Types, performances and design of axial flux electrical machines for wind energy generation

The thesis aims to study the axial flux machine performance and design in wind energy applications. The axial flux generator is ideal for the wind energy conversion, especially if it uses permanent magnet for the excitation (Axial Flux Permanent Magnet: AFPM). Because of it is able to generate power also at low rotational speed, it is useful for direct coupling with the wind speed. The thesis analyses firstly the features of a wind turbine. Then it studies the different typologies and characteristics of the axial flux machine. Finally, it gives all information about the design and the performances of each type of AFPM when used as generator for wind system, with special attention to a specific type, called double-sided inner-stator AFPM, that is particularly useful for the direct drive of a small-scale wind energy system.

La tesi ha lo scopo di studiare la performance e la progettazione di una macchina a flusso assiale per applicazioni eoliche. La macchina a flusso assiale è un generatore ideale per la conversione dell’energia eolica, specialmente se l’eccitazione della macchina è effettuata tramite magneti permanenti (macchina a flusso assiale a magneti permanenti). Questa tipologia di generatore è particolarmente adatta per essere connessa direttamente (direct drive) alla turbina eolica, soprattutto perché è in grado di generare potenza anche a basse velocità di rotazione. Inizialmente, la tesi analizza le principali caratteristiche di una turbina eolica e, successivamente, studia le tipologie e le caratteristiche della macchina a flusso assiale. Infine, fornisce gran parte delle informazioni sul design e le performance di ogni tipologia di macchina a flusso assiale a magneti permanenti usata come generatore di un sistema eolico. In particolare, si concentra su una tipologia, conosciuta come doppio-rotore con statore interno, utilizzata soprattutto per sistemi eolici di piccola scala.