Permanent Magnet Synchronous Machine for Parallel Hybrid Vehicle

The aim of this thesis is to describe hybrid drive design problems, the advantages and difficulties related to the drive. A review of possible hybrid constructions, benefits of parallel, series and series-parallel hybrids is done. In the thesis analytical and finite element calculations of permanent magnet synchronous machines with embedded magnets were done. The finite element calculations were done using Cedrat’s Flux 2D software. This machine is planned to be used as a motor-generator in a low power parallel hybrid vehicle. The boundary conditions for the design were found from Lucas-TVS Ltd., India. Design Requirements, briefly: • The system DC voltage level is 120 V, which implies Uphase = 49 V (RMS) in a three phase system. • The power output of 10 kW at base speed 1500 rpm (Torque of 65 Nm) is desired. • The maximum outer diameter should not be more than 250 mm, and the maximum core length should not exceed 40 mm. The main difficulties which the author met were the dimensional restrictions. After having designed and analyzed several possible constructions they were compared and the final design selected. Dimensioned and detailed design is performed. Effects of different parameters, such as the number of poles, number of turns and magnetic geometry are discussed. The best modification offers considerable reduction of volume.

Hybridikäytön mitoitus liikkuvan työkoneen energian talteenottojärjestelmäksi

Työssä tarkastellaan sähköisiä energian talteenottomahdollisuuksia liikkuvissa työkoneissa. Työssä esitetään kolme erityyppistä liikkuvaan työkoneeseen soveltuvaa sähköisen energian talteenottojärjestelmää sekä mitoitetaan hybridikäyttö kahdelle erityyppiselle työkonesovellukselle kuormituskäyrien perusteella. Lisäksi työssä lasketaan hybridijärjestelmää käyttämällä saavutettava energiansäästö nykyiseen käyttöön verrattuna.

Enhancement of R&D project management system

Stora Enso has research centres in Finland, Sweden and Germany. The research centres use PIMS as a research project invoicing and monitoring system. Possible reorganization and new financing model for R&D functions have been considered and the project management system should be developed to support the new operation model. The objective of this thesis is to find a model for R&D project management, and to present the project management system of Stora Enso, and to discuss if the current system could be developed to respond to the new needs or should it be replaced with another system. The theoretical part of the study describes challenges in R&D project management, and presents different project characteristics, and methods for managing R&D project portfolio. It is also described how the project management system can support project monitoring and controlling, and how inter-project learning can be enhanced. The empirical part of the study presents the current project management system of Stora Enso and how the system should be developed to support Stora Enso’s R&D functions better. In conclusion, it is stated that there is no relevant reason to replace PIMS with another system, because PIMS can be developed to support R&D project management better with a hybrid system. It is also suggested that the new financing model should not be implemented before more comprehensive analysis of its effects is conducted.

Energy Efficiency of a Diesel-Electric MobileWorking Machine

The power demand of many mobile working machines such as mine loaders, straddle carriers and harvesters varies significantly during operation, and typically, the average power demand of a working machine is considerably lower than the demand for maximum power. Consequently, for most of the time, the diesel engine of a working machine operates at a poor efficiency far from its optimum efficiency range. However, the energy efficiency of dieseldriven working machines can be improved by electric hybridization. This way, the diesel engine can be dimensioned to operate within its optimum efficiency range, and the electric drive with its energy storages responds to changes in machine loading. A hybrid working machine can be implemented in many ways either as a parallel hybrid, a series hybrid or a combination of these two. The energy efficiency of hybrid working machines can be further enhanced by energy recovery and reuse. This doctoral thesis introduces the component models required in the simulation model of a working machine. Component efficiency maps are applied to the modelling; the efficiency maps for electrical machines are determined analytically in the whole torque–rotational speed plane based on the electricalmachine parameters. Furthermore, the thesis provides simulation models for parallel, series and parallel-series hybrid working machines. With these simulation models, the energy consumption of the working machine can be analysed. In addition, the hybridization process is introduced and described. The thesis provides a case example of the hybridization and dimensioning process of a working machine, starting from the work cycle of the machine. The selection and dimensioning of the hybrid system have a significant impact on the energy consumption of a hybrid working machine. The thesis compares the energy consumption of a working machine implemented by three different hybrid systems (parallel, series and parallel-series) and with different component dimensions. The payback time of a hybrid working machine and the energy storage lifetime are also estimated in the study.

The Use of Nervous System Drugs and the Risk of Fractures in Old Adults

Hermostoon vaikuttavien lääkkeiden käyttö on yleistä iäkkäässä väestössä. Erityisen yleistä käyttö on pitkäaikaisessa laitoshoidossa asuvilla iäkkäillä. Hermostoon vaikuttavien lääkkeiden haittavaikutuksia on tutkittu paljon, ja useat hermostoon vaikuttavat lääkeaineryhmät on tunnistettu murtumien riskitekijöiksi. Aikaisemmin ei ole kuitenkaan tutkittu usean hermostoon vaikuttavan lääkkeen yhteiskäytön yhteyksiä murtuman riskiin 65 vuotta täyttäneillä. Väitöskirjatutkimuksessa havaittiin, että usean hermostoon vaikuttavan lääkeaineen yhtäaikainen käyttö oli hyvin yleistä Porin kaupunginsairaalan viidellä pitkäaikaisen laitoshoidon osastolla (n = 154) vuosien 2004 ja 2005 vaihteessa. Kolmasosa tutkituista käytti säännöllisesti kolmea tai useampaa hermostoon vaikuttavaa lääkettä samanaikaisesti. Kun huomioitiin myös tarvittaessa otettavat lääkkeet, vastaava luku oli 53 %. Tutkimuksessa havaittiin myös viitteitä lääkkeiden epäasianmukaisesta käytöstä, kun potilaiden käyttämiä lääkkeitä verrattiin heidän kognitiiviseen ja fyysiseen suorituskyynsä sekä asetettuihin diagnooseihin. Liedon kunnassa 1990-luvulla toteutettuun väestöpohjaiseen Liedon Iäkkäät -seurantatutkimukseen osallistui 1177 lietolaista 65 vuotta täyttänyttä. Lääkitystietoja sekä seuranta-aikana tapahtuneita murtumia analysoimalla havaittiin, että kahden tai useamman bentsodiatsepiinin sekä kahden tai useamman psykoosilääkkeen käyttö oli yhteydessä murtuman riskiin 65 vuotta täyttäneillä miehillä. Opioidin ja psykoosilääkkeen yhteiskäyttö sekä opioidin ja bentsodiatsepiinin yhteiskäyttö oli yhteydessä iäkkäiden miesten murtuman riskiin. Naisilla vastaavia tilastollisesti merkitseviä yhteyksiä ei havaittu. Väitöskirjatutkimuksen uusin osa-aineisto perustui Porissa vuosina 2009–2010 toteutetun Satauni-tutkimuksen aineistoon. Tutkimuksessa osoitettiin 89 potilaan aineistossa, että hallittu, yhden kuukauden aikana lääkärin ja hoitajan tuella toteutettu bentsodiatsepiinivieroitus paransi merkitsevästi 55 vuotta täyttäneiden naisten käden puristusvoimaa kuuden kuukauden seuranta-aikana. Vastaavaa yhteyttä ei havaittu miehillä. Bentsodiatsepiinivieroituksella ei ollut yhteyttä osallistujien tasapainotestin tulosten paranemiseen kuuden kuukauden seurantaaikana. Murtumilla on vakavia seurauksia sekä yksilötasolla että yhteiskunnallisesti iäkkäässä väestössä. Murtumien ehkäisy on hyvin tärkeää. Siinä tulee kiinnittää huomiota potilaan käyttämään lääkitykseen ja arvioida erityisesti usean hermostoon vaikuttavan lääkkeen yhteiskäytön tarpeellisuutta.

Knapsack sets for cryptography

The basic goal of this study is to extend old and propose new ways to generate knapsack sets suitable for use in public key cryptography. The knapsack problem and its cryptographic use are reviewed in the introductory chapter. Terminology is based on common cryptographic vocabulary. For example, solving the knapsack problem (which is here a subset sum problem) is termed decipherment. Chapter 1 also reviews the most famous knapsack cryptosystem, the Merkle Hellman system. It is based on a superincreasing knapsack and uses modular multiplication as a trapdoor transformation. The insecurity caused by these two properties exemplifies the two general categories of attacks against knapsack systems. These categories provide the motivation for Chapters 2 and 4. Chapter 2 discusses the density of a knapsack and the dangers of having a low density. Chapter 3 interrupts for a while the more abstract treatment by showing examples of small injective knapsacks and extrapolating conjectures on some characteristics of knapsacks of larger size, especially their density and number. The most common trapdoor technique, modular multiplication, is likely to cause insecurity, but as argued in Chapter 4, it is difficult to find any other simple trapdoor techniques. This discussion also provides a basis for the introduction of various categories of non injectivity in Chapter 5. Besides general ideas of non injectivity of knapsack systems, Chapter 5 introduces and evaluates several ways to construct such systems, most notably the "exceptional blocks" in superincreasing knapsacks and the usage of "too small" a modulus in the modular multiplication as a trapdoor technique. The author believes that non injectivity is the most promising direction for development of knapsack cryptosystema. Chapter 6 modifies two well known knapsack schemes, the Merkle Hellman multiplicative trapdoor knapsack and the Graham Shamir knapsack. The main interest is in aspects other than non injectivity, although that is also exploited. In the end of the chapter, constructions proposed by Desmedt et. al. are presented to serve as a comparison for the developments of the subsequent three chapters. Chapter 7 provides a general framework for the iterative construction of injective knapsacks from smaller knapsacks, together with a simple example, the "three elements" system. In Chapters 8 and 9 the general framework is put into practice in two different ways. Modularly injective small knapsacks are used in Chapter 9 to construct a large knapsack, which is called the congruential knapsack. The addends of a subset sum can be found by decrementing the sum iteratively by using each of the small knapsacks and their moduli in turn. The construction is also generalized to the non injective case, which can lead to especially good results in the density, without complicating the deciphering process too much. Chapter 9 presents three related ways to realize the general framework of Chapter 7. The main idea is to join iteratively small knapsacks, each element of which would satisfy the superincreasing condition. As a whole, none of these systems need become superincreasing, though the development of density is not better than that. The new knapsack systems are injective but they can be deciphered with the same searching method as the non injective knapsacks with the "exceptional blocks" in Chapter 5. The final Chapter 10 first reviews the Chor Rivest knapsack system, which has withstood all cryptanalytic attacks. A couple of modifications to the use of this system are presented in order to further increase the security or make the construction easier. The latter goal is attempted by reducing the size of the Chor Rivest knapsack embedded in the modified system. '

Impact of unsymmetrical loads in distribution networks

Since it is virtually impossible to balance loads in three-phase system, unbalance in a varying degree exists almost in all distribution networks. The aim of the thesis is to analyze the impact of this unbalance subject to different configurations of distribution system and winding connection of the supplying transformer. Also impact of the voltage unbalance on the equipment is investigated. In order to make the investigation more visual, the following calculations have been conducted: - Unsymmetrical load in four-wire star connected network - Unsymmetrical load in four-wire star connected network with broken zero conductor (or three-wire network). - Unsymmetrical load when the supplying transformer is so-called zigzag transformer. PDF created

Reaaliaikainen Clarken muunnos

Työssä suunniteltiin ja rakennettiin laite, joka suorittaa reaaliaikaisen Clarken muunnoksen kolmivaiheiselle mittaussignaalille. Kolmivaiheisella mittaussignaalilla tarkoitetaan tässä kolmivaiheisesta järjestelmästä mitattuja vaihevirtoja tai -jännitteitä. Lähtö tuottaa kaksivaiheisen mittaussignaalin, jota voidaan tutkia oskilloskooppia. Käyttämällä oskilloskooppia xy-moodissa näytölle piirtyy virta- tai jänniteympyrä. Laitetta voidaan käyttää esimerkiksi taajuusmuuttajien testauksen apuvälineenä, jolloin parametrien muuttamisen vaikutus laitteen tuottaman sähkön laatuun nähdään välittömästi.

Kaivoslastauskoneen hybridisointianalyysi virtuaali- ja in-loop -simuloinnin avulla

Työssä tutkitaan raskaiden työkoneiden hybridisointimitoitusta simuloimalla. Työssä esitetään simulation-in-the-loop-simulointiin perustuva järjestelmä, jolla esimerkkitapauksena oleva kaivoslastauskone työympäristöineen voidaan mallintaa mekaaniselta osaltaan monikappaledynamiikkaan perustuvalla ohjelmistolla ja hybridijärjestelmän osalta Simulinkissa. Yhdistetty simulointi mahdollistaa hybridityökoneen virtuaalimallin ohjaamisen käyttäjän toimesta reaaliajassa. Simuloinnista saadaan tuloksena mm. työsykli, jota voidaan käyttää hybridisointimitoitukseen. Hybridisointi toteutetaan kahdella erilaisella kokoonpanolla, joista analysoidaan suorituskykyä sekä polttoaineen kulutusta. Tuloksia verrataan pelkästään dieselmoottoria voimanlähteenä käyttävään lastauskoneeseen. Työssä tehty tutkimus osoittaa, että (sarja-) hybridisoinnilla voidaan saavuttaa merkittäviä etuja raskaiden työkoneiden polttoainetehokkuudessa. Dieselmoottoria voidaan ajaa sellaisessa staattisessa toimintapisteessä, jonka hyötysuhde on korkea riippumatta työkoneen kuormituksesta. Saavutettu hyöty on toteutetussa tutkimuksessa parhaimmillaan jopa 56 % vähennys polttoaineenkulutuksessa. Lisäksi tarvittava dieselin nimellisteho pienenee huomattavasti. Tutkimuksen osana esitellään myös Hardware-in-the-Loop -laitteisto, jonka avulla voidaan liittää oikea sähkömoottori ja taajuudenmuuttaja osaksi virtuaalisesti simuloitua työkonetta.

Lämmöntuotanto älykkäässä energiaverkossa

Energiaverkon edistäminen tulee olemaan tulevaisuudessa suuressa roolissa niin Suomessa kuin maailmalla. Tällöin yhtenä vaihtoehtona on älykkyyden tuominen koko energiajärjestelmään niin sähkön kuin lämmönkin osalta. Tällöin voidaan vähentää kulutushuippujen aikaista energian käyttöä ja saada koko verkoston energiankulutus profiili tasaiseksi. Tässä työssä tarkastellaan spot-sähkön hyödyntämismahdollisuuksia lämmöntuotannossa. Työssä kehitetyn mallinnustyökalun avulla tutkittiin erilaisia ajotapoja ja erilaisten järjestelmien kokonaiskustannuksia. Työssä esitellään esimerkkilaskennan avulla spot-sähkön käytöstä syntyviä kustannuksia ja keinoja vaikuttaa niihin eri järjestelmä muutoksin. Malli mahdollistaa erilaisten järjestelmien ja niiden ajotapojen tutkimista. Mallilla voidaan myös tutkia erilaisten alueiden kulutuskäyttäytymistä ja hyödyntää sitä kustannuslaskelmiin. Voidaan todeta, että työssä muodostunut malli on toimiva ja sitä voidaan hyödyntää alueellisten lämmöntuotantojärjestelmien ajotapojen optimointiin.

Sähköverkosta irti olevan pienhybridijärjestelmän toteutus

Lappeen siniset –partiolippukunnalla on käytössään leiripaikka Humaljärvellä, Lappeenrannassa. Leiripaikalla ei ole liityntää sähköverkkoon, joten leiripaikalle on asennettu kaksi erillistä aurinkovoimalla toimivaa sähköjärjestelmää. Leiripaikan sähköistetyt rakennukset ovat pääkämppä ja saunan sekä vanhan kämpän muodostama kokonaisuus. Aurinkopaneeleilla tuotettu sähköenergia varastoidaan akustoihin. Lippukunta on havainnot käytössä, ettei talvella tuotettu aurinkoenergia riitä kattamaan pääkämpän sähkönkulutusta, joten leiripaikalle on päätetty hankkia tuulivoimala lisäämään tuotantoa. Tässä kandidaatin työssä esitellään hybridijärjestelmään kuuluvien aurinko- ja tuulivoiman toimintaperiaatteita sekä näiden komponentteja. Aurinko- ja tuulivoimalla tuotetulle sähköenergialle lasketaan arviot, joita verrataan leiripaikan sähköjärjestelmän arvioituun kulutukseen. Leiripaikalle tulevaa tuuliturbiinia ja sen lataussäädintä testataan laboratoriossa, jotta varmistutaan niiden soveltuvuudesta sekä toimivuudesta kohteeseen. Testausten ja laitteiden datalehtien avulla suunnitellaan leiripaikalle toimiva hybridijärjestelmä, joka kattaa leiripaikan ympärivuotisen sähkönkulutuksen.

Sähkö- ja hybridibussien tilanneselvitys

Työn tavoitteena on selvittää, minkälaisia sähkö- ja hybridibusseja maailmalla on käytössä. Työssä tutustutaan sähkö- ja hybridibussien tekniikkaan yleisellä tasolla. Tarkastellaan eri valmistajien bussien tekniikoita myös yksityiskohtaisemmin. Vertaillaan hieman bussien suorituskykyjä. Tuloksena tarkasteltavien bussien tärkeimmät ominaisuudet kerättiin taulukoihin ja vertailtiin niitä. Saatiin selville, että sähkö- ja hybridibussivalikoima on hyvin laaja. Yhtä optimaalista sähkö- tai hybridijärjestelmää ei ole vielä kehitetty vaan busseissa käytetään erilaisia sovelluksia esimerkiksi moottorin, voimansiirron ja energiavaraston osalta.

Semantic and fuzzy modelling for human behaviour recognition in smart spaces : a case study on ambient assisted living.

Human activity recognition in everyday environments is a critical, but challenging task in Ambient Intelligence applications to achieve proper Ambient Assisted Living, and key challenges still remain to be dealt with to realize robust methods. One of the major limitations of the Ambient Intelligence systems today is the lack of semantic models of those activities on the environment, so that the system can recognize the speci c activity being performed by the user(s) and act accordingly. In this context, this thesis addresses the general problem of knowledge representation in Smart Spaces. The main objective is to develop knowledge-based models, equipped with semantics to learn, infer and monitor human behaviours in Smart Spaces. Moreover, it is easy to recognize that some aspects of this problem have a high degree of uncertainty, and therefore, the developed models must be equipped with mechanisms to manage this type of information. A fuzzy ontology and a semantic hybrid system are presented to allow modelling and recognition of a set of complex real-life scenarios where vagueness and uncertainty are inherent to the human nature of the users that perform it. The handling of uncertain, incomplete and vague data (i.e., missing sensor readings and activity execution variations, since human behaviour is non-deterministic) is approached for the rst time through a fuzzy ontology validated on real-time settings within a hybrid data-driven and knowledgebased architecture. The semantics of activities, sub-activities and real-time object interaction are taken into consideration. The proposed framework consists of two main modules: the low-level sub-activity recognizer and the high-level activity recognizer. The rst module detects sub-activities (i.e., actions or basic activities) that take input data directly from a depth sensor (Kinect). The main contribution of this thesis tackles the second component of the hybrid system, which lays on top of the previous one, in a superior level of abstraction, and acquires the input data from the rst module's output, and executes ontological inference to provide users, activities and their in uence in the environment, with semantics. This component is thus knowledge-based, and a fuzzy ontology was designed to model the high-level activities. Since activity recognition requires context-awareness and the ability to discriminate among activities in di erent environments, the semantic framework allows for modelling common-sense knowledge in the form of a rule-based system that supports expressions close to natural language in the form of fuzzy linguistic labels. The framework advantages have been evaluated with a challenging and new public dataset, CAD-120, achieving an accuracy of 90.1% and 91.1% respectively for low and high-level activities. This entails an improvement over both, entirely data-driven approaches, and merely ontology-based approaches. As an added value, for the system to be su ciently simple and exible to be managed by non-expert users, and thus, facilitate the transfer of research to industry, a development framework composed by a programming toolbox, a hybrid crisp and fuzzy architecture, and graphical models to represent and con gure human behaviour in Smart Spaces, were developed in order to provide the framework with more usability in the nal application. As a result, human behaviour recognition can help assisting people with special needs such as in healthcare, independent elderly living, in remote rehabilitation monitoring, industrial process guideline control, and many other cases. This thesis shows use cases in these areas.

An EDTA-β-cyclodextrin adsorbent for the adsorption of rare earth elements and its application in preconcentration of ultratrace rare earth elements from seawater

The objectives of this work were synthesizing an EDTA-β-CD adsorbent and investigating its adsorption potential and applications in preconcentration of REEs from aqueous phase. The adsorption capacity of EDTA-β-CD was investigated. The adsorption studies were performed by batch techniques both in one- and multi-component systems. The effects of pH, contact time and initial concentration were evaluated. The analytical detection methods and characterization methods were presented. EDTA-β-CD adsorbent was synthesized successfully with high EDTA coverage. The maximum REEs uptake was 0.310 mmol g-1 for La(III), 0.337 mmol g-1 for Ce(III) and 0.353 mmol g-1 for Eu(III), respectively. The kinetics of REEs onto EDTA-β-CD fitted well to pseudo-second-order model and the adsorption rate was affected by intra-particle diffusion. The experimental data of one component studies fitted to Langmuir isotherm model indicating the homogeneous surface of the adsorbent. The extended Sips model was applicable for the isotherm studies in three-component system. The electrostatic interaction, chelation and complexation were all involved in the adsorption mechanism. The preconcentration of RE ions and regeneration of EDTA-β-CD were successful. Overall, EDTA-β-CD is an effective adsorbent in adsorption and preconcentration of REEs.

Operational Reliability Analysis of a Three-Tiered Thin-Client ERP-system in an International Corporate Environment

Internationalization and the following rapid growth have created the need to concentrate the IT systems of many small-to-medium-sized production companies. Enterprise Resource Planning systems are a common solution for such companies. Deployment of these ERP systems consists of many steps, one of which is the implementation of the same shared system at all international subsidiaries. This is also one of the most important steps in the internationalization strategy of the company from the IT point of view. The mechanical process of creating the required connections for the off-shore sites is the easiest and most well-documented step along the way, but the actual value of the system, once operational, is perceived in its operational reliability. The operational reliability of an ERP system is a combination of many factors. These factors vary from hardware- and connectivity-related issues to administrative tasks and communication between decentralized administrative units and sites. To accurately analyze the operational reliability of such system, one must take into consideration the full functionality of the system. This includes not only the mechanical and systematic processes but also the users and their administration. All operational reliability in an international environment relies heavily on hardware and telecommunication adequacy so it is imperative to have resources dimensioned with regard to planned usage. Still with poorly maintained communication/administration schemes no amount of bandwidth or memory will be enough to maintain a productive level of reliability. This thesis work analyzes the implementation of a shared ERP system to an international subsidiary of a Finnish production company. The system is Microsoft Dynamics Ax, currently being introduced to a Slovakian facility, a subsidiary of Peikko Finland Oy. The primary task is to create a feasible base of analysis against which the operational reliability of the system can be evaluated precisely. With a solid analysis the aim is to give recommendations on how future implementations are to be managed.