Dynamic Simulations of Rotors during Drop on Retainer Bearings

The active magnetic bearings have recently been intensively developed because of noncontact support having several advantages compared to conventional bearings. Due to improved materials, strategies of control, and electrical components, the performance and reliability of the active magnetic bearings are improving. However, additional bearings, retainer bearings, still have a vital role in the applications of the active magnetic bearings. The most crucial moment when the retainer bearings are needed is when the rotor drops from the active magnetic bearings on the retainer bearings due to component or power failure. Without appropriate knowledge of the retainer bearings, there is a chance that an active magnetic bearing supported rotor system will be fatal in a drop-down situation. This study introduces a detailed simulation model of a rotor system in order to describe a rotor drop-down situation on the retainer bearings. The introduced simulation model couples a finite element model with component mode synthesis and detailed bearing models. In this study, electrical components and electromechanical forces are not in the focus. The research looks at the theoretical background of the finite element method with component mode synthesis that can be used in the dynamic analysis of flexible rotors. The retainer bearings are described by using two ball bearing models, which include damping and stiffness properties, oil film, inertia of rolling elements and friction between races and rolling elements. Thefirst bearing model assumes that the cage of the bearing is ideal and that the cage holds the balls in their predefined positions precisely. The second bearing model is an extension of the first model and describes the behavior of the cageless bearing. In the bearing model, each ball is described by using two degrees of freedom. The models introduced in this study are verified with a corresponding actual structure. By using verified bearing models, the effects of the parameters of the rotor system onits dynamics during emergency stops are examined. As shown in this study, the misalignment of the retainer bearings has a significant influence on the behavior of the rotor system in a drop-down situation. In this study, a stability map of the rotor system as a function of rotational speed of the rotor and the misalignment of the retainer bearings is presented. In addition, the effects of parameters of the simulation procedure and the rotor system on the dynamics of system are studied.

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.

Verbrennungen--Von der Bagatelle zur Katastrophe [Burns--from trifle case to mass casualty]

Burn injuries are very frequent, most being trifle cases. Nevertheless every year about 200 patients need to be treated in one of the two specialised Swiss burns centres. Admission criteria are burns > 15% body surface or burns to critical areas (face neck, hands, genitalia, joints) and electrical injuries. The paper reviews the physiophathology of the burn wound which differs depending on the thermal or electrical aetiology. The airway may be threatened due to true inhalation, but also to burns to the face or neck. In major burns >20% body surface in adults, or > 10% in children, fluid resuscitation will be required; oral hydration is generally sufficient by smaller burns. Surgical treatment of 2nd and 3rd degree burns starts within the first 24 days after injury. While complex treatment is generally available in peace time, a major accident such as a disco-fire that can generate hundreds casualties in a few minutes, can threaten our system and force the adoption of triage rules, and simplified treatments. Attitudes to adopt in such conditions are discussed.

Properties of amorphous silicon thin films grown in square wave modulated silane rf discharges.

Hydrogenated amorphous silicon (a‐Si:H) thin films have been obtained from pure SiH4 rf discharges by using the square wave modulation (SQWM) method. Film properties have been studied by means of spectroellipsometry, thermal desorption spectrometry, photothermal deflection spectroscopy and electrical conductivity measurements, as a function of the modulation frequency of the rf power amplitude (0.2-4000 Hz). The films deposited at frequencies about 1 kHz show the best structural and optoelectronic characteristics. Based upon the experimental results, a qualitative model is presented, which points up the importance of plasma negative ions in the deposition of a‐Si:H from SQWM rf discharges through their influence on powder particle formation.

Puolustusvoimien tutkimustoiminnan verkottumisen kehittäminen

Työssä selvitettiin Puolustusvoimien Teknillisen Tutkimuslaitoksen Elektroniikka- ja informaatiotekniikan verkottumisen nykytila sekä esitettiin vaihtoehtoja teknisen tutkimustoiminnan kehittämiseksi.Lisäksi perehdyttiin verkottumiseen käsitteenä sekä verkottumisen motiiveihin. Verkkojen syntymekanismeihin sekä erilaisten verkkojen ominaisuuksiin perehdyttiin etsittäessä sopivaa verkottumisstrategiaa tai –tapaa puolustusvoimien teknisen tutkimustoiminnan kehittämiseksi. Kolmea verkottumisvaihtoehtoa tutkittiin: hierarkkista tai vertikaalista verkottumista, kumppanuutta sekä strategista verkottumista. Kuvattaessa Puolustusvoimien Teknillisen Tutkimuslaitoksen Elektroniikka- ja informaatiotekniikkaosaston verkottumisen nykytilaa kuvailtiin myös osaston ja eräiden kumppaneiden yhteistyöstä saamaa hyötyä.Lopuksi perehdyttiin verkottumisen yleisiin haasteisiin ja hyötyihin sekä verkonrakentajan rooliin.

Komponenttien lämpöteknisten parametrien karakterisointilaitteiston suunnittelu ja toteutus

Elektroniikan pienentyessä ja tehotiheyden kasvaessa tarvitaan paremmin suunniteltuja jäähdytysjärjestelyjä. Suunnittelun apuna voidaan käyttää perinteisiä lämmönsiirtoyhtälöitä, virtauslaskentaa ja mittauksia. Tässä työssä on suunniteltu ja rakennettu mittauslaitteisto nimenomaan elektroniikan komponenttien ja jäähdytyselementtien lämpötilojen ja painehäviöiden mittaamiseen. Koeajona laitteistolla on mitattu jäähdytyselementin lämpötilajakauma kahdella eri virtausnopeudella ja lämpötilalla sekä verrattu niitä aikaisemmin mitattuihin tapauksiin sekä Fluent- virtauslaskentaohjelmalla laskettuihin tuloksiin.

Sähköisen hankintatoiminnan arviointi benchmarkingin avulla - tapaus IBM

Työn tavoitteena on ollut arvioida Oy International Business Machines Ab:n sähköistä hankintatoimintaa benchmarkingin avulla. Tutkimuksessa on selvitetty, miten IBM:n sähköinen hankintatoiminta on toteutettu kolmen muun yrityksen sähköisiin hankintatoimintoihin verrattuna. Lisäksi tarkoituksena on ollut löytää uusia mahdollisuuksia IBM:n sähköisten hankintatoimintojen kehittämiseksi. Työn teoriaosassa on käsitelty ensin hankintatoimintaa ja sen roolia toimitusketjussa, jonka jälkeen on tarkasteltu Internetin käyttöä hankintatoiminnoissa. Lisäksi on esitelty IBM:n sähköistä hankintatoimintaa sekä benchmarkingia toiminnan arvioinnin välineenä. Soveltavassa osassa on rakennettu benchmarking-prosessi, jonka avulla benchmarking-tutkimus suoritettiin. Tutkimusaineisto on kerätty benchmarking-vierailujen ja kirjallisuuslähteiden avulla. Benchmarking-tutkimuksen tulokset osoittivat, että kaikilla yrityksillä on kokemuksia sähköisien menetelmien käytöstä yritysten hankintatoiminnoissa ja ne on koettu hyödyllisiksi. Yritysten hankintatoiminnot perustuivat kuitenkin edelleen sekä perinteisiin toimintatapoihin että sähköisiin menetelmiin, mutta niiden kehittäminen täysin sähköisiksi oli yrityksille lähivuosien tärkeä tavoite. IBM:n hankintatoimintojen kehittämiseksi on esitetty useiden eri tekniikoiden käyttämistä sähköisen hankintatoiminnan toteuttamisessa. Kehitysmahdollisuutena on myös ehdotettu toimittajien verkkosivujen käyttämistä joidenkin tuotteiden hankkimisessa.

Langattomien tietoverkkojen hyödyntäminen kuntoilujärjestelmissä

Tekniikan ja elektroniikan kehityksen myötä on voitu kehittää erilaisia kuntoilujärjestelmiä. Niiden tarkoituksena on motivoida liikkumaan, parantaa suorituksia sekä helpottaa harjoitustietojen keräystä ja analysointia. Langattomuus tuo etuja järjestelmän liikkuvuuteen ja komponenttien päivitettävyyteen. Langattomien henkilökohtaisten päätelaitteiden käyttö kuntoilujärjestelmän osana tarjoaa mahdollisuuden hyödyntää harjoitustietoja laajemmin. Langattoman kuntoilujärjestelmän luominen ei kuitenkaan ole ongelmatonta. Tässä diplomityössä keskitytään tutkimaan voidaanko tämän hetken langattomilla tietoverkoilla ja niitä käyttävillä päätelaitteilla toteuttaa sujuvasti toimiva langaton kuntoilujärjestelmä. Työssä perehdytään ensin olemassa oleviin kuntoilujärjestelmiin. Niiden ongelmia ratkomaan käytettiin langattomia tietoverkkoja. Tutkittaviksi tietoverkoiksi valitiin käytetyimmät radioverkot, joita myöhemmin hyödynnetään kuntoiluyhteisötutkimuksessa. Teoriaosaa tukemaan toteutetaan langaton kuntoilujärjestelmä. Työn tuloksena on selvitys langattoman kuntoilujärjestelmän toteuttamisen mahdollisuudesta tämän päivän tekniikoilla. Lisäksi tuloksena on langaton Bluetooth-verkkoa hyödyntävä kuntoiluohjelmisto.

Lämpötilanmittaus magneettikuvausympäristössä optista tehon- ja tiedonsiirtoa käyttäen

Lääketieteellisen magneettikuvantamisen yhteydessä on tarpeen mitata mm. potilaan lämpötilaa. Kuvantamisessa käytettävät kentät asettavat suuret vaatimukset kuvauksen aikana käytettäville mittalaitteille. Magneettikuvausympäristöön soveltuva lämpötilanmittausjärjestelmä on mahdollista toteuttaa käyttämällä sekä lämpötilatiedon että sähkötehon siirtämiseen valokuitua, jolloin järjestelmä on täysin galvaanisesti erotettu. Valokuidusta tuleva optinen teho muunnetaan sähkötehoksi valosähkömuuntimella. Tämä diplomityö keskittyy magneettikuvauksessa käytettävän lämpötilanmittausjärjestelmän suunnitteluun. Haasteena oli optisesta tehonsiirrosta johtuva tarve minimoida tehonkulutus ja lämpötilamittauksen tarkkuusvaatimus. Järjestelmän prototyyppi voidaan rakentaa suunnittelun mukaisesti. Diplomityössä suunnittelutuloksia testattiin koekytkennän avulla ja näin varmistuttiin mittausperiaatteen toimivuudesta.

PEN as substrate for new solar cell technologies

The possible use of polyethylene naphthalate as substrate for low-temperature deposited solar cells has been studied in this paper. The transparency of this polymer makes it a candidate to be used in both substrate and superstrate configurations. ZnO:Al has been deposited at room temperature on top of PEN. The resulting structure PEN/ZnO:Al presented good optical and electrical properties. PEN has been successfully textured (nanometer and micrometer random roughness) using hot-embossing lithography. Reflector structures have been built depositing Ag and ZnO:Al on top of the stamped polymer. The deposition of these layers did not affect the final roughness of the whole. The reflector structure has been morphologically and optically analysed to verify its suitability to be used in solar cells.

Product information management system design framework for production oriented company

Diplomityössä luodaan viitekehys tuotetiedonhallintajärjestelmän esisuunnittelua varten. Siinä on kolme ulottuvuutta: lisäarvontuotto-, toiminnallisuus- ja ohjelmistoulottuvuus. Viitekehys auttaa- tunnistamaan lisäarvontuottokomponentit, joihin voidaan vaikuttaa tiettyjen ohjelmistoluokkien tarjoamilla tuotetiedonhallintatoiminnallisuuksilla. Viitekehyksen järjestelmäsuunnittelullista näkökulmaa hyödynnetään tutkittavissa yritystapauksissa perustuen laskentamatriisin muotoon mallinnettuihin ulottuvuuksien välisiin suhteisiin. Matriisiin syötetään lisäarvontuotto- ja toiminnallisuuskomponenttien saamat tärkeydet kohdeyrityksessä suoritetussa haastattelututkimuksessa. Matriisin tuotos on tietyn ohjelmiston soveltuvuus kyseisen yrityksen tapauksessa. Soveltuvuus on joukko tunnuslukuja, jotka analysoidaan tulostenkäsittelyvaiheessa. Soveltuvuustulokset avustavat kohdeyritystä sen valitessa lähestymistapaansa tuotetiedonhallintaan - ja kuvaavat esisuunnitellun tuotetiedonhallintajärjestelmän. Viitekehyksen rakentaminen vaatii perinpohjaisen lähestymistavan merkityksellisten lisäarvontuotto- ja toiminnallisuuskomponenttien sekä ohjelmistoluokkien määrittämiseen. Määritystyö perustuu työssä yksityiskohtaisesti laadittujen menetelmien ja komponenttiryhmitysten hyödyntämiselle. Kunkin alueen analysointi mahdollistaa viitekehyksen ja laskentamatriisin rakentamisen yhdenmukaisten määritysten perusteella. Viitekehykselle on ominaista sen muunneltavuus. Nykymuodossaan se soveltuu elektroniikka- ja high-tech yrityksille. Viitekehystä voidaan hyödyntää myös muilla toimialoilla muokkaamalla lisäarvontuottokomponentteja kunkin toimialan intressien mukaisesti. Vastaavasti analysoitava ohjelmisto voidaan valita tapauskohtaisesti. Laskentamatriisi on kuitenkin ensin päivitettävä valitun ohjelmiston kyvykkyyksillä, minkä jälkeen viitekehys voi tuottaa soveltuvuustuloksia kyseiseen yritystapaukseen perustuen

USER'S GUIDE FOR ADVANCED PROCESS SIMULATION SOFTWARE APROS 5

Tässä diplomityössä tehtiin käyttäjän opas kehittyneelle prosessisimulointiohjelmistolle APROS 5. Opas on osa VTT Energialle tehtävää APROS 5 käyttäjän koulutuspakettia, joka julkaistaan myöhemmin CD-ROM -muotoisena. Prosessisimulointiohjelmistoa AAPROS 5 voidaan käyttää termohydraulisten prosessien, automaatiopiirien ja sähköjärjestelmien mallinnuksessa. Ohjelma sisältää myös neutroniikkamallin ydinreaktorin käyttäytymisen mallintamiseksi. APROS:in aikaisemmilla UNIX-ympäristössä toimivilla versioilla on toteutettu useita ydinvoimalaitosten turvallisuustutkimukseen liittyviä analyysejä ja sekä ydinvoimalaitosten että konventionaalisten voimalaitosten koulutussimulaattoreita. APROS 5 toimii Windows NT -ympäristössä ja on oleellisesti erilainen käyttää kuin aikaisemmat versiot. Tämän myötä syntyi tarve uudelle käyttäjän oppaalle. Käyttäjän oppaassa esitetään APROS 5:n tärkeimmät toiminnot, mallinnuksen periaatteet ja termohydraulisten ja neutroniikan ratkaisumallit. Lisäksi oppaassa esitetään esimerkki, jossa mallinnetaan yksinkertaistettu VVER-440 -tyyppisen ydinvoimalaitoksen primääripiiri. Yksityiskohtaisempaa tietoa ohjelmistosta on saatavilla APROS 5 -dokumentaatiosta.

Toimivan palautejärjestelmän ja laatujohtamisen kautta parempaan toimintaprosessiin ja korkeampaan sisäiseen asiakastyytyväisyyteen

Palautejärjestelmät mahdollistavat tiedon siirron suurissa organisaatioissa toimittajan ja sisäisten asiakkaiden välillä. Kun palaute on saatu kerättyä, on vasta ensimmäinen askel toiminnan kehittämisessä otettu. Keräämisen jälkeen tieto pitää vielä käsitellä, analysoida ja jakaa eteenpäin. Viimeisenä vaiheena tulee ajan kuluttua tarkastaa, onko palautteesta pystytty hyötymään. Palautteen keräysmahdollisuuksia on kahdenlaisia: Ihmisten välinen ja sähköinen tiedonkeruu. Toteutettaessa ihmisten välistä palautteen keräämistä on tutkimusmenetelmä poikkeuksetta kvalitatiivinen. Sähköisesti toteutettavat tiedon hankinnat taas ovat yleensä kvantitatiivisia. Tämä Pro- Gradu keskittyy valaisemaan asioita, jotka liittyvät palautejärjestelmiin kvalitatiivisen tutkimuksen kautta. Läpi tutkielman mukana kulkevat myös tiiviisti palautteen keräämiseen tukevasti nivoutuvat laatujohtaminen, prosessijohtaminen sekä asiakastyytyväisyys.

Experience-based Auditory Predictions Modulate Brain Activity to Silence as Do Real Sounds.

Interactions between stimuli's acoustic features and experience-based internal models of the environment enable listeners to compensate for the disruptions in auditory streams that are regularly encountered in noisy environments. However, whether auditory gaps are filled in predictively or restored a posteriori remains unclear. The current lack of positive statistical evidence that internal models can actually shape brain activity as would real sounds precludes accepting predictive accounts of filling-in phenomenon. We investigated the neurophysiological effects of internal models by testing whether single-trial electrophysiological responses to omitted sounds in a rule-based sequence of tones with varying pitch could be decoded from the responses to real sounds and by analyzing the ERPs to the omissions with data-driven electrical neuroimaging methods. The decoding of the brain responses to different expected, but omitted, tones in both passive and active listening conditions was above chance based on the responses to the real sound in active listening conditions. Topographic ERP analyses and electrical source estimations revealed that, in the absence of any stimulation, experience-based internal models elicit an electrophysiological activity different from noise and that the temporal dynamics of this activity depend on attention. We further found that the expected change in pitch direction of omitted tones modulated the activity of left posterior temporal areas 140-200 msec after the onset of omissions. Collectively, our results indicate that, even in the absence of any stimulation, internal models modulate brain activity as do real sounds, indicating that auditory filling in can be accounted for by predictive activity.

Microcrystalline silicon thin film transistors obtained by Hot-Wire CVD

Polysilicon thin film transistors (TFT) are of great interest in the field of large area microelectronics, especially because of their application as active elements in flat panel displays. Different deposition techniques are in tough competition with the objective to obtain device-quality polysilicon thin films at low temperature. In this paper we present the preliminary results obtained with the fabrication of TFT deposited by hot-wire chemical vapor deposition (HWCVD). Some results concerned with the structural characterization of the material and electrical performance of the device are presented.