Сборка тихоходного аксиального генератора: как не наступить на грабли с магнитами и КПД

[TihiyOgon77]

Решил поделиться наработками по сборке своего «аксиальника» на неодимовых магнитах. Занимаюсь автономкой уже года четыре, перепробовал разные варианты — от переделки автомобильных генераторов до попыток адаптировать мотор-колеса. В итоге пришел к выводу: если нужен ток при слабом ветре или небольшом потоке воды, нужно собирать генератор без железного сердечника в статоре.

Почему именно аксиальная конструкция?

Главная проблема обычных генераторов — «залипание» (cogging torque). В самоделках на базе асинхронников магнитные полюса так сильно цепляются за зубцы статора, что ветряк просто не может стартовать при ветре 3-4 м/с. В аксиальной конструкции статор представляет собой «блин» из эпоксидки с медными катушками, в котором нет железа. Магниты проходят мимо катушек без сопротивления. Старт получается легким, как подшипник в масле.

Железо и расчеты

Я использовал два стальных диска диаметром 300 мм (толщина 10 мм). Это важно: сталь должна быть магнитомягкой, чтобы замыкать магнитный поток. На каждый диск наклеил по 16 неодимовых магнитов N52 размером 40х20х10 мм.

Важный нюанс: при наклейке магнитов обязательно чередуйте полюса (N-S-N-S). Если ошибетесь хотя бы в одном — фаза «умрет», и генератор будет греться, но не давать ток. Я фиксировал их сначала на суперклей, а потом заливал пространство между ними эпоксидкой с добавлением талька для густоты.

Катушки и обмотка

Статор делал трехфазный, «звездой». Всего 12 катушек. Мотал проводом 1.25 мм, по 70 витков в каждой. Здесь есть тонкий момент: толщина статора должна быть чуть меньше расстояния между дисками с магнитами (зазор буквально 1.5-2 мм с каждой стороны). Если сделаете статор слишком толстым, магнитное поле ослабнет, и вольтаж упадет.

Многие новички думают, что чем больше витков, тем лучше. Это ошибка. Больше витков — выше внутреннее сопротивление. На малых оборотах вы получите напряжение, но под нагрузкой оно просядет, а катушки начнут плавиться.

Эксплуатация и реальные цифры

Мой агрегат выдает 12В уже на 150 об/мин. На 400 об/мин я снимаю с него около 450-500 Ватт. Для домашнего освещения и зарядки аккумуляторов этого хватает за глаза.

Кстати, про ремонт: за два года эксплуатации один раз пришлось менять подшипники (ступица от старой «девятки»). Вибрация на высоких оборотах всё же делает свое дело. Чтобы продлить жизнь узлам, я пересмотрел мой опыт балансировки роторов, так как даже микронный перекос дисков на больших скоростях превращает генератор в отбойный молоток.

Пара советов для тех, кто в начале пути:

• Не используйте дешевую эпоксидку. При нагреве катушек (а они будут греться под нагрузкой) дешевая смола становится пластичной, и статор может просто «повести».


• Обязательно ставьте диодный мост на радиатор. У меня первый мост сгорел через неделю, когда порывистый ветер разогнал винт до предела.


• Заливайте катушки с использованием стекломата. Чистая эпоксидка хрупкая, вибрации со временем создают микротрещины.

В целом, система получилась надежная. Главный плюс — полная ремонтопригодность. Если сгорит фаза, я просто отливаю новый статор, не трогая дорогую магнитную систему. Если есть вопросы по количеству витков под 24-вольтовую систему — пишите в ответах, распишу подробнее.

[vitus]

Как переделать уже имеющийся "высокоэффективный" китайский?  
Такой: Ветрогенератор с контроллером MPPT 3000 Вт 24 В
https://ozon.ru/t/V27HeG6

[Alfic]

Как переделать уже имеющийся "высокоэффективный" китайский? 
Такой: Ветрогенератор с контроллером MPPT 3000 Вт 24 В
https://ozon.ru/t/V27HeG6

Сам генератор проще выкинуть и собрать как описал TihiyOgon77.

[chiksat]

Как переделать уже имеющийся "высокоэффективный" китайский? 
Такой: Ветрогенератор с контроллером MPPT 3000 Вт 24 В
https://ozon.ru/t/V27HeG6

Сам генератор проще выкинуть и собрать как описал TihiyOgon77.

проще купить готовое мотор колесо для велика, на 1-2 киловата, и добавить лопости. А то что продают ветряки, читал отзывы действительно развод выдают ват 15-20  

[Alfic]

Как переделать уже имеющийся "высокоэффективный" китайский? 
Такой: Ветрогенератор с контроллером MPPT 3000 Вт 24 В
https://ozon.ru/t/V27HeG6

Сам генератор проще выкинуть и собрать как описал TihiyOgon77.

проще купить готовое мотор колесо для велика, на 1-2 киловата, и добавить лопости. А то что продают ветряки, читал отзывы действительно развод выдают ват 15-20 

Моторколесо для ветряка хреновый вариант. Что бы получить хотя бы 14-15В для зарядки 12В аккумулятора, его придётся разогнать не меньше чем 200 оборотов, а это уже не плохой ветерок. К тому же у него большие залипания. И самый интересный момент, он маленького диаметра, чем больше диаметр тем больше угловая скорость и соответственно выше выхлоп на небольших оборотах.

[chiksat]

Миша нет там залипания, я не просто сказал, у моего саседа сделан ветряк из мотор колеса, он говарит что зимой ему энергии девать не куда,,, валом, у него было их два. на одном подшипник полетел, вот он его снимал, и я его лично крутил с нагрузкой на лампу. оборот и лампа вспыхивает на ура
https://www.ozon.ru/product/motor-koleso-besshchetochnoe-1000vt-48b-zadnee-29-komplekt-dlya-pereoborudovaniya-elektrovelosipeda-4998918062/?at=1oOn1U9inZdoCvycdB5KLeNT5Z29bWj0&sh=Hz8dgemStg

[Alfic]

Миша нет там залипания, я не просто сказал, у моего саседа сделан ветряк из мотор колеса, он говарит что зимой ему энергии девать не куда,,, валом, у него было их два. на одном подшипник полетел, вот он его снимал, и я его лично крутил с нагрузкой на лампу. оборот и лампа вспыхивает на ура
https://www.ozon.ru/product/motor-koleso-besshchetochnoe-1000vt-48b-zadnee-29-komplekt-dlya-pereoborudovaniya-elektrovelosipeda-4998918062/?at=1oOn1U9inZdoCvycdB5KLeNT5Z29bWj0&sh=Hz8dgemStg

Его устраивает, пусть пользуется, но залипания там есть. 

[Sairus]

Спорить на счёт залипания на мотор колесе  не буду,  ибо сам его не крутил,  
Но на сколько мне известно , там вращаются магниты,  по этому торможение должно быть. Но как я уже говорил , я не утверждаю , что оно там есть, однако у меня возникает вполне логичный вопрос, если у него нет торможения то зачем городить огород с ветряками? Почему гне крутить его слабеньким моторчиком , который запитан от  этого же генератора? 

[Alfic]

Спорить на счёт залипания на мотор колесе  не буду,  ибо сам его не крутил, 
Но на сколько мне известно , там вращаются магниты,  по этому торможение должно быть. Но как я уже говорил , я не утверждаю , что оно там есть, однако у меня возникает вполне логичный вопрос, если у него нет торможения то зачем городить огород с ветряками? Почему гне крутить его слабеньким моторчиком , который запитан от  этого же генератора?

Это уже переход к Слободяну. 

[марк]

Спорить на счёт залипания на мотор колесе  не буду,  ибо сам его не крутил, 
Но на сколько мне известно , там вращаются магниты,  по этому торможение должно быть. Но как я уже говорил , я не утверждаю , что оно там есть, однако у меня возникает вполне логичный вопрос, если у него нет торможения то зачем городить огород с ветряками? Почему гне крутить его слабеньким моторчиком , который запитан от  этого же генератора?

залипания действительно нет но как только нагрузку подключишь сразу получишь
торможение...

[Alfic]

Спорить на счёт залипания на мотор колесе  не буду,  ибо сам его не крутил, 
Но на сколько мне известно , там вращаются магниты,  по этому торможение должно быть. Но как я уже говорил , я не утверждаю , что оно там есть, однако у меня возникает вполне логичный вопрос, если у него нет торможения то зачем городить огород с ветряками? Почему гне крутить его слабеньким моторчиком , который запитан от  этого же генератора?

залипания действительно нет но как только нагрузку подключишь сразу получишь
торможение...

Залипания есть всегда, но при определённом соотношении кернов и магнитов оно почти не чувствуется. При нагрузке понятное дело, залипание будет серьёзным, но не в генераторе Слободяна.

[марк]

Спорить на счёт залипания на мотор колесе  не буду,  ибо сам его не крутил, 
Но на сколько мне известно , там вращаются магниты,  по этому торможение должно быть. Но как я уже говорил , я не утверждаю , что оно там есть, однако у меня возникает вполне логичный вопрос, если у него нет торможения то зачем городить огород с ветряками? Почему гне крутить его слабеньким моторчиком , который запитан от  этого же генератора?

залипания действительно нет но как только нагрузку подключишь сразу получишь
торможение...

Залипания есть всегда, но при определённом соотношении кернов и магнитов оно почти не чувствуется. При нагрузке понятное дело, залипание будет серьёзным, но не в генераторе Слободяна.

льфик без кернов просто катушки без кернов магниты вращаются..

[Sairus]

Я вам один умный вещь скажу , только вы не обижайтесь. Чтобы торможения от нагрузки не было, нужно , чтобы магниты и катушки стояли на месте , а магнитопроводы либо экраны вращаются. 
Посмотрите на большой генератор Слободана. Там магниты с катушками стоят на месте.

[Alfic]

Я вам один умный вещь скажу , только вы не обижайтесь. Чтобы торможения от нагрузки не было, нужно , чтобы магниты и катушки стояли на месте , а магнитопроводы либо экраны вращаются.
Посмотрите на большой генератор Слободана. Там магниты с катушками стоят на месте.

Sairus, сам пробовал?
А я пробовал. Экран тоже тормозится, не так сильно как магниты, но тормозится, правда и КПД от такой конструкции хрен да маленько. Если при непосредственном вращении магнитов можно было получить несколько кВт то с экранами пару сотен Ватт.
Слободян про конструкцию этого барабана тоже, что то не договорил.

[Sairus]

Я вам один умный вещь скажу , только вы не обижайтесь. Чтобы торможения от нагрузки не было, нужно , чтобы магниты и катушки стояли на месте , а магнитопроводы либо экраны вращаются.
Посмотрите на большой генератор Слободана. Там магниты с катушками стоят на месте.

Sairus, сам пробовал?
А я пробовал. Экран тоже тормозится, не так сильно как магниты, но тормозится, правда и КПД от такой конструкции хрен да маленько. Если при непосредственном вращении магнитов можно было получить несколько кВт то с экранами пару сотен Ватт.
Слободян про конструкцию этого барабана тоже, что то не договорил.

Я проверял, но не на шторочном генераторе , а на обычном.
Необычного в нём было только то, что я сделал одинаковое количество магнитов и сердечников.
Стронуть с места ротор с магнитами было трудно ,  но сердечники не только замедляют магниты ,  но и  ускоряют их когда они к ним приближаются. По этому стоит раскрутить диск чуть быстрее и залипание между магнитами и сердечниками полностью пропадает.
однако при нагрузке на катушки торможение появляется.
Есть генераторы в которых шторки служат не в качестве колебателя магнитного поля , а в качестве магнитопровода, там уже эффективность поболее.
Например катушка и магнит стоят далеко друг от друга. Ну как далеко? Относительно далеко. сантиметра полтора два, в зависимости от силы магнита, чем больше сила , тем больше расстояние, между сердечником и магнитом пролетает железка которая очень близко к сердечнику и магниту.
Здесь она работает не как экран я а как магнитопровод. Там тоже нет торможения , но эффективность получше , чем у обычных шторочных . Но всё равно их минус в том , что поле изменяется в пределах одного полюса магнита. А это сильно снижает эффективность.
По этому я разработал свою конструкцию генератора без торможения.
На аксиально статоре по кругу расположены катушки с сердечниками и магниты. Ротор из двух дисков немагнитного и не проводящего ток материала высокой прочности, в них вставлены железные  пластины толщина которых зависит от силы магнитов , чем сильнее , тем больше толщина,
Длинна пластин должна перекрывать один магнит и один сердечник. Ширина пластин соответствует ширине магнита и сердечника.
Магниты, которые находятся между катушками расположены SNSN.
Пластины-магнитопроводы с двух сторон замыкают сердечник то с одним магнитом , то с другим.  А это уже смена полюсов. В отличии от всех генераторов в моей версии задействованы оба полюса магнитов и катушек.
Так  ещё никто не пробовал , ибо мне в голову пришла эта идея буквально на днях.  Но я уже успел сваять 3Д рисунок на солидворксе. Если будет непонятно ,  покажу схему. Схему я сам придумал , по этому её нигде нет.