rpm 1 பயன்படுத்தி 5 வாட் DC மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்ய விரும்புகிறேன். அதற்கு நிரந்தர காந்தம் மற்றும் ஏர் கோர் காயில் பயன்படுத்தி உற்பத்தி செய்ய விரும்புகிறேன். எப்படி வடிவமைப்பது அதற்கான கணக்கீடு முறைகள் முழு தகவலையும் கொடுக்கவும்

நீங்கள் சொல்வது ஒரு engineering சவால் — ஆனால் சாத்தியமானது!
1 RPM என்ற மிகக் குறைந்த வேகத்தில், 5 Watt DC output (நிரந்தர காந்தம் + ஏர் கோர் காயில் கொண்டு) உற்பத்தி செய்ய, நமக்கு விசேஷமான வடிவமைப்பு + நேர்த்தியான கணக்கீடுகள் தேவை.

✅ உங்கள் இலக்கு:

Output Power: 5 Watts
Output Voltage: 5V DC
Current: $I = \frac{P}{V} = \frac{5}{5} = 1 \, \text{A}$
Generator Speed: 1 RPM
Magnet Type: Permanent Magnet (Neodymium preferred)
Coil Type: Air-core

📘 படிநிலை விளக்கம்:

🔁 1. Frequency கணக்கீடு (1 RPM → Frequency)

$f = \frac{R P M \times pole pairs}{60}$

எடுத்துக்கொள்வோம்:

16 Magnet poles → 8 Pole pairs
$f = \frac{1 \times 8}{60} = 0.133 \, \text{Hz}$

🧲 2. Faraday’s Law – Output Voltage per Coil

$V = N \cdot A \cdot B \cdot 2 π f$

எடுத்து வைத்து காண்போம்:

$B = 0.4 \, \text{T}$ (Neodymium)
$A = 0.002 \, m^2$ (coil dia ≈ 5 cm)
$f = 0.133$
$N = \text{coil turns}$

$V = N \cdot 0.002 \cdot 0.4 \cdot 2\pi \cdot 0.133 \approx N \cdot 0.000667$

Required:

Let’s say each coil produces 1V →

$N = \frac{1}{0.000667} \approx 1500 turns per coil$

🔌 3. Voltage Build-up Strategy

Since 1 coil gives ~1V:

Connect 6 coils in series → 6V AC
After rectifier → ~5V DC
Connect multiple coil sets in parallel for current boost (to reach 1A)

📌 Series = Voltage boost
📌 Parallel = Current boost

🧵 4. கம்பி தேர்வு (Wire Selection)

Use 32 SWG enamel copper wire (~0.2 mm dia)
Resistance குறைக்க:
- Use thicker wire for final stages
- Parallel coils distribute current

🌀 5. Generator Type: Axial Flux Preferred

பகுதி	விவரம்
Rotor	2 Magnet discs with 16 magnets (alternate N/S)
Stator	Middle disc with 6–12 air-core coils
Coil	Each with ~1500 turns
Output	Series + Parallel connection to reach 5V, 1A

🔋 6. Output Circuit Design

Use Schottky Bridge Rectifier (e.g., 4× 1N5819)
Use Smoothing Capacitor: 1000–4700 μF / 10V
Optional: DC-DC Buck Converter for perfect 5V output

⚙️ 7. Component Overview Table

பகுதி	விவரம்
Magnet	16× Neodymium N52 (25mm dia × 5mm thick)
Coil	6–12 coils, each ~1500 turns
Wire	32 SWG enamel copper
Rotor Speed	1 RPM
Output	5V DC, 1A
Rectifier	Schottky bridge
Capacitor	1000–4700μF

🧠 Design Optimization Ideas

✅ Halbach array: Maximize magnetic flux on coil side
✅ Larger coil area: Increase magnetic interaction
✅ Closer air gap: Between magnets & coils (<1mm)
✅ Multilayer winding: Space save + voltage gain
✅ Use gearing (if allowed): Mechanical RPM multiplier

📈 முடிவுரை:

1 RPM என்ற மிகக் குறைந்த வேகம் இருந்தாலும்,
- அதிகமான magnetic events (more poles)
- அதிக coil turns,
- சரியான coil–magnet alignment,
- மற்றும் சமச்சீர் connection design (series + parallel)

இதனை வைத்து நீங்கள் 5V DC @ 1A (அதாவது 5W) உற்பத்தி செய்யலாம்.

Full Technical Diagram / Sketch (Top View + Side View)

Materials List

இது உங்கள் 5W Axial Flux Generator (1 RPM, Air-Core Coils)-க்கு தேவையான முழுமையான Materials List ஆகும்:

🧲 Permanent Magnets

பொருள்	விவரம்	அளவு
Neodymium Magnets	N52 Grade, Round, 25mm dia × 5mm thick	16 பிசிகள்

🧵 Copper Wire (for Coils)

பொருள்	விவரம்	அளவு
Enamelled Copper Wire	32 SWG (0.2 mm dia)	~1.2–1.5 kg (for 6–12 coils × 1500 turns)

🌀 Coils & Stator

பொருள்	விவரம்	அளவு
Epoxy or Plastic Coil Formers	Flat round formers for winding	6–12
Non-magnetic Stator Disc	Acrylic or Plywood (~20 cm dia, 6–10 mm thick)	1
Varnish / Epoxy Resin	Coil insulation and fixing	100–200 ml

⚙️ Rotor Assembly

பொருள்	விவரம்	அளவு
Rotor Discs (×2)	Wood, Aluminum, or Acrylic, ~20–25 cm dia	2
Shaft	Mild steel or stainless steel rod, ~10–12 mm dia × 20 cm	1
Bearings	Ball Bearings for smooth rotation	2

🔌 Electrical Output Circuit

பொருள்	விவரம்	அளவு
Schottky Diodes	1N5819 or similar, for low drop rectifier	4
Electrolytic Capacitor	4700μF, 10V DC	1
DC-DC Converter (optional)	LM2596 Buck Converter	1
Connecting Wires	Multi-strand copper	1 meter

🧰 Assembly Items

பொருள்	விவரம்	அளவு
Screws, Nuts & Washers	Stainless steel, M4/M5 size	As needed
Glue / Epoxy	For magnet and coil fixing	1 tube
Heat Shrink Tubes / Tape	Electrical insulation	0.5 meter

🔧 Tools (பயனுள்ளவை)

Soldering Iron & Wire
Wire Stripper
Drill Machine
Multimeter
Winding Jig (optional, for coils)
Digital Scale (to weigh wire)

Dimensions with exact spacing?

அருமை! இப்போது உங்கள் Axial Flux Generator (5W @ 1 RPM)-க்கு தேவையான அளவுகள் மற்றும் இடைவெளிகள் (Dimensions with Exact Spacing) கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளன:

🔁 Top View – Magnet & Coil Layout

📏 Rotor Disc (×2)

Outer Diameter (OD): 220 mm
Inner Clearance Hole (shaft): 10–12 mm
Magnet Count: 16 (Alternate N/S), equally spaced
Magnet Diameter: 25 mm
Spacing between magnets:
- Disc Circumference = π × D ≈ 691 mm
- 16 magnets → 691 / 16 = ~43 mm per magnet center-to-center
- Place magnets with ~2–3 mm air gap between them

🌀 Stator Disc (Middle – with Coils)

📏 Coil Dimensions:

Coil Outer Diameter: 60 mm
Inner Diameter (winding space): ~25 mm
Thickness (winding height): ~8–10 mm
Number of Coils: 6–12 (recommended: 9 or 12 for symmetry)
Distance between coils (center-to-center):
- For 12 coils: 691 mm / 12 = ~58 mm center spacing
- Keep ~5 mm gap between outer edges of coils

📐 Side View – Air Gap & Stack-Up

Section	Approximate Thickness
Top Rotor Disc	6–10 mm
Magnet (each side)	5 mm
Air Gap (between magnets & coils)	1 mm per side (critical for efficiency)
Stator Coil Layer	~10 mm (depends on wire)
Bottom Rotor Disc	6–10 mm
Total Thickness (disc to disc)	~30–35 mm

🔩 Shaft & Bearing

Shaft Diameter: 10 mm
Shaft Length: 200 mm (to allow rotor + stator + mounting)
Bearings: 2 units, ID 10 mm, OD 30 mm

📊 Summary Chart

Item	Value
Rotor Diameter	220 mm
Magnet Diameter	25 mm
Coil Outer Dia	60 mm
Coil Thickness	10 mm
Number of Magnets	16
Number of Coils	6–12
Air Gap (each side)	1 mm
Shaft Dia	10 mm
Shaft Length	200 mm

📌 Build Tip

Use a jig or laser-printed template to place coils and magnets precisely.
Keep perfect symmetry to avoid mechanical vibration.
Ensure air gap is equal on both sides, and as narrow as possible without touching.

Wiring Diagram (series & parallel)?

அருமை! இப்போது உங்கள் Axial Flux Generator-க்கான Wiring Diagram (Series + Parallel) விளக்கமாக கொடுக்கப்பட்டுள்ளது.

⚡ முக்கிய நோக்கம்:

Low RPM (1 RPM) மற்றும் Air-Core Coil என்பதால், ஒவ்வொரு coil-லிருந்தும் கிடைக்கும் வோல்டேஜ் குறைவாக இருக்கும். அதனால்:

Series – அதிக வோல்டேஜ்
Parallel – அதிக கரண்ட்

🔌 A. Series Wiring – Voltage Build-Up

🎯 பயன்கள்:

V = V₁ + V₂ + V₃ + …
Current same through all coils

📘 பயன்பாடு:

6 coils × 0.8V = 4.8V → Rectifier மூலம் ~4.3V DC

📈 Diagram:


+Coil1- +Coil2- +Coil3- +Coil4- +Coil5- +Coil6-
 |       |       |       |       |       |
 +-------+-------+-------+-------+-------+
                                 |
                                (+)
                            Output Positive
                                |
                            Output Negative
                                |
 +-------+-------+-------+-------+-------+
 |       |       |       |       |       |
-Coil1- -Coil2- -Coil3- -Coil4- -Coil5- -Coil6-

🧠 குறிப்பு: Series இணைப்பில் எந்த ஒரு coil disconnect ஆனாலும் system செயலிழக்கும்.

🔌 B. Parallel Wiring – Current Build-Up

🎯 பயன்கள்:

Current = I₁ + I₂ + …
Voltage same across all coils

📘 பயன்பாடு:

6 coils × 0.8V = 0.8V, but 6× current (if loads support)

📈 Diagram:

Coil1 (+)  ----+
Coil2 (+)  ----+ 
Coil3 (+)  ----+---- Output Positive
Coil4 (+)  ----+
Coil5 (+)  ----+
Coil6 (+)  ----+

Coil1 (-)  ----+
Coil2 (-)  ----+ 
Coil3 (-)  ----+---- Output Negative
Coil4 (-)  ----+
Coil5 (-)  ----+
Coil6 (-)  ----+

🧠 குறிப்பு: எல்லா coils-ஐ ஒரே polarity-யில் wound செய்யவேண்டும் (direction same), இல்லையெனில் cancel ஆகும்.

🔁 C. Combo – Series-Parallel (Best of Both)

🎯 Example:

3 sets of 2 coils in series
Then combine all 3 sets in parallel

📈 Diagram Overview:

Set1: Coil1 → Coil2  (in series)
Set2: Coil3 → Coil4
Set3: Coil5 → Coil6

Now connect:
[+ of Set1, Set2, Set3] → Output +
[- of Set1, Set2, Set3] → Output -

🔋 Result:

Voltage = 2 coils × 0.8V = ~1.6V
Current = 3× individual coil current

📌 Output Circuit After Coils

All wiring configurations connect to:

→ Bridge Rectifier (Schottky Diodes)
→ Smoothing Capacitor (4700 µF or more)
→ Optional Buck Converter (for stable 5V)

hand-drawn or digital circuit diagram?

Coil resistance & power loss calculation

இப்போது உங்கள் Air-core Generator Coil-க்கு தேவையான Resistance (R) & Power Loss (I²R) கணக்குகளை கொடுக்கிறேன். இதனால், உங்கள் டிசைன் 5W DC பவரை 1 RPM-ல் உருவாக்கும் வழியை ஒழுங்குபடுத்த முடியும்.

🧮 1. Coil Resistance Calculation

🔢 Resistance Formula:

R = ρ \cdot \frac{L}{A​}

Where:

$R$ = Resistance (Ohms)
$\rho$ = Resistivity of Copper = $1.68 \times 10^{-8} \, \Omega \cdot m$
$L$ = Total length of wire (in meters)
$A$ = Cross-sectional area of wire (in $m^2$ )

⚙️ Assume 1 Coil:

Wire Gauge: 30 AWG (0.255 mm diameter)
→ Area $A = \pi r^2 \approx 5.1 \times 10^{-8} \, m^2$
Turns: 500
Mean Turn Length: 15 cm = 0.15 m
→ Total Length $L = 500 \times 0.15 = 75 \, m$

R = \frac{1.68 \times 10^{- 8} \cdot 75}{5.1 \times 10^{- 8}} \approx 24.7 Ω

👉 Resistance per coil ≈ 25 Ω

🔌 2. Power Loss Calculation (I²R)

Assume your generator produces:

Output Voltage: 5V DC
Output Current: $I = \frac{P}{V} = \frac{5}{5} = 1 \, A$

Now assume:

You use 3 coils in parallel, each with 25 Ω
Effective resistance drops:

R_{total} = \frac{25}{3} \approx 8.3 Ω

🔥 Power Loss:

P_{\text{loss}} = I^2 \cdot R = 1^2 \cdot 8.3 = 8.3 \, \text{Watts}

😬 Too high! → Your system wastes more than it produces.

✅ How to Reduce Power Loss:

Use thicker wire: 26 AWG or 24 AWG
→ Resistance drops to ~8–12 Ω per coil
Use more coils in parallel
→ Parallel wiring reduces net resistance
Reduce number of turns but increase magnetic flux
→ Use stronger neodymium magnets
Target lower current, higher voltage
→ Favor series connection to minimize current

📌 Target Design Tip:

Wire Gauge	Turns	R (per coil)	Strategy
26 AWG	300–400	~10 Ω	Moderate loss
24 AWG	200–300	~5–7 Ω	Better
22 AWG	150–200	~2–4 Ω	Best, but bulky

✍️ Shall I calculate an optimized coil spec for 5W @ 1 RPM using 22 AWG wire and neodymium N52 magnets?

Antenna JP