JP2000517150A - ハイブリッド交流発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本ハイブリッド交流発電機はステータと、ステータ内で回転するように装着されかつエアギャップによってそこから分離されたロータとから構成される。ロータは複数の磁極を画定するロータコアを有し、そこにおいて隣接する磁極は交互に北および南磁界を有する。複数の磁極は複数の永久磁極と複数の電磁極から構成される。各永久磁極は永久磁石によって画定される。複数の永久磁極は２組の直径方向両側に配置された永久磁極により構成される。各永久磁石はロータ周縁内に配置されそして隣接した永久磁極を形成するように一対の隣接した磁極と共同して作動される。本ハイブリッド交流発電機はまた、短時間だけ或いはより冷たい環境温度で交流発電機がその定格出力を大きく越えているときの過熱による損傷に対する防護を提供する温度監視電圧調整器を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 ハイブリッド交流発電機 発明の背景 1. 発明の分野 本発明は、車両において補機類を動かしたりバッテリを充電したりするための 電力を供給するのに使用される種類の交流発電機に関する。より詳細には、本発 明は、組み合わされて作動する永久磁石部分と巻線界磁部分とを有するロータに よって回転磁界が与えられる高効率のハイブリッド交流発電機に関する。本発明 はまた、特にハイブリッド交流発電機の出力電圧を制御しそして交流発電機の温 度が所定の最大作動温度よりも低いときはいつでも交流発電機の出力の増加を許 容できるようにロータ巻線の双方向電流の流れを自動的に調整するように企図さ れた温度モニタ電圧調整器に関する。 2. 関連技術の説明 自動車工業はアイドリング時および走行速度時の自動車両の能力を向上するよ う試みられてきた。車両において最も一般に見られる交流発電機の設計は、約２ ５から３０年間使用されたものであり、製造するのに高価であるが、４０〜５０ ％程度と非常に低い効率を呈するものである。この問題は特に、所望の電圧を発 生するのにロータ巻線の高励起レベルが要求されそして非常に低い効率の要因と なる低い毎分回転数（以下、「ＲＰＭ」という。）のときに著しい。 より高効率化の要望と同時に、最近の車両はより数多くのモータを有しそして より大きな電力を要求するので、より大きな電気的な定格を有する交流発電機を 供給することが必要である。その上、車両の燃料効率は車両の重量に密接に関係 しておりそして車両の総重量を軽くするために交流発電機の重量を減らすのが好 ましい。これらの目的は交流発電機の効率が高くなったときに達成される。 車両における増大された電力の使用法はまた、自動車で現在用いられている定 格１２ボルトよりも高い電圧で作動する構成要素を使用することに対する関心を 引き起こす。同時に、このような車両にとって１２ボルト電力はより高い電圧に 追加して必要であろうことが予見される。 ステータに２つの巻線を設けることによって二重電圧形交流発電機を提供する ことは知られている。しかしながら、ロータに単一巻線が用いられる場合、異な った回路のために異なったレベルのロータ励弧電流が要求されるので、２つの異 なった電圧出力を適当に調整することは困難である。本発明により提供されるタ イプの単一および二重電圧形交流発電機はまた、電力を効率的に発生できるため に、風力または水力駆動式のような種々の非エンジン駆動式のものにも使用され 得る。 ハイブリッド交流発電機は、交流発電機が低速で運転している間も、高レベル の磁束をただちに発生するよう永久磁石を使用することによってその効率を非常 に高める。ここに開示されるハイブリッド交流発電機を用いると、この交流発電 機は、自動車またはその他の車両に組み込まれたとき、エンジンのアイドリング 速度で全割合の交流発電機の電流および電圧出力を発生する。このことは、アイ ドリング時の回転速度から大きく離れた速い速度で回転するまで全出力を発生す ることができなかった従来の交流発電機とは著しく違っている。 ハイブリッド交流発電機の全出力は永久磁石により発生される磁束を補足する ことによって低い速度で達成される。この補足磁束は、ロータ巻線を横切って適 用される順方向極性（forward polarity）電圧によってその中に誘起される順方 向ロータ巻線電流を有するロータ巻線により発生される。このことは、磁界を誘 起される巻線場（wound field）が磁界を誘起される永久磁石と同一方向にあり かつ補足するブースト（boosting）モードまたは順方向極性モードとしてとして 参照される。 しかしながら、交流発電機のＲＰＭが増加するとき、永久磁石からの磁束はよ り大きな出力を発生しそしてロータ巻線からの補足磁束の必要性は減少する。結 局、十分に高い速度では、磁束を誘起される永久磁石からだけで交流発電機の全 出力が利用でき、そしてロータ巻線に追加の電流は必要ではなくなる。概して、 この遷移は交流発電機の予測最大作動速度よりも十分に低い速度で生じる。 ロータ速度がこの遷移点を越えるとき、エンジンは高速度で作動しており、永 久磁石からの磁束は大き過ぎそして損害を与えることになる過電圧および過電流 の発生を回避するよう減少されねばならない。このことは、ロータ巻線に逆方向 極性（reverse polarity）電圧が適用されるバッキング（bucking）モードまた は逆方向極性モードでハイブリッド交流発電機を作動することにより達成される 。逆方向極性電圧はロータ巻線に逆方向電流を発生する。逆方向電流は永久磁石 からの磁束に対向する磁束を発生し、それにより所望の出力電圧に維持するよう 交流発電機の出力を減少する。 順方向および逆方向のロータ巻線の励弧電流を必要とすることは、従来の交流 発電機の場合には要求されなかったある種の制限および必要条件をハイブリッド 交流発電機用電圧調整器に負わせる。低効率のくま手極（claw pole）またはラ ンデル（Lundell）型のハイブリッド交流発電機が知られているが、これらの制 限および必要条件の存在は、これまで、ハイブリッド交流発電機用電圧調整器を 製造するときでさえも技術的に認識されていなかった。 第１の問題は高誘導性のロータ巻線のスイッチングにおける誘導効果、特に順 方向および逆方向極性励磁モード間の遷移に関するものである。この問題は交流 発電機が軽負荷状態でありそしてバッテリが交流発電機に接続されていないとき に最も著しい。この状態において、正味の瞬間的な負電流（net instantaneous negative current）が主電力母線に誘導され得る。 界磁巻線に誘導される電流がロータ巻線の磁界に重要なエネルギーを貯える。 このエネルギーは、突然の負荷変化によってまたはロータ巻線を駆動する電圧の スイッチング時に電圧スパイクを引き起こすことができる。ハイブリッド交流発 電機の出力電圧を下げるには、従来技術では界磁巻線の電流を減少または反転す るように逆方向極性モードが適用されるべきであると単純に示唆していた。しか しながら、電流が反転できる前に、それまで誘導されていた磁界は消去しなけれ ばならない。この消去中も、順方向極性モードで最初に誘導された順方向電流は バッテリや自動車の補器類全部に通じる主電力母線に滞留し続ける。 従来技術の調整システムの実施において、ブリッジ回路が２段電圧パルス幅変 調を提供するのに用いられている。このタイプの変調は結果として、界磁電流の 大きさに等しい負段階の大きさを有する負電流段階を主電力母線に生じさせる。 主電力母線の負荷電流が界磁電流の大きさよりも小さい場合、正味の負電流が該 母線に加えられる。この電流は、交流発電機ダイオードが交流発電機への負電流 の流れを防止するので行き所がなく、その結果、バッテリまたは大きな母線コン デンサによって抑制されない限り、有害な電圧スパイクとなる。 バッテリが通常のケースにおけるように交流発電機に接続されると、バッテリ は、バッテリのその他の負荷後、いかなる正味の負電流を吸収するまで当てにで きる。また、大きなコンデンサもこのエネルギーを吸収するのに使用できる。し かしながら、第１の方法はバッテリが逆方向電流を吸収する可能性を常に呈する ものではないので当てにできない。コンデンサの使用は、特にロータ巻線に貯え られたすべてのエネルギーを処理するのに十分なコンデンサが自動車のボンネッ トの下で使用するための定格温度を有するものを使用される場合、非常に高価で ある。 バッテリが取り外されたような場合、コンデンサがないと、バッテリの接続が 通常行われている回路の両端に大きなフィルタコンデンサが配置されるまで、主 電力母線の正味の逆方向電流（net reverse current）の流れるところがない。 適度の周波数のパルス幅変調技術が採用されると、このコンデンサは適度な価値 あるものにできる。しかしながら、最も低コストおよび小さな物理的寸法のため には、アルミニウム電解コンデンサが好ましい。アルミニウム電解コンデンサは 、しかしながら、通常１０５℃より高い温度に耐えるようには設計されておらず 、かくして、車両用エンジン付近にある高温環境の交流発電機に簡単に組み込む ことはできない。 １０５℃より高い温度を避けるために熱い交流発電機からコンデンサを幾分か 分離したとしても、コンデンサの寿命は温度の上昇に伴って急速に減衰される。 かくして、ボンネット環境下では通常アルミニウム電子技術の使用は許容されな い。より高い温度のタンタルコンデンサは使用できるが、それらは物理的に大き くなりかつより高価であり、かくして、コストの観点から大量の自動車での適用 には魅力的なものではない。 また、コンデンサがスイッチング遷移（switching transients）を吸収するよ う使用されたとしても、依然として大きなエネルギー蓄積および界磁コイルの長 期の不変性による潜在的な問題がある。例えば、一方向への全電圧（例えば順方 向極性モードでのブースト）付近から他方向への有効電圧（例えば逆方向極性 モードでのバッキング）へ交流発電機の調整器に界磁電圧極性を変更させるよう に交流発電機の速度または負荷が突然変化するとき、バッテリがなくそしてシス テムが無負荷状態（界磁コイルを除く）であると、大きな電圧遷移が起こりがち である。 この状態で、界磁コイルにおける初期エネルギーはコンデンサに行く傾向にあ りそしてその電圧はコンデンサが非常に大きいかまたは母線電圧がクランプ（cl amp）されるとき以外は過剰である。 変調されたパルスからのリップル電流を処理するのに適度な大きさのコンデン サが要求されるだけではあるが、コンデンサは、過度の電圧を作ることなしに界 磁巻線における高エネルギーを処理できるようにするためには物理的に非常に大 きくなる。たとえコンデンサ電圧を制限するよう電圧クランプが用いられたとし ても、コストが非常にかかり、高温環境による信頼性への関心は続いており、そ して構成要素の寸法はボンネットの下の窮屈な環境における問題を生じる。 たとえバッテリがないとしても、パルス幅変調技術の使用を許容する解決策お よび大きなコンデンサを必要としない解決策は必要とされている。 第２の、より複雑な問題は、車両が止められたときに電圧調整器が活動を停止 されてから逆方向極性モードで逆方向電流を供給するのを防止するよう予防策が 講じられていなければならないことである。非常に高いエンジンおよび交流発電 機速度では、永久磁石からの磁束はハイブリッドロータ巻線における反対方向へ の磁束によってほぼ完全に打ち消される。磁束の打消しが、例えば交流発電機を 高回転速度で作動させているイグニッションスイッチを切ることによってただち に切られると、交流発電機の出力電圧は典型的な自動車の電気的な構成要素にと って損傷を与えるレベルまで急速に増加する。 本発明は、電圧調整器、および偶然に車両のイグニッションシステムが不活発 化されるのを防止するよう独立してそのイグニッションシステムに自動的に動力 を供給する自動インターロック（interlock）を具体化するものである。この自 動インターロックの設計は、車両が動かされていないときに車両のバッテリを放 電しがちである車両のバッテリからの電流を少しまたは無しにするためのもので ある。 電圧調整器の好適な実施形態はまた、電圧調整器またはバッテリ母線上のその 他のシステムに損傷を与えることになる遷移電圧の抑制の第２の機能を遂行する ようにロータ巻線を順方向および逆方向極性モード間で切り換えるために必要な ある種のスイッチ（好ましくは、電界効果トランジスタ(以下、「ＦＥＴ」とい う。)）を許容する新規な方法で遷移電圧の抑制を具体化するものである。 上述の如く構成されるハイブリッド交流発電機は、エンジンのアイドリング速 度からレッドゾーンの最大速度までのすべての速度でその全定格出力を発生する ように適切に設計されている。交流発電機の最大出力における２つの制限はロー タ巻線が、永久磁石と組み合わされて、発生できる最大磁束と高温雰囲気状態で の全出力連続作動時における過剰な熱を放熱するための交流発電機の熱的能力で ある。第１の制限は一般的に低速作動時に現れそして第２の制限はより高い速度 で現れる。 いずれかの制限に関して交流発電機の作動を改善することは通常交流発電機の コストの高騰を招くかまたは物理的寸法を不適当にも増大する。より大きな磁束 を発生するにはロータ巻線を通る電流の流れを増大する（より大きな線直径およ びより大きな巻線）かまたは永久磁石の数または強さを大きくすることが必要で ある。両者はハイブリッド交流発電機のコストおよび寸法に大きく影響する。熱 的能力の改善には追加の内蔵または外付けファン、交流発電機ケースへのより大 きな冷却フィン、ロータの内部または特定の電子コンポーネントへのより大きな 空気流路が必要であり、それによりより高い温度で連続運転できる。 ハイブリッド交流発電機は予測される悪条件下の周囲温度であってもその全速 度範囲でその全定格出力を安全に発生するように適切に設計される。その結果、 冷却および磁束の制限は交流発電機の設計作業中も平衡を保たれる。このことは エンジンのアイドリング速度で所望の全定格出力を発生するのにちようどよい磁 束容量と悪条件下の高い周囲温度中のすべてのその他の温度でも交流発電機を所 望の最大作動温度以下に保つのにちょうどよい冷却とを有する交流発電機に帰結 する。 しかしながら、このタイプの設計では交流発電機が悪条件下で作動していない ときは結果として交流発電機にとって過剰な電力出力容量となる。更に、悪条件 下であっても、交流発電機は全出力発生時でもただちに最大作動温度に到達する ことはない。フォーアップ期間中、交流発電機の温度は最大作動温度よりも低い が、一般的に利用されるよりも過剰な電力出力容量をまた有する。 従来技術の有する問題に鑑みて、本発明の一つの目的は低いＲＰＭでも効率よ く作動する交流発電機を提供することにある。 本発明の別の目的は、ロータ巻線により発生される可変回転磁界と組み合わさ れて回転永久磁石磁界を供給するようロータに永久磁石アセンブリを用いた交流 発電機を提供することにある。 本発明のまた別の目的は、現用の同じ出力の交流発電機よりも軽い、または同 じ重量でより大きい出力を発生する交流発電機を提供することにある。 本発明の更に別の目的は、有効な二重電圧形交流発電機、好ましくは両電圧が 変化する負荷下で十分に調整された二重電圧形交流発電機を提供することにある 。 別の本発明の目的は、交流発電機が逆方向極性モードにあるときに電圧調整器 が不活発化されるのを防止するよう自動的にインターロックするハイブリッド交 流発電機用電圧調整器を提供することにある。 本発明のまた別の目的は、電圧遷移抑制を提供するハイブリッド交流発電機用 電圧調整器を提供することにある。 本発明の更に別の目的は、交流発電機がバッテリを備えることなしにそして高 価なコンデンサや電圧クランプなしに作動できるハイブリッド交流発電機用電圧 調整器を提供することにある。 また別の本発明の目的は、車両がアイドリング速度で作動しているときに最大 定格の出力電圧および電流を供給するハイブリッド交流発電機を提供することに ある。 更に別の本発明の目的は、ステータに配置された放射状冷却スロット（radio cooling slots）を介して交流発電機を提供することにある。 更にまた別の本発明の目的は、交流発電機の冷却容量によって制限される作動 形態における過剰な電力出力容量を過熱による交流発電機の損傷の危険性なしに 安全に利用できる交流発電機を提供することである。発明の概要 上述並びに当業者にとって明らかとなるその他の目的は本発明で達成され、そ こにおいて、第１の観点では、ステータと、ステータ内で回転するように装着さ れそしてエアギャップによってそこから離されたロータとから構成されるハイブ リッド交流発電機を指向しており、前記ロータは複数の磁極を画定するロータコ アを有し、隣接する磁極は交互に北および南磁界を有し、複数の磁極は永久磁石 により画定される少なくとも１つの永久磁極と各々が巻線磁界により画定される 複数の電磁極から構成される。 関連した観点において、本発明は、ステータ巻線を有するステータと、ステー タ内で回転するように装着されそしてエアギャップによってそこから離されそし て複数のロータ界磁極を画定するロータコアを備えたロータと、永久磁極を画定 するように対応するロータ界磁極に取り付けられそしてロータ周辺の部分を形成 するような手段で取り付けられた少なくとも１つの永久磁石と、複数の電磁極を 画定するように残りのロータ界磁極と共同して作動されるロータ巻線から構成さ れ、電磁および永久磁極は複数の磁極を画定し、隣接する磁極は交互に北および 南磁界を有するハイブリッド交流発電機を指向している。 別の観点において、本発明は、ステータ巻線を有するステータと、ステータ内 で回転するように装着されそしてエアギャップによってそこから離されそして複 数のロータ界磁極を画定するロータコアを備えたロータと、ロータ周辺部内に配 置されそして隣接する永久磁極を形成するように一対の隣接するロータ界磁極と 共同して作動される少なくとも１つの永久磁石と、複数の電磁極を画定するよう に残りのロータ巻線界磁極と共同して作動されるロータ巻線とから構成され、電 磁および永久磁極は複数の磁極を画定し、隣接する磁極は交互に北および南磁界 を有するハイブリッド交流発電機を指向している。 関連した観点において、本発明は、ステータ巻線を有するステータと、ステー タ内で回転するように装着されそしてエアギャップによってそこから離されそし て複数のロータ界磁極を画定するロータコアを備えそしてその各々が磁極片を有 するロータと、永久磁極を形成するようにロータコアと磁極片の間に装着された 少なくとも１つの永久磁石と、複数の電磁極を画定するように残りのロータ巻線 界磁極と共同して作動されるロータ巻線とから構成され、電磁および永久磁極は 複数の磁極を画定し、隣接する磁極は交互に北および南磁界を有するハイブリッ ド交流発電機を指向している。 別の観点において、本発明は、ステータ巻線を有するステータと、ステータ内 で回転するように装着されそしてエアギャップによってそこから離されそして各 々がロータコア回転軸に実質的に平行な長手方向軸を有する複数のロータ界磁極 を画定するロータコアとから構成され、ロータ界磁極はロータコアから端面へ放 射状に延びかつ第１の長手方向長さを有する本体部分と端面に取り付けられかつ 第１の長手方向長さよりも長い第２の長手方向長さを有する端部分を備えたハイ ブリッド交流発電機を指向している。 更に別の観点において、本発明は、ステータ内で回転するように装着されそし てエアギャップによってそこから離されたロータコアと、ステータ内で回転する ように装着されるシャフトを備えたロータと、ステータの第１の長手方向区域内 で回転するようにシャフトに装着されそしてロータ巻線と多数の電磁極とを有す る巻線界磁ロータ部分と、ステータの第２の長手方向区域内で回転するように巻 線界磁ロータ部分から長手方向へ離間された関係でシャフトに装着されそして多 数の永久磁極を有する永久磁石ロータ部分とから構成され、各電磁極はシャフト と実質的に平行な長手方向軸を有するロータ界磁極を備えそしてロータコアから 端面へ放射状に延びそして第１の長手方向長さを有する本体部分と端面に取り付 けられそして第１の長手方向長さよりも長い第２の長手方向長さを有する端部分 とを備えたハイブリッド交流発電機を指向している。 一実施形態において、本発明のハイブリッド交流発電機はブーストモードにお ける交流発電機からの出力を増加するようにロータ巻線を介して順方向励磁電流 をそしてバッキングモードにおける交流発電機からの出力を減少するようにロー タ巻線を介して逆方向励磁電流を発生するための巻線界磁ロータ部分のロータ巻 線に接続されたロータ励磁回路により構成される。 別の実施形態において、本発明のハイブリッド交流発電機は更に交流発電機の 出力電圧を制御するように交流発電機の巻線を通る双方向の電流の流れを制御す るための電圧調整器を備え、電圧調整器は交流発電機の出力電圧を監視するよう に接続されそして交流発電機の出力電圧を増加または減少すべきであることを指 示するエラー信号を発生する電圧監視回路と、ロータ巻線に接続されそして順方 向極性電圧がロータ巻線に供給される順方向極性モードと逆方向極性電圧がロー タ巻線に供給される逆方向極性モードと順方向または逆方向極性モードに接続さ れたときに誘導された電流が電圧調整器に損傷を与えることなく減衰（decay） するのを許容する減衰モードとを含む複数のモードに巻線を接続するように整列 されたスイッチング回路と、スイッチング回路に接続されそして交流発電機の出 力電圧を増加するように順方向極性モードに入らせ、交流発電機の出力電圧を減 少するように逆方向極性モードに入らせ、順方向または逆方向極性モードから切 り離されるときにいつでも減衰モードに入らせるように電圧監視回路のエラー信 号に応答する制御回路とから構成される。 本発明のハイブリッド交流発電機の別の実施形態は、ステータと、ステータ内 で回転するように装着されそしてエアギャップによってそこから離されたロータ とから構成される。ロータは複数の磁極を画定するロータコアを有し、隣接した 磁極は交互に北および南磁界を有する。複数の磁極は複数の永久磁極と複数の電 磁極から構成される。各永久磁極は永久磁石によって画定される。複数の永久磁 極は２組の直径方向両側に配置された永久磁極により構成される。各永久磁石は ロータ周辺部内に配置されそして隣接する永久磁極を形成するように隣接する永 久磁極の対と共同して作動される。 本発明のハイブリッド交流発電機のまた別の実施形態は、ステータ巻線を有す るステータと、ステータ内で回転するように装着されそしてエアギャップによっ てそこから離されたロータとから構成される。ロータは複数のロータ界磁極と複 数の永久磁石を画定するロータコアを有する。各永久磁石はロータ周辺部内に配 置されそして隣接する永久磁極を形成するように隣接するロータ界磁極間に装着 される。複数の永久磁極は２つの直径方向両側に配置された組の永久磁極により 構成される。ロータ巻線は残りのロータ界磁極と共同して作動されそして複数の 電磁極を画定する。複数の電磁極は２つの直径方向両側に配置された組の電磁極 により構成される。永久磁極および電磁極は複数の磁極を画定する。隣接する磁 極は交互に北および南磁界を有する。 本発明のハイブリッド交流発電機の更に別の実施形態は、ステータ巻線を有す るステータと、ステータ内で回転するように装着されそしてエアギャップによっ てそこから離されたロータである。ロータはその回りに非対称に配置された複数 のロータ界磁極を画定するロータコアを有する。各ロータ界磁極はロータコアか ら端面へ放射状に延びる本体により構成される。ロータはまた複数の永久磁石を 備え、その各々はロータ周辺部内に配置されそして隣接する永久磁極を形成する ように一対の隣接するロータ界磁極間に装着される。複数の永久磁極は２つの直 径方向両側に配置された組の永久磁極により構成され、永久磁極の各組は４つの 隣接する永久磁極により構成される。各永久磁極は励磁方向がロータコア回転軸 に関して円周方向へ指向されるように配列される。ロータ巻線は複数の電磁極を 画定するように残りのロータ界磁極と共同して作動される。複数の電磁極は２つ の直径方向両側に配置された組の電磁極により構成される。電磁極の各組は２つ の隣接する電磁極により構成される。電磁極および永久磁極は複数の磁極を画定 し、隣接する磁極は交互に北および南磁界を有する。本交流発電機は更に複数の ロータ界磁極片を備えている。各片はロータ界磁片が相互に等距離に離間される ために対応する極本体の一つの端面に非対称に装着される。 ハイブリッド交流発電機の別の実施形態はロータ巻線とステータ巻線の間に新 規な接続配列を使用している。この配列を使用することにより、単純化された電 圧調整器を使用し得ることは製品コストを大きく削減する。電圧調整器はロータ 巻線の一端をバッテリの陽極端とアースの間に交互に接続する。ロータ巻線の他 端はステータの中性点（バッテリ電圧の約半分で作動する）に接続される。電圧 調整器のスイッチング回路は順方向および逆方向極性モード間で遷移するように ロータを交互に接続するのに２つのスイッチを必要とするだけである。 本ハイブリッド交流発電機は車両がアイドリング速度で運転されるときに全定 格出力電圧および電流を発生しそしてその運転速度範囲の全体にわたって全定格 出力を発生し続けるように設計されている。 本温度監視電圧調整器は電圧監視回路と、温度センサと、スイッチング回路と 、制御回路とを備えている。電圧監視回路は交流発電機の出力電圧を監視するよ うに接続されそして交流発電機の出力電圧が増加または減少されるべきである ことを示すエラー信号を発生する。 温度センサは交流発電機の温度を感知するようにハイブリッド交流発電機、好 ましくは出力ダイオードブリッジのヒートシンクと熱的に接触されて機械的に装 着されるように適合される。温度センサは電圧監視回路と電気的に接続されそし て交流発電機の温度が所定の最大交流発電機温度に近づいたことを温度センサが 感知したときにハイブリッド交流発電機の出力電圧を減少するようにエラー信号 を変調する。 スイッチング回路はロータ巻線に接続されそして該巻線を順方向極性電圧が巻 線に供給される順方向極性モードかまたは逆方向極性電圧がロータ巻線に供給さ れる逆方向極性モードのいずれかに接続する。制御回路は監視回路のエラー信号 に応答して、交流発電機の出力電圧を増加する必要があるときはいつでも順方向 極性モードに入りそして交流発電機の出力電圧を減少するときは逆方向極性モー ドに入るようにスイッチング回路に指示する。最も高度に好適な実施形態では、 温度センサはサーミスタであり、そしてスイッチング回路はまた減衰モードを備 えている。 図面の簡単な説明 図１は本発明によるハイブリッド交流発電機のシャフトと平行にかつそれを通 る長手方向の断面図である。 図２はロータのシャフトと直角にかつ交流発電機の巻線界磁ロータ部分を通る 線２−２に沿った断面図である。 図３はロータのシャフトと直角にかつ交流発電機の永久磁石ロータ部分を通る 線３−３に沿った断面図である。 図４は電圧調整のためのロータ励起回路および第２出力電圧を発生するための 電圧変換回路を有する本発明の交流発電機の電気回路図である。 図５は本発明の典型的な実施例における一定の電圧出力を維持するのに必要な 界磁電流対エンジンのＲＰＭのグラフである。 図６は固体ディスク形永久磁石を採用した本発明の第１の代案的な実施例のロ ータのシャフトに平行な断面図である。 図７は図６に示される本発明の第１の代案的な実施例に用いられる１０極ディ スク形永久磁石の側面図である。 図８は図６に示される本発明の第１の代案的な実施例に用いられる分割された 磁束通路エレメントの正面図である。 図９は図８に示される線９−９に沿った分割された磁束通路エレメントの断面 図である。 図１０は埋設された永久磁石を用いる本発明の第２の代案的な実施例の断面図 である。 図１１はロータの埋設された永久磁石を示す図１０の線１１−１１に沿った断 面図である。 図１２はハイブリッド交流発電機のロータ巻線を制御されるブリッジ回路のた めの電圧調整器のブロック図である。 図１３は図１２のブロック図による回路の詳細な回路図である。 図１３Ａは図１３の回路に基づく温度監視電圧調整器の詳細な回路図で、温度 センサは交流発電機温度が所定の最大作動温度よりも低いときはいつでも定格交 流発電機出力よりも高くし得るように交流発電機の出力電圧を調節するよう用い られている。 図１４は背部律と交流発電機のための新規な配列の結線図で、そこにおいてロ ータ巻線はステータ巻線の中性点に接続されている。 図１５は図１３のヒステリシスインバータエレメントと比較して改良された調 整器の動的特性を提供するヒステリシス変調器の結線図である。 図１６は本発明のハイブリッド交流発電機の代替的な実施例のシャフトに平行 かつそこを通る長手方向の断面図である。 図１７は図１６の交流発電機のロータシャフトに垂直な線１７−１７に沿った 断面図である。 図１７Ａは図１７に示される永久磁極の部分拡大図である。 図１８は図１６の交流発電機の代替的な実施例の図１７と同様な断面図である 。 図１８Ａは図１８に示される永久磁極の部分拡大図である。 図１９は図１６のハイブリッド交流発電機の別の実施例の図１７と同様な断面 図である。 図１９Ａは図１６のハイブリッド交流発電機の別の実施例の図１７と同様な断 面図である。 図２０は本発明およびその代替的な実施例のハイブリッド交流発電機により利 用され得るロータ極形態の正面図である。 図２１は図２０のロータ極の線２１−２１に沿った平面図である。 図２２は図２０のロータ極形態の斜視図である。 図２３は図２０のロータ極形態の代替的な実施例の正面図である。 好適な実施例の説明 図１を参照すると、本発明の交流発電機は、第１長手方向ステータ領域１２と 第２長手方向ステータ領域１４とを有するステータ１０を備える。図４に示され るように、３相ステータ巻線１６がステータ１０の内部に形成されたスロット１ ８（図２および３に示されている）を通って延びる。 総体的に矢印２０で示されるロータがステータ１０内で回転するようシャフト ２２に装着される。ロータは、第１ステータ領域１２内で回転する巻線界磁ロー タ部分２４と第２ステータ領域１４内で回転する永久磁石ロータ部分３８とを備 える。 巻線界磁ロータ部分２４は、電流がシャフト２２のスリップリング３０，３２ を介して適用されるときはいつでも磁界を発生するよう励起されることができる ロータ巻線２８を有する。スリップリング３０，３２と接触させて励弧電流がロ ータ巻線に供給できるように周知のブラシ（図示なし）がケース３６の領域３４ 内に装着され得る。 永久磁石ロータ部分３８は、巻線界磁ロータ部分２４から長手方向に離間され た関係でシャフト２２に装着される。永久磁石ロータ部分３８はその周囲に配置 された複数の永久磁石４０を備え、磁化の方向がロータのシャフトに関して急速 に指向されるように装着される。磁石は、ロータとステータの間のエアギャップ を横切って延びる多数極永久磁石磁界を維持する。 図２は、その中で巻線界磁ロータが回転するステータの第１領域１２を通る断 面図である。巻線界磁ロータは、ロータのシャフトに沿って隣接して積み重ねら れた図２に示される断面形状を有する多数の薄い積層板から周知のように形成さ れる。代案としては、巻線界磁ロータ極はソリッド鋳型成形磁性材料を用いて構 成され得る。ロータの各積層板は、ロータ巻線２８が北および南磁界を交互に生 ずるように対向方向へ巻かれた交互の極を有してその回りに配列される複数の極 ４２を備える。 かくして、ステータの第１領域１２とロータの第１巻線ロータ部分２４は、励 弧電流がロータ巻線２８に供給されるときはいつでも出力線４４，４６および４ ８（図１および図４に示されている）を通ってステータ巻線１６から出力を発生 する突極（salient pole）交流発電機として作用する。 ハイブリッド交流発電機−放射状に磁化される永久磁石 図３は交流発電機の一実施例の永久磁石ロータ部分を通る断面図である。永久 磁石ロータ部分は、矩形のスラブとして形作られかつ永久磁石ロータ積層板３８ に保持される８個の永久磁石４０を備える。代案としては８個よりも多いまたは 少ない磁極を用い得るが、常に巻線界磁ロータと同じ数を有する。矩形のスラブ 以外の形も使用され得、例えばスラブの厚さをロータの曲線に適合するよう変化 し得る。 各永久磁石スラブはその厚さ全てを磁化されそして磁化の方向が放射状、すな わち、シャフト２２に直角でありかつスラブ４０の大きな面に垂直である方向へ 延びるように装着される。 スラブは、永久磁石ロータの周囲の積層板３８の開口に保持されそして、１つ のスラブの北極を外向きにしそして次のスラブの北極を内向きにして交互に置か れる。この方法で、巻線ロータにより発生された磁界は、順方向励弧電流がロー タ巻線２８に適用されるときに永久磁石磁界に加わりそして逆方向電流が適用さ れるときに永久磁石磁界から減じる。図示の場合の永久磁石はネオジムで形成さ れるが、しかしながら、セラミックまたはサマリウム−コバルト磁石のようなそ の他の磁性材料もまた使用され得そして特有な適用では好適であり得る。生産で は、ネオジム磁石はニッケルめっきされる。 磁石を保持する開口に加えて、積層板３８は、重量を軽減しそして冷却空気が 交流発電機を通ることができるように多数の開口５０を備える。 これらのことは電気機械にとって一般的になじみのあることでありそして特に 交流発電機ではシャフト２２が回転されるときはいつでもステータ巻線１６に電 圧を誘導するロータに永久磁石４０が永久磁石磁界を与えることは理解されよう 。シャフトの回転は総体的にベルトおよびプーリ駆動で達成されるが、しかしな がら、歯車駆動またはその他の手段も適用され得る。 図１に示されるものの場合、ステータ巻線１６は巻線界磁ロータ部分を連続し て取り巻く第１ステータ領域から永久磁石部分を取り巻く第２ステータ領域を通 って延びる。かくして、シャフト２２が回転すると、部分的に永久磁石からの磁 界の効果でありかつ部分的に巻線界磁ロータ部分の巻線２８の励弧電流により発 生された磁界の効果である電圧がステータ巻線１６に誘導される。また、２つの ステータ区域に別々の巻線を使用してそれらの出力を電気的に結合することも可 能である。 図１、２および３に示されるものの場合、交流発電機のステータ部分は領域１ ２におけるものと領域１４におけるものとが同じでありそして同一のスロット１ ８およびステータ巻線１６とを備える。しかしながら、スロット１８はその長さ に沿ってよじれ（twist）があるようにゆがめられ得る。このよじれの目的は磁 気的なイカサマ（cogging）を防止することにある。このようなよじれがない場 合、ステータとロータの間のエアギャップのスロット開口により生じる種々の磁 気抵抗によって磁気的なイカサマおよび無用な振動が発生される。 ステータは電気的グレード（electric grade）鋼の薄い積層板の積み重なりと して形成される。この積み重なりの各部材はその長さに沿った１つのステータス ロットピッチのよじれを形成するよう隣接する部材から十分に回転方向へ変位さ れる。 図３に示されていないが、永久磁石部分は樹脂で接着されたカーボン繊維のよ うな軽量であるが強い材料の予め製造された円筒状スリーブを備え得る。このス リーブは薄い壁厚と永久磁石ロータ部分の直径に等しい直径とを有する。それは 永久磁石ロータ部分を取り囲み、磁石４０が外向きに投げ出されそして高速運転 の結果として発生された遠心力でステータを損傷するのを防止する。 本発明の製造版では、ロータの回転中に磁石がロータ極から外れてしまうのを 防止するために、ロータに永久磁石を保持する適当な手段が、図２４に示される ように、永久磁石を皿ねじで取り付けている。しかしながら、磁石をロータ界磁 極に保持するその他の手段も使用し得る。例えば、ロータの両側でシャフトに装 着された一対の円形端板（endplate）も使用でき、そこにおいて各端板は実質的 にシャフトと平行に突出したリップ部分を有し、該リップ部分はロータの幅の約 半分まで延びかつ極片を形成するように磁石上に延びる。代案として、端板は、 永久磁石の頂部に装着された極片上にリップ部分が延びるようにも形成できる。 更に、永久磁石をロータ界磁極に固定するのにエポキシ系接着剤もまた使用され 得る。永久磁石をロータに保持するためのその他の機械的手段は当業者にとって 明らかであろう。 交流発電機のシャフト２２が回転し始めると、磁石部分は所要の出力電圧を発 生するよう整流されるべき電圧をステータ巻線１６に誘導する。図４を参照する と、典型的なステータ巻線１６が、６つのパワーダイオード６０により形成され た全波電圧整流器に接続される３つの鉄芯脚で構成される。パワーダイオード６ ０は出力を整流しそして電池６２に充電しかつ出力６４以上の補機類用電力を車 両に供給するよう充電電力を与える。 低いＲＰＭでの永久磁石による交流発電機からの出力は、出力６４で必要とさ れる全電圧を供給するのに十分である。従って、順方向励起極性がロータ巻線２ ８に適用される。このことはロータの電流を増加し、ロータ巻線により発生され る磁界強度を増加しそして出力電圧を所望のレベルまで増大するようロータ巻線 １６からの出力を増加する。順方向極性およびそれにより誘導される順方向電流 は、ブーストモードでの永久磁石からの磁界にロータ巻線からの磁界を加えさせ る電流および極性である。 ロータ巻線２８に順方向励弧電流を供給することによる出力増大の必要性はエ ンジンの低いＲＰＭのときだけ生ずる。エンジン速度が増加すると、ステータか らの出力は増加しそして所望の出力電圧が単に永久磁石ロータ部分によるステー タで発生される点に到達する。この速度では、励弧電流はロータ巻線２８に供給 される必要はない。しかしながら、この速度以上では、永久磁石ロータ部分はス テータ巻線に過電圧を発生することになる。 高いＲＰＭでの過電圧を打ち消すために、ロータ巻線２８は、減衰モードで交 流発電機からの出力を減少する逆方向励弧電流を供給する。図５は、エンジンＲ ＰＭの関数としてステータ巻線１６から生じる出力６４における一定の出力電圧 を維持するのに必要なロータ巻線２８における巻線界磁電流のグラフを示す。こ のグラフは本発明の一つの実施可能な手段の例示を提供する。交流発電機のエン ジンとの伝動装置、ロータおよびステータにおける巻線の巻数および抵抗、およ び磁石およびロータ巻線により発生される磁界の相対的な強度の全ては、どのよ うな特殊な適用例にとっても実際の曲線を取り勝ちである。 図５を参照すると、順方向励弧電流が必要である曲線６６のブースト部分は、 ＲＰＭ約６００のアイドリング時からＲＰＭ１２００に到達するまで生ずる。Ｒ ＰＭがＲＰＭ６００からＲＰＭ１２００に増加すると、一定の出力電圧を維持す るのに必要な順方向励弧電流の量は減少し、位置７０でゼロ（０）になる。この 位置では、励起の全ては永久磁石ロータ部分から得られる。ＲＰＭ１２００を越 える速度では、曲線のバッキング部分（buck portion）６８に入り込む。曲線の この区域では、出力電圧が所望のレベルを越えるのを防止するために、垂直軸に 負の電流値で示される逆方向励起が要求される。 ブーストモードとバッキングモードとの間の交差位置７０は負荷と共に変化し そして巻線界磁ロータ部分と永久磁石ロータ部分との間の出力の相対的な比率を 変化することによって調節され得る。図１を参照すると、このことは永久磁石４ ０またはロータ巻線により発生される磁界の強度を調節することにより達成され る。代案として、永久磁石部分１４と巻線界磁ロータ部分１２との相対的な寸法 を変化することにより変更され得る。図１において、これらはほぼ等しい寸法と して示されているが、比率は作動時のブーストおよびバッキング領域間の交差位 置を調節するのに必要なだけ変化され得る。 二重電圧形ハイブリッド交流発電機 図１に示される本発明の最も単純な形態において、ステータ巻線１６は図４に 示される周知の巻線配置を用いている。しかしながら、その他のステータ巻線配 列も採用され得る。例えば、２つの異なった出力電圧を発生するようにステータ を２つの別個の巻線に接続することは知られている。本発明は、より高い出力電 圧、典型的に４８ボルトと同様に１２ボルト出力を有することが所望されるこの 二重電圧発生方法を注視するものである。しかしながら、二重電圧運転の好適な 方法は図４に関係して述べられるタイプの電圧変換回路を用いることである。 本発明のその他の変形もまた注視される。例えば、単一電圧形態において、ス テータ巻線は、１つが巻線界磁ロータ部分を取り巻く第１領域１２内だけにあり そして１つが永久磁石ロータ部分を取り巻く第２領域１４内にある２つの別個の ステータ巻線から構成され得る。これらの別々のステータ巻線からの出力はその とき所望の出力電圧を発生するのに必要なだけ電気的に組み合わされる。 引き続き図１を参照すると、ステータの２つの領域間にギャップ５２があるこ とが分かる。このギャップはステータ１２および１４の磁性領域を隔離するよう に相対的に低い透磁率の材料で作成されるべきである。ギャップは単純なエアギ ャップであるか、或いは部分的または完全にプラスチックまたは同様な部材のよ うな低い透磁率の固体材料で充満され得る。ステータ巻線１６が第１領域１２か らギャップを通って第２領域１４に完全に延びるところでは、ギャップは、その 中に巻線１６を形成するステータ巻線が配置される連続したスロット１８を設け るようにステータと同じロータに直角な断面形状を有する部材で充満され得る。 ハイブリッド交流発電機−ステータを通る放射状冷却スロット 好適な実施例において、ステータ区域１２および１４間のエアギャップ５２は 中実ではなく、外部空間に開放される。冷却空気は、そのとき端部で交流発電機 の外に導通されているステータ区域１２間のエアギャップ５２を通って交流発電 機の内部に入ることが可能である。典型的に、このことは交流発電機の一端また は両端に配置されたファン（図示なし）によって行われる。 図１に示されるステータのための２つの区域のジオメトリィは、冷却空気が最 も冷却を必要とする交流発電機の中央領域に導かれるように流れるのを可能にす る。この構造はユニットにおける熱エネルギーの拡散を強める一方、電力出力密 度を同時に最大にする。エアギャップには一連の放射状に指向された開口を有す る軸方向のスペーサが適当に設けられ、該開口は、冷却空気が交流発電機の最も 熱い部分に入れるようにエアギャップをスペーサの円周方向断面の表面面積の約 ８５％以上開放する。矢印５３は、この断面において空気が長手方向にのみ流れ る従来技術と比較するとステータを通って放射状に流れる冷却空気の交流発電機 内部への入口を示す。 ステータを通って放射状に入る空気はロータとステータとの間のギャップを通 って流れ得る。巻線界磁ロータ区域にもまた、軸方向に整列されかつ永久磁石区 域の流動通路５０に対応する空気流動開口が設けられ得る。ステータコアを通っ て交流発電機の中央へ流された空気は、永久磁石区域を通るのと同じくステータ コイルの臨界区域(critical sections)、巻線界磁コイルの区域およびダイオー ドを横切って流れる。 ステータコアスペーサおよびロータ区域に空気流動開口を設けることによる交 流発電機の温度の低下および空気流動の増加に加えて、交流発電機の総重量は大 きく減少される。参照された領域における空気流動開口は、重大な磁束を導くこ とのない交流発電機の区域に配置される。その結果、これらの開口および空気流 動口が交流発電機の電気的出力を減少しない、またはその効果に影響しないこと が加わる。 対照的に、ランデル型やクローポールジオメトリィ（claw pole geometry）交 流発電機の電流段階は２端換気（double end ventilation）以上のなにものも許 容しない。ステータコアの中間区域を通って換気することはできず、またランデ ル型およびクローポール構造は空気の流動に用いることのできる空所や場所のな い相対的に中実の構造であるのでここではロータ部分を通って換気する機会はな い。 追加の平行な空気流動路を設けることによって、一定量の空気を流動させるだ けの圧力差を生起するのに交流発電機の冷却ファンは必要ではない。このことは 交流発電機全体の雑音を減少し、かつ／または、交流発電機全体の寸法を縮小す るようにファンの羽根直径および羽根の設計を手直しできる。 空気の流動は全ての作動状態において永久磁石の温度を可能な限り低く保つの に特に有効である。このことは交流発電機の出力を強めそして高温での損傷発生 の危険性を最少に止める。このことは、最近の自動車のボンネットの下に存在す る高温状態において交流発電機を最高の可能出力と評価できる。電圧調整器−基本的な２段式ＰＷＭ調整器 交流発電機からの所望の一定出力電圧を維持するために、図５に示されるのと 同様な手段で変化するロータ巻線２８に順方向または逆方向励弧電流を供給する ことが必要である。図４はこの目的を達成するのに適当なロータ励起回路を示す 。ステータからの整流電流６４は、総和（summing）回路８２の基準電圧８０と 比較される。総和回路８２は出力電圧６４から基準電圧８０を減算しそしてエラ ー信号を関数発生器８６へとライン８４に送り込む。 関数発生器は、出力電圧６４が基準電圧８０を下回るときはいつでも、スリッ プリング３０，３２を通って界磁巻線２８に順方向励弧電流を供給する変調器８ ８を制御する。典型的に、基準電圧はバッテリ６２の所定の充電電圧に設定され る。関数発生器は、出力電圧６４が基準電圧８０以上に上昇するときはいつでも 、界磁巻線２８に逆方向励弧電流を供給する。 関数発生器８６は、必要に応じて所望の順方向または逆方向界磁電流を供給し そして所望の出力電圧を発生するように変調器８８を制御する増幅器補償ブロッ クとして作用する。発生される増幅および補償は符号６４での出力電圧と基準電 圧８０の間のエラーとして決定されるライン８４のエラー信号によって決定され る。 関数発生器８６および変調器８８は、単に所望の出力を発生するのに必要な量 の一定の、すなわち、切り換えられずかつパルス状ではない連続して直線状に可 変な、順方向または逆方向励弧電流を供給しそしてそれによりエラー信号８４を ゼロに直線的に減少するように整合され得る。このことは直線的な調整体系を生 じ、そこにおいて変調器８８の直線的な出力は所望の出力電圧を発生するのに必 要な平均電流と同じである。しかしながら、平均電流にとっては所望のレベルに 近づけることだけが必要であり、それ故、調整の適当な方法は、ロータ巻線２８ を通る平均電流を調節するようパルスを用いるように関数発生器８６および変調 器８８を配列することである。陽極性のパルスは順方向電流を界磁巻線に適用さ せそして逆極性のパルスは逆方向電流を適用させる。パルスの幅は界磁巻線を通 る平均電流を変化するように変化される。このことは平均界磁電流の大きさおよ び方向を制御するのに電気的に効果的な回路設計を提供する。このことは、順方 向および逆方向極性モード間を交互に直接切り替わる基本的に２段階のパルス幅 変調（以下、「ＰＷＭ」という。）電圧調整回路を構成する。 電圧調整−二重電圧形交流発電機 エレメント８０〜８８からなるロータ励起回路は、電気回路に給電しそしてバ ッテリ６２を充電するように位置６４で一定の出力電圧を供給する。交流発電機 が単一電圧形交流発電機である場合、これで十分である。交流発電機が二重電圧 形交流発電機である場合には、典型的に、２つの互換性のある設計のうちの一つ が用いられる。最も簡単な設計において、ステータにはすでに述べたように第２ 巻線が設けられる。エラー信号８４は、第１出力が調整されるように第２出力が それ自体のレベルを探し求めることができる状態で、２つのロータ巻線のうちの 一方からだけに基づいて発生し得る。 代案として、両巻線からの出力電圧の関数であるエラー信号は、いずれの出力 も完全に調整されていないが、合成エラー信号によって共にほぼ所望のレベルに 保持されるように用いられ得る。 しかしながら、図４は本発明による二重出力電圧形交流発電機のための好適な 互換性ある設計を示している。この設計において、交流発電機は、より高い電圧 のバッテリであるバッテリ６２のために出力６４で一定電圧を発生する、主とし て単一出力電圧形交流発電機である。 第２巻線から第２電圧を発生する代わりに電圧変換回路９０により供給される 。前述の励弧電流について述べたのと同様な手段で、ライン１００にエラー信号 を発生するように基準電圧９４が加算回路９８において第２バッテリ９２に接続 された出力電圧９６と加算される。 関数発生器１０２が変調器１０４を制御する。変調器１０４はスイッチングパ ワーサプライ部（switching power supply design）におけるスイッチ１０６を オンおよびオフに切り換える一連のパルスを発生する。スイッチングパワーサプ ライは周知のものでありそしてコンデンサ１０８およびコイル１１０で濾波され た電圧調整出力を発生する。 スイッチング調整器のための電圧源はその出力電圧よりも高くなければならず そしてライン１１４の出力６４に接続されるかまたは破線１１６のステータ巻線 １６に直接接続され得る。 概して、１電源またはその他の場合が選定されそして接続はスイッチ１１８を 通る代わりにライン１１４または１１６に永続的に作成されることになる。 ハイブリッド交流発電機−軸方向磁化永久磁石 図６は総体的に参照符号２００で緊めされる交流発電機の第１の代案的な実施 例を示し、それは多数の極で磁化される一対の固体ディスク状永久磁石２１０， ２１２を採用している。このディスクは結合された永久磁石材料で作成され得る 。ステータ２１４は本質的に前記実施例に関連して述べられたステータ１４と同 様であり、従って、その外形形状のみで示されている。総体的に、良質の電気鋼 で作成された積層または鋳型成形ステータのスロットに巻かれた３相巻線を備え る。必要ならば、二重巻線が二重電圧出力部に用いられ得る。 前述されたステータのエアギャップ５２に対応するステータのエアギャップは 、ステータの永久磁石部分を巻線界磁部分から絶縁するよう巻線界磁ロータ部分 のいずれかの側部に導入され得る。単一の永久磁石部分が図１〜３に関連して説 明された場合と同様に使用され得または巻線界磁ロータ部分の対向する側部に長 手方向へ分離された２つの永久磁石部分が図６の実施例に示されるように使用さ れ得る。 固体ディスク永久磁石エレメントは図７に分離されて示されている。分離した 永久磁石エレメントで作成することも可能であるが、好ましくは、組み立てられ たときにシャフトと平行に、長手方向へ、その厚さを通して磁化された、単一部 品として作成される。これは、磁化が長手方向の代わりに放射状に指向される図 １および３に示される永久磁石の磁化の方向に９０°（９０度）である。 電気を発生するために、ロータの磁界線はロータとステータとの間のエアギャ ップ２１６を貫通してステータ巻線を切らなければならない。磁界が長手方向に 曲げられると、磁束は曲げられてエアギャップまで指向されねばならない。この ことは、図８および９に示されるような多数の極セグメント２２０で作成された 総体的に参照符号２１８で示される磁束通路エレメントで達成される。個別の極 セグメント２２０は永久磁石ディスク２１０からの磁束をステータ巻線を貫通す るようエアギャップ２１６まで担送する。第２の磁束通路エレメントが磁束戻し 板２２２により構成される。２つの磁束戻し板が、各磁石ディスクに１つずつ、 ロータの端面に配置されて用いられる。 永久磁石を固体ディスク状に形成して磁化の方向を回転することにより、機械 的強度の改善が達成されそしてより大きな磁石寸法および表面面積が結果として 生ずる。このことは固有の強力な設計を与えそして、極セグメント２２０により エアギャップまで通路をつけられるときにディスクの大きな表面面積を出て行く 磁束を集結することができる。 本発明の好適な形体において、極セグメント片２２０は、巻線ロータの巻線伸 延部を取り巻く巻線開口２２４を有して形作られている。この形状は巻線に追加 の強度を与えかつロータを損傷することなく非常に高い回転速度を達成すること ができる。 端部片２２２、永久磁石ディスク２１０、極セグメント片２２０および巻線ロ ータ部分は、セグメント片および磁石ディスクの開口２８および２３０をそれぞ れ通るリベット２２６により共に保持される。 図６のロータ構成要素は図１に示されるものと同様な手段でシャフト２２に装 着される。シャフト２２はハウジングに軸承されそして電流を供給するためにブ ラシにより巻線界磁ロータ部分に接触されるスリップリングを有する。電圧出力 および調整は前述されたものと同様である。 ハイブリッド交流発電機−円周方向磁化永久磁石 本発明の更に別の実施例が図１０および１１に示されており、それは総体的に 参照符号３００で示されている。この実施例において、永久磁石３０２は、アル ミニウムのような非磁性材料で形成され、ロータのシャフト２２の回りにハブを 形成する支持具０４に埋設される。支持具はハブから磁石を磁気的に絶縁しそし てそれらを確実に保持する。 前述の２つの設計の各々において、永久磁石３０２はそれらの厚さを通って磁 化される。しかしながら、それらは磁化の方向がさらに第３の方向に、この場合 、シャフトに関して円周方向に指向されて装着される。図１１の埋設される磁石 は、円周方向に離間されて配置される磁束通路エレメント３０６間および磁石３ ０２間で交互に向きを換えて非磁性支持具に挿着される。磁束通路エレメント ３０６は高透磁率を有する材料で作成される。それらは矢印３０８によって示さ れるように、磁束を磁石からロータとステータの間のエアギャップに向ける。 図６〜９に関連して述べられた設計と同様なこの設計は、磁束がロータ周辺に 集中される状態で、小さな空間に相対的に大量の永久磁石材料を使用することが できる。いくつかの適用例において、このことはコストを低減する安価な永久磁 石の使用を可能にする。その他の高エネルギー磁石を用いる適用例において、図 １〜３の設計も好適である。 ステータ３１０は実質的に図１〜３に関連して述べられたステータと同じであ る。非磁性端部キャップ３１２が巻線界磁部分３１４に巻線界磁ロータ伸延部の ための支持部準備する。ロータ巻線のための同様な端部キャップが図示のように 磁石支持具に組み合わされるか、または別部品として形成され得る。この端部キ ャップ片が、図６において、磁性材料片２２０と同様に現されるが、この設計に おいては非磁性材料で、そして図６では透磁性材料で形成されることを注視すべ きである。 電圧調整器−３段設計 図１２は第１実施例の３段電圧調整器のブリッジ回路タイプのブロック図であ る。電圧調整器は前述されたタイプの交流発電機のロータの巻線４００を通る双 方向の電流の流れを制御する。調整器はまたその他のタイプの３段制御を必要と する装置の交流発電機にも使用され得る。ロータの永久磁石部分と組み合わされ るロータ巻線４００は磁束をハイブリッド交流発電機のステータ巻線４０２，４ ０４，４０６に導入する。 双方向の電流の流れはスイッチング回路を形成するようブリッジ配列に配置さ れた４つのスイッチ４０８，４１０，４１２および４１４の使用のおかげで達成 される。第１上方スイッチ４０８は巻線４００の第１端に接続されそして第１下 方スイッチ４１４と共に第１対のスイッチを形成する。これらのスイッチが閉じ られたとき、ロータ巻線４００の第１端は陽極母線４１８上のバッテリ４１６の 陽極端に接続されそしてロータ巻線４００の第２端はアース４２０上のバッテリ ４１６の陰極端に接続される。第１対のスイッチ４０８，４１４が閉じられたと き、電圧調整器は順方向極性モードまたはブーストモードにあると言われ、そし て順方向電流がロータ巻線４００の第１端から、スイッチ４０８に接続され、ロ ータ巻線１００の第２端に接続され、スイッチ４１４に接続される。 第２上方スイッチ４１０は第２下方スイッチ４１２と共に第２対のスイッチを 形成する。第２対のスイッチが閉じられたとき、ロータ巻線４００の第２端は陽 極母線４１８に接続されそして第１端はアース４２０に接続される。この状態に おいて、電圧調整器は逆方向極性モードまたはバッキングモードにあると言われ る。制御ロジックはこれらのモードを相互に排他的にするように用意される。巻 線４００は、順方向極性モードにおいて順方向電流の流れによって発生される磁 束がロータの永久磁石部分によって供給される磁束に加えられるように、ロータ に巻き付けられる。 その逆に、逆方向極性モードにおいて、ロータ巻線４００を通る逆方向電流の 流れが、永久磁石からの磁束と減法で組み合わされる反対の極性の磁束を発生す る。 ハイブリッド交流発電機の出力を調整するために、従来技術は前述の基本的な ＰＷＭ調整器において述べられたような順方向および逆方向極性モード間でロー タ巻線４００を単に切り換えられていた。これらの２つのモードだけを操作する 電圧調整器は、２段式ＰＷＭ電圧調整器と呼ばれる。電圧調整器は、出力を増加 する必要があるときはいつでも順方向極性モードに切り換えられ、そして出力を 減少する必要があるときはいつでも逆方向極性モードに切り換えられる。 しかしながら、前述したように、順方向電流がスイッチ４０８および４１４を 通ってロータ巻線４００に誘導されると、コイル４００により発生される磁界に かなりのエネルギーが貯えられる。第１対のスイッチ４０８および４１４がただ ちに開けられそして第２対のスイッチ４１０，４１２がただちに閉じられると、 ロータ巻線４００からの磁界がゆっくりと減衰するように順方向極性モードで誘 導された順方向電流は流れ続ける。一定の条件下で、この順方向界磁電流は逆方 向電流が第２上方スイッチ４１０を通って下方スイッチ４１２に流れるように流 れ続ける。それはまた陽極母線４１８に逆方向電流として現れる。母線の正味の 負荷が低く、そしてバッテリが接続されていると、通常、この逆方向電流はバッ テリに入って少しずつ充電する。しかしにがら、バッテリがない場合またはその 他の同様に起こり得る状態では、大きな電圧スパイク（spike）が発生されて車 両の構成要素を損傷してしまう。 これらのスパイクおよび車両の電気システムの負荷変化によって発生されるそ の他のスパイクは、陽極母線４１８からアース４２０へバッテリ４１５の端子間 にコンデンサを配置することによって処理できる。しかしながら、車両のボンネ ットの下で作動するのに適した温度等級を有する十分な大きさのコンデンサは高 価である。 従って、電圧調整器の好適な実施例は３段電圧調節器の設計を参照した形態を 採用している。この形態において、電圧調整器は、巻線４００に順方向電流の流 れを開始するまたは順方向電流の流れの存在を増加するために、通常の順方向極 性モードを採用する。逆方向極性モードは逆方向電流の流れを開始するまたは逆 方向電流の流れの量を増加するために用いられる。第３のモード、ここでは減衰 モードとして参照される、には電圧調整器が順方向または逆方向極性モードを離 れたのちに入る。 減衰モード（ゼロ電圧またはゼロ極性モードとも考えられる）において、その 他の２つのモードのいずれかにあるときに誘導される電流はロータ巻線を通って 循環できそして回路に残部にいかなる障害電圧をも誘導することなくゼロに向か って減衰できる。この減衰には、順方向極性モードから逆方向極性モードへの直 接過渡、または結果として逆方向電流が主電力母線に適用されることになる反対 方向の過渡を防止するように減衰電流が供給されるときはいつでも、その他の２ つのモードのいずれかののちに入る。 これらの普通の４エレメントブリッジ回路、例えば全波ブリッジ整流器等、は 、ブリッジ回路の一般的な使用において、対向する対のエレメントは同時に接続 する傾向にあることが認識されている。かくして、第１対のスイッチが１段にお いて導通しそして第２対のスイッチが第２段において導通する。この３段設計に おいて、相互に直接に対向する（相互に対角線上に対向する代わりに）２つのエ レメントは同時に開けられそして電流は残りの２つのエレメントを通って循環減 衰電流パターンで流れることができる。 例えば、順方向極性モードにおいて、スイッチ４０８および４１４は閉じられ る。減衰モードにおいて、スイッチ４０８は開けられる一方、スイッチ４１４は 閉じられたままである。本発明のいくつかの手段において、スイッチ４１２はこ のとき、第１下方スイッチ４１４を通過してから順方向の導通路を設けそして第 ２下方スイッチ４１２を通過して逆方向にバックアップするよう閉じられる。後 により詳細に述べるように、しかしながら、スイッチ４１２および４１４は半導 体スイッチ、好ましくはスイッチを閉じる制御信号を用いることなく内部（inte rnal）ダイオードを介して逆方向モードで導通できる特性を有するＦＥＴである 。この内部ダイオードは、減衰電流の現出を検出するよう用いられる逆方向電流 の流れが発生すると電圧降下を生じる。 減衰モードはまた減衰電流が上方スイッチ４０８および４１０を通って流れる のを許容することによっても実行される。 続いて図１２を参照すると、ロータ４００およびロータの永久磁石からの磁束 の組合せ効果はステータ巻線４０２，４０４および４０６により生じそして６つ のダイオード４２２，４２４，４２６，４２８，４３０および４３２から構成さ れた周知の３相全波ブリッジ整流器で整流される。これらの６つのダイオードは 図４のダイオード６０に対応する。整流出力は陽極電力母線４１８上をバッテリ ４１６に給送され、かつまた、電力母線４１８のコネクタ（図示なし）上を車両 の電気的負荷に給電する。 交流発電機の出力電圧は電圧監視回路４３６によってライン４３４上で監視さ れる。電圧監視回路は交流発電機の出力電圧を基準電圧回路４３８からの基準電 圧と比較してライン４４０にエラー信号を発生する。 エラー信号４４０は制御回路４４２の入力に適用される。制御回路４４２は主 回路４４４、減衰電流検出回路４４６およびロジック回路４４８を備える。主回 路はライン４４０上の監視回路のエラー信号に直接反応しそして交流発電機の出 力を増加または減少するようロジック回路４４８に合図する１つ以上の主制御信 号を発生する。 基本的な２段式ＰＷＭ調整器において、主制御信号は出力の増加が望まれると きに第１対のスイッチをオンにしそして出力の減少が望まれるときに第２対のス イッチをオンにするように用いられる。 しかしながら、本発明において、主制御信号は、副制御信号が発生される前に 、減衰電流検出回路４４６から得た情報を有するロジック回路４４８で変化され る。副制御信号は制御ライン４５０，４５２，４５４および４５６のスイッチ４ ０８，４１０，４１２および４１４の段階を個別に制御する。 減衰電流検出回路４４６はロータ巻線４００の減衰電流を監視するように接続 される。好適な設計において、この監視は減衰電流検出回路４４６と巻線４００ の第１および第２端との間の接続ライン４５８および４６０によって適当に行わ れる。減衰電流検出回路４４６は、ライン４６２および４６４のロジック回路４ ４８の入力に適用される１つ以上の抑制信号を発生する。これらの熟知の技術は 巻線４００における減衰電流を監視するその他の方法もあることを容認している 。 自動インターロックおよび内部電圧調整器電源 ３つの追加のダイオード４６６，４６８および４７０が独立した電力をＶ_cc電 源を発生する内部電源４７２に供給する。内部電源４７２は電圧調整回路を作動 するための電力を供給する。この電圧は調整器のための制御電圧電源に供給する ように調整される。ハイブリッド交流発電機は永久磁石および巻線磁界を共に含 むので、交流発電機は回転を始めるとすぐに電圧を発生し始める。電圧がより大 きくなると、追加のブースト磁界が発生できるので、電子機器に電力を供給する のに十分な電圧が発生する。この全ては、車両がアイドリング速度に到達する前 であっても発生し、それによりアイドリング時でも、電圧調整器は適切に機能す る。 この方法でシステムを作動することは自動インターロックを提供し、それによ り電圧調整ループは接続されておらずそして交流発電機が回転していないときに 磁界および制御電流がほぼゼロに落ちるが、交流発電機の速度が上がると電圧調 整器の電子機器を自動的に接続する。 自動インターロックは、システムが高速度で作動しているときに過電圧や過電 流を生じるのを断つように界磁電流は決して遮断されないので、ハイブリッド交 流発電機において非常に重要である。このことは、点火スイッチが電圧調整器の 磁界をオフにできる本交流発電機との明瞭な違いである。車両が動かされておら ずそしてエンジンはバッテリの放電（drain）を回避するよう作動されていない ときに、交流発電機の界磁電流がゼロであることは重要であるが、これを点火キ ーのみで行わせるべきではない。このことは、交流発電機が高速度で作動してい るときでも不注意等で点火装置をオフに切り換えることができるという理由であ る。 図１３は図１２のブロック図に対応する詳細な図式的回路図である。バッテリ ４１６は、図１２に示された方法でステータ巻線４０２，４０４および４０６に 順次に接続された６つのブリッジ整流器出力ダイオード４２２〜４３２に接続さ れる。ステータ巻線４０２，４０４および４０６は図１３に示されていないが、 それらの結線はまったく周知のものである。 内部電源４７２はＮＰＮトランジスタ５０２の出力電圧Ｖ_ccを調整するツェナ ーダイオード５００から構成される。３端子電圧調整装置およびその他の電圧調 整回路もまた好適である。 電圧監視回路４３６は、抵抗器ブリッジ５０４，５０６および５０８間の電圧 降下を生ずるライン４３４のバッテリ電圧４１６を監視する。抵抗器５０６は調 整器の出力電圧を調節するよう調節自在なものに作成される。交流発電機の計測 される出力電圧はエラー増幅器５１０で電圧基準回路４３８からの基準電圧と比 較される。 電圧監視回路はエラー増幅およびループ補償を遂行する。基準電圧源４３８か らの基準電圧はエラー増幅器５１０の一方の入力に適用されそして他方の入力は バッテリからの電圧分割器に接続される。全体補償（integral compensation） はエラー増幅器５１０の反転入力と出力との間の帰還ネットワークの容量性（ca pasitive nature）によって与えられる。補償ネットワークは総体的に参照符号 ５１２で示されている。このネットワークは交流発電機における速度および負荷 の全範囲で調整電圧の直流（ＤＣ）エラーを取り除く。 エラー増幅器の出力は、制御回路４４２の主回路部分４４４に設けられたライ ン４４０の増幅されたエラー信号である。エラー信号は２段変調器として作用す るヒステリシスインバータ５１６によって形成された単一のヒステリシスブロッ クの入力に適用される。交流発電機の出力が高過ぎるとき、エラー信号４４０は より低くなりそしてヒステリシスインバータ５１６の出力はハイ（電圧が加えら れている状態、high）に切り換わる。このハイ信号は常に交流発電機における正 味の磁界を減少させる。代わりに、ヒステリシスインバータ５１６がロー（電圧 が加えられていない状態、low）のときは、交流発電機における正味の磁界は増 加する。 主回路４４４は４つの制御信号をライン５１８，５２０，５２２および５２４ に生じる。ライン５１８の主制御信号は２段変調器５１６から直接与えられそし てライン５２０の主制御信号はその信号の反転された逆のものである。主制御信 号５２０はインバータ５２６により発生される。ライン５１８および５２０の制 御信号は２段の基本的なＰＷＭ調整器の設計におけるスイッチングブリッジの対 角線上に対向するスイッチの対を駆動するように使用できる。それらはここに示 される変調制御のための出発点として働き、結果として副制御信号に所望の切り 換えを実際に行わせる。 エラー増幅ブロック４３６の利得および原動力と組み合わされるインバータ５ １６のヒステリシスは電圧エラーを制御しそしてループの常態の発振周波数を設 定する。主インバータ５１６の機能はまた、ランプ発振器および対応する構成要 素を有するパルス幅変調器によって達成できるが、しかしながら、この設計は図 １３に示される単一のデジタル回路よりも複雑かつ高価である。 符号５１６で形成されるヒステリシスインバータおよび図１３に示されるよう な正帰還抵抗器は、符号５１６で形成されるヒステリシス変調器およびそれを取 り巻く抵抗器コンデンサ帰還網を開示する図１５の改良された回路により置き換 えられ得る。この改良された回路において、コンデンサ／演算増幅器エレメント ５１６は陽極への帰還とヒステリシス変調器を提供する負帰還側への１次フィル タを備えている。この回路は、変調周波数をループ交差周波数よりも十分に高く 設定することを許容することにより、図１３の対応したエレメントと比較して改 良された調整器の動的特性を提供する。 ライン５１８および５２０の主制御信号は、インバータ５２８および５３０に より発生されたライン５２２および５２４の主制御信号の遅延コピーにより達成 される。ヒステリシスインバータ５１６からの出力は総体的に参照符号５３２で 示される単純な抵抗器コンデンサ遅延で遅延される。かくして、主制御ライン５ ２２はライン５２０の主制御信号の遅延バージョンを伝える。ライン５２４はラ イン５１８の主制御信号の遅延バージョンを伝える。ライン５１８および５２０ の主制御信号は、最後に巻線４００を通る電流の向きを切り換えるための副制御 信号を生ずるロジック回路４４８に入力を与えるように用いられる。 図１２のスイッチングエレメント４０８，４１０，４１２および４１４は図１ ３の共作動される駆動電子部品を有するＦＥＴ（ＦＥＴ）５３４，５３６および ５３８並びに５４０に対応する。第１上方スイッチに対応するＦＥＴ５３４およ び第１下方スイッチに対応するＦＥＴ５４０がオンになると、交流発電機は順方 向極性モードにあると称される。ＦＥＴ５３６および５３８がオンになると、交 流発電機は逆方向極性モードにあると称される。交流発電機は、バッテリまたは 交流発電機出力から巻線４００に電圧が適用されていないことを示す上方ＦＥＴ が共にオフまたは下方ＦＥＴが共にオフであるときはいつでも、減衰モードにあ ると称される。 本発明の異なった装置は巻線４００をバッテリから切断するよう上方スイッチ を共にオフに切り換えるかまたは下方スイッチを共にオフに切り換え得る。追加 の構成要素と共に巻線４００に電圧を適用しないその他の形態も採用し得る。 巻線４００をバッテリから切り離すのに加えて、電圧調整器の残りの回路また は自動車のどこかに損傷を及ぼす電圧を誘導することなく電流が減衰できるよう に、巻線は接続されねばならない。このことは巻線４００の両端に接続された２ つのスイッチを通って減衰電流が再循環できることにより達成される。図１３に 示される好適な設計において、再循環回路は下方の２つのＦＥＴを介して行われ る。しかしながら、再循環回路は上方の２つのＦＥＴを介してまたはその他の構 成要素でも行うことができる。 両ＦＥＴ５３８および５４０は再循環回路を実施するようオンに切り換えでき るが、しかしながら、これらのＦＥＴはバイアスされていないときであっても逆 方向電流を伝えることができるように内部ダイオードを有する。オフのままであ るとき、再循環する減衰電流は、巻線４００の第１および第２端に接続されたラ イン４５８および４６０の減衰電流検出回路４４６によって感知される電圧を下 方ＦＥＴの内部ダイオードの両端に誘導する。 ダイオード５４２および５４４は、順方向または逆方向極性モード中にＦＥＴ のドレーンがハイであるときは、いつでも比較器５４６および５４８をＦＥＴか ら分離する。比較器５４６および５４８の一側は、電圧分割器および電圧基準源 Ｖ_refから得られた電圧基準を有し、そして他側はアース付近であるときのＦＥ Ｔドレーン電圧上の１つのダイオード降下である電圧の濾波バージョンを有する 。ダイオード５４２および５４４は、比較器５４６および５４８の入力に負電圧 は必要ではないので、１つのダイオード電圧降下によって電圧レベルを上昇する 。 ロジック回路４４８はロジックゲート５５０，５５２，５５４，５５６，５５ ８，５６０および５６２を有する図１３で実行される。これらのゲートで実行さ れるロジック回路は主制御信号を受け取りそしてライン４５０，４５２，４５４ ，４５６に副制御信号を発生するように減衰電流検出回路４４６からライン４６ ２および４６４の信号を抑制する。 副制御信号４５４のような副制御信号がハイに切り換わるとき、その共作動さ れるＦＥＴ、例えばＦＥＴ５３４はオンになる。ゲート５５０，５５２および５ ５４により実行されるロジック機能はゲート５５６，５５８，５６０および５６ ２により実行されるロジック機能と同じである。構成要素数、２つのロジックチ ップだけで実行できる、を減少するために、異なったロジックエレメントが同じ ロジック機能を実行するよう用いられる。ロジックゲート５５０および５６２は 上方ＦＥＴ５３４および５３６をそれぞれ制御する。 ロジックゲート５５０は３入力ＡＮＤゲートである。その出力はハイでありそ して対応するＦＥＴ５３４は３入力ＡＮＤゲートへの３つの入力全てがハイであ るときだけオンである。これらの３つの入力はライン５１８の遅延されていない 主ＰＷＭ制御信号と、ライン５１４の遅延された主ＰＷＭ制御信号と、ＦＥＴ５ ４０の逆方向電流を監視する減衰電流監視回路からのライン４６４の抑制信号で ある。 ライン４６４の抑制信号があることは、減衰電流が逆方向極性モードで最初に 誘導された結果として、巻線４００に逆方向減衰電流があることを示している。 ライン４６４の抑制信号は第２の下方ＦＥＴ５３８をオン状態に保持しそしてＦ ＥＴ５３４が同時にオンに切り換えられてしまうのをただちに抑制する。一旦、 逆方向極性モードで誘導された電流が十分に小さな値まで減衰されると、ライン ４６４の抑制信号は回路がモードを変更できる段階に切り換わる。 界磁巻線を励起する電圧は３つのモード、すなわち順方向極性モード、逆方向 極性モードおよび減衰モードを有するのではあるが、ＦＥＴは実際には４つの異 なった段階を有する。順方向極性モードにおいてＦＥＴ５３４および５４０は導 通する。逆方向極性モードにおいてＦＥＴ５３６および５３８は導通する。減衰 モード（２段階）においてＦＥＴ５３４および５３６は共にオフである。 減衰モードは２つの異なった段階、順方向減衰モードおよび逆方向減衰モード を有する。順方向減衰モードにおいて、順方向極性モードで誘導された電流は減 衰することができそしてＦＥＴ５３８がオフのままにされてＦＥＴ５４０はオン に保持されるが、その内部ダイオードを介して導通する。順方向減衰モードにお いて、減衰電流は順方向極性モードにおいて流れるのと同じ方向へ巻線４００を 通って流れ続ける。逆方向減衰モードにおいて、ＦＥＴ５３８はオンにそしてＦ ＥＴ５４０はオフになるが、その内部ダイオードを介して導通し、逆方向電流は 巻線４００を通って循環し、ＦＥＴ５３８を介して下降されそしてＦＥＴ介して バックアップする。 本発明は巻線４００の双電圧励起を供給するようブリッジ回路配列を使用して いる。電圧監視回路４３６はライン４４０にエラー信号を発生するように基本的 なエラー増幅器を備える。電圧調整ループは平均バッテリ電圧の厳格な制御を備 えるのに対応するループ周波数を形作るよう補償ブロックを備える。ライン４４ ０のエラー信号を出力する補償増幅器は、ブリッジの中間タップ間に接続される 巻線４００を通る双方向電流を供給するように全ブリッジ出力段階を間接的に動 かすパルス幅変調器、またはその他の２段変調器、を動かす。 ロジック回路４４８は、界磁電流量が減少されているときはいつでも巻線４０ ０に適用されるゼロ付近の電圧の第３段階の電圧励起を許容するよう、主回路４ ４４の出力を変調する。主回路４４４からの主制御信号は、対角線上に配置され た対のブリッジスイッチを直接オンに切り換えるよう作用する。しかしながら、 ゼロ電圧励起は界磁電流の量が減少するときはいつでも用いられる。 界磁電流の瞬間量が主回路４４４からの主制御信号によって増加するよう命じ られているとき、適切な極性の全母線電圧は適切な対角線上の対のブリッジエレ メントを励起することにより界磁コイルに適用される。しかしながら、界磁電流 量が減少しているとき、前記の導通している対角線上の対のスイッチの上方スイ ッチのみがオフに切り換わる。下方対角線上スイッチのオフ切り換えにおける遅 延および対角線上の対向するスイッチ間におけるオン切り換えの遅延を用いるこ とにより、上方スイッチに流れる誘導性界磁電流はスイッチエレメントでオフに 切り換えられた場合よりも低い負電流にただちに変換される。 下方対角線上スイッチの電流の流れは前述の遅延によってオフ切り換え状態を 続ける。その下方対角線上スイッチはそのとき他方の下方スイッチに逆方向電流 があることによりそのままでいるよう命じられる。図１３の実施例において示さ れたように、逆方向導通パワースイッチがＦＥＴであり、そしてそのスイッチが 遅延されたオン切り換えを有するとき、逆方向電流は最初に約−０.６ボルトの 電圧降下を発生するＦＥＴの内在（intrinsic）ダイオードを通って流れる。下 方逆方向導通ＦＥＴがオンに切り換わると、逆方向循環電流はまたより低い電圧 降下を引き起こす抵抗のＦＥＴを通って流れる。 上述した本発明の好適な装置において、このＦＥＴは、ＦＥＴ内在ダイオード の両端の電圧が減衰界磁電流の存在の簡単な指示器を提供できるようにするため に、減衰電流中はオフに保たれる。非直線性ダイオード特性は小さな電流にとっ ても適度な電圧レベルを与える。このことは、界磁電流の存在を指示するのに比 較器５４６および５４８の形態の簡単な電圧比較器の使用を可能にする。内在ダ イオード電圧が基準電圧源４３８により設定されたしきい値よりも負でありそし て抵抗分割器がその点より低いとき、逆方向電流の存在が指示される。 比較器が逆方向導通スイッチに界磁電流の存在を指示するとき、対角線上に対 向するエレメントへの作動は比較器の信号によって抑制されそして減衰界磁電流 を導通している下方ＦＥＴへの作動はオンに保持される。比較器がゼロ近くの界 磁電流を指示したのち、主回路４４４の主制御信号によって命令されるように対 向する対角線上のブリッジエレメントを励起するのが安全である。ゼロの界磁電 流で新しい対角線上の対をスイッチングすることは母線にいかなる負電流も導入 せず、それ故、バッテリが接続されていなくともシステムが軽負荷であるときは 有害な電圧スパイクを発生しない。 ３段調整の制御ロジックおよび方法 主制御ループは、ライン４３４の出力を監視する電圧監視回路４３６を含みそ してバッテリ電圧と基準電圧４３８との間の差に作用するエラー増幅器を備える 。増幅されたエラー信号は、２段変調器の出力でのＰＷＭ信号、反転ＰＷＭ信号 およびこれらの２つの信号の遅延コピーを含む主制御信号を発生するよう主回路 ４４４に共作動されるパルス幅変調器、またはその他の２段変調器を動かす。主 ＰＷＭ制御信号は信号スイッチをオン段階とオフ段階との間で制御する。オン段 階にある間、一方の対角線上の対をオンにそしてオフ段階中に対向する対角線上 の対を切り換えるよう設定されそして逆もまた同様である。２段階の基本的な逓 昇の故に、デジタルロジックは制御システムを実施するのに好適である。 実際のスイッチ指令は、より複雑なスイッチング構造を生じそして後述するよ うな負母線電流を取り除くように遅延、抑制およびその他の信号によって変調さ れる。 巻線４００を通る界磁電流の瞬間量を増加するとき、適切な対角線上ブリッジ 対は全てオンである。しかしながら、母線への負電流段階を取り除くために、ブ リッジは、逆方向励起で母線からより迅速な減衰を強いるよりも、むしろ下方ス イッチだけを含む循環電流ループに界磁電流を自然に減衰させるように作動する 。この自然減衰を設定するために、両上方ブリッジエレメントはオフでありそし て減衰する界磁電流は下方ブリッジエレメントを循環する。一方の下方ブリッジ エレメントが順方向に導通する一方、他方は逆方向に導通する。この自然減衰は 、ヒステリシスインバータ５１６に対応する２段変調が再び段階を変更するかま たは界磁電流がゼロになるまで続く。 第１の場合、最初に導通している対は再びオンになる。後者の場合、界磁電流 がゼロに到達するとき、対向する対角線上の対がオンになる。自然減衰の特色は 、減衰電流がほぼゼロに到達するまで、新しい対角線上の対のオンへの切り換え を抑制することにより達成される。好適な設計における全体の作動は、かくし て、出力スイッチの作動が行われる４段階またはスイッチ装置降下が無視される 場合、界磁巻線両端における瞬間的な電圧の３段階を有する多段階である。瞬間 的な界磁電圧の３段階はプラスのバッテリ電圧、ゼロ電圧およびマイナスのバッ テリ電圧である。 本発明の好適な作動方法は次の段階を採用する。 (1) オン状態の上方装置が非遅延ＰＷＭオフ指令にただちに反応してオフに切 り換わり、 (2) 下方エレメントのオフ切り換えが遅延されそしてオン切り換え状態の全て のブリッジエレメントが等しいまたはより長い時間遅延されて上方装置がオフに 切り換わるときに自動的に実行するよう下方ブリッジエレメントに電流を循環で き、 (3) 各下方スイッチのしきい値比較器がその装置における逆方向電流（減衰界 磁電流）の存在を指示しそしてそのロジック信号が次の段階を遂行するよう用い られる。 a）逆方向導通スイッチのＦＥＴドライブはしきい値電圧測定への妨害を取り 除くよう抑制され、 b）その下のスイッチが遅延電流を遅延するためにオンであるので新しい上方 対角線上スイッチのオフ切換えドライブが抑制され、 c）循環電流の遅延を実行するよう他方のＦＥＴのドライブが残りをオンにさ せ、 d）界磁電流がゼロになる前に主制御信号がそれらの最初の段階に戻ると、出 力装置の最初の対角線上の対がオンに戻りそして界磁電流の量が再び増加し始め る。これは一定速度および固定負荷で作動するときに作動の通常モードである。 システムは１つの段階おいて母線電圧で界磁巻線を駆動することとその他の段階 のために下方ＦＥＴに電流を循環して磁界減衰を有することとの間で作動する。 このゼロドライブ電圧に続く全ドライブ電圧は平均界磁電流の方向の影響を受け ない同様な手段で作動する。かくして、固定負荷を有する、相対的に低い交流発 電機速度の通常の作動において、交流発電機は順方向極性モードと減衰モードの 間（より詳細には、順方向極性モードと順方向減衰モードの間）を循環する。交 流発電機が相対的に高速度で作動するとき、交流発電機は逆方向極性モードと減 衰モードの間（より詳細には、逆方向極性モードと逆方向減衰モードの間）を循 環する。これらの順方向または逆方向極性モードと減衰モードの間の通常の循環 中、ライン５１８の主制御信号はオンおよびオフ段階間を行き来する。 e）ライン５１８の主信号がその最初の段階に戻る前に界磁電流がゼロになる ときだけは対向するブリッジの対がオンになりそしてロータ巻線４００の電流が 方向を変える。このタイプの作動は平均界磁電流がゼロ付近であるときまたは交 流発電機の速度または負荷が突然変化するときに生じる。 温度監視電圧調整器 図１３Ａは本発明による好適な実施例の温度監視電圧調整器の回路図を示して いる。図示された回路は、電圧監視回路４３６が温度センサ５０９を有する抵抗 器５０８に置き換えられるように変形されていることを除き、実質的に図１３に 示された３段式電圧調整器の回路に対応している。 温度センサ５０９は交流発電機温度を監視するためにハイブリッド交流発電機 と熱的に接触して装着され、そして温度の関数である可変抵抗を有する。温度セ ンサ５０９を装着するのに好適な位置は出力ダイオード４２２〜４３２の共通の ヒートシンクである。その他の装着位置もまた適合する。一般的に、交流発電機 の最も熱に敏感なコンポーネント付近または交流発電機によって熱が最も発生さ れる位置付近に装着位置があるのが好ましい。 温度センサ５０９の機能は交流発電機が前もって設定した交流発電機温度に近 づいたときまたは越えたときにいつでも電圧監視回路（ライン４４０上の）の出 力にエラー信号を適応させることである。図１３Ａに示させれる実施例において 、温度センサ５０９は正温度係数（以下、「ＰＴＣ」という。）を有するサーミ スタが好ましい。このタイプのＰＴＣサーミスタセンサは非直線温度関数の抵抗 を有する。臨界温度以下の温度では、ＰＴＣサーミスタは相対的に一定の抵抗を 有する。 この一定の抵抗は抵抗器５０４，５０６およびセンサ５０９により形成された 抵抗電圧分割器に現れ、そして電圧調整器は抵抗器５０８と組み合わされて図１ ３に関連して述べられた方法で正確に作動する。このことは交流発電機の出力電 圧に直接比例するエラー増幅器５１０の入力に電圧を発生する。交流発電機の出 力電圧が負荷変化に反応して上昇または下降したとき、その上昇または下降は４ ３８からの基準電圧に関連したエラー増幅器によって感知されそして交流発電機 の出力は前述したように所要の出力電圧を常に保持するように調節される。 しかしながら、交流発電機が加熱されてサーミスタの臨界温度に近づくと、サ ーミスタの抵抗は劇的に増加し始める。抵抗分割器の温度センサ５０９の両端に 現れる出力電圧の部分はそれに対応して増加する。エラー増幅器５１０はこの電 圧増加を交流発電機の出力電圧における明白な増加として見て、それに応じて出 力電圧を減少し始める。出力電圧が低下すると、交流発電機の出力電力は減少し そして検出される交流発電機温度も低下する。その結果、交流発電機はサーミス タ温度がその臨界温度以下に保たれている限りその定格出力よりも非常に大きな 電力を発生することができる。 所望の温度の関数としての可変抵抗を有するサーミスタの適切な選定すること で、ハイブリッド交流発電機にとっていかなる所望の最大作動温度にも設定でき る。既述のタイプの温度監視調整器を備えて組み立てられた適切に設計されたハ イブリッド交流発電機はいかなるエンジン速度でもいかなる環境温度でもその全 定格電力出力を連続して供給できる。交流発電機を回転するエンジンの始動時か らこの電力を供給することが可能となる。 アイドリング速度以上の速度では、ハイブリッド交流発電機はその全定格電力 出力よりも非常に大きな電力を供給することができる。高い環境温度の最悪な場 合であっても温度センサおよび電圧調整器の設計により設定されるその最大作動 温度に交流発電機が到達するまで余分の出力が短時間可能である。その後、交流 発電機の冷却設計により制限されそしてその全定格出力を連続して発生すること ができる。 最悪な場合の条件よりも冷い環境温度では、交流発電機はその全定格出力より も大きな電力を連続して発生できる。このことはエンジンが十分に速く回転して おり、ロータ巻線が永久磁石と組み合わされて発生できる磁束によって交流発電 機の出力が制限されていない場合を仮定している。 交流発電機の冷却容量が超過されるほどに交流発電機の負荷が大きいと、温度 監視電圧調整器は交流発電機の電圧出力を減少する。交流発電機の電力出力はサ ーミスタの臨界温度、すなわち、交流発電機の最大安全作動温度またはその付近 で交流発電機を連続して保持するのに十分なだけ減少される。この方法で交流発 電機はその定格出力を超過するときに過熱による損傷から保護されている。 当業者は、ＰＴＣサーミスタ５０９の代わりに、抵抗分割器の上方枝の抵抗器 ５０４を負温度係数（以下、「ＮＴＣ」という。）エレメントで置き換えそして 下方枝の抵抗器５０８を再挿入することにより、ＮＴＣ抵抗装置または同等な回 路もまた使用できることを認識されよう。代替的に、温度センサの可変抵抗はエ ラー増幅器５１０への他方の入力でエラー増幅器により見られる基準電圧を変形 するように使用され得る。このことは、エラー増幅器の非変換入力にブリッジを 配置しそしてブリッジ両端に基準電圧を適用することを除き、図１３Ａに示され た抵抗ブリッジと同様な抵抗ブリッジを用いることにより達成される。温度によ る可変抵抗はそのとき基準電圧を変化し、それにより出力電圧および出力電力を 制御するようにエラー信号を変形する。 熱電対、温度感知型ダイオード等のような、その他のタイプの温度センサが、 必要に応じて、追加の電気回路と共に、使用され得る。更に、好適な実施例は３ 段式電圧調整器の設計に基づくものであるが、図４に示されるような２段式電圧 調整器の設計もまた使用され得る。２段式電圧調整器の設計に本発明を実施する のに必要な変更は上述された３段式の設計のための変更にそのまま対応するもの である。好ましくは、抵抗ブリッジは温度の関数として非直線性可変抵抗を有す るセンサを用いて形成され、そして該ブリッジは感知された交流発電機の出力電 圧を変更するかまたは基準電圧を変更するように総和回路８２への入力の一方に 使用される。いずれの場合でも、抵抗ブリッジは最大の所望の作動温度に到達す るときに交流発電機の出力電圧を減少するように整合される。 過渡抑圧 図１３に示される電圧調整器は、自動車産業において周知の標準的な「負荷遮 断(load dump)」で発生されるような電圧過渡の抑圧の独特な方法を組み込んで いる。負荷遮断は大きな電流が引き出されている間に大きなバッテリ負荷が突然 オフに切り換えられるときまたはバッテリ自体が切断されるときの状態である。 この状態において、抑圧装置は交流発電機の巻線に溜まった誘導性エネルギーを 処理することが要求される。本電圧調整器は、ブリッジＦＥＴダイオードをオン に切り換えるダイオード５８２，５８４，５８６および５８８を指示する信号レ ベルツェナーダイオード５８０を使用し、それによりブリッジＦＥＴは過渡を緩 和できる。ＦＥＴ装置は大きな電力衝撃を十分に処理でき、かくしてブリッジ配 列は過渡電圧に適切に制御されたときにこれらの装置が２つの機能遂行するのを 可能にする。 残りのトランジスタおよびインバータ５９０および５９２はブリッジ回路の種 々のＦＥＴを動かす駆動回路である。上方パワーＦＥＴ５３４および５３６は周 知のＮＰＮ／ＰＮＰレベル中継（translation）回路で直接動かされる。ＦＥＴ ゲートに最も近いＰＮＰトランジスタ５９４および５９６は能動ゲートプルダウ ン（active gate pull down）を与える。ＦＥＴは障害を最少にするよう示され る回路で相対的にゆっくりとオンオヨビオフに切り換えられる。界磁電流変調は 全交流界磁電流とゼロの間の範囲で交流発電機の出力に電流段階を発生できる。 交流発電機は有限の出力インダクタンスを有するので、その電流を瞬間的に変更 できない。パワーＦＥＴのよりゆっくりした上昇および降下時間はこの問題を部 分的に軽減しておりそしてツェナーダイオード５８０およびその仲間のダイオー ド５８２〜５８８により設けられる電圧クランプ配列は、クランプ電圧を越える 短い電圧エクスカーションであるべきそれらの破壊電圧に到達することからＦＥ Ｔを保護する。約２７ボルトのクランプ電圧が用いられる。 インバータ５９０および５９２は２つの充電ポンプ発振器として配列される。 総体的に参照符号５９１および５９３で示される整流および関連回路を有する発 振器は、バッテリ電圧を切り換えるよう上方パワーＦＥＴを動かすためにライン ５９５のバッテリ電圧よりも高い電圧を供給する。 中性点接続形交流発電機 図１４はハイブリッド交流発電機のための新規な巻線配列を示し、そこにおい てロータ巻線６００はステータ巻線６０２，６０４および６０６の中性点接点に 接続される。 前述したように、ハイブリッド交流発電機のロータ巻線６００は交流発電機の 出力電圧を増加するよう順方向極性電圧を、そして交流発電機の出力を減少する よう逆方向極性電圧を供給されねばならない。この極性反転は、４エレメントブ リッジ回路の対向する対角線上の対のスイッチを交互にオンに切り換えるブリッ ジ回路を有する図１２に示される３段電圧調整器で達成される。一方の対は順方 向電流を発生するようにロータ巻線を全バッテリ電圧とアースとの間に接続し、 そして対角線上に対向する対は巻線を通って流れる逆方向電流を誘導するように 反対の極性を有してロータ巻線を全バッテリ電圧とアースとの間に接続する。 ブリッジ回路はこの極製版点を遂行するように少なくとも４つのスイッチング エレメントを必要とする。図１４に示される回路において、しかしながら、２つ のスイッチだけが必要である。ロータ巻線６００の第１端はステータ巻線の中性 点６０８に接続されそして第２端は電圧調整器６４２のスイッチング回路６２４ に接続される。図１４の交流発電機の中性点６０８は３つの別個のステータ巻線 ６０２，６０４および６０６の中心点である。星形を形成するように一端で相互 に接続された異なった数の別個のステータ巻線からなる多相巻線もまた使用され 得る。多相ステータ巻線はダイオード６１２〜６２２からなる多相ブリッジ整流 器において従来方法で整流される。 星形ステータ巻線の中性点はバッテリ６１０に適用される出力電圧のほぼ２分 の１で作動し、順方向電流はロータ巻線の対向端をバッテリ６１０の陽極端に接 続することによりロータ巻線６００に簡単に誘導できる。それに代わり、ロータ 巻線に負電流を誘導するように、対向端をアースに接続できる。 この形態においてロータ巻線に適用される電圧は、ブリッジ形態に適用される 電圧よりも小さいにもかかわらず、電流は所望の磁束を発生するようにロータ巻 線の巻数およびインピーダンスを調節することにより同等なものに作成され得る 。 バッテリとアースの間でのロータ巻線の第２端のスイッチングは、２つのスイ ッチ６２６および６２８だけを必要とするスイッチング回路６２４で達成される 。スイッチ６２６および６２８の作動は主制御ライン６３２および６３４上の制 御回路６３０によって制御される。制御回路６３０は、ロータ巻線６００に順方 向極性電圧を適用するように、スイッチ６２６を閉じそしてスイッチ６２８を 開ける。逆方向極性電圧をロータ巻線６００に適用するように、スイッチ６２６ は開けられそしてスイッチ６２８は閉じられる。スイッチを相補的な状態で作動 しそして０から１００パーセントに変化するデューティサイクルを用いることに より、界磁コイル両端間の平均電圧は種々の速度および負荷の原因である全ブー ストおよび全バッキング間の範囲で制御される。 順方向極性モード中に、電流はバッテリから、スイッチ６２６を通り、ロータ 巻線６００を通り中性点６０８へ流れ、そしてそこから別個のステータ巻線６０ ２〜６０６およびブリッジダイオード６１２〜６２２の外へ流れる。一定のステ ータ巻線およびブリッジダイオードを通って流れる一定量の電流は交流発電機の 相いかんで決まりそして交流発電機の回転に正変する。 監視回路６３６が出力電圧を基準電圧６４０と比較することによってライン６ ３８の出力電圧を監視する。電圧調整器６４２は本質的に前述された基本的なタ イプの２段ＰＷＭ電圧調整器である。しかしながら、ブリッジ回路の対角線上の 対のスイッチをオンおよびオフに切り換えるように主制御信号を用いる代わりに 、主制御信号は２つの別個のスイッチ６２６および６２８だけをオンおよびオフ に切り換えるように用いられる。 電圧調整器のための基本的な２段ＰＷＭ制御構成が好適である適用例では、中 性点接続形交流発電機で用いられるときに２つのスイッチだけを用いることによ る電圧調整器のコストの低減は重要である。 中性点接続形ハイブリッド交流発電機は交流発電機の界磁電流が速度ゼロのと きに自動的にゼロになるという別の利点を有する。かくして、交流発電機の駆動 は点火装置がオフに切り換えられたときに交流発電電流オフに切り換えることが できないようにしてはならない。制御電子機器は非常に小さな電力消費に設計さ れ得、かくして、バッテリ放電の危険性をなくして継続的にオンのままにし得る 。この手段において、中性点接続形ハイブリッド交流発電機は、前述の、交流発 電機が回転を始めたときに自動的に調整器に電力を供給しそして交流発電機が回 転を停止したときに自動的に電力を停止する自動インターロック機能を達成する 。 制御回路６３０は単純な２段ヒステリシス増幅器、ヒステリシスを有する単純 なインバータ、ヒステリシスを生じるようにフィードバックを有する比較器また は演算増幅器、一般的なパルス幅変調器などであり得る。中性点接続形ロータ巻 線もまた、交流制御システムを用いて電流が順方向最大値と逆方向最大値との間 で円滑に変化される直線ドライブで動かされ得る。 ロータ巻線は回転しそしてステータ巻線は固定されているので、界磁巻線の中 性点およびスイッチング回路との接続はスリップリングを介して従来方法で行わ れる。 ハイブリッド交流発電機−永久磁石及び開示巻線を取り付けられた極を有する 単一ロータつき 図１６および図１７は本発明のハイブリッド交流発電機の互換性のある実施例 を示す。ハイブリッド交流発電機７００は長手方向のステータ領域７０４を有す るステータ７０２を備えている。３相ステータ巻線７０６（図４に示された巻線 ７０６とまた同様な）はステータ７００の内部に形成されたスロットを通って延 びている。ロータ７１０がシャフト７１２のステータ７０２内で回転するように 装着される。ロータ７１０はコア７１４（図１７に円形の破線内の区域により示 される）により構成されそして複数の磁性ロータ界磁極７１６を画定している。 極７１６は交互に北および南磁界を有するように形作られている。ロータ７１０ はロータシャフト７１２に沿って隣接して重ね合わされた図１７に示された断面 形状を有する多数の薄い積層体から従来方法で形成され得る。代替的に、ロータ 界磁極は固形の成形磁性材料を用いて構成され得る。 図１７はその内部でロータ７１０が回転するステータ７０２のステータ領域７ ０４を断面図である。２つの磁極７１６は、永久磁極７１６ａおよび７１６ｂを 画定するようにその端部に装着された永久磁石７１８を備えている。残りの磁極 は巻線界磁ロータ極でありそして北および南磁界を交互に発生するように磁極７ １６ａおよび７１６ｂ間に配置される極が交互に対向方向へ巻き付けられたロー タ巻線７２０を有する。 永久磁石７１８はロータ７１０の曲線または周縁に適合する“パン塊（bread- loaf）”形状を有する。永久磁極の一部であるロータ界磁極本体は図１７に示さ れるようにテーパ付けられているのが好ましい。この極本体はまた単一の幅を有 するようにも形作ることができ、或いはその他の幾何学的形状も使用し得る。更 に、図１７は、２つの極が直径方向両端に配置された永久磁極である１０個の極 （７１６）を有するロータ７１０を示しているが、互換性ある形態もまた使用し 得る。例えば、互換性ある設計としては２つ以上またはそれ以下の永久磁極を利 用し得る。更に、２つ以上の永久磁極を使用する場合、それらの極の相互に関す る位置は変更され得る。 各磁石７１８はその厚さを通って磁化されそして磁化方向が矢印７２１で示さ れるように、すなわち、シャフト７１２に垂直または放射状でかつ磁石７１８の 大きな面に直角な方向へ、放射状に延びるように装着される。磁石はロータ７１ ０の周辺部のまわりのロータ積層体７１５の開口に保持される。図１７Ａを参照 して、磁石７１８は、磁石７１９の頂面と同一面となるように沈頭されたねじ７ １９を介してロータ界磁極本体７１７に固定されるのが好ましい。 永久磁石が相互に隣接して配置される場合、ロータの周縁全体にわたって北お よび南磁極が交互に生じるするために、一つの磁石の北磁極が外方へ向けられて いると次の磁石の北磁極が内方へ向けられるかまたはその逆にされなければなら ない。永久磁石７１６ａ，７１６ｂは図１〜３に示されたその他の実施例で述べ られたのと同じ材料から作成される。 積層体７１５は重量を軽減しそして冷却空気が交流発電機を通って流れること ができるように多数の開口７２２を備えている。 図１８は別の交流発電機の実施例の図１７と同様な図である。交流発電機７５ ０は交流発電機７００と同様でありそして長手方向のステータ領域を有するステ ータ７０２とロータ７５２を備えている。ロータ７５２はコア７５１（図１８の 破線内の区域によって示されている）により構成されそして複数のロータ界磁極 ７５６を画定している。極７５６は交互に北および南磁界を有するように形成さ れる。ロータ７５４は、図１８に示される断面形状を有しそしてロータシャフト ７１２に沿って隣接して重ね合わされた多数の薄い積層体から従来方法で形成さ れ得る。代替的に、ロータ界磁極は固体の成形磁性材料を用いて構成され得る。 積層体は、重量を軽減しそして冷却空気が交流発電機を通って流れることができ るように多数の開口７５５を備えている。 磁極７５６ａおよび７５６ｂは永久磁極でありそして永久磁石７５８ａおよび ７５８ｂをそれぞれ備えている。永久磁石７５８ａは本体部分７６０ａと極片７ ６２ａの間に装着される。同様に、永久磁石７５８ｂは本体部分７６０ｂと極片 ７６２ｂの間に装着される。本体部分と極片の間への永久磁石の配置はロータ７ ５２の機械的な完全な状態を改善しそしてロータの回転中における振動を減衰す る。ロータ７１０と同様に、ロータ７５２の残りの磁極は巻線界磁ロータ極であ りそして北および南磁界を交互に発生するように磁極７５６ａおよび７５６ｂ間 に配置される極が交互に対向方向へ巻かれたロータ巻線７６４を有する。 永久磁石７５８ａおよび７５８ｂは実質的に長方形の形状を有する。極片７６ ２ａ，７６２ｂはロータ７１０の曲線または周縁に適合する“パン塊”形状を有 する。しかしながら、その他の極片および磁性片も使用し得る。図１８は、２つ の極が直径方向両端に配置された１０個の極を有するロータ７５２を示している が、互換性のある形態も使用し得る。例えば、互換性のある設計としては２つ以 上またはそれ以下の永久磁石を利用し得る。更に、２つ以上の永久磁石が使用さ れるとき、相互に関する磁石の位置は変化され得る。ロータ７１０の永久磁石７ １８について前述したように、永久磁石７５８ａおよび７５８ｂはその厚さを通 って磁化されそして磁化方向が矢印７２１により示されるように、すなわち、シ ャフト７１２に垂直でかつ磁石の大きな面に直角な方向へ、放射状に延びるよう に装着される。図１８Ａを参照して、極片７６２ａおよび磁石７５８ａは、極片 ７６２ａの頂面と同一面となるように沈頭されたねじ７１９を介してロータ極本 体７６０ａに固定されるのが好ましい。極片７６２ｂおよび磁石７５８ｂは同様 な手段で極本体７６０ｂに固定される。 図１９を参照すると、本発明の交流発電機の別の実施例が示されている。交流 発電機８００は長手方向のステータ領域を有するステータ８０２とステータ８０ ２内でシャフト上で回転するように装着されたロータ８０８を備えている。３相 ステータ巻線８０４がステータ８０２の内部に形成されたスロット８０６を通っ て延びる。ロータ界磁極８１０は、図の破線内の区域として画定されるロータコ ア８１２から放射状に延びる。極８１０は磁極であり、そこにおいて隣接する極 ８１０は交互に北および南磁界を発生する。極８１０ａ〜ｄは永久磁極でありそ して磁石８１４ａおよび８１４ｂ間に形成される。磁石８１４ａは極８１０ａお よび８１０ｂ間に近接して装着される。永久磁石８１４ａおよび８１４ｂは、ロ ータコアの回転軸に関して円周方向に向けられた磁界を生じる。磁界は図１９に 矢印８１５により示されている。 磁石８１４ａは磁石８１４ａがロータ周縁内にあるような手段で極８１０ａお よび８１０ｂ間に装着される。非磁性のスペーサ８１６ａが永久磁石８１４ａを ロータコア８１２から磁気的に絶縁する。スペーサ８１６ａはアルミニウムのよ うな非磁性材料から作成できる。しかしながら、いかなる非磁性材料もなしにエ アギャップまたは空間もまた使用し得る。同様に、磁石８１４ｂは極８１０ｃお よび８１０ｄ間に近接して装着される。磁石８１４ｂは磁石８１４ｂがロータ周 縁内にあるような手段で極８１０ｃおよび８１０ｄ間に装着される。非磁性のス ペーサ８１６ｂが永久磁石８１４ｂをロータコア８１２から磁気的に絶縁する。 前述したように、非磁性材料の代わりにエアギャップまたは空間も使用し得る。 かくして、磁石８１４ａおよび８１４ｂは２対の隣接した永久磁極を作る。残り のロータ極は、極が交互に北および南磁界を発生するように対向方向へ交互に巻 かれるよう配列されたロータ巻線８１８を有する。 ロータ８０８の設計形態は重要な利点を提供している。この利点の一つは、磁 石８１４ａおよび８１４ｂがスチール製ロータ極８１０ａおよび８１０ｂの近い 方の半分と直接連続しているので、極８１０ａおよび８１０ｂの遠い方の半分が 永久磁極の対のいずれの側の隣接した巻線界磁極とも利用され得ることである。 かくして、永久磁極８１０ａおよびは８１０ｂは隣接した巻線磁界に高い磁気抵 抗を磁気的に現すことはない。別の利点は永久磁石８１４ａおよび８１４ｂが低 コストのフェライト磁石により実現され得ることである。前述した利点はまた極 ８１０ｃ，８１０ｄおよび永久磁石８１４ｂからなる永久磁極の対にも適用され る。 ２つの直径方向両側に配置される永久磁極が図示されているが、その他の形態 もまた使用し得る。例えば、１対の永久磁極だけを使用してもよい。別の例とし てはロータ８０８に直径方向両側ではない位置に配置された２対の永久磁極があ る。 電磁極とは異なった形状の永久磁極を用いた設計も使用され得る。更に、図１ ７、１８および１９は１０個のロータ界磁極を用いたロータ７１０、７５２およ び８０８をそれぞれ示しているが、ロータは１０個以上またはそれ以下のロータ 界磁極を画定するように形成され得る。 図１７〜１９の互換性のあるハイブリッド交流発電機の実施例は、前述したバ ッキングおよびブーストモードで作動できる界磁調整器を用いて作動され得る。 更に、図１７〜１９の互換性のあるハイブリッド交流発電機の実施例はまた、前 述した２段および３段式電圧調整器を使用し得る。加えて、図１７〜１９のハイ ブリッド交流発電機は、前述したような中性点接続型交流発電機として形成され 得る。 図１９Ａを参照すると、本発明の交流発電機の別の実施例が示されている。交 流発電機９００は長手方向のステータ領域を有するステータ９０２とステータ９ ０２内で回転するようにシャフトに装着されたロータ９０８を備えている。３相 ステータ巻線９０４がステータ９０２の内部に形成されたスロット９０６を通っ て延びている。１２個のロータ界磁極９１０がロータコア９１２から放射状に延 びている。コア９１２は永久磁石９１４ａ〜ｆをロータコア９１２から磁気的に 絶縁するために非磁性であるのが非常に好ましい。このような磁気的な絶縁は１ つの極性を有する磁石の部分からの磁束がコア９１２を通りそして対向する極性 を有する別の磁石の部分に流れるのを防止する。例えば、非磁性コア９１２は磁 束がコア９１２を通りそして磁石９１４ａのＳ極と磁石９１４ｃのＮ極の間を流 れるのを防止する。かくして、このような磁気的な絶縁は不利益な磁束の通路を 絶縁の位置で排除しそしてロータ９０８とステータ９０２の間にある活動的なエ アギャップ９１３に向かって磁束を集中させる。好適な実施例において、コア９ １２はアルミニウム、銅、真鍮、プラスチックおよびセラミックのような非磁性 材料から作成される。図１９Ａに示されるように、非磁性コア９１２は一対の直 径方向両側に配置された実質的にあり継ぎ（dovetail）形状の雄構成部９１３お よび９１５を有し、雄構成部９１３および９１５はロータ９０８に形成された対 応する実質的にあり継ぎ形状の雌形部９１７および９１９にそれぞれ配設される 。このような構成はロータ９０８の残部分に関してこあ９１２が回転するのを 防止する。 スロット９０６の数は極の数の３倍に等しいのが非常に好ましい。かくして、 図１９Ａに示されるように、ステータ９０２の内部に３６個のスロット９０６が 形成されている。極９１０は隣接する極が交互に北および南磁界を発生する磁極 である。極９１０ａ〜ｈは永久磁極でありそして磁石９１４ａ〜ｆにより形成さ れる。磁石９１４ａは極９１０ａおよび９１０ｂ間に近接して装着される。磁石 ９１４ｂは極９１０ｂおよび９１０ｃ間に近接して装着されそして磁石９１４ｃ は極９１０ｃおよび９１０ｄ間に近接して装着される。同様に、磁石９１４ｄは 極９１０ｅおよび９１０ｆ間に近接して装着される。磁石９１４ｅは極９１０ｆ および９１０ｇ間に近接して装着され、そして磁石９１４ｆは極９１０ｇおよび ９１０ｈ間に近接して装着される。 磁石９１４ａ〜ｃは４つの隣接および近接した永久磁極を生じさせる。同様に 、磁石９１４ｄ〜ｆは磁石９１４ａ〜ｃにより発生された永久磁極に関して直径 方向に対向した位置に４つの隣接および近接した永久磁極を生じさせる。残りの ４つのロータ極は電磁極９１０ｉ〜ｌにより構成される。極９１０ｉおよび９１ ０ｊはそれぞれ極９１０１および９１０ｋに関して直径方向に対向して配置され る。極９１０ｉ〜ｌは交互に北および南磁界を発生するように交互に対向方向へ 巻かれた極となるよう配列された巻線９１８を有する。 磁石９１４ａ〜ｆはロータ周縁内に磁石９１４ａ〜ｆがあるような手段で極間 に装着される。永久磁石９１４ａ〜ｆはロータコアの回転軸に関して円周方向に 指向される磁界を生じさせる。かくして、永久磁石９１４ａ〜ｆは、狭いが可変 であるその面積（dimension）を横切る横断方向（図１９Ａの矢印９１０ｋの方 向）へ磁化される。このような磁石形態は本説明において「集中磁束形態」とし て参照される。 交流発電機９００は重要な利点を提供する。利点の一つは、磁石９１４ａおよ び９１４ｃがそれぞれ鋼ロータ極９１０ａおよび９１０ｄの近い方の半分と直接 連続しているので、極９１０ａおよび９１０ｂの遠い方の半分がそれぞれ隣接し た巻線界磁極９１０ｋおよび９１０ｉと共に利用され得ることである。更に、永 久磁極９１０ａおよび９１０ｄは隣接する巻線磁界に高い磁気抵抗を磁気的に与 えることはない。同様に、磁石９１４ｄおよび９１４ｆはそれぞれ鋼ロータ極９ １０ｅおよび９１０ｈの近い方の半分と直接連続する。かくして、極９１０ｅお よび９１０ｈの遠い方の半分がそれぞれ隣接した巻線界磁極９１０ｌおよび９１ ０ｊと共に利用され得る永久磁極９１０ｅおよび９１０ｈもまた隣接する巻線磁 界に高い磁気抵抗を磁気的に与えることはない。上述されたような形態の別の利 点は、磁石９１４ａ〜ｆが巻線界磁磁束を妨害しないことである。交流発電機９ ００の別の利点は、１２個のロータ極が自動車のような原動機付き車両の運転と 共同して作動される種々の電子的機能を実効あるものにするように用いることが できる出力周波数を提供することである。 好適な実施例において、永久磁石９１４ａ〜ｆは焼結フェライトのような低価 格のフェライト磁石により実現され得る。しかしながら、結合ネオジウム、結合 フェライトまたはサマリウムコバルトのようなその他のタイプの磁石もまた利用 され得る。 図１９Ａに示されるように、極９１０ｉ〜ｌの巻線界磁極本体は所定の間隔で ロータコア９１２の円周方向に配置されそして極片９２０ａ〜ｄは、１２個の極 片すべてがロータ周縁に相互に等しく離間されるような手段で巻線界磁極本体に 配置される。このような形態は２対の隣接した巻線界磁極９１０ｉ、９１０ｊ、 ９１０ｋおよび９１０ｌにとって非常により大きな界磁巻線空間を提供し、それ により、適用可能な励磁アンペア回数および交流発電機の出力密度（power dens ity）を増加する。１２個の極本体のすべては、巻線を受容するのに適用可能な 空間を増大しそして隣接する巻線界磁コイル（極９１０ｉ，９１０ｊおよび９１ ０ｋ，９１０ｌ）間の区域への空気の流れを増大し、かくして交流発電機の運転 温度を低下するために不均斉に離間される。 好適な実施例において、極９１０ａ、９１０ｄ、９１０ｅおよび９１０ｈのよ うな、磁石と巻線界磁極の間に配置されたロータ界磁極の極本体は、一側では磁 石により、他側では巻線界磁極により与えられる磁束の合成された和に対応する 幾何学的形状（長さおよび幅）を有する。かくして、極９１０ａ、９１０ｄ、９ １０ｅおよび９１０ｈは支極（contribution pole）として参照される。 極９１０ａ、９１０ｄ、９１０ｅおよび９１０ｈの極本体の幾何学的形状は極 が所定の極磁束を担持できるように選定される。かくして、極９１０ａ、９１０ ｄ、９１０ｅおよび９１０ｈの極本体の幾何学的形状は磁石間または巻線界磁極 の極本体間に配置された極の極本体と異なっていてもよい。例えば、図１９Ａに 示されるように、極９１０ａ、９１０ｄ、９１０ｅおよび９１０ｈの幾何学的形 状、例えば、幅、は、極９１０ａ、９１０ｄ、９１０ｅおよび９１０ｈの本体が 極９１０ｃの極本体におけるようにテーパ付けられていないので、磁石間に配置 された極に用いる極本体の幅とは異なっている。 かくして、図１９Ａに示される単一積層型のハイブリッド交流発電機の実施例 は次の重要な利点を生じさせる。 a）設計の複雑さの減少。例えば、図１９Ａの設計形態は図１に示されるような ステータを絶縁するためのスペーサ５２を排除している； b）交流発電機の全体的寸法の縮小； c）交流発電機の冷却および通風の改良。それにより過熱の可能性を減少する； d）製造コストの低減； e）図１に示される２重積層形態と実質的に同じ出力密度； f）原動機付き車両の作動に必要な電子的機能を実効あるものにするように使用 できる周波数の出力； g）低価格のフェライト磁石の利用可能；および h）不利益な磁束のロータコアを通る流れの防止。 ８個の永久磁極（４個の永久磁極の２つの直径方向両側に配置された組）が示 されているが、その他の形態もまた使用し得る。例えば、永久磁極を電磁極に対 して異なった比率で使用し得る。更に、ロータは１２個以上またはそれ以下のロ ータ界磁極を画定するように形成され得る。例えば、ロータは８個、１０個また は１４個のロータ界磁極を画定するように形成され得る。前述の利点もまた前述 の変形例でも実現される。 図１９Ａのハイブリッド交流発電機の実施例は前に述べたバッキングモードお よびブーストモードで作動できる界磁調整器と共に作動され得る。更に、図１９ Ａのハイブリッド交流発電機は前に述べた２段および３段式電圧調整器と共に使 用され得る。加えて、図１９Ａのハイブリッド交流発電機は前に述べた中性点接 続型の交流発電機としても形成され得る。 インデンテッド（indented）ロータ界磁極 図２０〜２２を参照すると、ロータ界磁極８５０は本体部分８５２と極片部分 ８５４とから構成されている。本体部分８５２はロータコア８５６から端面８５ ８へ放射状に延びている。本体部分８５２はシャフト８６０と実質的に平行な長 手方向軸、長手方向長さＬ１および幅Ｗ１を有する。極片部分８５４は端面８５ ８に取り付けられ、本体部分の長さＬ１よりも長い長手方向長さＬ２、および幅 Ｗ２を有する。かくして、本体部分８５２はその全周に沿って極片部分８５４か ら距離Ａだけ刻み目を付け（indent）られている。図２１および２２の破線８５ ３は本体部分８５２の周辺を表している。本体部分８５２に刻み目を付けること は極本体の長手方向長さをＬ１に縮小するので、極本体の幅は極本体の必要な断 面積を維持するために幅Ｗ１まで適当な量だけ増大される。 ロータ界磁極８５０は成形の高透磁率の鋼部品から作成され得、そこにおいて 刻み目は鋳型成形または機械加工により直接形成される。互換性のあるインデン テッドロータ界磁極の形態が図２３に示されている。ロータ界磁極８６２は端部 キャップ８６４ａ，８６４ｂと中央本体部分８６６から構成される。中央本体部 分は長手方向長さＬ３を有しそして各キャップはＬ４の長手方向長さを有する。 中央本体部分８６２の長手方向の全長は極８５０と同じＬ１であり、そしてＬ３ ＋２×Ｌ４の合計である。キャップ８６４ａは端部分８６５ａと本体部分８６７ ａから構成される。本体部分８６７ａおよび端部分８６５ａはそれぞれ長さＬ４ およびＬ５を有する。Ｌ４およびＬ５間の長さの差は文字Ａで表されている。か くして、本体部分８６７ａは端部分８６５ａから距離Ａだけ刻み目を付けられて いる。同様に、キャップ８６４ｂは端部分８６５ｂと本体部分８６７ｂから構成 される。本体部分８６７ｂおよび端部分８６５ｂはそれぞれ長さＬ４およびＬ５ を有する。Ｌ４およびＬ５間の長さの差は文字Ａで表されている。かくして、本 体部分８６７ｂは本体部分８６６の全周について端部分８６５ｂから距離Ａだけ 刻み目を付けられている。 刻み目の距離Ａはロータ界磁巻線の必要な巻数および／またはステータ巻線界 磁積層領域を越えて延びる巻線を所望するか否かに従って変更できる。ロータ界 磁の両端の刻み目はロータ極のいずれかの端部に無理のない巻線支持部を提供し 、かくして、曲がった極片支持ピンの使用を不要にする。更に、ロータ界磁極は 巻線はロータ界磁極８５２の縁部８５４ａ、８５４ｂおよび８５４ｃ、または極 ８６２の縁部８６９ａ、８６９ｂおよび８６９ｃを越えて延びないように巻くこ とができるので、ロータ界磁極の数の増加を実現でき、それにより、ロータ界磁 極を相互により接近して離間させることができる。この特色はまた図１の交流発 電機の永久磁石ロータ部分３８により接近して巻線界磁部分２４を配置させるこ とを可能にする。極本体の周縁は縮小されているので、ロータ巻線の正味の巻数 は減少される。それ故、従来の極本体よりも少ない巻線が必要とされる。巻線の 量の減少はまた巻線を通って流れる電流への抵抗の減少を生じさせ、それにより 電力消費を減少する。加えて、巻線の量の減少はまたロータの重量および製造コ ストを減少する。更に、巻線の量の減少は巻線界磁巻線厚を縮小し、それにより 巻線からの熱伝達を容易にする。このことは熱伝導を改善しそして過熱の可能性 を減少する。 かくして、前述した目的および上述の説明から明らかとなった目的は、効果的 に成就されることは明らかであり、そして、上述の構造において本発明の主旨お よび範囲を逸脱することなしにある程度の変更を行えるので、上述の説明に含ま れそして図面に示される全ての事柄例示として解釈されそして限定を意図するも のではないことに留意されたい。 本発明は最も実際的および好適な例であることを考慮して示されかつ述べられ たが、本発明の範囲内で多くの変形が可能であることは認識されよう。それ故、 添付の請求の範囲の全範囲の同等物についても権利がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｐ 9/30 Ｈ０２Ｐ 9/30 Ｃ 9/34 9/34 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 フランシス、ウィラード ピー アメリカ合衆国 コネチカット州 06492、 ウォーリンフォード、ピルグリムズ ハー バー 505

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. ステータと、 ステータ内で回転するように装着されかつエアギャップによりそこから分離さ れたロータであって、該ロータは複数の磁極を画定するロータコアを有し、隣接 する磁極は交互に北および南磁界を有し、複数の磁極はロータコアの周縁の方向 へ連続的に整列され、複数の磁極は複数の永久磁極と複数の電磁極とから構成さ れ、複数の永久磁極は２組の直径方向両側に配置された永久磁極により構成され 、各組の永久磁極は隣接した永久磁極を形成するように１対の隣接した磁極間で ロータ周辺部内に配置された永久磁石を有すること から構成されることを特徴とするハイブリッド交流発電機。 2. 各組の永久磁極は３つの磁石を備えていることを特徴とする請求項１記載の ハイブリッド交流発電機。 3. 各組の永久磁極は４つの永久磁石により構成されそして前記複数の電磁極は ４つの電磁極により構成されることを特徴とする請求項２記載のハイブリッド交 流発電機。 4. 前記ロータコアは複数のロータ界磁極を画定し、その各々は対応する磁極と 共同して作動されることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド交流発電機。 5. 前記磁石の各々はフェライト、ネオジム、セラミックおよびサマリウムコバ ルトから選定された磁性材料から形成されることを特徴とする請求項１記載のハ イブリッド交流発電機。 6. 各ロータ界磁極および各磁石はロータ回転軸に実質的に平行な長手方向軸を 有し、各ロータ界磁極および各磁石はロータコアから放射状に延びており、各永 久磁石は隣接した永久磁極を形成するように一対の隣接するロータ界磁極間に装 着されることを特徴とする請求項４記載のハイブリッド交流発電機。 7. 各磁石はロータ界磁コアから磁気的に絶縁されていることを特徴とする請求 項４記載のハイブリッド交流発電機。 8. 各ロータ界磁極は、 ロータコアから端面に放射状に延びる本体と、 前記端面に装着されたロータ界磁片 から構成されることを特徴とする請求項６記載のハイブリッド交流発電機。 9. 前記ロータ界磁極本体はロータコアに不均斉に離間されていることを特徴と する請求項８記載のハイブリッド交流発電機。 10. 各ロータ界磁極片は極片が相互に等距離に離間されるような手段で対応す るロータ界磁極本体に不均斉に取り付けられることを特徴とする請求項９記載の ハイブリッド交流発電機。 11. 各ロータ界磁極本体は特定の極磁束に対応する所定の幅および長さをこと を特徴とする請求項８記載のハイブリッド交流発電機。 12. 各永久磁石は励磁方向がロータコア回転軸に関して円周方向へ指向される ような手段で配列されることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド交流発電 機。 13. 磁石の一つと電磁極の一つの間に配置された各ロータ界磁極の極本体は磁 石と電磁極により与えられる磁束の和に対応した幾何学的形状を有することを特 徴とする請求項１０記載のハイブリッド交流発電機。 14. ステータ巻線を有するステータと、 ステータ内で回転するように装着されかつエアギャップによりそこから分離さ れたロータであって、該ロータは、 複数のロータ界磁極を画定するロータコアと、 その各々がロータ周辺部内に配置されかつ隣接した永久磁極を形成するよ うに一対のロータ界磁極間に装着される複数の永久磁石であって、複数の永 久磁石は直径方向両側に配置された２つの永久磁極の組により構成され、永 久磁石はロータコアから磁気的に絶縁されることと、 複数の電磁極を画定するように残りのロータ界磁極と共同して作動される ロータ巻線であって、複数の電磁極は直径方向両側に配置された２つの電磁 極の組により構成され、電磁極および永久磁極は複数の磁極を画定し、隣接 する磁極は交互に北および南磁界を有すること を備えていること から構成されることを特徴とするハイブリッド交流発電機。 15. 永久磁極の各組は４つの隣接した永久磁極により構成されそして電磁極の 各組は２つの隣接した電磁極により構成されることを特徴とする請求項１４記載 のハイブリッド交流発電機。 16. ステータ巻線を有するステータと、 ステータ内で回転するように装着されかつエアギャップによりそこから分離さ れたロータであって、該ロータは、 その回りに不均斉に配置された複数のロータ界磁極を画定するロータコア であって、各ロータ界磁極はロータコアから端面に放射状に延びる本体によ り構成されことと、 その各々がロータ周辺部内に配置されかつ隣接した永久磁極を形成するよ うに一対のロータ界磁極間に装着される複数の永久磁石であって、複数の永 久磁石は直径方向両側に配置された２つの永久磁極の組により構成され、永 久磁極の各組は４つの隣接した永久磁極により構成され、各永久磁石は励磁 の方向がロータコア回転軸に関して円周方向へ指向されるような手段で配列 され、永久磁石はロータコアから磁気的に絶縁されていることと、 複数の電磁極を画定するように残りのロータ界磁極と共同して作動される ロータ巻線であって、複数の電磁極は直径方向両側に配置された２つの電磁 極の組により構成され、電磁極の各組は２つの隣接した電磁極により構成さ れ、電磁極および永久磁極は複数の磁極を画定し、隣接する磁極は交互に北 および南磁界を有することと、 複数のロータ界磁極片であって、各ロータ界磁極片は極本体の対応する一 つの端面に不均斉に装着され、ロータ界磁極片は相互に等距離に離間される こと を備えていること から構成されることを特徴とするハイブリッド交流発電機。 17. 磁石の一つと電磁極の一つの間に配置された各ロータ界磁極のロータ界磁 極本体は磁石と電磁極から与えられる磁束の和に対応した幾何学的形状を有する ことを特徴とする請求項１６記載のハイブリッド交流発電機。 18. 前記磁石の各々はフェライト、ネオジム、セラミックおよびサマリウムコ バ ルトから選定された磁性材料から形成されることを特徴とする請求項１５記載の ハイブリッド交流発電機。 19. ハイブリッド交流発電機の巻線を流れる双方向電流を制御するための温度 監視電圧調整器であって、 ハイブリッド交流発電機の出力電圧を監視するように接続され、ハイブリッド 交流発電機の出力電圧が増加または減少されるべきことを指示するエラー信号を 発生する電圧監視回路と、 ハイブリッド交流発電機と熱的に接触して装着されるように適合され、電圧監 視回路に電気的に接続されそして所定の温度を越えたときにハイブリッド交流発 電機の出力電圧を減少するようにエラー信号を変形する温度センサと、 巻線に接続されそして巻線に順方向極性電圧が供給される順方向極性モード並 びに巻線に逆方向極電圧が適用される性逆方向極性モードに巻線を接続するよう に適合されたスイッチング回路と、 スイッチング回路に接続され、スイッチング回路を、監視回路のエラー信号に 応じて、交流発電機の出力電圧を増加するように順方向極性モードに入れそして 交流発電機の出力電圧を減少するように逆方向極性モードに入れるように制御す る制御回路 から構成されることを特徴とする温度監視電圧調整器。 20. 温度センサはサーミスタにより構成されることを特徴とする請求項１９記 載の温度監視電圧調整器。 21. サーミスタは正温度係数を有することを特徴とする請求項２０記載の温度 監視電圧調整器。 22. 温度センサは非直線的に変化する可変抵抗を有することを特徴とする請求 項１９記載の温度監視電圧調整器。 23. スイッチング回路は順方向または逆方向極性モードに接続されているとき に巻線に誘導される電流が電圧調整器に損傷電圧を誘導することなしに減衰でき る減衰モードに巻線を接続するように適合され、そこにおいて順方向または逆方 向極性モードから切り換えられるときはいつでも制御回路がスイッチング回路を 減衰モードに入るように制御することを特徴とする請求項１９記載の温度監視電 圧 調整器。 24. 電圧監視回路は第１および第２入力を有するエラー増幅器を備え、第１入 力は基準電圧に接続され、そして第２入力は温度センサを組み込んだ電圧分割器 に接続されることを特徴とする請求項１９記載の温度監視電圧調整器。 25. 温度監視電圧調整器と組み合わされたハイブリッド交流発電機であって、 ハイブリッド交流発電機は、 ステータ巻線を有するステータと、 ステータ内で回転するように装着され、複数の永久磁石とロータ巻線を備えた ロータ から構成され、そして電圧調整器は、 ハイブリッド交流発電機の出力電圧に接続され、ハイブリッド交流発電機の出 力電圧が増加または減少されるべきであることを指示するエラー信号を発生する 電圧監視回路と、 ハイブリッド交流発電機と熱的に接触して装着され、電圧監視回路に電気的に 接続されそして所定の温度を越えるときにハイブリッド交流発電機の出力電圧を 減少するようにエラー信号を変形する温度センサと、 ロータ巻線に接続されそして順方向極性電圧がロータ巻線に適用される順方向 極性モードおよび逆方向極性電圧がロータ巻線に適用される逆方向極性モードに ロータ巻線を接続するように適合されたスイッチング回路と、 スイッチング回路に接続され、監視回路のエラー信号に応じて、交流発電機の 出力電圧を増加するように順方向極性モードに入るようにそして交流発電機の出 力電圧を減少するように逆方向極性モードに入るようにスイッチング回路を制御 する制御回路 から構成される ことを特徴とするハイブリッド交流発電機。 26. 電圧変換回路の入力はステータ巻線に直接接続されることを特徴とする請 求項２５記載のハイブリッド交流発電機。 27. 電圧変換回路の入力はステータ巻線からの整流された出力電圧に接続され ることを特徴とする請求項２５記載のハイブリッド交流発電機。 28. 巻線磁界はロータ巻線を備え、ハイブリッド交流発電機は更に交流発電機 の出力電圧を制御するように交流発電機の巻線を流れる双方向電流を制御するた めの電圧調整器を備え、該電圧調整器は、 交流発電機の出力電圧を監視するように接続され、交流発電機の出力電圧が増 加または減少されるべきであることを指示するエラー信号を発生する電圧監視回 路と、 巻線に接続されそして巻線を、 順方向極性電圧が巻線に適用される順方向極性モードと、 逆方向極性電圧が巻線に適用される逆方向極性モードと、 順方向または逆方向極性モードに接続されているときの巻線に誘導される 電流が電圧調整器に損傷電圧を誘導することなしに減衰できる減衰モード を含む複数のモードで接続するように適合されたスイッチング回路と、 スイッチング回路に接続され、監視回路のエラー信号に応じて、交流発電機の 出力電圧を増加するように順方向極性モードに入るように、交流発電機の出力電 圧を減少するように逆方向極性モードに入るように、そして順方向または逆方向 極性モードから切り換えられるときはいつでも減衰モードに入るようにスイッチ ング回路を制御する制御回路 から構成されることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド交流発電機。 29. 前記永久磁極は永久磁束磁界を画定し、前記ステータ巻線は中性点電圧を 有し、そして前記巻線磁界はステータ巻線の中性点に接続された第１端と電圧調 整器のスイッチング回路に接続するように適合された第２端を有するロータ巻線 を備え、巻線磁界はスイッチング回路が第２端を中性点電圧よりも大きな電圧に 接続するときに永久磁束磁界と追加的に組み合わすロータ巻線磁界を発生しそし てスイッチング回路が第２端を中性点電圧よりも小さな電圧に接続するときに永 久磁束磁界と減じる方向に組み合わすロータ磁束磁界を発生することを特徴とす る請求項１記載のハイブリッド交流発電機。 30. ステータと、 ステータ内で回転するように装着されかつエアギャップによりそこから分離さ れたロータであって、該ロータは複数の磁極を画定するロータコアを有し、隣接 する磁極は交互に北および南磁界を有し、複数の磁極はロータコアの周縁の方向 へ連続的に整列され、磁極の少なくとも１つは永久磁石を備えた永久磁極であり 、残りの磁極は複数の電磁極により構成され、各電磁極は巻線を備え、永久磁極 の永久磁石は電磁極の巻線の各々から物理的に離されていること から構成されることを特徴とするハイブリッド交流発電機。