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所有交流發電機的工作都基于同一個基本原理，亦即當一磁場對一導線進行“切割”時所發生的現象，反之亦然。如果移動導線或磁場，在導線上就會產生一個感應電流；而變動一下，將導線通入電流，那在導線四周也會建立起一個磁場。至于能產生多大的電流則取決于以下幾點。 首先是磁場的強度問題。工程技術人員采用了一個叫做磁通的術語來描述腦海里所想象的磁場模樣。磁力線從一個磁極出來，又繞了一個彎從另一個磁極進去，就像天氣圖上表示風力強弱的等壓線一樣，磁場越強，磁力線就越多越密集。當導線經過一強磁場，眾多的磁力線“切割”導線，從而產生感應電勢。 既然可以用多條磁力線“切割”導線，那同樣也可用多根導線同時來經過磁場，將導線制成多匣線圈就會增大感應電勢及總電流。一個典型的交流發電機的定子繞組，有3個線圈互成120°間隔開來。當轉子旋轉時，由轉子產生的磁場“切割”線圈，便會產生3個脈沖電壓，時間上相互間隔120°相位。若要獲得波動小的電流，最好轉子每轉一圈能產生更多的脈沖電壓，因為這表示電壓的平均值更高。 另外一個增大交流發電機輸出的途徑便是增加磁體數量。一個典型的Lundell爪極式轉子，正中是一個線圈，兩旁各有6或7個磁極。爪極上的指齒嚙合在一起，這樣彼此相隔的每個爪形磁極便與線圈的不同端相連。當電流通過線圈，就會產生一個由爪極導引著環繞線圈的磁場。如果繞著轉子數一數，就會發現共有12或14對南北磁極，而每一個磁極均代表著又一個磁體，所產生的磁通將對定子繞組進行“切割”。 時間因素也是很重要的。進行“切割”的時候，磁力線或導線運動得越快，輸出的電勢就越高。因此應認真選取交流發電機和諧波平衡器的滑輪尺寸，使交流發電機以兩至三倍于發動機轉速的速度旋轉，這樣做可以確保在發動機空轉時交流發電機也能保持不錯的性能。 正如先前提到的，當電流通過一根導線時會產生一個磁場，而磁場的強度與電流的大小成比例。通過檢測電池電壓及調節通過轉子的電流大小，電壓調節器就可以控制交流發電機的輸出。故增減轉子上的電流都會改變到電磁體與定子線圈互相作用的強弱關系，而Lundell爪極式轉子的一大優勢就是只要一截斷通往磁場或轉子線圈的電流，輸出(電壓)便會歸零。 事實上，交流發電機受到一些性能上的限制，因許多實際因素，交流發電機的最大輸出被限制在200A電流或3000W功率左右。雖然這看起來電流似乎很大，但只要你瞧瞧今天的汽車，就會明白確實需要更大的電流，尤其在空轉的時候。 前面曾說過，磁極運轉越快，產生的感應電流就越大。與此相反的一面，發動機空轉或汽車低速行駛時，發電機的輸出最低。不巧的是，這時恰恰可能對電流有最大需求。舉個例子來說明：不妨假想你在一個雪夜里準備將一輛現代化的汽車停放。這時發動機在空轉工況附近工作，燈光、空氣壓縮機及后背防霧器都打開了，風擋雨刷也在工作，但仍需要有更多的動力來供給電子動力轉向系統。由于發電機輸出的所有可用功率都被占用著，剩下唯一能為動力轉向系統提供動力的來源就只有蓄電池本身了。而當駕駛員將發動機熄火時，蓄電池就會被欠壓充電，這卻是不希望發生的，因為蓄電池長期充電不足，工作壽命會縮短。 現在的交流發電機設計都存在著效率不很高的問題，一個典型Lundell爪極式轉子發電機效率只有大約50%。這意味著要用大約6000W的功率來驅動交流發電機，而輸出只有200A電流(3000W的功率)。糟糕的是，損耗的功率就會轉化成熱量積聚在發電機里，加上發動機艙溫度原本就很高，所以一定要將熱量散發掉。 那么，怎樣使交流發電機效率更高、輸出功率更大、產生熱量更少呢?另外尤為重要的是在發電機轉速相對較低時，輸出越大越好。下面便是關于交流發電機的制造商們怎樣做到這一點的。 第一步就是探尋出效率低的原因。只要看一看爪極式轉子你就會知道并不值如此大費周折，一根軸、一對爪形磁極、線圈組加上集電環就足以構成整個轉子了。問題是這種設計存在漏磁現象，并非所有的磁通都用來“切割”線圈以獲得最大的電流輸出，其中一些漏了出來，做了無用功。 一個解決的辦法就是采用Hybrid轉子。一般的轉子爪極間空無一物，而Hybrid轉子在爪極間裝了一個永久磁鐵。磁通從磁鐵出來進入瓜極，通過轉子心軸及磁鐵另一面的爪極回到磁鐵。永久磁體填充了爪極間隙后，轉子繞組產生的磁通就不會泄漏走了。這就迫使更多的磁通從轉子進入定子繞組，從而提高了交流發電機的輸出效率。 這種方案可以將原來的效率在50%的基礎上提高20%。這樣交流發電機總效率為60%時，只需用5000W的功率，大約為4474W就可以產生與原來同樣大的輸出，附帶的一個好處是必須散發掉的熱量還不到1000W。 發電機改進的第二步必然是在發電機四周裝上水套，并與發動機冷卻系統相連。這樣做很有益處。由于真正起冷卻作用的是水套，所以不必硬是要將交流發電機置于進入發動機艙的冷空氣流中。而且水套降低了發電機升溫或冷卻的速度，有利于提高發電機的耐用性。這是因為急劇的溫度變化對膨脹與收縮速率不同的材料很不利，而采用水套則消除了這一顧慮。 水套自然還有其它的優點。例如：Visteon公司在它的資料里聲稱它的交流發電機可以將近1250W的損耗熱量傳送給冷卻系統，而這股熱量最終在車輛的解凍器和加熱裝置處消耗干凈，被用來幫助清潔風擋和加熱乘員室。所以，冷卻液和發動機能更快地升溫變暖，催化變換器就可以更快地點火，這就大大減少了冷起動時的廢氣排放。 既然效率提高20%就有這么大的作用，那何不追求更高的效率昵?這正是Ecoair公司開發的新型交流發電機的關鍵技術所在。Ecoair公司所設計的這種發電機將在今年晚些時候投入生產，主要應用在急救車一類的車輛上，因為在急救車上，閃光燈、車用醫療設備等的工作需要大量電力。Ecoair的基本觀念可應用于所有車輛，包括雙動力型汽車，并且這種發電機理論上也適用于將于2003年面世的42V電子系統。 Ecoair公司的發電機，在其中的某個設計中，轉子實際上由兩個并排裝在轉子心軸上的獨立部分組成，其中之一裝上永久磁鐵形成12個磁極，而磁鐵及周圍金屬本身就有磁力，并不依賴轉子電流；轉子組件的另一半是一個繞組線圈，線圈與極靴之間存在一定的裝配關系。 Ecoair交流發電機有三種獨立的操作模式。低轉速時，轉子的永久磁鐵部分引起定子中的電流，起動操作時，永久磁鐵與繞組線圈都會產生最大磁通，而使發電機產生最大輸出。因此電磁鐵總帶來一些問題，即必要時，你怎樣切斷電流或減少磁通來降低電力輸出?為了解決這一問題，采用第三種模式來操作Ecoair交流發電機，這種模式被稱為“補償”(buck)式，下面便是它的工作原理。 當輸出的電流超過了電子系統的需求時，首先使通過轉子線圈部分的電流降低至零。若輸出電流仍然過大，轉子線圈電流的方向就會被轉換。電流反向時，繞組線圈便產生與永久磁鐵相反的磁性而相抵消。這樣，通過控制極性和轉子線圈部分的電流大小，就可能使交流發電機的輸出降至零--同樣的技術亦應用在一種自動防故障的安全電路中。 雖然轉子采用了兩部分的結構形式，且其內部設計錯綜復雜，但也帶來一些意想不到的好處。對于起動電機，復式設計使之獲得80%的高效率。這就是說只需3750W或略低于3730W的功率就可取得一個200安培(3000瓦)的輸出電流。同時，由于驅動發電機的功率和熱損耗都變小的緣故，在一定輸出功率下，發電機的外形尺寸可以做得更小，重量可以更輕等等。另外，在傳統的交流發電機中，其直徑尺寸必須與前后距離相近，而Ecoair的混合式交流發電機可以同老式發電機一樣有一個較長的形體。因為考慮到輔助驅動帶形成的徑向可用空間有限，不可能總是無限地擴大交流發電機的直徑尺寸，所以增加其有效長度倒不失為一個增大輸出的好辦法，還有利于增大驅動帶扭矩及發動機容量。 而這種交流發電機的誘人之處還在于它的燃油經濟性，尤其在空轉或低速運作時。博世公司由一種經驗方法得出交流發電機效率每提高5%，燃油經濟性就會提高大約1%。而戴姆勒?克萊斯勒公司做的對比試驗表明，Ecoair的交流發電機與傳動系的變速箱共同工作在空轉工況時，當輸入不變而輸出功率增加13.4%時，燃油的經濟性能提高5.8%。 交流發電機（變頻器）和充電系統在任何設計問題中的重要性都是不可低估的。若不是因為可用電力受到限制，像電力驅動的水泵、發動機油泵、動力轉向裝置及剎車等具有省油特征的部件，現在就會出現了。不過，或許只需一個高效率、大功率、輸出為42V電壓的交流發電機，就正好搭成一座通往彼岸的堅實橋梁。
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