliže je vozidlo odpojeno, jinak by docházelo k vybíjeni baterie.

Provedení regulátoru napětí, kterému se dává přednost, rovněž zahrnuje prvek potlačování transientního napětí, a to novým způsobem, která dovoluje některým spínačům (nejlépe FET)> které jsou potřebné pro sepnutí vinutí rotoru mezi režimem polarity v propustném směru a režimem zpětné polarity, aby se tím realizovala druhá funkce potlačování transientů napětí,které by mohly poškodit regulátor napětí nebo jiné systémy na sběrnici akumulátoru. Vzhledem k problémům dosavadního stavu techniky, je jedním z cílů tohoto vynálezu poskytnout takový alternátor, který by fungoval při malých otáčkách.

Dalším cílem tohoto vynálezu je poskytnout alternátor, který používá na rotoru sestavu permanentních magnetů, která by vytvořila permanentní točivé magnetické pole, generované vinutím rotoru.

Dalším cílem tohoto vynálezu je poskytnout alternátor, který by vážil méně než dosavadní alternátory a měl stejný výstupní výkon, nebo který by měl vyšší výkon při stejné hmotnosti.

Dalším cílem tohoto vynálezu je poskytnout výkonný alternátor s dvojím (duálním) napětím, u kterého se obě napětí dají regulovat při různém zatížení.

Dalším cílem tohoto vynálezu je poskytnout regulátor napětí pro hybridní alternátor, který se automaticky zablokuje, aby zabránil vyřazení regulátoru z činnosti, je-li alternátor v režimu zpětné polarity.

Dalším cílem tohoto vynálezu je poskytnout regulátor napětí pro hybridní alternátor, který by potlačoval transienty napětí.

Dalším cílem tohoto vynálezu je poskytnout regulátor napětí pro hybridní alternátor, který by mu umožnil fungovat bez připojeného akumulátoru, a který by nepožadoval zařazení nákladných kondensátorů nebo napěťových svorek.

Dalším cílem tohoto vynálezu je poskytnout hybridní alternátor, který by zajistil stanovené výstupní napětí a proud u vozidla, jehož motor běží naprázdno.

Dalším cílem tohoto vynálezu je poskytnout alternátor, který je dostatečně chlazený pomocí chladicích štěrbin ve statoru.

Podstata vynálezu

Dříve uvedené, ale i další cíle, zřejmé všem odborníkům v oboru, mohou být splněny tímto vynálezem, kde hybridní alternátor zahrnuje stator s vinutím, které obklopuje část rotoru s vinutím, a část s permanentním magnetem, kde obě části se při činnosti navzájem kombinují. Část rotoru s vinutím má vícenásobné póly a je namontovaná na hřídeli rotoru, kde se otáčí v rámci prvního podélného prostoru statoru. Část rotoru s permanentním magnetem má rovněž vícenásobné póly, které svým počtem odpovídají počtu pólů částí rotoru s vinutím, a je namontovaná na hřídeli v jednom nebo více podélných prostorech, a to střídavě vzhledem k části s vinutím, přičemž se otáčí v rámci jednom nebo více podélných prostorech statoru.

Část rotoru s permanentním magnetem může mít množství permanentních magnetů, jeden pro každý pól, které jsou rozmístěny po obvodu a vytváří stálé magnetické pole, přičemž pro jeho udržováni není potřebná další energie. Alternativně může být stálé magnetické pole generováno jedním nebo více pevnými permanentními magnetickými kotouči se střídavými magnetickými póly. Odborníci mohou navrhnout i jiná vhodná magnetická geometrická uspořádání.

Část rotoru s vinutím má rotorové vinutí, které může být buzeno proudem v propustném nebo zpětném směru, aby se tak zvýšila nebo snížila hodnota výstupu. Budicí obvod rotoru zajišťuje polaritu buzení v propustném i obráceném směru pro vinutí rotoru, což je nutné pro udržení stanoveného výstupního napětí při různém zatížení. Budicí obvod rotoru upřednostňuje pro změnu hodnoty buzení a výstupu, použití modulace šířkou impulsů.

U konstrukce, které se dává přednost, jsou póly permanentního magnetu a póly s budicím vynutím uspořádány do tvaru s vyniklými póly. Stále magnetické pole může být vytvářeno jednotlivými permanentními magnety nebo pevnými magnetickými kotouči s vícenásobnými magnetickými póly. Směr magnetizace se může orientovat kolmo k hřídeli rotoru, nebo u alternativního provedení, které zajišťuje koncentraci toku, se může magnetizace orientovat podélně nebo po obvodu, a to pomocí prvků usměrňujících magnetický tok tak, aby křížil vzduchovou mezeru radiálně.

U sestavy s dvojím napětím generuje obvod konvertoru napětí druhé napětí, přičemž odvozuje svoji energii z výstupu samostatného třífázového statorového vinutí. Dvojí vinutí statoru, podle dosavadního stavu techniky, se může rovněž pro generováni dvou různých výstupních napětí použít.

U prvního alternativního provedení podle tohoto vynálezu, zahrnuje permanentní magnet rotoru pevný kotoučový magnet magnetizovaný podélně vícenásobnými póly. Permanentní magnety rotoru mohou používat jeden nebo i více kotoučů. Usměrňováni toku do vzduchové mezery a jeho koncentrace se provádí segmenty pólů z materiálu s vysokou magnetickou permeabilitou. Segmenty pólu rovněž podporují rozšíření budicího pole cívky a umožňují alternátoru pracovat při vysokých otáčkách.

U druhého alternativního provedení podle tohoto vynálezu se používají zapuštěné permanentní magnety. Magnety jsou umístěny v obvodově rozmístěných prostorech, jsou zde uloženy se střídavou polaritou a orientovány pomocí obvodové magnetizace. Tok je směrován do vzduchové mezery a přitom je koncentrace dosahováno pomocí částí pólů z materiálu s magnetickou permeabilitou. Magnety a části pólů jsou magneticky izolovány od hřídele použitím nemagnetického materiálu hlavy.

Hybridní alternátor je navržen tak, že vyrábí stanovené napětí a proud v případě, že motor vozidla běží naprázdno, a rovněž poskytuje plný stanovený výstup pro celý rozsah rychlosti vozidla.

Vynález rovněž zahrnuje regulátor napětí pro hybridní alternátor. U prvního provedení regulátoru napětí je použit spínací můstek k vedení proudu přes vinutí rotoru v propustném i obráceném směru. Spínací můstek je ovládán unikátním způsobem tak, aby fungoval ve třech stavech, které obsahují:

1) režim polarity v propustném směru, ve kterém je použito pro vinuti rotoru napětí v propustném směru, 2) režim obrácené polarity, kde je u vinutí použita obrácená polarita, 3) režim útlumu, ve kterém na vinutí není přivedeno žádné napětí, a kde proud indukovaný v režimu polarity v propustném nebo obráceném směru jde do útlumu. U provedení, které se nejvíce upřednostňuje, je ovládací systém digitální, se spínacím můstkem zhotoveným z tranzistorů s efektem pole.

U tohoto uspořádání obíhá útlumový proud přes dva nižší FET můstku, přičemž snímací obvod snímá útlumový proud a zabraňuje regulátoru napětí spínání do režimu obrácené polarity, dokud proud nepoklesl na hodnotu blízké nule.

U provedení, které se nejvíce upřednostňuje, má automatické blokování pro automatickému napájení regulátoru napětí a k udržování napájení pokud se alternátor otáčí. Obvod můstku je navržen unikátním způsobem tak, aby potlačoval špičky transientního napětí, čímž zajišťuje dvě funkce.

Aby se vyhovělo požadavkům na výstupní výkon, požaduje se velká hustota energie, zvláště při snaze udržet u alternátoru celkový malý rozměr. Znamená to, že alternátor pracuje při relativně vysokých teplotách, které se musí brát v úvahu při stanovování očekávané životnosti elektronických součástek a musí se zabránit i případnému odmagnetizování permanentních magnetů. V souhlase s tím, provedení hybridního alternátoru, kterému se dává přednost, používá jako novou metodu přivádění vnějšího studeného vzduchu přes štěrbiny, které jsou umístěny po obvodu kolem středu sekce statorového vynutí krytu.

Toto se může realizovat u návrhu hybridního alternátoru, který je zde znázorněn, a to proto, že tento alternátor je rozdělen na sekci s permanentním magnetem a sekci s vinutým rotorem, které dělí stator na dva prostory oddělené od sebe oblastí, ve které je malý nebo žádný magnetický tok.

Jiné provedení hybridního alternátoru používá nové uspořádání spojení mezi vinutím rotoru a vinutím statoru. Tím že se použije toto uspořádání, může se použít i zjednodušený regulátor napětí, který významně snižuje náklady na součásti rotoru.

Regulátor napětí střídavě spojuje jeden konec vinutí rotoru s kladným pólem akumulátoru a zemí. Druhý konec vinutí rotoru je připojen k neutrálnímu bodu statoru (který pracuje s polovičním napětím akumulátoru). Spínací obvod regulátoru potřebuje pouze dva spínače pro střídavé spojování přechodu mezi režimem polarit v propustném a obráceném směru.

Vynález rovněž zahrnuje způsob řízení obousměrného toku proudu přes vinutí alternátoru třístavovým regulátorem, ve kterém je velikost proudu (bez ohledu na směr) zvyšována pouze v režimu polarit v propustném a obráceném směru, a kde velikost proudu klesá jen v režimu útlumu, s recirkulací proudu přes vinutí, kde je útlum povolen.

Přehled obrázků na výkrese

Obr.l znázorňuje podélný řez rovnoběžný s hřídelem a vedený hřídelem hybridního alternátoru podle tohoto vynálezu.

Obr.2 znázorňuje příčný řez vedený podél čáry 2-2 kolmé na hřídel rotoru a přes část vinutého rotoru alternátoru.

Obr.3 znázorňuje příčný řez vedený podél čáry 3-3 kolmé na hřídel rotoru a přes část rotoru s permanentním magnetem.

Obr.4 znázorňuje schéma elektrického obvodu alternátoru, podle tohoto vynálezu, s napájecím obvodem pro regulaci napětí a s obvodem konvertoru napětí pro výrobu druhého výstupního napětí.

Obr.5. znázorňuje graf budicího proudu v závislosti na otáčkách motoru, které jsou nutné pro zachování konstantního napětí na výstupu u typického provedení podle tohoto vynálezu.

Obr.6 znázorňuje příčný řez vedený rovnoběžně s hřídelem rotoru prvního alternativního provedení, podle tohoto vynálezu, které má permanentní magnet ve tvaru pevného kotouče.

Obr.7 znázorňuje boční pohled na desetipólový permanentní magnet kotoučového tvaru, který je použit u prvního alternativního provedení tohoto vynálezu zobrazeného na obr.6.

Obr.8 znázorňuje čelní pohled na dělený prvek usměrňování toku, použitý u prvního alternativního provedení tohoto vynálezu zobrazeného na obr.6.

Obr.9 znázorňuje příčný řez děleného prvku usměrňování toku podél čáry 9-9 z obr.8.

Obr.10 znázorňuje příčný řez druhým alternativním provedením tohoto vynálezu, u kterého se používají zapuštěné permanentní magnety.

Obr.11 znázorňuje příčný řez podél čáry 11-11 z obr.10, kde je znázorněna část zapuštěných permanentních magnetů rotoru.

Obr.12 znázorňuje blokové schéma regulátoru napětí pro vinutí rotoru, ovládaném obvodem můstku hybridního alternátoru.

Obr.13 znázorňuje podrobné schéma obvodu podle blokového schématu na obr.12.

Obr.14 znázorňuje schéma el. instalace nového uspořádání hybridního alternátoru, kde je vinutí rotoru s neutrálním (nulovým) bodem statorového vedení.

Příklady provedeni vynálezu

Podle obr.l zahrnuje alternátor, podle tohoto vynálezu, stator 10, který má první podélnou prostor statoru 12 a druhou podélnou prostor statoru 14. Třífázové vinutí statoru, znázorněné na obr.4, prochází přes štěrbiny 18 (znázorněné na obr.2 a 3) vytvořené na vnitřní části statoru 10.

Rotor, obecně označený šipkami 20, je namontován tak, aby se otáčel uvnitř statoru 10 na hřídeli 22. Rotor zahrnuje část vinutého rotoru 24., která se otáčí uvnitř prvního prostoru statoru 12, část rotoru s permanentním magnetem 38, která se otáčí uvnitř druhého prostoru statoru 14.

Část vinutého rotoru 24 má vinutí rotoru 28, které se může budit, aby vytvořilo magnetické pole, jestliže je přes sběrací kroužky 30., 32 na hřídeli 22 zaveden proud. Konvenčni kartáčky (nejsou znázorněny) by se mohly namontovat uvnitř prostoru 34 skříně 36, aby vytvořily kontakt se sběracími kroužky 30., 32. á tím umožnily, aby do vinutí rotoru mohl být zaveden budicí proud. Část rotoru s permanentním magnetem 38 je namontovaná na hřídeli 22, a to podélně vůči části vinutého rotoru 24.

Zahrnuje množství permanentních magnetů 40 umístěných kolem obvodu a namontovaných tak, že směr magnetizace je orientovaný radiálně vůči hřídeli rotoru. Magnety udržují udržují stálé magnetické pole s vícenásobnými póly, které se šíří přes vzduchové mezery mezi rotorem a statorem.

Obr.2 znázorňuje příčný řez prvního prostoru 12 statoru, uvnitř které se vinutý rotor točí. Vinutý rotor je obvykle tvořen množstvím tenkých lamel, které mají tvar příčného řezu znázorněného na obr.2, a jsou umístěné těsně nad sebou podél hřídele rotoru. Alternativně mohou být póly vinutého rotoru konstruovány tak, že používají masivní odlitky z magnetického materiálu. Každá destička na rotoru má množství pólů 42 okolo kterých je vedeno vinutí rotoru 28 se střídavými póly, které jsou navinuty v opačném směru tak, že vytváří střídavé magnetické pole sever - jih.

První prostor 12 statoru a část vinutého rotoru 24 se chovají jako motor s vyniklými póly, který generuje výstup ze statorového vinutí 16 přes výstupní vedení 44. 46 a 48 (znázorněné na obr.l a 4) kdykoliv je na vinutí rotoru 28 zaveden budicí proud.

Hybridní alternátor - radiálně magnetizované permanentní magnety

Obr.3 znázorňuje příčný řez částí rotoru s permanentním magnetem u jednoho provedení alternátoru. Tato část rotoru s permanentním magnetem zahrnuje 8 permanentních magnetů 40. tvarovaných jako pravoúhlé plátky, držené v destičkách permanentního magnetu rotoru 38.· Alternativní konstrukce může používat větší nebo menší množství magnetických pólu než osm, ale musí mít vždy stejný počet pólů jako vinutý rotor. Mohou se použít i jiné tvary plátků než pravoúhlé, například tloušťka plátků se může měnit tak aby odpovídala křivce rotoru.

Každý plátek permanentního magnetu je magnetizován v celé tloušťce a je namontován tak, že směr magnetizace je radiální, t.j. ve směru, který je kolmý k hřídeli 22 a kolmý k velké čelní straně plátku 40.

Plátky jsou upevněny v otvorech lamel 38 po obvodu permanentního magnetu rotoru, a to střídavě tak, že vždy jeden severní pól plátku směřuje ven a severní pól následujícího plátku směrem dovnitř. Tímto způsobem se magnetické pole generované vinutým rotorem přičítá k stálému magnetickému poli při budicím proudu v propustném směru působícím na vinutí rotoru 28, a odečítá se od stálého magnetického pole v případě, kdy působí zpětný proud. Permanentní magnety podle návrhu, který byl znázorněn, jsou vyrobeny z neodymia, ale mohou se použít i jiné magnetické materiály, jako například keramické nebo samarium-kobaltové magnety, které jsou vhodné u speciálních aplikací. Při výrobě se používají neodymiové magnety plátované niklem.

Kromě otvorů ve kterých jsou magnety upevněny, mají destičky vícenásobné otvory 50, kterými se dosahuje snížení hmotnosti a umožňují, aby studená vzduch procházel alternátorem.

Ti, kteří rozumí elektrickým strojům a zvláště alternátorům snadno pochopí, že permanentní magnety 40 vytváří na rotoru stálé magnetické pole, které indukuje napětí ve statorovém vinuti 16 vždy, když se hřídel 22 otáčí. Otáčení hřídele se realizuje pomocí pásů a kladek, ačkoliv se používá i pohon ozubenými koly apod.

U konstrukce na abr.l, vybíhá statorové vinutí 16 z prvního statorového prostoru, obklopující část vinutého rotoru, průběžně přes druhý prostor statoru, který obklopuje část permanentního magnetu.Znamená to, že pokud se hřídel 22 otáčí, je ve statorovém vinutí 16 indukováno napětí, které je částečně výsledkem vlivu magnetického pole generovaného budicím proudem ve vinutí 28 části vinutého rotoru. Je rovněž možné použít samostatné vinutí na dvou statorových sekcích a kombinovat jejich výstup elektricky.

U konstrukce na obr.l, 2, 3 je část statoru alternátoru v prostoru 14 stejná, jako v prostoru 12 a obsahuje identické štěrbiny 18 a statorové vinutí 16. Štěrbiny 18 mohou být zkoseny tak že vznikne zkrut (twist) stejný pro jednu nebo více roztečí štěrbiny podél její délky. Účelem zkrutu je zabránit magnetické pulsaci. V případě absence zkrutu vznikají magnetické pulsace (nerovnoměrnost) a nechtěné vibrace, způsobené různý magnetickým odporem, který je způsoben štěrbinami ve vzduchové mezeře mezi statorem a rotorem.

Stator je vytvořen navrstvením tenkých lamel z kvalitní elektrooceli. Každý prvek vrstvy je otočně odsazen od sousedního členu tak, že tvoří zkrut u jedné rozteče štěrbiny podél její délky.

Ačkoliv to není na obr.3 znázorněno, část permanentního magnetu může mít předem vyrobenou válcovitou objímku z lehkého ale pevného materiálu, například z uhlíkových vláken spojených pryskyřicí. Objímka má tenké stěny a stejný průměr jako část permanentního magnetu rotoru. Objímka obklopuje část permanentního magnetu rotoru a bráni tomu, aby byly magnety vrženy, v důsledku odstředivé síly vzniklé vysokými otáčkami, směrem ven, a tím poškodily stator.

Jakmile se hřídel alternátoru 22 začne otáčet, magnety začnou ve vinutí statoru 16 indukovat napětí, které je nastaveno pro výrobu určeného napětí. Podle obr.4 obsahuje typické statorové vinutí 16 tři větve okruhu, spojené s dvoucestným usměrňovačem, tvořeným šesti výkonovými diodami 60.. Výkonové diody usměrňují výstup a poskytují nabíjecí proud do akumulátoru 62 a dále dodávají přístrojům vozidla proud přes výstup 64. Použití permanentních magnetů je výstup při nízkých otáčkách nedostatečný k tomu, aby poskytl plné napětí potřebné pro výstup 64. Proto je na vinutí rotoru 28 přiváděna budicí polarita v propustném směru.Tím se zvyšuje proud v rotoru, zvyšuje se síla magnetického pole generovaného vinutím rotoru a zvyšuje se výstup ze statorového vinutí 16, aby se zvýšilo výstupní napětí na určenou hodnotu. Polaritou v propustném směru a proudem v propustném směru, jsou zde polarita a proud, které způsobují, že se magnetické pole indukované ve vinutí rotoru, přičítá k magnetickému poli permanentních magnetů v režimu zesílení.

Potřeba zvýšit hodnoty na výstupu přivedením budicího proudu v propustném směru na vinutí rotoru 28 se projeví jen při nízkých otáčkách motoru. Jak se zvyšují otáčky motoru, tak se zvyšuje i výstup ze statoru a dosáhne se bod, ve kterém je statorem dosažena hodnota požadovaného výstupu, a to pouze vlivem části rotoru s permanentními magnety. Při těchto otáčkách se nemusí do vinutí rotoru 28 přivádět žádný budicí proud. Při otáčkách nad tuto hodnotu, by mohla část rotoru s permanentními magnety způsobit ve vinutí statoru přepětí. Pro zamezení vzrůstu napětí při vysokých otáčkách, je do vinutí rotoru 28 přiváděn budicí zpětný proud, který snižuje výstup z alternátoru v režimu snižování napětí. Na obr. 5 je znázorněn graf buzeného proudu z vinutí statoru jako funkce otáček motoru. Tento graf je ukázkou jednoho způsobu řešení tohoto vynálezu. Změny v převodováni alternátoru vůči motoru, počet otáček a odpor vinutí na statoru a rotoru a relativní síla polí generovaných magnety a vinutím rotoru, ovlivní skutečnou křivku pro každou specifickou aplikaci.

Na obr.5 lze vidět, že stoupající část křivky 66, u které je požadován budicí proud v propustném směru, se objevuje od chody naprázdno až do 600 ot/min, a dále do místa, kdy je dosažena hodnota 1200 ot/min. Když se otáčky zvýší z 600 do 1200 ot/min, množství budicího proudu v propustném směru, které je potřebné pro udržení stálého poklesu výstupního napětí dosahuje nulové hodnoty v bodě 70. V tomto bodě je veškeré buzení odvozeno od části rotoru s permanentním magnetem. Při otáčkách vyšších jako 1200 ot/min, začíná klesající část křivky 68. V této části křivky se požaduje buzení v obráceném směru, které je indikováno zápornými hodnotami na svislé ose, aby se zabránilo vzestupu hodnoty výstupního napětí za požadovanou hranici.

Bod přechodu 70 mezi režimem zesílení a režimem zeslabovaní může být stanoven z relativní proporce výstupu mezi části rotoru s vinutím a částí rotoru s permanentními magnety.

S odvoláním na obr.l se toho dá dosáhnout nastavením síly permanentních magnetů 40 nebo intenzity pole generovaného vinutím rotoru. Alternativně se to dá změnit změnou relativní velikosti částí rotoru s permanentním magnetem 14 a části rotoru s vinutím 12. Na obr.l to je zobrazeno tak,jako by měly stejnou velikost, ve skutečnosti se poměry mohou měnit podle uvážení tak, aby se přizpůsobil bod přechodu mezi pracovními prostory zesílení a zeslabení.

Hybridní alternátor s dvojím (duálním) napětím

U nejjednodušší formy vynálezu znázorněné na obr.l, používá statorové vinutí 16 konvenční uspořádání vinutí, znázorněné na obr.4. Může se samozřejmě použít i jiné uspořádání statorového vinutí. Je znám způsob, u kterého má vinutí statoru dvě nezávislá vinutí, která vyrábí dvě různá výstupní napětí. Vynález používá tento způsob generace dvojího napětí s úmyslem získat výstupní napětí 12 V a vyšší, příkladně 48 V. Způsob provozování dvojího napětí, kterému se dává přednost, používá obvod konvertoru napětí, a to typu, který jen popsán ve spojitosti s obr.4.

Uvažuje se i o jiných variacích vynálezu. Tak například při uspořádání s jedním napětím, může statorové vinutí mít dvě nezávislá statorová vinutí, jedno uvnitř prvního prostoru 12 obklopující vinutý rotor a druhý uvnitř druhého prostoru 14, obklopující část rotoru s permanentním magnetem. Výstupy z těchto oddělených statorových vinutích jsou potom podle potřeby elektricky kombinovány tak, aby poskytovaly stanovené výstupní napětí.

Pokračujeme-li s obr.l můžeme vidět, že mezi oběma prostory statoru existuje mezera 52. Tato mezera je volitelná, ale je-li použita, měla by být zhotovena z materiálu s relativně nízkou magnetickou permeabilitou, aby mohla od sebe izolovat magnetické prostory 12, 14, statoru. Mezerou může být jednoduchá vzduchová mezera, nebo může být zcela nebo jen částečně vyplněna pevným materiálem s nízkou magnetickou permeabilitou, například umělou hmotou a pod. Jestliže statorové vinutí zcela vybíhá z jednoho prostoru 12 přes mezeru do druhého prostoru 14., může být mezera vyplněna materiálem, který má v příčném řezu stejný tvar, který je kolmý k rotoru a statoru čímž se vytvoří celistvá štěrbina 18., uvnitř které mohou ležet dráty tvořící statorové vinutí.

Hybridní alternátor - radiální chladicí štěrbiny vedené statorem.

U provedení, kterému se dává přednost, není vzduchová mezera 52 mezí sekcí statoru 12 a 14 pevná, ale je pro vnější vzduch otevřená. Chladicí vzduch může dovnitř alternátoru vstupovat přes vzduchovou mezeru 52 mezi sekcemi statoru, přičemž vzduch je na konci odváděn kanálky směrem ven. Realizuje se to pomocí větráků umístěných na obou koncích alternátoru (není znázorněno).

Geometrie obou sekcí statoru zobrazená na obr.l dovoluje, aby byl chladicí vzduch odváděn do středu prostoru alternátoru, kde je potřeba chlazeni největší. Toto uspořádáni zvyšuje rozptyl tepelné energie, zatímco současně maximalizuje hustotu výstupní energie. Vzduchová mezera má axiální rozvaděč, který má množství radiálně orientovaných otvorů, které zvyšují velikost vzduchové mezery na 80% povrchu okolní sekce, a umožňuje tím přístup vzduchu do nejteplejších částí alternátoru, šipky označuji vstup chladicího vzduchu do vnitřku alternátoru, kde proudí radiálně přes stator, na rozdíl u řešení dosavadního stavu techniky, u kterého vzduch proudí v této sekci pouze v podélném směru.

Vzduch, který do statoru vstupuje radiálně, může procházet přes mezeru mezi rotorem a statorem. Sekce s vinutým rotorem může být rovněž opatřena otvory, kterými prochází vzduch a jsou axiálně spojeny s průchody vzduchu 50 v sekci s permanentním magnetem. Vzduch hnaný do středu alternátoru přes jádro statoru, proudí přes kritickou sekci statorové cívky, sekce budicí cívky a diod, a stejně tak přes sekci permanentních magnetů.

Kromě toho, že se snižuje teplota alternátoru a zvyšuje proudění vzduchu použitím otvorů v rozvaděči jádra statoru a sekci rotoru, snižuje se významným způsobem i hmotnost alternátoru. Otvory proudění vzduchu, o kterých zde byla zmínka, jsou umístěny v sekcích alternátoru, ve kterých není významný magnetický tok. Následně, přidáním těchto otvorů, proudění vzduchu nijak nesnižuje elektrický výstup alternátoru, ani neovlivňuje jeho účinnost.

Naproti tomu stav proudu alternátoru dle Lundella nebo alternátorů s geometrií drápkových pólů, nedovoluje nic víc, ne zdvojnásobení koncové ventilace. Není možné provádět ventilaci přes střední sekci jádra statoru, ani neexistuje možnost ventilace přes prostor rotoru, jelikož konstrukce podle Lundella a konstrukce s drápkovými póly je relativně pevná masivní konstrukce bez dutin nebo prázdných prostorů, kterými by mohl vzduch procházet. Poskytnutím dodatečných rovnoběžných průchodů, nemusí chladicí ventilátory vyvíjet tak velký rozdíl tlaku, aby poskytly daná objem vzduchu. Snižuje to hlučnost alternátoru a/nebo umožňuje to, aby se u listů ventilátoru měnil průměr a tvar, a tím se zmenšila velikost alternátoru. Proudění vzduchu je zvláště cenné pro udrženi teploty permanentních magnetů na co nejnižší hodnotě za všech provozních podmínek. Zvyšuje to výstupní hodnoty alternátoru a minimalizuje riziko odmagnetizování při vysokých teplotách. Umožňuje to, aby byl alternátor navržen pro nejvyšší možnou hodnotu výstupu v podmínkách vysoké teploty, která se může pod kapotou moderního vozidla vyskytnout.

Regulace napětí - základní dvoustavové regulátory s modulací šířkou impulsů.

Aby se udržel hodnota výstupního napětí na stálé určené hodnotě, je nutné do vinutí rotoru 28 přivést budicí proud v propustném i obráceném směru, který se mění způsobem, který se podobá tomu, který je znázorněný na obr.5. Obr.4 znázorňuje budicí obvod rotoru, který je pro dosažení tohoto cíle vhodný. Usměrněný výstup 64 ze statoru se porovnává se vztažným napětím 80 ve sčítacim obvodu 82, kde se vztažné (porovnávací) napětí 80 odečte od výstupního napětí 64, a vyšle se k funkčnímu generátoru 86 linkou 84 chybový signál.

Funkční generátor ovládá modulátor 88, který dodává budicí proud v propustném směru do budicího vinutí 28 přes sběrací kroužky 30, 32, jakmile výstupní napětí 64 dosahuje hodnoty menší než vztažné napětí 80. Vztažné napětí je nastaveno na ^x hodnotu nabíjecího napětí akumulátoru 62.. Funkční generátor dodává obrácený budicí proud do budicího vinutí 28, jakmile hodnota výstupního napětí 64 překročí hodnotu vztažného napětí 80.

Funkční generátor 86 a modulátor 88 mohou snadno poskytnout budicí proud ve propustném i obráceném směru, a to v potřebném množství pro dosažení žádoucího výstupu a pro lineární snížení poplašného signálu až na nulu. Je pouze nutné, aby se průměrný proud přiblížil žádoucí úrovni, a tak se mohly, podle tohoto způsobu, použít pulsy k ustavení průměrného proudu přes vinutí rotoru 28. Kladné pulsy vyvolají proud v propustném směru a záporné pulsy vyvolají zpětný proud. Šířka impulsů se bude měnit tak, aby se změnil průměrný proud. Změnu proudu provádí navržený, elektricky účinný obvod. Vytváří se tím základní dvoustavová regulátor modulace šířkou impulsů, který střídavě přepíná přímo mezi režimy s polaritou v propustném a obráceném směru.

Regulace napětí - alternátor s dvojím napětím

Budicí obvod rotoru obsahující prvky 80-88. poskytuje konstantní výstupní napětí u pozice 64 pro elektrický obvod a akumulátor 62. Jestliže má být alternátor jednonapěťový, tak to stačí. Jestliže má být alternátor s dvojím výstupním napětím, použije se jednou ze dvou alternativních řešení. U nejjednoduššího návrhu bude mít stator druhé vinutí, tak jak o tom již byla zmínka. Signál omylu 84 je založen na výstupu z pouze jednoho ze dvou statorových vinutí, přičemž je. druhému výstupu dovoleno hledat si svoji vlastní úroveň v době, kdy je je první regulovaný.

Alternativně může být použít chybový signál, který je funkcí výstupního napětí z obou vinutí, a to tak, že žádný výstup není plně regulován, ale oba jsou drženy přibližně na uvažované úrovni, nastavené sdruženým signálem omylu.

Na obr.4 je znázorněn alternativní návrh, kterému se dává přednost, pro alternátor s dvojím výstupem podle tohoto vynálezu. U tohoto návrhu je alternátorem principiálně alternátor s jedním výstupním napětím, přivádějící na výstup 64 konstantní napětí pro akumulátor 62, který je akumulátorem s vyšším napětím.

Namísto vyráběni druhého napětí z druhého vinutí, poskytuje toto napětí obvod konvertoru napětí 90. Podobným způsobem, jaký již byl popsán u budicího obvodu, vztažné napětí je sečítáno s výstupním napětím 96 připojeným na druhý akumulátor 92 ve sčitacim obvodu 98, pro výrobu signálu omylu ve vedení 100.

Funkční generátor 102 řídí modulátor 104. Tento modulátor generuje sérii pulsů pro zapnutí a vypnutí spínače 106 v navrženém spínacím systému dodávky proudu. Systém spínání dodávky proudu je konvenčním systémem, který poskytuje regulovaný výstup napětí, který je filtrovaný kondensátorem 108 a cívkou 110.

Zdroj napětí pro spínací regulátor musí být vyšší než výstupní napětí a může být připojeno k výstupu 64 přes vedení 114 nebo přímo k vinutí statoru 16 přes čárkované vedení 116.

Obecně lze říci, že bude vybrán jeden nebo druhý zdroj a spojení se bude realizovat stále přes vedení 114 nebo 116, místo realizace přes spínač 118.

Hybridní alternátor - axiálně magnetizovaný permanentní magnet

Obr.6 znázorňuje první alternativní provedení alternátoru, obecně označovaného pozicí 200, který má pár pevných permanentních magnetů ve tvaru kotoučů 210, 212, které jsou magnetizovány mnohonásobnými póly. Kotouč může být zhotoven z vázaného materiálu pro permanentní magnety. Stator 214 je v podstatě podobný statoru 14, popsanému ve spojení s předchozím provedením, a je stejně tak zobrazen pouze zjednodušeným způsobem. Obecně bude obsahovat třífázové vinutí navinuté do štěrbin v litém statoru, nikoliv do statoru složenému z lamel, přičemž oba statory jsou vyrobeny z kvalitní elektrické oceli. Dvojí vinutí se může u dvojího výstupního napětí použit, pokud je to požadováno.

Vzduchové mezery statoru odpovídají mezerám 52., které již byly popsány, a mohou se použít na každé straně části vinutého rotoru, pro izolaci části statoru s permanentním magnetem od části s vinutím. Jedna část permanentního magnetu se může použít podobně jako u návrhu popsanému v souvislosti s obr.1-3, nebo se mohou použít dva permanentní magnety podélně oddělené na opačných stranách vinutého rotoru, jak je to znázorněno u provedení na obr.6. Prvek pevného kotoučového permanentního magnetu je znázorněn samostatně na obr.7. Může být zhotoven z jednotlivých prvků permanentního magnetu, ale přednost se dává tomu, aby byl zhotoven z jednoho kusu, který je magnetizován přes celou tlouštku v podélném směru, rovnoběžném s hřídelem, je-li smontován. Je to devadesát stupňů ke směru magnetizace permanentních magnetů znázorněných na obr.l a 3, kde je magnetizace orientovaná radiálně místo podélně.

Aby se mohl generovat elektrický proud, musí siločáry pole rotoru proniknout přes vzduchovou mezeru 21 mezi rotorem a statorem a protnout statorové vinutí. Jestliže má magnetické pole podélný směr, musí být magnetický tok obrácen a směrován nahoru do vzduchové mezery. Dosahuje se toho pomocí prvku sdružovače kanálů (channeling element), obecně označovaným referenčním číslem 218, který je vytvořen několika pólovými segmenty 220, jak je to znázorněno na obr.8 a 9. Jednotlivý pólový segment 220 přenáší tok z kotouče permanentního magnetu 210 směrem do vzduchové mezery 216, kde proniká statorovým vinutím. Druhý prvek sdružovače kanálů má desku 222, která vrací tok. Pro vracení toku jsou použity dvě desky umístěné na čelních stranách rotoru, a to každá pro každý magnetický kotouč. Formováním permanentního magnetu do pevného kotouče a otáčením směru magnetizace se dosahuje lepší mechanické pevnosti a lepších výsledků vzhledem k velikosti magnetů a povrchů. Umožňuje to vytvořit kotouč silné konstrukce a rovněž to umožňuje vybudit na velké čelní ploše magnetického kotouče magnetický tok, který se při sdružování do vzduchové mezery pólovými segmenty 220 koncentruje.

U provedení, kterému se dává přednost, jsou kusy pólových segmentů 220 tvarovány tak, že mají otvory 224. které obepínají nástavky vinutí vinutého rotoru. Tento tvar dává vinutí další pevnost a umožňuje použít vysoké otáčky, aniž by se při nich rotor poškodil.

Koncové kusy 222. kotouče permanentního magnetu 210. pólové segmenty a část vinutého rotoru jsou drženy pohromadě nýty 226, které prochází přes díry 228 a 230 v segmentech, resp. v magnetickém kotouči.

Jednotlivé komponenty rotoru z obr.6 jsou namontovány na hřídeli 22 stejným způsobem, jak je to znázorněno na obr.l.

Hřídel 22 je uložen v ložiskách v pouzdře a má sběrací kroužky, které jsou ve styku s kartáčky, přes které je proud veden do budicího vinutí sekce rotoru. Výstupní napětí a jeho regulace je stejná, jak to již bylo dříve popsáno.

Hybridní alternátor - obvodově magnetizovaný permanentní magnet.

Na obr.10 a 11 je znázorněno ještě jiné provedení tohoto vynálezu, které je obecně označeno ref. číslem 300. U tohoto provedení jsou permanentní magnety 302 uchyceny v zajišťovcacim prvku 304. který je zhotoven z nemagnetického materiálu, například z hliníku, který kolem hřídele rotoru 22 vytváří věnec. Úchyt magneticky izoluje magnety od věnce a bezpečně je drží vdané poloze.

Tak jako u dvou předcházejících konstrukčních provedení, jsou permanentní magnety 302 magnetizovány přes celou tloušťku.

Jsou však namontovány tak, že směr jejich magnetizace je orientován do třetího směru, v tomto případě po obvodě vzhledem ke hřídeli. Zapuštěné magnety na obr.11 jsou vloženy do nemagnetického zajišťovací prveku se střídavou orientací mezi prvky sdružovače kanálů 306. které jsou umístěny po obvodu těsně u a mezi magnety 302. Prvky sdružovače kanálů 396 jsou vyrobeny z materiálu s vysokou magnetickou permeabilitou. Vedou magnetický tok, tak jak je to označeno šipkami 308. z magnetů do vzduchové mezery mezi rotorem a statorem.

Toto konstrukční řešení, stejně jako řešení již dříve popsané, umožňuje použít velké množství materiálů vhodných pro permanentní magnety použitelné v malém prostoru a s tokem, který je koncentrován po obvodu rotoru. U některých provedení to umožňuje použít méně nákladné permanentní magnety, čímž se snižují náklady na jejich pořízení. U jiného provedení, např. uvedeného na obr.1-3, se dává přednost magnetům s vysokou energií.

Stator 310 je v podstatě stejný jako stator popsaný ve spojení s obr.1-3.Nemagnetickém koncové víčko 312 poskytuje podporu nástavkům budicího vinutí rotoru v části vinutí 314. Podobné koncové víčko vinutí rotoru může být zahrnuto i do zajišťovacího prvku magnetu, jak je to znázorněno, nebo může existovat jako samostatný kus. Je nutné poznamenat, že zatímco je toto koncové víčko podobné, pokud jde o celkový vzhled, kusu magnetického materiálu 220 na obr.6, je v tomto konstrukčním provedení zhotoveno z nemagnetického materiálu, a z materiálu magneticky permeabilního, viz provedení na obr.6.

Regulátor napětí - třístavové konstrukční provedení

Na obr.12 je znázorněné blokové schéma prvního provedení, kterému se dává přednost, typu s můstkovým zapojením třístavového regulátoru napětí. Regulátor napětí ovládá dvousměrný tok proudu přes vinutí 400 rotoru hybridního alternátoru typu, který již byl popsán. Tento regulátor se může rovněž použít i u jiných typů alternátorů pro zařízení, která vyžadují třístavové ovládání. Vinutí rotoru 400, v kombinaci s částí rotoru s permanentním magnetem, indukuje tok ve vinutí statoru 402, 404. 406 hybridního alternátoru.

Dvousměrný tok proudu se získá použitím čtyř spínacích obvodů 408, 410, 412 a 414 upravených do můstkového uspořádání tak, aby vytvořily spínací obvod. První horní spínač 408 je připojen k prvnímu konci vinutí 400 a tvoří s prvním spodním spínačem 414 první pár spínačů. Jsou-li tyto spínače zavřeny, je první konec vinutí rotoru 400 spojen s kladným koncem akumulátoru 416 přes kladnou sběrnici 418 a druhý konec vinutí rotoru 400 je spojen se záporným koncem akumulátoru přes uzemnění 420. Je-li první pár spínačů 408, 414 uzavřen, je regulátor napětí v režimu polarity v propustném směru nebo ve zvýšeném režimu a proud v propustném směru teče od prvního konce vinutí rotoru 400. připojeného ke spínači 408, ke druhému konci vinutí rotoru 100. připojeného ke spínači 414.

Druhý horní spínač 410 vytváří s druhým spodním spínačem 412 druhý pár spínačů. Je-li druhý pár spínačů zavřen, je druhý konec vinutí rotoru 400 spojen s kladnou sběrnicí 418 a první konec je spojen s uzemněním 420. Při tomto uspořádání je regulátor napětí v tak zvaném režimu obrácené polarity nebo sníženém režimu. Oba režimy mají vzájemný logický obvod pro vinutí 400 navinutému na rotoru tak, že v režimu polarity v propustném směru se magnetický tok, vyvolaný proudem v propustném směru, přičítá k magnetickému toku vyvolanému částí rotoru s permanentními magnety.

Opačně platí, že v režimu obrácené polarity generuje zpětný proud protékající přes vinutí rotoru 400 magnetický tok opačné polarity, který se odečítá od magnetického toku permanentních magnetů.

Aby se mohl ovládat výstup hybridního alternátoru, u dosavadního stavu techniky se vinutí rotoru 400 jednoduše přepíná mezi režimy polarity v propustném a obráceném směru, tak jak je to popsáno u základního regulátoru s modulací šířkou impulsů (PWM). Regulátor napětí, který pracuje pouze v těchto dvou režimech, se může nazývat dvoustavový regulátor PWM. Regulátor napětí se přepíná do režimu polarity v propustném směru tehdy, jestliže je žádoucí zvýšit hodnotu výstupu, přičemž do režimu polarity v obráceném směru se přepíná, jestliže chceme snížit hodnotu výstupu. Jak bylo výše uvedeno, jestliže byl ve vinutí rotoru 400 indukován proud v propustném směru přes spínače 408 a 414. shromažďuje se v magnetickém poli vyvolaném cívkou 400 značná energie. Je-li první pár spínačů 408 a 414 okamžitě otevřen, a druhý pár spínačů 410 a 412 zavřen, proud v propustném směru, indukovaný v režimu polarity v propustném směru, stále poteče i přitom, jak magnetické pole vinutí rotoru 400 bude zvolna slábnout. Za jistých podmínek bude proud v propustném směru dále protékat jako proud v opačném směru přes druhý horní spínač 410 a spodní spínač 412. Objeví se rovněž jako zpětný proud na kladné sběrnici 418. Jestliže zatížení sítě na sběrnici je nízké, což znamená, že akumulátor je připojený, tento zpětný proud normálně poteče do akumulátoru a bude ho lehce dobíjet. Jestliže nebude akumulátor zapojen, nebo za jiných podobných podmínek, vznikne napětová špička, která by mohla poškodit komponenty vozidla.

Tyto a jiné špičky, které vznikly jako výsledek změn zatížení elektrického systému vozidlo, se mohou upravit umístěním kondensátoru přes vývody akumulátoru 416 od kladné sběrnice 418 k uzemnění 420. Kondensátor dostačující velikosti se schopností fungovat při vyšších teplotách pod kapotou vozidla, bude dosti nákladný.

Provedeni regulátoru napětí, kterému se dává přednost, je uspořádáno tak, že se o něm hovoří jako o třístavové konstrukci regulátoru napětí. U této konstrukce regulátor napětí používá běžný režim polarity v propustném směru pro nastartování toku proudu v propustném směru ve vinutí 400, nebo pro zvýšení již existujícího toku proudu v propustném směru. Režim polarity v obráceném směru se používá pro nastartování toku proudu v obráceném (zpětném) směru, nebo pro zvýšení velikosti toku proudu v obráceném směru. Třetí režim, který je zde nazván útlumovým režimem, vstupuje až tehdy, opoušti-li regulátor napětí režimy s polaritou v propustném a obráceném směru.

V útlumovém režimu (který se může rovněž nazývat režimem s nulovým napětím nebo režimem nulové polarity), je proudu indukovanému v každém z obou dalších režimů dovoleno obíhat přes vinutí rotoru a klesat na nulovou hodnotu, aniž by indukoval škodlivé napětí ve zbytku obvodu. Do útlumu se vstupuje po tom, co u každého ze dvou režimů se vyskytuje útlumový proud, který má zabránit přímý přestup z režimu polarity v propustném směru do režimu s obrácenou polaritou, nebo opačnému přestupu, což by mělo za následek, že by se na hlavní sběrnici zavedl zpětný proud.

Ti, kteří jsou obeznámeni s čtyřprvkovým můstkovým zapojením, například s dvoucestným usměrňovačem apod. poznají, že při obvyklém použití můstkového zapojení, mají protilehlé páry prvků vést proud současně. Tím první pár spínačů vede proud v prvním stavu a druhý pár spínačů ve druhém stavu. U konstrukce se třemi stavy jsou dva prvky přímo umístěné proti sobě (na rozdíl od diagonálnímu umístění proti sobě) současně otevřeny, čímž je proudu umožněno téci přes zbývající dva prvky, a to jako obíhající útlumový proud.

Tak například v režimu s polaritou v propustném směru jsou spínače 408 a 414 zavřeny. Při útlumovém režimu je spínač 408 otevřený, zatímco spínač 414 zůstává zavřený. U některých implementací tohoto vynálezu bude spínač 412 tomto čase zavřený, aby poskytl vedení v propustném směru přes první spodní spínač 414 a zpět nahoru v obráceném směru přes druhý spodní spínač 412. Podle toho co bude uvedeno dále, jsou spínače 412 a 414 polovodičové spínače, lépe tranzistory s efektem pole, které mají tu vlastnost, že jsou vodivé v obráceném režimu přes vnitřní diodu, aniž by používaly řídící signál pro uzavření spínače. Vnitřní dioda generuje pokles napětí při zpětném toku proudu, které se používá ke zjištění přítomnosti útlumového proudu.

Režim útlumu se může realizovat tím, že se umožní útlumovému proudu téci přes horní spínače 408 a 410.

Podle obr.12 je napětí vyvolané kombinovaným efektem magnetického toku z rotoru 400 a permanentních magnetů na rotoru, generováno vinutím statoru 402. 404 a 406 a je usměrňováno třífázovým dvoucestným usměrňovačem, který sestává z šesti diod 422, 424, 426, . 428. 430 a 432. Tyto diody odpovídají diodám 60 na obr.4. Usměrněný výstup je veden do akumulátoru 416 po kladné sběrnici 418 a rovněž napájí elektrickou zátěž vozidla přes spoj (není zobrazen) do sběrnice 418.

Výstupní napětí alternátoru je sledováno přes kabel 434 monitorovacím obvodem napětí 436. Tento monitorovací obvod porovnává výstupním napětí alternátoru se vztažným napětím z obvodu vztažného napětí 438 a vyvolává chybový signál na vedení 440.

Chybový signál 440 je použit na vstupu řídicího obvodu 442. Tento obvod zahrnuje primární obvod 444, obvod detekce útlumového proudu 446 a logický obvod 448. Primární obvod je přímo citlivý na chybový signál monitorovacího obvodu přes vedení 440 a produkuje jeden nebo více primárních řídicích signálů, které signalizují, že logický obvod 448 zvyšuje nebo snižuje hodnotu výstupu alternátoru.

U základních dvou stavů regulátoru PWM, se použije primární řídící signál k zapnutí prvního páru spínačů, pokud se zamýšlelo dosáhnout zvýšené hodnoty na výstupu, a pro zapnutí druhého páru spínačů, pokud se zamýšlelo dosáhnout snížené hodnoty na výstupu.

U tohoto vynálezu jsou primární řídicí signály modifikovány v logickém obvodu 448 informací, kterou obdrží z detekčního obvodu útlumového proudu 446 před tím, než jsou vyvolány řídicí signály. Druhotné řídicí signály ovládající jednotlivě stavy spínačů 408. 410. 412 a 414 přes vedení 450, 452, 454 a 456.

Detekční obvod útlumového proudu 446 je připojen tak, aby mohl monitorovat útlumový proud ve vinutí rotoru 400. U návrhu, kterému se dává přednost je toto monitorování prováděno spojením 458 a 460 mezi detekčním obvodem útlumového proudu 446 a prvním a druhým koncem vinutí 400. Detekční obvod útlumového proudu 446 vyvolává jeden nebo více blokovacích signálů, které jsou vedeny na výstup logického obvodu 448 přes vedení 462 a 464. Ti, kdo jsou seznámeni s problematikou oboru pochopí, že jsou i jiné způsoby monitorování útlumového proudu ve vinutí 400.

Automatické vzájemné blokováni a vnitřní dodávka proudu regulátoru napětí

Tři přídavné diody 466, 468 a 470 poskytují nezávislou energii vnitřnímu napájecímu zdroji 472, který produkuje energii V_cc.· Vnitřní napájecí zdroj 472 poskytuje energii pro ovládání elektrické soustavy regulátoru napětí. Toto napětí regulováno tak, aby zajistilo dodávku řídicího napětí pro regulátor. Jelikož hybridní alternátor obsahuje jak permanentní magnet, tak i budicí vinutí, alternátor začíná generovat napětí, jakmile se začne otáčet. Stále vyšší napětí poskytuje dostatečné napětí pro napájení elektronického zařízení, takže je možné generovat přídavné pole. Vše se děje před tím, než motor vozidla dosáhne otáček chodu naprázdno, takže při chodu naprázdno regulátor napětí funguje již správně.

Řízení systému tímto způsobem poskytuje automatické blokování, takže smyčka regulátoru napětí je rozpojena a vykazuje téměř nulové pole a řídicí proud v době, kdy se alternátor neotáčí, ale automaticky zapojuje regulátor napětí, jakmile se alternátor začíná otáčet.

Automatické blokování je velmi důležité u hybridních alternátorů, jelikož budicí proud nemůže být nikdy vypnut v době, kdy alternátor pracuje ve vysokých otáčkách, jelikož by se objevilo obrovské přepětí a velké nadproudy. Je to v jasném protikladu se současnými alternátory, které umožňují spínači zapalování vypnout buzení regulátoru napětí. Je důležité, aby proud buzení regulátoru napětí byl nulový, jestliže vozidlo a motor je mimo provoz, a to proto, aby se zabránilo vysušování akumulátoru, ale to se nedá dělat pouze pomocí klíčku zapalování. Je to z toho důvodu, že zapalování může být náhodou vypnuto v době, kdy alternátor pracuje ve vysokých otáčkách.

Obr.13 znázorňuje podrobné schéma obvodu, které odpovídá blokovému schématu na obr.12. Akumulátor 416 je připojen k šesti diodám 422-432 výstupu můstkového usměrňovače, které jsou střídavě připojeny k statorovým vinutím 402. 404 a 406 způsobem, který je zobrazen na obr.12. Statorová vinutí 402,

404 a 406 nejsou znázorněna, ale jejich připojení je zcela obvyklé.

Vnitřní napájecí zdroj 472 obsahuje zenerovu diodu 500 _r která ovládá výstupní napětí V_cc NPN tranzistoru 502. Tři zařízení pro regulaci koncového napětí a jiné obvody regulace napětí budou rovněž vhodná.

Monitorovací obvod napětí 436 monitoruje napětí akumulátoru 416 přes vedení 434. které vyvolává pokles napětí na odporovém můstku 504., 506 a 508. Odpor 506 je nastavitelný pro nastavení výstupního napětí regulátoru. Stanovené výstupní napětí alternátoru je porovnáváno v zesilovači chyb 510 se vztažným napětím z obvodu vztažného napětí 438.

Obvod monitorování napětí zesiluje chyby a poskytuje kompenzaci smyčky. Vztažné napětí ze zdroje vztažného napětí 438 je vedeno na jeden vstup zesilovače chyb 510 přičemž druhý vstup je připojen k děliči napětí z akumulátoru. Úplná kompenzace je poskytnuta kapacitní povahou sítě zpětné vazby, mezi invertujicím vstupem chybového zesilovače 510 a výstupem. Kompenzační síť je obecně označena šipkami 512. Tato síť eliminuje chyby stejnosměrného proudu v regulátoru napětí v celém rozsahu otáček a zatížení alternátoru.

Výstupem ze zesilovače chyb je zesílený chybový signál na vedení 440. který se přivádí na primární sekci obvodu 444 řídicího obvodu 442. Chybový signál se přivádí na vstup jednoduchého hysterezního bloku tvořeného hysterezním invertorem 516. který se chová jako dvoustavový modulátor.

Je-li výstup z alternátoru příliš vysoký, bude chybový signál nižší a výstup z hysterezního invertoru 516 sepne vysoko.

Vysoký signál vždy způsobí, že pole sítě v alternátoru vzrůstá.

Primární obvod 444 vyvolává čtyři primární řídicí signály na vedení 518. 520, 522 a 524. Primární řídicí signál na vedení 518 se bere přímo z výstupu dvoustavového modulátoru 516 a primární řídicí signál na vedení 520 je inverzním opakem signálu. Primární řídicí signál je vyvolán invertorem 526. Řídicí signály na vedení 518 a 520 se mohou použít k ovládání diagonálně protilehlých párů spínačů spínacího můstku u konstrukce dvoustavového základního regulátoru PWM. Slouží jako počáteční bod modifikovaného řízení, jehož výsledkem jsou sekundární řídicí signály, které ve skutečnosti realizují zamýšlené přepnutí. Hystereze v invertoru 516, v kombinaci se ziskem a dynamikou bloku chybového zesilovače 436, ovládá chybové napětí a nastavuje přirozený kmitočet oscilace smyčky. Funkce primárního invertoru 516 může být prováděna modulátorem šířky impulsů s rampovým oscilátorem a odpovídajícími součástkami, ačkoliv taková konstrukce bude mnohem složitější a nákladnější, než jednoduchý digitální obvod znázorněný na obr.13.

Primární řídicí signály na vedení 518 a 520 jsou doprovázeny zpožďovacími kopiemi primárních řídicích signálů na vedení 522 a 524, které se generují invertory 528 a 530. Výstup z hysterezniho invertoru 516 je zpožděný v jednoduchém odporovém kondensátorovém zpožďovači, označeném referenčními šipkami 532. Tím se stává primární řídicí vedeni 522 nositelem zpožďovací verze primárního řídicího signálu na vedení 520. Vedení 524 přenáší zpožďovací verzi primárního řídicího signálu na vedení 518. Primární řídicí signály na vedení 518 a 520 se používají pro vstup do logického obvodu 448. který nakonec vyvolává sekundární řídicí signály pro spínání spínačů stejnosměrného proudu přes vinutí 400.

Spínací prvky 408, 410, 412 a 414 na obr.12 odpovídají tranzistorům s efektem pole (FET) 534, 536. 538 a 540s jejich ovládací elektronikou na obr.13. Jsou-li FET 534, odpovídající prvnímu hornímu spínači a FET 540. odpovídající prvnímu spodnímu spínači zapnuty, říkáme , že alternátor je v režimu polarity v propustném směru. Jsou-li FET 536 a 538 zapnuty, je alternátor v režimu polarity v obráceném směru. Alternátor je v útlumovém režimu, jestliže oba horní FET jsou vypnuty, nebo oba spodní FET jsou vypnuty a indikuji, že na vinutí 400 není žádné napětí z výstupu akumulátoru nebo alternátoru.Různá uspořádání vynálezu mohou vypnout oba horní spínače, čímž se odpojí vinutí 400 od akumulátoru, nebo mohou být vypnuty oba spodní spínače. Další uspořádání s přidanými prvky pro zavedení nulového napětí na vinutí 400 se dá rovněž použít. Kromě možnosti rozpojování vinutí 400 od akumulátoru, musí být vinuti zapojeno tak, aby proud mohl klesat bez toho, že by indukoval škodlivé napětí ve zbývajícím systému obvodu regulátoru napětí nebo kdekoliv v automobilu. Dosahuje se toho tím, že se útlumový proud nechá recirkulovat přes dva spínače připojené k protilehlým koncům vinutí 400. U konstrukce, které se dává přednost a znázorněné na obr.13, je recirkulační obvod veden přes dva spodní FET. Alternativně se může recirkulujicí proud vést dvěma horními FET, nebo jinými komponentami.

Oba FET 538 a 540 se mohou zapnout a vést recirkulujicí proud, ačkoliv FET máji vnitřní diodu, která jim umožní vést zpětný proud dokonce i tehdy, jestliže nemají předpětí. Pokud jsou vypnuty, indukuje útlumový proud napětí na vnitřní diodě spodního FET, který je nastaven do směru detekčním obvodem útlumového proudu 446 na vedeních 458 a 460, která jsou připojena k prvnímu a druhému konci vinutí 400.

Diody 542 a 544 izolují komparátory 546 a 548 od tranzistorů FET, kdykoliv je zátěž tranzistoru během režimu polarity v propustném a obráceném směru vysoká. Jedna strana komparátorů 546 a 548 má vztažné napětí získané z děliče napětí, zdroj vztažného napětí 438 a druhá strana má filtrovanou verzi napětí, které představu jeden pokles napětí diody nad zátěžovým napětím tranzistoru FET, je-li blízko uzemnění. Diody 542 a 544 zvedají úroveň napětí jedním poklesem napětí na diodě tak, že není potřebné žádné záporné napětí na na vstupech komparátorů 546 a 548.

Logický obvod 448 je znázorněn na obr.13 s logickými hradly 550. 552. 554. 556. 558. 560 a 562. Logický obvod, realizovaný v těchto hradlech, přijímá primární řídicí signály a blokovací signály přes vedení 462 a 464 z detekčního obvodu útlumového proudu 446. aby produkoval sekundární řídicí signály na vedení 450. 452, 454. 456.

Když sekundární řídicí signál, jako například sekundární řídicí signál 454, spíná vysoko, připojuje se FET, tzn. zapíná se FET 534. Logická funkce prováděná hradly 550, 552 a 554 je stejná, jako logická funkce realizovaná hradly 556, 558, 560 a 562. Pro realizaci stejné logické funkce se používají různé logické prvky, a to z důvodu snížení počtu komponent, které se dají realizovat na pouhých dvou čipech. Logická hradla 550 a 562 řídí horní FET 534 a 536.

Logické hradlo 550 je trojicí hradel AND. Jeho výstup je vysoký a jemu odpovídající FET 534 je zapnutý jen tehdy, jsou-li všechny tři vstupy do trojice vstupů hradla AND vysoké. Třemi vstupy jsou: primární nezpožděný řídící signál PWM (modulace šířkou impulsů) na vedení 518, zpožděný primární řídicí signál PWM na vedení 524 a blokovací signál na vedení 464 z monitorujícího obvodu útlumového proudu, monitorující zpětný proud v tranzistoru FET 540.Přítomnost blokujícího signálu na vedení 464 indikuje přítomnost útlumového proudu v obráceném směru ve vinutí 400, jako výsledek tlumeného proudu původně indukovaného v režimu polarity v obráceném směru. Blokovací signál na 464 drží FET 538 zapnutý a blokuje FET 534, umístěný nad ním, před přepnutím ve stejném okamžiku. Jakmile proud indukovaný v režimu s polaritou v obráceném směru klesne na dostatečně malou hodnotu, dovolí blokovací signál na 464 přepnout stav a umožní tím obvodu změnit režim.

Ačkoliv napětí budicí pole vinutí má tři režimy, a to režim polarity v propustném směru, režim polarity v obráceném směru a režim útlumu, mají tranzistory FET ve skutečnosti čtyři různé stavy. V režimu polarity v propustném směru, tranzistory 534 a 540 vedou proud. V režimu polarity v obráceném směru, tranzistory 536 a 538 vedou proud. V režimu útlumu (dva stavy), jsou oba tranzistory 534 a 536 zavřeny.

Režim útlumu má dva různé stavy, a to režim útlumu v propustném směru a režim útlumu v obráceném směru. V režimu útlumu v propustném směru je proudu indukovanému v režimu polarity v propustném směru dovoleno klesat, přičemž FET 540 je otevřený a FET 538 zavřený, ale je vodivý přes vnitřní diodu. V režimu útlumu v propustném směru teče útlumový proud přes vinutí 400 ve stejném směru jako v případě, je-li v režimu polarity v propustném směru. V režimu útlumu v obráceném směru je FET 538 otevřený a FET 540 zavřený, ale je vodivý přes vnitřní diodu s proudem v obráceném směru, který cirkuluje přes vinutí 400 dolů přes FET 538 a zpět nahoru přes FET 540.

Tento vynález využívá obvodu můstku pro vytváření bilaterálního buzení napětí ve vinutí 400. Monitorovací obvod napětí 436 poskytuje základní chybové zesílení k získání chybového signálu na vedení 440. Smyčka regulace napětí obsahuje kompenzační blok, určený ke tvarování frekvenční odezvy smyčky, pro ovládání průměrného napětí akumulátoru. Vyrovnaný zesílený výstupní chybový signál na vedení 440 ovládá modulátor s modulací šířkou impulsů, nebo jiné dva stavové modulátory, které nepřímo ovládají plný můstkový koncový stupeň, pro získání obousměrného proudu přes vinutí 400, které je spojeno přes střední odbočky můstku.

Logický obvod 448 modifikuje výstup primárního obvodu 444, aby dovolil třetímu stavu buzení napětí se při téměř nulovém napětí uplatnit na vinutí 400, kdykoliv se zvýší velikost pole proudu. Primární řídicí signály z primárního obvodu 444 působí tak, aby přímo zapnuly diagonálně umístěný pár můstkových spínačů. Buzení pří nulovém napětí je realizováno kdykoliv pří snížení velikosti pole proudu.

Má-li se zvýšit okamžitá velikost budicího proudu pomocí primárních řídicích signálů z 444. zavede se na budicí cívku napětí příslušné polarity buzením příslušného diagonálního páru prvků můstku. Snižuje-li se velikost budicího proudu, vypne se pouze horní spínač z původně vodivého diagonálního páru spínačů. Využitím zpoždění při vypnutí spodního diagonálního spínače a využitím zapnutí zpoždění u protilehlých diagonálních spínačů, budicí proud, který protékal horním spínačem se přemění na záporný proud ve spínači, který se nachází bezprostředně pod spínačem, který byl vypnut.

Proud dále protéká spodním diagonálním spínačem, a to v důsledku dříve popsaného zpoždění při jeho vypnutí. Spodní diagonální spínač je nucen zůstat zapnutý za přítomnosti zpětného proudu v jiném spodním spínači. Je-li spínačem proudu v obráceném směru tranzistor FET, jak je to znázorněno u provedení na obr.13, a má-li spínač zpožděné zapnuti, teče proud v obráceném směru nejprve vlastní vnitřní diodou a generuje úbytek napětí okolo 0,6 V. Kdyby se zapnul spodní tranzistor FET s obráceným směrem vedení, obíhající zpětný proud by rovněž protékal přes FET na odpor, což by vedlo k nižšímu poklesu napětí.

Jak je to popsáno u provedení tohoto vynálezu, kterému se dává přednost, ponechává se tranzistor FET během průchodu útlumového proudu vypnutý, aby napětí na vnitřní diodě FET mohl vytvářet jednoduchý indikátor přítomnosti doznívajícího budicího proudu. Charakteristika nelineárního pole vytváří rozumnou úroveň napětí i při malých proudech. Umožňuje to použít pro indikaci budicího proudu napěťový komparátor, podobný komparátorům 546 a 548. Je-li napětí vnitřní diody zápornější než prahová hodnota nastavená zdrojem vztažného napětí a je-li hodnota děliče odporu pod touto hodnotou, indikuje se přítomnost zpětného proudu.

Jestliže komparátor Indikuje přítomnost budicího proudu ve spínači zpětného vedení, je buzení protilehlých diagonálních prvků blokováno signálem komparátoru a buzení spodního FET, kterým prochází doznívající budicí proud, pokračuje, jakmile komparátor zaznamená budicí proud blízký nule, je buzení protilehlých diagonálních prvků můstku, prováděného primárním řídicím signálem primárního obvodu 444, bezpečné. Zapnutí nového diagonálního páru při nulové hodnotě budicího proudu, nevyvolá žádný záporný proud na sběrnici, čímž nezpůsobí žádné škodlivé napěťové špičky, jestliže akumulátor zůstane odpojený, nebo tehdy, je-li systém jen mírně zatížen.

Řídicí logický obvod a způsob třístavové regulace.

Primární řídicí obvod obsahuje obvod monitorování napětí 436, který monitoruje výstup na vedení 434. zahrnuje chybový zesilovač, který pracuje na základě rozdílu mezi napětím na akumulátoru a vztažným napětím 438. Signály z chybového zesilovače budí modulátor s modulací šířkou impulsů, nebo jiné dva stavové modulátory, které jsou součástí primárního obvodu 444, kde vyvolávají primární řídicí signál zahrnující invertovaný signál PWM a zpožděné kopie těchto dvou signálů. Primární řídicí signál PWM spíná mezi stavem zapnuto a vypnuto. Během stavu zapnuto je nastaven tak, aby zapnul jeden diagonální pár a protilehlý diagonální pár, a to tehdy, je -li navozen stav vypnuto a obráceně. V důsledku existence dvojího stavového základního kroku směrem nahoru, dává se při realizací řídicího systému přednost digitálnímu logickému obvodu.

Skutečné spínací povely jsou modifikovány signály zpoždění, blokování a jinými signály, což představuje mnohem složitější strukturu spínání a možnost vyhnout se zápornému proudu na sběrnici, jak to bude dále popsáno.

Při zvýšeni okamžité hodnoty budicího proudu procházejícího vinutím 400. je příslušný diagonální pár můstku plně otevřen. Aby se dalo vyhnout skokům záporného proudu do sběrnice, můstek pracuje tak, že nechává budicí proud ve smyčce obíhajícího proudu přirozeně klesat, kde smyčka obsahuje pouze spodní spínače, než by ho nutila k mnohem rychlejšímu poklesu zpětným buzením ze sběrnice. Pro nastavení tohoto přirozeného poklesu jsou oba horní prvky můstku vypnuty a klesající hodnota budicího proudu obíhá ve spodních prvcích můstku. Jeden spodní prvek vede proud v propustném směru, druhý v obráceném směru. Přirozený pokles pokračuje tak dlouho, až dvoustavový modulátor odpovídající hysterézní invertor 516 znovu změní stav, nebo hodnota budicího proudu poklesne na nulu. V prvním případě se původně vodicí pár zapne. V druhém případě, dosáhne-li hodnota budicího proudu nulové hodnoty, zapne se protilehlý diagonální pár. Jev přirozeného útlumu je realizován blokováním stavu zapnuto u nového diagonálního páru do doby, kdy útlumový proud dosáhne přibližně nulové hodnoty. Veškerá činnost u konstrukce, které se dává přednost, je vícenásobným stavem se čtyřmi stavy činnosti výstupních spínačů, nebo se třemi stavy okamžitého napětí na budicím vinutí, jestliže se pominou poklesy na spínacím zařízení. Třemi stavy okamžitého napětí budicího pole jsou: plusové napětí akumulátoru, nulové napětí a minusové napětí akumulátoru.

Způsob fungování podle tohoto vynálezu, kterému se dává přednost, zahrnuje následující kroky:

1) Horní zařízení se okamžitě vypíná jako odezva na nezpožděný povel PWM.

2) Vypnutí horních prvků je zpožděno a veškerá zapnutí prvků můstku jsou zpožděná stejně dlouho nebo déle, čímž se umožni, aby se automaticky uplatnil proud obíhající spodními prvky můstku, jestliže se horní zařízení vypne.

3) Prahové komparátory na každém spodním spínači indikují přítomnost zpětného proudu (klesajícího budicího proudu) v tomto zařízení a je použit ten logický signál, který provede následující kroky:

a) buzení FET na zpětném spínači je blokováno, aby se zabránilo rušení měřením prahové hodnoty napětí.

b) Vypnutí buzení nového horního diagonálního spínače je blokováno, jelikož spínač umístěný pod ním bude pro obíhající útlumový proud zapnutý.

c) Buzení dalších spodních FET bude zapnuto, aby klesající proud mohl obíhat,

d) jestliže se primární řídicí signály vrátí do svého původního stavu před tím než budicí proud dosáhne nulové hodnoty, původní diagonální pár výstupních zařízení se vrátí do stavu zapnuto a velikost budicího proudu se začne opět zvyšovat. Je to normální pracovní režim při konstantní rychlosti a pevném zatížení. Systém bude pracovat mezi buzením budicího vinutí napětím na sběrnici v jednom stavu a s útlumem budicího vinutí obíhajícími proudy ve spodním FET pro druhý stav. Toto plné budicí napětí následované nulovým budicím napětím pracuje stejným způsobem, nezávisle na směru průměrného budicího proudu. Při normální činnosti, při relativně nízkých otáčkách alternátoru a s pevným zatížením, bude alternátor cyklovat mezi režimem polarity v přímém směru a útlumovým režimem (přesněji mezi režimem polarity v propustném směru a režimem útlumu v propustném směru). Při vysokých otáčkách alternátoru, bude alternátor cyklovat mezi režimem obrácené polarity a útlumovým režimem (přesněji mezi režimem obrácené polarity a útlumovým režimem obráceného směru). Během tohoto normálního cyklování mezi režimem polarity v propustném a obráceném směru a útlumovým režimem, bude se řídicí signál ná vedení 518 střídavě nacházet ve stavu zapnuto a vypnuto.

e) Jenom tehdy, jde-li hodnota budicího signálu k nule, před tím než se primární signál na vedení 518 vrátí do svého původního stavu, zapne se protilehlý můstkový pár a proud vinutí rotoru 400 změní směr. Tento druh činnosti se realizuje tehdy, je-li hodnota průměrného budicího proud blízká nule, nebo při náhlých změnách otáček a zatížení alternátoru.

Potlačení transientu

Regulátor napětí zobrazený na obr.13 zahrnuje jedinečný způsob potlačování napěťových transientů, například těch, které jsou generovány za situace nazývané skládka zátěže nebo skladování zátěže, která je v automobilním průmyslu dobře známá. Tato situace nastává tehdy když je velká zátěž akumulátoru náhle odpojena, nebo když je samotný akumulátor odpojen v okamžiku, kdy ještě nese proud o vysoké hodnotě. Za této situace je vyžádáno zařízení na potlačování transientů, aby se vypořádalo s indukovanou energií ve vinutích alternátoru. Současný regulátor napětí používá zenerovu diodu 580 s úrovní signálu a s řídicími diodami 582. 584, 586 a 588, které zapnou diody FET můstku tak, že FET můstku mohou absorbovat transienty. Zařízení FET jsou schopna se účinně vypořádat s impulsy s velkou energií, a tak můstkové uspořádání, je-li správně řízeno, a to za situace kdy se transientní napětí vyskytuje, umožňuje tomuto zařízení vykonávat dvojí funkci.

Zbývající tranzistory a invertory 590 a 592 se stávají budicími obvody, které budí různé tranzistory FET v obvodu můstku. Horní výkonové FET 534 a 536 jsou přímo napájeny konvenčními NPN/PNP translačními obvody. Tranzistory PNP 594 a 596, které jsou nejblíže hradlům FET, provádí aktivní snížení hodnoty hradla. Tranzistory FET jsou zapínány a vypínány relativně pomalu systémem obvodů, který minimalizuje rušení. Modulace budicího proudu může vyvolat na výstupu alternátoru proudové nárazy, které mají rozsah mezi plným střídavým budicím proudem a nulovým proudem. Jelikož má alternátor konečný výstupní indukční odpor, nemůže proud měnit okamžitě. Pomalá doba vzestupu a poklesu na výkonovém tranzistoru FET tento problém částečně povyšuje a obnovovač stejnosměrné složky napětí, realizovaný zenerovou diodou 580 a připojenými diodami 582 -588, chrání tranzistory FET od dosažení průrazného napětí, které může být zkratovým napětím, přesahujícím hodnotu stejnosměrné složky napětí, (clamp voltage). Hodnoty této složky napětí může dosáhnout 27 V.

Invertory 590 a 592 jsou uspořádány jako dva oscilátory nábojové pumpy. Oscilátory s usměrňovacími obvody, obecně označovanými šipkami 591 a 593, poskytují napětí vyšší, než je napětí akumulátoru na vedení 595 pro napájení horního výkonového FET, který spíná napětí akumulátoru.

Alternátor připojený v neutrálním (nulovém) bodu.

Na obr.14 je znázorněno nové uspořádáni vinuti hybridního alternátoru, ve kterém je vinutí rotoru rotoru 600 připojeno k neutrálnímu bodu statorového vinutí 602, 604 a 606.

Vinutí rotoru 600 hybridního alternátoru musí být napájeno napětím s pólaritou v propustném směru, aby se zvýšilo výstupní napětí alternátoru a napětím s polaritou v obráceném směru, pro snížení výstupního napětí. Tohoto reverzování polarity je dosaženo v třístavovém regulátoru napětí, znázorněném na obr.12 který má můstkový obvod, který střídavě zapíná protilehlé diagonální páry spínačů v čtyřprvkovém můstkovém obvodu. Jeden pár spíná vinutí rotoru mezi plným napětím alternátoru a zemí a vytváří tím proud v propustném směru, zatímco diagonální protilehlý pár spíná vinutí rotoru mezi plným napětím a zemí při obrácené polaritě, při které se indukuje tok zpětného proudu vinutím. Obvod můstku vyžaduje nejméně čtyři spínací prvky, které by dokázaly realizovat tuto změnu polarity.

U obvodu na obr.14, jsou však použity pouze dva spínače. První konec vinutí rotoru 600 je spojen s neutrálním bodem 608 statorového vinutí a druhý konec je připojen ke spínacímu obvodu 624 v regulátoru napětí 642. Neutrální bod 608 alternátoru na obr.14 je umístěn ve středu jednotlivých vinutí statoru 602, 604, a 606. Mohou se použít i vícefázová vinutí sestavená z různého počtu jednotlivých vinutí statoru spojených na jednom konci tak, že vytváří hvězdu. Vícefázová vinutí statoru jsou usměrněna zcela konvenčním způsobem ve vícefázovéir můstkovém usměrňovači, sestaveným z diod 612-622. Jelikož neutrální bod hvězdicově uspořádaného vinutí statoru pracuje při přibližně polovičním výstupním napětí na alternátoru 610, může se indukovat proud ve vinutí rotoru jednoduše tak, že se spojí opačný konec vinutí rotoru s kladným koncem alternátoru 610. Pro indukování záporného proudu ve vinutí rotoru, se může protilehlý konec spojit se zemí. Ačkoliv je napětí na vinutí rotoru, při tomto uspořádání, menší než napětí při můstkovém uspořádání, proud by se mohl stát porovnatelným připojením určitého počtu závitů a impedance na vinutí, aby se tak produkoval uvažovaný magnetický tok.

Přepínání druhého konce vinutí rotoru mezi alternátorem a zemí je realizováno spínacím obvodem 624. který potřebuje pouze dva spínače 626 a 628. Ovládání spínačů 626 a 628 je řízeno řídicím obvodem 630 přes primární řídicí vedení 632 a 634.

Řídicí obvod 630 zavírá spínač 626 a otevírá spínač 628 , pro zavedení napětí s polaritou v propustném směru na vinuti rotoru 600. Buzením spínačů doplňkovým způsobem a použitím nestálého pracovního cyklu od 0 do 100%, může být průměrné napětí na budicí cívce řízeno mezi plným zesílením a plným poklesem, při různých otáčkách a zatíženích.

Během režimu polarity v propustném směru, teče proud z akumulátoru přes spínač 626, přes vinutí rotoru 600 do neutrálního bodu 608 a odtud ven z jednotlivých vinutí statoru 602-606 a diod můstku 612-622. Jisté množství proudu, který prochází přes určité vinutí statoru a přes diody můstku, závisí na fázi alternátoru a mění se podle otáček alternátoru.

Monitorovací obvod 636 monitoruje výstupní napětí na vedení 638 a srovnává toto výstupní napětí se vztažným napětím 640. Regulátor napětí 642 je v podstatě dvoustavový Regulátor napětí PWM základního typu, který již byl popsán. Místo toho, aby se použily k zapnutí a vypnutí diagonálních páru spínačů obvodu můstku primární řídicí signály, jsou tyto signály použity pouze k zapnutí a vypnutí dvou samostatných spínačů 626 a 628.

U aplikace, u které je vhodné použít základní dvoustavové řídicí schéma u regulátoru napětí, je snížení nákladů na regulátor napětí, vlivem použití pouze dvou spínačů u hybridního alternátoru s připojením v neutrálním bodu, významné.

Alternátor připojený v neutrálním bodu má i další výhodu v tom, že hodnota budicího proudu alternátoru klesá automaticky k nule při nulových otáčkách. Tím nemusí být buzení alternátoru vyřazeno pro vypnutí proudu alternátoru, jestliže ze zapalování vypnuto. Řídicí elektronika může být zkonstruována tak, aby spotřebovávala velmi málo energie, ale může být přitom stále zapnuta bez rizika, že se akumulátor vybije. Tímto způsobem dosáhne alternátor připojený v neutrálním bodu automatické funkce blokace, která již byla dříve popsána, kdy je regulátor automaticky napájen, jakmile se začne alternátor otáčet, a kdy je napájení automaticky přerušeno, přestane-li se alternátor otáčet. Řídicím obvodem 630 může být jednoduchý dvoustavový hysterézní zesilovač, jednoduchý invertor s hysterezí, komparátor nebo provozní zesilovač se zpětnou vazbou, který vytváří hysterezí, standardní modulátor s modulací šířkou impulsů atd. Vinutí rotoru připojené k neutrálnímu bodu může být rovněž napájeno lineárním buzením, u kterého je proud mírněn měněn mezi maximem v propustném směru a maximem v obráceném směru, s použitím střídavých řídicích systémů.

Protože se vinutí rotoru otáčí a vinutí statoru jsou pevná, je připojení budicího vinutí k neutrálnímu bodu a spínacímu obvodu realizováno přes sběrací kroužky obvyklým způsobem.

Je zřejmé, že cílů stanovených v předcházejícím popisu bylo úspěšně dosaženo a i když je možné počítat s určitými změnami ve zmíněné konstrukci, aniž by se tím změnil duch a rozsah tohoto vynálezu, lze považovat všechny podstatné věci, dříve popsané nebo znázorněné na připojených výkresech, za ilustrativní a nikoliv za omezující.

Jelikož byl vynález popsán a znázorněn v provedeních, která jsou považovaná za nejpraktičtější a nejvíce preferovaná, jsou možné různé variace provedení v rámci rozsahu tohoto vynálezu a v rozsahu přiložených nároků, a budou tím považovány za plně ekvivalentní.

Claims (68)

1. , /PATENTOVÉ NÁROKY / * * i ίΚ^η'όίη, zlkrnikr fj ,

   1 p'negulátor_<, napětí pro regulaci obousměrného toku proudu fy?

   vinutím alternátoru, určený pro regulaci výstupního napětí alternátoru, kdy regulátor napětí zahrnuje: monitorovací obvod napětí připojený tak, aby monitoroval výstupní napětí alternátoru, přičemž monitorovací obvod napětí vyvolává chybový signál, který indikuje skutečnost, že by se výstupní napětí mělo zvýšit, nebo snížit, spínací obvod připojený k vinutí a uzpůsobený tak, aby spojil vinutí do vícenásobného režimu, a který zahrnuje:

   režim s polaritou v propustném směru, ve kterém je u vinutí použito napětí s polaritou v propustném směru, režim s polaritou v obráceném směru, ve kterém je u vinutí použito napětí s polaritou v obráceném směru, režim útlumu, ve kterém je proudu indukovanému tehdy, je-li vinutí zapojeno v režimu s polaritou v propustném nebo obráceném směru, dovoleno klesat, aniž by docházelo v regulátoru napětí ke vzniku škodlivého napětí, a řídicí obvod připojený ke spínacímu obvodu, a který jé citlivý na chybový signál, přičemž řídicí obvod ovládá spínací obvod tak, aby vstoupil do režimu s polaritou v propustném směru za účelem zvýšení výstupního napětí alternátoru, aby vstoupil do režimu s polaritou v obráceném směru, za účelem snížení výstupního napětí alternátoru, a aby vstoupil do režimu útlumu, kdykoliv se odpojuje od režimů v propustném i obráceném směru.
2. 2. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 1, vyznačující se t í m, že spínací obvod obsahuje můstkový obvod, který zahrnuje:

   první horní spínač připojený k prvnímu konci vinutí, první spodní spínač připojený k druhému konci vinutí, přičemž tvoří společně s prvním horním spínačem první pár spínačů, kdy řídicí obvod ovládá spínací obvod za účelem vstupu do režimu s polaritou v průchodném směru, druhý horní spínač připojený k druhému konci vinutí, druhý spodní spínač připojený k prvnímu konci vinutí, přičemž tvoří společně s druhým horním spínačem druhý pár spínačů, kdy řídicí obvod ovládá spínací obvod za účelem vstupu do režimu s polaritou v obráceném směru, řídicí obvod ovládající spínací obvod za účelem vstupu do režimu útlumu tím, že zavře první a druhý horní spínač nebo první a druhý spodní spínač.
3. 3. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 2,vyznačující se t í m, že řídicí obvod ovládá spínací obvod za účelem vstupu do režimu útlumu, uzavřením prvního a druhého horního spínače.
4. 4. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 1,vyznačující se t í m, že režim útlumu zahrnuje:

   režim útlumu v propustném směru, ve kterém proud indukovaný ve vinutí během tohoto režimu klesá, režim útlumu v obráceném směru, ve kterém proud indukovaný ve vinutí během tohoto režimu klesá, a kde řídicí obvod říd spínací obvod za účelem vstupu do režimu útlumu v propustném směru, a rovněž za účelem vstupu do režimu útlumu v obráceném směru při odpojení z režimu s obrácenou polaritou.
5. 5. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 4, vyznačující se t í m, že spínací obvod má obvod můstku, který zahrnuje:

   první horní spínač připojený k prvnímu konci vinutí, první spodní spínač připojený k druhému konci vinutí, kdy první spodní spínač tvoří s prvním horním spínačem první pár spínačů, kde řídicí obvod ovládá spínací obvod za účelem vstupu do režimu s polaritou v propustném směru tím, že zavře první pár spínačů, druhý horní spínač připojený k druhému konci vinutí, druhý spodní spínač připojený k prvnímu konci vinutí, kdy druhý spodní spínač tvoří s druhým horním spínačem druhý pár spínačů, kde řídicí obvod ovládá spínací obvod za účelem vstupu režimu s polaritou v obráceném směru tím, že zavře druhý pár spínačů, řídicí obvod ovládající spínací obvod za účelem opuštěni režimu s polaritou v obráceném směru a vstupu do režimu útlumu v propustném směru tím, že otevře první horní spínač a ponechá první spodní spínač zavřený, řídicí obvod ovládající' spínací obvod za účelem opuštění režimu s polaritou v obráceném směru a vstupu do režimu útlumu v obráceném směru tím, že otevře druhý horní spínač a ponechá druhý spodní spínač zavřený.
6. 6. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 5, vyznačující se t í m, že první a druhý spodní spínač obvodu můstku mají tu vlastnost, že propouští proud jedním směrem jenom tehdy, jsou-li zavřené, ale propouští proud v opačném směru jsou-li otevřené a zavřené, přičemž druhý spodní spínač je zavřený a propouští proud, když je spínací obvod v režimu útlumu v propustném směru a první spodní spínač je zavřený a propouští proud, když je spínací obvod režimu útlumu v obráceném směru.
7. 7. Regulátor napětí pro regulací dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 6,vyznačující se t í m, že první a druhý spodní spínač obvodu můstku je tranzistorem s efektem pole (FET).
8. 8. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 1,vyznačující se t í m, že řídicí obvod dále zahrnuje obvod detekce útlumového proudu připojeného za účelem zjištění přítomnosti, indukovaného proudu ve vinuti v propustném a obráceném směru, je-li spínací obvod v režimu útlumu, kde obvod detekce útlumového proudu vyvolává blokovací signál, který brání spínacímu okruhu vstoupit do režimu s polaritou v propustném směru, je-li indukovaný proud s polaritou v obráceném směru ve vinutí a brání spínacímu obvodu vstoupit do režimu polarity v obráceném směru, je-li indukovaný proud v propustném směru ve vinutí.
9. 9. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 8,vyznačující se t í m, že spínací obvod zahrnuje množství polovodičových spínačů připojených k vinutí, obvod detekce útlumového proudu, který zjišťuje přítomnost indukovaného proudu s polaritou v propustném a obráceném směru ve vinutí tím, že zjišťuje pokles napětí na alespoň jednom z polovodičových spínačů.
10. 10. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 10,vyznačující se t í m, že dále obsahuje obvod potlačování transientú připojený ke spínacímu obvodu, kde absorbuje špičky transientního napětí výstupního napětí alternátoru, který má, vzhledem k předem stanovenému napětí, přebytek napětí.
11. 11. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 10,vyznačující se t í m, že spínací obvod zahrnuje:

    první horni spínač připojený k prvnímu konci vinutí, první dolní spínač připojený k druhému konci vinutí, kde první spodní spínač tvoří s prvním horním spínačem první pár spínačů, který definuje režim v propustném směru, u kterého je na vinutí přiváděno napětí s polaritou v propustném směru, a to tehdy, je-li první pár spínačů zavřený.

    druhý horní spínač připojený k druhému konci vinutí, druhý spodní spínač připojený k prvnímu konci vinutí, kde druhý spodní spínač tvoří s druhým horním spínačem druhý pár spínačů, který definuje režim polarity v obráceném směru, u kterého je na vinutí přiváděno napětí v obráceném směru, a to tehdy, je-li druhý pár spínačů zavřený, obvod potlačování transientú je připojený ke spínacímu obvodu proto, aby zapnul horní spínač u jednoho z prvního a druhého páru spínačů a spodní spínač u dalšího z prvního a druhého páru spínačů za účelem absorpce špiček transientního napětí.
12. 12. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 11, vyznaču j í c í se t í m, že obvod potlačování transientú zapíná horní spínač a spodní spínač u každého prvního a druhého páru spínačů za účelem absorpce špiček transientního napětí.
13. 13. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 11,vyznačující se t í m, že obvod potlačování špiček transientního napětí zahrnuje:

    zenerovu diodu připojenou tak aby zjišťovala špičky transientního napětí, množství řídicích diod připojených k zenerově diodě a ke spínačům, kde zapínají spínače, jsou-li zjištěny špičky napětí.
14. 14. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 13,vyznačující se t í m, že množství řídicích diod obsahuje odpovídající řídicí diodu pro každý spínač spínacího obvodu a kde obvod potlačování transientů zapíná horní spínač a spodní spínač u každého prvního a druhého páru spínačů.
15. 15. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 1,vyznačující se t í m, že dále zahrnuje:

    obvod vnitřního zdroje energie, který automaticky poskytuje vnitřní dodávku energie výstupního napětí, kdykoliv se alternátor otáčí, kde řídicí obvod je připojený k vnitřnímu obvodu zdroje energie, kterým je automaticky napájen, jestliže se alternátor začíná otáček za účelem ovládání toku proudu přes vinutí alternátoru a je automaticky bez dodávky proudu, jestliže se alternátor přestane otáčet za účele přerušení toku proudu přes vinuti alternátoru.
16. 16. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 15,vyznačující se t í m, že obvod vnitřního zdroje energie zahrnuje: obvod usměrňovače napětí, který poskytuje vnitřní usměrněnou dodávku energie výstupního napětí, regulační obvod vnitřního zdroje energie, který je připojený k obvodu usměrňovače napětí, za účelem regulace vnitřní usměrněné dodávky energie výstupního napětí, regulátor napětí je napájen regulovaným vnitřním zdrojem výstupního napětí.
17. 17. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 1, vyznačující se t í m, že je uzpůsoben k instalaci v motorovém vozidle se spínačem zapalování, který má polohu vypnuto, ve které řídicí obvod poskytuje zpětný proud přes vinutí alternátoru, za účelem bezpečného udržení výstupního napětí alternátoru, jestliže je spínač zapalování v poloze vypnuto a alternátor se otáčí při vysokých otáčkách.
18. 18. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 17,vyznačující se t í m, že řídicí obvod není napájen přes spínač zapalování vozidla.
19. 19. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru, vyznačující se t í m, že regulátor napětí zahrnuje:

    prostředky pro zapojení vinutí do režimu v propustném směru za účelem přivedení napětí v propustném směru na vinutí a tím zvýšení výstupní napětí alternátoru, prostředky pro zapojení vinutí do režimu z obrácenou polaritou za účelem přivedení napětí v obráceném směru na vinutí a tím snížení výstupního napětí alternátoru,prostředky pro zapojení vinutí do režimu útlumu za účelem umožnit proudu indukovaném ve vedení, při zapojení polarity v propustném směru a obráceném směru, aby klesal.
20. 20.Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru za účelem řízení výstupního napětí alternátoru, vyznačující se tím, že regulátor napětí zahrnuje:

    monitorovací obvod napětí obsahující: zdroj vztažného napětí a komparátor připojený k výstupnímu napětí alternátoru a zdroji vztažného napětí, kdy komparátor poskytuje chybový signál indikující skutečnost, že výstupní napětí alternátoru by se mělo zvýšit nebo snížit, spínací obvod zahrnující množství polovodičových spínačů uspořádaných do můstku připojeného k vinutí, kdy polovodičové spínače obsahují:

    první horní spínač připojený k prvnímu konci vinuti, první dolní spínač připojený k druhému konci vinutí, kde první spodní spínač tvoří s prvním horním spínačem první pár spínačů, který definuje režim v propustném směru, u kterého je na vinutí přiváděno napětí s polaritou v propustném směru, a to tehdy, je-li první pár spínačů zavřený.

    druhý horní spínač připojený k druhému konci vinutí, druhý spodní spínač připojený k prvnímu konci vinutí, kde druhý spodní spínač tvoří s druhým horním spínačem druhý pár spínačů, který definuje režim polarita v obráceném směrp, kterého je na vinutí přiváděno napětí v obráceném směru, a to tehdy, je-li druhý pár spínačů zavřený, spínače definující režim útlumu, ve kterém je proudu indukovanému ve vinutí, je-li připojen v režimu s polaritou v propustném nebo obráceném směru, dovoleno klesat, jestliže jsou oba horní spínače nebo oba spodní spínače otevřené, řídicí obvod pro ovládání spínačů spínacího obvodu, kdy řídicí obvod zahrnuje primární obvod připojený monitorovacímu obvodu napětí, kdy primární obvod poskytuje primární řídicí signály pro zvýšení nebo snížení výstupního napětí alternátoru citlivého na chybový signál monitorovacího obvodu, detekční obvod útlumového proudu, který poskytuje blokovací signál, jestliže je spínací obvod v režimu útlumu hodnota a proudu ve vedení klesá, logický obvod citlivý na primární řídicí signály a blokovací signály, který je připojený ke spínacímu obvodu, přičemž poskytuje sekundární řídicí signály pro přepínání spínacího obvodu mezi režimem polarity v propustném a obráceném směru a režimem útlumu.
21. 21. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 20,vyznačující se t í m, že primární okruh poskytující digitální primární řídicí signály zahrnuje:

    nezpožděné primární řídicí signály a zpožděné primární řídicí signály.
22. 22. Řízený třístavový obvod můstku pro spínací a napájecí napětí zátěže s opačnou polaritou zahrnuje:

    spínací obvod zahrnující:

    první horní spínač připojený k prvnímu konci zátěže,

    -fepinaúčr; který def-íftujo-režim v propustném směru,—cr-kteréhe·

    Ρ Α Τ Ε Ν Τ O/ZÉ NÁROKY (náhodní listy) první dolní spínač připojený k druhému konci zátěže, kde je na zátěž přiváděno napětí s polaritou v propustném směru, a to tehdy, je-li první pár spínačů zavřený.

    druhý horní spínač připojený k druhému konci zátěže,

    5ho ' ll&l J Λ 10 1 NIS VIA OH“ JAOOSAWfiyci avyo

    6 |1X 2 Z druhý spodní spínač připojený k prvnímu konci zátěže, kcje druhý spodní spínač tvoří s druhým horním spínačem druhý /pár

    4^u spínačů, který definuje režim polarita v obráceném směru kterého je na zátěž přiváděno napětí v obráceném směru, a to tehdy, je-li druhý pár spínačů zavřený, spínače definující režim útlumu, ve kterém je proudu indukovanému v zátěži, jestliže je připojen v režimu polarita v propustném nebo obráceném směru, umožněno klesat, jsou-li oba horní spínače otevřené,
23. 23.Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu řídicí obvod pro ovládání spínačů spínacího obvodu, kde řídicí obvod zahrnuje: primární obvod poskytující primární řídicí signály pro změnp polarity napájecího napětí zátěže, logický obvod citlivý na primární řídicí signály a blokovací signály, který je připojený ke spínacímu obvodu, kde logick obvod poskytuje řídicí signály pro přepínání spínacího obvodu mezi polaritou v propustném a obrácené směru a režimem útlumu.

    vinutím alternátoru zahrnuje:

    vnitřní napájecí obvod automaticky poskytující napětí vnitřního napájecího obvodu z části permanentního magnetu alternátoru, kdykoliv se alternátor otáčí, řídicí obvod pro regulacidvousměrného toku proudu přes vinutí alternátoru, kde zmíněný řídicí obvod je připojen k obvodu vnitřního zdroje energie a je jím napájen, jakmile se alterátor začne otáčet, a dále reguluje tok proudu vinutím alternátoru, a automaticky přestane být napájený, když se alternátor přestane otáčet, čímž se přeruší tok proudu vinutím alternátoru.
24. 24. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 23,vyznačující se t í m, že obvod vnitřního zdroje energie zahrnuje: obvod usměrňovače napětí, který poskytuje usměrněné výstupní napětí ze zdroje, regulační obvod vnitřního zdroje energie připojený k obvodu usměrňovače napětí, za účelem regulace usměrněného výstupního napětí z vnitřního zdroje energie.

    regulátor napětí je napájen regulovaným výstupním napětím vnitřního zdroje.
25. 25. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru, který je určený pro použití v motorovém vozidle se spínačem zapalování v poloze vypnuto, přičemž regulátor zapalování zahrnuje:

    monitorovací obvod napětí připojený k monitoru výstupního napětí alternátoru, kde monitorovací obvod napětí vytváří chybový signál indikující skutečnost, že by se výstupní napětí alternátoru mělo zvýšit, nebo snížit, spínací obvod připojený k vinutí a uspořádaný tak, aby spínal proud v propustném směru tekoucí vinutím alternátoru/ za účelem zvýšení hodnoty výstupu alternátoru, a zpětný proud tekoucí vinutím pro snížení hodnoty výstupu, řídicí obvod pro ovládání spínacího obvodu jako odezvu na chybový signál, kde řídicí obvod pokračuje v napájení vinutí proudem v obráceném směru, čímž zajišuje bezpečné výstupní napětí alternátoru je-li spínač zapalování v poloze vypnuto a alternátor se otáčí při vysokých otáčkách.
26. 26.Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 25, vyznačuj ící se t í m, že řídicí obvod není napájen přes spínač zapalování vozidla.
27. 27.Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru za účelem regulace výstupního napětí alternátoru, kde regulátor napětí zahrnuje:

    monitorovací obvod napětí připojený k monitoru výstupního napětí alternátoru, kde monitorovací obvod napětí vytváří chybový signál indikující skutečnost, že by se výstupní napětí alternátoru mělo zvýšit, nebo snížit, spínací obvod zahrnující množství spínačů uspořádaných do můstku za účelem vedení proudu přes vinutí v propustném směru v režimu s polaritou v propustném směru, za účelem zvýšení výstupního napětí alternátoru a rovněž za účelem vedení proudu vinutím v obráceném směru v režimu s polaritou v obráceném směru pro snížení výstupního napětí altrnátoru, řídicí obvod připojený ke spínacímu obvodu za účelem přepínání alternátoru mezi režimi s polaritou v propustném a obráceném směru, jako odedzva na chybový signál, obvod potlačování transient připojený ke spínacímu obvodu za účelem zapnutí spínačů pro absorpci špiček transientního napětí výstupního napětí alternátoru, jestliže toto napětí převyšuje napětí předem stanovené.
28. 28. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 27,vyznačující se t i m, že spínací obvod zahrnuje:

    první horní spínač připojený k prvnímu konci vinutí, první dolní spínač připojený k druhému konci vinutí, kde první spodní spínač tvoří s prvním horním spínačem první pár spínačů, který definuje režim v propustném směru, u kterého je na vinutí přiváděno napětí s polaritou v propustném směru, a to tehdy, je-li první pár spínačů zavřený.

    druhý horní spínač připojený k druhému konci vinuti, druhý spodní spínač připojený k prvnímu konci vinutí, kde druhý spodní spínač tvoří s druhým horním spínačem druhý pár spínačů, který definuje režim polarity v obráceném směru, u kterého je na vinutí přiváděno napětí v obráceném směru, a to tehdy, je-li druhý pár spínačů zavřený, obvod potlačování transientů je připojený ke spínacímu obvodu proto, aby zapnul horní spínač u jednoho z prvního a druhého páru spínačů a spodní spínač u dalšího z prvního a druhého páru spínačů za účelem absorpce špiček transientního napětí.
29. 29. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 28,vyznačující se t í m, že obvod potlačování špiček transientů zapíná horní a spodní spínač u každého prvního a druhého páru spínačů, za účelem absorpce špiček transientního napětí.
30. 30.Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 28,vyznačující se t í m, že obvod potlačování špiček transientů zahrnuje: zenerovu diodu připojenou tak, aby mohla zjistit špičky transientů napětí, množství řídicích diod připojených k zenerově diodě a ke spínačům, aby zapnuly spínače, jestliže je zjištěna špička transientů napětí.
31. 31. Regulátor napětí pro regulaci dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 30,vyznačující se t í m, že množství řídicích diod má odpovídající řídicí diody pro každý spínač ve spínacím obvodu, a kde obvod potlačování transientů zapíná horní spínač a spodní spínač u každé prvního a druhého páru spínačů, za účelem absorpce špiček transientního napětí ve všech spínačích spínacího okruhu.
32. 32. Způsob regulace dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru zahrnuje:

    připojení napětí s kladnou polaritou na vinutí v režimu s polaritou v propustném směru, za účelem zahájení toku proudu vinutím v propustném směru, nebo zvýšení jeho hodnoty, připojení napětí v obráceném směru na vinutí v režimu s polaritou v obráceném směru za účelem zahájení toku proudu vinutím v obráceném směru, nebo snížení jeho hodnoty, odpojení vinutí od napětí s kladnou polaritou a napětí s obrácenou polaritou v režimu útlumu, za účelem snížení velikosti toku proudu vinutím, bez ohledu na směr toku proudu vinutím, připojení vinutí z důvodu možnosti obíhání toku proudu vinutím během režimu útlumu jestliže velikost toku proudu vinutím klesá.

    - 57
33. 33. Způsob regulace dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 32,vyznačující se tím, že tento způsob dále zahrnuje tato kroky:

    monitorování toku proudu obíhajícího vinutím během režimu útlumu, za účelem vyvolání blokovacího signálu v době kdy proud protéká a ovládání spínání vinutí, v důsledku výskytu blokovacího signálu.
34. 34. Způsob regulace dvousměrného toku proudu vinutím alternátoru podle nároku 33,vyznačující se tím, že krok monitorování obíhajícího toku proudu vinutím během režimu útlumu zahrnuje krok monitorování směru obíhajícího proudu vinutím, krok ovládání spínání vinutí zahrnuje spínání vinutí za účelem zabránění vstupu režimu s obrácenou polaritou v době, kdy vinutím obíhá proud v propustném směru a zabránění vstupu režimu v propustném směru, jestliže vinutím obíhá zpětný proud.
35. 35. Alternátor zahrnuje:

    rotor namontovaný na hřídeli tak aby se mohl otáčet, stator obklopující rotor a oddělený od něj vzduchovou mezerou, kde stator má první podélný prostor a druhý podélný prostor, navzájem od sebe oddělené chladicími vzduchovými průchody, které dovolují radiální tok vzduchu mezi prvním a druhým podélným prostorem do vzduchové mezery.
36. 36. Alternátor podle nároku 35,vyznačující se tím, že rotor zahrnuje:

    část rotoru s budicím vinutím, namontovaná na hřídeli, která se otáčí mezi prvním a druhým podélným prostorem statoru, přičemž část rotoru s budicím vinutím má vinutí rotoru, část rotoru s permanentním magnetem je namontovaná na hřídeli a uspořádaná podélně vůči části rotoru s budicím vinutím, která se otáčí v rámci druhého podélného prostoru statoru, přičemž část rotoru s permanentním magnetem má množství magnetických pólů.
37. 37.Hybridní alternátor uzpůsobený pro dodávku výstupního proudu stanovené hodnoty u motorových vozidel poháněných motorem, při otáčkách chodu naprázdno a při maximálních otáčkách, přičemž hybridní alternátor zahrnuje:

    stator se statorovým vinutím a výstup ze statorového vinutí, rotor který se otáčí v rámci statoru, přičemž rotor obsahuje:

    hřídel uložený tak, aby se mohl v rámci statoru otáčet, a který má:

    hřídel který se otáčí v rámci statoru, část rotoru s budicím vinutím na hřídeli a otáčející se v rámci statoru, kde část rotoru s budicím vinutím má vinutí rotoru, část rotoru s permanentním magnetem, která je namontovaná na hřídeli a otáčí se v rámci statoru, kde část s permanentním magnetem má alespoň jeden permanentní magnet, obvod usměrňování napětí připojený k výstupu statorového vinutí, kde obvod usměrňování napětí má výstup usměrňovače napětí, poskytující výstupní napětí hybridního alternátoru, regulátor napětí připojený k výstupu usměrňovače napětí, za účelem regulace výstupního napětí hybridního alternátoru tím, že připojí k vinutí rotoru napětí s polaritou v propustném a obráceném směru, alternátor vyrábějící výstupní proud stanovené hodnoty, jestliže se motor vozidla otáčí při chodu naprázdno, zapnutím polarity napětí v propustném směru do vinuti rotoru, a rovněž vyrábějící výstupní proud stanovené hodnoty, jestliže má motor maximální otáčky, zapnutím polarity napětí v obráceném směru do vinutí rotoru.
38. 38. Hybridní alternátor zahrnuje:

    stator se statorovým vinutím s neutrálním bodem, který má neutrální napětí a rotor obsahující:

    hřídel namontovaný tak, aby se otáčel se statorem, alespoň jeden permanentní magnet umístěný na rotoru a poskytující permanentní budicí magnetické pole, vinutí rotoru umístěné na hřídeli a které má první konec připojený k neutrálnímu bodu statorového vinutí a druhý konec uzpůsobený pro připojení ke spínacímu obvodu v regulátoru napětí, kde vinutí rotoru vytváří rotační pole magnetického toku, které se přičítá k poli magnetického toku permanentního magnetu, jestliže spínací obvod připojuje druhý konec k napětí většímu, než je napětí neutrálního bodu, a odečítá rotační magnetické pole od magnetického pole permanentního magnetu, jestliže spínací okruh připojuje druhý konec k menšímu napětí, než je napětí neutrálního bodu.
39. 39. Hybridní alternátor podle nároku 38,vyznačuj ící se t í m, že vinutí statoru je vícefázovým vinutím, které se skládá z množství jednotlivých vinutí statoru, kdy každé vinutí má vnitřní a vnější konec, přičemž vinutí statoru je spojeno vnitřními konci do tvaru hvězdy, kde neutrální bod je umístěný ve spojení vnitřních konců jednotlivých vinutí statoru.
40. 40. Hybridní alternátor podle nároku 40, vyznačuj ící se t í m, že statorové vinutí je třífázovým vinutím a jeho neutrální bod je umístěn ve styčném bodu tří statorových vinutí uspořádaných do tvaru písmene Y.
41. 41. Hybridní alternátor podle nároku 38, vyznačuj ící se t í m, že dále zahrnuje regulátor napětí který má spínací obvod připojený k druhému konci vinutí rotoru, kdy je regulátor napětí uzpůsobený pro připojení ke kladnému a zápornému pólu akumulátoru, kde spínací obvod střídavě připojuje druhý konec vinutí rotoru ke kladnému a zápornému pólu baterie, a tím reguluje výstupní napětí alternátoru.
42. 42. Hybridní alternátor zahrnuje: stator se statorovým vinutím rotor umístěný tak, aby se otáčel v rámci statoru a byl od něho oddělen radiální vzduchovou mezerou, přičemž rotor obsahuje:

    hřídel otáčející se v rámci statoru, část rotoru s budicím vinutím umístěnou na hřídeli tak, aby se otáčely v rámci prvního podélného prostoru statoru, kdy část rotoru s budicím vinutím má množství (lamel) umístěných kolmo na hřídel, kde vinutí rotoru a vícenásobné elektromagnetické póly definované množstvím radiálně orientovaných výstupků u každé lamely, jeden pro každé magnetické pole, kde lamely jsou naskládané na sebe a vytváří tak jádro rotoru s vyčnívajícím pólem, a s vinutím rotoru navinutým kolem těchto složených radiálních výstupků jádra rotoru, čímž vytváří množství cívek kolem jádra rotoru, kde sousední cívky jsou navinuty opačným směrem a vytváří tak střídavě severní a jižní magnetické pole v sousedních elektromagnetických pólech, jestliže vinutím rotoru prochází proud, část rotoru s permanentním magnetem umístěnou na hřídeli, a to v podélném směru vůči budicímu vinutí rotoru, přičemž se otáčí v rámci druhého podélného prostoru statoru, kdy část rotoru s permanentním magnetem má vícenásobné permanentní magnetické pole definované jedním nebo více permanentními magnety, přičemž počet permanentních magnetických pólů odpovídá počtu elektromagnetických pólů v části s budicím vinutím rotoru.
43. 43. Hybridní alternátor podle nároku 42, vyznačuj ící se t i m, že část rotoru s permanentním magnetem má více permanentních magnetů, to znamená vždy jeden pro každý permanentní magnetický pól.
44. 44. Hybridní alternátor podle nároku 43, vyznačuj ící se t í m, že každý permanentní magnet je umístěn na obvodu části srotoru a permanentním magnetem a má směr magnetizace orientovaný radiálně vůči hřídeli.
45. 45. Hybridní alternátor podle nároku 45,vyznačující se t í m, že permanentní magnety jsou umístěny v otvorech na obvodu lamel rotoru, uspořádaných kolmo vůči hřídeli.
46. 46. Hybridní alternátor podle nároku 45,vyznačující se t í m, že lamely, které drží permanentní magnety mají rovněž množství otvorů, kterými proudí vzduch.
47. 47. Hybridní alternátor podle nároku 42, vyznačující se t í m, že póly permanentního magnetu v části rotoru s permanentním magnetem jsou realizovány permanentním magnetem s mnohonásobnými póly, který je namontován tak, že směr magnetizace je orientován rovnoběžně s hřídelem.
48. 48. Hybridní alternátor podle nároku 47,vyznačující se t í m, že permanentní magnet sestává z permanentního magnetu ve tvaru kotouče, na kterém jsou magneticky vytvořeny mnohonásobné póly.
49. 49. Hybridní alternátor podle nároku 48,vyznačuj ící se t I m, že část rotoru s permanentním magnetem zahrnuje sdružovač toku, vytvořeného z magneticky permeabilního materiálu, který je umístěn podélně a těsně u kotouče permanentního materiálu, kde sdružuje magnetický tok do vzduchové mezery mezi statorem a rotorem.
50. 50. Hybridní alternátor podle nároku 49, vyznačuj ící se t í m, že sdružovač toku zahrnuje množství pólů z magneticky permeabilního materiálu.
51. 51. Hybridní alternátor podle nároku 50, vyznačující se t í m, že dále zahrnuje druhý sdružovač toku z magneticky permeabilního materiálu, který je umístěný podélně a těsně u kotoučového permanentního magnetu, a to na straně odvrácené od prvního sdružovače toku.
52. 52.Hybridní alternátor podle nároku 42, vyznačuj ící se t í m, že póly permanentního magnetu v části rotoru s permanentním magnetem jsou zhotoveny z množství permanentních magnetů umístěných po obvodu kolem hřídele, směrem magnetizace orientovaným obvodově vůči hřídeli.

    se
53. 53.Hybridní alternátor podle nároku 52, vyznačuj ící se t í m, že část rotoru s permanentním magnetem dále zahrnuje množství sdružovačů vytvořených z magneticky permeabilního materiálu a umístěných po obvodě a v těsné blízkosti permanentních magnetů (a mezi nimi), umístěných po obvodu, za účelem sdružování magnetického toku z permanentních magnetů do vzduchových mezer mezi statorem a rotorem.
54. 54.Hybridní alternátor podle nároku 53, vyznačuj ící se t í m, že dále zahrnuje zajišťovací prvek zhotovený z nemagnetického materiálu, kde zajišťovací prvek alespoň částečně obklopuje každý permanentní magnet a zabezpečuje ho během otáčení rotoru, a tim každý permanentní magnet izoluje od hřídele.
55. 55. Hybridní alternátor podle nároku 42, vyznačující se t i m, že stator dále zahrnuje druhé statorové vinutí, které generuje napětí, které se liší od napětí prvního statorového vinuti.
56. 56. Hybridní alternátor podle nároku 42, kde stator zahrnuje první část statoru umístěnou v rámci prvního podélného prostoru a rozmístěnou okolo části rotoru s budicím vinutím a druhou část statoru umístěnou v rámci druhého podélného prostoru a rozmístěnou okolo části rotoru s permanentním magnetem,kdy je první část statoru oddělena od druhé mezerou statoru.
57. 57. Hybridní alternátor podle nároku 56, vyznačuj ící se t í m, že mezera statoru je vzduchovou mezerou.
58. 58. Hybridní alternátor podle nároku 56, vyznačující se t í m, že mezera statoru je alespoň částečně vyplněna pevným materiálem s nízkou magnetickou permeabilitou.
59. 59. Hybridní alternátor podle nároku 58,vyznačující se t í m, že pevný materiál s nízkou magnetickou permeabilitou má tvar v příčném řezu, odpovídající tvaru první a druhé části statoru v příčném řezu.
60. 60. Hybridní alternátor podle nároku 42,vyznačující se t í m, že statorové vinutí se šíří okolo prvního a druhého podélného prostoru a je v něm indukováno kombinované napětí jak části rotoru s budicím vinutím, tak i částí rotoru s permanentním magnetem.
61. 61. Hybridní alternátor podle nároku 42,vyznačující se t í m, že statorové vinutí má první a druhé statorové vinutí, přičemž první statorové vinutí je umístěno jen v rámci prvního podélného prostoru statoru a druhé statorové vinutí je umístěno jen v rámci druhého podélného prostoru statoru.
62. 62. Hybridní alternátor podle nároku 42, vyznačuj ící se t í m, že dále zahrnuje budicí obvod rotoru připojený k vinutí rotoru v části rotoru s budicím vinutím a uzpůsobeno tak, že poskytuje budicí proud v propustném směru ve vinutí rotoru, za účelem zvýšení hodnoty výstupu alternátoru v režimu zesilování a zpětný budicí proud v rotorovém vinutí, za účelem snížit hodnotu výstupu alternátoru v režimu snižování.
63. 63. Hybridní alternátor podle nároku 62,vyznačující se t í m, že budicí obvod rotoru generuje budicí proud v propustném a obráceném směru v pulsech.
64. 64. Hybridní alternátor podle nároku 63,vyznačující se t í m, že budicí obvod rotoru s modulací šířkou impulsu řídí množství budicího proudu v propustném i obráceném směru.
65. 65.Hybridní alternátor podle nároku 62, vyznačující se t í m, že budicí obvod rotoru je připojený tak, aby monitoroval výstupní napětí ze statorového vinutí a generoval budicí proud ve vinutí rotoru v propustném směru, jestliže je hodnota výstupního napětí pod stanovenou hodnotou a dále generoval budicí proud ve vinutí rotoru v obráceném směru, jestliže je hodnota výstupního napětí vyšší než stanovená hodnota.
66. 66.Hybridní alternátor podle nároku 62, vyznačuj ící se t í m, že v kombinaci s obvodem napětí konvertoru, má obvod napětí konvertoru vstup, kterým přichází generované napětí ze statorového vinutí a výstup , který produkuje napětí menší, než je generované napětí ze statorového vinutí.
67. 67. Hybridní alternátor podle nároku 66,vyznačující se t í m, že výstup z obvodu napětí konvertoru je připojen přímo ke statorovému vinutí.
68. 68. Hybridní alternátor podle nároku 66,vyznačující se t í m, že výstup z obvodu napětí konvertoru je připojen k usměrněnému výstupnímu napětí ze statorového vinutí.