S��hk��moottoriprototyypin mekaniikkasuunnittelu j��rjestelm��llisen tuotesuunnittelun avulla

Ty��n tavoitteena oli suunnitella s��hk��moottoriprototyyppi, joka soveltuu hybridiajoneuvon ajomoottoriksi. Mekaniikkasuunnittelu toteutettiin samanaikaisesti s��hk��suunnittelun kanssa ja siin�� k��ytettiin yleisesti k��yt��ss�� olevaa j��rjestelm��llist�� tuotesuunnittelua. J��rjestelm��llinen tuotesuunnittelu soveltuu laajoihin suunnitteluprojekteihin, sill�� sen avulla suunnitteluprosessi on jaoteltu useampiin pieniin askeliin. Ty��ss�� esitet����n s��hk��moottorin yleist�� toimintaperiaatetta sek�� niit�� s��hk��teknisi�� erityispiirteit��, joita mekaniikkasuunnittelussa tulee ottaa huomioon. Ty��n tuloksissa k��ytiin yksityiskohtaisesti l��pi roottorin suunnittelu. Muille komponenteille k��ytettiin samaa j��rjestelm��llist�� tuotesuunnittelua mutta niit�� ei esitet�� yksityiskohtaisesti t��ss�� ty��ss��. Kokonaisuudessaan s��hk��moottorista saatiin suunniteltua ratkaisuehdotus, joka t��ytt���� halutut vaatimukset. Lis��ksi ty��ss�� ker��ttiin kattava lista standardeista, jotka tukevat s��hk��moottorin suunnittelua. J��rjestelm��llisen tuotesuunnittelun todettiin soveltuvan s��hk��moottorin suunnitteluun hyvin ja saatua ratkaisuehdotusta voidaan pit���� toimivana. Moottori suunnitelmasta valmistetaan ensimm��inen prototyyppi kev����ll�� 2012. Prototyyppi�� voidaan kehitt���� suunnittelemalla siit�� paremmin sarjatuotantoon soveltuva malli esimerkiksi v��hent��m��ll�� koneistettavien osien m����r���� ja korvaamalla ne valukappaleilla.

Kestomagneettitahtikoneen v����nt��momentin tuottokyvyn optimointi hybridibussik��ytt����n

Ty��ss�� tarkastellaan hybridi- ja s��hk��ajoneuvojen voimank��ytt��j��rjestelmi�� ja bussin ajomoottorina toimivan kestomagneettitahtikoneen toimintaa ja sen soveltuvuutta ajoneuvok��ytt����n. Esitet����n analyyttinen ty��kalu kestomagneettitahtikoneen induktanssisuunnittelun ja koneen v����nt��momentin tuottokyvyn optimoinnin tueksi. Ty��kalua hy��dynnet����n esitett��v��ss�� ajomoottorin mitoituslaskelmassa. Ty��ss�� p����tell����n, ett�� kestomagneettitahtimoottori soveltuu hyvin ajoneuvok��ytt����n. Maksimaalisen v����nt��momentin saavuttamiseksi sen roottorin rakenne ja induktanssit on optimoitava. Analysoimalla ajoneuvok��ytt����n tarkoitettua kestomagneettitahtimoottoria ty��kalun avulla havaitaan, ett�� yht�� suuremmalla induktanssisuhteella v����nt��momentti on pienempi kent��nheikennyksess�� kuin ajettaessa konetta taajuusmuuttajalla vakioteholla nimelliskuormalla. Vastaavasti yht�� pienemmill�� induktanssisuhteilla v����nt��momentti on pienempi kent��nheikennyksess��. Todetaan, ett�� v����nt��momentti kasvaa induktanssisuhteen poiketessa yhdest��. Suuri v����nt��momentti saadaan pienill�� induktanssisuhteilla. Induktanssisuhteen kasvattaminen yhdest�� ei lis���� moottorin tuottamaa v����nt��momenttia yht�� paljon kuin induktanssisuhteen pienent��minen. Ty��n lopuksi verrataan ty��kalun laskemia tuloksia kirjallisuudesta l��ytyvill�� yht��l��ill�� laskettuihin tuloksiin. Ty��kalun laskemat tulokset vaikuttavat ristiriidattomilta ja yhtenev��isilt�� teorian kanssa. Ty��kalun toteutuksessa tehdyt teoreettiset yksinkertaistukset aiheuttavat todenn��k��isesti ep��tarkkuutta tuloksissa erityisesti suurella kuormituksella.

Liquid cooling solutions for rotating permanent magnet synchronous machines

In the design of electrical machines, efficiency improvements have become very important. However, there are at least two significant cases in which the compactness of electrical machines is critical and the tolerance of extremely high losses is valued: vehicle traction, where very high torque density is desired at least temporarily; and direct-drive wind turbine generators, whose mass should be acceptably low. As ever higher torque density and ever more compact electrical machines are developed for these purposes, thermal issues, i.e. avoidance of over-temperatures and damage in conditions of high heat losses, are becoming of utmost importance. The excessive temperatures of critical machine components, such as insulation and permanent magnets, easily cause failures of the whole electrical equipment. In electrical machines with excitation systems based on permanent magnets, special attention must be paid to the rotor temperature because of the temperature-sensitive properties of permanent magnets. The allowable temperature of NdFeB magnets is usually significantly less than 150 ��C. The practical problem is that the part of the machine where the permanent magnets are located should stay cooler than the copper windings, which can easily tolerate temperatures of 155 ��C or 180 ��C. Therefore, new cooling solutions should be developed in order to cool permanent magnet electrical machines with high torque density and because of it with high concentrated losses in stators. In this doctoral dissertation, direct and indirect liquid cooling techniques for permanent magnet synchronous electrical machines (PMSM) with high torque density are presented and discussed. The aim of this research is to analyse thermal behaviours of the machines using the most applicable and accurate thermal analysis methods and to propose new, practical machine designs based on these analyses. The Computational Fluid Dynamics (CFD) thermal simulations of the heat transfer inside the machines and lumped parameter thermal network (LPTN) simulations both presented herein are used for the analyses. Detailed descriptions of the simulated thermal models are also presented. Most of the theoretical considerations and simulations have been verified via experimental measurements on a copper tooth-coil (motorette) and on various prototypes of electrical machines. The indirect liquid cooling systems of a 100 kW axial flux (AF) PMSM and a 110 kW radial flux (RF) PMSM are analysed here by means of simplified 3D CFD conjugate thermal models of the parts of both machines. In terms of results, a significant temperature drop of 40 ��C in the stator winding and 28 ��C in the rotor of the AF PMSM was achieved with the addition of highly thermally conductive materials into the machine: copper bars inserted in the teeth, and potting material around the end windings. In the RF PMSM, the potting material resulted in a temperature decrease of 6 ��C in the stator winding, and in a decrease of 10 ��C in the rotor embedded-permanentmagnets. Two types of unique direct liquid cooling systems for low power machines are analysed herein to demonstrate the effectiveness of the cooling systems in conditions of highly concentrated heat losses. LPTN analysis and CFD thermal analysis (the latter being particularly useful for unique design) were applied to simulate the temperature distribution within the machine models. Oil-immersion cooling provided good cooling capability for a 26.6 kW PMSM of a hybrid vehicle. A direct liquid cooling system for the copper winding with inner stainless steel tubes was designed for an 8 MW directdrive PM synchronous generator. The design principles of this cooling solution are described in detail in this thesis. The thermal analyses demonstrate that the stator winding and the rotor magnet temperatures are kept significantly below their critical temperatures with demineralized water flow. A comparison study of the coolant agents indicates that propylene glycol is more effective than ethylene glycol in arctic conditions.

Kaukol��mp��liiketoiminnan kehitt��minen M��nts��l��n S��hk�� osakeyhti��ss��

T��m��n diplomity��n tarkoitus oli selvitt���� M��nts��l��n S��hk�� Oy:n kaukol��mp��liiketoiminnan nykytila ja kehityskohteet. Tutkimuskysymykset olivat: 1) Millaisilla toimenpiteill�� varmistetaan kaukol��mp��liiketoiminnan kannattavuus tulevaisuudessa? ja 2) Millaisia mahdollisuuksia ��lyk��s kaukol��mp�� tuo kaukol��mp��liiketoiminnalle? Tutkimus suoritettiin perehtym��ll�� aiheen kirjallisuuteen ja uutisiin. Takaisinmaksuajan menetelm��ll�� arvioitiin maakaasun korvaamisen kannattavuutta. Ty��n tuloksena voitiin todeta, ett�� kaukol��mm��n hinnoittelua kannattaa kehitt���� kustannusvastaavampaan suuntaan. Nykyinen kaukol��mm��n energiankulutukseen painottuva hinnoittelu ei sovi uusille rakennuksille, jotka kuluttavat v��h��n energiaa. Yleistyv��t hybridil��mmitysj��rjestelm��t on otettava huomioon hinnoittelussa. Kaukol��mm��n kausihinnoittelu toisi etuja asiakkaalle, kaukol��mp��yhti��lle sek�� ymp��rist��lle. Kaukol��mm��n kulutuksen tuntimittaus mahdollistaisi siirtymisen kaukol��mp��tehoon perustuvaan hinnoitteluun. Kaukol��mm��n hinta on ollut M��nts��l��n S��hk�� Oy:ll�� suhteellisen korkea. Korkea hinta johtuu enimm��kseen maakaasulla tuotetun kaukol��mm��n korkeista tuotantokustannuksista. Kaukol��mm��n tuotantoa voidaan kehitt���� kannattavammaksi, vaikka l��mm��ntalteenottolaitoksen oletettu l��mm��ntuotanto kattaa M��nts��l��n l��mm��ntarpeesta noin puolet ja v��hent���� tuotantokustannuksia. Nykyisten maakaasukattiloiden k��ytt��minen pelletin p��lypolttoon olisi teknisten muutoksien avulla mahdollista. P��lypolton kannattavuus riippuu erityisesti puupelletin ja maakaasun hintaerosta. ��lyk��s kaukol��mp��j��rjestelm�� voisi automaattisesti tasoittaa kaukol��mm��n kysynt���� yhdess�� l��mp��varaston kanssa. T��ll��in huippul��mp��laitosten k��ytt�� v��hentyisi ja l��mm��ntuotannon kustannukset pienentyisiv��t. ��lyk��s kaukol��mp��j��rjestelm�� ja kaukol��mp��tehon tuntimittaus mahdollistaisivat my��s kaksisuuntaisen kaukol��mp��kaupan.

Optimierung von Betriebsstrategien f��r elektrifizierte Antriebskonzepte

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine gemeinsame Optimierung der Hybrid-Betriebsstrategie und des Verhaltens des Verbrennungsmotors vorgestellt. Die ��bernahme von den im Steuerger��t verwendeten Funktionsmodulen in die Simulationsumgebung f��r Fahrzeugl��ngsdynamik stellt eine effiziente Applikationsm��glichkeit der Originalparametrierung dar. Gleichzeitig ist es notwendig, das Verhalten des Verbrennungsmotors derart nachzubilden, dass das station��re und das dynamische Verhalten, inklusive aller relevanten Einflussm��glichkeiten, wiedergegeben werden kann. Das entwickelte Werkzeug zur ��bertragung der in Ascet definierten Steurger��tefunktionen in die Simulink-Simulationsumgebung erm��glicht nicht nur die Simulation der relevanten Funktionsmodule, sondern es erf��llt auch weitere wichtige Eigenschaften. Eine erh��hte Flexibilit��t bez��glich der Daten- und Funktionsstand��nderungen, sowie die Parametrierbarkeit der Funktionsmodule sind Verbesserungen die an dieser Stelle zu nennen sind. Bei der Modellierung des station��ren Systemverhaltens des Verbrennungsmotors erfolgt der Einsatz von k��nstlichen neuronalen Netzen. Die Auswahl der optimalen Neuronenanzahl erfolgt durch die Betrachtung des SSE f��r die Trainings- und die Verifikationsdaten. Falls notwendig, wird zur Sicherstellung der angestrebten Modellqualit��t, das Interpolationsverhalten durch Hinzunahme von Gau��-Prozess-Modellen verbessert. Mit den Gau��-Prozess-Modellen werden hierbei zus��tzliche St��tzpunkte erzeugt und mit einer verminderten Priorit��t in die Modellierung eingebunden. F��r die Modellierung des dynamischen Systemverhaltens werden lineare ��bertragungsfunktionen verwendet. Bei der Minimierung der Abweichung zwischen dem Modellausgang und den Messergebnissen wird zus��tzlich zum SSE das 2��-Intervall der relativen Fehlerverteilung betrachtet. Die Implementierung der Steuerger��tefunktionsmodule und der erstellten Steller-Sensor-Streckenmodelle in der Simulationsumgebung f��r Fahrzeugl��ngsdynamik f��hrt zum Anstieg der Simulationszeit und einer Vergr����erung des Parameterraums. Das aus Regelungstechnik bekannte Verfahren der G��tevektoroptimierung tr��gt entscheidend zu einer systematischen Betrachtung und Optimierung der Zielgr����en bei. Das Ergebnis des Verfahrens ist durch das Optimum der Paretofront der einzelnen Entwurfsspezifikationen gekennzeichnet. Die steigenden Simulationszeiten benachteiligen Minimumsuchverfahren, die eine Vielzahl an Iterationen ben��tigen. Um die Verwendung einer Zufallsvariablen, die ma��geblich zur Steigerung der Iterationanzahl beitr��gt, zu vermeiden und gleichzeitig eine Globalisierung der Suche im Parameterraum zu erm��glichen wird die entwickelte Methode DelaunaySearch eingesetzt. Im Gegensatz zu den bekannten Algorithmen, wie die Partikelschwarmoptimierung oder die evolution��ren Algorithmen, setzt die neu entwickelte Methode bei der Suche nach dem Minimum einer Kostenfunktion auf eine systematische Analyse der durchgef��hrten Simulationsergebnisse. Mit Hilfe der bei der Analyse gewonnenen Informationen werden Bereiche mit den bestm��glichen Voraussetzungen f��r ein Minimum identifiziert. Somit verzichtet das iterative Verfahren bei der Bestimmung des n��chsten Iterationsschrittes auf die Verwendung einer Zufallsvariable. Als Ergebnis der Berechnungen steht ein gut gew��hlter Startwert f��r eine lokale Optimierung zur Verf��gung. Aufbauend auf der Simulation der Fahrzeugl��ngsdynamik, der Steuerger��tefunktionen und der Steller-Sensor-Streckenmodelle in einer Simulationsumgebung wird die Hybrid-Betriebsstrategie gemeinsam mit der Steuerung des Verbrennungsmotors optimiert. Mit der Entwicklung und Implementierung einer neuen Funktion wird weiterhin die Verbindung zwischen der Betriebsstrategie und der Motorsteuerung erweitert. Die vorgestellten Werkzeuge erm��glichten hierbei nicht nur einen Test der neuen Funktionalit��ten, sondern auch eine Absch��tzung der Verbesserungspotentiale beim Verbrauch und Abgasemissionen. Insgesamt konnte eine effiziente Testumgebung f��r eine gemeinsame Optimierung der Betriebsstrategie und des Verbrennungsmotorverhaltens eines Hybridfahrzeugs realisiert werden.

Estudio del sector automotriz para el ingreso de autom��viles h��bridos en Bogot��-Colombia

Se hizo un estudio exploratorio de car��cter prospectivo, para identificar las opciones y alternativas que pueden encontrarse en el mercado del sector automotor para el ingreso de una gama de veh��culos h��bridos o ecol��gicos, de tal manera que se puedan entregar elementos de juicio a los interesados en invertir en este ramo, que les permitan tomar decisiones estrat��gicas en este sentido. El estudio contemplo los aspectos de mercadeo, estudio estrat��gico sectorial y un estudio de escenarios de futuro. El estudio de escenarios de futuro se llevo a cabo mediante la metodolog��a prospectiva de Michael Godet, en la cual, a partir del abordaje del problema como un sistema, se identifican preliminarmente las variables que lo integran y las relaciones que existen entre ellas desde los conceptos de influencia y dependencia que pueden generar variaciones del mismo en el tiempo. Dentro de la misma metodolog��a se hace adem��s una identificaci��n de los actores m��s importantes del sistema, y a partir de las consultas de expertos y bibliograf��a, se establecen sus comportamientos caracter��sticos y la forma como estos pueden influenciar a las variables claves y por lo tanto a la estabilidad del sistema en el tiempo. A partir de la informaci��n anterior, es decir una vez identificadas las variables claves, se definen los objetivos estrat��gicos, y se exponen los posibles escenarios de futuro de acuerdo con las graficas de probabilidades que arroja el sistema, de estos escenarios de futuro se identifica el escenario ideal o el escenario apuesta.

Leil��o multiunidade: principais resultados e aplica����o ao mercado de energia brasileiro

O presente estudo �� dividido em tr��s partes: a primeira �� um resumo dos principais resultados te��ricos encontrados na literatura de Leil��es Multiunidade que s��o ��teis em leil��es de gera����o de energia. Dentre eles, foram analisadas as caracter��sticas dos leil��es Discriminat��rio, Uniforme, de Vickrey, Ascendente e H��brido levando em considera����o os crit��rios de efici��ncia e pagamento esperado. A segunda parte �� uma tentativa de extens��o de um modelo de leil��o h��brido para o caso de uma unidade para o de multiunidade. Finalmente, a terceira parte explica como �� feito o leil��o de gera����o de energia no Brasil.

Desempenho de um sistema h��brido e��lico-fotovoltaico de pequeno porte para energiza����o rural

P��s-gradua����o em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Nonlinear constrained and saturated control of power electronics and electromechanical systems

Power electronic converters are extensively adopted for the solution of timely issues, such as power quality improvement in industrial plants, energy management in hybrid electrical systems, and control of electrical generators for renewables. Beside nonlinearity, this systems are typically characterized by hard constraints on the control inputs, and sometimes the state variables. In this respect, control laws able to handle input saturation are crucial to formally characterize the systems stability and performance properties. From a practical viewpoint, a proper saturation management allows to extend the systems transient and steady-state operating ranges, improving their reliability and availability. The main topic of this thesis concern saturated control methodologies, based on modern approaches, applied to power electronics and electromechanical systems. The pursued objective is to provide formal results under any saturation scenario, overcoming the drawbacks of the classic solution commonly applied to cope with saturation of power converters, and enhancing performance. For this purpose two main approaches are exploited and extended to deal with power electronic applications: modern anti-windup strategies, providing formal results and systematic design rules for the anti-windup compensator, devoted to handle control saturation, and ���one step��� saturated feedback design techniques, relying on a suitable characterization of the saturation nonlinearity and less conservative extensions of standard absolute stability theory results. The first part of the thesis is devoted to present and develop a novel general anti-windup scheme, which is then specifically applied to a class of power converters adopted for power quality enhancement in industrial plants. In the second part a polytopic differential inclusion representation of saturation nonlinearity is presented and extended to deal with a class of multiple input power converters, used to manage hybrid electrical energy sources. The third part regards adaptive observers design for robust estimation of the parameters required for high performance control of power systems.

Simulazione dinamica di un veicolo dotato di powertrain ibrido endotermico-elettrico

Nel panorama motoristico ed automobilistico moderno lo sviluppo di motori a combustione interna e veicoli �� fortemente influenzato da diverse esigenze che spesso sono in contrasto le une con le altre. Infatti gli obiettivi di economicit�� e riduzione dei costi riguardanti la produzione e la commercializzazione dei prodotti sono in contrasto con gli sforzi che devono essere operati dalle case produttrici per soddisfare le sempre pi�� stringenti normative riguardanti le emissioni inquinanti ed i consumi di carburante dei veicoli. Fra le numerose soluzioni presenti i veicoli ibridi rappresentano una alternativa che allo stato attuale �� gi�� presente sul mercato in varie forme, a seconda della tipologie di energie accoppiate. In letteratura �� possibile trovare numerosi studi che trattano l���ottimizzazione dei componenti o delle strategie di controllo di queste tipologie di veicoli: in moltissimi casi l���obiettivo �� quello di minimizzare consumi ed emissioni inquinanti. Normalmente non viene posta particolare attenzione agli effetti che l���aggiunta delle macchine elettriche e dei componenti necessari per il funzionamento delle stesse hanno sulla dinamica del veicolo. Il presente lavoro di tesi �� incentrato su questi aspetti: si �� considerata la tipologia di veicoli ibridi termici-elettrici di tipo parallelo andando ad analizzare come cambiasse il comportamento dinamico del veicolo in funzione del tipo di installazione considerato per la parte elettrica del powertrain. In primo luogo �� stato quindi necessario costruire ed implementare un modello dinamico di veicolo che permettesse di applicare coppie alle quattro ruote in maniera indipendente per considerare diverse tipologie di powertrain. In seguito si sono analizzate le differenze di comportamento dinamico fra il veicolo considerato e l���equivalente versione ibrida e i possibili utilizzi delle macchine elettriche per correggere eventuali deterioramenti o cambiamenti indesiderati nelle prestazioni del veicolo.

Technological trajectories and environmental policy: the transformation of the automobile

This thesis aims to fill the gap in the literature by examining the relationship between technological trajectories and environmental policy in the automotive industry, focusing on the role of environmental policies in unlocking the industry from fossil fuel path-dependence. It first explores the inducement mechanism that underpins the interaction between environmental policy and green technological advances, investigating under what conditions the European environmental transport policy portfolio and the intrinsic characteristics of assignees' knowledge boost worldwide green patent production. Subsequently, the thesis empirically analyses the dynamics of technological knowledge involved in technological trajectories assessing evolution patterns such as variation, selection and retention, in order to study the impact of policy implementation on technological knowledge related to electric and hybrid vehicle technologies. Finally, the thesis sheds light on the drivers that encourage a shift from incumbent internal combustion engine technologies towards low-emission vehicle technologies. This analysis tests whether tax-inclusive fuel prices and technological proximity between technological fields induce a shift from non-environmental inventions to environmentally friendly inventive activities and if they impact the competition between alternative vehicle technologies. The findings provide insights into the effectiveness of environmental policy in triggering inventive activities related to the development of alternative vehicle technologies. In addition, there is evidence that environmental policy redirects technological efforts towards a sustainable path and impacts the competition between low-emission vehicles.

Passenger car/pedestrian impact protection system evaluation. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

VSDSS, research studies. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

A study of rigid polyurethane foam. Volume I - summary report. Final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

A study of rigid polyurethane foam. Volume II - final report.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.