Fractional slot permanent magnet synchronous motors for low speed applications

This study compares different rotor structures of permanent magnet motors with fractional slot windings. The surface mounted magnet and the embedded magnet rotor structures are studied. This thesis analyses the characteristics of a concentrated two-layer winding, each coil of which is wound around one tooth and which has a number of slots per pole and per phase less than one (q < 1). Compared to the integer slot winding, the fractional winding (q < 1) has shorter end windings and this, thereby, makes space as well as manufacturing cost saving possible. Several possible ways of winding a fractional slot machine with slots per pole and per phase lessthan one are examined. The winding factor and the winding harmonic components are calculated. The benefits attainable from a machine with concentrated windingsare considered. Rotor structures with surface magnets, radially embedded magnets and embedded magnets in V-position are discussed. The finite element method isused to solve the main values of the motors. The waveform of the induced electro motive force, the no-load and rated load torque ripple as well as the dynamic behavior of the current driven and voltage driven motor are solved. The results obtained from different finite element analyses are given. A simple analytic method to calculate fractional slot machines is introduced and the values are compared to the values obtained with the finite element analysis. Several different fractional slot machines are first designed by using the simple analytical methodand then computed by using the finite element method. All the motors are of thesame 225-frame size, and have an approximately same amount of magnet material, a same rated torque demand and a 400 - 420 rpm speed. An analysis of the computation results gives new information on the character of fractional slot machines.A fractional slot prototype machine with number 0.4 for the slots per pole and per phase, 45 kW output power and 420 rpm speed is constructed to verify the calculations. The measurement and the finite element method results are found to beequal.

Design and implementation of FPGA-based LQ control of active magnetic bearings

The need for high performance, high precision, and energy saving in rotating machinery demands an alternative solution to traditional bearings. Because of the contactless operation principle, the rotating machines employing active magnetic bearings (AMBs) provide many advantages over the traditional ones. The advantages such as contamination-free operation, low maintenance costs, high rotational speeds, low parasitic losses, programmable stiffness and damping, and vibration insulation come at expense of high cost, and complex technical solution. All these properties make the use of AMBs appropriate primarily for specific and highly demanding applications. High performance and high precision control requires model-based control methods and accurate models of the flexible rotor. In turn, complex models lead to high-order controllers and feature considerable computational burden. Fortunately, in the last few years the advancements in signal processing devices provide new perspective on the real-time control of AMBs. The design and the real-time digital implementation of the high-order LQ controllers, which focus on fast execution times, are the subjects of this work. In particular, the control design and implementation in the field programmable gate array (FPGA) circuits are investigated. The optimal design is guided by the physical constraints of the system for selecting the optimal weighting matrices. The plant model is complemented by augmenting appropriate disturbance models. The compensation of the force-field nonlinearities is proposed for decreasing the uncertainty of the actuator. A disturbance-observer-based unbalance compensation for canceling the magnetic force vibrations or vibrations in the measured positions is presented. The theoretical studies are verified by the practical experiments utilizing a custom-built laboratory test rig. The test rig uses a prototyping control platform developed in the scope of this work. To sum up, the work makes a step in the direction of an embedded single-chip FPGA-based controller of AMBs.

From room for books to room for users: an old infantry barrack as an answer to the lack of space

At the beginning of the 21st century, some Catalan university libraries detected a need stemming from the lack of space and the reconversion of physical libraries within the new European educational panorama. With the same cooperative spirit that characterized previous CBUC (Consortium of Academic Libraries of Catalonia) programs and services, the Consortium set in motion a project to address this need. An initial study was commissioned in 2002, and in 2003 a suitable building (old infantry barracks) was found in Lleida. The official opening took place in 2008. GEPA (Guaranteed Space for the Preservation of Access) facility is a cooperative repository, whose objectives are to store and preserve low use documents, ensuring their future access when needed, to convert room for books into room for library users, and doing it saving both space and money. The paper presents a brief historical introduction about the physical management of collections in libraries, and a short overview about high density library repositories all over the world, as an answer to the pressing problem of lack of spaces. The main goals of the communication are to comment the architectural project and its librarian issues, and to show how the GEPA facility allowed to change the spaces in university libraries in Catalonia. On the one hand, the paper deals with the selection of an old building to be renovated, the determination of the librarian needs, the compact shelving system chosen to store the documents in the building, the relation between physical space and information management, and the logistics involved in the load of low use documents from the libraries into the facility. On the other hand, we will show some examples of physical changes in Catalan libraries after large loads of documents to GEPA.

Contribution of femoral and proximal sciatic nerve branches to the sensory innervation of hindlimb digits in the rat

The present study was performed to investigate the possibility of 'aberrant' innervation of the tips of the hindlimb digits in the rat, i.e., from other sources than the femoral and the main sciatic branches (tibial, peroneal, sural). Cutaneous injections of fluorescent tracers in the digits were combined with either selective nerve transections to restrict afferent routes followed by detection of labeled neurons in dorsal root ganglia (DRGs), or by a delayed application of a second tracer to afferent nerves under study to detect double labeled neurons in DRGs. The results show that the tips of the digits were represented in DRGs L3-6. The femoral nerve afferents from digits 1 and 2 projected primarily to DRG L3 and to a smaller extent to DRG L4. A small number of neurons from primarily medial digits 1 and 2, but also from lateral digits 3-5, were found to project to DRGs L4 and L5 via a proximal branch that leaves the sciatic nerve near the sciatic notch and runs distally in the posterior part of the thigh, here called the musculocutaneous nerve of the hindlimb. We also have some evidence indicating innervation of the tips of the digits from the posterior cutaneous nerve of the thigh. Aberrant innervation such as that described here might contribute to remaining and perhaps abnormal sensibility after nerve injury and is of interest for the interpretation of results in experimental studies of collateral and regenerative sprouting after such injury

PHOTOCATALYTIC OXIDATION OF AQUEOUS SOLUTIONS OF JET FUEL AND ICING INHIBITORS

The present paper is devoted to the results of experimental research undertaken into photocatalytical oxidation (PCO) of aqueous solutions of de-icing agents and aqueous extract of jet fuel. The report consists of introduction, literature review, description of materials and methods, discussion of results and conclusions. TiO2 was selected as a photocatalyst for the experiments with synthetic solutions of ethylene glycol, 2-ethoxyethanol and aqueous extract of jet fuel. To explain the PCO mechanisms affecting certain behaviour of de-icing agent under distinctive conditions, the following factors were studied: the impact of initial concentration of pollutant, the role of pH, the presence of tert-butanol as OH·-radicals scavenger and mineral admixtures. PCO under solar radiation performed in two ways: catalysed by irradiated TiO2 slurry or by TiO2 attached to buoyant hollow glass micro-spheres. Special attention was paid to the energy-saving PCO with reduced intensity mixing of the slurry. The effect of PCO was assessed by determination of residual chemical oxygen demand of solution (COD) and by measuring of concentration of glycols. The PCO process efficiency was assumed to be dependent on the TiO2 suspension fractional composition. Thus, the following effects of solutions’ media were viewed: presence of organic admixtures, pH influence, mixing mode during the PCO. The effects of mineral admixtures - Ca2+, Fe3+/2+, Mn2+, SO42- - that are often present in natural and wastewater systems or produced during the degradation of organic pollutants and which can affect the rate of PCO of de-icing agents, were also investigated.

Ilmastointikojeen uuden rakenneratkaisun markkinaselvitys

Työssä selvitetään korjaus- ja uudisrakentamista Suomessa sekä ilmastointikojeen valintaan vaikuttavia tekijöitä. Korjausrakentamisen osuus on kasvamassa ja tilan puute on korjausrakentamisessa usein ongelma. Lähtökohtana on tilaavan tahon idea uudesta ilmastointikojeesta, jonka rakenne soveltuu erityisesti korjausrakentamiseen. Tutkimuksessa halutaan selvittää ilmastointikojeen markkinaympäristöä ja uuden kojeen rakenneratkaisu. Tarkoitus on selvittää idean jatkokehitysmahdollisuus ja mielenkiinto asiakasympäristössä. Tietoja IV-kojeen rakenneratkaisuun ja korjausrakentamisen ongelmiin hankittiin empiirisellä kyselytutkimuksella. Kyselytutkimus koostui joukosta väittämiä. Kyselytutkimus suunnattiin rakennuttajille, urakoitsijoille ja iv-suunnittelijoille, joista suunnittelijoiden osuus on merkittävin. Tutkimus toteutettiin sähköpostikyselynä ja haastatteluina. Kaikkiaan saatiin 124 analysoitavaa vastausta. Tutkimuksessa kävi selville, että uudelle rakenneratkaisulle on kysyntää. Vastaajat olivat erityisen kiinnostuneita kojeesta, joka saastaa tilaa ja on helppo asentaa. Työ tuotti selvityksen yrityksen tuotekehitysprojektin paatoksenteon tueksi perustuen kyselytutkimuksen vastauksiin.

Kenttäväylien hyödyntäminen voimalaitosten ohjausjärjestelmissä

Tässä diplomityössä on tutkittu eri kenttäväylätekniikoita, sekä niiden hyödyntämisellä saatavia taloudellisia ja teknisiä etuja Finreilan tuotevalikoimaan kuuluvien prosessilaitosten ohjausjärjestelmissä. Työssä on vertailtu laitosautomaation toteutuskustannukset sekä perinteisellä että kenttäväyliä hyödyntävillä ohjausjärjestelmillä. Kustannukset on huomioitu läpi koko projektin, sähkösuunnittelusta laitoksen käyttöönottoon. Markkinoilla on tänä päivänä useita, erityyppisiä väyläratkaisuja. Väyläratkaisujen tarpeen ja niille asetettujen vaatimuksien selvittämiseksi esitellään työssä ensin ohjausjärjestelmien rakenne, yleisimmät kenttälaitteet sekä tiedonsiirron kerrosmalli. Kenttäväylätekniikasta esitellään perusrakenteet ja –komponentit, standardointi sekä kaupalliset kenttäväyläsovellukset. Kustannusten ja suunnitteluprosessin painotusten selvittämiseksi suunnitellaan esimerkkilaitokseen ohjausjärjestelmä, hyödyntäen kenttäväylätekniikkaa. Vertailua varten on haettu tiedot vuonna 1998 perinteisellä automaatiolla toteutetun laitoksen kustannuksista Finreila Oy:n taloushallintajärjestelmästä ja projektiaineistosta. Kenttäväylätoteutuksen kustannusarviot perustuvat laitetoimittajien tarjouksiin, sähkö- ja automaatiosuunnittelijoiden haastatteluihin sekä saatuihin käyttökokemuksiin kenttäväylistä. Työ on laadittu siten, että sitä voidaan käyttää yrityksen uusien työntekijöiden koulutuksessa, mikäli laitoksissa siirrytään käyttämään kenttäväylätekniikkaa. Kustannusvertailujen perusteella voidaan sanoa, että kyseisen tyyppisessä laitoksessa saavutetaan noin 17 % kustannussäästö automaatiojärjestelmän toteutuksessa. Suurin hyöty kenttäväylistä saadaan kuitenkin järjestelmän käyttöaikana tarkentuneiden mittausten ja paremmin kohdennettavien huoltotoimenpiteiden kautta tulevista säästöistä.

Pienten päivittäistavarakauppojen energiatalouden parantaminen

Työn tavoitteena oli löytää keinoja, joiden avulla kylmälaite- ja ilmanvaihtojärjestelmien toimintaa voitaisiin kehittää ja myymälöiden energiataloutta parantaa. Johtopäätökset sekä jatkotoimenpide-ehdotukset tehtiin koekohteista saatujen mittaustulosten sekä laskennallisten tavoitekulutusten perusteella. Tutkimus koski alle 400 m2 päivittäistavarakauppoja, joita Suomessa oli vuoden 2002 lopussa 3 011 kappaletta. Tutkimuksessa koekohteina toimineet kaksi Siwa-myymälää kuuluvat yli 450 Suomessa toimivan Siwan myymäläketjuun. Koekohteista saatujen tutkimustulosten pohjalta energiansäästötoimenpiteitä voidaan kohdistaa myös muihin Siwa-myymälöihin, jolloin energiansäästöt kasvavat huomattaviksi. Koekohteissa kylmälaitteiden osuus sähköenergiankulutuksesta oli merkittävin. Lämmönkulutuksissa suurten erojen syynä olivat koekohteiden erilaiset lauhdelämmöntalteenottojärjestelmät. Tehokkaalla lauhdelämmön talteenotolla onkin suuri merkitys myymälöiden energiatalouteen. Tulevaisuudessa elektronisten ohjausjärjestelmien käyttö tulee lisääntymään pienissä päivittäistavarakaupoissa. Ohjausjärjestelmällä saavutettavia etuja ovat energiankulutuksen minimointi, lämpötilojen tarkempi säätö- ja valvonta, lämpötilojen rekisteröinti ja kaukovalvonta. Muita myymälän energiatalouden kannalta tärkeitä tekijöitä ovat lauhdelämmön talteenotto, määräajoin tapahtuvat laitehuollot, kylmäntarpeen minimointi, energiatehokkaiden kylmäkalusteiden käyttö sekä kylmäkalusteet huomioiva myymäläsuunnittelu.

The potential of 3T high-resolution magnetic resonance imaging for diagnosis, staging, and follow-up of retinoblastoma.

We demonstrate the value of high-resolution magnetic resonance imaging (MRI) in diagnosing, staging, and follow-up of retinoblastoma during eye-saving treatment. We have included informative retinoblastoma cases scanned on a 3T MRI system from a retrospective retinoblastoma cohort from 2009 through 2013. We show that high-resolution MRI has the potential to detect small intraocular seeds, hemorrhage, and metastatic risk factors not visible with fundoscopy (e.g., optic nerve invasion and choroidal invasion), and treatment response. Unfortunately, however, the diagnostic accuracy of high-resolution MRI is not perfect, especially for subtle intraocular seeds or minimal postlaminar optic nerve invasion. The most important application of MRI is the detection of metastatic risk factors, as these cannot be found by fundoscopy and ultrasound.

Energiansäästäminen, sen toteutus ja vaikutukset lannoitteita valmistavalla tehtaalla

Suomen täytyy vähentää kasvihuonekaasupäästöt vuoden 1990 tasolle vuosien 2008–2012 velvoitekauden aikana. Suomen kansallisen ilmasto-ohjelman mukaan noin puolet vaadittavasta vähennystavoitteesta voidaan saavuttaa lisäämällä biopolttoaineiden käyttöä ja säästämällä energiaa. Kemira Agro Oy:n Uudenkaupungin tehtaiden energiansäästäminen on alkanut sen liityttyä teollisuuden vapaaehtoiseen energiansäästösopimukseen vuonna 1999. Sopimus velvoittaa vähentämään energian ja veden kulutusta sekä raportoimaan vuosittaisista kulutuksista. Työssä on esitelty energiansäästämisen eteneminen yrityksessä sopimuksen hyväksymisestä energiansäästöanalyysin toteutukseen asti. Työssä on etsitty energiaa säästäviä ratkaisuja lannoitetehtaan käyttöön tehtaan tuotantoprosesseissa. Tuotanto-osastoille on laskettu energiataseet, joiden avulla on piirretty energiavirtoja kuvaavat sankey – diagrammit. Työssä on esitetty perusidea energiansäästön toteuttamiseksi ja alustavat kustannusarviot. Löydetyillä kohteilla voidaan säästää tehtaan sähkönkulutusta yhteensä 19 GWh/a ja lisätä tuotantoa. Ionivaihdettua vettä voidaan säästää noin 6000 m3/a. Laskelmat on esitetty cd-romilla liitteessä 31.

Water consumption and soil moisture distribution in melon crop with mulching and in a protected environment

Mulching has become an important technique for land cover, but there are some technical procedures which should be adjusted for these new modified conditions to establish optimum total water depth. It is also important to observe the soil-water relations as soil water distribution and wetted volume dimensions. The objective of the present study was to estimate melon evapotranspiration under mulching in a protected environment and to verify the water spatial distribution around the melon root system in two soil classes. Mulching provided 27 mm water saving by reducing water evaporation. In terms of volume each plant received, on average, the amount of 175.2 L of water in 84 days of cultivation without mulching, while when was used mulching the water requirement was 160.2 L per plant. The use of mulching reduced the soil moisture variability throughout the crop cycle and allowed a greater distribution of soil water that was more intense in the clay soil. The clayey soil provided on average 43 mm more water depth retention in 0.50 m soil deep relative to the sandy loam soil, and reduced 5.6 mm the crop cycle soil moisture variation compared to sandy loam soil.

Energiansäästömahdollisuudet energiayhtiön toiminnassa

Työn tarkoituksena oli etsiä energian säästökohteita Etelä-Savon Energia Oy:n voimalaitos-, kaukolämpö- sekä sähkön siirto- ja jakelualalta. Työ liittyi Etelä-Savon Energia Oy:n sopimaan valtakunnalliseen energiansäästösopimukseen, jossa yhtiö sitoutui analysoimaan energian käyttönsä ja tekemään energia-analyysin pohjalta energiansäästösuunnitelman. Tässä työssä analysoitiin nykyinen energian käyttö ja etsittiin säästökohteita. Löydetyille säästökohteille määritettiin säästön sekä tarvittavan investoinnin suuruus ja suora takaisinmaksuaika investoinnille. Voimalaitoksen osalta ei löydetty suuria säästökohteita, mutta muutamia pienempiä lähinnä lämmityksiin liittyviä kohteita havaittiin. Kaukolämmön osalta säästökohteita löytyi lähinnä lämpökeskusten seisonta-aikaisista lämmityksistä, mutta kaukolämpöverkon osalta ei kannattavia säästökohteita löydetty. Sähkön siirron ja jakelun osalta loistehon kompensoinnin lisääminen vähentäisi häviöitä verkossa ja vähentäisi kompensoinnin tarvetta voimalaitoksen generaattorilla. Isoja säästökohteita ei löydetty, koska yhtiö on vuosien varrella tehostanut toimintaansa ja pienentänyt aktiivisesti energiahäviöitä.

Työturvallisuus matkatyössä Laroxilla

Yhteisten työpaikkojen turvallisuuteen vaikuttaa keskeisten työympäristön vaaratekijöiden lisäksi oleellisesti tilaajan ja toimittajan välinen tiedonkulku. Ratkaisu yhteisten työpaikkojen turvallisuuden hallintaan on kokonaisuuden hyvä hallinta eli toimintojen yhteensovittaminen. Tämän työn tarkoituksena oli etsiä matkatyöntekijöiden turvallisuutta vaarantavia tekijöitä ja ratkaisuja niiden poistamiseksi Laroxilla. Epäkohtien määrittelemiseksi haastateltiin työntekijöitä ja tehtiin riskien arviointi Sosiaali- ja terveysministeriön menetelmällä ”Riskien arviointi työpaikalla”. Riskien arvioinnin tuloksia hyödynnettiin myös luotaessa turvallisuusohjeita matkatyöntekijöille ja suunniteltaessa turvallisuusohjeista pidettävän koulutuksen sisältöä. Turvallisuusohjeiden yksi tärkeimmistä osioista on proseduuri, jonka mukaan asiakkaiden tehtaiden turvallisuuteen liittyviä tietoja aletaan jatkossa kerätä ja tallentaa.

Kustannussäästöpotentiaali sivutuotekuljetuksissa

Tämä diplomityö tehtiin UPM-Kymmene Oyj:lle. Työssä tutkittiin kustannussäästöpotentiaalia hakkeiden, purujen ja kuorien kuljetuksissa uudenlaisten reittisuunnitelmien avulla. Tavoitteena oli löytää uusi tehokkaampi toimintamalli. Sivutuotevolyymeina käytettiin vuonna 2004 toteutuneita määriä ja laskelmat tehtiin vuodelta 2003 olevilla taulukkotaksoilla. Niitä ei ole päivitetty vuoden 2003 jälkeen eikä niihin ole lisätty polttoaineen hinnan noususta johtuvia korotuksia. Vertailun vuoksi liitteissä on esitetty sama laskelma vuoden 2004 sopimushinnoilla. Kustannussäästöjä saavutettiin nykytoimintamallin perusteella muodostettujen monipistekuljetusreittien sekä lineaarisen optimoinnin avulla. Optimoinnissa käsiteltiin ainoastaan koivuviiluhakkeiden ja purujen volyymeja. Monipistekuljetusreitteihin lisättiin mukaan jätepaperikuljetuksia ja vaneritehtaiden välisiä viilukuljetuksia. Niiden avulla oli mahdollista hyödyntää volyymien vastavirtoja. Kustannussäästöjen muodostumiseen vaikutti oleellisesti kuljetusten keskitetty ohjausmalli.

Rintamamiestalon saneerauksen energiataloudellinen tarkastelu

Työssä määritettiin Kaakkois-Suomessa sijaitsevan rintamamiestalon eri energiasaneerausvaihtoehtojen kannattavuus. Taselaskenta pohjautui pääosin Suomen rakentamismääräyskokoelman osaan D5. Tarkastelu laajennettiin koskemaan myös yleisesti rintamamiestaloja. Tällöin referenssitalona toimi kyseinen kohdetalo konstruktiossa, jossa talon vaipan eristeet olivat alkuperäiset ja lämmitysjärjestelmä uusimisen tarpeessa. Työssä kehitettiin toimiva laskenta-algoritmi, jolla pystytään määrittämään tyypillisten rintamamiestalojen energiasaneerausten kannattavuus eri lämmitysjärjestelmillä ja eri ilmastovyöhykkeillä. Samalla saadaan määritellyksi yksittäisten rakenneosien saneerauksen vaikutukset talon energiantarpeeseen. Käytännössä kaikkiin 1950-luvulla rakennettuihin rintamamiestaloihin on vuosien kuluessa tehty asumisviihtyvyyttä lisääviä parannuksia, mutta energiaa säästävät investoinnit ovat jääneet vähemmälle. Energiantarve on niissä tyypillisesti 400 kWh asuinneliötä kohti vuodessa, kun vastaava talo nyt rakennettuna kuluttaisi 55% - 60% vähemmän energiaa.