Torque vibration model of axial-flux surface-mounted permanent magnet synchronous machine

In order that the radius and thus ununiform structure of the teeth and otherelectrical and magnetic parts of the machine may be taken into consideration the calculation of an axial flux permanent magnet machine is, conventionally, doneby means of 3D FEM-methods. This calculation procedure, however, requires a lotof time and computer recourses. This study proves that also analytical methods can be applied to perform the calculation successfully. The procedure of the analytical calculation can be summarized into following steps: first the magnet is divided into slices, which makes the calculation for each section individually, and then the parts are submitted to calculation of the final results. It is obvious that using this method can save a lot of designing and calculating time. Thecalculation program is designed to model the magnetic and electrical circuits of surface mounted axial flux permanent magnet synchronous machines in such a way, that it takes into account possible magnetic saturation of the iron parts. Theresult of the calculation is the torque of the motor including the vibrations. The motor geometry and the materials and either the torque or pole angle are defined and the motor can be fed with an arbitrary shape and amplitude of three-phase currents. There are no limits for the size and number of the pole pairs nor for many other factors. The calculation steps and the number of different sections of the magnet are selectable, but the calculation time is strongly depending on this. The results are compared to the measurements of real prototypes. The permanent magnet creates part of the flux in the magnetic circuit. The form and amplitude of the flux density in the air-gap depends on the geometry and material of the magnetic circuit, on the length of the air-gap and remanence flux density of the magnet. Slotting is taken into account by using the Carter factor in the slot opening area. The calculation is simple and fast if the shape of the magnetis a square and has no skew in relation to the stator slots. With a more complicated magnet shape the calculation has to be done in several sections. It is clear that according to the increasing number of sections also the result will become more accurate. In a radial flux motor all sections of the magnets create force with a same radius. In the case of an axial flux motor, each radial section creates force with a different radius and the torque is the sum of these. The magnetic circuit of the motor, consisting of the stator iron, rotor iron, air-gap, magnet and the slot, is modelled with a reluctance net, which considers the saturation of the iron. This means, that several iterations, in which the permeability is updated, has to be done in order to get final results. The motor torque is calculated using the instantaneous linkage flux and stator currents. Flux linkage is called the part of the flux that is created by the permanent magnets and the stator currents passing through the coils in stator teeth. The angle between this flux and the phase currents define the torque created by the magnetic circuit. Due to the winding structure of the stator and in order to limit the leakage flux the slot openings of the stator are normally not made of ferromagnetic material even though, in some cases, semimagnetic slot wedges are used. In the slot opening faces the flux enters the iron almost normally (tangentially with respect to the rotor flux) creating tangential forces in the rotor. This phenomenon iscalled cogging. The flux in the slot opening area on the different sides of theopening and in the different slot openings is not equal and so these forces do not compensate each other. In the calculation it is assumed that the flux entering the left side of the opening is the component left from the geometrical centre of the slot. This torque component together with the torque component calculated using the Lorenz force make the total torque of the motor. It is easy to assume that when all the magnet edges, where the derivative component of the magnet flux density is at its highest, enter the slot openings at the same time, this will have as a result a considerable cogging torque. To reduce the cogging torquethe magnet edges can be shaped so that they are not parallel to the stator slots, which is the common way to solve the problem. In doing so, the edge may be spread along the whole slot pitch and thus also the high derivative component willbe spread to occur equally along the rotation. Besides forming the magnets theymay also be placed somewhat asymmetric on the rotor surface. The asymmetric distribution can be made in many different ways. All the magnets may have a different deflection of the symmetrical centre point or they can be for example shiftedin pairs. There are some factors that limit the deflection. The first is that the magnets cannot overlap. The magnet shape and the relative width compared to the pole define the deflection in this case. The other factor is that a shifting of the poles limits the maximum torque of the motor. If the edges of adjacent magnets are very close to each other the leakage flux from one pole to the other increases reducing thus the air-gap magnetization. The asymmetric model needs some assumptions and simplifications in order to limit the size of the model and calculation time. The reluctance net is made for symmetric distribution. If the magnets are distributed asymmetrically the flux in the different pole pairs will not be exactly the same. Therefore, the assumption that the flux flows from the edges of the model to the next pole pairs, in the calculation model from one edgeto the other, is not correct. If it were wished for that this fact should be considered in multi-pole pair machines, this would mean that all the poles, in other words the whole machine, should be modelled in reluctance net. The error resulting from this wrong assumption is, nevertheless, irrelevant.

Analysis of the voltage source inverter with small DC-link capacitor

IIn electric drives, frequency converters are used to generatefor the electric motor the AC voltage with variable frequency and amplitude. When considering the annual sale of drives in values of money and units sold, the use of low-performance drives appears to be in predominant. These drives have tobe very cost effective to manufacture and use, while they are also expected to fulfill the harmonic distortion standards. One of the objectives has also been to extend the lifetime of the frequency converter. In a traditional frequency converter, a relatively large electrolytic DC-link capacitor is used. Electrolytic capacitors are large, heavy and rather expensive components. In many cases, the lifetime of the electrolytic capacitor is the main factor limiting the lifetime of the frequency converter. To overcome the problem, the electrolytic capacitor is replaced with a metallized polypropylene film capacitor (MPPF). The MPPF has improved properties when compared to the electrolytic capacitor. By replacing the electrolytic capacitor with a film capacitor the energy storage of the DC-linkwill be decreased. Thus, the instantaneous power supplied to the motor correlates with the instantaneous power taken from the network. This yields a continuousDC-link current fed by the diode rectifier bridge. As a consequence, the line current harmonics clearly decrease. Because of the decreased energy storage, the DC-link voltage fluctuates. This sets additional conditions to the controllers of the frequency converter to compensate the fluctuation from the supplied motor phase voltages. In this work three-phase and single-phase frequency converters with small DC-link capacitor are analyzed. The evaluation is obtained with simulations and laboratory measurements.

A comparative performance study of four-pole induction motors and synchronous reluctance motors in variable speed drives

Design aspects of the Transversally Laminated Anisotropic (TLA) Synchronous Reluctance Motor (SynRM) are studied and the machine performance analysis compared to the Induction Motor (IM) is done. The SynRM rotor structure is designed and manufactured for a30 kW, four-pole, three-phase squirrel cage induction motor stator. Both the IMand SynRM were supplied by a sensorless Direct Torque Controlled (DTC) variablespeed drive. Attention is also paid to the estimation of the power range where the SynRM may compete successfully with a same size induction motor. A technicalloss reduction comparison between the IM and SynRM in variable speed drives is done. The Finite Element Method (FEM) is used to analyse the number, location and width of flux barriers used in a multiple segment rotor. It is sought for a high saliency ratio and a high torque of the motor. It is given a comparison between different FEM calculations to analyse SynRM performance. The possibility to take into account the effect of iron losses with FEM is studied. Comparison between the calculated and measured values shows that the design methods are reliable. A new application of the IEEE 112 measurement method is developed and used especially for determination of stray load losses in laboratory measurements. The study shows that, with some special measures, the efficiency of the TLA SynRM is equivalent to that of a high efficiency IM. The power factor of the SynRM at rated load is smaller than that of the IM. However, at lower partial load this difference decreases and this, probably, brings that the SynRM gets a better power factor in comparison with the IM. The big rotor inductance ratio of the SynRM allows a good estimating of the rotor position. This appears to be very advantageous for the designing of the rotor position sensor-less motor drive. In using the FEM designed multi-layer transversally laminated rotor with damper windings it is possible to design a directly network driven motor without degrading the motorefficiency or power factor compared to the performance of the IM.

Dosimetric comparison of different treatment modalities for stereotactic radiosurgery of meningioma.

BACKGROUND: The objective of this study was to compare the three most prominent systems for stereotactic radiosurgery in terms of dosimetric characteristics: the Cyberknife system, the Gamma Knife Perfexion and the Novalis system. METHODS: Ten patients treated for recurrent grade I meningioma after surgery using the Cyberknife system were identified; the Cyberknife contours were exported and comparative treatment plans were generated for the Novalis system and Gamma Knife Perfexion. Dosimetric values were compared with respect to coverage, conformity index (CI), gradient index (GI) and beam-on time (BOT). RESULTS: All three systems showed comparable results in terms of coverage. The Gamma Knife and the Cyberknife system showed significantly higher levels of conformity than the Novalis system (Cyberknife vs Novalis, p = 0.002; Gamma Knife vs Novalis, p = 0.002). The Gamma Knife showed significantly steeper gradients compared with the Novalis and the Cyberknife system (Gamma Knife vs Novalis, p = 0.014; Gamma Knife vs Cyberknife, p = 0.002) and significantly longer beam-on times than the other two systems (BOT = 66 ± 21.3 min, Gamma Knife vs Novalis, p = 0.002; Gamma Knife vs Cyberknife, p = 0.002). CONCLUSIONS: The multiple focal entry systems (Gamma Knife and Cyberknife) achieve higher conformity than the Novalis system. The Gamma Knife delivers the steepest dose gradient of all examined systems. However, the Gamma Knife is known to require long beam-on times, and despite worse dose gradients, LINAC-based systems (Novalis and Cyberknife) offer image verification at the time of treatment delivery.

Market Study of Electric Drive Motion Control Business

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia älykkäiden paikoituskäyttöjen markkinoita ja liiketoimintamalleja. Työn pääongelmina oli määritellä alalla käytössä olevaa terminologiaa, määrittää markkinoiden koko paikoitusominaisuudet omaaville kolmivaihetaajuusmuuttajille, tutkia viiden alalla toimivan paikoituskäyttötoimittajan liiketoimintarakenteita ja tuotteita teknisestä näkökulmasta sekä esitellä kaksi teollisuuden käyttökohdetta paikoituskäytölle. Työn sisältö voidaan jakaa neljään eri osioon. Terminologian määrittely- ja markkinatutkimusosiot perustuvat pääasiassa kirjallisuustutkimukseen. Paikoituskäyttöjen toimittajia sekä niiden tuotteita käsittelevä osuus perustuu kirjallisuustutkimukseen sekä teknisiin esitteisiin ja manuaaleihin. Paikoituskäyttöjen sovellusesimerkit on selvitetty haastatteluin. Työ painottuu paikoituskäyttötoimittajien tuotteiden, tuoteominaisuuksien ja tuotetarjonnan tarkasteluun. Työn tuloksena on määritelty paikoituskäyttöjen liiketoiminnan tärkeimmät termit, paikoituskäyttöjen markkinoiden koko sekä markkinoiden koko paikoitusominaisuudet omaavalle kolmivaihetaajuusmuuttajalle. Alalla toimivien paikoituskäyttötoimittajien liiketoimintarakenne on selvitetty, jonka mukaan toimittajat on profiloitu komponentti-, komponenttipaketti-, toimialakeskeisiksi tai automaatiotoimittajiksi. Toimittajien paikoituskäyttötuotteet on luokiteltu viiteen eri luokkaan niiden teknisten ominaisuuksien perusteella. Lisäksi paikoituskäyttöjen suorituskyvyt on selvitetty säätimien momentti-, nopeus-, ja paikoituslaskenta-aikatasojen sekä kenttäväyläliityntöjen suhteen. Työssä kuvatut vanerinsorvausprosessi sekä FMS -materiaalinkäsittelyprosessi esittävät paikoituskäyttöjen potentiaalisia sovelluskohteita.

Development of a PC Tool for Estimating Pressure Drops in Forced-convection Boiler Tubes

Kaksifaasivirtauksen kuvaamiseen käytettävät mallit, ja menetelmät kaksifaasivirtauksen painehäviön määrittämiseksi kehittyvät yhä monimutkaisimmiksi. Höyrystinputkissa tapahtuvien painehäviöiden arvioinnin vaatiman laskennan suorittamiseksi tietokoneohjelman kehittäminen on välttämätöntä. Tässä työssä on kehitetty itsenäinen PC-ohjelma painehäviöiden arvioimiseksi pakotetulle konvektiovirtaukselle pystysuorissa höyrykattilan höyrystinputkissa. Veden ja vesihöyryn aineominaisuuksien laskentaan käytetään IAPWS-IF97 –yhtälökokoelmaa sekä muita tarvittavia IAPWS:n suosittelemia yhtälöitä. Höyrystinputkessa kulloinkin vallitsevan virtausmuodon määrittämiseen käytetään sovelluskelpoisia virtausmuotojen välisiä rajoja kuvaavia yhtälöitä. Ohjelmassa käytetään painehäviön määritykseen kirjallisuudessa julkaistuja yhtälöitä, virtausmuodosta riippuen, alijäähtyneelle virtaukselle, kupla-, tulppa- ja rengasvirtaukselle sekä tulistetun höyryn virtaukselle. Ohjelman laskemia painehäviöarvioita verrattiin kirjallisuudesta valittuihin mittaustuloksiin. Laskettujen painehäviöiden virhe vaihteli välillä –19.5 ja +23.9 %. Virheiden itseisarvojen keskiarvo oli 12.8 %.

Sciatic and femoral nerve sensory neurones occupy different regions of the L4 dorsal root ganglion in the adult rat.

The topographical distribution of sciatic and femoral nerve sensory neuronal somata in the L4 dorsal root ganglion of the adult rat was mapped after retrograde tracing with one or two of the dyes Fast Blue, Fluoro-Gold, or Diamidino Yellow. The tracers were applied to the proximal transected end of either nerve alone, or from both nerves in the same animal using separate tracers. Three-dimensional reconstructions of the distribution of labelled neurones were made from serial sections of the L4 dorsal root ganglion which is the only ganglion that these two nerves share. The results showed that with little overlap, femoral nerve neurones distribute dorsally and rostrally whereas sciatic nerve neurones distribute medially and ventrally. This finding indicates the existence of a somatotopical organisation for the representation of different peripheral nerves in dorsal root ganglia of adult animals.

Synergies between optical and physical variables in intercepting parabolic targets.

Interception requires precise estimation of time-to-contact (TTC) information. A long-standing view posits that all relevant information for extracting TTC is available in the angular variables, which result from the projection of distal objecs on to the retina. The diferent timing models rooted in this tradition have consequently relied on combining visual angle and its rate of expansion in diferent ways with tau being the most well-known solution for TTC...

Taajuusmuuttajan verkkovirran yliaallot pienitehoisissa kolmivaihekäytöissä

Pienitehoisessa taajuusmuuttajassa verkkojännite tasasuunnataan yleisesti diodisillalla. Taajuusmuuttajaa kuormitettaessa diodisilta aiheuttaa sen, että verkosta otettava virta on epäsinimuotoista ja sisältää runsaasti eri kertalukujen yliaaltoja. Tällainen virta vääristää verkon jännitettä sekä aiheuttaa häviöitä, resonansseja ja toimintaepävarmuutta sähkönjakeluverkkoon liitetyissä laitteissa ja komponenteissa. Työssä on tarkasteltu pienitehoisen kolmivaiheisen taajuusmuuttajan tulovirrassa esiintyviä yliaaltoja ja keinoja niiden rajoittamiseksi. Laitevalmistajien osalta syynä aiheen tutkimiseen ja kiinnostavuuteen ovat lähinnä uudet yliaaltoja käsittelevät standardit. Työssä onkin tutustuttu tarvittavin osin standardoinnin nykytilaan sekä seurattu standardeja valmistelevien työryhmien työtä ja tätä kautta perehdytty alaa käsittelevien standardien tulevaisuudennäkymiin Euroopan Unionin alueella. Käsittely on kohdistettu kolmivaiheisiin laitteisiin. Standardi IEC 61000-3-2 asettaa yliaaltorajat ammattikäyttöön tarkoitetuille laitteille, kun laitteen tuloteho on korkeintaan 1 kW. Tällä tehoalueella riittää kolmivaihelaitteille kuristimilla suoritettu passiivinen suodatus täyttämään asetetut viranomaisvaatimukset. Tähän liittyen on suunniteltu kolmivaihekuristin, joka on tarkoitettu käytettäväksi taajuusmuuttajasarjan lisävarusteena tehoalueella 0.12…2.2 kW.

Success Factors of an Enterprise Resource Planning System

Työn tarkoituksena oli tutkia yrityksen eri yksiköiden toiminnaohjausjärjestelmiä sekä verrata niiden menestystekijöitä Adelakunin malliin tietojärjestelmien laatuulottuvuuksista. Siinä järjestelmän kokonaislaatu jaetaan liiketoiminnalliseen, tekniseen ja käyttäjän kokemaan laatuun. Tulosten perusteella oli myös tavoitteena kehittää kyseisen toiminnanojausjärjestelmän kehittämistä varten malli onnistumistekijöiden keskinäisestä riippuvuudesta. Tutkittavista järjestelmistä ja niiden käytöstä kerättiin tietoja käyttöönottoprojektien dokumentaatiosta, haastatteluin, kyselylomakkein ja järjestelmäanalyysein. Sekä loppukäyttäjät että yritysjohto olivat kyselyjen ja haastattelujen kohderyhmänä. Saatuja tietoja arvioitiin Adelakunin kolmiulotteisen tietojärjestelmän laatutekijämallin mukaisesti ja keskeisiä menestystekijöitä etsittiin. Tutkituissa tapauksissa tietojärjestelmien menestyksen taustalta löytyi alan kirjallisuuden kanssa yhtäpitäviä tekijöitä. Myös Adelakunin laatu-ulottuvuusmalli osoittautui validiksi tutkituissa tapauksissa. Keskeisten menestystekijöiden välisistä vuorovaikutussuhteista rakennettiin malli, jota voidaan hyödyntää kyseisen järjestelmän jatkokehityksessä.

El Cascanueces en 3D', versión libre de la adaptación del cuento de Hoffmann

Las navidades pasadas se presentó en las salas de cine El Cascanueces en 3D. Se trata de una adaptación libre del cuento de hadas de Navidad El Cascanueces y el rey de los ratones,2 creado por un escritor, músico, pintor, dramaturgo y jurista alemán llamado Ernst Theodor Amadeus Hoffmann3 (1776-1822). Hoffmann, gran admirador de Mozart, cambió su tercer nombre por el del músico austriaco y durante muchos años se ganó la vida como crítico musical,compositor y director de orquesta

Diapiro de Salinas de AÑana: ¿Un diapiro con un overhang? Modelo 3D gravimetrico

Se presenta el mapa gravimétrico de la Cubeta Alavesa, donde se pueden localizar de forma clara los diapiros salinos aflorantes en la misma, y también otras estructuras también diapíricas situadas a mayor profundidad. Se ha modelizado en 3D, mediante dos técnicas gravimétricas diferentes, el diapiro de Salinas de Añana. El cual presenta una gran extensión en superficie pero que en cambio no se proyecta de la misma manera en profundidad, habiéndose detectado la presencia de una extensión lateral u overghang hacia el SW.

Power line communication in motor cables of variable-speed electric drives − analysis and

Data transmission between an electric motor and a frequency converter is required in variablespeed electric drives because of sensors installed at the motor. Sensor information can be used for various useful applications to improve the system reliability and its properties. Traditionally, the communication medium is implemented by an additional cabling. However, the costs of the traditional method may be an obstacle to the wider application of data transmission between a motor and a frequency converter. In any case, a power cable is always installed between a motor and a frequency converter for power supply, and hence it may be applied as a communication medium for sensor level data. This thesis considers power line communication (PLC) in inverter-fed motor power cables. The motor cable is studied as a communication channel in the frequency band of 100 kHz−30 MHz. The communication channel and noise characteristics are described. All the individual components included in a variable-speed electric drive are presented in detail. A channel model is developed, and it is verified by measurements. A theoretical channel information capacity analysis is carried out to estimate the opportunities of a communication medium. Suitable communication and forward error correction (FEC) methods are suggested. A general method to implement a broadband and Ethernet-based communication medium between a motor and a frequency converter is proposed. A coupling interface is also developed that allows to install the communication device safely to a three-phase inverter-fed motor power cable. Practical tests are carried out, and the results are analyzed. Possible applications for the proposed method are presented. A speed feedback motor control application is verified in detail by simulations and laboratory tests because of restrictions for the delay in the feedback loop caused by PLC. Other possible applications are discussed at a more general level.

The Quality of Paediatric Nursing Care - Children’s Perspective

Hoitotyön laatu - lasten näkökulma Tämän kolmivaiheisen tutkimuksen tarkoituksena oli kuvailla lasten odotuksia ja arviointeja lasten hoitotyön laadusta sekä kehittää mittari kouluikäisille sairaalassa oleville lapsille laadun arviointiin. Perimmäisenä tavoitteena oli lasten hoitotyön laadun kehittäminen sairaalassa. Ensimmäisessä vaiheessa 20 alle kouluikäistä (4-6v) sekä 20 kouluikäistä (7-11v) lasta kuvailivat odotuksiaan lasten hoitotyön laadusta. Aineisto kerättiin haastattelulla ja lasten piirustusten avulla, sekä analysoitiin sisällön analyysilla. Lasten odotukset lasten hoitotyön laadusta kohdistuivat hoitajaan, hoitotyön toimintoihin ja ympäristöön, fyysinen ympäristö korostui piirustuksissa. Ensimmäisen vaiheen tulosten, aikaisemman kirjallisuuden sekä Leino-Kilven “HYVÄ HOITO” mittarin pohjalta kehitettiin “Lasten Hoidon Laatu Sairaalassa” (LHLS) mittari ja testattiin sen psykometrisiä ominaisuuksia tutkimuksen toisessa vaiheessa. Mittaria kehitettiin ja testattiin kolmen vaiheen kautta. Aluksi asiantuntijapaneeli (n=7) arvioi mittarin sisältöä. Seuraavaksi mittari esitestattiin kahdesti kouluikäisillä sairaalassa olevilla lapsilla (n=41 ja n=16), samassa vaiheessa myös viiden lastenosaston hoitajat (n=19) yhdessä arvioivat mittarin sisältöä sekä 8 lasta. Lopuksi mittaria testattiin kouluikäisillä lapsilla (n=388) sairaalassa sekä hoitajat (n=198) arvioivat mittarin sisällön validiteettia. Mittarin kehittämisen aikana päälaatuluokkien: hoitajan ominaisuudet, hoitotyön toiminnot ja hoitotyön ympäristö Cronbachin alfa kertoimet paranivat. Pääkomponentti analyysi tuki mittarin hoitotyön toimintojen ja ympäristön alaluokkien teoreettista rakennetta. Kolmannessa vaiheessa “Lasten Hoidon Laatu Sairaalassa” (LHLS III, versio neljä) mittarilla kerättiin aineisto Suomen yliopistosairaaloiden lastenosastoilta kouluikäisiltä 7-11 -vuotiailta lapsilta (n=388). Mittarin lopussa lapsia pyydettiin lisäksi kuvailemaan kivointa ja ikävintä kokemustaan sairaalahoidon aikana lauseen täydennystehtävänä. Aineisto analysoitiin tilastollisesti sekä sisällön analyysilla. Lapset arvioivat fyysisen hoitoympäristön, hoitajien inhimillisyyden ja luotettavuuden sekä huolenpidon ja vuorovaikutustoiminnot kiitettäviksi. Lapset arvioivat hoitajien viihdyttämistoiminnot kaikkein alhaisimmiksi. Lapsen ikä ja sairaalantulotapa olivat yhteydessä lasten saamaan tiedon määrään. Lasten kivoimmat kokemukset liittyivät ihmisiin ja heidän ominaisuuksiinsa, toimintoihin, ympäristöön sekä lopputuloksiin. Ikävimmät kokemukset liittyivät potilaana oloon, tuntemuksiin sairauden oireista sekä erossaoloon, hoitotyön fyysisiin toimintoihin sekä ympäristöön. Tutkimuksen tulokset osoittavat lasten olevan kykeneviä arvioimaan omaa hoitoaan ja heidän näkökulmansa tulisi nähdä osana koko laadun kehittämisprosessia parannettaessa laatua käytännössä todella lapsilähtöisemmällä lähestymistavalla. “Lasten Hoidon Laatu Sairaalassa” (LHLS) mittari on mahdollinen väline saada tietoa lasten arvioinneista lasten hoitotyön laadusta, mutta mittarin testaamista tulisi jatkaa tulevaisuudessa