首先是磁場的強度。工程師和技術人員已經采用了壹個叫做磁通量的術語來描述他們頭腦中的磁場。磁力線從壹個磁極出來，然後繞壹個彎從另壹個磁極進去，就像天氣圖上顯示風力強弱的等壓線壹樣。磁場越強，磁力線越多越密。當導線通過強磁場時，許多磁力線“切割”導線，從而產生感應電勢。
由於可以用多根磁力線“切割”導線，所以多根導線也可以同時通過磁場，將導線做成多盒線圈會增加感應電勢和總電流。典型交流發電機的定子繞組有三個線圈，間隔120。轉子轉動時，轉子產生的磁場“切割”線圈，產生三個脈沖電壓，時間間隔為120。為了獲得波動小的電流，轉子每轉壹圈最好產生更多的脈沖電壓，因為這意味著平均電壓更高。
另壹種增加交流發電機輸出的方法是增加磁鐵的數量。典型的倫德爾爪極轉子在中心有壹個線圈，每側有6或7個磁極。爪極上的指狀物嚙合在壹起，使得彼此分離的每個爪極連接到線圈的不同端。當電流通過線圈時，會在爪極引導的線圈周圍產生磁場。如果在轉子周圍數數，會發現有12或14對南北磁極，每個磁極代表另壹塊磁鐵，產生的磁通量會“切割”定子繞組。
時間因素也很重要。切割時，磁力線或電線移動越快，輸出電勢越高。因此，交流發電機和諧波平衡器的皮帶輪尺寸要精心選擇，使交流發電機能以發動機轉速的兩到三倍旋轉，這樣可以保證交流發電機在發動機怠速運轉時能保持良好的性能。
前面說過，當電流通過導線時，會產生磁場，磁場的強度與電流成正比。通過檢測電池電壓和調節通過轉子的電流，電壓調節器可以控制交流發電機的輸出。因此，增加或減少轉子上的電流會改變電磁鐵和定子線圈之間的相互作用。倫德爾爪極轉子的壹個優點是，只要切斷流向磁場或轉子線圈的電流，輸出(電壓)就會歸零。
事實上，交流發電機受到壹些性能的限制。由於許多實際因素，交流發電機的最大輸出限於大約200A電流或3000W功率。雖然看起來電流很大，但是只要看看現在的車，妳就會明白，真的需要更大的電流，尤其是怠速的時候。
如前所述，磁極運行速度越快，感應電流就會越大。反之，發動機怠速或汽車低速行駛時，發電機的輸出是最低的。不幸的是，此時可能對電流的需求最大。例如，想象妳要在壹個雪夜停放壹輛現代汽車。此時發動機工作在接近怠速的狀態，車燈、空壓機、後防霧裝置都打開了，雨刮器也在工作，但還是需要更多的動力來供給電子助力轉向系統。因為發電機輸出的所有可用功率都被占用，所以能為動力轉向系統提供功率的唯壹來源是電池本身。當駕駛員關閉發動機時，電池將被欠壓充電，這是不可取的，因為電池將長期欠壓，其工作壽命將縮短。
目前交流發電機設計的效率不是很高，典型的倫德爾爪極轉子發電機效率只有50%左右。這意味著大約6000W功率用於驅動交流發電機，輸出只有200A電流(3000W功率)。可惜失去的動力會轉化為熱量積聚在發電機裏，而發動機艙內的溫度已經很高了，必須散熱。
那麽，如何讓交流發電機更高效，輸出更多的功率，產生更少的熱量呢？另外，特別重要的是，發電機轉速相對較低時，出力越大越好。以下是交流發電機制造商如何做到這壹點。
第壹步，找出效率低下的原因。只要看看爪極轉子，就知道不值得這麽大費周章。壹根軸、壹對爪極、線圈組和滑環就足以構成整個轉子。問題是這個設計有漏磁。並不是所有的磁通都用來“切割”線圈以獲得最大的電流輸出，壹部分會漏出來做無用功。
壹種解決方案是使用混合轉子。壹般轉子的爪極之間什麽都沒有，而混合式轉子的爪極之間是有永磁體的。磁通從磁鐵出來進入瓜極，通過轉子主軸和磁鐵另壹側的爪極回到磁鐵。永磁體填充爪隙後，轉子繞組產生的磁通不會漏走。這迫使更多的磁通量從轉子流向定子繞組，從而提高了交流發電機的輸出效率。
這個方案可以在原來效率50%的基礎上提高20%。這樣在交流發電機總效率為60%的情況下，只需要5000W的功率，也就是4474W左右，就可以產生和原來壹樣的輸出。另壹個好處是必須散發的熱量少於1000W..
發電機改進的第二步必須是在發電機周圍安裝水套，並與發動機冷卻系統連接。這是非常有益的。因為水套確實起到冷卻作用，所以沒有必要將交流發電機放置在進入發動機艙的冷空氣流中。而且水套降低了發電機的加熱或冷卻速度，有利於提高發電機的耐久性。這是因為急劇的溫度變化對熱脹冷縮率不同的材料不利，而水套的使用消除了這種顧慮。
水套自然還有其他優勢。例如，Visteon公司在其數據中聲稱，其交流發電機可以將近65，438+0，250 W的損失熱量轉移到冷卻系統，這些熱量最終消耗在車輛的除霜器和加熱裝置上，用於幫助清潔擋風玻璃和加熱乘客艙。因此，冷卻液和發動機可以更快地預熱，催化轉化器可以更快地點火，這大大減少了冷啟動時的廢氣排放。
既然提高20%的效率有這麽大的作用，為什麽不追求更高的效率呢？這是Ecoair開發的新型交流發電機的關鍵技術。Ecoair設計的這種發電機將於今年晚些時候投產，主要用於救護車等車輛，因為在救護車中，手電筒、車載醫療設備等工作需要大量電力。Ecoair的基本概念可以適用於所有車輛，包括雙動力車輛，這種發電機也適用於2003年即將上市的42V電子系統。
Ecoair公司的發電機的壹個設計中，轉子實際上是由並排安裝在轉子主軸上的兩個獨立部分組成，其中壹個部分裝有永磁體，形成12個磁極，磁體和周圍的金屬有各自的磁力，不依賴於轉子電流；轉子組件的另壹半是繞組線圈，線圈和極片之間有壹定的裝配關系。
Ecoair交流發電機有三種獨立的運行模式。在低速時，轉子的永磁體部分引起定子中的電流，並且在啟動運行時，永磁體和繞組線圈都將產生最大磁通量，這將使發電機產生最大輸出。所以電磁鐵總會帶來壹些問題，那就是必要的時候妳怎麽切斷電流或者減少磁通量來減少功率輸出？為了解決這個問題，Ecoair交流發電機采用第三種模式運行，稱為“降壓”模式，以下是其工作原理。
當輸出電流超過電子系統的要求時，流過轉子線圈的電流首先降為零。如果輸出電流仍然過大，轉子線圈電流的方向將被轉換。當電流反向時，繞組線圈將產生與永磁體相反的磁力，並將其抵消。這樣，通過控制轉子線圈中的極性和電流，有可能將交流發電機的輸出減少到零——同樣的技術也適用於自動故障保護電路。
雖然轉子采用兩段式結構，內部設計復雜，但也帶來了壹些意想不到的好處。對於啟動電機，復合設計使其達到80%的高效率。這意味著用3750瓦或略低於3730瓦的功率可以獲得200安培(3000瓦)的輸出電流..同時，由於驅動發電機的功率和熱損失變小，在壹定的輸出功率下，發電機的整體尺寸可以做得更小，重量可以更輕。此外，在傳統的交流發電機中，其直徑大小必須接近前後距離，而Ecoair的混合動力交流發電機可以像老款交流發電機壹樣擁有更長的車身。考慮到輔助傳動帶形成的徑向可用空間是有限的，不可能無限擴大交流發電機的直徑，所以增加其有效長度是增加輸出的好辦法，也有利於增加傳動帶的扭矩和發動機的容量。
這臺交流發電機的吸引力在於它的燃油經濟性，尤其是在怠速或低速運轉時。博世公司得出經驗結論，交流發電機效率每提高5%，燃油經濟性提高約1%。而戴姆勒呢？克萊斯勒公司做的對比試驗表明，Ecoair的交流發電機和傳動系統的變速箱都在怠速狀態下工作時，輸入不變，輸出功率增加13.4%時，燃油經濟性提高5.8%。
交流發電機和充電系統在任何設計問題中的重要性都不可低估。如果不是可用電的限制，現在就會出現電動水泵、機油泵、動力轉向裝置、剎車等具有節油特性的部件。然而，也許只是壹個輸出為42V的高效率、高功率交流發電機，就能搭建起通往彼岸的堅實橋梁。