3D Printed Axial Flux Alternator at Dynamometer: 4 na Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:13

TIGIL !! BASAHIN MUNA ITO !!! Ito ay isang tala ng isang proyekto na nasa pag-unlad pa rin, mangyaring huwag mag-atubiling mag-alok ng suporta.

Ang aking pangwakas na layunin ay ang ganitong uri ng motor / alternator na maaaring maging isang parametrized bukas na disenyo ng mapagkukunan. Ang isang gumagamit ay dapat na makapasok ng ilang mga parameter, tulad ng metalikang kuwintas, bilis, kasalukuyang, volts / rpm, karaniwang mga laki ng magnet at marahil magagamit na puwang, at isang serye ng mga 3D na nai-print na.stl at.dxf cut file ay dapat na malikha.

Ang nagawa ko ay lumikha ng isang platform na maaaring mapatunayan ang isang simulate na disenyo, na maaaring mabago sa isang mas mahusay na aparato ng komunidad.

Sa bahagi, ito ay isang dahilan na naitakda ko ito sa isang dynamometer. Ang isang dynamometer ay sumusukat sa metalikang kuwintas at bilis upang payagan ang hp, o shaft Watt na masusukat. Sa kasong ito ay naitayo ko ang alternator na may dumaan, nakatigil na poste, na ginagawang mas simple ang pag-set up ng isang dynamometer system, at sa gayon maaari itong mai-configure upang ma-drive bilang isang motor ng isang RC ESC (Inaasahan ko), at sinusukat ang metalikang kuwintas sa output, pati na rin ang bilis, V at Amps, pinapayagan na matukoy ang kahusayan ng motor.

Para sa aking mga layunin maaari itong hinimok ng isang variable na motor na may bilis (labis mula sa cordless drill, na may down down gearing), at sinusukat ang input ng shaft torque, pati na rin ang V at Amps, na pinapayagan ang tunay na kahusayan na mabuo, at ang inaasahang pag-load ng turbine upang gayahin.

Sa mode na ito inaasahan kong gumamit ng isang RC ESC na may kakayahang makabalik na pagpepreno, at marahil isang Arduino upang makontrol ang pagkarga na dinadala ng aking VAWT upang makamit ang MPPT (Pagsubaybay sa Multi Power Point).

Ang MPPT ay ginagamit sa solar pati na rin ang kontrol ng turbine ng hangin, ngunit medyo kakaiba ito para sa hangin. Sa lakas ng hangin isang malaking isyu ay habang ang bilis ng hangin ay nagdoble ng 10km / oras hanggang 20km / oras, ang magagamit na enerhiya mula sa hangin ay tataas ng kubo, kaya ng 8 beses. Kung ang 10W ay magagamit sa 10km / hr, kung gayon ang 80W ay magagamit sa 20km / oras. Mahusay na magkaroon ng mas maraming enerhiya, ngunit ang mga alternator output ay nagdodoble din habang ang bilis ay dumoble. Kaya't kung mayroon kang perpektong alternator para sa isang 20km / hr na hangin, ang pagkarga nito ay maaaring napakalakas na sa 10km / hr hindi na ito magsisimula.

Ang ginagawa ng MPPT ay ang paggamit ng isang mabibigat na tungkulin na solidong paglipat ng estado, upang idiskonekta at pagkatapos ay kumonekta nang mabilis ng isang alternator. Pinapayagan kang ayusin kung magkano ang karga ng isang alternator, at ang Multi, ng MPPT, nangangahulugan na maaari mong itakda ang iba't ibang mga pag-load para sa iba't ibang mga bilis.

Napaka kapaki-pakinabang nito, dahil ang lahat ng mga uri ng turbine ay kinokolekta ang kanilang maximum na enerhiya kapag ang load ay naitugma sa magagamit na enerhiya, o bilis ng hangin.

KAYA

Hindi ito isang resipe, bagaman naniniwala akong maaari itong makopya mula sa na-post ko, at magiging masaya na magbigay ng karagdagang impormasyon ngunit iminumungkahi ko na ang pinakamahusay na pagpipilian ay upang magmungkahi ng mga pagpapabuti sa akin, bago matapos ang paligsahan ng Circuits at Sensors, upang maisaalang-alang ko, tumugon, at marahil mapabuti ang itinuturo na ito.

Patuloy akong mag-a-update, mag-revise at magdagdag ng impormasyon, kung kaya't kagiliw-giliw na ngayon, baka gusto mong mag-check in muli nang kaunti, ngunit inaasahan kong magawa ng kaunti bago matapos ang paligsahan ng Sensors sa Hulyo 29/19.

Gayundin, hindi ako isang partikular na hayop na panlipunan, ngunit gusto kong tapik sa likod ngayon at pagkatapos, at iyon ang isa sa mga kadahilanan na narito ako:-) Sabihin mo sa akin kung nasisiyahan ka bang makita ang aking trabaho, at nais mong makita higit pa, mangyaring:-)

Ang proyektong ito ay naganap sapagkat nais ko ng isang makokontrol na pag-load para sa pagsubok ng aking mga disenyo ng turbine, at nais kong madali itong maisagawa, upang magamit din ito ng iba. Sa layuning ito, pinigilan ko ang aking sarili sa pagdidisenyo ng isang bagay na maaaring maitayo gamit lamang ang isang FDM printer, walang ibang mga tool sa makina ang kinakailangan. Tila walang maraming mga produktong komersyal na pumupuno sa pangangailangan para sa isang mataas na metalikang kuwintas, mababang bilis, hindi cogging alternator, kahit na may ilang mula sa Tsina. Sa pangkalahatan walang gaanong pangangailangan sapagkat ang mga sistema ng gear ay napakamahal at ang kuryente ay napakamura.

Ang nais ko ay isang bagay na gumawa ng humigit-kumulang 12V sa 40-120 rpm, at bandang 600-750W sa 120-200rpm. Nais ko rin na ito ay maging katugma sa murang 3phase PMA Controllers mula sa RC world (Electronic Speed Controllers ng ESC). Ang isang pangwakas na kinakailangan ay ito ay isang out runner (kaso o shell na may magnet na umiikot, habang ang poste na may stator, ay nakatigil), na may isang poste na dumadaan sa lahat ng mga kaso, at isang stator na clamp sa baras.

Ang itinuturo na ito ay isang isinasagawa, at inilalagay ko ito upang ang mga tao ay magkaroon ng isang pagtingin sa proseso, hindi gaanong kadali dahil sa palagay ko dapat nila itong kopyahin. Ang isang pangunahing bagay na babaguhin ko ay ang wire backing plate na aking itinayo ay hindi halos sapat na malakas upang maayos na ma-channel ang mga patlang ng magnet sa paligid ng singsing, kaya't ang isang mahusay na pakikitungo sa magnetikong pagkilos na bagay na binayaran para sa mga magnetong iyon ay nasayang sa likod. Kapag ginawang muli ko ang disenyo, na gagawin ko sa ilang sandali, malamang na gawin ko ito sa mga plate na pang-magnetic na pag-back ng cnc cut steel plate. Ang bakal ay magiging medyo mura, mas malakas, at pasimplehin ang karamihan sa pagbuo na ito. Nakatutuwang gawin ang mga pinaghalong FDM / wire / plaster tulad ng inilarawan ko rito, at sa iron na puno ng PLA, magkakaiba rin ang mga bagay. Napagpasyahan kong gusto ko ang isang bagay na tatagal, kaya mga plate na bakal.

Nagawa ko ang mahusay na pag-unlad sa bersyon na ito, na gagamitin ko para sa pagsubok sa VAWT na ito. Hindi pa ako masyadong doon sa mga tuntunin ng pagganap ng mababang boltahe. Sa palagay ko ang aking Wattage / Torque ay nasa tamang ballpark, ia-update ko habang umuusad ang mga bagay ngunit sa puntong ito kung ano ang nakuha ko ay may magandang pagkakataon na maging ang kinokontrol na pag-load na kailangan ko. Kapag namatay na pinaikling tila upang makapagbigay ng kaunting paglaban ng metalikang kuwintas, higit sa sapat upang masubukan ang turbine. Kailangan ko lamang mag-set up ng isang kontroladong bangko ng paglaban, at mayroon akong isang kaibigan na tumutulong sa akin doon.

Ang isang bagay na maikling sasabihin ko ay tulad ng maraming tao ngayon, mayroon akong isang 3D (FDM-using PLA) na printer sa loob ng ilang taon, kung saan nagkaroon ako ng kasiyahan mula sa 20-30kg. Madalas kong makita itong nakakabigo bagaman bilang mga bahagi ng anumang laki / lakas ay alinman sa mahal at napakabagal mag-print, o murang, mabilis at malambot.

Alam ko kung gaano karaming libu-libong mga 3D printer na ito ang naroon, madalas na walang ginagawa sapagkat tumatagal, o masyadong maraming gastos upang makagawa ng mga kapaki-pakinabang na bahagi. Naisip ko ang isang nakawiwiling solusyon sa mas malakas na mga bahagi ng mas mabilis mula sa parehong printer at PLA.

Tinatawag ko itong isang "ibinuhos na istraktura", kung saan ang naka-print na bagay (binubuo ng 1 o higit pang mga naka-print na bahagi, at kung minsan ay mga bearings at shaft), ay ginawa ng mga void na idinisenyo upang ibuhos na puno ng isang tumitigas na tagapuno ng likido. Siyempre ang ilan sa mga halatang pagpipilian para sa isang ibinuhos na pagpuno ay magiging isang bagay tulad ng epoxy na puno ng maikling strand tinadtad na hibla ng salamin, na maaaring magamit para sa mataas na lakas at magaan na mga pagpupulong ng timbang. Sinusubukan ko ang ilang mas mababang gastos, mas eco friendly idea din. Ang kabilang panig ng pagpupulong na "ibinuhos na istraktura" na ito, ay ang lukab o walang bisa na pupunuin mo, ay maaaring magkaroon ng maliit na diameter na may mataas na mga elemento ng makunat, na-igting na pre tensioned sa naka-print na "hulma / plug", na kung saan ay gumagawa ng nagresultang istraktura isang pinaghalo sa mga materyales, at sa istraktura, bahagi ng Stressed Skin (ang PLA sheath), ngunit may isang mataas na compressive stregth core na may kasamang mataas na mga elemento ng lakas na makunat din. Gagawa ako ng pangalawang itinuro na nagtatampok nito, kaya pag-uusapan ito dito, upang masakop lamang kung paano ito nauugnay sa pagbuo na ito.

Hakbang 1: Listahan at Proseso ng Mga Materyales

Ang PMA ay binubuo ng 3 pagpupulong, bawat pagpupulong na naglalaman o gumagamit ng iba't ibang mga bahagi at materyales.

Mula sa itaas (gilid ng tindig) hanggang sa ibaba (gilid ng stator), 1. Bearing Carrier at Top Bearing Array

2. Stator

3. Mas mababang Magnet Array

1. Ang Bearing Carrier at Top Magnet Array

Para dito ginamit ko ang mga naka-print na bahagi ng 3D na nakalista sa itaas

1. 150mm8pole itaas na mag at tindig na suporta sa CV5.stl,
2. may tindig na panloob na plato
3. tindig gilid panlabas na plato
4. Ang 1 "self aligning na tindig ng ID (tulad ng ginamit sa karaniwang mga bloke ng unan ++ magdagdag ng link sa internet),
5. 25 'ng 24g galvanized steel wire
6. 15 'ng 10g galvanized steel wire
7. 2 rolyo ng magaspang na lana na bakal

Opsyonal na ang mabibigat na kawad na bakal at bakal na bakal ay maaaring mapalitan ng mga plate ng pag-back ng bakal, laser / water jet cut, o isang 3D na naka-print na magnetic backing plate na maaaring posible (ngunit mabigat ang ilang kawad na bakal ay mabuti pa ring ideya dahil lalabanan nito ang pagpapapangit ng plastik oras). Sinubukan kong magtapon ng isang backing plate na may epoxy na puno ng iron oxide pulbos at nagtagumpay. Ang pagpapabuti ng pagkabit ng pagkilos ng bagay sa pagitan ng mga magnet sa array sa paglaon sa pamamagitan ng paggamit ng isang mas mabisang plate sa pag-back ay dapat dagdagan ang Volts sa mas mababang mga rpms. Mahusay ding tandaan na ito ang pangunahing sangkap ng istruktura, at inililipat ng backplate ang mga puwersa mula sa mga magnet sa mga jacking post. Ang mga pwersang pang-magnetiko na hinihila ang mga plato patungo sa bawat isa ay maaaring daan-daang lbs, at ang mga puwersa ay dumaragdag nang mabilis (Cubed, sa pangatlong lakas) habang ang mga plato ay malapit na magkasama. Ito ay maaaring mapanganib, at ang pangangalaga ay dapat gawin kasama ng mga tool at anumang iba pang mga bagay na maaaring akitin sa binuo plate o bumalik ito!

Gumamit ako ng tungkol sa 300ft ng 24g pinahiran na magnet wire sa mga paikot-ikot na tatakpan ko nang detalyado sa paglaon.

Hakbang 2: Paggawa ng mga Platong Magnet

Sa alternatibong axial flux na ito, upang i-minimize ang cogging, at i-maximize ang output, gumagamit ako ng dalawang magnet array, isa sa bawat panig ng mga stator coil. Nangangahulugan ito na walang kinakailangang magnetikong core upang iguhit ang magnetic field sa pamamagitan ng mga windings ng tanso, tulad ng ginagawa ng karamihan sa mga motor / alt geometry. Mayroong ilang mga disenyo ng axial flux na gumagamit ng mga ferris core, at maaari kong subukan ang ilang mga eksperimento sa ganoong paraan sa hinaharap. Gusto kong subukan ang ilang 3d na naka-print na iron load na materyal.

Sa kasong ito, pumili ako ng isang 8 poste ng magnet magnet sa halos isang 150mm na bilog, gamit ang 1 "x1" x0.25 "na mga bihirang magnet ng daigdig. Ang laki na ito ay upang matiyak na ang lahat ng mga bahagi ay magkakasya sa isang 210mm x 210mm print bed. Sa pangkalahatan ay sinukat ko muna ang alternator na ito sa pamamagitan ng pag-unawa na ang mas malaking diameter, mas mabuti sa mga tuntunin ng volts bawat rpm, kaya ginawa itong kasing laki ng kumportableng magkasya sa aking print bed. FYI, mayroong higit sa isang kadahilanan na mas malaki ang mas mahusay: mas maraming silid para sa magneto, mas malayo ang mga magnet mula sa gitna, mas mabilis ang paglalakbay nila, at mayroong mas maraming lugar para sa tanso! Ang lahat ng mga bagay na ito ay maaaring magdagdag ng mabilis! Gayunpaman ang isang konklusyon na napag-isipan ko ay sa saklaw ng laki na ito, isang maginoo ang flux system ay maaaring maging isang mas mahusay na pagbuo ng bahay. Ang maliliit na rotors ay walang gaanong silid, at ang mga bagay ay maaaring maging masikip, lalo na kung gumagawa ka ng through shaft tulad ng nagawa ko sa disenyo na ito. Gayundin kung ang iyong magnet (haba ng radial) ay maliit na may kaugnayan sa iyong diameter ng rotor, tulad ng sa isang ito, (humigit-kumulang na 6 "diameter hanggang 1" magnet), pagkatapos ang windi medyo nakakakuha ng kakaiba ang panloob na dulo ng paikot-ikot na halos 1/2 lamang ang haba ng panlabas.

Bumalik sa pagtuturo! Ang paraan na tipunin ko ang mga plate ng magnet ng alternator na ito ay upang unang idikit ang plate ng magnet (berde) sa pulang flange / backing plate. Inilagay ko ang magnetong plato sa ilang manipis na mga layer ng playwud (mga.75 makapal), at inilagay ang pareho sa isang mabibigat na plato ng bakal, upang payagan ang mga magnet na i-clamp ang pagpupulong. Pagkatapos ay sinugatan ko ang wire na bakal, papunta sa sa likod ng mga plate na pang-magnet. Hindi ito natuloy tulad ng inaasahan ko. Ang malakas na magnetic field ay hinila ang kawad patungo sa gitna ng mga magnet, at hindi ako matagumpay sa baluktot ng bawat hilera, ng kawad upang ganap na magkasya sa susunod na lugar, nang hindi nilagyan ang unang balot. Inaasahan kong mai-spool ko lang ang kawad, at isasara ito ng magnetic flux. Susunod kong sinubukan ang pagputol ng mga singsing na kawad, at mas mabuti ito, ngunit malayo pa rin sa gusto ko inaasahan sa mga tuntunin ng pagkuha ng isang magandang pare-pareho na plate ng pag-back mula sa kawad. Ang mas kumplikadong mga paraan upang magawa ito ay posible, at maaaring maging sulit sa pag-eksperimento sa hinaharap. Sinubukan ko rin ang paggamit ng steel wool, na siksik sa magnetic field, bilang isang backing plate, o flux bumalik sa landas. Tila gumana ito, ngunit ang tunay na density ng bakal ay hindi gaanong masyadong mataas, kaya't di di ako hindi subukan ang pagiging epektibo nito, sa bahagi dahil naniniwala ako na ang istraktura ng kawad ay mahalaga sa mga mekanikal na naglo-load sa mga plate na pang-magnet. Ang bakal na lana ay maaari ring sulitin sa pagsisiyasat sa hinaharap, subalit ang water jet cut steel plate ay malamang na ang susunod na pagpipilian na susubukan ko.

Susunod, kinuha ko ang kulay kahel na naka-print na bahagi ng 3D, at hinabi ang kawad sa paligid nito, kasama ang para sa akin ang mga direksyon ng pinakamataas na pagkarga, bolt sa bolt, at bolt upang isentro nang ilang beses sa bawat sulok. Sinaktan ko din ito sa paligid ng mga butas ng bolt kung saan ang lahat ng baras ng thread ay dumadaan bilang mga jacking post upang mapanatili at maiayos ang puwang sa pagitan ng mga plato.

Matapos nasiyahan na ang magnet plate at flange ay sapat na mabuti, at ang orange backing plate ay kasiya-siyang sinulid ng pampalakas na kawad, sumali ako sa dalawa na may pandikit. Kailangang mag-ingat dahil ang pandikit na magkasanib na ito ay kailangang maging masikip ng tubig, o malapit. Nagkaroon ako ng paglabas sa unang dalawang beses, at ito ay gulo, nagsasayang ng maraming plaster, at mas nakaka-stress kaysa sa kailangan mo. Inirerekumenda kong panatilihin ang ilang mga asul na tack o iba pang bubble gum tulad ng hindi permanenteng malagkit sa paligid upang mabilis na mag-patch ng pagtulo. Kapag ang mga bahagi ay sumali, punan ang pampalakas na materyal na iyong pinili. Gumamit ako ng isang matigas na plaster, binago gamit ang pandikit ng PVA. Ang plaster ay dapat umabot sa 10, 000 psi compressive, ngunit hindi gaanong nasa pag-igting (kaya ang kawad). Gusto kong subukan ang epoxy na may tinadtad na baso, at cabosil, o kongkreto at admixtures.

Ang isang madaling gamiting bagay tungkol sa plaster, ay kapag sumipa ka ay mayroon kang kaunting oras kung saan mahirap, ngunit ang marupok at paglabas o patak ay madaling ma-scrape o matanggal.

Sa disenyo na ito, mayroong dalawang magnetong plate. Ang isa ay may tindig, isang pamantayang 1 unan block ng self aligning unit. Inilagay ko nang maaga ang mine sa magnet array. Para sa application na dinisenyo ko ito, ang isang pangalawang tindig ay matatagpuan sa turbine sa itaas ng alternator, kaya't Ginamit lamang ang isang self aligning tindig. Ito ay isang maliit na sakit sa huli. Ang mga bahaging ito ay maaari ring tipunin sa bawat magnetong plato na may tindig, kung ang mga output na wire mula sa stator ay nangunguna sa loob ng naka-mount na baras. Gusto nito payagan ang mga kontra na umiikot na propellor na mai-mount sa isang pangkaraniwan, hindi umiikot na poste / tubo.

Hakbang 3: Paglikha ng Stator

Alinsunod sa aking tema ng pagsubok na ipaliwanag kung ano ang nagawa ko, at kung bakit tila isang magandang ideya sa oras na iyon, mangangailangan ang stator ng kaunting puwang.

Sa isang PMA, sa pangkalahatan ang mga paikot-ikot ay nakatigil, habang ang mga magnetikong pagpupulong ay paikutin. Hindi ito palaging ang kaso, ngunit halos palaging. Sa isang pagpupulong ng axial flux, na may pag-unawa sa pangunahing "panuntunang kanang kamay", nauunawaan na ang sinumang konduktor na nakatagpo ng isang umiikot na magnetic field, ay may kasalukuyang at boltahe na nabuo sa pagitan ng mga dulo ng kawad, na may dami ng kapaki-pakinabang na kasalukuyang pagiging proporsyonal sa direksyon ng bukid. Kung ang patlang ay gumagalaw kahilera sa kawad (hal., Sa isang bilog sa paligid ng axis ng pag-ikot), walang kapaki-pakinabang na kasalukuyang mabubuo, ngunit ang makabuluhang mga eddy na alon ay malilikha, lumalaban sa paggalaw ng mga magnet. Kung ang kawad ay tumatakbo patayo, pagkatapos ang pinakamataas na boltahe at kasalukuyang output ay maaabot.

Ang isa pang pangkalahatan ay ang puwang sa loob ng stator, kung saan dumadaan ang magnetik na pagkilos ng bagay habang umiikot, para sa maximum na output ng wattage, ay dapat punan ng maraming tanso, lahat ng radikal na inilatag, hangga't maaari. Ito ay isang isyu para sa maliit na diameter ng mga axial flux system, tulad ng sa kasong ito, ang lugar na magagamit para sa tanso malapit sa baras ay isang maliit na bahagi ng lugar sa panlabas na gilid. Posibleng makakuha ng 100% tanso sa panloob na lugar na nakatagpo ng magnetic field, ngunit sa loob ng geometry na ito na makukuha ka lamang marahil 50% sa labas ng gilid. Ito ang isa sa pinakamalakas na dahilan para manatili sa mga disenyo ng axial flux na masyadong maliit.

Tulad ng sinabi ko dati, ang itinuturo na ito ay hindi tungkol sa kung paano ko ito gagawin muli, higit pa upang ituro sa ilang mga direksyon na mukhang may pag-asa, at ipakita ang ilan sa mga kaluluwang maabot ang landas na ito.

Sa pagdidisenyo ng stator nais kong gawin itong kasing kakayahang umangkop sa mga tuntunin ng volts output bawat rpm, at nais kong maging 3phase ito. Para sa maximum na kahusayan, sa pamamagitan ng pag-minimize ng mga eddy alon na nabuo, ang anumang "binti" (bawat panig ng isang likid ay dapat na naisip bilang isang "binti") ay dapat lamang makatagpo ng isang magnet sa bawat oras. Kung ang mga magnet ay malapit na magkasama, o hawakan tulad ng kaso sa maraming mga mataas na output rc motor, sa oras na ang "binti" ay dumadaan sa pagbaluktot ng magnetic flux, ang makabuluhang mga eddy na alon ay bubuo. Sa mga aplikasyon ng motor hindi ito mahalaga, dahil ang coil ay pinalakas ng tagakontrol kapag nasa tamang lokasyon ito.

Sinukat ko ang magnet array na nasa isip ng mga konseptong ito. Ang walong magnet sa array ay bawat 1 "sa kabuuan, at ang puwang sa pagitan ng mga ito ay 1/2". Nangangahulugan ito na ang isang magnetic segment ay 1.5 "haba, at mayroon itong puwang para sa 3 x 1/2" "mga binti". Ang bawat "binti" ay isang yugto, kaya't sa anumang punto, ang isang binti ay nakakakita ng walang kinikilingan na pagkilos ng bagay, habang ang dalawa pa ay nakakakita ng nag-aakusa na pagkilos ng bagay at pagtanggi ng pagkilos ng bagay. Perpekto na output ng 3 yugto, bagaman sa pamamagitan ng pagbibigay ng walang kinikilingan na punto ng puwang na ito (upang mabawasan ang mga eddy na alon), at paggamit ng mga parisukat (o hugis na pie) na mga magnet, ang pagkilos ng bagay ay halos sumulpot nang maaga, mananatiling mataas, pagkatapos ay mabilis na mahulog sa zero. Ang ganitong uri ng output ay sa palagay ko ay tinawag na trapezoidal, at maaaring maging mahirap para sa ilang mga taga-kontrol na nauunawaan ko. Ang 1 "bilog na mga magnet sa parehong aparato ay magbibigay ng higit pa sa isang tunay na alon ng sine.

Pangkalahatan ang mga alternatibong built-in na bahay na ito ay itinayo gamit ang "coil", hugis ng donut na mga bundle ng kawad, kung saan ang bawat panig ng donut ay isang "binti" at ang mga bilang ng mga coil ay maaaring magkabit, sa serye o parallel. Ang mga donut ay nakaayos sa isang bilog, na nakahanay ang kanilang mga sentro sa gitna ng daanan ng magnet. Gumagana ito, ngunit may ilang mga isyu. Ang isang isyu ay dahil ang mga conductor ay hindi radial, ang isang mahusay na pakikitungo ng konduktor ay hindi dumadaan sa 90 degree sa magnetic field, kaya nabuo ang mga eddy na alon, na lumilitaw bilang init sa likaw, at paglaban sa pag-ikot sa magnet array's. Ang isa pang isyu ay ang dahil ang mga conductor ay hindi radial, hindi sila magbalot ng maayos. Ang output ay direktang proporsyonal sa dami ng kawad na maaari mong magkasya sa puwang na ito, kaya ang output ay nabawasan ng hindi "radial" na mga binti. Habang posible at kung minsan ay ginagawa sa mga komersyal na disenyo, upang iikot ang isang likid na may radial na "mga binti, sumali sa itaas at ibaba, ay nangangailangan ng 2x mas maraming paikot-ikot na bilang isang paikot-ikot na ahas kung saan ang tuktok ng isang binti ay isinali sa tuktok ng susunod na naaangkop na binti, at pagkatapos ay ang ilalim ng binti na iyon ay sumali sa susunod na naaangkop na binti, at sa at sa.

Ang iba pang malaking kadahilanan sa Axial flux alternators ng ganitong uri (umiikot na mga magnet sa itaas at ibaba ng stator), ay agwat sa pagitan ng mga plato. Ito ay isang ugnayan sa batas ng kubo, habang binabawasan mo ang distansya sa pagitan ng mga plato ng 1/2, ang pagtaas ng magnetic flux density ay 8x. Ang mas payat na maaari mong gawin ang iyong stator, mas mahusay!

Sa pag-iisip na ito gumawa ako ng 4 na lobed paikot-ikot na jig, nag-set up ng isang sistema para sa pagsukat ng halos 50ft ng mga hibla ng kawad, at binalot ang jig ng 6 na beses, lumilikha ng mga bundle ng kawad na tungkol sa 6mm diameter. Ang mga ito ay magkakasya ako sa asul na singsing na spacing, tinali ang mga ito sa mga butas upang ang mga dulo ng kawad ay lumabas sa likod. Hindi ito madali. Natulungan ito ng kaunti sa pamamagitan ng maingat na pag-tape ng mga bundle upang hindi ito maluwag, at sa pamamagitan ng paglalaan ng aking oras at paggamit ng isang makinis na tool na bumubuo ng kahoy upang itulak ang mga wire sa lugar. Kapag silang lahat ay nakatali sa lugar, ang asul na spacing ring ay inilagay sa pinakamalaki sa light green na bumubuo ng mga tub, at sa tulong ng madilim na berdeng donut na bumubuo ng tool, sa kabilang panig ng light green tub, maingat na pinindot nang patag sa isang bench vice. Ang bumubuo na batya ay may isang uka para umikot ang kurbatang kurdon upang tumagal. Tumatagal ito ng oras at pasensya habang maingat mong paikutin ang tungkol sa 1/5 pagliko, pindutin, paikutin, at magpatuloy. Binubuo nito ang disk na flat at manipis, habang pinapayagan ang pagtatapos ng mga paikot-ikot na stack up. Maaari mong mapansin na ang aking 4 na lobed winding ay may tuwid na "mga binti" ngunit ang panloob at panlabas na mga koneksyon ay hindi bilugan. Ito ay upang gawing mas madali para sa kanila na mag-stack. Hindi ito naging maayos. Kung ginagawa ko ito muli gagawin ko ang loob at labas ng mga paikot-ikot na kurso na sundin ang mga bilog na landas.

Matapos itong patag at payat, at ang mga gilid ay naka-pack down, sinaktan ko ang isang patag na laso sa gilid upang i-compact ito, at isa pang pataas, pababa at paligid ng bawat binti at pagkatapos ay sa isang tabi din nito. Matapos ito ay tapos na maaari mong alisin ang mga wire ng kurbatang at lumipat sa mas maliit na pip, at bumalik sa bisyo at pindutin ito bilang manipis at patag hangga't maaari. Kapag ito ay flat, pagkatapos ay alisin mula sa press tub. Sa halip na ang kumplikadong proseso ng maingat na waxing at patong na mga hulma tulad nito na may mga release compound, sa pangkalahatan ay gumagamit lamang ako ng isang pares ng mga layer ng kahabaan ng balot (mula sa kusina). Mag-ipon ng isang pares ng mga layer sa ilalim ng hulma at ilatag ang fiberglass papunta sa balot ng kahabaan. Susunod na idagdag ang stator mounting tube, na umaangkop sa tuktok ng light green na bumubuo ng tub, ngunit may layer ng kahabaan ng balot at fiberglass sa pagitan. Pagkatapos ay idagdag ang stator winding pabalik sa lugar upang itulak ang parehong balot ng balot at ang fiberglass at i-lock ang mounting tube ng stator sa lugar. Pagkatapos ay bumalik sa bisyo at pindutin muli ang flat. Kapag ito ay umaangkop nang maayos sa tub, kasama ang kahabaan ng balot at fiberglass na na-sandwich, pagkatapos ay idinagdag ang tela ng fiberglass (na may butas sa gitna para sa tumataas na tubo ng stator).

Handa na ngayong ibuhos ang materyal na nagbubuklod, karaniwang ginagamit ang epoxy, o polyester dagta. Bago ito magawa maingat ang paghahanda ay mahalaga sa sandaling simulan mo ang prosesong ito hindi ka talaga maaaring tumigil. Gumamit ako ng isang 3D na naka-print na base plate na dati kong ginawa, na may isang 1 "butas sa gitna at isang patag na plato sa paligid nito. Gumamit ako ng isang 16" piraso ng 1 "aluminyo na tubo, na ang stator mount tube ay magkakasya at magiging gaganapin patayo sa flat plate. Ang berdeng bumubuo ng tub, paikot na stator, at mounting tube ng slator ay inilusod upang umupo sa patag na plato. Bago ihalo ang epoxy, inayos ko muna ang 4 na piraso ng pag-urong na balot, at maingat na inilagay ang ika-5 piraso sa madilim na berde na bumubuo ng donut, kaya magkakaroon ito ng pinakamaliit na mga kunot sa mukha laban sa paikot-ikot na stator. Matapos ihalo ang epoxy at ibuhos ito sa tela ng fiberglass, pagkatapos ay maingat kong inilatag ang balot ng balot sa paligid ng 1 "tubo, at inilagay ang berde bumubuo ng singsing sa tuktok nito. Naghanda rin ako ng isang pares ng mga lumang rot rotors, na nagbigay ng timbang, at umupo ng maayos sa berdeng bumubuo ng donut. Pagkatapos nito ay naglagay ako ng isang baligtad na palayok sa tuktok ng mga rotors ng preno, at sa tuktok ng palayok ay nakasalansan ako ng halos 100lbs ng mga bagay-bagay. Iniwan ko ito sa loob ng 12 oras, at lumabas ito tungkol sa 4-6mm na kapal.

Hakbang 4: Pagsubok at Mga Sensor

Mayroong isang bilang ng mga nasusukat na input at output mula sa alternator, at pagsukat sa kanilang lahat, sa parehong oras ay hindi madali. Napakaswerte kong magkaroon ng ilang mga tool mula sa Vernier na ginagawang mas madali ito. Gumagawa si Vernier ng mga produktong antas ng pang-edukasyon, hindi sertipikado para sa pang-industriya na paggamit, ngunit kapaki-pakinabang para sa mga eksperimento tulad ko. Gumagamit ako ng isang Vernier data logger, na may iba't ibang mga plug at play sensor. Sa proyektong ito, gumagamit ako ng mga kasalukuyang batay sa boltahe at mga probe ng boltahe, upang masukat ang output ng alternator, isang optical sensor upang bigyan ang bilis ng alternator, at isang load cell upang masukat ang input ng metalikang kuwintas. Ang lahat ng mga instrumento na ito ay na-sample ng halos 1000 beses bawat segundo at naitala sa aking laptop, gamit ang Vernier logger bilang isang AD passthrough device. Sa aking laptop ang nauugnay na software ay maaaring magpatakbo ng mga kalkulasyon ng real time batay sa mga input, pagsasama-sama ng metalikang kuwintas at bilis ng data upang bigyan ang lakas ng input ng real time na shaft sa Watts, at data ng output ng real time sa mga de-koryenteng Watts. Hindi pa ako tapos sa pagsubok na ito, at makakatulong ang pag-input mula sa isang taong may mas mahusay na pag-unawa.

Ang isang isyu na mayroon ako ay ang alternator na ito ay talagang isang proyekto sa gilid, at sa gayon ay hindi ko nais na gumastos ng masyadong maraming oras dito. Tulad nito, sa palagay ko magagamit ko ito para sa isang nakokontrol na pag-load para sa aking pagsasaliksik sa VAWT, ngunit kalaunan nais kong makipagtulungan sa mga tao upang pinuhin ito, upang ito ay isang mahusay na tugma para sa aking turbine.

Nang magsimula ako sa pagsasaliksik ng VAWT mga 15 taon na ang nakalilipas, napagtanto ko na ang pagsubok sa VAWT at iba pang pangunahing mga tagagalaw ay mas kumplikado kaysa sa napagtanto ng karamihan.

Ang isang pangunahing isyu ay ang enerhiya na kinakatawan sa isang gumagalaw na likido, ay exponential sa rate ng paggalaw nito. Nangangahulugan ito na habang dinoble mo ang bilis ng isang daloy, ang lakas na nilalaman sa daloy ay nagdaragdag ng 8x (ito ay cubed). Ito ay isang problema, dahil ang mga alternator ay mas linear at sa pangkalahatan, kung doblehin mo ang rpm ng isang alternator, makakakuha ka ng halos 2x na watts.

Ang pangunahing hindi pagtutugma sa pagitan ng turbine (aparato sa pagtitipon ng enerhiya), at ang alternator (lakas ng poste sa kapaki-pakinabang na kuryente) na nagpapahirap pumili ng alternator para sa isang turbine ng hangin. Kung pipiliin mo ang isang alternatibong tugma para sa iyong turbine ng hangin na makakabuo ng pinakamaraming magagamit na kuryente mula sa mga 20km / oras na hangin, malamang na hindi ito magsisimulang paikot hanggang sa 20-25km / oras dahil ang karga sa turbine mula sa alternator ay masyadong mataas. Sa laban ng alternator na iyon, sa sandaling ang hangin ay nasa itaas ng 20km, hindi lamang makukuha ng turbine ang isang bahagi ng enerhiya na magagamit sa mas mataas na bilis ng hangin, ang turbine ay maaaring mag-overpeed, at mapinsala dahil ang pag-load na ibinigay ng alternator ay hindi mataas tama na.

Sa huling dekada ang isang solusyon ay naging mas matipid dahil sa pagbaba ng presyo ng control electronics. Sa halip na subukan na tumugma sa isang saklaw ng mga bilis, kinakalkula ng taga-disenyo ang maximum na bilis na nilalayon upang gumana ang aparato, at pipili ng isang alternator batay sa dami ng enerhiya at perpektong bilis para sa turbine sa bilis na iyon, o medyo sa itaas. Ang alternator na ito kung konektado sa pag-load nito, ay normal na magbibigay ng labis na metalikang kuwintas sa mababang saklaw ng bilis, at ang sobrang karga na turbine ay hindi makukuha ang lahat ng lakas na mayroon ito kung maayos itong na-load. Upang likhain ang wastong pag-load, idinagdag ang isang magsusupil na kung saan ay pansamantalang ididiskonekta ang alternator mula sa de-koryenteng pagkarga, pinapayagan ang turbine na pabilisin ang wastong bilis, at muling magkakonekta ang alternator at load. Tinatawag itong MPPT (Pagsubaybay sa Multi Power Point). Ang controller ay na-program na tulad ng mga pagbabago ng bilis ng turbine (o pagtaas ng boltahe ng alternator), ang alternator ay konektado o naka-disconnect, isang libong beses bawat segundo o higit pa, upang tumugma sa na-program na pagkarga para sa bilis o boltahe na iyon.