Überlegungen zum Thema Fahrrad-Generator

[Christian]

Hallo Dieter,

wirst Du - wie auf dem Foto angegeben - 18 Magnete mit sechs Kernen (statt der vorgeschlagenen 16 Magnete) verwenden?

Gruß,

Christian

[Dieter Lutz]

Hallo Christian, Hallo Thomas, und, und, und,

nachdem es mir ja schon einmal gelungen ist "Bilder" einzustellen, mache ich gleich weiter, auch zum ÜÜÜÜben.
Das eine Bild zeigt einen Hinterradrahmen mit Scheibenbremse allerdings von der Kettenseite her. Daraus ersichtlich, wir haben nicht den ganzen Kreisumfang zur Verfügung. Auch ist es befestigungstechnisch nur im forderen Bereich möglich etwas "stabiles" anzubauen ohne besondere Zusatzteile und ausbaubar ( herausnehmbar ) sollte das Hinterrad ja auch noch sein!!!

Das andere Bild zeigt den mittleren Querschnitt der Trafobleche, einmal Nr. 1 volle Größe für die Spule passend, Nr. 2 nach Christians Vorschlag und Nr. 3 Gedanken von mir, um mehr Windungen auf eine ebenfals angepasste Spule drauf zu bringen.
Auf die jetzige Nr. 1 + 2 passen eben nur 200 Windungen mit 0,63er Draht drauf. Messungen gibt es erst wenn ich die neuen 2 mm Rückschlußbleche ( Ringe ) vom Lasern erhalten habe.

Viele Grüße

Dieter

[Dieter Lutz]

Hallo Christian, Thomas, und, und, und,

nachdem es heute wieder sooo kalt ist mit Regen, hat es mich nochmals in Richtung "Luftspulenversuch" gezogen damit ich nicht ganz "einroste". Habe diesmal eine 8 mm hohe Spule mit 100 Windungen aus 0,63er Draht ( mein Lieblingsdraht ) gewickelt.



Da ich nicht nochmals 3 Stunden warten ( bin Rennntner!!!) wolte, einfach mit einer kleinen Spaxschraube an meinen Luftspulenhalter geschraubt und gemessen mit dem Oscilloscop. Sie bringt erstaunliche 0,5 Volt bei etwa 15 km/h mit 10 Ohm. Sie hat einen ( Innenwiderstand von 0,9 Ohm ) und das bei der großen Scheibe mit den runden 16er Magneten, ohne dem Rückschlußblech. Es ist bestellt aber zur Zeit wird kein so dünnes ( 2mm ) Blech gelasert.

Gruß,

Dieter

[Dieter Lutz]

Hallo Christian, Thomas, und, und, und,

endlich habe ich die 2mm Rückschlußbleche abholen können. Auch habe ich noch einen Sigma BC 1609 an meinen Versuchsaufbau montiert um die jeweiligen Ergebnisse, = Volt zur Geschwindigkeit genauer aufzeichnen zu können.

Aber wie es halt im Leben so ist, sind nun auch inzwischen Gartenarbeiten angesagt und so kann es nur bei Nacht bzw. Regenwetter weitergehen.
Mein 26" Hinterrad mit Scheibenbremsaufnahme durfte ich auf der SPEZI auch Abholen, Dank an "Radieschen Freiburg"
hat mal wieder super geklappt. So steht dann einem Straßentauglichkeits Versuch auch nichts mehr im Wege.

Viele Grüße,

Dieter

[ThomasT]

Dieters Generator bringt inzwischen brauchbare Leistungen.
Das Hauptproblem war die Sättingung im Magnetkreis. Einfach ausgedrückt, im Eisen haben nur eine begrenzte Anzahl Magnetlinien Platz. Wenn der Platz voll ist, dann braucht man sehr viel magnetische Kraft (=Feldstärke), um noch mehr Feldlinien reinzudrücken (also ähnlich wie in der U-Bahn während der Rush Hour oder dem Oktoberfest).
Es ist dabei unerheblich, welches Teil im magnetischen Kreis in der Sättigung ist. In jedem Fall wird dadurch die maximale Flußänderung begrenzt. Die Ausgangsspannung ist aber direkt abhängig von der Flußänderung. Sättigungseffekte traten nicht nur im Spulenkern auf, sondern auch im Rückschlußblech und vermutlich sogar in den Magneten selber.

Dieses Bildchen soll als elektrisches Ersatzschaltbild des Magnetkreises den Zusammenhang aufzeigen.



Den größten magnetischen Widerstand haben die Luftspalte. Sobald aber eine anderes Teil im Kreis in die Sättigung kommt, verhält es sich für die weiteren Feldstärkeänderungen wie ein Luftspalt.

Wie gesagt, das Sättigungsproblem hat der Dieter inzwischen durch Vergrößerung der Querschnitte beseitigt.

Jetzt stellt sich die Frage, was machen wir mit der Spannung?
Gleichrichten natürlich! - Und das bringt schon wieder Ärger. Da waren wir ganz froh, daß die Spule eine schöne Sinusspannung abgiebt, d.h. daß die Oberwellen und damit der erhöhte Blindwiderstand ohne Einfluss bleiben - und nun kommt der Gleichrichter und erzeugt mit seiner nichtlinearen Belastung der Spule wieder Oberwellen und anderen Mist.
Mit einem Mehrphasengenerator wird das weniger kritisch. Aber lohnt sich der Aufwand?
Da wäre es gut, mal die Erfahrungen von Tricus zu hören, der ja diesen Thread angefangen hat. Er hat ja schon einen Mehrphasengleichrichter gebaut und sollte inzwischen auch den Generator fertig haben.

TRICUS! HAAALLLLOOOO!
Wie geht es denn mit Deinem Generator?

vg
Thomas

[Dieter Lutz]

An alle die Sromsuchenden,

Wie Thomas ja schon geschrieben hat, es kommt was brauchbares raus, für mich als Anfänger jedenfals.
Damit ich die Fahrrad-Geschwindigkeit genau angeben kann, habe ich nun einen Sigma BC 1609 mit Tritt... montiert.
Er ist auf 20" rad eingestellt 1,48 m.
An dieser Stelle: Danke an Bernd im Windgeneratoren Forum!!!
Die Eisenkerne sind aus ST37 als U eimal 20mm höhe und einmal 30mm höhe Durchmesser 12mm // als Querträger dient ein 12x12mm und 33mm langer 4kannt, beides miteinander verschraubt. An den 12mm rund ein M5 Gewinde angedreht.
Die Spulen haben beide einen Durchmesser von 30mm außen, 12mm innen und sind mit 0,63mm Kupferlackdraht bewickelt. Die Magnete sind Durchmesser 15mm 3mm dick Haftkraft 3,2kg und zwei Stück // 16 x 2 = 32 Magnete
+ 2 x 2mm Blechringe

Spule 20mm hoch = 340 Windungen 1,6 Ohm.
bei 10 km/h 2,4 Volt
bei 15 km/h 3,3 Volt + 10 Ohm = 2,6 Volt
Spule 30mm hoch = 470 Windungen 2,10 Ohm
bei 10 km/h 3,5 Volt
bei 15 km/h 4,2 Volt + 10 Ohm = 3,8 Volt



auf Bild 2 erkennt man, dass ein Magnet fast rausgezogen wird, darum der 2,5mm Abstand. Magnete sind noch nicht eingeklebt!!! Und warum das ST 37er Material, erstens die Trafobleche haben zwei Bohrungen die schöne Kurfen auf dem Oszi verhindern und das 12er Rundmaterial einfacher zu kaufen-bearbeiten ist und sooo schöööne Kurfen ergibt.
Aber auch noch einen Dank an Christian der mich durch seine sehr guten Darstellungen weitergebracht hat!!!

Viele Grüße
Dieter

[Smilingdevil]

Hmm und wieviel Strom fließt?
Das Setup sieht Gewichtsmäßig echt noch nicht attraktiv aus, denn für 12 Volt bräuchte ich ja wohl 4 von den Spulen, die sich als Ungefederte Masse dem System hin zugesellen...

Finde eure Bestrebungen hochinteressant.. ich frag nur..

[Dieter Lutz]

Hallo Smilingdevil,

ohne Kupfer, ohne "Eisen", geht es eben nicht. Aber Deine Bedenken übers Gewicht haben wir doch alle. Über das Aussehen, Schönheit verliere ich noch keine Gedanken, Strom muss fliesen.
Die Antwort auf Deine heimliche Frage: der kleine 20mm hoch hatt satte 140 Gramm. Aber wo Abspecken? und bedenke, das Fahrrad ist kein Windrad, wir möchten auch bei langsamer Fahrt schon dicken Strom.
Werde aber bestimmt den Kopf nicht hängen lassen, es gibt noch viele möglichkeiten um Abzuspecken, nur eine Frage der Zeit, wann es gelingt.

Viele Grüße

Dieter

[Smilingdevil]

Hallo Dieter,

(...) Strom muss fliesen. (...) auch bei langsamer Fahrt schon (...)

naja, eigentlich wollen wir konstanten Strom, und 12 Volt, oder? Da das nicht geht, nehmen wir das Übel in kauf zu hohe Spannungen bei schneller Fahrt zu "verbraten"... Leistungsbestimmung der Spule habt Ihr also noch nicht gemacht, oder wie verstehe ich dich?

Ich sehe eure Aufbauten und denke "Wie verdammt noch mal bekommen die hersteller von Dynamos das hin, so wenig Bauraum mit Eisen zu füllen...." Entweder sind eure Spulen hochgradig überdimensioniert, oder es kommen hinterher 5 Watt aus dem Generator, was ggf vielleicht zu viel ist...

Gruß, Axel

[ThomasT]

eigentlich wollen wir konstanten Strom, und 12 Volt,

Ja! Das eine oder das andere. Die Beleuchtung könnte man _vielleicht_ als konstante Last betrachten. Damit wäre deine Forderung nach konstantem Strom und konstanter Spannung im Prinzip erfüllbar. Mein Händi ist aber keine konstante Last, will aber eine konstante Spannung. D.h. der Strom muss wackeln dürfen.

Wenn man den Gleichrichter näher anschaut ist eine Quasi-Konstantstromquelle mit Spannungslimit, wie es der SON angeblich ist, gar nicht so übel.
Das Problem ist nämlich der pulsierende Strom, wenn man einen Gleichrichter mit nachfolgender Siebung an einer Quelle mit konstanter sinusförmiger Wechselspannung betreibt. Bei den Spannungsspitzen fließt Ladestrom in den Kondensator, aber wenn die Generatorspannung unterhalb der Kondensatorspannung liegt, fließt nichts. Da ist eine Quasikonstantstromquelle schon günstiger.

Ürsprünglich meinte ich, eine sinusförmige Aussgangsspannung sei erstrebenswert, weil die höheren Frequenzanteile bei nicht sinusförmigen Verläufen einen höheren Generatorblindwiderstand sehen. Da aber der Ladestrom eh nicht sinusförmig ist, kann man auch auf eine sinusförmige Spannung verzichten. Eine interessante Alternative wäre ein Generator mit eher rechteckförmiger Ausgangsspannung. Ob man das durch entsprechende Formung der Luftspalt"pole" erreichen kann, weiß ich nicht. Jedenfalls, wäre dann der Ladestrom auch eher rechteckförmig, also quasi über eine Periode konstant - niedrige Generatorimpedanz vorausgesetzt.

Ich sehe eure Aufbauten und denke "Wie verdammt noch mal bekommen die hersteller von Dynamos das hin, so wenig Bauraum mit Eisen zu füllen...."

Genau das verstehe ich auch nicht. Wir sind trotz großem Luftspalt an der Sättigung des Eisens (deshalb die großen Querschnitte).
Hat der SON ein Material, das höhere Flüße erlaubt?
Oder einfach nur viel mehr Windungen?

Oder haben wir doch noch beträchtliche Wirbelstromverluste?
Leider sind die Trafobleche, die Dieter bestellt hatte ohne Oxidschicht, d.h. mit leitender Oberfläche und damit diesbezüglich wertlos.

Die Experimente gehen weiter. Vielleicht kann ich diesen Winter den ersten Prototyp an mein Quest montieren.

[ThomasT]

Dieser Link von Roland aus dem Thread zum Winterbodenseetreffen gehört hier herein.
Harald "Meufl" Winklers Dynamo sieht ähnlich aus, wie der von Dieter Lutz. Harald macht aber Drehstrom, um das Geruckel zu verringern. Die Befestigung der Magnete ist auch anders.

[Nobbi]

Hat der SON ein Material, das höhere Flüße erlaubt?
Oder einfach nur viel mehr Windungen?
Oder haben wir doch noch beträchtliche Wirbelstromverluste?

Ich hole den Thread jetzt einfach mal wieder nach oben, seit ich den Scheibenbremsdynamo von Harald auf der Spezi gesehen habe interessiert mich das Thema auch

Ich denke mal einen geblechten Kern zu verwenden würde die Verluste schon mal erheblich reduzieren. Ich denke mal, bei Schmidt kochen sie auch nur mit Wasser - so ein Klauenpolgenerator ist aber schon recht schlau konstruiert, da geht kaum magnetischer Fluss verloren und maximal dicht gewickelt ist er auch noch. Dann darf man beim Vergleich mit einem Son auch nicht vergessen, dass der pro Umdrehung 23mal Umpolt (und nicht nur 16 mal wie oben gezeigter Testaufbau).
Ich hab grade mal überschlagsmäßig durchgerechnet: Wenn man die Scheibe mit 16 15mm-Magnete (mit ca 1,3T Flussdichte) bestückt, 500 Wicklungen auf der Spule hat und das ganze mit 4 U/s dreht (entspricht ca. 18km/h bei einem 20" Rad), dann sollten bei 100% Wirkungsgrad und Vernachlässigung des Luftspalts ca. 12V rauskommen. Wenn ich das mit o.g. 3,x V vergleiche sollte sich da mit einem geblechten Kern und kleinerem Luftspalt noch einiges mehr rauskitzeln lassen. Wisst Ihr, wie viele Wicklungen Harald bei seinem Aufbau benutzt hat?

Gruß,

Norbert

[Fanfan]

Ich denke mal einen geblechten Kern zu verwenden würde die Verluste schon mal erheblich reduzieren. Ich denke mal, bei Schmidt kochen sie auch nur mit Wasser - so ein Klauenpolgenerator ist aber schon recht schlau konstruiert, da geht kaum magnetischer Fluss verloren und maximal dicht gewickelt ist er auch noch. Dann darf man beim Vergleich mit einem Son auch nicht vergessen, dass der pro Umdrehung 23mal Umpolt (und nicht nur 16 mal wie oben gezeigter Testaufbau).

Schmidt kocht bei dem aufschraubbaren SON (dem, was jetzt als "Klassik" verkauft wird) mit zwei konzentrische Lagen Trafoblech. Es sind allerdings 13 Polpaare, d.h. 26 Pole - eben an einem zu Weihnachten gewechselten Stator nachgezählt.


Viele Grüße,
Stefan

[Stephan-M]

Servus Norbert,

Ich hab grade mal überschlagsmäßig durchgerechnet: Wenn man die Scheibe mit 16 15mm-Magnete (mit ca 1,3T Flussdichte) bestückt...

rechne bitte nicht mit einer Flussdichte von 1,3T, denn die Magnete haben wesentlich weniger. Ich habe diesen Datenblattwert ebenfalls für bare Münze genommen und mich dann gewundert, warum nicht das rauskam was ich erwartete. Ich lieh mir eine Hallsonde, um die Flussdichte nachzumessen und siehe da ein 5mmx12mm hat auf der Polfläche nur 472mT.
Ich hab auf dieser Seite ganz interessante Informationen hierzu gefunden. Warum das so ist, verstehe ich aber noch nicht.

Gruß Stephan

[TimB]

[nicht] Flussdichte von 1,3T, denn die Magnete haben wesentlich weniger. [..] ein 5mmx12mm hat auf der Polfläche nur 472mT.
Ich hab auf dieser Seite ganz interessante Informationen hierzu gefunden. Warum das so ist, verstehe ich aber noch nicht.

Ist doch klar. Überleg Dir mal, wie das Magnetfeld aussieht und vergleiche das Volumen im Magneten mit dem Volumen, durch das es außerhalb ohne Joch geht. Da reichen schon Bruchteile eines Millimeters Abstand zum Pol und die Flussdichte fällt rapide.

Gruß,

Tim

[Stephan-M]

Servus Tim,

ich kann dir da leider nicht zustimmen, denn nicht das Volumen spielt die entscheidende Rolle sondern die Fläche, durch die der Fluß tritt. Die durchflutete Fläche ändert sich aber nicht so abrupt, wenn man die Grenzfläche Magnet/ Luft betrachtet. Das zeigt auch das Biot-Savart´sche Gesetz. Solange der Abstand von der Polfläche klein gegenüber dem Radius des Magneten ist, ändert sich die Flußdichte nicht stark. Erst bei größerem Abstand geht die Flußdichte mit 1/x³ in den Keller.

Gruß Stephan

[Nobbi]

rechne bitte nicht mit einer Flussdichte von 1,3T....

wie ich mit '100% Wirkungsgrad unter Vernachlässigung der Luftspalte' andeuten wollte, sollte das nur eine Überschlagsrechnung zur Abschätzung der Obergrenze und sicher keine Vorhersage darüber, was tatsächlich rauskommt, sein.

reale 0,45T in 0,7mm Abstand (ohne gegenüberliegenden Eisenkern zum magnetischen Rückschluss) sind aber auch nicht ohne .

Gruß,

Norbert

[Hoamfahrer]

hat auf der Polfläche nur 472mT.
Ich hab auf dieser Seite ganz interessante Informationen hierzu gefunden. Warum das so ist, verstehe ich aber noch nicht.

Hallo Stephan-M,
für die Flußdichte Bestimmung muss immer der ganze magnetische Kreis betrachtet werden. Wenn der Magnet in einen vollständig geschlossenem Eisenkreis verbaut ist wird sich wohl die Flußdichte von 1,3T einstellen. Ich meine damit dass die Pole ohne Spalten mit einem Eisenrückschluß verbunden sind.
Wenn man den Magnet alleine vor sich liegen hat, schließen sich die Feldlinien über die Luft. Diese hat einen hohen magnetischen Widerstand und der Fluß ist entsprechend niedriger.
Man kann das vergleichen mit einem elektrischen Stromkreis, wobei der Fluß dem Strom entspricht. Bei großem ohmschen Widerstand fließt ein kleiner Strom. Entsprechend bei schlechter magnetischer Leitfähigkeit (=Luft) ergibt sich nur ein kleiner magnetischer Fluß.
Die angegebene Remanenzflußdichte (von 1,3T) kann man sich vorstellen wie den Kurzschlußstrom einer Stromquelle.

Gruß,

Thomas

[Stephan-M]

Servus Norbert und Thomas:

reale 0,45T in 0,7mm Abstand ... sind aber auch nicht ohne .

Ich wollte dich nur darauf hinweisen, nicht mit einer Flußdichte von 1,3T zu rechnen. Es muß ja nicht jeder den gleichen Fehler wie ich machen.
Klar, mit 0,45T läßt sich durchaus was anfangen, obwohl mir die 1,3T schon sehr entgegen gekommen wären.

...für die Flußdichte Bestimmung muss immer der ganze magnetische Kreis betrachtet werden.

Ich muß leider einen gewissen Luftspalt, der immer den magnetischen Widerstand des Kreises dominiert, in kauf nehmen, wenn ich die Flussdichte messen will. Selbst wenn ich den Luftspalt so gering wie mir nur irgendwie möglich mache, komme ich nicht über 778mT hinaus.

Den angezeigten Wert muß man mit 0,9mT/mV multiplizieren, um die Flußdichte zu bekommen. Was ich mich frage, ist, wie misst der Hersteller die 1,3T? Oder prägen die bei der Herstellung 1,3T auf und sagen dann, passt schon.

Gruß Stephan