Lightweight, liquid-cooled, direct-drive generator for highpower wind turbines: motivation, concept, and performance

Thesis: A liquid-cooled, direct-drive, permanent-magnet, synchronous generator with helical, double-layer, non-overlapping windings formed from a copper conductor with a coaxial internal coolant conduit offers an excellent combination of attributes to reliably provide economic wind power for the coming generation of wind turbines with power ratings between 5 and 20MW. A generator based on the liquid-cooled architecture proposed here will be reliable and cost effective. Its smaller size and mass will reduce build, transport, and installation costs. Summary: Converting wind energy into electricity and transmitting it to an electrical power grid to supply consumers is a relatively new and rapidly developing method of electricity generation. In the most recent decade, the increase in wind energy’s share of overall energy production has been remarkable. Thousands of land-based and offshore wind turbines have been commissioned around the globe, and thousands more are being planned. The technologies have evolved rapidly and are continuing to evolve, and wind turbine sizes and power ratings are continually increasing. Many of the newer wind turbine designs feature drivetrains based on Direct-Drive, Permanent-Magnet, Synchronous Generators (DD-PMSGs). Being low-speed high-torque machines, the diameters of air-cooled DD-PMSGs become very large to generate higher levels of power. The largest direct-drive wind turbine generator in operation today, rated just below 8MW, is 12m in diameter and approximately 220 tonne. To generate higher powers, traditional DD-PMSGs would need to become extraordinarily large. A 15MW air-cooled direct-drive generator would be of colossal size and tremendous mass and no longer economically viable. One alternative to increasing diameter is instead to increase torque density. In a permanent magnet machine, this is best done by increasing the linear current density of the stator windings. However, greater linear current density results in more Joule heating, and the additional heat cannot be removed practically using a traditional air-cooling approach. Direct liquid cooling is more effective, and when applied directly to the stator windings, higher linear current densities can be sustained leading to substantial increases in torque density. The higher torque density, in turn, makes possible significant reductions in DD-PMSG size. Over the past five years, a multidisciplinary team of researchers has applied a holistic approach to explore the application of liquid cooling to permanent-magnet wind turbine generator design. The approach has considered wind energy markets and the economics of wind power, system reliability, electromagnetic behaviors and design, thermal design and performance, mechanical architecture and behaviors, and the performance modeling of installed wind turbines. This dissertation is based on seven publications that chronicle the work. The primary outcomes are the proposal of a novel generator architecture, a multidisciplinary set of analyses to predict the behaviors, and experimentation to demonstrate some of the key principles and validate the analyses. The proposed generator concept is a direct-drive, surface-magnet, synchronous generator with fractional-slot, duplex-helical, double-layer, non-overlapping windings formed from a copper conductor with a coaxial internal coolant conduit to accommodate liquid coolant flow. The novel liquid-cooling architecture is referred to as LC DD-PMSG. The first of the seven publications summarized in this dissertation discusses the technological and economic benefits and limitations of DD-PMSGs as applied to wind energy. The second publication addresses the long-term reliability of the proposed LC DD-PMSG design. Publication 3 examines the machine’s electromagnetic design, and Publication 4 introduces an optimization tool developed to quickly define basic machine parameters. The static and harmonic behaviors of the stator and rotor wheel structures are the subject of Publication 5. And finally, Publications 6 and 7 examine steady-state and transient thermal behaviors. There have been a number of ancillary concrete outcomes associated with the work including the following. X Intellectual Property (IP) for direct liquid cooling of stator windings via an embedded coaxial coolant conduit, IP for a lightweight wheel structure for lowspeed, high-torque electrical machinery, and IP for numerous other details of the LC DD-PMSG design X Analytical demonstrations of the equivalent reliability of the LC DD-PMSG; validated electromagnetic, thermal, structural, and dynamic prediction models; and an analytical demonstration of the superior partial load efficiency and annual energy output of an LC DD-PMSG design X A set of LC DD-PMSG design guidelines and an analytical tool to establish optimal geometries quickly and early on X Proposed 8 MW LC DD-PMSG concepts for both inner and outer rotor configurations Furthermore, three technologies introduced could be relevant across a broader spectrum of applications. 1) The cost optimization methodology developed as part of this work could be further improved to produce a simple tool to establish base geometries for various electromagnetic machine types. 2) The layered sheet-steel element construction technology used for the LC DD-PMSG stator and rotor wheel structures has potential for a wide range of applications. And finally, 3) the direct liquid-cooling technology could be beneficial in higher speed electromotive applications such as vehicular electric drives.

Transient outward potassium current and Ca2+ homeostasis in the heart: beyond the action potential

Normal central nervous system development relies on accurate intrinsic cellular programs as well as on extrinsic informative cues provided by extracellular molecules. Migration of neuronal progenitors from defined proliferative zones to their final location is a key event during embryonic and postnatal development. Extracellular matrix components play important roles in these processes, and interactions between neurons and extracellular matrix are fundamental for the normal development of the central nervous system. Guidance cues are provided by extracellular factors that orient neuronal migration. During cerebellar development, the extracellular matrix molecules laminin and fibronectin give support to neuronal precursor migration, while other molecules such as reelin, tenascin, and netrin orient their migration. Reelin and tenascin are extracellular matrix components that attract or repel neuronal precursors and axons during development through interaction with membrane receptors, and netrin associates with laminin and heparan sulfate proteoglycans, and binds to the extracellular matrix receptor integrins present on the neuronal surface. Altogether, the dynamic changes in the composition and distribution of extracellular matrix components provide external cues that direct neurons leaving their birthplaces to reach their correct final location. Understanding the molecular mechanisms that orient neurons to reach precisely their final location during development is fundamental to understand how neuronal misplacement leads to neurological diseases and eventually to find ways to treat them.

Design and Drive-Cycle Based Analysis of Direct-Driven Permanent Magnet Synchronous Machine for a Small Urban Use Electric Vehicle

A direct-driven permanent magnet synchronous machine for a small urban use electric vehicle is presented. The measured performance of the machine at the test bench as well as the performance over the modified New European Drive Cycle will be given. The effect of optimal current components, maximizing the efficiency and taking into account the iron loss, is compared with the simple id=0 – control. The machine currents and losses during the drive cycle are calculated and compared with each other.

Estragole blocks neuronal excitability by direct inhibition of Na+ channels

Estragole is a volatile terpenoid, which occurs naturally as a constituent of the essential oils of many plants. It has several pharmacological and biological activities. The objective of the present study was to investigate the mechanism of action of estragole on neuronal excitability. Intact and dissociated dorsal root ganglion neurons of rats were used to record action potential and Na+ currents with intracellular and patch-clamp techniques, respectively. Estragole blocked the generation of action potentials in cells with or without inflexions on their descendant (repolarization) phase (Ninf and N0 neurons, respectively) in a concentration-dependent manner. The resting potentials and input resistances of Ninf and N0 cells were not altered by estragole (2, 4, and 6 mM). Estragole also inhibited total Na+ current and tetrodotoxin-resistant Na+ current in a concentration-dependent manner (IC50 of 3.2 and 3.6 mM, respectively). Kinetic analysis of Na+ current in the presence of 4 mM estragole showed a statistically significant reduction of fast and slow inactivation time constants, indicating an acceleration of the inactivation process. These data demonstrate that estragole blocks neuronal excitability by direct inhibition of Na+ channel conductance activation. This action of estragole is likely to be relevant to the understanding of the mechanisms of several pharmacological effects of this substance.

L’effet de la perte au suivi sur l’efficacité des traitements de prévention de la transmission mère-enfant du VIH en Afrique subsaharienne : revue systématique

La perte au suivi diminue grandement l’efficacité des interventions de prévention de la transmission mère-enfant du VIH en Afrique subsaharienne. Devrait-on donc choisir des traitements courts ou longs de pTME? Nous avons mené une revue systématique des études sur l’efficacité de traitements avec et sans composante anténatale et évalué l’impact de la perte au suivi sur leur efficacité. Nous avons trouvé qu’après ajustement pour la perte au suivi, les traitements avec composante anténatale ont encore une efficacité plus élevée à prévenir la TME. Les intervenants ne devraient pas craindre l’utilisation de traitements plus longs auprès de populations à risque de perte au suivi. Plus d’études sont nécessaires pour déterminer comment les interventions peuvent être adaptées au virage dans la pTME.

Work, personality and psychological distress : direct and moderating effects of the Big Five personality traits

L’objectif de ce mémoire est d’examiner les nombreuses associations qui existent entre les conditions de l’organisation du travail, les traits de personnalité et la détresse psychologique au travail. La question de recherche principale était : est-ce que les cinq grands traits de personnalité (Big Five personality traits) ont un effet modérateur sur la relation entre les conditions de l’organisation du travail et la détresse psychologique. De nombreuses autres questions ont aussi été considérées. Pour répondre aux vingt-et-une hypothèses proposées dans cette recherche, nous avons utilisé des données secondaires d’une étude transversale de 395 employés d’un service de police municipal. À la suite d’analyses multivariées, nous avons pu observer quatre associations significatives. Concernant les conditions de l’organisation du travail, nous avons trouvé que les demandes psychologiques en milieu de travail augment la détresse psychologique, tandis que le support d’un superviseur la diminue. En ce qui concerne, les traits de personnalité, nous avons trouvé qu’être névrotique (neuroticism) augmente la détresse psychologique. Finalement, nous avons trouvé un effet modérateur du trait de personnalité, être consciencieux (conscientiousness), sur la relation entre les demandes psychologiques et la détresse psychologique. Bref, nos résultats nous indiquent que les cinq grands traits de personnalité (Big Five personality traits) ont une influence mitigée sur la santé mentale en milieu de travail.

The Effects of Pro-inflammatory Cytokines on the L-type Calcium Current in Mouse Ventricular Myocytes

L’inflammation: Une réponse adaptative du système immunitaire face à une insulte est aujourd’hui reconnue comme une composante essentielle à presque toutes les maladies infectieuses ou autres stimuli néfastes, tels les dommages tissulaires incluant l’infarctus du myocarde et l’insuffisance cardiaque. Dans le contexte des maladies cardiovasculaires, l’inflammation se caractérise principalement par une activation à long terme du système immunitaire, menant à une faible, mais chronique sécrétion de peptides modulateurs, appelés cytokines pro-inflammatoires. En effet, la littérature a montré à plusieurs reprises que les patients souffrant d’arythmies et de défaillance cardiaque présentent des taux élevés de cytokines pro-inflammatoires tels le facteur de nécrose tissulaire alpha (TNFα), l’interleukine 1β (IL-1β) et l’interleukine 6. De plus, ces patients souffrent souvent d’une baisse de la capacité contractile du myocarde. Le but de notre étude était donc de déterminer si un lien de cause à effet existe entre ces phénomènes et plus spécifiquement si le TNFα, l’IL-1β et l’IL-6 peuvent affecter les propriétés électriques et contractiles du cœur en modulant le courant Ca2+ de type L (ICaL) un courant ionique qui joue un rôle primordial au niveau de la phase plateau du potentiel d’action ainsi qu’au niveau du couplage excitation-contraction. Les possibles méchansimes par lesquels ces cytokines exercent leurs effets seront aussi explorés. Pour ce faire, des cardiomyocytes ventriculaires de souris nouveau-nées ont été mis en culture et traités 24 heures avec des concentrations pathophysiologiques (30 pg/mL) de TNFα, IL-1β ou IL-6. Des enregistrements de ICaL réalisés par la technique du patch-clamp en configuration cellule entière ont été obtenus par la suite et les résultats montrent que le TNFα n’affecte pas ICaL, même à des concentrations plus élevées (1 ng/mL). En revanche, l’IL-1β réduisait de près de 40% la densité d’ICaL. Afin d’examiner si le TNFα et l’IL-1β pouvaient avoir un effet synergique, les cardiomyocytes ont été traité avec un combinaison des deux cytokines. Toutefois aucun effet synergique sur ICaL n’a été constaté. En outre, l’IL-6 réduisait ICaL significativement, cependant la réduction de 20% était moindre que celle induite par IL-1β. Afin d’élucider les mécanismes sous-jacents à la réduction de ICaL après un traitement avec IL-1β, l’expression d’ARNm de CaV1.2, sous-unité α codante pour ICaL, a été mesurée par qPCR et les résultats obtenus montrent aucun changement du niveau d’expression. Plusieurs études ont montré que l’inflammation et le stress oxydatif vont de pair. En effet, l’imagerie confocale nous a permis de constater une augmentation accrue du stress oxydatif induit par IL-1β et malgré un traitement aux antioxydants, la diminution de ICaL n’a pas été prévenue. Cette étude montre qu’IL-1β et IL-6 réduisent ICaL de façon importante et ce indépendamment d’une régulation transcriptionelle ou du stress oxydatif. De nouvelles données préliminaires suggèrent que ICaL serait réduit suite à l’activation des protéines kinase C mais des études additionelles seront nécessaires afin d’étudier cette avenue. Nos résultats pourraient contribuer à expliquer les troubles du rythme et de contractilité observés chez les patients souffrant de défaillance cardiaque.

Les tiers dans le contentieux arbitral des investissements internationaux : de l'intervention au recours direct

L’arbitrage public international est demeuré un domaine exclusif aux États souverains jusqu’à la fin des années 50, alors que sont apparus les traités bilatéraux relatifs aux investissements (TBI). La principale caractéristique de ces TBI est sans conteste le recours direct de l’investisseur étranger en arbitrage international contre des États récalcitrants, une alternative aux tribunaux locaux souvent inefficaces. Plus récemment, en 1998, l’organe d’appel de l’OMC est allé jusqu’à accepter l’opinion d’amicus curiae dans un différend opposant des États et aujourd’hui, l’admission de ce type d’opinion est expressément prévue dans plusieurs TBI de nouvelle génération. Mais si l’investisseur bénéficie d’un recours devant une instance arbitrale neutre, il en va tout autrement pour la population locale qui se trouve souvent lésée par la présence, sur son territoire, d’investisseurs étrangers. Le droit de présenter une opinion ne peut remplacer le droit de faire valoir une réclamation. Se pose donc la question : est-ce que, dans le contexte actuel du droit de l’investissement international, des tiers (par rapport aux parties signataires de TBI et par rapport aux parties au différend) peuvent prétendre à une voie de recours direct en arbitrage international? Nous sommes d’avis qu’une telle voie de recours est actuellement possible et que le contexte de l’arbitrage relatif à l’investissement constitue un terrain fertile pour la mise en place de ce droit, étant donné la place déjà faite aux investisseurs. Nous verrons que les principales objections à l’admission de tiers à l’arbitrage international peuvent être rejetées. L’objection de l’absence du consentement des parties intéressées tombe quand on constate les nombreux cas d’arbitrage international où la portée du consentement a été étendue pour inclure des non-parties ou encore pour soumettre à l’arbitrage des matières non envisagées au départ. Par ailleurs, l’absence de qualité pour agir en droit international est un problème théorique, car les investisseurs y ont déjà accès malgré l’absence de cette qualité. Reste donc à déterminer quelle pourrait être la base d’un recours en droit substantiel international pour qu’un tiers puisse faire valoir une réclamation. Nous verrons qu’il existe des instruments juridiques et des principes internationaux dont la contravention pourrait très bien engager la responsabilité de l’État ou de l’investisseur fautif, tout comme il est possible de bien circonscrire les critères d’admissibilité des tiers à la procédure d’arbitrage international.

Transmission des connaissances et professionnalisation de l'enseignement : déconstruction des traductions à l’œuvre dans la revue Vie pédagogique

Depuis plus de trente ans, le Québec a pris position en faveur d’un mouvement de professionnalisation de l’enseignement. Ce choix se fonde principalement sur la volonté de moderniser les systèmes d’éducation grâce à la consolidation d’une expertise du travail enseignant. Elle a donc engendré toute une série de réformes visant à formaliser les pratiques des enseignants, à les appuyer sur les résultats de la recherche et à développer un code de pratiques responsables. Cependant, dans une perspective critique, ce processus de professionnalisation entre également dans le cadre plus large d’un processus de rationalisation étatique. Il exige de plus en plus des enseignants de faire preuve d’efficacité à tout prix, mais cette exigence ne tient pas compte de l’incertitude de l’action et des valeurs en jeu. Cette thèse vise à analyser, à partir d’une perspective critique, la conception de l’articulation entre la recherche et la pratique sous-jacente au mouvement de professionnalisation en vue de proposer une conception plus adéquate en regard de la réalité pratique: la traduction. Ce faisant, la thèse propose une réflexion sur le rôle transformateur du langage dans tout processus de transmission des connaissances. L’approche de la traduction s'inspire à la fois de la tradition herméneutique et de la critique poststructuraliste, et remet en question la conception du langage comme véhicule transparent de la pensée et des connaissances. À la lumière de ce cadre, je propose une analyse empirique (analyses discursive et sémiotique) des mécanismes de traduction qui assurent le passage du monde de la recherche vers le monde de l'enseignement. Cette partie repose sur une analyse comparative d’articles provenant de la revue Vie pédagogique, analyse qui se concentre sur les processus de traductions à l’œuvre dans trois concepts centraux du mouvement de professionnalisation : la pratique réflexive, la compétence et la collaboration. Elle met en lumière la manière dont le cadre actuel de la professionnalisation est réducteur, totalisant, et nie le caractère traductif du langage et de l’activité humaine. Je conclus avec une reconceptualisation de l'enseignement en tant que traduction et acte de profession de foi.

Étude du goulot d’étranglement dans la transmission mère-enfant du virus de l’hépatite C.

La transmission mère-enfant (TME) du virus de l’hépatite C (VHC) est la première cause d’acquisition de l’infection chez les enfants des pays développés. Celle-ci prend place dans <10% des cas. Toutefois, dans le cas d’une coinfection maternelle avec le virus de l’immunodéficience de type 1 (VIH-1), ce taux est accru alors qu’il n’existe aucune intervention préventive de la TME du VHC. Le VHC arbore une diversité importante qui est le résultat d’une réplication exempte de mécanisme de correction. Il est donc retrouvé chez son hôte sous la forme d’un spectre de virions génétiquement apparentés mais différents qu’on appelle quasiespèce. Lorsque le VHC est transmis entre adultes, seulement un nombre limité de variantes sont responsables de l’infection, c’est ce qu’on appelle un goulot d’étranglement génétique. L’existence d’un tel profil de transmission lors de la TME du VHC restait, jusqu’à maintenant, à confirmer. En se basant sur la détection par RT-PCR de la virémie à la naissance, la TME du VHC est réputée prendre place in utero et peripartum, une dynamique de transmission qui reste à démontrer. Ici, nous rapportons une analyse longitudinale de la TME du VHC par séquençage de nouvelle génération chez 5 paires mère-enfant dont 3 mères sont également coinfectées avec le VIH-1. L’analyse de l’identité des variantes virales basée sur la séquence nucléotidique des régions hypervariables 1-2 de la glycoprotéine E2 (positions 1491-1787 de l’isolat H77) révèle qu’un nombre limité de variantes virales sont transmises de la mère à l’enfant lorsque la mère est seulement infectée par le VHC (n = 1-4 variantes transmises). Dans le cas de la coinfection maternelle avec le VIH-1, ce nombre est toutefois drastiquement plus important (n = 111-118). La détection de variantes retrouvées chez la mère au deuxième trimestre et l’enfant mais non détectées subséquemment chez la mère témoigne que la TME du VHC peut prendre place aussi tôt que lors du deuxième trimestre de grossesse. Finalement, nous montrons que la dynamique d’infection chez l’enfant implique une augmentation transitoire de la virémie concomitante avec une perte de diversité de la quasiespèce. Dans l’ensemble ces résultats sont les premiers à démontrer directement l’existence d’un goulot d’étranglement lors de la TME du VHC. Celui-ci serait moins restringent dans le cas de la coinfection maternelle avec le VIH-1. Cette transmission peut prendre place aussi tôt que lors du deuxième trimestre de grossesse et il semblerait qu’un spectre limité de variantes soit responsable pour l’établissement de l’essentiel de la production virale chez le jeune enfant.

Optimization of pH and Direct Imaging Conditions of Complexed Methylene Blue Sensitized Poly(vinyl chloride) Films

Significant results of our experimental investigations on the dependence of pH on real time transmission characteristics on recording media fabricated by doping PVC with complexed methylene blue are presented. The optimum pH value for faster bleaching was found to be 4×5. In typical applications, the illumination from one side, normal to the surface of this material, initiates a chemical sequence that records the incident light pattern in the polymer. Thus direct imaging can be successfully done on this sample. The recorded letters were very legible with good contrast and no scattering centres. Diffraction efficiency measurements were also carried out on this material.

Optimization of pH and Direct Imaging Conditions of Complexed Methylene Blue Sensitized Poly(vinyl chloride) Films

Significant results of our experimental investigations on the dependence of pH on real time transmission characteristics on recording media fabricated by doping PVC with complexed methylene blue are presented. The optimum pH value for faster bleaching was found to be 4×5. In typical applications, the illumination from one side, normal to the surface of this material, initiates a chemical sequence that records the incident light pattern in the polymer. Thus direct imaging can be successfully done on this sample. The recorded letters were very legible with good contrast and no scattering centres. Diffraction efficiency measurements were also carried out on this material.

Optimization of pH and direct imaging conditions of complexed methylene blue sensitized poly(vinyl chloride) films

Significant results of our experimental investigations on the dependence of pH on real time transmission characteristics on recording media fabricated by doping PVC with complexed methylene blue are presented. The optimum pH value for faster bleaching was found to be 4 . 5. In typical applications, the illumination from one side, normal to the surface of this material, initiates a chemical sequence that records the incident light pattern in the polymer. Thus direct imaging can be successfully done on this sample. The recorded letters were very legible with good contrast and no scattering centres. Diffraction efficiency measurements were also carried out on this material.

Impact on Policy Responses to Food Price Crisis and Rural Food Security in Sri Lanka

In Sri Lanka policy responses have direct impacts on rural dwellers. Over 80% of Sri Lanka’s population live in rural areas and 90% of them represent low income dwellers. Their production system may be hampered by fragmented landholding, poor economics of scale, low investment levels resulting from poor financial services as well as inappropriate or limited technology. They are vulnerable to price hikes of basic foods and food security issues due to fragmented landholding and poor financial services. Policy measures to reduce the transmission of higher international prices in domestic markets exist to protect the food security of the vulnerable population. This paper will discuss the food policy and strategies implemented by the government and outside to the above facts this paper also describes the effectiveness of the policies forwarded by the government. The objective of this study is to analyse the impact of policy responses to the food price crisis and rural food security in Sri Lanka. Outside of the above facts this study also treats the impact of policies and decisions on the nutritional condition of rural dwellers. Furthermore this study is to analyse the fluctuation of buying power with the price hikes and the relation of above facts with issues like malnutrition. This paper discusses why policy makers should pay greater attention to rural dwellers and describes the multiple pathways through which food price increases have on rural people. It also provides evidence of the impact of this crisis in particular, through hidden hunger, and discusses how current policy responses should adjust and improve to protect the rural dwellers in the short and long term.

Transmission delays in residual computation

The design of control, estimation or diagnosis algorithms most often assumes that all available process variables represent the system state at the same instant of time. However, this is never true in current network systems, because of the unknown deterministic or stochastic transmission delays introduced by the communication network. During the diagnosing stage, this will often generate false alarms. Under nominal operation, the different transmission delays associated with the variables that appear in the computation form produce discrepancies of the residuals from zero. A technique aiming at the minimisation of the resulting false alarms rate, that is based on the explicit modelling of communication delays and on their best-case estimation is proposed