Question 6

A) நான் ஒரு மின்சார உற்பத்தி செய்ய ஜெனரேட்டரை உருவாக்க முயற்சி செய்யப் போகிறேன் என்னுடைய ஜெனரேட்டர் rpm 1 அதாவது ஒரு வினாடிக்கு ஒரு முறை மட்டும் சுற்றும் எனில் எவ்வளவு மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்ய முடியும்

மிகவும் சுவாரஸ்யமான மற்றும் சவாலான கேள்வி!
ஒரே ஒரு RPM (ஒரு சுற்று/நிமிடம்) எனும் மிகவும் குறைந்த வேகத்தில், மின்சாரம் உற்பத்தி செய்ய முடியும், ஆனால் அது மிக குறைவான அளவு இருக்கும்.
இதற்கான முழு விளக்கத்தையும் கீழே அளிக்கிறேன் 👇

---

⚙️ 1. அடிப்படை கணக்கீடு – Faraday’s Law:

$$V = N \cdot A \cdot B \cdot 2\pi f$$

அதாவது:

• $N$: Coil turns

• $A$: Coil area (in m²)

• $B$: Magnetic field strength (in Tesla)

• $f$: Frequency = RPM × (pole pairs) ÷ 60

---

🔁 2. உங்கள் நிலைமை:

• RPM = 1

• Suppose: 2 Pole pairs →

$$f = \frac{1 × 2}{60} = 0.033 \, \text{Hz}$$

• Assume:

  • $B = 0.4 \, T$ (Neodymium)

  • $A = 0.002 \, m²$ (coil diameter ≈ 5 cm)

  • $N = 500$ turns

---

🧮 3. வோல்டேஜ் கணக்கீடு:

$$V = 500 \cdot 0.002 \cdot 0.4 \cdot 2\pi \cdot 0.033 = 500 \cdot 0.000166 = 0.083 \, \text{volts (83 millivolts)}$$

---

⚠️ முக்கியக் கவனிப்பு:

• 0.08V என்பது போதுமான DC voltage அல்ல.

• அதை diode-கள் அல்லது voltage regulator-ஐ கடக்க முடியாது.

• Current கூட மிகவும் குறைவாக இருக்கும் (microampere to milliampere range).

• நீங்கள் 1 RPM-க்கு உண்மையில் பயன்படக்கூடிய power பெற வேண்டுமென்றால்:

  • Extremely high number of coil turns (like 5000+)

  • Super strong magnets

  • Or mechanical gearing system to increase RPM

---

🛠️ மாற்று வழிகள் (Suggestions):

வழி	விளக்கம்
Gearing (Gear up)	1 RPM ஐ 100 RPM ஆக mechanical system மூலம் மாற்றுங்கள்.
Axial Flux Design	அதிகமான magnet–coil interaction per rotation.
Flux switching / Halbach Array	Flux நுழைவு அதிகரிக்கும்.
Capacitor storage	மிகக் குறைந்த current-ஐ கூட சேமிக்கலாம் (trickle charging).

---

✅ முடிவுரை:

1 RPM மூலம் நேரடியாக பயன்படத்தக்க மின்சாரம் உற்பத்தி மிகக் கடினம்.
ஆனால் engineering ideas — அதாவது:

• Coil turns அதிகரித்தல்

• Magnet flux optimized layout

• Gearing system

• Storage via capacitors

இந்தவைகள் மூலம் அதை பயன்படத்தக்க வகையில் மாற்ற முடியும்.

---

📥 அடுத்தக் கட்டம்:

நீங்கள் நிச்சயமாக 1 RPM-யில் வேலை செய்யவேண்டுமா? அல்லது
"மிகக் குறைந்த வேகம்" என்றால், 30–100 RPM வரைக்கும் mechanical help (gearbox, hand crank) சேர்த்தால் design தேவைப்படுகிறதா?

உங்களது preferred setup என்னவென்று கூறுங்கள் —
அதற்கேற்ப நான் அதிக விளக்கத்துடன் மாதிரி design செய்து தருகிறேன் ✅

B) rpm 1 பயன்படுத்தி அதிக அளவு மின்சார உற்பத்தி செய்ய நான் என்ன செய்ய வேண்டும்

மிகவும் அருமையான கேள்வி!
மிகக் குறைந்த வேகம் (1 RPM)-ஐ பயன்படுத்தி அதிக அளவு மின்சாரம் உற்பத்தி செய்ய முடியும், ஆனால் அதற்கான வடிவமைப்பில் சிறப்பான யோசனைகள், மாறுபட்ட அணுகுமுறைகள் தேவை.

இதைச் சாதிப்பதற்கான முக்கிய 5 நுட்பங்கள் கீழே:

---

🔧 1. RPM ஐ ஏறக்குறைய அதிகப்படுத்தும் வழி – "Gear Up System"

• Mechanical gearing (gearbox, pulley, sprocket system) கொண்டு,
  1 RPM → 100 RPM அல்லது 500 RPM ஆக மாற்ற முடியும்.

• இது உங்கள் magnet-களும், coil-களும் interaction செய்யும் எண்ணிக்கையை அதிகரிக்கும்.

📌 உதாரணம்:
1 hand crank = 1 RPM → gear ratio 1:100 → coil sees 100 RPM

---

🧲 2. மேக்னெட் வடிவமைப்பை அதிகரிக்கவும் (More Magnetic Events)

• மிகவும் அதிக Neodymium magnets (8–24 magnets)

• Alternate N/S polarity – flux cutting பல முறை நடக்கும்

• Halbach Array – ஒரு பக்கம் மட்டுமே அதிகமான காந்த புலம் வரும்

📌 முடிவுகள்:
ஒரே ஒரு சுற்றில் கூட 12–24 flux change events → Output அதிகரிக்கும்.

---

🔁 3. Axial Flux Generator Design – Low RPMக்கு சிறந்தது

இது உங்கள் சூழ்நிலையில் மிகச் சிறந்தது!

• Magnet discs இரண்டும் → center shaft-இல்

• Coil-கள் இடையில்

• இந்த வடிவம்:

  • Maximum flux linkage

  • Low RPM-க்கும் response அதிகம்

  • Compact design

📌 1 RPM → பல coil-களில் ஒரே நேரத்தில் flux cut

---

🌀 4. அதிக Coil Turns + Wide Area

• 5000 turns வரை single coil (thin copper wire)

• Coil area (diameter) அதிகமாக இருந்தால் flux capture அதிகம்

• Copper wire: 32 SWG (0.2mm) or thinner → space சேமிப்பு

---

🔋 5. Output Energy சேமிப்பு + Voltage Boosting

• Even at low voltages (e.g., 0.2V),

  • Use supercapacitor or energy harvesting chip

  • Then boost it using DC-DC step-up converter

📌 உதாரணம்:
TI BQ25504 (energy harvesting IC) → 0.2Vல் இருந்து 3.3V வரை மாற்றும்

---

🧠 மிகச் சிறந்த கலவை:

கூறு	பரிந்துரை
Magnet count	≥ 12 Neodymium, alternate polarity
Coil design	6–12 air-core coils, 3000–5000 turns
Design type	Axial flux (dual disc)
RPM	1
Gearbox	(விரும்பினால்) 1:100 ratio
Output storage	Supercapacitor + Step-up converter
Goal	1–5W DC output (low RPM)

---

🎯 சுருக்கமாக:

1 RPM-இல் அதிக மின்சாரம் உற்பத்தி செய்ய, நீங்கள்:

• பல flux events உருவாக்க வேண்டும் (அதிக மேக்னெட்டுகள், polarity)

• அதிக turns coil அமைக்க வேண்டும்

• Axial flux layout-ஐ தேர்ந்தெடுக்க வேண்டும்

• Output-ஐ சேமிக்க + boost செய்யும் circuits பயன்படுத்த வேண்டும்