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von **danile** » Di 11. Sep 2012, 16:32

Hallo,

Zur Zeit beschäftige ich mich noch mit meiner 2,2m Anlage mit einem Scheibengenerator. Da ich gerade aber auf die Laserteile für den Generator warten muss, nutze ich die Zeit, mich mit meinem nächsten Projekt zu beschäftigen- ein Ringgenerator als Versuch, der bei etwa 120U/min 12V erreichen soll. Wenn dieser Generator gut funktioniert, werde ich ihn vielleicht für ein Wasserrad verwenden.

Zur Bauweise:
Die Spulen werde ich wie bei einem Scheibengenerator wickeln, nur eben mit gleich breiten Spulenlöchern innen und außen. In den Spulenlöchern wird sich später Holz befinden, das die Spulen halten soll. Die Spule wird zwischen einer Auflagefläche und einem kleinen Brett, das nach dem Einsetzen der Spule draufgeschraubt wird, eingeklemmt und somit gehalten werden. Später werde ich eventuell noch etwas Epoxydharz verwenden. Dabei sollen die einzigen Teile aus Stahl, die Welle und eventuell die Aufnahme für die Magnete sein, sonst wird alles aus Holz gefertigt. Ich möchte auch nur eine Magnetscheibe verwenden, da diese Bauvariante einfacher ist und auch Ferrit-Magnete verwenden, da diese sehr günstig sind und es auf die Leistung auch nicht an kommt.

Nun meine Fragen:
Welches Verhältnis von Magneten zu Spulen ist optimal, dass die Magnetstellung jeder Phase (3-phasig) gleich ist? Beim Scheibengenerator liegt dieses Verhältnis von 4:3 und ich denke, bin mir aber nicht sicher, dass es hier genauso ist.
Mit welcher Flussdichte kann ich rechnen?- Für den Scheibengenerator habe ich zwar FEMM benutzt, aber ich weiß nicht, wie das bei einer Rundung funktioniert. Zur Abschätzung habe ich die Flussdichte aus dem Scheibengenerator-Tool mit 0,5 und 0,6 multipliziert (mit 0,5 multipliziert, da nur ein Magnetkreis vorhanden ist; mit 0,6 multipliziert, da ich kein Eisen verwenden werde bzw. nur die Magnetaufnahme.

So soll eine Spule aussehen- Kupferlackdraht (rot) und Holz (grau). Die obere, dünnere Platte wird später draufgeschraubt.

Der Generator soll später irgendwie so aussehen- Diese Hölzer mit den Spulen werden dann auf einem entsprechenden Eck (z.B. 9-Eck bei 9 Spulen) draufgeschraubt. Dieses 9-Eck besteht aus mehreren dünneren Schichten, da ich diese so selbst erstellen kann. Das Design tut aber auch nicht zur Sache und ich bin mir auch noch nicht sicher wie es am einfachsten herzustellen ist, aber trotzdem gut aussieht. Das Grüne sollen später die Magnete sein und das Gelbe die Aufnahme für diese.

Ich freue mich über Kritik!

Gruß
Dani

von **Bernd** » Di 11. Sep 2012, 16:55

Hallo Dani und herzlich willkommen hier im Forum.
Das der Generator ganz aus Holz bestehen soll finde ich gut. Immerhin habe ich ja auch schon solche komplett "hölzernen"
gebaut und ich finde es irgendwie immer reizvoll auf das gewohnte zu verzichten und eine andere Lösung ohne Eisen anzustreben.

Was die Höhe der zu erwartenden magnetischen Flussdichte anbelangt so ist das Scheibengeneratortool für die Berechnung
bei deiner Bauform mit einseitiger Magnetbestückung nicht geeignet, auch nicht wenn du den errechneten Wert mit einem
Faktor multiplizierst.
Der Grund ist der das sich das Magnetfeld bei einseitiger Magnetbestückung nicht annähernd homogen verteilt, wie es zwischen zwei
sich gegenüberliegenden Magneten der Fall wäre, sondern völlig anders nämlich mit zunehmender Entfernung zum Magneten stark abnehmend.

Wir haben im Generatorgrundlagenbereich zwei Tools verlinkt mit deren Hilfe du die Höhe des magnetischen Fluss eines
frei stehenden Magneten über seine Oberfläche berechnen kannst.
In der Praxis hat sich gezeigt das ich bei meinen eisenlosen Experimentalgeneratoren mit einseitiger Magnetbestückung
(allerdings Neodymmagnete) im Bereich der Spule mit ca. 0,25 Tesla rechnen konnte.
Tatsächlich erhalten dabei die Spulendrähte die dem Magneten näher liegen eine höhere Flussdichte als die Spulendrähte die
die grösste Entfernung zum Magneten aufweisen. Die 0,25 waren dann der Durchschnitt.

Damit kommen wir zu einem wichtigen Unterschied zwischen Generatoren mit einer oder zwei Magnetrotoren.
Bei nur einseitiger Bestückung ist eine sehr flache, so nahe wie möglich am Magneten platzierte Spule extrem wichtig.
Eine sinnvolle Spulenhöhe wird sich meistens, abhängig von den Magnetdimensionen, bei wenigen Millimetern einstellen.

Da der grundsätzliche Aufbau, so wie du ihn geplant hast, dem eines typischen Scheibengenerators ohne überlappende
Wicklungen entspricht (nur dieses mal in "Rohrform"), gelten hier auch die Regeln für das Verhältnis aus Spulen und Magneten
wenn du einen 3 Phasen Generator bauen willst. 3 Spulen kommen auf 4 Magnete, oder ein Vielfaches davon.
Bei überlappender Spulenbauform sieht es anders aus.

Grüsse

Bernd

von **danile** » Di 11. Sep 2012, 18:21

Hallo Bernd,

Danke für deine schnelle Antwort. Ich werde mal danach suchen und dann die Flussdichte berechnen.
Ich bin mir durchaus bewusst, dass die Flussdichte sehr gering sein wird, weshalb ich entweder mehr Pole verwenden werde oder einen Rückschlussring drehe, wobei ich dann die Spulen anders halten müsste. Ich denke aber, diese Dinge drehen zu lassen ist zu teuer. Deshalb werde ich wahrscheinlich die Magnetaufnahme aus Holz oder Kunststoff auf der Drehbank drehen und einen "Holzkasten" bauen.

Beim Scheibengenerator meiner 2,2m Anlage verwende ich 20 Magnete auf einer Scheibe. Dadurch, dass ich aber eine zweite Scheibe habe, die als Rückschlusscheibe dient, habe ich ein homogeneres Magnetfeld als bei diesem Versuch. Unter anderem steigt so auch die Flussdichte.

Ich dachte mir schon, dass das 4:3 Verhältnis auch hier eingehalten wird, aber ich wollte nur sichergehen. Wenn ich meine Anlage fertig gebaut habe, werde ich mal am Bach schauen, was sich machen lässt und über eine Wasseranlage nachdenken. Ich denke doch, dass recht viel Energie rausgeholt werden kann, ohne wirklich zu wissen, wie groß der Bach ist, da dieses Wasserrad für meinen Kumpel sein soll.

Gruß
Dani

von **Bernd** » Di 11. Sep 2012, 18:58

Eine Bauweise bei der die Magnete nicht auf Eisen sitzen bietet den Vorteil das auch auf der Magnetseite,
die normalerweise auf einer Eisenscheibe/Zylinder sitzt, ein nutzbares Magnetfeld austritt.
Ich habe das bei meinem eisenlosen Multiplexgenerator (der immer noch nicht fertig ist) ausgenutzt in dem
ich auf beiden Seiten der Magnetrotorscheibe Spulen anbringen konnte. So hat man zwei Statoren und nur einen Magnetrotor.

Alternativ könntest du die Magnete ohne Rückschlussring auf dem sie sitzen würden auch als Halbacharray anordnen.
Auch dann verstärkt sich der magnetische Fluss oberhalb der Magneten, auch ohne Eisen unter den Magneten.
Der Nachteil ist das man mehr Magnetmasse einsetzen muss.

P.S.
Eine Platte über den Spulen die diese in Position halten sollen würde ich, auch wenn sie sehr dünn ausfallen würde,
wenn es irgend geht vermeiden, da auch wenige zehntel Millimeter mehr Abstand zwischen Magneten und Spulen
bei dieser Bauweise das Ergebnis negativ beeinflussen.

Grüsse

Bernd

von **danile** » Do 13. Sep 2012, 13:47

Hallo,

Die Platte kann ich durchaus auch weglassen. Dann muss ich eben zum Probieren noch ohne Harz auskommen und wenn er dann läuft und zufriedenstellend ist, kann ich die Spulen an die Zähne kleben.
Ich habe bis jetzt vor, Ferritmagnete zu verwenden, da diese sehr günstig sind und die Bedingungen für einen Versuch allemal erfüllen. Wenn der Bach, an dem mein Kumpel ein Wasserrad aufstellen will, durchaus was hergibt und sein Geldbeutel auch mitspielt, werde ich Neodym-Magnete verwenden, da man dann weniger Kupfer benötigt, da der Umfang des Spulenloches größer ist und man weniger Wicklungen braucht, was dem Drahtdurchmesser zu Gute kommt und dem Innenwiderstand ebenso.

Gruß
Dani

von **tomlongstone** » Sa 27. Sep 2014, 23:47

: VAWT Mini; VAWT Mini D.jpg (230.91 KiB) 12041-mal betrachtet

: VAWT Midi; VAWT Midi D.jpg (226.74 KiB) 12041-mal betrachtet

: VAWT Maxi; VAWT Maxi D.jpg (270.06 KiB) 12041-mal betrachtet

Hallo Freunde, Ich bin neu hier aber erlaube mich euch so zu nenne, da wir al gleichen Strick ziehen, äh, Generator drehen.
Ich baue auch schon seit einigen Jahren VAWTs und war dann stets von der Leistung der eingesetzten Generatoren enttäuscht.
Daher habe ich auch angefangen Scheibengeneratoren zu bauen und bin dann zu "Topfgeneratoren" übergegangen. Ich nenne sie so aber ihr nennt sie Ringgeneratoren. Ist Ja wurscht jedenfalls Hab ich zu einigen Fragen, die bei mir beim Basteln auftauchten, keine Antworten auf dem Internet gefunden.

Ich werde mich hier also mal einklinken und ein paar meiner Fragen (und Erkenntnisse) zum besten geben.
Zuerst aber mal ein ganz grosses Bravo und Dankeschön und Halleluija für all die Arbeit , die ihr hier leistet. Sie hat mir auch schon sehr viel geholfen.
Über mich: Also ich bin in der Schweiz wohnhaft, in Bern aufgewachsen (Das ist die Hauptstadt der Schweiz ;-)

und lebe jetzt etwas ausserhalb. Hab mal Elektronikmechaniker gelernt, kann aber keine komplexen Schaltungen mehr entwickeln. Bin eher der Trial and Error-Typ, der vor allem Errors fabriziert. Mein bisher grösstes VAWT (VAWT "Maxi") hat nen Durchmesser von 120cm und ne Flügelhöhe von 80cm. Ichhabe zur Zeit C-Rotor Flügelprofile dran. Wäre schon froh wenn ich mit dem Ding ca 50-100W att rausholen würde (möglichst bei 5m/s) um die Leistung meines einzelnen Solarpanels zu ergänzen. Ich baue nur kleine Inselanlagen und speichere in Bleigel- Akkus 12V. Ich bin an Netzeinspeisung nicht interessiert. (Denen gönn ich nichts!)
Ich häng mal ein paar Bilder an, damit ihr seht was ich so zusammengebastelt habe.
Liebe Grüsse und immer viel Rückenwind euch allen
Tom

von **Bernd** » So 28. Sep 2014, 07:39

Hallo Tom und herzlich willkommen.
Interessante Rotoren hast du da gebaut, aber die Generatoren erkenne ich auf den Fotos gar nicht.
Eins fällt mir auf.
Bei dem kleinen Rotor hast du, auf den Umfang bezogen, eine relativ große Fläche mit Flügeln abgedeckt, das ist gut so.
Beim mittleren aber insbesondere beim großen Rotor ist das Verhältnis aus "Flügel zu kein Flügel" auf dem Umfang eher ziemlich ungünstig.
Ich will damit sagen wenn man bei einem Widerstandläufer wie dem C-Rotor ein und denselben Flügel nur an längeren Tragarmen montiert wird sich an der
Ernteleistung kaum etwas ändern. Die Abdeckung an Flügelfläche auf dem Rotorumfang muss immer einen bestimmten Wert entsprechen.
Der Grund ist das auch der Flügel selbst mitwachsen muss damit sich das Drehmoment stark genug erhöht.

Bei 5m/s wirst du leider keine 50 bis 100Watt ernten können, egal mit welchem Windradtyp.
Das hat physikalische Gründe denn bei 5m/s enthält der Wind nicht sehr viel Energie und
dein größtes Modell hat ja immerhin auch nur unter 1m² Erntefläche.
Der Wind selbst führt in einem Quadratmeter bei 5m/s aber nur ca. 76 Watt mit sich, von denen du prinzipbedingt nur einen Bruchteil ernten kannst.
Dein größter Rotor mit den verhältnismässig zu kleinen C-Rotorflügeln wird da geschätzt nie mehr als 10% von ernten können eher weniger.
Das ergebe dann eine Ernteleistung von ca. 5 Watt, also 10 bis 20mal weniger als du Dir erhoffst.
Daran ist dann nicht der Generator schuld sondern die Physik.

Grüsse

Bernd

von **Ekofun** » So 28. Sep 2014, 10:34

Hallo Tom,

wie schon Bernd gesagt hat,Fläche ist zu klein um bei 5 m/s Wind auf 50 oder 100 W zu kommen.Windradfläche für 50W bei Wind von 5m/s sollte 2,73 m^2 und für 100 W 5,5 m^2 sein.
Probe:
P = v^3 * 0,61 * 0,24 * 2,73 m^2 = 125 * 0,61 * 0,24 * 2,73 = 49,99 W,und
für 100 W: = 125 * 0,61 * 0,24 * 5,5 = 100,6 W
Fläche ist Durchmesser * Höhe bei vertikalen Windräder,bei H-Räder ist sie: D^2 * 3,14 / 4

Leider Physik kann man nicht überlissten.

Grüße

Ekofun

von **tomlongstone** » Di 30. Sep 2014, 02:39

Hallo Bernd und Kollegen,
Danke fürs Feedback. Ja, Du hast richtig beobachtet. An meinem VAWT „Midi“ und „Maxi“ sind z.Z. keine Generatoren montiert (bzw. noch keine oder keine mehr).
Am VAWT „Mini“ jedoch schon. Und den werd ich weiter unten genau beschreiben.

Noch zu Deiner Bemerkung wegen dem Verhältnis Flügel kein Flügel. Ich habe mich an den Erfahrungswerten von kleinwindanlagen.de orientiert, und das Verhältnis 1 zu 2 eingestellt. D.h. ein Flügel gefolgt von 2 Flügelbreiten Lücke- Oder anders gesagt eine Flügelbreite entspricht (bei Dreiflüglern) einem 9tel des Kreisumfangs. Bei meinem VAWT „Mini„ ist das Verhältnis fast 1:1. Ist das wirklich besser?

Zu deinem zweiten Hinweis: Dass ich mit meinen Windernteflächen keine 100Watt bei 5m/s rausholen werde, ist mir schon klar. War nur etwas Wunschdenken oder Träumerei. Dass es aber mit gar keinem Windradtypen möglich sein soll, bin ich nicht ganz einverstanden. Wenn ich von einem Gesamtwirkungsgrad von 10 Prozent ausgehe wird mein Windrad, welches mir bei 5m/s 100Watt liefert einfach ca. 10mal so gross. (z.B 10m2 Winderntefläche.) Ist aber natürlich schon etwas „unhandlich“. ;-)

Nun zu meinem „Kings-Generator“. (Warum ich den so nenne, wird auf den angehängten Fotos klar.)
Ich habe ihn in Topfform gebaut, aber die Erkenntnisse bezüglich der Anordnung der Magentrückschlussbleche (bzw. Magnetträgerbleche) gelten wohl auch für Scheibengeneratoren. Seht euch zuerst die Fotos „08 Variante 1“ und „09 Variante 2“ an. Die grafischen Darstellungen zeigen die Abwicklung eines Scheibengenerators von der Seite. „Variante 1“ der Anordnung der Magnetträgerbleche entspricht dann bei der Topfgeneratorform dem Foto „07 Variante 1“.Und Variante 2 dem „Foto 06 Rotor komplett Variante 2“. Interessant sind dann die Messergebnisse auf dem Bild „11 Messkurve“. „Variante 2“ fällt in allen Punkten besser aus!

Um etwelchen Hinweisen gleich zuvorzukommen: Ja, ich habe bemerkt, dass ich auf der AC-Seite mit Vpp (bzw. Vss = Volt von Spitze zu Spitze) gerechnet habe, anstatt mit dem Effektivwert der Sinusspannung. Kommt daher, dass ich den Wert auf meinem digitalen Speicheroszilloskop abgelesen habe, anstatt mit einem TRMS-Messgerät zu arbeiten. Die Aussage bleibt aber die gleiche und ist vermutlich auch für euch interessant:
Bei einer mäanderförmigen Magnetflusslinie, an welcher stets alle im Generator vorhandenen Magnete beteiligt sind, ist eine Leistungssteigerung herauszuholen!
Bitte überprüft -wenn ihr die Möglichkeit bei euren Generatoren dazu habt- ob diese, meine Aussage so stimmt, oder ob ich irgendwo einen Denk- oder Messfehler mache. Sänks ä lot. Tom