Изготовление ветрогенератора на неодимовых магнитах своими руками: конструкция ротора ветряка с аксиальным генератором

Изготовление ветрогенератора на неодимовых магнитах своими руками: конструкция ротора ветряка с аксиальным генератором

Обновлено: 3 марта 2020

• Самодельный ветряк
• Тихоходные ветрогенераторы
• Изготовление ротора на постоянных магнитах
  • Модификация автомобильного генератора
  • Изготовление ротора из ступицы и тормозного диска
• Ветряк с аксиальным генератором на неодимовых магнитах
• Изготовление статора
  • Выбор количества фаз
  • Модификация статора автогенератора
  • Изготовление статора аксиального типа
• Сборка крыльчатки
• Рекомендуемые товары

Бестопливные генераторы

Многие государства сейчас делают упор на разработку альтернативных источников энергии, а также на экономию полезных ископаемых. Достигается это благодаря использованию магнитных электрогенераторов. Принцип их работы заключается в элементарных законах физики. Наиболее успешными видами устройств считаются такие:

1. Бестопливный генератор на магнитах Адамса. На сегодняшний день является наиболее популярным магнитным двигателем. У него довольно простая конструкция, но при этом очень высокий коэффициент полезного действия.
2. Мотор Дудышева. В основе его работы применяется магнитный ток, который видоизменяется в электрический импульс.
3. Соленоидальный мотор Дудышева. В его конструкцию включён магнитный ротор. Наибольшую эффективность показывает на малых мощностях.
4. Двигатель Минато. КПД устройства составляет 100%. Это достигается благодаря использованию усилителей мощности.
5. Мотор Джонсона. Это довольно популярный тип устройств, но в промышленности его не применяют из-за малой мощности.

Большинство видов агрегатов можно успешно применять в разных отраслях промышленности. Это позволит не только экономить на топливе, но и снизить уровень загрязнения окружающей среды.

Плюсы и минусы конструкции

Специалисты считают, что для обеспечения электричеством загородного дома достаточно маятника с осью длиною 6 м. В таком случае электромагниты будут толкать неодимовые магниты на маятнике с силой более 100 кг. Плюсы такого устройства в том, что оно не зависит от ветра или солнца. Кроме того, такой генератор не нуждается в дорогих аккумуляторах, как другие альтернативные генераторы энергии.

Однако при использовании не исключены проблемы:

1. В момент движения маятника в обратную сторону может смениться полярность магнитов. Решается с помощью включения в цепь тиристоров и диодов.
2. В момент зависания маятника в верхней точке может возникнуть эффект пульсации в сети. Решается так:

• устанавливается конденсатор, который краткосрочно собирает энергию, препятствуя скачкам;
• монтируется аккумулятор, который будет собирать энергию долгосрочно;

Генератор на неодимовых магнитах

• конструируется ещё один генерирующий маятник, который будет работать асинхронно с первым (когда один – в верхней точке окружности, второй – в нижней).

Способ намотки катушки статора ветряка

Для того, чтобы сделанный своими руками ветрогенератор на неодимовых магнитах работал с максимальной отдачей, статорные катушки следует рассчитывать. Однако большинство мастеров предпочитают делать их на глаз. К примеру, тихоходный генератор, способный заряжать 12 В аккумулятор, начиная со 100 — 150 оборотов за минуту, должен иметь во всех катушках от 1000 до 1200 витков, поровну разделенное между всеми катушками. Увеличение количества полюсов ведет к росту частоты тока в катушках, благодаря чему генератор, даже при малых оборотах, дает большую мощность.

Намотка катушек должна производиться по возможности более толстыми проводами, с целью снижения сопротивления в них. Делать это можно на оправке, либо на самодельном станке.

Для того чтобы разобраться, какой потенциал мощности имеет генератор, покрутите его с одной катушкой, поскольку, в зависимости от того, в каком количестве будут установлены неодимовые магниты и какова их толщина, данный показатель может существенно отличаться. Измерение проводятся без нагрузки при необходимом числе оборотов. Например, если генератор при 200 оборотах за минуту обеспечивает напряжение в 30 В, имея сопротивление в 3 Ом, то следует из 30 В вычесть 12 В (напряжение питания аккумулятора) и полученный результат — 18 делим на 3 (сопротивление в омах) получаем 6 (сила тока в амперах), которые и пойдут от ветрогенератора на зарядку АКБ. Однако, как показывает практика, по причине потерь в проводах и диодном мосту, реальный показатель, который будет производить магнитный аксиальный генератор, будет поменьше.

Магниты для создания ветрогенератора лучше брать в форме прямоугольника, поскольку их поле распространяется по длине, в отличие от круглых, поле которых сосредотачивается в центре. Катушки, как правило, мотают круглыми, хотя лучше делать их несколько вытянутыми, что обеспечивает больший объем меди в секторе, а также более прямые витки. Отверстие внутри катушек должно быть равно или превышать ширину магнитов.

Толщина статора должна быть такой же что и магниты. Форма для него обычно фанерная, для прочности под катушки и поверх них кладут стеклоткань, и все это заливается эпоксидной смолой. Для того, что бы не допустить прилипания смолы к форме, последнюю смазывают любым жиром либо применяют скотч. Провода предварительно выводят наружу и скрепляют между собой, концы каждой фазы после этого соединяют треугольником либо звездочкой.

Как сделать своим руками

Ветровой генератор на основе неодимовых магнитов отличается от прочих конструкций генераторов тем, что легко может быть изготовлен самостоятельно в домашних условиях.

Как правило за основу берут автомобильную ступицу или шкивы от ременной передачи, которые предварительно очищаются, если это бывшие в употреблении запасные части и подготавливаются к работе.

При наличии возможности изготовить (выточить), специальные диски, лучше остановиться на этом варианте, т.к. в этом случае не придется подгонять геометрические размеры наматываем ых катушек к размерам используемых заготовок.

Неодимовые магниты следует приобрести, для чего можно воспользоваться сетью интернет или услугами специализированных организаций.

Один из вариантов изготовления генератора на неодимовых магнитах, с использованием дисков, специально изготовленных для этих целей, предлагает к рассмотрению Яловенко В.Г. (Украина). Данный генератор изготавливается в следующей последовательности:

1. Из листовой стали вытачиваются два диска диаметром 170,0 мм с устройством центрального отверстия и шпоночного паза.
2. Диск делится на 12 сегментов, для на его поверхности выполняется соответствующая разметка.
3. В размеченные сегменты клеятся магниты, таким образом, чтобы их полярность чередовалась. Для избегания ошибок (по полярности), необходимо перед наклейкой, выполнить их маркировку.
4. Подобным образом изготавливается и второй диск. В результате получается следующая конструкция:

1. Поверхность исков заливается эпоксидной смолой.
2. Из провода (эмаль-провода) марки ПЭТВ или аналога, сечением 0,95 мм 2 , наматывается 12 катушек по 55 витков в каждой.
3. На листе фанеры или бумаге, изготавливается шаблон, соответствующий диаметру используемых дисков, на котором также производится разбивка на 12 секторов.

Катушки укладываются в размеченные сегменты, где фиксируются (изолента, скотч и т.д.) и расключаются последовательно между собой (конец первой катушки соединяется с началом второй и т.д.). в результате получается следующая конструкция

1. Из дерева (доска и т.д.) или фанеры, изготавливается матрица, в которой можно залить эпоксидной смолой уложенные по шаблону катушки. Глубина матрицы должна соответствовать высоте катушек.
2. Катушки укладываются в матрицу и заливаются эпоксидной смолой. В результате получается следующая заготовка:

1. Из стальной трубы диаметром 63,0 мм изготавливается ступица с узлом крепления вала, изготавливаемого генератора. Вал монтируется на подшипники, устанавливаемые внутри ступицы.
2. Из такой же трубы изготавливается поворотный механизм, обеспечивающий ориентацию генератора в соответствии с потоками ветра.
3. На вал одеваются изготовленные запасные части. В результате получается следующая конструкция, плюс поворотный механизм:

1. Конструкция должна жестко крепить статор (заготовка с обмотками, залитыми эпоксидной смолой), с одной стороны, и не затруднять вращение ротора (диски с недимовыми магнитами).
2. Из трубы (полиэтилен, пропилеи и т.д.), используемой для прокладки сетей водопровода или канализации, изготавливаются лопасти ветрового генератора. Для этого труба нарезается нужной длины, после чего разрезается и заготовкам придается соответствующая форма.
3. Изготавливается хвостовок ветровой установки. Для этого может быть использован любой листовой материал (фанера, металл, пластик), после чего хвостовик крепится к собираемой конструкции, со стороны противоположной креплению лопастей. В результате получается следующая конструкция:

• Собранная установка монтируется в предусмотренном для этого месте.
• К выводам генератора подключается нагрузка.

Конструкция ветрового генератора на неодимовых магнитах может быть различной, все зависит от имеющихся запасных частей и технический возможностей человека, решившего изготовить подобное устройство самостоятельно.

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее.

На рис.1 представлены составные части низкоскоростного синхронного генератора на постоянных магнитах естественного воздушного охлаждения.

Конструкция. Корпус 1 и крышки генератора 2 и 3 изготовлены из стали, что позволяет генератору выдерживать значительные ветровые нагрузки от ветродвижителя (ротор). Защитное лакокрасочное покрытие обеспечивает всепогодную защиту от коррозии.

Крепление генератора к мачте осуществляется через отверстия в корпусе генератора 1. Крепление ветродвижителя осуществляется с помощью муфты, которая имеет центровочное отверстие и отверстия для соединения с присоединительным местом ветродвижителя.

Внутренняя поверхность генератора имеет специальное защитное лакокрасочное покрытие для предотвращения возникновения коррозии.

Статор генератора. Пакет статора генератора 6 набран из электротехнических пластин стали 2212 толщиной 0,5 мм каждая, что позволяет снизить потери от перемагничивания железа.

Обмотка статора 7 выполнена высокотемпературным эмаль-проводом, позволяющим длительную работу генератора с максимальной нагрузкой. Обмотка имеет двойную пропитку лаком, что делает ее устойчивой при экстремальной влажности от конденсата.

Ротор генератора. Ротор генератора 4 имеет 18 полюсов и установлен в подшипниковых опорах. На ободе ротора размещены и надежным образом закреплены магниты 5 системы неодим-железо-бор.

Подшипниковые опоры. Для разгрузки ротора генератора от ветродвижителя применен набор подшипников 10, 11 и 12, включающий радиальный роликовый, осевой и радиальный шариковый подшипник. Подшипниковые узлы заполнены всесезонной смазкой на весь срок службы генератора.

Охлаждение. Генератор не требует принудительного охлаждения. Развитая конструкция корпуса вкупе со специально рассчитанной обмоткой статора, применением высокотемпературных материалов позволяют обеспечить надежную долговременную работу генератора при естественном воздушном охлаждении.

Коробка выводов. На боковой поверхности генератора имеется клеммная коробка 13, через которую к генератору подключается внешний кабель. Герметичный кабельный ввод обеспечивает надежную защиту места соединения кабеля с выходами обмоток генератора.

Исполнение. Генераторы может быть в различных корпусах. Класс защиты синхронного генератора по ГОСТ14254 — IP 45-65. Пылезащищенное исполнение с защитой от струй воды.

Испытания. Каждый генератор в процессе производства, сборки и проходит проверку. После сборки 100% генераторов проверяются на специальном стенде на разных режимах работы, результаты которых вносятся впаспорт.

1-корпус, 2- крышка нижняя, 3- крышка верхняя, 4- ротор, 5- постоянные магниты,

6- статор, 7- обмотка, 8- полумуфта, 9- уплотнения, 10,11,12- подшипники, 13- клеммная коробка.

Модификации.

Каждый генератор может быть переделан под особые требования заказчика с минимальными внесениями в базовую конструкцию, в то же время соответствуя уникальным требованиям заказчика.

Специально спроектированная обмотка позволяет получить широкий диапазон электрических характеристик от низковольтного до высоковольтного.

2.2.Стоимость.

Для вертикальных ветроэнергетических установок мощностью 3…45 кВт предлагается использовать низкоскоростные синхронные генераторы на постоянных магнитах естественного воздушного охлаждения.

Как собрать генератор на магнитах

Собираем ротор

Ротор такого магнитного ветрогенератора конструктивно представляет собой сборку из двух стальных дисков, расположенных параллельно друг другу. Диски жестко скреплены между собой через распорную втулку и установлены на валу, вращение которого обеспечивает турбина ветряка. Можно рекомендовать сделать ротор из автомобильной ступицы в сборе с тормозными дисками. Это надежная и хорошо сбалансированная основа для ротора. Дешевле будет взять б/у ступицу. В этом случае ее необходимо разобрать, тщательно почистить, проверить и смазать подшипники. Можно диски для ротора изготовить самостоятельно из низкоуглеродистой стали. Конечно, можно взять и другой материал, но следует учесть, что при использовании немагнитного материала эффективность генератора значительно снижается.

По периметру каждого диска располагаются магниты. Какие магниты нужны для ветрогенератора? Можно взять дисковые, прямоугольные, но наилучший эффект дают неодимовые магниты-сектора. Их размер и количество могут быть разными в зависимости от вашей цели и возможностей. Однако число пар полюсов магнитов должно быть четным, причем для однофазного генератора их должно быть столько же, сколько и катушек в статоре, а для трехфазного — четыре или две пары на три катушки. Магниты по периметру диска устанавливаются с чередованием полюсов: N–S–N–S…. Для этого предварительно следует изготовить шаблон, где точно обозначить место каждого магнита.

Размеры дисков ротора рассчитываются, исходя из размеров магнитов и их количества. Толщина диска для ротора должна быть порядка толщины магнита.

Магниты приклеиваются к диску суперклеем, а затем диск заливается эпоксидной смолой. Чтобы избежать ее стекания по внутренней и наружной окружности диска делаются бортики из скотча, пластилина или другого подручного материала. Перед тем, как залить диск эпоксидкой рекомендуем пометить на каждом диске по магниту, полюса которых направлены встречно, чтобы затем не перепутать при сборке. При сборке генератора следует следить за тем, чтобы магниты на дисках ротора располагались точно напротив и были направлены противоположными полюсами друг к другу. Схематический чертеж ротора ветряка с распределением магнитных силовых линий представлен на рис. 1.

Изготовление статора ветрогенератора

Теперь сформированное магнитное поле нужно преобразовать в электричество. Для этого служит статор — неподвижная обмотка из медного провода, расположенная так, чтобы силовые магнитные линии, образуемые магнитами ротора, при его вращении пересекали провода обмотки.

Статор генератора располагается в зазоре между дисками ротора. Состоит он из неподвижных плоских катушек без сердечников. В каждой катушке при пересечении силовыми линиями магнитного поля возникает ЭДС индукции, переменная по величине и направлению. Величина напряжения, значит, и эффективность ветрогенератора, зависят от скорости вращения ротора, от количества витков в каждой катушке, от числа самих катушек и диаметра медного провода, используемого для их изготовления.

Генератор может быть однофазным или трехфазным. Первый проще, но второй предпочтительнее по двум причинам. Во-первых, в ветряке с трехфазной схемой генератора отсутствуют вибрации, которыми в нагруженном состоянии грешит однофазный. Кроме того, трехфазный генератор эффективнее однофазного более чем в 1,5 раза.

Расчет числа и параметров катушек для ротора ведется исходя из числа магнитов, их ширины, выбранного соотношения 4/3, или 2/3 и диаметра провода.

Если для обмотки взять тонкий провод, то катушки статора можно намотать с большим количеством витков, напряжение на выходе генератора будет более высоким, но его нагрузочная способность ниже. При использовании более толстого провода с меньшим сопротивлением в зазоре для статора поместятся обмотки с меньшим числом витков, в результате выходное напряжение будет ниже, но выше нагрузочная способность. Форма катушек определяется формой магнитов, а оптимальной толщиной статора считается величина, равная толщине магнитов. Число витков каждой катушки получается делением общего числа витков обмотки на число катушек, а общее число витков обмотки статора определяется, исходя из ЭДС, величины магнитной индукции, средней скорости вращения ротора.

Намотав катушки, их раскладывают на предварительно подготовленном шаблоне с размеченными секторами, соединяют между собой в зависимости от выбранной схемы. В однофазном варианте все катушки соединяются между собой последовательно. При этом нужно учесть, что токи в соседних катушках будут иметь противоположные направления, поэтому соединяются начало с началом соседней, а конец с концом следующей. Провода от начала первой и конца последней катушек выводятся наружу. При трехфазном варианте между собой соединяются каждая третья катушка. Провода каждой фазы выводятся наружу и впоследствии соединяются звездой или треугольником. Схемы соединения обмоток генератора представлены на рис. 2.

Для прочности под катушки и на них кладется стеклоткань, и вся конструкция заливается эпоксидной смолой. После ее застывания сверлятся отверстия для крепежных болтов.

Оба диска ротора устанавливаются на валу с двух сторон от статора на расчетном расстоянии, на передний диск ротора крепится ветроприемное устройство.

Заглянем в будущее

Человеческая мысль не стоит на месте и самые распространенные сегодня горизонтальные ветрогенераторы постепенно уступают свое место вертикальным. Связано это с появлением технологии магнитной левитации, или так называемых ветрогенераторов на магнитной подушке. В такой конструкции лопасти крыльев при малых габаритах максимально используют энергию ветра, то есть КПД тут будет значительно выше.

Первенство в применении этой технологии принадлежит китайцам, но сейчас во многих странах мира инженеры работают над созданием мощных ветрогенераторов с магнитной левитацией, позволяющих осуществить переход к источникам возобновляемой энергии в промышленном масштабе.