Hysteresis Losses in Sintered NdFeB Permanent Magnets in Rotating Electrical Machines

Permanent magnet materials are nowadays widely used in the electrical machine manufacturing industry. Eddy current loss models of permanent magnets used in electrical machines are frequently discussed in research papers. In magnetic steel materials we have, in addition to eddy current losses, hysteresis losses when AC or a rotating flux travels through the material. Should a similar phenomenon also be taken into account in calculating the losses of permanent magnets? Actually, every now and then authors seem to assume that some significant hysteresis losses are present in rotating machine PMs. This paper studies the mechanisms of possible hysteresis losses in PMs and their role in PMs when used in rotating electrical machines.

Magnetization studies of polystyrene/multiwall carbon nanotube composite films

Lappeenranta University of Technology School of Technology Technical Physics Evgenii Zhukov MAGNETIZATION STUDIES OF POLYSTYRENE/MULTIWALL CARBON NANOTUBE COMPOSITE FILMS Master’s thesis 2015 55 pages, 41 pictures, 9 Tables. Examiners: Professor Erkki Lähderanta D.Sc. Ivan Zakharchuk Keywords: polystyrene, multi-walled carbon nanotubes, MWCNT, composite, magnetization, SQUID. In this thesis magnetic properties of polystyrene/multiwall carbon nanotube (MWCNT) composites are investigated with Quantum Design SQUID magnetometer (MPMS XL). The surface of the composite films is studied via BRUKER Multimode 8 Atomic Force Microscope, as well. The polystyrene/MWCNT composites have been prepared by the group of professor Okotrub (Physics Chemistry of Nanomaterials laboratory, Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry, Russia). The composite films have been prepared by solution processing and stretching method. The approximate length and inner diameter of the MWCNTs used in fabrication are 260 μm and 10 nm, respectively. The content of MWCNTs is 1 and 2.5 contents percent (wt%) for studied samples. The stretching of the samples is 30% for samples with 1 and 2.5 wt% content, and one sample with 1 wt% loading of MWCNTs is 100% stretched. MWCNTs aligned perpendicular to a silicon substrate are used as a reference sample. The magnetization field dependencies of the samples exhibit hysteresis behavior. The values of saturation magnetization of composite films are much less compared to that of the reference sample. The saturation magnetization coercitivity field value drops with decrease of MWCNT content. At high magnetic fields strong presence of diamagnetism is observed. Measurements in magnetic field parallel and perpendicular to the composite plate display anisotropy with respect to the direction of stretching. Temperature dependences of magnetization for all samples display difference between zero-field cooled and field-cooled curves of magnetization. This divergence confirms the presence of magnetic interactions in the material. The atomic force microscopy study of the composites’ surfaces revealed that they are relatively smooth and the nanotubes are aligned with the axis of stretching to some extent. 

Control of respiration in fish, amphibians and reptiles

Fish and amphibians utilise a suction/force pump to ventilate gills or lungs, with the respiratory muscles innervated by cranial nerves, while reptiles have a thoracic, aspiratory pump innervated by spinal nerves. However, fish can recruit a hypobranchial pump for active jaw occlusion during hypoxia, using feeding muscles innervated by anterior spinal nerves. This same pump is used to ventilate the air-breathing organ in air-breathing fishes. Some reptiles retain a buccal force pump for use during hypoxia or exercise. All vertebrates have respiratory rhythm generators (RRG) located in the brainstem. In cyclostomes and possibly jawed fishes, this may comprise elements of the trigeminal nucleus, though in the latter group RRG neurons have been located in the reticular formation. In air-breathing fishes and amphibians, there may be separate RRG for gill and lung ventilation. There is some evidence for multiple RRG in reptiles. Both amphibians and reptiles show episodic breathing patterns that may be centrally generated, though they do respond to changes in oxygen supply. Fish and larval amphibians have chemoreceptors sensitive to oxygen partial pressure located on the gills. Hypoxia induces increased ventilation and a reflex bradycardia and may trigger aquatic surface respiration or air-breathing, though these latter activities also respond to behavioural cues. Adult amphibians and reptiles have peripheral chemoreceptors located on the carotid arteries and central chemoreceptors sensitive to blood carbon dioxide levels. Lung perfusion may be regulated by cardiac shunting and lung ventilation stimulates lung stretch receptors.

Stability of volatile profile and sensory properties of passion fruit juice during storage in glass bottles

This study aimed at assessing the stability of passion fruit juice in glass bottles during a 120-day storage period, regarding its volatile compounds profile and sensory properties (aroma and flavor). Samples were obtained from a Brazilian tropical juice industry (Fortaleza, Brazil) and submitted to sensory and chromatographic analyses. The characteristic aroma and flavor of passion fruit were evaluated by a trained panel with a non-structured scale of 9 cm. The headspace volatile compounds were isolated from the product by suction and trapped in Porapak Q, analyzed through high-resolution gas chromatography and identified through gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Twelve odoriferous compounds were monitored: ethyl butanoate, ethyl propanoate, 3-methyl-1-butanol, 3-methyl-2-butenol, (E)-3-hexenol, (Z)-3-hexenol, 3-methylbutyl acetate, benzaldehyde, ethyl hexanoate, hexyl acetate, limonene and furfural. The slight variations observed in the volatile profile were not enough to provoke significant changes in the characteristic aroma and flavor of the passion fruit juice.

THE INFLUENCE OF LENGTH CHANGE SPEED AND DIRECTION ON DYNAMIC FUNCTION POTENTIATION IN FAST MOUSE MUSCLE

The purpose of this study was to test the hypothesis that the potentiation of dynamic function was dependent upon both length change speed and direction. Mouse EDL was cycled in vitro (25º C) about optimal length (Lo) with constant peak strain (± 2.5% Lo) at 1.5, 3.3 and 6.9 Hz before and after a conditioning stimulus. A single pulse was applied during shortening or lengthening and peak dynamic (concentric or eccentric) forces were assessed at Lo. Stimulation increased peak concentric force at all frequencies (range: 19 ± 1 to 30 ± 2%) but this increase was proportional to shortening speed, as were the related changes to concentric work/power (range: -15 ± 1 to 39 ± 1 %). In contrast, stimulation did not increase eccentric force, work or power at any frequency. Thus, results reveal a unique hysteresis like effect for the potentiation of dynamic output wherein concentric and eccentric forces increase and decrease, respectively, with work cycle frequency.

THE INFLUENCE OF LENGTH CHANGE SPEED AND DIRECTION ON DYNAMIC FUNCTION POTENTIATION IN FAST MOUSE MUSCLE

The purpose of this study was to test the hypothesis that the potentiation of dynamic function was dependent upon both length change speed and direction. Mouse EDL was cycled in vitro (250 C) about optimal length (Lo) with constant peak strain (± 2.5% Lo) at 1.5,3.3 and 6.9 Hz before and after a conditioning stimulus. A single pulse was applied during shortening or lengthening and peak dynamic (concentric or eccentric) forces were assessed at Lo. Stimulation increased peak concentric force at all frequencies (range: 19±1 to 30 ± 2%) but this increase was proportional to shortening speed, as were the related changes to concentric work/power (range: -15 ± 1 to 39 ± 1 %). In contrast, stimulation did not increase eccentric force, work or power at any frequency. Thus, results reveal a unique hysteresis like effect for the potentiation of dynamic output wherein concentric and eccentric forces increase and decrease, respectively, with work cycle frequency.

The impact of topical prostaglandin analogs on the biomechanical properties of the cornea in patients with open angle glaucoma

Justification: Le glaucome entraîne une perte progressive de la vision causée par la détérioration du nerf optique. Le glaucome est répandu dans le monde et cause la cécité dans environ sept millions de personnes. Le glaucome touche plus de 400 000 Canadiens et sa prévalence augmente avec le vieillissement de la population.1,2 Il s'agit d'une maladie chronique surnoise dont les symptômes se manifestent uniquement lors des stades avancés et qui peuvent mener à la cécité. Présentement, le seul moyen possible d’arrêter la progression du glaucome au stade initial est de diminuer la pression intra-oculaire (PIO). Les analogues de prostaglandines (APG) topiques sont fréquemment utilisées comme traitement de première ligne. Cependant, la recherche démontre que cette classe de médicaments peut changer certaines propriétés de la cornée, et possiblement influencer la mesure de la PIO.3 Objectif: À déterminer si l'utilisation d'APG affecte les propriétés biomécaniques de la cornée. La conclusion sera basée sur l'analyse intégrée des résultats obtenus de l'analyseur Reichert oculaire Réponse (ORA), la tonométrie par applanation de Goldmann (TAG) et la pachymétrie ultrasonographique. Le deuxième objectif potentiel de cette étude est de déterminer la corrélation, le cas échéant, entre les propriétés biomécaniques de la cornée, l'épaisseur de la cornée centrale (ECC) et la PIO chez les patients subissant un traitement d’APG topique. L'hypothèse principale de cette étude est que l’APG influence les propriétés de la cornée telles que l'épaisseur centrale, l'élasticité et la résistance. Patients et méthodes : Soixante-dix yeux de 35 patients, âgés de 50-85 ans, atteints de glaucome à angle ouvert (GAO) et traités avec APG topique ont été examinés. Seulement les sujets avec une réfraction manifeste entre -6,00 D et +4,25 D ont été inclus. Les critères d'exclusion sont: patients avec n'importe quelle autre maladie de la cornée de l’œil, telles que la dystrophie endothéliale de Fuch’s et kératocône, ou tout antécédent de traumatisme ou d'une chirurgie de la cornée, ainsi que le port de lentilles de contact. Nous avons demandé aux patients atteints du glaucome qui ont des paramètres stables et qui utilisent l’APG dans les deux yeux de cesser l’APG dans l'œil moins affecté par la PIO, et de continuer l’utilisation d’APG dans l'œil contralatéral. Le meilleur œil est défini comme celui avec moins de dommage sur le champ visuel (CV) (déviation moyenne (DM), le moins négatif) ou une PIO maximale historique plus basse si la DM est égale ou encore celui avec plus de dommage sur la tomographie par cohérence optique (TCO, Cirrus, CA) ou la tomographie confocale par balayage laser (HRT, Heidelberg, Allemagne). Toutes les mesures ont été prises avant la cessation d’APG et répétées 6 semaines après l’arrêt. Les patients ont ensuite recommencé l’utilisation d’APG et toutes les mesures ont été répétées encore une fois après une période supplémentaire de 6 semaines. Après commencer ou de changer le traitement du glaucome, le patient doit être vu environ 4-6 semaines plus tard pour évaluer l'efficacité de la goutte.4 Pour cette raison, on été décidé d'utiliser 6 semaines d'intervalle. Toutes les mesures ont été effectuées à l’institut du glaucome de Montréal par le même technicien, avec le même équipement et à la même heure de la journée. L'œil contralatéral a servi comme œil contrôle pour les analyses statistiques. La tonométrie par applanation de Goldmann a été utilisée pour mesurer la PIO, la pachymétrie ultrasonographique pour mesurer l'ECC, et l’ORA pour mesurer les propriétés biomécaniques de la cornée, incluant l'hystérèse cornéenne (HC). L’hypothèse de l'absence d'effet de l'arrêt de l’APG sur les propriétés biomécaniques a été examiné par un modèle linéaire à effets mixtes en utilisant le logiciel statistique R. Les effets aléatoires ont été définies à deux niveaux: le patient (niveau 1) et l'œil de chaque patient (niveau 2). Les effets aléatoires ont été ajoutés au modèle pour tenir compte de la variance intra-individuelle. L’âge a également été inclus dans le modèle comme variable. Les contrastes entre les yeux et les temps ont été estimés en utilisant les valeurs p ajustées pour contrôler les taux d'erreur internes de la famille en utilisant multcomp paquet dans R. Résultats: Une augmentation statistiquement significative due l 'HC a été trouvée entre les visites 1 (sur APG) et 2 (aucun APG) dans les yeux de l'étude, avec une moyenne (±erreur standard) des valeurs de 8,98 ± 0,29 mmHg et 10,35 ± 0,29 mmHg, respectivement, correspondant à une augmentation moyenne de 1,37 ± 0,18 mmHg (p <0,001). Une réduction significative de 1,25 ± 0,18 mmHg (p <0,001) a été observée entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne HC finale de 9,09 ± 0,29 mmHg. En outre, une différence statistiquement significative entre l’oeil d’étude et le contrôle n'a été observée que lors de la visite 2 (1,01 ± 0,23 mmHg, p <0,001) et non lors des visites 1 et 3. Une augmentation statistiquement significative du facteur de résistance conréen (FRC) a été trouvée entre les visites 1 et 2 dans les yeux de l'étude, avec des valeurs moyennes de 10,23 ± 0,34 mmHg et 11,71 ± 0,34 mmHg, respectivement. Le FRC a ensuite été réduit de 1,90 ± 0,21 mmHg (p <0,001) entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne FRC finale de 9,81 ± 0,34 mmHg. Une différence statistiquement significative entre l’oeil d’étude et le contrôle n'a été observée que lors de la visite 2 (1,46 ± 0,23 mmHg, p <0,001). Une augmentation statistiquement significative de l'ECC a été trouvée entre les visites 1 et 2 dans les yeux de l'étude, avec des valeurs moyennes de 541,83 ± 7,27 µm et 551,91 ± 7,27 µm, respectivement, ce qui correspond à une augmentation moyenne de 10,09 ± 0,94 µm (p <0,001). L'ECC a ensuite diminué de 9,40 ± 0,94 µm (p <0,001) entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne finale de 542,51 ± 7,27 µm. Une différence entre l’étude et le contrôle des yeux n'a été enregistré que lors de la visite 2 (11,26 ± 1,79 µm, p <0,001). De même, on a observé une augmentation significative de la PIO entre les visites 1 et 2 dans les yeux de l'étude, avec des valeurs moyennes de 15,37 ± 0,54 mmHg et 18,37 ± 0,54 mmHg, respectivement, ce qui correspond à une augmentation moyenne de 3,0 ± 0,49 mmHg (p <0,001). Une réduction significative de 2,83 ± 0,49 mmHg (p <0,001) a été observée entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne de la PIO finale de 15,54 ± 0,54 mmHg. L’oeil de contrôle et d’étude ne différaient que lors de la visite 2 (1,91 ± 0,49 mmHg, p <0,001), ce qui confirme l'efficacité du traitement de l’APG. Lors de la visite 1, le biais de la PIO (PIOcc - PIO Goldmann) était similaire dans les deux groupes avec des valeurs moyennes de 4,1 ± 0,54 mmHg dans les yeux de contrôles et de 4,8 ± 0,54 mmHg dans les yeux d’études. Lors de la visite 2, après un lavage de 6 semaines d’APG, le biais de la PIO dans l'œil testé a été réduit à 1,6 ± 0,54 mmHg (p <0,001), ce qui signifie que la sous-estimation de la PIO par TAG était significativement moins dans la visite 2 que de la visite 1. La différence en biais PIO moyenne entre l'étude et le contrôle des yeux lors de la visite 2, en revanche, n'a pas atteint la signification statistique (p = 0,124). On a observé une augmentation peu significative de 1,53 ± 0,60 mmHg (p = 0,055) entre les visites 2 et 3 dans les yeux de l'étude, avec une valeur de polarisation finale de la PIO moyenne de 3,10 ± 0,54 mmHg dans les yeux d'études et de 2,8 ± 0,54 mmHg dans les yeux de contrôles. Nous avons ensuite cherché à déterminer si une faible HC a été associée à un stade de glaucome plus avancé chez nos patients atteints du glaucome à angle ouvert traités avec l’APG. Lorsque l'on considère tous les yeux sur l’APG au moment de la première visite, aucune association n'a été trouvée entre les dommages sur le CV et l'HC. Cependant, si l'on considère seulement les yeux avec un glaucome plus avancé, une corrélation positive significative a été observée entre la DM et l'HC (B = 0,65, p = 0,003). Une HC inférieure a été associé à une valeur de DM de champ visuelle plus négative et donc plus de dommages liés au glaucome. Conclusions : Les prostaglandines topiques affectent les propriétés biomécaniques de la cornée. Ils réduisent l'hystérèse cornéenne, le facteur de résistance cornéen et l'épaisseur centrale de la cornée. On doit tenir compte de ces changements lors de l'évaluation des effets d’APG sur la PIO. Plus de recherche devrait être menées pour confirmer nos résultats. De plus, d’autres études pourraient être réalisées en utilisant des médicaments qui diminuent la PIO sans influencer les propriétés biomécaniques de la cornée ou à l'aide de tonomètre dynamique de Pascal ou similaire qui ne dépend pas des propriétés biomécaniques de la cornée. En ce qui concerne l'interaction entre les dommages de glaucome et l'hystérésis de la cornée, nous pouvons conclure qu' une HC inférieure a été associé à une valeur de DM de CV plus négative. Mots Clés glaucome - analogues de prostaglandines - hystérèse cornéenne – l’épaisseur de la cornée centrale - la pression intraoculaire - propriétés biomécaniques de la cornée.

Nonlinear Dynamics of Multiple Quantum Well Lasers: Chaos and Multistability

This thesis presents analytical and numerical results from studies based on the multiple quantum well laser rate equation model. We address the problem of controlling chaos produced by direct modulation of laser diodes. We consider the delay feedback control methods for this purpose and study their performance using numerical simulation. Besides the control of chaos, control of other nonlinear effects such as quasiperiodicity and bistability using delay feedback methods are also investigated.A number of secure communication schemes based on synchronization of chaos semiconductor lasers have been successfully demonstrated theoretically and experimentally. The current investigations in these field include the study of practical issues on the implementations of such encryption schemes. We theoretically study the issues such as channel delay, phase mismatch and frequency detuning on the synchronization of chaos in directly modulated laser diodes. It would be helpful for designing and implementing chaotic encryption schemes using synchronization of chaos in modulated semiconductor lasers.

Control of bistability in a directly modulated semiconductor laser using delayed optoelectronic feedback

We show numerically that direct delayed optoelectronic feedback can suppress hysteresis and bistability in a directly modulated semiconductor laser. The simulation of a laser with feedback is performed for a considerable range of feedback strengths and delays and the corresponding values for the areas of the hysteresis loops are calculated. It is shown that the hysteresis loop completely vanishes for certain combinations of these parameters. The regimes for the disappearance of bistability are classified globally. Different dynamical states of the laser are characterized using bifurcation diagrams and time series plots.

Hysteresis and avalanches in the random anisotropy Ising model

ches. The critical point is characterized by a set of critical exponents, which are consistent with the universal values proposed from the study of other simpler models.

Finite-size scaling analysis of the avalanches in the three-dimensional Gaussian random-field Ising model with metastable dynamics

A numerical study is presented of the third-dimensional Gaussian random-field Ising model at T=0 driven by an external field. Standard synchronous relaxation dynamics is employed to obtain the magnetization versus field hysteresis loops. The focus is on the analysis of the number and size distribution of the magnetization avalanches. They are classified as being nonspanning, one-dimensional-spanning, two-dimensional-spanning, or three-dimensional-spanning depending on whether or not they span the whole lattice in different space directions. Moreover, finite-size scaling analysis enables identification of two different types of nonspanning avalanches (critical and noncritical) and two different types of three-dimensional-spanning avalanches (critical and subcritical), whose numbers increase with L as a power law with different exponents. We conclude by giving a scenario for avalanche behavior in the thermodynamic limit.

Hysteresis and avalanches in the T=0 random field ising model with 2-spin flip dynamics

We study the nonequilibrium behavior of the three-dimensional Gaussian random-field Ising model at T=0 in the presence of a uniform external field using a two-spin-flip dynamics. The deterministic, history-dependent evolution of the system is compared with the one obtained with the standard one-spin-flip dynamics used in previous studies of the model. The change in the dynamics yields a significant suppression of coercivity, but the distribution of avalanches (in number and size) stays remarkably similar, except for the largest ones that are responsible for the jump in the saturation magnetization curve at low disorder in the thermodynamic limit. By performing a finite-size scaling study, we find strong evidence that the change in the dynamics does not modify the universality class of the disorder-induced phase transition.

Influence of the driving mechanism on the response of systems with athermal dynamics: The example of the random-field Ising model

We investigate the influence of the driving mechanism on the hysteretic response of systems with athermal dynamics. In the framework of local mean-field theory at finite temperature (but neglecting thermally activated processes), we compare the rate-independent hysteresis loops obtained in the random field Ising model when controlling either the external magnetic field H or the extensive magnetization M. Two distinct behaviors are observed, depending on disorder strength. At large disorder, the H-driven and M-driven protocols yield identical hysteresis loops in the thermodynamic limit. At low disorder, when the H-driven magnetization curve is discontinuous (due to the presence of a macroscopic avalanche), the M-driven loop is reentrant while the induced field exhibits strong intermittent fluctuations and is only weakly self-averaging. The relevance of these results to the experimental observations in ferromagnetic materials, shape memory alloys, and other disordered systems is discussed.

Hysteresis in a system driven by either generalized force or displacement variables: martensitic phase transition in single-crystalline Cu-Zn-Al

We report on experiments aimed at comparing the hysteretic response of a Cu-Zn-Al single crystal undergoing a martensitic transition under strain-driven and stress-driven conditions. Strain-driven experiments were performed using a conventional tensile machine while a special device was designed to perform stress-driven experiments. Significant differences in the hysteresis loops were found. The strain-driven curves show reentrant behavior yield point which is not observed in the stress-driven case. The dissipated energy in the stress-driven curves is larger than in the strain-driven ones. Results from recently proposed models qualitatively agree with experiments.

Qualitative air flow modelling and analysis of data centre air conditioning as multiple jet array

This work identifies the importance of plenum pressure on the performance of the data centre. The present methodology followed in the industry considers the pressure drop across the tile as a dependant variable, but it is shown in this work that this is the only one independent variable that is responsible for the entire flow dynamics in the data centre, and any design or assessment procedure must consider the pressure difference across the tile as the primary independent variable. This concept is further explained by the studies on the effect of dampers on the flow characteristics. The dampers have found to introduce an additional pressure drop there by reducing the effective pressure drop across the tile. The effect of damper is to change the flow both in quantitative and qualitative aspects. But the effect of damper on the flow in the quantitative aspect is only considered while using the damper as an aid for capacity control. Results from the present study suggest that the use of dampers must be avoided in data centre and well designed tiles which give required flow rates must be used in the appropriate locations. In the present study the effect of hot air recirculation is studied with suitable assumptions. It identifies that, the pressure drop across the tile is a dominant parameter which governs the recirculation. The rack suction pressure of the hardware along with the pressure drop across the tile determines the point of recirculation in the cold aisle. The positioning of hardware in the racks play an important role in controlling the recirculation point. The present study is thus helpful in the design of data centre air flow, based on the theory of jets. The air flow can be modelled both quantitatively and qualitatively based on the results.