Bau eines eisenlosen Generators

[klingei]

Hallo Allerseits

Ich benötige Hilfe für meinen eisenlosen Generator. Ich hab jetzt die Magneten fertig geklebt. Es hält alles super und jetzt geds ans Spulenwickeln.
Ich hab den Generator mal durchgedreht und ein gleines Stück Eisen ziemlich nahe an die Magneten rangehalten. Da wirken ganz schön große Kräfte. Vorallem gibt es ständige Lastwechsel. Ich überlege gerade, wie ich die Spulen am besten befestigen sollte.
Welche Praxiserfahrungen hast du sammeln können mit deinem Generator? Wie groß waren da die Kräfte auf die Spulen bei Belastung? Merkt man da eigentlich die Lastwechsel an den Spulen? Villeicht als leichtes nach vor und zurück "ruckeln"?

Fotos und erste Messergebnisse werd ich am Wochenende liefern.

Gruß Klingei

[Bernd]

Hallo Klingei, die Lastwechsel sind nur so extrem in der Welle spürbar bei einer 1 Phasen Konstruktion.
Bei einem Drehstromgenerator verteilen und überlappen sich die Lastwechsel so das dieses "ruckelige"
Gefühl, zumindest an der Welle, sehr stark nachlässt.
Trotzdem zerrt an allen inneren Bauteilen das Drehmoment das über die Welle in den Generator gelangt.

Das heisst wenn z.B. 20 Nm in dem Generator "gedrückt" werden, dann zerrt dieses Drehmoment an den
Spulen (verteilt auf die Spulen) ebenso wie an den Magneten (verteilt auf die Magnete)
Für eine einzelne Spule oder Magnet sind die Lastwechsel genauso ausgeprägt wie bei einem 1 Phasengenerator
an der Welle, alles wird durchgerüttelt .

Merkt man da eigentlich die Lastwechsel an den Spulen? Villeicht als leichtes nach vor und zurück "ruckeln"?

Ja genau so kannst du Dir das vorstellen. Wenn du an rotierenden Magneten eine kurzgeschlossene Spule hälst,
dann spürst du das ganz extrem. So ähnlich wäre es bei starker Belastung als Maximalleistung.
Im Grunde ist es aber "nur" ein auf- und absteigende Kraft in Rotationsrichtung, die Spule möchte "mitdrehen"

Grüsse

Bernd

[andreas]

Hallo Klingei,

Deine Beobachtungen sind richtig, dort treten große wechselnde Kräfte auf. Sie wirken natürlich auch auf die Spulen, wenn diese belastet oder gar kurzgeschlossen sind. In einem Kreis aus gleichartigen Drehstromspulen hebt sich das bei gut passender Magnetbestückung und Spulengröße insgesamt sehr gut auf und wird nach außen hin zu einer gleichförmigen Kraft werden, die in Drehrichtung auf die Spulenaufhängung drückt. Dennoch treten zwischen den belasteten Spulen hohe Kräfte auf, sie sollten unbedingt gemeinsam vergossen werden. Ggf. kann man unmagnetische Trägerplatten mit Spulenausschnitten verwenden, aber auch dort sollten die Spulen dann eingegossen und die Trägerplatte solide aufgehängt sein.

Wenn Du die Spulen samt Aufhängung fertig hast und sie zwischen den Magneten liegen, schließe sie mal kurz und versuche, den magnetischen Rotor von Hand anzutreiben. Du wirst einen starken, gleichmäßigen Widerstand spüren und es sollte Dir von Hand ohne Hebel nicht gelingen, den Rotor auf eine Drehzahl von mehr als einer Umdrehung pro Sekunde zu bringen. Wenn das so ist, hast Du eine brauchbare magnetische Kopplung innerhalb des Generators gebaut, das Teil sollte dann auch im Wind bei geringen Drehzahlen spielen.

MfG. Andreas

[Bernd]

Wie hoch die Kräfte sind ist natürlich auch maßgeblich von der Höhe der erzeugten Leistung anhängig.
Man kann sich die Kräfte, die an einer einzelnen Spule "zerren", auch recht einfach ausrechnen.

Was wir dazu benötigen ist die max. Leistung die erzeugt wird, die Drehzahl und der Radius auf dem
die Spulen sitzen. Machen wir mal ein Beispiel:
Wir haben einen Generator mit 1000 Watt max. Leistung.
Diese Leistung soll bei 500 U/min anliegen.
Der Radius auf dem sich die Spulen und Magnete befinden ist 25cm.

Nach der Formel: Leistung = Drehmoment (in Nm) mal Drehzahl (in U/min) durch 9,55 können wir uns
das Drehmoent ausrechnen das auf unsere Spulen und Magnete wirkt.
Ich komme in diesem Beispiel auf knapp 20 Nm. Dieses Drehmoment verteilt sich dann auf die Anzahl
der Spulen. Nehmen wir mal an wir haben einen Generator mit 18 Spulen. Dann wirkt auf jede Spule
ca. 1 Nm. Bei einem Radius von 25cm entspricht das einer Gewichtskraft von ca. 400 gr die an der
Spule zerrt. Eine auf- und abschwellende, in Rotationsrichtung wirkende, Kraft die einer Gewichtskraft
von ca. 400 gr. entspricht.
1 Kw bei 500 U/min ist aber auch schon ne ganze Menge...

Grüsse

Bernd

[klingei]

Hallo allerseits

Danke für die das Rechenbeispiel.
Ich hab mir heute die Zeit genommen und mal eine Testmessung durchgeführt. Die Messung ist durchaus positiv verlaufen.

Hier mein Testobjekt mit einer Spule. Die Spule hat nur eine Windung.
Die Magneten sind 30 x 30 x 10 groß und haben ein N52 Magnetisierung.



Folgende Werte konnte ich ermitteln:

35 mV Spitze Spitze bei ca 40 U/min

Auf dem Osziloskopbild ist wie erwartet, eine Spannung mit 2 Höcker erkennbar.



Ich bin den Werten sehr zu frieden. Ich werde heute Nachmittag mal eine Excel Tabelle anfertigen und schauen, wie viele Windungen ich benötigen werden.

Gruß Klingei

[Bernd]

Hallo Klingei und vielen Dank für deine Fotos, ich liebe solche berichte !

Aus was für einem Material hast du die Scheibe angefertigt ?
Wie hast du die Schlitze rein bekommen, ich vermute gesägt ?
Da es ja ein ganz ähnlicher Aufbau ist wie bei mir, hast du Dir schon etwas überlegt wie du die
Magnete zusätzlich gegen wegfliegen sicherst ?
Dein Magnetabstand ist sehr klein, es scheint er entspricht ungefähr der Magnetdicke ?
Wie wird die Scheibe gelagert werden und welchen Durchmesser hat sie, ich schätze 20cm ?
Fragen über Fragen

Wenn ich das recht sehe sind es 28 Magnete und du willst einen 3 Phasen Generator daraus bauen
mit 3 x 7 Spulen ?

Ganz grob gerechnet (ist nur überschläglich) würdest du mit 20 Windungen pro Spule also 0,7 Volt
pro Spule bei 40 U/min erzeugen. (Eigentlich weniger weil nur die inneren Drähte die gemessene
Spannung liefern, die äusseren erzeugen weniger, aber das lassen wir erstmal unberücksichtigt).

Bei 7 Spulen pro Phase ergäbe das bei 20 Windungen 4,9 Volt pro Phasenstrang.
Wenn man die Phasenstränge dann als Stern verschalten würde ergäbe das zwischen zwei Phasen
dann ca. 11,5 Volt nach Gleichrichtung. Bei Dreieckbeschaltung wäre es ca. 6,9 Volt, immer auf das Beispiel
mit 20 Windungen bezogen.

EDIT: Deine "Spule" sieht auf dem Foto so aus als ob sie nur an der Außenkante der Magnetscheibe wirkt
und keine U-Form hat ? Wenn du die genannte Spannung mit dieser geraden Spule erreichtest, dann
werden Ergebnisse mit einer U-förmigen Spule noch weit besser ausfallen !

Nochmal Edit: Ich hatte ganz deine Angabe "Spitze Spitze" überlesen. Das heisst eine Amplitude hat
nur die halbe Spannung und das als Peak. Das hatte ich in meiner Rechnung nicht berücksichtigt.

Ich freue mich wirklich seeehr darüber das du diesen Generator baust !

Grüsse

Bernd

[klingei]

Hallo Bernd

Jetzt werd ich dir die restlichen Informationen liefern .

Zu nächst zum Aufbau des Generators. Wie du richtig erkannt hast, hat der Generator 28 Magneten verbaut. Die Bleche in die ich die Magneten geschoben habe sind aus Aluminium und wurden mit einer CNC Fräse gefertigt. Die Magneten wurde dann in die Schlitze der Bleche geschoben und mit einem 2 Komponentenkleber verklebt. Für die exakte Positionierung hab ich eine "negativ Form" gebastelt. Also eine Schale, in die ich den Generator reinstellen kann. Die Magneten konnte ich dann problemlos ausrichten. Somit sind alle Magneten am gleichem Umfang, sind auf der gleichen Höhe und haben den gleichen Winkel.

Hier ein Foto dieser Form



ich bin mir sicher, du kommst jetzt mit dem Argument, das im Aluminium ebenfalls eine Spannung induziert wird und das zu zusätzlichen Verlusten führt. Ich glaube jedoch das das Magnetfeld, dass aus dem Spulen kommt nicht sehr stark sein wird. Zusätzlich ist ein ziemlich großer Abstand zwischen den Spulen und den Alu - Blechen. Aus diesem Grund bin ich mir ziemlich sicher, dass die Induktion ziemlich gering ausfallen dürfte. Ein weiterer Effekt dürfte durch die Magneten entstehen. Wenn jetzt ein Magnet durch die Spule saust, sollte das Magnetfeld, das von der Spule ausgeht, entweder mit dem Magnetfeld der Magneten abstoßen oder anziehen. Ich glaube, dass es nicht sehr viele Feldlinien zum Alu schaffen werden. Ich hoffe es zumindestens

Die Lagerung des Generators erfolgt mit zwei kleinen Kugellagern. Mit dem Durchmesser hast du recht. Der Generator fürfte ziemlich genau 200 mm Durchmesser haben.



Was du natürlich nicht Wissen konntest, dass der Generator mit einer Übersetzung versehen ist. Der Generator dreht sich ca. 4 mal schneller als das Windrad. Somit hab ich eine viel höher Spannung oder ich brauch nicht so viele Windungen. Die Spule ist übrigens L Förmig. Man sieht den unteren Teil nur nicht. Eine U-förmige Spule wäre natürlich wünschenswert. Ich weiß allerdings nicht, wie ich dann den Generator zusammenbauen, bzw. wieder zerlegen kann.

Bernd weist du eigentlich ein Methode mit der man den Effektivwert dieser Spannung messen oder berechnen kann. Bei einer Rechnung muss man sicher die Differential bzw. die Integralrechnung anwenden. Aber es gibt doch sicher auch Messgeräte die den effektivwert einer nicht Sinus-förmigen Spannung bestimmen können.

Eine 3 Phasenwicklung habe ich momentan noch nicht vorgesehen. Aber jetzt wo du es sagst, wäre sie eigentlich problemlos realisierbar.

Gruß Klingei

[Flo Celle]

@ Hallo klingei

erstmal klasse das du auch einen generator baust und uns alle die sich noch nicht so richtig trauen daran teilhaben läst

Dein problehm mit der U vörmigen spule meine ich ist keins mach doch einfach ein 2 oder 3 geteilte Spulen halterung die du dann ganz beqwem um den rotor herum montieren kannst ? für mich gibt es kein technischen grund wahrum das nicht gehen sollte ?? AUßER es ist konstruktions mäsig irgend was im weg was im weg das man auf den fotos nicht erkent ??

Gruß flo

[Bernd]

Für die exakte Positionierung hab ich eine "negativ Form" gebastelt. Also eine Schale, in die ich den
Generator reinstellen kann. Die Magneten konnte ich dann problemlos ausrichten.

Da wüsste ich bitte noch gerne genauer wie du das gemacht hast. Hast du zunächst die Scheibe auf die Form
gelegt und dann die Magnete in die Schlitze gestellt ?
Oder standen die Magnete einfach so so in der Form, ganz ohne Scheibe ? (Das würde mich allerdings wundern)
Wie hast du sicher gestellt das der Mittelpunkt der Scheibe sich genau auf dem Mittelpunkt der Form befindet ?
War da auch eine Passung durch die die Scheibe geführt wurde ?
Was schätzt du wieviel die fertige Magnetscheibe jetzt noch "eiert" ? Ein paar zehntel ?
Welchen Kleber hast du genau verwendet ?

Die Idee mit der Zentrierform ist auf jeden Fall schon mal sehr gut, wenn man dafür auch ne drehbank benötigt.

Der riesige Aluklotz den du auch für die Lagerung und die Messung genommen hast, der lag ja ganz dicht unter
den kreisenden Magneten. Den hast du aber sicher gespürt beim Drehen ?

Das du eine Übersetzung 1:4 einsetzt macht deinen Generator natürlich noch viel leistungsfähiger, denn es steigt
zwar die Spannung um den Faktor 4 an, aber der Innenwiderstand bleibt schön klein und vergrössert sich nicht.
Faktisch ist es so als hätte deine Magnetscheibe den doppelten Durchmesser und doppelt so viele Magnete !!
Wie sieht dein Getriebe aus ? Eine Getriebelösung passt sehr gut zu einem eisenlosen Generator, denn er hat
ja praktisch kein Anlaufmoment das sich Vervielfältigen könnte. Einzig die Wirbelverluste in den Kupferdrähten
(ja auch dort gibt es Wirbelströme) werden um den Faktor der Übersetzung vergrössert, aber die dürften nicht
so sonderlich gross sein.

Was mit deiner Aluscheibe ist wird sich zeigen. So wie du es gebaut hast bin ich auch guter Hoffnung das sich
keine grösseren Verluste dadurch ergeben. Mit dem Kleber als einziger Halt für die Magnete bin ich aber skeptisch
denn meine Erfahrung ist das auch 2K Kleber schlecht auf dem glatten Nickel haften.

Für die Messung eines Effektivwertes einer krummen Sinuskurve gibt es dafür ausgewiesene Messgeräte, so genannte
" True RMS " Messgeräte. Diese ermitteln den tatsächlichen Effektivwert. In der Regel sind das die teuren Mulitmeter.
Bei deiner Kurvenform (sie wird sich noch mit Erhöhung des Abstandes zum Magneten, also bei einer kompletten Spule
verändern) dürfte der Effektivwert nicht so viel unter dem Peakwert liegen wie bei einem reinen Sinus.

Wie sind die geplanten Abmessungen des Windrades an dem der Generator montiert werden soll ? Ein c-rotor ?

Grüsse

Bernd

[klingei]

Hallo Allerseits

Natürlich wäre es möglich die Spule zu teilen. Aber es ist schon wieder ein Mehraufwand .

Die Lagerhülse von meinem Generator ist an der Unterseite etwas breiter. Somit passt sie exakt in die innerstes Vertiefung der Holzform (Bild oben). Somit ist die Rotationsachse der Holzform und des Generators gleich.
Auf den nächsten Ring liegt dann das erste Alu-Blech auf.
Ich habe jeden zweiten Magneten in die Schlitze der Alu-Bleche geschoben. Ich hab sehr genau geachtet das alle Magneten schön am äußersten Ring der Holzform anliegen. Somit liegen Alle Magneten am gleichen Umfang. Die Magneten hab ich gleich mal verklebt.
Die Magneten dazwischen waren etwas schwieriger. Es war gar nicht so leicht, die Magneten in die Schlitze zu bekommen. Doch noch schwerer war es, die Magneten an dieser Stelle exakt zu positionier. Es konnte auch vorkommen, dass die Magneten noch oben wegflogen, oder wieder verrutschen.
Mit einem einfach Trick konnte ich dies alles in den griff bekommen.
Ich hab einfach ein Eisenblech oben draufgelegt. Alle Magneten ziehen das Eisen an. Der lose Magnet ist somit gleich hoch wie seine Nachbarn.


Bernd ich denke mir, jetz kannst du dir Vorstellen, wie das mit der Holzform funktionert.

Wegen des 2 Komponenten Kleber brauchst du dir keine Sorgen machen. Der hält bombenfest. Ich hab UHU endfest 300 verwendet.
Übrigens hab ich die selben Bedenken wegen des Alu Klotzes am unteren des Generators. Deshalb kommt hier noch eine 3 cm dicke Kunststoffplatte darunter. Darauf sollten dann auch die Spulen befestigt werden.

Die Übersetzung des Generators erfolgt mit einer gekürzten Fahrradkette.
Hier noch ein Bild meines Windrades.



Unterhalb des Windrades sollte der Generator hinkommen. Kann man ein bisschen schlecht erkennen auf dem Bild.

Gruß Klingei