Um nachzuweisen, dass mit ferromagnetischem Material in den Spulen viel Magnetmaterial gespaart werden kann,
habe ich auch ein Tool geschrieben.
Dient auch dazu, das wirklich zu erwartende B zur Dimensionierung der Spulen genauer zu berechnen.
Spreche absichtlich nicht von Eisen, da das geblecht sein müsste. Empfehle, mit einer Mischung aus Eisenpulver (evtl. -Sägespänen) und Gießharz zu arbeiten, und bin mit dieser Idee nicht alleine
http://www.windstuffnow.com/main/poured_stator.htm Ist immer erhebend, wenn andere genauso gedacht haben.
Folgendes muss gewährleistet sein:
1. Das Material muss wirklich weichmagnetisch sein, mit geringer Koerzitivkraft, sonst gibt es Ummagnetisierungsverluste.
2. Entlang gedachter Windungen im Spulenkern darf es keine oder nur wenige leitende Verbindungen geben, sonst gibt es Wirbelstromverluste.
Als "Kochrezept" für solche Kerne anbei eine Kopie aus einem Buch von 1954:
Bei Wikipedia spricht man von My_rel bis 50. Gent wahrscheinlich nur, wenn man, solange Harz noch weich, ein gerichtetes Magnetfeld anlegt.
Das Tool wird aber zeigen, dass selbst My_rel von nur 10 wahre Wunder bewirkt.
Fraglich ist, welches B man bei Sättigungsknick annehmen darf.
Vielleicht die Hälfte von normalem Eisen, 1,3/2 ? Sollte nachgemessen werden.
Zum Tool:
Da die Firmen wohl keine Kennlinien für Magnetmaterial raus geben, sondern nur Kennwerte,
kann man nach diesen beiden Bildern
aus opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2003/640/pdf/lang_matthias.pdf S.26 f. (sonderbare URL!)
wohl auch solche Magneten als lineare aktive Zweipole betrachten und
mit einem pasiven Zweipol zusammenschalten und analysieren. Übliches Verfahren
Was der Autor der Grafiken mit Magnetisierung und Polarisation meint und welchen praktischen Nährwert das hat.
Ich konnte es auf die Schnelle nicht ergründen.
Hier also eine Kopie aus meiner Studienliteratur von 1973
Lunze, Einführung in die E-Technik
Die Technik ist folgende:
Der Magnetkreis wird in ein elektrisches Ersatzschaltbild umgewandelt, mit aktivem und passivem Zweipol.
Ein elektrischer aktiver Zweipol wäre z.B. ein Akku oder auch ein Generator. Ein passiver eine Kette von externen Widerständen wie z.B. der Widerstand der Zuleitung, der Verbraucher.
Das das hier im 2. Quadranten (x-Achse im Minus) stattfindet, ist der dortigen Lage der H-B Kennlinie geschuldet.
Aus der muss man, um den magnet. Fluss zu bekommen (Analogon elektr. Strom) erst die V (magnet. V !) - Phi Kennlinie machen.
V aus Hc durch Multiplikation mit der Magnetlänge (in m !). Groß Phi durch Multiplikation von der Remanenz Br mit der Qeurschnittsfläche des Magneten, durch den die Feldlinien senkrecht hindurchgehen. Fläche in m !
Dann noch alle externen magnet. Widerstände ausrechnen, und es kann die magnet. Spannung des aktiven Zweipols der des passiven Zweipols bei dem selben Strom gleichgesetzt werden, um daraus alles Mögliche zu berechnen.
Ich bin in meinem Excel-tool in Abwandlung soweit gegangen,
dass ich die Spannungsfälle über sämtlichen Widerständen der Summe der
magnet. Lerrlaufspannungen MMK gleich gesetzt habe.
Grundlage zur Berechnung ist dieser Konstruktionsentwurf:
Da bei Magnethandel.de Nd-Magneten in der Größenordnung 60x30x20 zu haben waren und nicht dünner, habe ich diese in Rechnung eingehen lassen.
Gemeinsame Länge für Alles 60 mm.
Ob Quadermagnet oder Vorzufsform Trapez - wenn mittlere Breite gleich, dann auch Rechnung für beide identisch.
Achtung:
Bei Generatoren mit nur 1 Magnetscheibe habe ich die Achsialkräfte bei Vorhandensein von Spuleneisen extra simuliert,
nur für die Montage, solange die 2. Magnetplatte oder wenigstens magnet. Rückschlussplatte noch fehlt.
Das dort berechnete B ist nicht jenes, welches nach Komplettmontage ansteht.
Einige Ergebnisse: Weitere in Excel-Blättern
1. Bereits My_rel in der Spule von nur 10 bringt bei Nd-Magneten B+ um 30% bei halber Magnethöhe!
2. Da bei Ferrit B nur ca. 1/3, kann ferromagnet. Kern 3 mal so lang sein, damit Windungen unterbringbar.
Dann Scheibe vermutlich auch mechan. stabil
3. B über Scheibengenerator_Berechnung V1.7.xls ca. 10% zu optimistisch.
Aber:
Montage bei ferromagnet. Kern vermutlich bei Nd-Magneten keine Freude mehr.
"Kraft auf Trennflächen" erheblich (500N). Wird nicht ohne Absenkeinrichtung gehen.
Z.B. 3 oder mehr Schrauben, mit Zahnriemen etc. synchronisiert.
Bei Ferrit ist es beherrschbar, da sind es nur um 100N, alles bei D um 300.
Selbstkritik:
Zwei 20 mm hohe Nd-Magnete bei nur 17 mm Luftspalt brint hohes B, ist aber bei aktuellen Preisen sicher Magnetverschwendung.
Man sollte sich zur optimalen Ausnutzung der Mitte der Magnetkennlinie im Arbeitspunkt annähern, also halbes Br für den Magneten.
Spule dann optimieren z.B. mit "Scheibengenerator_Berechnung V1.7.xls" von Daniel.
Dort den Wert für B aus meinem Tool einsetzen.
Sicher ist der Innenwiderstand des Magneten ganz einfach Vc/Phi_k
Ist bei mir bisschen umständlicher, da zuerst vergessen und dann nach Art der äußeren Widerstände noch mal eingefügt.
Fremdkritik:
Das Tool "Scheibengenerator_Berechnung V1.7.xls" hat bezüglich Erwartung der Höhe der Leerlaufspannung bei höheren Windstärken und Umgang damit,
Denkfehler. Ich werde es in einem anderen Beitrag aufzeigen.
Bitte mein tool sinnvoll applizieren! Wer damit verzweifelt kann auch an mich herantreten.
Wenn Firmen und solche, die es werden wollen, Ihre Generatoren jetzt mit diesem Tool berechnen, können sie mich gerne auf ihre Lohnliste setzen.
Endlich fertig. Uff.
Grüße vom Windfried