Abstrak —Telah  dilakukan  penelitian  pada alternator  axial  flux coreless dengan  menggunakan  magnet  permanen  dimana penelitian  ini  bertujuan  menghitung  efisiensi  berdasarkan  hasil perhitungan  secara  teoritis  maupun  secara  percobaan.  Rotor magnet permanen menggunakan 12 magnet neodymium dengan 6 koil  sebagai  stator.  Generator  aksial  ini  diputar  dengan  motor pada  kecepatan  berbeda  (360;  482;  482,7;  485,1;  485,3;  485,9). Dari  hasil  pengukuran  didapatkan  hasil  pada  3  koil  maupun  6 koil  dapat  menghasilkan  tegangan  yang  sebanding  dengan kecepatan  putarnya.  Untuk  kecepatan  terendah  360  rpm didapatkan  5,8 Volt pada 3 koil sedangkan 13,8 Volt pada 6 koil dengan  arus  yang  sama  sebesar  2,5  Ampere.  Perhitungan tegangan  juga  dilakukan  secara  teoritis  berdasarkan  parameter fisik  dan  studi  literatur.  Perbedaan  hasil  perhitungan  dengan hasil  pengukuran  rata  –  rata  22%.  Perhitungan  effisiensi generator  dilakukan  dengan  membandingkan  daya  output generator  dengan  daya  output  motor  penggerak.  Hasil  pada generator 3 koil memiliki effisiensi tertinggi 28,75 % sedangkan 6 koil sebesar 62,083 %. Dari penelitian ini didapatkan kesimpulan bahwa generator aksial magnet permanen akan memiliki efisiensi yang cukup tinggi dengan semakin banyak koil dan semakin cepat putarannya.
Kata Kunci — Effisiensi, Magnet Permanen, Rotor , RPM, Stator.

## I. PENDAHULUAN
NERGI  memegang  peranan  penting  dalam  berbagai kehidupan manusia. Secara garis besar  menurut sumbernya energi dibedakan menjadi dua yaitu sumber energi tidak  dapat  diperbaharui  ( Non  –  Renewable  Energy )  dan sumber  energi  dapat  diperbaharui  ( Renewable  Energy )  [1]. Sumber  energi  tidak  dapat  diperbaharui  merupakan  sumber energi  yang  memiliki  jumlah  terbatas  dengan  contoh  yang berasal  dari  fosil  yang  terbentuk  dalam  jutaan  tahun  lamanya sedangkan  sumber  energi  dapat  diperbaharui  adalah  sumber energi  yang  digunakan  secara  terus  menerus  tanpa dikhawatirkan  habis  dengan  contoh solarcell,  geothermal, energi  angin.  Penelitian  ini  menggunakan  sejumlah  magnet permanen  dari  bahan  Neodymium  yang  disusun  sedemikian rupa sehingga menghasilkan luaran tegangan 1 fasa. Mengapa dipilih  magnet  permanen,  karena  rangkaian  akan  lebih sederhana  tanpa  memerlukan  catu  daya  tersendiri  yang berfungsi  untuk  membangkitkan  medan  magnet  induksi. Generator  merupakan  salah  satu  alat  yang  mengubah  energi mekanik  (gerak)  menjadi  energi  listrik.  Generator  yang menghasilkan  listrik  bolak  –  balik  (AC)  disebut  juga  dengan alternator. Prinsip  dasar alternator menggunakan  hukum Faraday  yang  berbunyi  “Apabila  suatu  batang  penghantar
digerakkan  didalam  suatu  medan  magnet  yang  mempunyai garis gaya magnet dari arah kutub utara ke arah kutub selatan, maka  pada  batang  penghantar  akan  memotong  garis  –  garis gaya magnet yang akan menimbulkan gaya gerak listrik (GGL) atau EMF ( Electro Motive Force ) [2]. Alternator terdiri dari 2 bagian  besar  yaitu stator dan rotor .  Dimana  pada stator terdapat kumparan – kumparan yang menghasilkan gaya gerak listrik  (GGL)  sedangkan  pada rotor terdapat  sebuah  sumber medan  magnetik.  Untuk  sumber  medan  magnetik  dari  magnet permanen,  jenis  magnet  yang  terbaik adalah  jenis Besi  Boron Neodymium (NdFeB) [3].
Induksi  elektromagnetik  yang  terjadi  pada  generator mengacu  pada  hukum  Faraday  dan  hukum  Lenz.  Sejalan dengan Faraday, menurut Lenz, arus induksi yang muncul akan berlawanan  arah  dengan  arah  perubahan  fluks  yang menyebabkan  arus  induksi  mengalir.  Dengan  kata  lain,  arah induksi  menghasilkan  medan  magnet  yang  melawan  arah perubahan fluks magnet [4].
Gambar 1. Prinsip Hukum Lenz [4].
Generator  fluks  aksial  memiliki  struktur  yang  hampir  sama dengan  generator  fluks  radial.  Secara  umum  persamaan diantara  keduanya  terletak  pada  komponen stator dan rotor sedangkan  perbedaan  diantara  keduanya  yaitu  pada  arah fluksnya dimana pada generator fluks radial, arah fluks magnet keluar  kesegala  arah  sehingga  bentuk  tersebut  tidak  semua fluks  tertangkap  pada stator .  sehingga  hal  ini  menyebabkan sebagian fluks terbentuk akan terbuang dan menjadi rugi – rugi pada  generator.  Sedangkan  pada  generator  fluks  aksial,  arah fluks  magnet  mengarah  secara  aksial  sehingga  kondisi  ini membuat fluks tidak banyak terbuang dan membuat generator tersebut memiliki efisiensi yang lebih tinggi [5].

## Pembuatan Alternator Axial Flux Coreless Dengan Menggunakan Magnet Permanen
Clarissa Amelia Sitorus dan Yono Hadi Pramono
Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) e-mail : yonohadipramono@gmail.com
E
Induktor  adalah  komponen  berupa  kumparan  kawat penghantar  yang  memiliki  bahan  inti  berupa  bahan  elektrik. Induktor  dapat  menyimpan  energi  dalam  bentuk  medan magnetik. Pada Penelitian ini menggunakan kumparan dengan tipe lilitan berlapis inti udara ( Multilayer Air Core Solenoid ).
Gambar 2. Multilayer Air Core Solenoid [6]
Pada  Gambar  2.  diatas  maka  dari  tabel  diatas  dapat dirumuskan sebagai berikut [6] :
L = (1)
Untuk  menghitung  jumlah  lilitan  perlapisan  maka  dapat dilihat gambar dibawah ini [7]:

## Gambar 3. Lilitan Kawat [7]
Pada  Gambar  3.  diatas  maka  dapat  dihitung  jumlah  lilitan perlapisan adalah [8] :
N n =                              (2) Untuk menghitung panjang kawat berlapis, yaitu [8] : l n = 2πaN n (3) Untuk menghitung hambatan induktor [8]  :
R = ρ                              (4) Perbandingan  kekuatan  magnet  neodymium  dapat  dilihat pada gambar dibawah:
Gambar 4. Perbandingan Kekuatan Magnet Neodymium [9]
Dinamometer  biasanya  digunakan  untuk  mengukur  torsi sebuah  mesin.  Prinsip  kerja  dari  Gambar  5.  adalah  rotor dihubungkan  secara  elektromagnetik  dan  bergesekan  mekanis terhadap stator yang  ditumpu  oleh  bidang  datar  yang mempunyai gesekan kecil sehingga torsi yang dihasilkan stator maka rotor yang  berputar  dapat  diukur  dengan  cara menyeimbangkan stator dengan pemberat [10].
Torsi mekanis yang dihasilkan mesin adalah [10]: τ = W x r                       (5) Dengan  :  τ    =  torsi  (Nm),  W=  berat  load  cell  (Newton)  R  = jarak poros ke load cell (meter)
Adapun  daya  mekanis  (P output )  yang  dihasilkan  oleh  mesin atau diserap oleh dinamometer adalah [10] :
P = 2πvτ                        (6) Dengan : P = watt, v = kecepatan putar (rpm), τ = torsi Sedangkan daya elektrik ysng diserap oleh motor penggerak (P input ) adalah
P = V I                         (7) Dengan : P = watt, V = tegangan (volt), I  = arus (ampere)
Effisiensi yang dihasilkan oleh mesin adalah [10]:
η = x 100 %               (8)
Gambar 5. Prinsip Kerja Dinamometer [10]
NdFeB  dikenal  sebagai  magnet  tanah  jarang  karena komposisi materialnya tersusun dari unsur –unsur tanah jarang. NdFeB  memiliki  sifat  korosif  dan  energi  produk  yang maksimum [11].

## II. URAIAN PENELITIAN

## A. Studi Literatur
Studi literatur dilakukan untuk mendapatkan informasi yang lebih  akurat  dalam  melaksanakan  penelitian  sehingga mempermudah penulis untuk melaksanakan kegiatan penelitian di lapangan. Sumber – sumber pustaka yang digunakan penulis dalam  penelitian  ini  merupakan  jurnal  nasional  dan internasional, buku teks, makalah dan dari internet.
B. Perancangan Alat Alternator axial flux coreless dengan menggunakan magnet permanen  yang  dirancang  dalam  penelitian  ini  terdiri  atas  6 koil  yang  dihubungkan  secara  seri  yang  diletakkan  pada piringan stator ,  magnet  permanen  neodymium  12  buah  pada piringan rotor ,  satu  buah  flywheel  dan  satu  buah  AC  motor 200  watt  sebagai  penggerak.  Adapun  spesifikasi  lengkap  dari alternator ini dapat dilihat pada tabel 1. dibawah ini :
Tabel 1. Spefisikasi Alternator yang dibuat Parameter Nilai Arus 3 Ampere Voltase 16 Volt Daya 48 watt Jumlah Magnet 12 buah Jumlah Koil 6 pasang Jumlah lilitan 130 Diameter kawat 1,6 mm Diameter Rotor 0,35 m Diameter Stator 0,35 m Jari – jari dalam solenoida 0,05 m Jari – jari luar solenoida 0,07 m
Gambar 6.  Gambaran Rancangan Alat Alternator.

## C. Pembuatan Sistem Pemutar
Pembuatan  sistem  pemutar rotor 12  magnet  permanen dilakukan  dengan  langkah  –  langkah  sebagai  berikut  pertama menentukan  jumlah  magnet  pada  piringan  rotor.  Pada penelitian  ini  menggunakan  12  buah  magnet  permanen  yang disusun  secara  simetris  dengan  kutub  yang  berbeda  antara magnet  satu  dengan magnet yang disebelahnya.  Kedua adalah menentukan jenis magnet dimana magnet yang digunakan pada penelitian ini adalah jenis magnet NdFeB dengan ukuran 0,05 m x 0,05 m berbentuk persegi. Pemilihan magnet dengan jenis ini  dikarenakan  magnet  jenis  neodymium  ini  lebih  kuat  dari magnet  baja  biasa  dan  cukup  mudah  didapatkan  dipasaran. Ketiga  adalah  menentukan  jarak  antar  magnet  dengan  sudut magnet  terhadap  pusat  piringan rotor .  Dengan  jumlah  12 magnet  maka  tiap  magnet  diletakkan  pada  tiap  sudut  36 derajat. Keempat adalah menentukan berat piringan rotor agar rotor dapat  dengan  mudah  diputar  pada  kecepatan  rendah. Bahan  yang  dipilih  adalah  bahan  resin  dengan  diameter  0,35 m.  Diameter  piringan rotor menyesuaikan  dengan  diameter piringan stator agar  posisi  tiap  magnet  tepar  berada  diatas kumparan stator [12].

## D. Pembuatan 6 Koil
Dalam  pembuatannya  mula  –  mula  diperlukan  pola  untuk membentuk  gulungan  (koil)  dengan  bentuk  yang  telah disesuaikan,  kemudian  proses  pengulungan  kawat  seperti terlihat pada Gambar 7. dibawah ini
Gambar 7. Proses Pengulungan Kawat
Kumparan  yang  digulung  memiliki  diameter  dalam  sebesar 5 cm dan diameter luar 7 cm dengan banyak lilitan sebesar 300 lilitan  seperti  terlihat  pada  Gambar  7  diatas.  Setelah  proses penggulungan kawat semua selesai maka dilakukan perangkaian  antara  gulungan  kawat  (kumparan)  dengan hubungan rangkaian seri. Ujung – ujung kawat satu kumparan disolder  dengan  kumparan  lain  membentuk  rangkaian kumparan  seri.  Langkah  selanjutnya  adalah  melakukan pengecoran  kumparan  yang  telah  disusun  tadi  menggunakan resin  yang  sebelumnya  dilapisi  oleh  serat  fiber  untuk memperkuat  keeping  stator.  Lama  proses  pengeringan  dari resin  membutuhkan  waktu  minimal  4  jam,  kemudian didiamkan  selama  satu  hari  supaya  resinnya  benar  –  benar kering  sehingga  pada  saat  pelepasan  dari  cetakan  tidak
mengalami  kerusakan.  Hasilnya  dapat  dilihat  pada  Gambar  8 dibawah

## Gambar 8. Pembuatan 6 koil
Selanjutnya  dilakukan  pemeriksaan  sambungan  antar kumparan dengan menggunakan AVOmeter dengan mengukur tahanannya  untuk  memeriksa  apakah  gulungan  sudah tersambung dengan baik atau belum. Setelah hasil pengukuran tahanan  didapatkan  hasil  yang  baik  (tahanan  kecil)  maka kumparan siap dikopel dengan rotor .

## E. Pengujian Alternator
Pengujian  ini  bertujuan  untuk  melihat  hasil  keluaran  dari alternator serta  faktor  apa  saja  yang  dapat  mempengaruhi keluaran dari alternator . Alternator diukur  keluaran tegangannya  menggunakan  AVOmeter  dan  keluaran  dari alternator juga  diuji  kemampuannya  dalam  pengisian  ACCU. Dan pengujian kecepatan putaran alternator dilakukan dengan mengukur  kecepatan  putar alternator (RPM)  menggunakan tachometer seperti pada Gambar 9. Dibawah.
Gambar 9.  Pengukuran kecepatan menggunakan tachometer

## F. Analisis Data
Data  yang  didapat  dari  hasil  pengujian  untuk  kemudian dianalisis  dan  dibandingkan  dengan  hasil  perhitungan  secara teoritis.  Hasil  pengukuran  pada  proses  pengujian  diantaranya berupa  data  tegangan  keluaran alternator ,  arus  dan kecepatan putar alternator .  Perhitungan  secara  teoritis  menggunakan paramater  –  parameter  fisis alternator yang  sudah  diukur sebelumnya untuk kemudian dimasukkan pada rumus – rumus yang  sesuai  untuk  menghasilkan  perhitungan  keluaran alternator berupa  tegangan  dan  daya.  Kemudian  dilakukan analisis  perbandingan  antara  hasil  pengukuran  dalam  proses pengujian  secara  percobaan  dengan  hasil  perhitungan  secara teoritis  untuk  melihat  selisih  penyimpangannya.  Kemudian dilakukan pula perhitungan efisiensi daya dengan
7 cm 5 cm
membandingkan  hasil  pengukuran  daya  output alternator dengan daya output dari motor penggerak.

## III. HASIL DAN DISKUSI

## A. Analisis Data
Data spesifikasi alat yang digunakan pada berdasarkan data yang sudah didapat penelitian studi yaitu:
Tabel 2. Data Spesifikasi Alat yang dibuat No Keterangan Ukuran 1 Jumlah lilitan 130 2 Panjang koil 5 cm 3 Diameter kawat 1,6 mm 4 Jari - jari lilitan dalam 5 cm 5 Jari - jari lilitan terluar 7 cm Tabel 3. Data Spesifikasi Motor Penggerak No Keterangan Ukuran 1 Jari –jari 30 cm 2 Berat 35 N 3 RPM nominal 360 4 Arus 5A 5 Tegangan 12 V

## B. Analisis Perbandingan  Tegangan Alternator.
Tabel 4. Hasil Perbandingan Tegangan Alternator dengan 3 koil No RPM Tegangan Pengukuran (Vukur) Tegangan teoritis (V teoritis) Deviasi (%) 1 360 5.8 7,822 25,85 2 482 6 10,473 42,71 3 482.7 6.3 10,488 39,93 4 485.1 6.6 10,540 37,38 5 485.3 6.7 10,545 36,46 6 485.9 6.9 10,558 34,65 Tabel 5. Hasil Perbandingan Tegangan Alternator dengan 6 koil No RPM Tegangan Pengukuran (Vukur) Tegangan teoritis (V teoritis) Deviasi (%) 1 360 13,8 15,644 11,79 2 482 14,1 20,946 32,68 3 482.7 14,4 20,977 31,35 4 485.1 14,6 21,081 30,74 5 485.3 14,7 21,090 30,30 6 485.9 14,9 21,116 29,44
Perbedaan  antara  perhitungan  dan  pengukuran  disebabkan adanya rugi – rugi daya sehingga hasil pengukuran lebih kecil dari  perhitungan  teoritis.  Rugi  –  rugi  daya  yang  hilang  ini disebabkan  karena  panas  atau  ada  yang  hilang  di  fluks magnetik  yang  tidak  semuanya  diserap  oleh  koil  atau  tidak semua  medan  magnetiknya  bisa  dikonversi  ke  listrik.  Setelah penjelasan  diatas  maka  didapatkan  hubungan  RPM  dengan V input 6 koil dan hubungan RPM dengan V input 3 koil.

## Gambar 9. Grafik Hubungan RPM dengan Tegangan
Berdasarkan  hasil  yang  diperoleh  terlihat  bahwa  grafik antara  kecepatan  putar  (RPM)  dengan  tegangan  berbentuk linier.  Dimana  semakin  besar  kecepatan  putar  (RPM)  maka nilai  tegangan  yang  dihasilkan  juga  semakin  besar.  Tegangan AC yang dihasilkan kemudian disearahkan menjadi arus searah (DC)  menggunakan  dioda  bridge.  Dapat  dilihat  pula  bahwa alternator  dengan  6  koil  mampu  menghasilkan  tegangan  yang lebih  tinggi  daripada  alternator  dengan  3  koil.  Maka  dapat disimpulkan  bahwa  semakin  tinggi  RPM  dan  semakin  banyak koil  maka  semakin  tinggi  pula  tegangan  alternator  yang mampu dihasilkan.

## C. Analisis Effisiensi pada alternator
Untuk  mendapatkan  effisiensi  yang  dihasilkan  oleh  motor adalah digunakan rumus (8) maka :
Tabel 6. Hasil perhitungan Effisiensi motor untuk 3 koil
No RPM Daya Motor Penggerak (W) Arus Alternator (A) Tegangan Alternator (V) Daya Alternator (W) η (%) 1 360 60 2,5 5,8 14,5 24,167 2 482 60 2,5 6 15 25,000 3 482,7 60 2,5 6,3 15,75 26,250 4 485,1 60 2,5 6,6 16,5 27,500 5 485,3 60 2,5 6,7 16,75 27,917 6 485,9 60 2,5 6,9 17,25 28,750 Tabel 7. Hasil perhitungan Effisiensi motor untuk 6 koil No RPM Daya Motor penggerak (W) Arus Alternator (A) Tegangan Alternator (V) Daya Alternator (W) η (%) 1 360 60 2,5 13,8 34,5 57,500 2 482 60 2,5 14,1 35,25 58,750 3 482,7 60 2,5 14,4 36 60,000 4 485,1 60 2,5 14,6 36,5 60,833 5 485,3 60 2,5 14,7 36,75 61,250 6 485,9 60 2,5 14,9 37,25 62,083
Setelah didapatkan hasil perhitungan effsiensi diatas maka dapat digambarkan grafik sebagai berikut :
Gambar 10. Grafik Hubungan RPM dengan Effisiensi.
Gambar 10.  dapat dilihat bahwa semakin besar RPM maka effisiensi  daya  alternator  semakin  tinggi  pula  .  Begitu  juga alternator  dengan  6  koil  memiliki  effisiensi  yang  lebih  tinggi dari  alternator  dengan  3  koil.  Maka  dapat  disimpulkan  untuk mempertinggi  effisiensi  alternator  dengan  cara  mempertinggi RPM dan memperbanyak koil.

## IV. KESIMPULAN / RINGKASAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah  dilakukan  dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Pembuatan Alternator berbasis magnet permanen Neodymium  sebanyak  12  buah  pada  rotor  dan  6  buah pada solenoida.  Dimensi  rotor  dan  stator  dengan  diameter  0,35 meter.  Dimensi  dari  magnet  permanen  adalah  0,05  meter  x 0,05  meter  sedangkan  ukuran  dari  solenoida  adalah lingkaran dengan jari – jari dalam 0,05 meter dan jari – jari luar  0,07  meter  berisi  130  lilitan  kawat  imael  berdiameter 1,6  milimeter  dapat  menghasilkan  arus  rata  –  rata  sebesar 2,5  A  dan  tegangan  rata  – rata untuk 3 koil sebesar 5,8 V– 6,9 V sedangkan untuk 6 koil sebesar 13,8 V - 14,9 V.
2. Semakin besar RPM maka efisiensi alternator juga semakin besar sehingga daya output yang dihasilkan juga lebih besar . 3. Dengan Alternator dengan  6  koil  memiliki  effisiensi  yang lebih tinggi dari alternator dengan 3 koil.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] B. . Stram, Key Challenges to expanding renewable energy . energy policy, 2016. [2] A.  .  Punchstein,  A.F.,  Lioyd,  T.C.,  Conrad, Alternating  Current Machines . New York: John Willey and Sons Inc, 1960. [3] W.  Masmoudi,  A.,  Drazikowski,  L.,  Koczara,  “Permanent  Magnet disk generator with coreless windings,”
Compel-Int
J,COMPUT.Math.Electr. Electron. Eng , pp. 108–118, 2011. [4]
D. C. Giancoli, Physics : principles with applications Sixth Edition . United State of America: Pearson Education, 2005.
[5] R. Tinjo, “Optimasi Jarak Celah Udara Generator Sinkron Magnet Permanen Fluks Aksial Rotor Cakram Ganda Dengan Stator Tanpa Inti,” Universitas Indonesia, 2010.
[6] “http://microblog.routed.net/wp- content/uploads/2008/10/pancakewheel.pdf,” 2017. [Online]. Available: http://microblog.routed.net/wp- content/uploads/2008/10/pancakewheel.pdf.
[7] H.  Rudianto,  “Penggunaan  ICViper  22A  Pada  Catu  Daya  Model Penyaklaran  Untuk  Pemutar  Cakram  DVD,”  Universitas  Negeri Yogyakarta, 2015. [8]
N.  Riedel, Electric  Circuit  Ninth  Editions .  New  Jersey:  Prentice Hall, 2011.
[9] A.  Paulus,  ““  Pengaruh  Tekanan  Kompaksi  dan  waktu  Penahanan Temperatur Sintering Terhadap Sifat Magnetik dan kekerasan pada pembuatan  Iron  Soft  Magnetik  dari  Serbuk  Besi,”  Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, 2007.
[10] K. Faza, “Analisa Variasi Hambatan dan Tengan Listrik pada Koil terhadap  Unjuk  Kerja  Motor  Bensin  4  Langkah,”  Universitas Jember, 2013.
[11] K.  et  Al,  “Pembuatan  dan  Karakterisasi  Magnet  Bounded  NdFeB dengan Teknik Green Compact,” J. Fis. dan Apl. , vol. 9, pp. 9–11, 2013.
[12] B.  Prasetijo,  H.,  Ropiudin,  R.,  Dharmawan,  “Generator  Magnet Permanen  Sebagai  Pembangkit  Listrik  Putaran Rendah,” Ilm.  Din.
Rekayasa , vol. 8, pp. 70–77, 2016.