Design of axial-flux permanent-magnet low-speed machines and performance comparison between radial-flux and axial-flux machines

This thesis presents an alternative approach to the analytical design of surface-mounted axialflux permanent-magnet machines. Emphasis has been placed on the design of axial-flux machines with a one-rotor-two-stators configuration. The design model developed in this study incorporates facilities to include both the electromagnetic design and thermal design of the machine as well as to take into consideration the complexity of the permanent-magnet shapes, which is a typical requirement for the design of high-performance permanent-magnet motors. A prototype machine with rated 5 kW output power at 300 min-1 rotation speed has been designed and constructed for the purposesof ascertaining the results obtained from the analytical design model. A comparative study of low-speed axial-flux and low-speed radial-flux permanent-magnet machines is presented. The comparative study concentrates on 55 kW machines with rotation speeds 150 min-1, 300 min-1 and 600 min-1 and is based on calculated designs. A novel comparison method is introduced. The method takes into account the mechanical constraints of the machine and enables comparison of the designed machines, with respect to the volume, efficiency and cost aspects of each machine. It is shown that an axial-flux permanent-magnet machine with one-rotor-two-stators configuration has generally a weaker efficiency than a radial-flux permanent-magnet machine if for all designs the same electric loading, air-gap flux density and current density have been applied. On the other hand, axial-flux machines are usually smaller in volume, especially when compared to radial-flux machines for which the length ratio (axial length of stator stack vs. air-gap diameter)is below 0.5. The comparison results show also that radial-flux machines with alow number of pole pairs, p < 4, outperform the corresponding axial-flux machines.

Portable Application User Interface Development in Symbian OS

Symbian OS on käyttöjärjestelmä edistyneille matkapuhelimille. Symbiania käyttävistä laitteista on monia muunnoksia. Joitakin käytetään näppäimistön avulla ja toisia kynällä. Näytön mittasuhteet ja muut ominaisuudet vaihtelevat huomattavasti älypuhelimista kommunikaattoreihin. Tämän seurauksena Symbianin eri laiteperheiden viitemallien käyttöliittymäosat ovat sovelluskehittäjän kannalta melko erilaisia. Esimerkiksi kaikki käyttöliittymäkomponentit eivät ole saatavilla kaikissa laiteperheissä. Perinteisesti sovellusten käyttöliittymät on kirjoitettu erikseen kullekin laiteperheelle, mikä pidentää kehitysaikaa. Tämä työ esittelee Symbianin käyttöliittymäarkkitehtuurin, siirrettävyyden käsitteen ja tekniikoita sovellusten suunnitteluun ja toteutukseen, joilla saavutetaan parempi siirrettävyys Symbian-ympäristössä. Työssä suunnitellaan ja toteutetaan AppTest-nimisen testaustyökalun käyttöliittymä siten, että sovellus on helposti siirrettävissä eri laiteperheisiin.

Robottihitsauksen tehokas käyttöönotto

Työn tavoitteena oli selvittää uuden robottihitsaussolun käyttöönotto siten, että se tapahtuu mahdollisimman tehokkaasti ja taloudellisesti. Uudella robotilla on tarkoitus hitsata nykyisin käsinhitsattavia kauhakuormaajien takarunkoja sekä alihankintana tilattavia kauhoja. Tuotannon kotiuttamisella alihankinnasta ja hitsauksen robotisoinnilla pyritään nostamaan omaa tuotantovolyymiä ja pienentämään valmistuskustannuksia. Työn teoriaosuudessa selvitettiin tyypilliset robotiikkaan liittyvät asiat, kuten robotit, niiden ohjaus ja ohjelmointi sekä perusteet hitsauksen robotisoinnista. Lisäksi käsiteltiin hitsattavan tuotteen suunnittelu- ja valmistusnäkökohtia ja hitsauksen kustannuslaskennan perusteet. Työn käytännön osuudessa tehtiin kartoitus kahden valitun takarunkomallin soveltuvuudesta robottihitsaukseen ja muutosehdotuksia, joilla voidaan parantaa runkojen robottihitsattavuutta. Lisäksi käytiin läpi hitsauksen nykytilanne osavalmistuksesta aina hitsauksen jälkeiseen viimeistelyyn. Hitsauksen kustannusten selvittämistä varten tehtiin taulukkolaskentaohjelma, jolla tehtiin esimerkkinä kuvitteellinen kustannussäätölaskelma. Tuottavuusmittari laadittiin niin, että sillä voidaan mitata sekä robotin että kokohitsaustapahtuman tehokkuutta pitkällä ja lyhyellä aikavälillä. Näiden lisäksi laadittiin sisäinen ohje robottihitsattavien kappaleiden silloitukseen sekä suunnittelijoille ohjeistus huomioitavista asioista suunniteltaessa kappaletta robottihitsaukseen.

Implementing telephony signalling over IP networks using SIGTRAN standards

Diplomityössä tutkitaan yhteiskanavamerkinantoverkon signalointiliikenteen siirtoa IP-pohjaisiin verkkoihin käyttäen IETF:n aliorganisaation, SIGTRAN:in, määrittelemiä standardeja. Tutkimuksen lisäksi työssä suoritetaan myös toteutus, joka mahdollistaa em. verkkojen yhdistymisen. Ensin työssä käsitellään yhteiskanavamerkinantoverkon tulevaisuus ja alan yleiset näkymät, jotka luovat pohjan työn toteutuksen ymmärtämiseen. Toiseksi työssä esitellään toteutuksessa käytetyt teknologiat. Esiteltäviin teknologioihin kuuluvat yhteiskanavamerkinantoverkko, IP-pohjainen verkko, SIGTRAN:in määrittelemät standardit, toteutustyökalut sekä ympäristö, johon toteutus liitetään. Toteutukseen olennaisesti liittyvät asiat ovat painotettuina teknologioiden esittelyssä. Diplomityön loppuosassa kuvataan merkinantoyhdyskäytävän toteutus suunnittelun ja toteutettujen toiminnallisuuksien osalta. Diplomityön tuloksena saatiin uusi testattu merkinantosovellus, joka täyttää yhteiskanavamerkinantoverkolle asetetut vaatimukset. Toteutus toimii osana Intellitel(TM) ONE palvelualustaa. Toteutuksen kehitys tulee jatkumaan.

1000 V sähkönjakelujärjestelmän teknistaloudellisen kannattavuuden tarkastelu

Tässä työssä tutkitaan 1000 V pienjännitejakelun taloudellista kannattavuutta. Tutkimus perustuu teoreettiseen tarkasteluun, jossa noudatetaan yleisiä verkostosuunnittelun periaatteita. EU-lainsäädäntö mahdollistaa 1000 V pienjänniteportaan sijoittamisen nykyisen keskijänniteverkon ja pienjänniteverkon väliin lisäten kolmannen jakelujänniteportaan nykyään käytettävien 20 kV ja 0,4 kV väliin. Jakeluverkkojen kehittämiseksi on etsittävä ratkaisu, joka on taloudellinen sekä asiakkaiden että verkonhaltijoiden kannalta. Tällaiset ratkaisut pienentävät verkon käytön kokonaiskustannuksia ja parantavat sähkön laatua. Lisättäessä jakeluverkkoon kolmas jänniteporras, keskijänniteverkon johtopituus lyhenee ja varsinkin lyhyiden haarajohtojen määrä vähenee. Tämä vähentää keskijänniteverkossa esiintyvien keskeytysten määrää ja pienentää keskeytyskustannuksia. Kilovoltin järjestelmä on kannattava korvattaessa sillä osa keskijänniteverkkoa, tai estettäessä perinteisellä järjestelmällä tarvittava muuntopiirin jakaminen. Osana varsinaista pienjänniteverkkoa ei kilovoltinjärjestelmä ole kannattava. Tässä työssä kolmijänniteportaista jakeluverkkoa tutkitaan teoreettisilla verkkosuunnitelmilla, joita tehdään muutamille perusverkkotopologioille. Taloudellista kannattavuutta tutkitaan vertaamalla perinteistä kaksijänniteportaista ja kolmijänniteportaista verkkoratkaisua kustannusten suhteen teknisten reunaehtojen puitteissa. 1000 V pienjännitejakelu vaatii uudenlaisia verkostokomponentteja. Näistä on erityisesti käsitelty 1/0,4 kV pienjännitemuuntajaa. Muuntajasuunnittelun lähtökohtana on 1000 V verkon käyttäminen keskijänniteverkon jatkeena maasta erotettuna verkkona.

Development of the Simulation Environment for the Mobile Phone User Interfaces

Diplomityössä käsitellään Nokia Mobile Phonesin matkapuhelimien käyttöliittymäohjelmistojen suunnittelu-ja testausympäristön kehitystä. Ympäristöön lisättiin kaksi ohjelmistomodulia avustamaan simulointia ja versionhallintaa. Visualisointityökalulla matkapuhelimen toiminta voidaan jäljittää suunnittelu- kaavioihin tilasiirtyminä, kun taas vertailusovelluksella kaavioiden väliset erot nähdään graafisesti. Kehitetyt sovellukset parantavat käyttöliittymien suunnitteluprosessia tehostaen virheiden etsintää, optimointia ja versionhallintaa. Visualisointityökalun edut ovat merkittävät, koska käyttöliittymäsovellusten toiminta on havaittavissa suunnittelu- kaavioista reaaliaikaisen simuloinnin yhteydessä. Näin virheet ovat välittömästi paikannettavissa. Lisäksi työkalua voidaan hyödyntää kaavioita optimoitaessa, jolloin sovellusten kokoja muistintarve pienenee. Graafinen vertailutyökalu tuo edun rinnakkaiseen ohjelmistosuunnitteluun. Eri versioisten suunnittelukaavioiden erot ovat nähtävissä suoraan kaaviosta manuaalisen vertailun sijaan. Molemmat työkalut otettiin onnistuneesti käyttöön NMP:llä vuoden 2001 alussa.

Hiilidioksidipäästölaskurin kehittäminen toimistoille ja yleisötapahtumille

Diplomityössä on kehitetty websovelluksena toteutettavan ilmastolaskuripalvelun hiilidioksidipäästöjen laskentamoduulit, joiden avulla toimistot ja yleisötapahtumat voivat arvioida omasta toiminnastaan syntyviä hiilidioksidipäästöjä sähkönkulutuksen, lämmönkulutuksen, matkustamisen, kuljetusten ja paperin kulutuksen osalta. Tavoitteena oli kehittää ilmastolaskurista mahdollisimman helppokäyttöinen ja kohderyhmälle hyödyllinen websovellus. Työn kirjallisuusosiossa käsitellään toimistojen ja yleisötapahtumien ympäristövaikutuksia etenkin ilmastonmuutoksen näkökulmasta. Toimistot ja yleisötapahtumat vaikuttavat ilmastonmuutokseen pääasiassa kiinteistöjen sähkön- ja lämmönkulutuksen sekä liikenteen energiankulutuksesta syntyvien hiilidioksidipäästöjen muodossa. Rakennusten energiankulutuksen ja liikenteen yhteys kansalliseen CO2-päästötaseeseen sekä päästöjenvähennystavoitteisiin on merkittävä päästökauppadirektiivin sovellusalan ulkopuolella. Lisäksi tarkastellaan paino- ja paperituotteiden elinkaaren aikaisia ympäristövaikutuksia energiankulutuksen kannalta, sillä paperi on toimistojen ja usein myös tapahtumien merkittävin yksittäinen materiaalivirta. Ilmastolaskuriin kuuluvien hiilidioksidipäästöjen laskentamoduulien kehittämisessä pyrittiin huomioimaan mahdollisimman pitkälle käyttäjien tarpeet ja tiedonsaantimahdollisuudet. Ilmastolaskuri suunniteltiin toimistojen ja yleisötapahtumien ympäristövaikutuksia käsittelevän tutkimustiedon, ilmastolaskuriprojektissa toteutetun esimarkkinakyselyn tulosten, käyttäjähaastatteluista saadun palautteen sekä keskeisesti suunnitteluprosessissa mukana olleen asiantuntijaryhmän antamien kehitysehdotusten perusteella. Työssä on esitetty ilmastolaskurisovelluksen laadulliset kriteerit, tekninen vaatimusmäärittely sekä hiilidioksidipäästöjen laskentaosuuden toteutussuunnitelma, joka sisältää laskentamoduulien käyttöliittymämallit sekä päästölaskentaan liittyvät hiilidioksidipäästökertoimet, oletusarvot, päästölaskentakaavat ja huomautukset.

Sähkösuunnittelun projektityön hallinta ja kehittäminen - Management and development of project work in electrical

Työssä on tutkittu sähkösuunnittelun projektityön hallintaa ja kehittämistä. Tavoitteena oli löytää ongelmia ja pyrkiä korjaamaan niitä, jotta suunnittelu olisi mahdollisimman toimivaa. Tutkimus perustuu kirjallisuuteen ja haastatteluihin. Työssä perehdytään kirjallisuuden avulla projektin peruskäsitteisiin ja hallintaan sekä sähkösuunnittelun projektin yleiseen toteutukseen. Haastattelujen avulla on selvitetty tämän hetkistä tilannetta sähkösuunnitteluprojektin hallinnasta ja siihen liittyvistä ongelmista Pöyryn Kouvolan konttorissa. Työn tuloksena on selvitetty merkittävimpiä ongelmia, jotka esiintyvät sähkösuunnitteluprojektissa. Työ keskittyy pääosin sähkösuunnitteluprojektin hallinnallisiin ongelmiin ja niiden toteutukseen. Kirjallisuuden ja haastattelujen pohjalta on koottu ohjeita sähkösuunnittelun projektinhallintaan

Literature review on permanent magnet generators design and dynamic behavior

This paper is a literature review which describes the construction of state of the art of permanent magnet generators and motors constructing and discusses the current and possible application of these machines in industry. Permanent magnet machines are a well-know class of rotating and linear electric machines used for many years in industrial applications. A particular interest for permanent magnet generators is connected with wind mills, which seem to be becoming increasingly popular nowadays. Geared and direct-driven permanent magnet generators are described. A classification of direct-driven permanent magnet generators is given. Design aspects of permanent magnet generators are presented. Permanent magnet generators for wind turbines designs are highlighted. Dynamics and vibration problems of permanent magnet generators covered in literature are presented. The application of the Finite Element Method for mechanical problems solution in the field of permanent magnet generators is discussed.

New design of the frame for a permanent magnet generator

This thesis introduces a search for a new design of the frame for a permanent magnet generator mounted at a windmill. The objective of this work is to offer new design ideas for the stator frame - new concepts for connecting stator core to stator frame in a generator. Desired aims of new design concepts are: simplification of the structure production; decrease of material use; use of standard components; light weight of construction and etc. Thesis contains several new possible designs for the stator frame structure. Also, it has a list of possible connection concepts, which can be used to join the stator to the frame. All new ideas are described and compared according to its match to the desired purposes of the work. New design concepts are modeled using modern software. The main part of the Thesis contains several approximate computer models of the current and new offered constructions, description of loads and stress in the current stator frame. It has evaluation of the most important stress and load characteristics. The final design is a result of all previous research. It has a description of a new frame structure and joining concept for it. This structure matched main aims of work, but it does not have detailed design with dimensions and check calculations of the frame and welds. Thesis gives representation about design search, evaluation and comparison of new concepts of generator structure. Also, it gives general representation of renewable energy technology, knowledge about windmill turbines and its contents.

Study of a vapor-compression air-conditioning system for jetliners

Most modern passenger aeroplanes use air cycle cooling. A high-speed air cycle is a reliable and light option, but not very efficient. This thesis presents research work done to design a novel vapour cooling cycle for aeroplanes. Due to advancements in high-speed permanent magnet motors, the vapour cycle is seen as a competitive option for the air cycle in aeroplanes. The aerospace industry places tighter demands on the weight, reliability and environmental effects of the machinery than those met by conventional chillers, and thus modifications to conventional design are needed. The thesis is divided into four parts: the initial screening of the working fluid, 1-D design and performance values of the compressor, 1-D off-design value predictions of the compressor and the 3-D design of the compressor. The R245fa was selected as the working fluid based the study. The off-design range of the compressor was predicted to be wide and suitable for the application. The air-conditioning system developed is considerably smaller than previous designs using centrifugal compressors.

Packet backbone design differences between commercial network and Container Trial System of LTE/SAE

The mobile networks of earlier and current generations, or 2G and 3G networks, provide users voice and packet services with higher transmission rates and good quality over the same core network. When developing the next generation of mobile networks the current quality of services needs to be maintained. This thesis concentrates on the next generation mobile network, especially on the evolution of the packet network part. The new mobile network has requirements for the common packet backbone network, Mobile Packet Backbone Network, which is additionally discussed in this study. The next generation mobile network, called LTE/SAE, is currently under testing. The test system is called Container Trial System. It is a mini sized LTE/SAE site. The LTE/SAE is studied in this thesis concentrating on the evolved packet core, the SAE part of the composition. The empirical part of the study compares the LTE/SAE Container Trial System and commercial network designs and additionally produces documentation for internal personnel and customers. The research is performed by comparing the documentations and specifications of both the Container Trial System and commercial network. Since the LTE commercial network is not yet constructed, the comparison is done theoretically. The purpose is furthermore to find out if there are any design issues that could be done differently in the next version of the Container Trial System.

Formal Power Analysis of Systems-on-Chip

The design methods and languages targeted to modern System-on-Chip designs are facing tremendous pressure of the ever-increasing complexity, power, and speed requirements. To estimate any of these three metrics, there is a trade-off between accuracy and abstraction level of detail in which a system under design is analyzed. The more detailed the description, the more accurate the simulation will be, but, on the other hand, the more time consuming it will be. Moreover, a designer wants to make decisions as early as possible in the design flow to avoid costly design backtracking. To answer the challenges posed upon System-on-chip designs, this thesis introduces a formal, power aware framework, its development methods, and methods to constraint and analyze power consumption of the system under design. This thesis discusses on power analysis of synchronous and asynchronous systems not forgetting the communication aspects of these systems. The presented framework is built upon the Timed Action System formalism, which offer an environment to analyze and constraint the functional and temporal behavior of the system at high abstraction level. Furthermore, due to the complexity of System-on-Chip designs, the possibility to abstract unnecessary implementation details at higher abstraction levels is an essential part of the introduced design framework. With the encapsulation and abstraction techniques incorporated with the procedure based communication allows a designer to use the presented power aware framework in modeling these large scale systems. The introduced techniques also enable one to subdivide the development of communication and computation into own tasks. This property is taken into account in the power analysis part as well. Furthermore, the presented framework is developed in a way that it can be used throughout the design project. In other words, a designer is able to model and analyze systems from an abstract specification down to an implementable specification.