Modern electric machine drives, particularly three phase permanent magnet machine drive systems represent an indispensable part of high power density products. Such products include; hybrid electric vehicles, large propulsion systems, and automation products. Reliability and cost of these products are directly related to the reliability and cost of these systems. The compatibility of the electric machine and its drive system for optimal cost and operation has been a large challenge in industrial applications. The main objective of this dissertation is to find a design and control scheme for the best compromise between the reliability and optimality of the electric machine-drive system. The effort presented here is motivated by the need to find new techniques to connect the design and control of electric machines and drive systems. A highly accurate and computationally efficient modeling process was developed to monitor the magnetic, thermal, and electrical aspects of the electric machine in its operational environments. The modeling process was also utilized in the design process in form finite element based optimization process. It was also used in hardware in the loop finite element based optimization process. The modeling process was later employed in the design of a very accurate and highly efficient physics-based customized observers that are required for the fault diagnosis as well the sensorless rotor position estimation. Two test setups with different ratings and topologies were numerically and experimentally tested to verify the effectiveness of the proposed techniques. The modeling process was also employed in the real-time demagnetization control of the machine. Various real-time scenarios were successfully verified. It was shown that this process gives the potential to optimally redefine the assumptions in sizing the permanent magnets of the machine and DC bus voltage of the drive for the worst operating conditions. The mathematical development and stability criteria of the physics-based modeling of the machine, design optimization, and the physics-based fault diagnosis and the physics-based sensorless technique are described in detail. To investigate the performance of the developed design test-bed, software and hardware setups were constructed first. Several topologies of the permanent magnet machine were optimized inside the optimization test-bed. To investigate the performance of the developed sensorless control, a test-bed including a 0.25 (kW) surface mounted permanent magnet synchronous machine example was created. The verification of the proposed technique in a range from medium to very low speed, effectively show the intelligent design capability of the proposed system. Additionally, to investigate the performance of the developed fault diagnosis system, a test-bed including a 0.8 (kW) surface mounted permanent magnet synchronous machine example with trapezoidal back electromotive force was created. The results verify the use of the proposed technique under dynamic eccentricity, DC bus voltage variations, and harmonic loading condition make the system an ideal case for propulsion systems.

<p> Magnetization associated with the emplacement or a rock body may be thermo-remanent magnetization (TRM) in an igneous body or detrital-remanent magnetization (ORM) in a sedimentary deposit. At the time or Formation the acquired remanence will tend to lie in the ambient field direction. This primary remanence may not remain unchanged through geologic time. Viscous demagnetization may progressively destroy the remanence in the primary direction or it may be reset as VRM in a later different ambient field direction. The amount or acquired VRM will depend on the temperature the rock is heated to and the length or time the heating lasts as well as the magnetic properties or the remanence carriers.</p> <p> The remanence may also be changed by chemical reactions taking place in the magnetic minerals. The remanence acquired during these chemical changes (CRM) is round, by this work, to be a determining factor in the stability or and initial NRM during thermal remagnetization. </p> <p> Synthetic samples were stored for up to 32 days at 400 C it is possible to access geologic time. To simulate viscous changes over geologic time elevated temperatures applied for laboratory times are related to longer times at lower temperatures using the thermal activation curves. Changes in remanence during the storage were observed at various times throughout the experiment. The remanence in samples with an initial NRM was diminished, remanece in samples with a weak initial NRM increased in intensity but the remanence direction lay in the Field direction after as little as l/2 a day storage time. </p> <p> Thermal demagnetization allows separation of the magnetization on the basis of blocking temperature spectra. During the storage the initial magnetite was oxidized to cation deficent magnetite with significantly higher blocking temperatures than those found in the magnetite. Hysteresis measurements, and thermomagnetic mesurements indicate that this change results primarily From the shirt in Tc due to cation deficency. Apparently the change in T did not significantly affect the mechanisms responsible for blocking remanence but merely shifted the blocking temperatures by a similar amount. In samples with a weak initial NRM the chemical change completely reset the magnetization and in samples stored for times as short as only 8 days the initial remanence direction could not be recovered. </p> / Thesis / Bachelor of Science (BSc)

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Die vorliegenden Dissertation berichtet von der Entdeckung ungewöhnlicher magnetischer, elektronischer und struktureller Eigenschaften in einer Reihe von neuen intermetallischen Verbindungen auf Selten-Erd-Basis. Die untersuchten Systeme vom Typ RET2X bestehen aus den Selten-Erd-Elementen (RE) Yb oder Lu, den Übergangsmetallen (T) Pt oder Pd sowie den weiteren Liganden (X) Sn oder In. Die Synthese der verwendeten Proben, deren kristallografische Analyse und die Untersuchung ihrer physikalischen Eigenschaften werden im Detail vorgestellt. Diese Arbeit liefert Resultate, die sowohl für die Grundlagenforschung als auch für technische Anwendungen eine große Relevanz besitzen. Die Untersuchungen der neuen Verbindungen YbPt2Sn und YbPt2In zeigen, dass die magnetische Kopplung zwischen benachbarten Yb-Ionen extrem schwach ist. Dies führt zu einem riesigen magnetokalorischen Effekt im Bereich von 0.05 K bis 2 K. Damit besitzen beide metallischen Materialien optimale Eigenschaften, um als Kühlkörper in Entmagnetisierungskryostaten Verwendung zu finden. Zwei zu Testzwecken aufgebaute Kühleinsätze auf YbPt2Sn-Basis bestätigen die Eignung dieser Verbindung als metallisches Kühlmaterial. Die Untersuchungen der Substitutionsreihe Lu(Pt1-xPdx)2In offenbaren einen Ladungsdichtewelle (CDW)-Phasenübergang mit außergewöhnlichen Eigenschaften. Im Gegensatz zu Beobachtungen in den meisten anderen bekannten CDW-Systemen ist der Übergang in LuPt2In kontinuierlich, d. h. zweiter Ordnung. Durch Ersetzen von Pt mit isovalenten Pd kann die Übergangstemperatur T_CDW kontinuierlich zum absoluten Temperaturnullpunkt geführt werden. Die beobachteten Eigenschaften zeigen, dass der Phasenübergang dabei zweiter Ordnung bleibt. Damit wird experimentell bewiesen, dass Lu(Pt1-xPdx)2In eines der seltenen Systeme ist, in denen ein CDW quantenkritischer Punkt in Erscheinung tritt. Noch außergewöhnlicher ist die Beobachtung von Supraleitung mit einem ausgeprägten Maximum in der Sprungtemperatur T_c genau am quantenkritischen Punkt. Das deutet auf eine neuartige Kopplung zwischen quantenkritischer CDW und Supraleitung hin.

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Dans cette thèse, nous avons étudié la dynamique d'aimantation selon deux échelles de temps en utilisant la technique pompe-sonde magnéto-optique résolue en temps. A l'échelle de la picoseconde, la précession de l'aimantation est induite par des impulsions acoustiques dans des structures multicouches composées de deux couches ferromagnétique séparées par une couche métallique (Ni/Au/Py) avec différentes épaisseurs. La synchronisation de la précession des couches ferromagnétiques couplées a été observée. La modification de la précession de l'aimantation d'une couche de Ni est due l'interaction d'échange intercouche avec la couche Py. A l'échelle de 50fs, nous avons étudié la dynamique magnéto-optique cohérente, athermale, thermale et la relaxation des charges et des spins dans (Ni, Co et Fe) par impulsions de 11 fs dans un régime de faible perturbation. L'interaction spin-orbite et l'interaction d'échange jouent un rôle significatif dans la désaimantation ultrarapide. / In this thesis, we have investigated the magnetization dynamics at picosecond and femtosecond time scale using time resolved magneto-optical pump probe technique. At picosecond time scale, the magnetization precession is induced by ultrafast acoustic pulses in a three layered structure with two ferromagnetic layers separated by varying thickness of metallic spacer layer (Ni/Au/Py). The magnetization precession dynamics of the Ni layer is modified due to the interlayer exchange interaction with the Py layer and the synchronized precession of the coupied ferromagnetic layers has been observed. At the timescale of 50fs, coherent magneto-optical, non-thermal, thermal and relaxation dynamics of charges and spins in ferromagnetic transition metals (Ni, Co and Fe) is studied by using 11fs optical pulses in a very low perturbation regime. The spin orbit interaction and exchange interaction play a significant role in the demagnetization of the ferromagnetic metals induced by femtosecond pulses.

Die vorliegenden Dissertation berichtet von der Entdeckung ungewöhnlicher magnetischer, elektronischer und struktureller Eigenschaften in einer Reihe von neuen intermetallischen Verbindungen auf Selten-Erd-Basis. Die untersuchten Systeme vom Typ RET2X bestehen aus den Selten-Erd-Elementen (RE) Yb oder Lu, den Übergangsmetallen (T) Pt oder Pd sowie den weiteren Liganden (X) Sn oder In. Die Synthese der verwendeten Proben, deren kristallografische Analyse und die Untersuchung ihrer physikalischen Eigenschaften werden im Detail vorgestellt. Diese Arbeit liefert Resultate, die sowohl für die Grundlagenforschung als auch für technische Anwendungen eine große Relevanz besitzen. Die Untersuchungen der neuen Verbindungen YbPt2Sn und YbPt2In zeigen, dass die magnetische Kopplung zwischen benachbarten Yb-Ionen extrem schwach ist. Dies führt zu einem riesigen magnetokalorischen Effekt im Bereich von 0.05 K bis 2 K. Damit besitzen beide metallischen Materialien optimale Eigenschaften, um als Kühlkörper in Entmagnetisierungskryostaten Verwendung zu finden. Zwei zu Testzwecken aufgebaute Kühleinsätze auf YbPt2Sn-Basis bestätigen die Eignung dieser Verbindung als metallisches Kühlmaterial. Die Untersuchungen der Substitutionsreihe Lu(Pt1-xPdx)2In offenbaren einen Ladungsdichtewelle (CDW)-Phasenübergang mit außergewöhnlichen Eigenschaften. Im Gegensatz zu Beobachtungen in den meisten anderen bekannten CDW-Systemen ist der Übergang in LuPt2In kontinuierlich, d. h. zweiter Ordnung. Durch Ersetzen von Pt mit isovalenten Pd kann die Übergangstemperatur T_CDW kontinuierlich zum absoluten Temperaturnullpunkt geführt werden. Die beobachteten Eigenschaften zeigen, dass der Phasenübergang dabei zweiter Ordnung bleibt. Damit wird experimentell bewiesen, dass Lu(Pt1-xPdx)2In eines der seltenen Systeme ist, in denen ein CDW quantenkritischer Punkt in Erscheinung tritt. Noch außergewöhnlicher ist die Beobachtung von Supraleitung mit einem ausgeprägten Maximum in der Sprungtemperatur T_c genau am quantenkritischen Punkt. Das deutet auf eine neuartige Kopplung zwischen quantenkritischer CDW und Supraleitung hin.:Einleitung 1 Grundlagen 2 YbPt2Sn und YbPt2In 3 Adiabatische Entmagnetisierung von YbPt2Sn 4 Struktureller quantenkritischer Punkt in Lu(Pt1-xPdx)2In 5 Zusammenfassung und Ausblick

Dans cette thèse, nous rapportons l'évolution temporelle du premier et du troisième ordre de la diffusion magnétique d'un film CoTb amorphe après une excitation femtoseconde. Ces résultats sont obtenus en appliquant une diffusion résonnants de rayons X aux petits angles au seuil d'absorption magnétique de Co M3 via des expériences de pompe sonde répétitives. Une différence de comportement entre le premier et le troisième ordre de diffusion a été observée après 3,5 ps, où une seconde baisse de l'intensité du troisième ordre apparaît. En utilisant des modèles appropriés, nous montrons que cette différence est due à une augmentation de la largeur de la paroi du domaine séparant deux domaines opposés. Nous supposons que cet élargissement de la paroi est généré par une variation de l'anisotropie uniaxiale hors plan due au réchauffement thermique du réseau par l'impulsion laser femtoseconde. Cette interprétation est vérifiée en mesurant l’anisotropie uniaxiale en fonction de la température de chauffage en effectuant des mesures statiques SQUID-VSM. / In this thesis, we report the time evolution of first and third order of magnetic scattering from an amorphous CoTb film after a femtosecond excitation. These results are obtained by applying a resonant small angle X ray scattering at the Co magnetic absorption edge M3 via a repetitive pump probe experiments. Difference in behaviours between the first and third scattering orders was observed after 3.5 ps where a second drop of the third order intensity appears. Using suitable models, we show that this difference is due to an increase of the domain wall width separating two opposite domains. We suppose that this wall broadening is generated by the variation of the out of plane uniaxial anisotropy due to the thermal heating of the lattice by the femtosecond laser pulse. This interpretation is verified by following the uniaxial anisotropy as function of the heating temperature by doing static SQUID-VSM measurements

This Master thesis focuses on the design of a high efficiency Permanent-Magnet-Assisted Synchronous Reluctance Motor (PMASynRM) intended for pump applications. The new motor is designed to replace an existing Induction Motor (IM) in a pump product. The basic principles of SynRM, and PMASynRM Motors and a good analytical model were introduced. Due to the complexity and high non-linearity of this specific electrical machine, Finite Element Method (FEM) and an analytical model were combined. First, a parameter sensitivity analysis was carried out with the software SPEED. However, SPEED does not give appropriate results for the sensitivity analysis of the distance from the shaft to the first barrier, and in this case, the FEM software FLUX was used instead. Using FEM as well, the risk of demagnetization of the magnets was controlled for the nominal current and for overload conditions. Furthermore, some conclusions were drawn in terms of the losses, and efficiency for the selected design. The design fulfills the required efficiency placing either ferrite or neodymium iron bore magnets in the rotor barriers. However, if ferrite magnets are employed, the maximum current should be controlled to avoid demagnetization. Finally, a ferrite PMASynRM prototype was built and tested in the lab. The simulation results as well as the measurement of other possible technologies including IM and Line Start Permanent Magnets (LSPM) machine were compared with the measurements of the prototype in terms of efficiency, power factor and cost. It is concluded that the designed PMASynRM is a good alternative as it surpassed the required efficiency and the results from the simulation were close to the test measurements. / Detta examensarbete fokuserar på konstruktion av en högverkningsgradmotor av typen Permanent-Magnet-Assisterad Synkronreluktansmotor (PMASynRM) avsedd för pumpapplikationer. Syftet är att asynkronmotorn i befintliga pumpar ska bytas ut mot den nya konstruktionen. På grund av maskinens komplexitet och dess höga olinjäritet kombinerades Finite Element Modelling metoden (FEM) och en analytisk metod. Till en början genomfördes en parameterberoende analys med SPEED för att komma fram till hur modellens olika parametrar påverkar maskinens prestanda. FEM beräkning gav mer pålitligt resultat för parameterstudie när det gällde avståndet från axeln till den första barriären (jämför med SPEED). Detta val hade fördelen att man även kunde studera avmagnetiseringsrisken vid märkström samt undersöka vid vilken ström magneterna faktiskt avmagnetiserades. Därutöver drogs slutsatser om verkningsgrad, prestanda och förluster. PMASynRM uppfyller önskad verkningsgrad med ferrit eller neodymmagneter. Om ferritmagneter används bör den maximala strömmen kontrolleras för att undvika avmagnetisering. Till slut byggdes och testades en PMASynRM prototyp. Resultaten från simulationen samt mätningarna av andra möjliga teknologier, som asynkronmotor och nätstartande permanentmagnetiserad motor (LSPM), jämfördes med mätningarna av prototypen med avseende på verkningsgrad, effektfaktor och kostnad. Slutsatsen är att PMASynRM är ett bra alternativ eftersom den överträffade den önskade verkningsgraden och eftersom resultaten från simulationen låg mycket nära testmätningarna.