Elektrische Maschinen und Elektromobilität
Elektrische Maschinen sind eine Grundkomponente der Elektromobilität. Trotz (oder wegen?) der beinahe 200-jährigen Geschichte gibt es nach wie vor vielfältige Fragestellungen zu erforschen. Elektrische Antriebe sind wichtiger und aktueller denn je, und das natürlich nicht ausschließlich für Mobilitätsanwendungen, sondern z.B. auch für die Kraftwerkstechnik.
Zunehmend rückt auch das Zusammenspiel von elektrischer Maschine mit Leistungselektronik, Ansteuerung und Regelung in den Fokus. Modellierung verschiedener elektrischer und physikalischer Aspekte ist dabei ein wichtiger methodischer Ansatz. Die moderne Laborausstattung ermöglicht Untersuchungen im praktischen Betrieb, sei es zur Bestimmung der Maschinenparameter, als Belastungstest oder auch zur Optimierung von Regelungskomponenten am Maschinen-Prüfstand mit Hardware-in-the-Loop-Konfiguration. Anspruchsvolle (Leistungs-) Messtechnik gehört ebenso dazu wie die Verarbeitung von Sensordaten, auch die Anwendung von Konzepten des Machine Learning.
Die technische Seite der Elektromobilität betrachtet neben dem „Antriebsstrang“ auch die Umsetzung des elektrischen Antriebs in Fahrfunktionen und Fahrdynamik, sowie die verschiedenen elektronischen Systeme, die an Betrieb und Steuerung eines Fahrzeugs beteiligt sind. Eine geplanter Rollenprüfstand für Elektrofahrzeuge wird das Methodenspektrum auf den Bereich fahrdynamischer Untersuchungen bedeutend erweitern und damit auch die Bearbeitung komplexerer Fragestellungen ermöglichen: Sichere Untersuchungen von Fahrleistungen und Energieverbrauch, Echtzeitverhalten von Bordnetz- und Software-Systemen unter realen Bedingungen und vor allem systematische Untersuchungen der Wechselwirkungen des elektrischen Antriebs mit weiteren elektronischen Fahrzeugkomponenten und -systemen.
Schließlich bietet dieses Forschungsgebiet auch Raum für Arbeiten jenseits der klassischen Fahrzeuge, etwa um neue Formen urbaner Mobilität zu untersuchen oder Rennsportkonzepte. Der Elektro-Rennsport in der „Formula Student“ bietet eine experimentelle Plattform, um neuartige Ansätze und Konzepte für E-Fahrzeuge in schnellen Zyklen in der Praxis zu erproben, aber auch im Labor exemplarisch zu untersuchen.
Forschungseinrichtungen, Projekte und Publikationen
Zentrale Einrichtungen für diese Themen sind das
Labor Elektrische Maschinen und Antriebstechnik
und das noch im Aufbau befindliche Labor Elektrofahrzeugsysteme.
WEITERE LABORE UND EINRICHTUNGEN
Projekte und Publikationen
Ausgewählte Projekte
EMOTH: Die Expertise auf dem Gebiet der Modellierung mit „Modelica“ (vgl. auch Modelica Konferenz 2019 in Regensburg) wurde durch eine praktische Anwendung mit dem elektrischen Stadtbus EMIL weiter ausgebaut. Es wurde eine Modell-Bibliothek für Elektrofahrzeuge entwickelt, die es ermöglicht, Fahrleistungen und Energieverbrauch zu simulieren und verschiedene Antriebsarchitekturen zu vergleichen. Der Stadtbus EMIL lieferte dazu reale Daten, die in den Abgleich der Modelle eingeflossen sind.
Promotionsarbeit zur Auslegung einer fremderregten Synchronmaschine für einen Hochvolt-Achsantrieb, in Zusammenarbeit mit Vitesco Technologies und Universität der Bundeswehr, Prof. Gerling. Vgl. D. Grauvogl: Multiphysikalische Auslegung einer fremderregten Synchronmaschine mit magnetischer Asymmetrie für einen Hochvolt-Achsantrieb, Düren (Shaker) 2022, ISBN 978-3-8440-8553-2 .
Zustandsüberwachung von Komponenten im elektrischen Antriebsstrang: „state of health“, „fail-safe“ oder „fail-operational“ sind Stichworte, die gerade im Zusammenhang mit automatisiertem Fahren und den damit verbundenen hohen Anforderungen an die Betriebszuverlässigkeit solcher Fahrzeuge wie autonome Shuttle stark an Bedeutung gewinnen. Es werden erste Arbeiten durchgeführt, z.B. um aus der Interpretation von Sensorsignalen an elektrischen Maschinen Aussagen über deren Wartungsbedarf oder Restlebensdauer abzuleiten.
Arbeiten an der historischen Straßenbahn Regensburg: Mit mehreren Abschlussarbeiten unterstützt das Labor Elektrische Maschinen und Antriebstechnik Restaurierung und künftigen Demonstrationsbetrieb eines Triebwagens der historischen Straßenbahn in Regensburg.
VDI-Preis (2018) für Kilian Rehorik, für seine Forschungsarbeit rund um die effiziente Energienutzung und Regelung von elektrischen Antriebsmaschinen für Elektrofahrzeuge.
eSmart: Seit 2012 wurde im Rahmen von Projekt- und Abschlussarbeiten ein Smart for Two auf elektrischen Antrieb umgerüstet: Von der Integration des elektrischen Antriebs, über die Implementierung der Steuerungs- und Regelungselektronik des Motors und dessen Verkabelung bis zur Installation eines Hochvoltspeichers für die Stromversorgung des Antriebs. Das Fahrzeug stellt seitdem eine Plattform für weitere Untersuchungen und Entwicklungen dar.
Publikationen und Berichte
Die Publikationen aus der Fakultät Elektro- und Informationstechnik sind zunehmend auch auf dem Publikationsserver der OTH hinterlegt. Arbeiten zu den hier beschriebenen Themen sind u.a. von folgenden Professoren veröffentlicht worden: Prof. Haumer, Prof. Hopfensperger
Aus der o.g. Promotionsarbeit sind mehrere Publikationen entstanden, u.a. die zwei folgenden Konferenzbeiträge:
- Grauvogl, Dominik; Krabinski, Jeffrey; Stauder, Peter; Hopfensperger, Bernhard; Gerling, Dieter (2021): NVH Comparison of a Novel Wound Field Synchronous Machine with Magnetic Asymmetry with a PSM for a HV Electric Drive. In: 2021 JSAE Annual Congress (Spring) Proceedings (No.76-21).
- Grauvogl, Dominik; Hopfensperger, Bernhard; Gerling, Dieter (2020): Novel E-Machine Design Using Magnetic Asymmetry for a Magnet free Axle Drive. In: CTI Symposium 2020.