Как сделать аксиальный ветрогенератор

В этой статье на конкретном примере я расскажу как делают аксиальные генераторы на неодимовых магнитах с бесжелезными статорами. Конструкция аксиального генератора стала уже классической для самодельной бытового ветрогенератора. Первыми такие ветряки стали делать на западе в связи с доступностью неодимовых магнитов. Но сейчас магниты значительно подешевели и аксиальный генератор завоевал популярность во всем мире, в том числе и в России.

За основу генератора обычно берут автомобильную ступицу с тормозными дисками, это готовая основа, мощная и надежная. Ниже на фото пример такой ступицы, ступица использовалась Б/у по-этому она была полностью разобрана, были проверены и смазаны подшипники, так-же с помощью металлической щетки в виде насадки на дрель была счищена вся ржавчина, чтобы было приятно работать, и потом покрасить готовый генератор.

автомобильная ступица для аксиального генератора

Далее на фото процесс наклейки магнитов на диски ротора. В этой конструкции использовалось по 20 магнитов на дисках, размеры магнитов 25*8мм. Так-же в генераторе можно использовать и другое количество полюсов. Для однофазного генератора количество полюсов равно количеству магнитов, а в трехфазном соотношение 2/3 или 4/3 - полюса к катушкам. Магниты на диски клеятся с чередованием полюсов, магниты желательно клеить точно, поэтому к примеру как на фото можно начертить шаблон на бумаге, или прямо на диске прочертить линии секторов.

Перед наклейкой чтобы не перепутать полюса желательно нанести маркером отметки на полюсах, это можно сделать так, взять один магнит и по очереди к нему подносить магниты, той стороной что притягиваются рисовать плюс, а той что оттягиваются минус, или наоборот, лишь бы на дисках полюса чередовались. Магниты на дисках должны притягиваться, то-есть магниты на дисках стоящие напротив должны быть разной полюсации.

Магниты на диски обычно клеят на супер-клей или подобные сильные клеи, после наклейки дополнительно для прочности магниты заливают эпоксидной смолой. На фото бордюрчики чтобы смола не вытекала сделаны из пластилина, так-же обычно бордюры делают скотчем просто обматывая диск и в центре делая кольцо чтобы смола не вытекала.

ротор аксиального генератора, заливка магнитов эпоксидной смолой

магниты на дисках ротора аксиального генератора

Что лучше три фазы или одна

Такие генераторы обычно делают трехфазные, но новички не понимая преимущества трехфазной системы часто делают более простой однофазный статор. Но однофазный статор дает вибрации при нагрузке из-за не постоянной отдачи тока за момент времени, амплитуда тока скачкообразно, она то нарастает когда магниты проходят катушки, то падает когда магниты между катушками проходят.

Трехфазная система не имеет вибраций и мощность постоянна в любой момент времени, так-как фазы компенсируют друг друга, когда в одной фазе ток падает, то в другой наоборот нарастает, из-за этого трехфазная система может достигать до 50% эффективнее однофазной. Ну а самое главное для ветрогенератора трехфазная система не создает вибрации под нагрузкой, а значит никакой вибрации по мачте и гудения во время работы генератора.

трехфазная схема намотки катушек генератора

однофазная схема намотки катушек генератора

Как наматывать катушки для статора

Катушки статора желательно конечно рассчитывать, но обычно все делают "на глаз". Так к примеру для данного тихоходного генератора чтобы зарядка 12-го аккумулятора начиналась при 100-150об/м нужно общее количество витков в катушках 1000-1200витков, количество витков можно поделить на количество катушек и получить число витков в каждой катушке. Чем больше полюсов тем мощнее генератор на низких оборотах, так как увеличивается частота колебаний тока в катушках. Мотать катушки нужно как можно более толстым проводом, так-как чем меньше сопротивление тем больше ток, за большим напряжением лучше не гнаться так-как сопротивление обмоток съест весь ток. Катушки можно мотать на какой либо подходящей оправке, или как на фото сделать самодельный станочек.

самодельный станок дя намотки катушек статора генератора

Лучше для начала намотать и покрутить одну катушку в генераторе чтобы понять какую мощность даст генератор, так-как генераторы по параметрам бывают существенно отличаются из-за количества и толщины магнитов на дисках. Будущую мощность можно узнать так, нужно измерить напряжение на нужных оборотах без нагрузки. К примеру на 200об/м генератор выдает 30вольт, при этом сопротивление генератора 3 Ом, значит надо от 30вольт отнять напряжение аккумулятора 12вольт, и 18 вольт разделить на 3 Ом, получается 6 Ампер пойдет на аккумулятор, но на практике будет меньше, так-как будут потери в проводах, и на диодном мосту.

Обычно мотают круглые катушки, но лучше мотать вытянутые, так в сектор входит больше меди и витки катушек прямее. Внутреннее отверстие катушки должно быть равным или больше диаметра магнита. Если делать внутренний диаметр меньше, то лобовые части катушек все равно практически не участвуют в выработке электроэнергии, а служат проводниками.Так-же лучше использовать не круглые, а прямоугольные магниты, так-как у круглых магнитное поле сосредоточено в центре, а у прямоугольных по длине.

Толщина статора должна быть равна толщине используемых магнитов. Если делать статор толще тем самым увеличивая количество витков в катушках, то расстояние между дисками увеличится и магнитопоток между магнитами снизится, и получится то-же самое напряжение, но из-за сопротивления катушек меньший ток.

Для статора обычно делают форму из фанеры, но ниже не примере форма для статора была сделана из пластилина. На бумаге был нарисовал шаблон статора с размеченными секторами для катушек, и из пластилина были вылеплены бордюры. Для прочности статора на дно формы и по верх катушек желательно положить стеклоткань. Чтобы эпоксидная смола не прилипала к форме, форму нужно смазать какими нибудь жирами ( вазелин, воск) , или использовать скотч или пленку. Катушки нужно между собой скрепить чтобы они не двигались, концы каждой фазы нужно вывести наружу, все шесть проводов, чтобы потом соединять звездой или треугольником.

Ниже на фото некоторые фотографии уже собранного генератора, показания мультиметра при вращении от руки. Генератор легко выдает напряжение более 40 вольт, и ток от руки до 10Ампер.

Мачта для генератора в данном случае делалась не высокая, высота всего 6 метров, но в будущем планируется сделать мачту и более мощной трубы высотой 10-12 метров. Под мачту была выкопана яма и залито бетонное основание. Из стали была сварено крепление для трубы чтобы труба опускалась и поднималась. Поднимается мачта с ветряком с помощью ручной лебедки.

Винт для ветрогенераторов делают из ПВХ труб различного диаметра, но самый доступный и ходовой это труба диаметром 160мм. На фото двух-метровый шести-лопастной винт, сделанный по собственным расчетам, позже был сделан еще один такой-же винт, но форма лопастей была изменена чтобы увеличить крутящий момент на низких оборотах.

Мощность этого ветрогенератора доходила до 300ватт на ветре 8м/с, ветров сильных в данной местности нет, да и мачта не высокая, по-этому было ъ решино поднять мощность генератора. Мощность можно поднять и магнитами, просто наклеить на магниты еше сверху такие-же магниты, или тоньше, но сдесь было решино пойти другим путем. Был залит еще один статор, но дырки в катушках не заливались, в них было решино залить металоические сердечники из пластин от трансформатора. Применение сердечников усиливает магнитопоток через катушки, но появляется залипание, кстати не сильное и шестилопастной винт его и не чувствует, и стартует при 2м/с, залипание чувствуется при вращении рукой, но ротор легко проворачивается.

катушки аксиального генератора с сердечниками

статор аксиального генератора с сердечниками

В данном случае применение сердечников увеличило мощность генератора с 300вати/ч до 500ватт/ч, на ветре 8м/с, старый винт немного не вытягивал генератор на слабом ветру и под нагрузкой падали обороты, но новый винт с немного измененными лопастями работает лучше. Защита ветрогенератора от сильного ветра выполнена по классической схеме увода винта от ветра складывающимся хвостом.

Ветрогенератор в среднем вырабатывает 150ватт/ч энергии, которая копится в аккумуляторах. Ветра у нас по большей части слабые, в ветренной местности такой генератор будет намного эффективне.