Kleiner und leichter Generator für Savonius-Rotor gesucht!

Kleiner und leichter Generator für Savonius-Rotor gesucht!

Beitragvon akaNille » Mi 6. Apr 2016, 21:43

Hallo,
ich habe mir in den Kopf gesetzt einen kleinen, leichten und transportablen Savonius-Windgenerator zu entwickeln.
Das Ganze ist für den Outdoor-Bereich gedacht und soll in der Lage sein USB-Geräte zu laden.

Die Größe des Rotors beträgt zur Zeit ca. 100cm Höhe bei 60cm Durchmesser, wobei die Rotorgröße bei Bedarf noch etwas verändert werden könnte.
Mein Ziel ist es bei einer Windgeschwindigkeit von 5m/s eine Leistung von ca. 5 Watt zu erzielen, wobei der Rotor schon bei niedrigeren Windgeschwindigkeiten anlaufen sollte (natürlich mit entsprechend verminderter Leistung).
Nach einfachen Berechnungen dürfte die Drehzahl bei ca. 110 U/min liegen (Windgeschwindigkeit 5m/s).

Daher meine erste Frage:
Welche Art von Generator kann ich für mein Vorhaben verwenden? Ich habe bereits mit einigen Schrittmotoren (Nema 17, Nema 11), sowie einem 12V DC Getriebemotor experimentiert, aber komme nicht so richtig weiter. Zusätzlich hätte ich noch ein par Außenläufer (3 Phasen) zur Hand, die ich ausprobieren werde. Wonach sollte ich suchen? Hohe Polzahl? Möglichst hoher Nennstrom?
Um das Ganze noch etwas schwieriger zu machen, sollte die Bauform des Generator so klein und leicht wie möglich sein.

Inzwischen überlege ich auch einfach einen hochwertigen Nabendynamo zu verwenden, obwohl ich eigentlich gehofft hatte etwas deutlich leichteres und kleineres zu finden.
Was bisher auch einigermaßen funktioniert hat: Ein 24V Maxon-Getriebemotor mit 19:1 Übersetzung. Der liefert mir bei 150 RPM und einem Lastwiderstand von 20 Ohm exakt 5W.
Oder was eventuell auch noch in Frage käme, wäre ein Gimbal-Motor. Diese Motoren sind Brushless Outrunner und es gibt sie schon ab 7 KV (dann allerdings auch schon relativ groß und schwer).

Um später mit dem Generator USB-Geräte oder eine integrierte Lithium-Batterie laden zu können, würde ich gerne den Adafruit Powerboost 1000c verwenden:
https://www.adafruit.com/products/2465
Zusätzlich bräuchte ich noch ein Buck- oder Boost-Converter, um die Eingangsspannung zu regeln. Und genau hier stellt sich meine zweite Frage:
Wie reguliere ich die Spannung zwischen dem Generator und dem Adafruit-Board bzw. dem vorgeschalteten Converter?
Kann ich einfach einen passenden Widerstand vorschalten, um die Spannung entsprechend zu erhöhen? Oder kann ich das Verhältnis von erzeugter Spannung und Stromstärke sonst irgendwie regulieren?

Bin für jede Hilfe dankbar!
akaNille
 
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Re: Kleiner und leichter Generator für Savonius-Rotor gesuch

Beitragvon herbk » Do 7. Apr 2016, 07:44

Hi akaNille,

erst mal ein "willkommen im Forum", und ein Lob gleich hinterher:
Endlich mal jemand wo man beim lesen der Frage das Gefühl hat "der hat sich schon in die Thematik eingelesen". :D :D

Von der Rotorseite denke ich liegst Du in einem realistischem Bereich, dass es beim Geni mit Deiner Wunschlösung (klein und leicht) klappt, da bin ich aber etwas skeptisch.
Hast Du mal das Drehmoment gemessen, dass der Getriebemotor erfordert? ich denke nicht dass Dein Rotor das liefern kann.

Versuche es mit Motoren die für hohe Spannungen ausgelegt sind. Je höher die Spannung, je weniger Drehzahl benötigen sie für 5V. Allerdings haben solche Motore dann einen sehr hohen Innenwiderstand, was zu hohen Verlustleistungen und hoher Wärmeentwicklung führt. Du wirst die 5W (1A bei 5V) deshalb nicht dauerhaft entnehmen können ohne dass Dir das Teil abraucht...

Wie viel Leistung aus einem Gimbalmotor zu holen ist, kann ich Dir sagen, wenn der "Chinamann" geliefert hat. ;) Ich hab einen 90KV bestellt, der eigentlich bald da sein müsste.


Das Ganze ist für den Outdoor-Bereich gedacht
ahäm... Sind Windräder nicht generell outdoor?? Bei mir zu Hause zieht es jedenfalls nicht genug um so ein Teil indoor zu betreiben... :lol: :lol: ;) Ich unterstelle mal, dass Du eher einen "mobilen Einsatz" meinst....

Solche Konzepte kenne ich einige, als Studienprojekt OK, aber der praktischer Nutzen tendiert gegen 0, weil Windenergie für den mobilen Einsatz vieeeel zu sperrig/aufwändig und unzuverlässig ist (außer Du planst eine Polarexpedition im Winter, da helfen Dir die 5W aber auch nicht wirklich... :lol: :lol: ) denn zumindest in den Regionen in denen ich üblicherweise unterwegs bin habe ich nach Sonnenuntergang genau so wenig Wind wie Sonne...

Wenn Du mobil Dein Handy laden willst, dann "papp" (klebe) Dir 3 Solarzellen auf die Mütze oder bastle eine verkleinerte "Stromboje" die Du in einen Bach hängen kannst, das ist zuverlässiger... ;) ;)
Gruß Herbert
herbk
 
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Re: Kleiner und leichter Generator für Savonius-Rotor gesuch

Beitragvon Bernd » Do 7. Apr 2016, 07:57

Hallo Akanille, was war denn an dem Maxxon Getriebemotor falsch? Ich meine wenn der schon bei 150U/min die erwünschte Leistung erzielt, warum
nutzt du diesen dann nicht ? Wenn es ein eisenloser Motor ist, dann dürfte auch das Anlaufmoment klein genug sein.

An einem Nabendynamo stört dich vermutlich das Gewicht. Davon abgesehen ist es aber ein einfacher, komplett fertiger und robuster Generator.
5W kriegst du aus einem Nabendynamo aber nur raus wenn du ihn bei weit größerer Spannung als 6V einsetzt, z.B. bei 12V.
Das geht auch weil die Spannung abhängig von der Drehzahl ist. Der Strom bleibt immer gleich und beträgt ca. 0,5A.

Aber eigentlich finde ich die Idee eines eisenlosen Getriebemotors nicht schlecht. Bin gespannt warum du den Maxxon nicht weiter einsetzt.


Grüße

Bernd
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Re: Kleiner und leichter Generator für Savonius-Rotor gesuch

Beitragvon herbk » Fr 8. Apr 2016, 18:35

Hi akaNille,
der "Gimbalmotor" ist da, - und nach einem ersten primitiven Test mit dem Akkuschrauber muss ich sagen: ich bin begeistert. Leerlaufspannung bei 320 U/min 9,2V, Kurzschlußstrom bei gleicher Drehzahl (nicht ganz, der Geni bremst dann ja) 0,85A. Das Rastmoment ist auch weit kleiner als ich es erwartet habe, alles in allem besser zum als Kleingeni geeignet als gedacht.

http://www.ebay.de/itm/351657900692?

Messwerte (Phasenwiderstand, Rastmoment) liefere ich noch nach...
Gruß Herbert
herbk
 
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Re: Kleiner und leichter Generator für Savonius-Rotor gesuch

Beitragvon Ekofun » Fr 8. Apr 2016, 20:57

Hallo Herbert,

was ist das "Gimbalmotor"? Technische Daten habe nicht gefunden in Link.Hat drei Anschlußdrähte,oder habe mich geiert.

80-90 KV, bedeutet das 80000 - 90000 V?? :o :o

Grüße

Ekofun
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Re: Kleiner und leichter Generator für Savonius-Rotor gesuch

Beitragvon herbk » Fr 8. Apr 2016, 22:10

Hi Ekofun,
nein, keine 9000V :lol: KV ist bei Bürstenlosen Motoren im Modelbaubereich die Abkürzung für Umdrehungen je Volt. Aus welcher Sprache das kommt, dass KV dazu passt, habe ich auch noch nicht ergründet....
Auf Deutsch heißen die Motore "bürstenlose Gleichstrommotore", wo aber genauso unergründlich ist weshalb. Technisch sind das nichts anderes als permanenterregte Synchronmaschinen, - Du deutest die 3 Anschlussdrähte also richtig. :) Angesteuert werden Sie durch eine Elektronik, die aber etwas anders arbeitet als ein Frequenzumrichter.

Bei den Modellbauleuten ist ein Gimbal eine steuerbare Kamerahalterung, dafür ist dieser Motor eigentlich gemacht (gewickelt). "Besonders" ist dabei aber nur, dass er relativ viele Windungen pro Spule hat und dadurch mit wenig Spannung auskommt.
Gruß Herbert
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Re: Kleiner und leichter Generator für Savonius-Rotor gesuch

Beitragvon akaNille » Sa 9. Apr 2016, 18:12

Erstmal vielen Dank fürs mitdenken und die Hinweise.
Und ja, das ganze ist tatsächlich ein Studienprojekt und mit "Outdoor-Bereich" meinte ich natürlich nicht einfach "draußen" (blöd formuliert :D ), sondern mobiler Einsatz unter verschiedenen Bedingungen. Für den Rotor habe ein recht gutes Konzept, was ich in seiner Art auch bisher noch nicht gesehen habe. Gerne poste ich dazu auch ein par Bilder, wenn das Projekt etwas weiter fortgeschritten ist.

Zum Maxon-Getriebemotor:
Ich konnte das Drehmoment leider noch nicht messen, allerdings kommt es mir im Vergleich zu den anderen Motoren die ich zur Hand hatte sehr viel größer vor. Von der Leistung ist der durchaus für solche Anforderungen ausgelegt, hat laut Hersteller eine Nennleistung von 10 Watt.
Warum benutze ich ihn dann (womöglich) nicht weiter: Wie gesagt, "gefühltes" Drehmoment und der Preis. Ich habe meinen Motor günstig bei eBay bekommen, aber neu dürfte das Teil mit Getriebe 200-300€ kosten. Für ein einzelnes Windrad vielleicht noch verkraftbar, allerdings völlig unrealistisch, wenn man darüber nachdenken würde das Windrad in Kleinserie zu produzieren.
Dazu kommt, dass sich ein Motor mit Hohlachse (wie beim Nabendynamo oder auch bei einigen Gimbal-Motoren) sehr viel besser in meinen Entwurf integrieren ließe.
Aber mal schauen, völlig ausschließen würde ich ihn trotzdem noch nicht.

Zum Gimbal-Motor:
@herbk: Deine Werte sind in der Tat ziemlich beeindruckend. Das wären ja bei 320 U/min knapp 8 Watt Leistung. Oder bricht die Spannung ein, sobald du ihn kurzschließt?
Könntest du bei Gelegenheit mal schauen, was der bei 150 U/min bringt?
Bei meinen Test schnitt mein Gimbal-Motor mit geschätzten 60 KV da leider viel schlechter ab. An einem 20 Ohm Lastwiederstand sah das so aus:
150RPM: 1,6V (0,1W)
770RPM: 9V (4,05W)

Zum Nabendynamo:
Ich habe mir inzwischen einen bestellt und werde damit nächste Woche erste Versuche machen. Die Anforderungen an den Nabendynamo und an meinen "Wunschgenerator" sind wirklich recht ähnlich. Ich hätte es zwar gerne kleiner und leichter, aber die Konstrukteure der Nabendynamos wahrscheinlich auch, wenn es ginge.
@Bernd: Wieso bleibt der Strom eigentlich bei max. 0,5 A? Hatte das auch schon an anderer Stelle gelesen.
Und zum Verständnis: Wenn ich an den Nabendynamo ein Spannungsregler dranhänge, der mir bei einer Eingangsspannung von 2,7 - 11 V immer konstant 5 V Ausgangsspannung liefert, dann müßte doch die Ausgangs-Stromstärke von den 0,5 A abweichen, oder?

Bis hierhin schonmal vielen Dank.
akaNille
 
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Re: Kleiner und leichter Generator für Savonius-Rotor gesuch

Beitragvon Bernd » Sa 9. Apr 2016, 18:50

Hallo Akanille, im Kurzschlussfall ist die Generatorspannung natürlich 0 Volt.
Was bringt einem dann die Messung des Kurzschlusssstroms und der Leerlaufspannung?
Sie ergeben zusammen die Kurzschlussleistung und ca. 1/4 davon kann man als Nutzleistung erwarten, eher etwas weniger.

Die 0,5A sind durch die Bauart bedingt und gesetzlich so gefordert.
An einer definierten Last von glaube ich 12 Ohm muss sich eine Spannungskurve einstellen die innerhalb bestimmter Grenzen verlaufen muss.
Das soll bei den (bislang) üblichen Glühbirnen bei Fahrrädern dazu führen das schon relativ schnell Licht zur Verfügung steht, die Birnen bei schneller
Geschwindigkeit aber nicht gleich durchbrennen.

Ja wenn du einen Spannungswandler verwendest dann sollte mit herabgesetzer Spannung auch der Strom ansteigen.
Bei ganz einfachen Spannungsreglern wird aber nur die Spannung reduziert.


Grüße

Bernd
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Re:wiso-weshalb und warum.

Beitragvon Famzim » So 10. Apr 2016, 15:19

Hallo aka Nille

Bernd hat ja schon die Ergebnisse etwas erklärt, über zusammenhänge von Spannung und Strom im Lasstfall.
Viel interessantes gibt es noch hier:
http://www.rc-network.de/forum/showthre ... Generator-!
Wenn es dazu noch Fragen gibt ? immer her damit .

Gruß Aloys.
Famzim
 
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