eisenlosen Generator selber bauen ! Ideen sind gefragt !

[arcobär]

Der Ringkerngenerator ist auch eine Erfindung von Walter Thurner.
Die Wirkungsweise kann man bei ihm nachlesen.
Als Ringkern habe ich einen Schnittbandkern von einem großen Stromwandler genommen. Diese Kerne sind auch in den Ringkerntransformatoren verbaut. Es müßte auch ein Ferritkern gehen, nur da sind große schwer zu bekommen und teuer.

Die Wicklungen werden Abschnittsweise direkt auf den Ringkern gewickelt, sicher der schwierigste Akt. Ansonsten will ich ihn ähnlich wie einen Scheibengenerator aufbauen.

Ich habe schon mal probeweise Magnete mit einer Scheibe ganz knapp über dem Kern rotieren lassen und konnte keine magnetische Bremsmomente feststellen, sie drehte sich spielend leicht. Ein Vorteil ist auch, dass der Ringkern keine Pole besitzt.
Geplant habe ich erst mal eine einphasige Ausführung mit 10 Wicklungen und 10 Magneten. Damit läßt sich bei einlagiger Wicklung auch der Luftspalt kleinhalten.
Kompliziert ist auch die Befestigung des Kernes. Durch die Bewicklung geht das nur mit Kleben oder Eingießen.

Gruß Uli

[CFD]

Hallo allerseits,
um Euch (vor allem Wind_Stefan) zu ermutigen, vor der Umsetzung einer Idee in die Realität zuvor ein bischen zu simulieren, habe ich exemplarisch mal die Magnetanordnung von Bernd's Generator mit FEMM simuliert. (Übrigens gibt es hier ein sehr gutes deutschsprachiges Tutorial für FEMM: http://www.michaelgaedtke.de/SubMenu_Tu ... torial.htm )

Nachfolgend die Ergebnisse:
Magnete: Quaderförmig 10mm x 10mm x 5mm, NdFeB Grad 40

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Erste Simulation: Gegenpolig
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gegenpolig 03.gif (53.21 KiB) 6606-mal betrachtet

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Zweite Simulation: Gleichpolig
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gleichpolig 03.gif (42.84 KiB) 6601-mal betrachtet

Was sich aus der Simulation ableiten lässt, ist, dass die gleichpolige Anordnung vielversprechender aussieht als die gegenpolige.
Beim betrachten der Ergebnisse stellen sich sofort folgende Fragen:
1.) Was passiert wenn man den Spalt zwischen den Magneten verkleinert.
2.) Was passiert wenn man in den Spalt zwischen den Magneten Eisen packt.

Gruß CFD

[CFD]

Nachfolgend die Beantwortung der obigen zwei Fragen:

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Gleichpolige Anordnung: 5 mm Luftspalt
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Gleichpolige Anordnung: 2 mm Luftspalt
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Gleichpolige Anordnung: 2 mm Spalt gefüllt mit Baustahl
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Ergebnis:
Mit dem Eisen zwischen den Magneten ist die magnetische Feldstärke ausserhalb größer.
D. h. damit ist dann auch die induzierte Spannung in der Spule höher.
Was jetzt noch zu untersuchen/optimieren ist, ist die dicke des Eisen, so dass es nicht in Sättigung geht.
Das ist jedoch abhängig vom eingesetzten Magnetwerkstoff und vom Eisenwerkstoff.

Gruß CFD

[jb79]

Sehr interessante Berechnungen und schöne grafische Analyse die du da gemacht hast.
Könntest du das Ganze bitte noch mit ringförmig angeordneten Magneten versuchen, dort gibts ja keinen Anfang und kein Ende bei der Anordnung, also müßte das Magnetfeld über den ganzen Radius verteilt immer wieder die gleichen Feldlinien zeigen.

[CFD]

Hallo jb79,
habe mir mal die Mühe gemacht das ganze Ringförmig zu simulieren.
Aber prinzipiell (wenn man bei der geraden Anordnung nur die Pole in der Mitte betrachtet) ändert sich am Ergebnis nichts.

Diesmal habe ich die Geometrischen Abmessungen von Bernd's Versuchsanordnung genommen.

Magnete: 20mm x 5mm x20mm (Quader, Grad 40)
Anzahl Magnete: 32
Aussendurchmesser: 180 mm

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Gegenpolige Anordnung, 32 Magnete
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Gleichpolige Anordnung, 32 Magnete
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Fazit:
- Wie man mit der gegenpoligen Anordnung (sind ja "kurzgeschlossene Magnete") eine nennenswerte Spannung in einer Spule erzeugen will, erschließt sich mir, gestützt auf diese Simulationsergebnisse, nicht.

- Bei der gleichpoligen Anordnung sollte der Spalt zwischen den Magneten gegenüber Bernd's jetzigem Versuchsaufbau verkleinert werden -> ergibt eine höhere Feldstärke.
- Zwischen die Magnete sollte Eisen gepackt werden -> ergibt eine höhere Feldstärke. Ausserdem erleichtert es die Montage/Befestigung der Magnete, da sie am Eisen haften wollen (Eisen muss nur dick genug dafür sein).

Da jetzt die Magnetfeldstärke bekannt ist, könnte jetzt sicherlich jemand mal die zu erwartende induzierte Spannung in einer Spule abschätzen. Diese könnte anschließend dann mit Bernd's Versuchsergebnissen verglichen werden.

Gruss CFD

[Savoniususer]

Boah eyy ....die Simulation ist wirklich Spitze CFD!

Nur, ein Eisenteil in dem speziellen Winkel zwischen den Magneten wird
wohl extra hergestellt werden müssen.

Grüße

Savoniususer

[CFD]

Hallo Savoniususer,
die Simulationen sind wirklich keine Hexerei. Ich will jeden Ermutigen, sich das Programm selber mal anzuschauen.
Es erspart einem den Bau von einer menge Prototypen nach dem trial and error Verfahren.
Ausserdem ist die Aufgabe um die es hier geht nicht trivial. Sprich einen hocheffizienten, kostengünstigen, leicht zu bauenden Generator für geringe Drehzahlen zu entwickeln. Das geht ohne vorherige Simulation nicht. Man will ja schließlich wissen was man da tut und nicht einem "Scharlatan" nachlaufen.

Wegen den Eisenstücken:
Wie gesagt, sie erleichtern auch die Magnetbefestigung/Montagefreundlichkeit erheblich.
Vieleicht könnte man die "Eisenstücke" auch einfach halten. D.h. Flachstahl verwenden und etwas "Luft" zwischen den Magneten in Kauf nehmen.

Gruß CFD

[Bernd]

Hallo CFD und meinen herzlichen Dank für die klasse Simulationsgrafiken die du uns gepostet hast.

Erstaunlichweise sehe ich aber irgendwie keinen positiven Effekt der Eisenstücke.
Wenn man sich die Farbgebung anschaut, die ja mit der Flussdichte korrespondiert, scheint es
sogar um die Magneten herum eine höhere Flussdichte OHNE Eisen zu geben als mit, schaut mal
genau hin. Vielleicht täuscht der erste Eindruck weil im Eisen soviel lila ist, aber aussen um die
Magneten herum ist es sogar eher weniger als ohne Eisen.

Vieleicht könnte man die "Eisenstücke" auch einfach halten. D.h. Flachstahl verwenden und
etwas "Luft" zwischen den Magneten in Kauf nehmen.

Das wäre auch ne Idee, aber siehe oben.

EDIT: Bin nmir nun ganz sicher, mit 2mm Eisen weniger Fluss um die Magneten herum. Ich liefere
den vermutlichen Grund gleich mit, das Programm berücksichigte das übersättigte dünne Eisen.
Evtl. kannst du ja nochmla mit 5mm Eisen oder auch 10mm Eisen durchspielen.

Die ganzen Bilder muss ich nun eine weile auf mich wirken lassen, aber im Grunde ist es schon in
etwa das was ich erwartet hatte.

Bei der gleichpoligen Anordnung sollte der Spalt zwischen den Magneten gegenüber Bernd's
jetzigem Versuchsaufbau verkleinert werden

Das ist aus Sicht eines möglichst hohen Magnetflusses sicher richtig, aber aus mechanischer Sicht
nur schwer lösbar. Ausserdem würde sich der Durchmesser (gleiche Magnetanzahl vorausgesetzt)
auch veringern und damit auch die Umlaufgeschwindigkeit der Magneten.
Bei einem 5mm Magneten wäre eine 2mm Eisenscheibe auch hoffnungslos in der Sättigung. Ich denke
das Eisen müsste schon so dicke sein wie die Magenten selber und auch dann muss man einen Kompromiss
finden zwischen Anzahl der Magneten und dem damit erzielbaren Ergebnis.

Auf jeden Fall sehr interessant die Grafiken und nochmals meine Dank dafür.

Grüsse

Bernd

[CFD]

Hallo Bernd,
das siehst du richtig.
Oberhalb der Magneten ist die Feldstärke bei der Anordnung mit Eisen niedriger im Vergleich zu der ohne Eisen, aber die Pole zwischen den Magneten sind ausgebildeter (hohere Feldstärke). Aber genau die Pole zwischen den Magneten sind für die Induktion in eine Spule wichtig.
Das Feld oberhalb der Magnete verläuft nämlich parallel zur Bewegungsrichtung des Rorors. Wie willst du damit dann in einer Spule eine Spannung induzieren?
Gilt nicht immer noch die "rechte-Hand-Regel"? Daumen: Leiterrichtung, Zeigefinger: Magnetfeldrichtung, Mittelfinder: Kraftrichtung (Motor) bzw. Bewegungsrichtung (Generator).
D. h. die drei Komponenten müssen senkrecht zueinander Stehen, damit eine Spannung in einen Leiter induziert wird.

Zur verdeutlichung eine Grafik:

Gruss CFD

[Bernd]

Also ich verstehe das Wirkprinzip dieser Bauart so (ich muss mich da zwangsläufig wiederholen) das nur der geringere
Anteil der Gesamtinduktion als Induktion direkt innerhalb des Leiters (1. Induktionsphänomen nach Fahraday) erfolgt.
Das ist die Art von Induktion die du gerade beschrieben hast und die auch z.B. beim Scheibengenerator erfolgt.
(Um genau zu sein wirken bei diesem gleich zwei Induktionsarten, auch die, die ich gleich noch erläutern möchte)
Ansonsten ist mir diese (direkte) Art der Induktion in der Technik eher selten bekannt. Im Grunde ist mir diese
Art der Induktion erst nach Befassung mit dem Scheibengenerator richtig bewusst geworden. Die Leiterschaukel
nach Lorentz ist ein herrliches Beispiel um diese Art der Induktion zu verstehen.

Ich verstehe das Wirkprinzip des Ringtunnelgenerators so, das der grössere Teil der Spannungsinduktion hier durch
Magnetflussänderung innerhalb der vielen Teil(falt)spulen des "Kupfertunnels" erfolgt. ( 2. Induktionsphänomen nach Fahraday )
Um zu verstehen was das bedeutet nenne ich es mal "elektrische Induktion durch Magnetfeldänderung innerhalb einer Spule".
Es ist das Prinzip das bei fast jedem normalen Elektromotor oder auch jedem Transfomator zur Wirkung kommt.
Da wird nie ein Leiter direkt von Feldlinien getroffen sondern die Induktion erfolgt nur durch die Änderung des Magnetfeldes
( Änderung der Stärke oder der Richtung) innerhalb einer Spule.

Grüsse

Bernd