Neuer Ansatz für einfachen Scheibengenerator

Hallo Leute,

ich verfolge seit einiger Zeit das Thema Scheibengenerator und habe eine Idee für einen einfacheren Aufbau eines Stators.

Eine große Herausforderung für den bisherigen Stator ist:
- das Wickeln der Spulen,
- das Positionieren der Spulen,
- die Verschaltung der Spulen,
- das Aufbauen einer Gießform
- und das Vergießen der Spulen mit Gießharz.

Das alles lässt sich einfacher durch die Verwendung von Leiterplatten (Platinen) lösen.

Als Stator wird pro Phase eine doppelseitige 0,8mm Platine mit 70µm Kupferauflage verwendet.
Als Layout sind darauf die Spulen vorhanden (Leiterbahnen auf Vorder- und Rückseite) ggf. noch die Spulenverschaltung (parallel bzw. in Reihe oder 'gemischt').

Die 3 identischen Platinen werden dann um den 'Versetzungswinkel' der Spulen (Phasen) verschraubt.
Die Bohrlöcher sind dafür im Layout bereits vorhanden.
Theoretisch sind auch Multilayerplatinen möglich...

Die ganze Statordicke beträgt somit nur ca. 3x1mm = 3mm, dadurch ist ein Luftspalt von ca. 5mm-10mm möglich.

Natürlich lassen sich sehr einfach noch weitere Platinen (3, 6, 9) in den Stator einbinden, die je nach Leistungsanpassung parallel oder in Reihe geschallten werden können.


Nachteil:
Aufgrund der dünnen Kupferschicht (35-200µm) ist der Leiterbahnenwiderstand relativ hoch und die Strombelastbarkeit je nach Ausführung nicht so toll. Durch das Parallelschalten lässt sich dies jedoch verbessern, oder ein Impedanzwandler (z.B. Drehstromtrafo, Wechselrichter) muss nachgeschaltet werden.


Vorteil:
- extrem einfacher Aufbau
- kaskadierbar - je nach Leistungsanforderung

Zum direkten Laden von Auto-Batterien ist diese Bauform wohl nicht geeignet. Jedoch lassen sich mit dieser Bauweise kleine Generatoren (ca. 50-300W) mit hoher Ausgangsspannung kostengünstig herstellen.

Ein einfacher und kostengünstiger Aufbau könnte folgendermaßen aussehen:
1. Autobremsscheibe (Durchmesser 250mm) mit bestückten Neodymmagneten
2. 'Platinenstator'
3. Autobremsscheibe

Zum besseren Verständnis ein Beispiel:



Das Bild zeigt eine Platine für eine Phase.
Vergrößert dargestellt ist eine Spule (Blau: Platinenvorderseite, Rot: Rückseite - natürlich sind Vorder- und Rückseite deckungsgleich).
Die 3 Platinen (Phasen) werden um 20° versetzt montiert. Somit sind 3x6=18 Spulen mit je 64 Windungen im Stator (3mm dick) untergebracht, die parallel oder in Reihe verschaltet werden können!

Abmessungen:
Die Magnete haben die Abmessungen 25x25x5mm (12 Stück)
Die Leiterbahnenbreite ist 0,5mm, der Leiterbahnenabstand 0,25mm (2x32=64 Windungen)

Je nach Auslegung kann natürlich das Layout angepasst werden z.B. Leiterbahnenbreite 1,25mm (2x16=32 Windungen).


Was hält Ihr davon?

Siehe auch hier:
http://24volt.eu/stator_kort.php

Grüße seti2

Moin zusammen

das hört sich echt interessant an und ich werde auf jeden Fall dieses Thema im Auge behalten, da ich selber auf der Suche bin für mein Windrad einen Geni zu besorgen oder zu bauen

MfG

Hallo XXLRay,

>Warum wählst du eine so dicke Platine (0,8mm)?
1. Nach meinen Kenntnissen sind Leiterplattendicken <0,8mm hauptsachlich für Zwischenlayer vorgesehen und haben als Standard 35µm Kupferdicke.
Dickere Kupferschichten müssen chemisch aufgetragen werden ( = teuer) und die Strukturabmessungen müssen angepasst werden.
Bin aber dafür nicht der Experte und lasse mich gerne belehren.
2. Eine gewisse mechanische Steifigkeit sollte der Stator schon haben.
3. Ist vom Kosten-Nutzen-Faktor wohl am besten (ein Standard Basismaterial ?).

> Du könntest in der Mitte der Spulen noch Durchbohrungen als Kühlung vorsehen.
Gute Idee, theoretisch könnte man das 'Spulenloch' komplett ausfräsen.

Gruß
Bastler0815

Das mit der Packdichte ist glaub ich falsch verstanden worden. du schribst, dass die Kupferdicke nur im Mikrometerberiech liegt. Man raucht aber Querschnitt. Rechne mal nach was denn der einzelne "Draht" , also hier die Kupferschlange für eien Querschnitt hat.Das ist viiiiel zu wenig. Der Widerstand wäre immens hoch, das ist viel zu wenig Kupfer im Verhältnis zum Volumen...das meiste ist Patine, kupfer nur sehr wenig, das ist es was ich mit Packdichte meine, nicht die Dicke des ganzen Keks im Luftspalt. Effizienz kommt nur durch Kufermenge. Wenn ich den Widerstand gering halten will damit mir der Generator nicht abracuht und auch einen passablen Wirkunsgrad hat, muss ich si viel wie möglich Kupfermasse auf engem Raum unterbringen und genau da sehen ich das Problem...

Gruß
Max

>Meinst du doppellagig funktioniert? Es liegen dann ja immer zwei Lagen leitend genau aufeinander. Das müsste man berücksichtigen.
Natürlich muss man zwischen den Platinen eine selbstklebende 0,05mm Kunststofffolie legen (zu meiner Schulzeit - bin ja etwas älter als Ihr - hat man damit Schulbücher eingebunden).

>Das mit der Packdichte ist glaub ich falsch verstanden worden.
Ich glaube nicht, wir versehen das gleiche darunter.

>... Der Widerstand wäre immens hoch ...
Siehe Eröffnungsbeitrag:
/OT
Nachteil:
Aufgrund der dünnen Kupferschicht (35-200µm) ist der Leiterbahnenwiderstand relativ hoch und die Strombelastbarkeit je nach Ausführung nicht so toll.
Durch das Parallelschalten lässt sich dies jedoch verbessern, oder ein Impedanzwandler (z.B. Drehstromtrafo, Wechselrichter) muss nachgeschaltet werden."
OT/

Hier mal eine konkrete Berechnung (Beispiel - siehe Eröffnungsbeitrag):

R=p*l/A [Ohm]
p für Kupfer = 0,01786 [Ohm+mm²/m]
l [m]
A [mm²]

1. Kupferdicke Leiterplatte 105µm, Leiterbahnbreite 0,5mm, Windungen 64
--> Leiterbahnenlänge ((70mm+53mm+53mm+44mm)*64) = 14,1m pro Spule --> Widerstand ca. 4,8 Ohm.
Wenn man nun alle 6 Spulen (pro Phase) parallel schaltet ergibt sich bereits ein Widerstand von 0,8 Ohm.

2. Wählt man anstatt 0,5mm Leiterbahnenbreite 1,25mm Leiterbahnenbreite und dadurch 32 Windungen: Leiterbahnenlänge 7,05m --> Widerstand ca. 0,96 Ohm. Wenn man nun alle 6 Spulen (pro Phase) parallel schaltet ergibt sich bereits ein Widerstand von 0,16 Ohm!

Natürlich kann man anstatt 3 Platinen (Phasen) 2x3 Platinen im Stator verbauen (Statordicke ca. 6-7mm) oder 3x3 Platinen (Statordicke ca. 10mm) usw.

Das meine ich mit der Aussage 'der Stator ist frei skalierbar', d.h. er kann an den jeweiligen Arbeitspunkt des Verbrauchers (Strom bzw. Spannung) angepasst werden, ohne jedesmal ein komplett neues Design erstellen zu müssen. Will man mehr Leistung, kann man z.B. die Magnete auf beiden Rotoren bestücken.

Noch mal zur Erinnerung (Eröffnungsbeitrag):
/OT
Zum direkten Laden von Auto-Batterien ist diese Bauform wohl nicht geeignet.
Jedoch lassen sich mit dieser Bauweise kleine Generatoren (ca. 50-300W) mit hoher Ausgangsspannung kostengünstig UND EINFACH herstellen.
OT/

Natürlich kann man auch mehrere Genis verschalten...


Gruß
Bastler0815

Zuerst einmal vielen Dank für die vielen Anregungen.
Ich fasse mal die wichtigen Diskussionspunkte zusammen:

1. Packungsdichte
Die Menge an Kupfer im Luftspalt ist nach meinen Berechnungen bei dem Platinenstator (105µm) um ca. 1/2 bis 1/3 weniger als beim Wickelspulenstator. Hängt sehr stark von der Bauweise ab.

2. Generatorleistung
Ein 300W Generator würde eine große Platinenfläche benötigen, was den Stator wiederum teuer machen würde - also eher unwahrscheinlich.

4. Innenwiderstand (Wirkungsgrad)
Der Innenwiderstand ist aufgrund des Leiterbahnenquerschnitts relativ hoch. Das lässt sich durch das Parallelschalten von Spulen verbessern, jedoch auf Kosten der Ausgangsspannung.



Also hier mein Resümee:
Mit dieser Bauweise eignet sich für Generatoren mit kleinen mechanischen Abmessungen in der Leistungsklasse bis ca. 150W (?). Diese können dadurch relativ einfach und günstig aufgebaut werden. Der Stator ist in weiten Bereichen skalierbar, d.h. er kann an den jeweiligen Arbeitspunkt des Verbrauchers (Spannung/Strom Kennlinie) angepasst werden.

Generell ist der Generator für niederohmige Verbraucher (z.B. Autobatterien) ohne Impedanzwandler nicht zu empfehlen.


Der Sachverhalt ist für mich geklärt.
Nun stellt sich die Frage, ob ich einen solchen Stator (Generator) planen und bauen werde. Von den Generatoren würde ich ca. 4 Stück benötigen.

Da der Preis sehr stark von der Stückzahl der Leiterplatte abhängt, generell die Frage, haben noch andere Interesse an einem solchen Projekt?

Gruß
Bastler0815