Mercedes-Benz inicia produção em larga escala de motor elétrico de fluxo axial
(media.mercedes-benz.com)- O motor de fluxo axial entra em produção em larga escala na fábrica de Berlin-Marienfelde e é aplicado pela primeira vez em um sistema de propulsão elétrica de alto desempenho para veículo de produção no novo Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé
- A produção ocorre em 3 galpões e 7 linhas, em uma área de cerca de 30.000㎡; dos 98 processos totais, 65 são usados pela primeira vez na Mercedes-Benz e 35 são processos inéditos no mundo
- O desenvolvimento das tecnologias de fabricação levou ao depósito de mais de 30 patentes, combinando tecnologia a laser, controle inteligente, inspeção de qualidade com IA e processos automatizados
- Bobinas com fio de cobre retangular, união de cobre por laser, soldagem a laser de polímeros e controle preciso na montagem final tornam possíveis alta densidade de potência e produção em massa
- Berlin-Marienfelde é a unidade de produção mais antiga da Mercedes-Benz, fundada em 1902, e com esta produção se consolida como centro de competência em fabricação de motores elétricos de alto desempenho
Início da produção em massa do motor de fluxo axial da Mercedes-Benz
- A Mercedes-Benz iniciou a produção em larga escala do novo motor elétrico de fluxo axial na fábrica de Berlin-Marienfelde
- Esta fábrica é a unidade de produção mais antiga da Mercedes-Benz, fundada em 1902, e por décadas fez parte da rede global de produção de powertrain
- Desde 2022, Berlin-Marienfelde também abriga o Mercedes-Benz Digital Factory Campus
- A Mercedes-Benz estruturou esta unidade como um centro de competência para a fabricação de motores elétricos de alto desempenho
- O novo motor é aplicado pela primeira vez no mundo em um veículo de produção, no novo Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé
Escala de produção e processos
- A produção em massa do motor de fluxo axial já foi considerada quase inviável devido à sua complexidade, mas foi convertida em produção em larga escala em Berlin-Marienfelde
- A fabricação completa é composta por 98 etapas de processo, das quais 65 são usadas pela primeira vez na Mercedes-Benz
- 35 processos são inéditos no mundo, e as tecnologias desenvolvidas resultaram em mais de 30 pedidos de patente
- A produção ocorre em 3 galpões e 7 linhas de produção, em uma área de cerca de 30.000㎡
- A fabricação combina processos altamente automatizados, tecnologia a laser, controle inteligente, inspeção de qualidade com IA e o know-how de profissionais especializados
Da visão à produção em massa
- A produção em massa do motor de fluxo axial exige padrões elevados de precisão, estabilidade de processo e automação
- Devido à estrutura compacta do motor e à alta densidade de potência, foram desenvolvidos novos procedimentos de fabricação especificamente para produção em massa
- Para obter alta densidade de potência, o estator usa fios de cobre retangulares, que permitem inserir mais cobre no mesmo espaço do que fios redondos
- Os fios de cobre precisam ser dobrados em alta velocidade para se ajustar a raios estreitos, sem gerar rugas, danos ao isolamento ou redução de seção transversal
- A Mercedes-Benz desenvolveu, junto com parceiros, processos especiais que combinam alta precisão com velocidade de produção industrial
União das bobinas do estator e soldagem a laser
- A fiação do pacote de bobinas dentro do estator também é um processo tecnicamente desafiador
- Cada extremidade de bobina deve ser conectada ao fio de cobre de fiação adequado em um espaço extremamente limitado
- Como estruturas plásticas adjacentes não podem ser danificadas pelo calor, é usada uma união precisa de cobre por laser
- Esse método permite tempos de processo muito curtos, minimizando ao mesmo tempo a energia aplicada aos pontos de solda
Soldagem de polímeros de alta precisão com base em laser
- A soldagem simultânea por transmissão a laser de componentes plásticos do sistema de propulsão exige alta precisão geométrica e aplicação minimamente invasiva de energia
- A aplicação de energia do laser é controlada com precisão para evitar danos às áreas ao redor
- A inspeção óptica de qualidade em tempo real com IA registra imediatamente o estado da união e contribui para a estabilidade do processo
- No pré-processamento da união dos componentes, o processamento de imagem com IA reconhece a posição exata das peças
- Em áreas sensíveis, são configuradas zonas virtuais de proteção, e o laser trata apenas as superfícies designadas
- As peças unidas dessa forma resistem à pressão de óleo e também suportam altas cargas mecânicas
Montagem final de alta precisão
- A montagem final é chamada internamente de “casamento”, em que o estator é posicionado e fixado entre dois discos de rotor com ímãs
- As peças estão sujeitas a forças magnéticas de até 9kN, o equivalente a cerca de 900kg
- Ao mesmo tempo, o estator deve manter uma tolerância inferior a 0,1mm em relação ao plano central magnético
- Algoritmos de controle inovadores corrigem a posição com pulsos de controle de alta frequência durante os 0,5 segundos finais do processo
- O ponto central da montagem final não está na força em si, mas no controle inteligente, nos sensores sensíveis e na operação precisa do processo
Estrutura e desempenho do motor de fluxo axial
- A empresa britânica especializada em motores elétricos YASA desenvolveu um protótipo inovador com base no princípio fundamental do motor de fluxo axial, e o motor atual é baseado nisso
- A Mercedes-Benz adquiriu integralmente a YASA em 2021 e desde então vem evoluindo continuamente o produto e os processos de produção
- O desenvolvimento foi direcionado para atender aos requisitos de produção automotiva em massa, alto desempenho e durabilidade sob carga contínua
- O motor de fluxo axial do eixo dianteiro atinge rotações superiores a 15.000 por minuto
- Diferentemente dos motores convencionais de fluxo radial, no motor de fluxo axial o fluxo eletromagnético corre em paralelo ao eixo de rotação
- Os principais componentes são dispostos em forma de disco, e dois rotores envolvem o estator pelos lados como um sanduíche
- Essa estrutura permite um design de motor extremamente compacto, alta densidade de potência e torque, e maior liberdade de packaging do sistema de propulsão
- No novo Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé, o motor do eixo dianteiro tem cerca de 9cm de largura, e os dois motores do eixo traseiro têm cerca de 8cm de largura cada
- Os 3 motores de fluxo axial são integrados às High Performance Electric Drive Units (HP.EDU) de cada eixo e combinados no mesmo alojamento com uma transmissão planetária compacta de entrada única
Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé e Digital Factory Campus
- O novo Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé é um modelo de desempenho totalmente elétrico e acelera de 0 a 100km/h em até 2,1 segundos
- Com o Driver’s Package, a velocidade máxima chega a 300km/h
- O veículo tecnológico CONCEPT AMG GT XX percorreu mais de 40.000km em 7 dias e 13 horas em Nardò no ano anterior e estabeleceu 25 recordes de longa distância
- O consumo combinado de energia do Mercedes-AMG GT 63 4-Door Coupé é de 21.0~17.9kWh/100km, e as emissões combinadas de CO₂ são de 0g/km
- O consumo combinado de energia do Mercedes-AMG GT 55 4-Door Coupé é de 21.0~17.8kWh/100km, e as emissões combinadas de CO₂ são de 0g/km
- Desde 2022, o Digital Factory Campus desempenha papel central na digitalização da produção da rede global de produção da Mercedes-Benz
- O campus é usado como ambiente real de produção para o desenvolvimento e teste de aplicações digitais baseadas no ecossistema de produção MO360
- Berlin-Marienfelde combina sistemas de propulsão elétrica de alto desempenho, produção digital e automação inteligente, e assume o papel de transferir novas tecnologias para processos de produção em massa escaláveis e com garantia de qualidade
1 comentários
Comentários do Hacker News
A Mercedes adquiriu a Yasa (Reino Unido) há alguns anos e agora está acelerando a produção em massa
Há um bom vídeo que explica o motor de fluxo axial e também mostra uma visita à fábrica
https://youtu.be/B2Hl4c1iZK0?si=VfDYARyuaPVj1nKm
É realmente, realmente pequeno
Coloquei aqui
https://azimi.me/axial-flux-motor-explainer/
Acho que esse pode ser um dos principais motivos pelos quais a avançada indústria eletrônica da China conseguiu desenvolver e iterar tão rapidamente em veículos elétricos líderes de mercado
Mais especificamente, penso em como as máquinas e o espaço de trabalho necessários para lidar com motores elétricos diferem do caso de peças metálicas de motores a combustão e dos vários componentes de transmissão de potência do trem de força. O ambiente de trabalho no vídeo é menor do que muita gente imagina
Se esses motores entrarem na próxima geração dos carros de Formula E, acho que veremos uma melhoria enorme nas curvas. A geração atual já tem tração integral ativa, e imagino que esse motor possa trazer um controle de torque melhor
Pelo que vi, o fluxo axial original surgiu por volta da década de 1820, mas era difícil de fabricar; depois apareceu o fluxo radial e ele acabou seguindo até hoje. Então, de certo modo, este é o ano em que o fluxo axial está voltando
A ideia do efeito cascata de redução de peso, em que quando o motor fica mais leve outras peças também precisam ficar mais leves, também é muito interessante
Fiquei especialmente impressionado com a parte sobre a frenagem regenerativa ficar tão boa que, em um futuro próximo, talvez os freios nem sejam mais necessários. Isso reduziria novamente o peso e a quantidade de peças
Quando bem configurado, o torque é enorme, e não é preciso tanta energia assim para gerar esse torque. Pessoalmente, o que mais gostei foi que, pela própria estrutura, ele é totalmente brushless e fácil de manter limpo
Esse texto seria muito melhor se em algum momento explicasse o que é um motor elétrico de fluxo axial e por que ele é necessário
“Ao contrário dos motores convencionais de fluxo radial, o fluxo eletromagnético dos motores de fluxo axial corre em paralelo ao eixo de rotação. Os componentes principais são dispostos em formato de disco, com dois rotores envolvendo o estator pelos lados. Esse projeto permite uma arquitetura de motor especialmente compacta, alta densidade de potência e torque, e nova liberdade no empacotamento do trem de força. No novo Mercedes-AMG GT 4-Door Coupe, o motor do eixo dianteiro tem pouco menos de 9 cm de largura, e os dois motores do eixo traseiro têm cerca de 8 cm de largura cada. Os três motores de fluxo axial são integrados por eixo às chamadas High Performance Electric Drive Units (HP.EDU) e combinados, dentro de uma única carcaça, com uma caixa planetária compacta de entrada”
Além disso, também há um vídeo sobre a própria tecnologia da YASA discutida aqui: https://youtu.be/m507ryWhc6c
Foi realmente impressionante ver o robô subir escadas bem rápido por mais de 20 andares carregando 60 kg. O alto torque vindo de um formato tão pequeno foi muito marcante e, pelo que entendi, fica ainda mais complexo quando se aumenta a escala de fabricação
É um motor fino em que o fluxo gerado é paralelo ao eixo, e pode usar do lado do inversor os mesmos algoritmos de acionamento aplicados a um motor síncrono padrão de ímã permanente (PMSM)
Muito legal. É bom ver motores de fluxo axial aparecendo mais em produtos reais, e será interessante ver se eles se tornarão o novo padrão no futuro
Se o custo dos materiais cair, o custo de produção em massa pode de fato ficar menor do que o dos motores de fluxo radial
Ainda assim, excetuando veículos premium de alto desempenho, acho que os motores de fluxo radial continuarão dominando por pelo menos mais 10 anos. O método radial já é suficientemente comprovado, e o axial ainda vai precisar de mais alguns anos para provar sua confiabilidade em campo
Por causa de cargas mais altas, maiores tensões e tolerâncias mais apertadas, a confiabilidade geral dos motores axiais pode ser menor, especialmente em versões mais populares. É bem possível que a Mercedes esteja superdimensionando o projeto para garantir confiabilidade e desempenho em veículos premium
O método radial já é “bom o suficiente” para a maioria dos usos. As melhorias de eficiência, formato e peso do método axial são boas, mas não são o gargalo. Os motores radiais já têm alta eficiência e já são bem leves e compactos. O verdadeiro fator dominante no peso é a bateria
Lembro de quando a YASA anunciou isso e de quando a MB a adquiriu
É uma tecnologia e um avanço impressionantes no projeto de motores elétricos, e é bom ver que estão tentando comercializar isso de alguma forma
Eu sei o que é um “motor” e também o que significa “elétrico”, mas não faço a menor ideia do que é um motor elétrico de fluxo axial
Tenho quase certeza de que não é o dispositivo que o Doc Brown usou para viajar no tempo, mas talvez seja
Mais ou menos uma vez por semana eu penso que sou burro demais para estar neste site, e hoje é esse dia. Vou pesquisar no DuckDuckGo
Edit: na verdade é bem simples. O artigo da Wikipedia está aqui
https://en.wikipedia.org/wiki/Axial_flux_motor
Seria bom se tivesse mais diagramas, mas ajuda a entender a essência com bastante facilidade
Eu queria fazer um swap de motor num Toyota picape dos anos 1980, tipo o que aparece em Back to the Future
Queria trocar o 22R de 100 hp por um quatro-em-linha com injeção de combustível de 150~250 hp ou por um turbodiesel, aumentando a eficiência térmica de 20~25% para cerca de 40% e quase dobrando a economia de combustível
O problema é que a maioria dos motores modernos é montada transversalmente. Dá para adaptar a qualquer transmissão com uma placa adaptadora, mas aí o motor fica empurrado demais em direção ao corta-fogo, dificultando o acesso a peças como a bomba de combustível de alta pressão. Muitas vezes essas peças ficam do lado da transmissão para facilitar o acesso em carros de tração dianteira. Parece obsolescência planejada
Então eu queria que alguém lançasse um módulo de inserção de motor de fluxo axial de 4 a 6 polegadas de espessura, na faixa de 100~200 hp (100 kW), que pudesse ser colocado entre o motor e a transmissão. Opcionalmente, com um sistema simples de gerenciamento de bateria (BMS) e cerca de 5 kWh de armazenamento, para oferecer 15~20 milhas de autonomia elétrica e economia de combustível híbrida baseada em frenagem regenerativa
Se alguém conhecer um produto assim, avise. Se não existir, quem ganhou na loteria da internet pode ganhar muito investindo num produto novo que ninguém percebeu ainda que todo mundo quer
Só que talvez tenha que importar, e nos EUA ele é realmente raro
Concordo totalmente. Queria que houvesse mais opções também para a minha Tacoma
Também estou pensando em trazer uma Hilux com volante à esquerda do México
O maior problema provavelmente vai ser o inversor e o software de controle
A parte interessante aqui talvez seja mais a fabricação do que o motor em si
Normalmente a parte difícil é passar de um protótipo para um produto que possa ser fabricado em massa de forma confiável
Há anos vejo um hype exagerado de que motores elétricos de fluxo axial reduziriam 100 libras por carro, talvez até algumas centenas de libras
Este anúncio significa que isso finalmente está começando a acontecer na prática?
Em termos de peso total e durabilidade de longo prazo, a bateria importa mais do que o motor, mas ainda assim qualquer melhoria ajuda
É bom ver o sucesso da YASA se concretizando, mas o Reino Unido realmente precisa acordar se quiser aproveitar por completo a próxima ruptura tecnológica
Foi este vídeo que me fez entender o que é um motor de fluxo axial e como ele difere do fluxo radial
Tanto os avanços na ciência dos materiais que tornam essa potência possível quanto a engenharia e a fabricação são impressionantes
https://www.youtube.com/watch?v=dCO633KE7RA