Mercedes-Benz inicia la producción a gran escala de motores eléctricos de flujo axial
(media.mercedes-benz.com)- El motor de flujo axial entra en producción masiva en la planta de Berlin-Marienfelde y se aplica por primera vez como sistema de propulsión eléctrica de alto desempeño para vehículos de producción en el nuevo Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé
- La producción se realiza en 3 naves y 7 líneas sobre una superficie de unos 30,000㎡; de los 98 procesos totales, 65 se usan por primera vez en Mercedes-Benz y 35 son procesos nuevos a nivel mundial
- El desarrollo de la tecnología de fabricación dio lugar a más de 30 solicitudes de patente, combinando tecnología láser, control inteligente, inspección de calidad basada en IA y procesos automatizados
- Bobinas de alambre de cobre rectangular, unión láser de cobre, soldadura láser de polímeros y control de precisión en el ensamblaje final hacen posible una alta densidad de potencia y la producción a gran escala
- Berlin-Marienfelde es la planta de producción más antigua de Mercedes-Benz, fundada en 1902, y con esta producción se consolida como centro de capacidades para la fabricación de motores eléctricos de alto desempeño
Mercedes-Benz inicia la producción en serie de motores de flujo axial
- Mercedes-Benz comenzó la producción a gran escala de su nuevo motor eléctrico de flujo axial en la planta de Berlin-Marienfelde
- Esta planta es la instalación de producción más antigua de Mercedes-Benz, fundada en 1902, y durante décadas ha formado parte de la red global de producción de sistemas de propulsión
- Desde 2022, Berlin-Marienfelde también alberga el Mercedes-Benz Digital Factory Campus
- Mercedes-Benz ha desarrollado este sitio como un centro de capacidades para la fabricación de motores eléctricos de alto desempeño
- El nuevo motor se aplica por primera vez en el mundo en un vehículo de producción del nuevo Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé
Escala de producción y procesos
- La producción en serie del motor de flujo axial alguna vez se consideró casi imposible de materializar debido a su complejidad, pero en Berlin-Marienfelde se convirtió en producción a gran escala
- La fabricación completa está compuesta por 98 etapas de proceso, de las cuales 65 se usan por primera vez en Mercedes-Benz
- 35 procesos son nuevos a nivel mundial, y las tecnologías desarrolladas dieron lugar a más de 30 solicitudes de patente
- La producción se lleva a cabo en 3 naves y 7 líneas de producción sobre un área aproximada de 30,000㎡
- La manufactura combina procesos altamente automatizados, tecnología láser, control inteligente, inspección de calidad basada en IA y el conocimiento de personal especializado
De la visión a la producción masiva
- La producción en serie de motores de flujo axial exige altos niveles de precisión, estabilidad de proceso y automatización
- Debido a la estructura compacta del motor y su alta densidad de potencia, se desarrollaron por separado nuevos procedimientos de fabricación para la producción masiva
- Para lograr una alta densidad de potencia, en el estator se utiliza alambre de cobre rectangular, que permite colocar más cobre en el mismo espacio que el alambre redondo
- El alambre de cobre debe doblarse a alta velocidad para ajustarse a radios estrechos, sin generar arrugas, daños en el aislamiento ni reducción de la sección transversal
- Mercedes-Benz desarrolló junto con sus socios procesos especiales que combinan alta precisión con velocidad de producción industrial
Unión de bobinas del estator y soldadura láser
- El cableado del paquete de bobinas dentro del estator también es un proceso técnicamente exigente
- Cada extremo de bobina debe conectarse, en un espacio muy limitado, con el alambre de cobre correspondiente para el cableado adecuado
- Como las estructuras plásticas adyacentes no deben dañarse por el calor, se utiliza una unión láser de cobre de alta precisión
- Este método permite tiempos de proceso muy cortos al mismo tiempo que minimiza la energía aplicada en el punto de soldadura
Soldadura de polímeros de alta precisión basada en láser
- La soldadura simultánea por transmisión láser de componentes plásticos del sistema de propulsión requiere alta precisión geométrica y una aplicación de energía mínimamente invasiva
- La energía del láser se controla con precisión para evitar daños en las áreas circundantes
- La inspección óptica de calidad en tiempo real basada en IA registra de inmediato el estado de la unión y respalda la estabilidad del proceso
- En el preprocesamiento de la unión de piezas, el procesamiento de imágenes basado en IA reconoce la posición exacta de los componentes
- En las zonas sensibles se establecen áreas virtuales de protección, y el láser solo procesa las superficies designadas
- Las piezas unidas de esta manera resisten la presión del aceite y también soportan altas cargas mecánicas
Ensamblaje final de alta precisión
- Al ensamblaje final se le llama internamente “matrimonio”, donde el estator se coloca y fija entre dos discos de rotor con imanes
- Sobre los componentes actúan fuerzas magnéticas de hasta 9kN, equivalentes a unos 900kg
- Al mismo tiempo, el estator debe mantener una tolerancia de menos de 0.1mm respecto al plano central magnético
- Un algoritmo de control innovador corrige la posición durante los últimos 0.5 segundos del proceso mediante pulsos de control de alta frecuencia
- La clave del ensamblaje final no está tanto en la fuerza misma, sino en el control inteligente, los sensores sensibles y la operación precisa del proceso
Estructura y desempeño del motor de flujo axial
- La empresa británica especializada en motores eléctricos YASA desarrolló un prototipo innovador basado en el principio fundamental del motor de flujo axial, y el motor actual se basa en ese trabajo
- Mercedes-Benz adquirió YASA como subsidiaria de propiedad total en 2021 y desde entonces ha seguido desarrollando tanto el producto como los procesos de producción
- El desarrollo avanzó orientado a cumplir los requisitos de producción automotriz en masa, alto desempeño y resistencia a cargas continuas
- El motor de flujo axial del eje delantero alcanza velocidades de giro de más de 15,000 rpm
- A diferencia de los motores convencionales de flujo radial, en los motores de flujo axial el flujo electromagnético corre en paralelo al eje de rotación
- Los componentes principales están dispuestos en forma de disco, y dos rotores envuelven al estator por ambos lados como un sándwich
- Esta estructura permite un diseño de motor muy compacto, alta densidad de potencia y torque, y mayor libertad de empaquetado del sistema de propulsión
- En el nuevo Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé, el motor del eje delantero tiene un ancho de aproximadamente 9cm, mientras que los dos motores del eje trasero tienen cada uno un ancho de cerca de 8cm
- Los 3 motores de flujo axial se integran en las High Performance Electric Drive Units (HP.EDU) de cada eje y se combinan en la misma carcasa con una transmisión planetaria compacta de una sola entrada
Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé y Digital Factory Campus
- El nuevo Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé es un modelo de alto desempeño totalmente eléctrico y acelera de 0 a 100km/h en hasta 2.1 segundos
- Con el Driver’s Package, la velocidad máxima alcanza los 300km/h
- El vehículo tecnológico CONCEPT AMG GT XX recorrió más de 40,000km en 7 días y 13 horas en Nardò el año anterior y estableció 25 récords de larga distancia
- El consumo de energía combinado del Mercedes-AMG GT 63 4-Door Coupé es de 21.0~17.9kWh/100km, y las emisiones combinadas de CO₂ son de 0g/km
- El consumo de energía combinado del Mercedes-AMG GT 55 4-Door Coupé es de 21.0~17.8kWh/100km, y las emisiones combinadas de CO₂ son de 0g/km
- Desde 2022, el Digital Factory Campus ha desempeñado un papel central en la digitalización de la producción dentro de la red global de manufactura de Mercedes-Benz
- Este campus se utiliza como entorno de producción real para el desarrollo y prueba de aplicaciones digitales basadas en el ecosistema de producción MO360
- Berlin-Marienfelde combina propulsión eléctrica de alto desempeño, producción digital y automatización inteligente, y cumple la función de llevar nuevas tecnologías a procesos de producción masiva escalables y con aseguramiento de calidad
1 comentarios
Comentarios de Hacker News
Mercedes adquirió Yasa (Reino Unido) hace unos años y ahora ya está acelerando la producción en masa
Hay un muy buen video que explica el motor de flujo axial y también muestra una visita a la fábrica
https://youtu.be/B2Hl4c1iZK0?si=VfDYARyuaPVj1nKm
Es realmente, realmente pequeño
Lo dejé aquí
https://azimi.me/axial-flux-motor-explainer/
Parece que esta podría ser una de las razones principales por las que la avanzada industria electrónica de China pudo desarrollar e iterar vehículos eléctricos líderes tan rápido
Más específicamente, me refiero a cómo son distintas la maquinaria y el espacio de trabajo necesarios para trabajar con motores eléctricos frente a cuando se manejan piezas metálicas de motores de combustión interna y los múltiples componentes de transmisión de potencia del tren motriz. El taller del video es más pequeño de lo que mucha gente imaginaría
Si estos motores entran en la próxima generación de autos de Formula E, creo que veremos una mejora enorme en las curvas. La generación actual ya tiene tracción integral activa, y me parece que este motor podría aportar un mejor control de torque
Por lo que vi, el flujo axial apareció originalmente hacia la década de 1820, pero no era fácil de fabricar, y después surgió el flujo radial, que aparentemente continuó hasta hoy. Así que, en cierto modo, este es el regreso del flujo axial este año
También es muy interesante la idea del efecto en cadena de aligeramiento, donde si el motor se vuelve más liviano, otras piezas también tienen que aligerarse
Me impresionó especialmente la parte de que el frenado regenerativo podría llegar a ser tan bueno que en un futuro cercano quizá ya no se necesiten frenos. Si eso pasa, otra vez se reducirían el peso y la cantidad de piezas
Si lo configuras bien, el torque es enorme, y tampoco hace falta tanta energía para producirlo. Personalmente, lo que más me gustó fue que, por su estructura, es completamente sin escobillas y fácil de mantener limpio
Ese artículo habría sido mucho mejor si en algún momento explicara qué es exactamente un motor eléctrico de flujo axial y por qué hace falta
“A diferencia de los motores convencionales de flujo radial, en los motores de flujo axial el flujo electromagnético corre en paralelo al eje de rotación. Los componentes clave están dispuestos en una estructura en forma de disco, y dos rotores sujetan al estator por ambos lados. Este diseño permite una estructura de motor especialmente compacta, alta densidad de potencia y de torque, y nuevas libertades para el empaquetado del tren motriz. En el nuevo Mercedes-AMG GT 4-Door Coupe, el motor del eje delantero tiene un ancho de poco menos de 9 cm, y los dos motores del eje trasero tienen cada uno un ancho de alrededor de 8 cm. Los tres motores de flujo axial están integrados por eje en las llamadas High Performance Electric Drive Units (HP.EDU), y se combinan dentro de una sola carcasa con una caja planetaria compacta de entrada”
Además, aquí hay un video sobre la propia tecnología de YASA que se trata aquí: https://youtu.be/m507ryWhc6c
Fue realmente impresionante ver al robot subir bastante rápido más de 20 pisos de escaleras cargando 60 kg. El alto torque que sale de un formato tan pequeño me impresionó mucho, y por lo que entendí, se vuelve más complejo sobre todo al escalar la fabricación
Es un motor delgado en el que el flujo magnético generado es paralelo al eje, y se puede usar con los mismos algoritmos de accionamiento del lado del inversor que en un motor síncrono estándar de imanes permanentes (PMSM)
Está buenísimo. Da gusto ver más motores de flujo axial en productos reales, y será interesante ver si se convierten en el nuevo estándar
Si bajan los costos de materiales, el costo de producción en masa podría incluso terminar siendo realmente menor que el de los motores de flujo radial
Aun así, salvo en vehículos premium de alto desempeño, creo que los motores de flujo radial seguirán dominando al menos por unos 10 años. El enfoque radial ya está suficientemente probado, y el axial todavía necesita algunos años más para demostrar su confiabilidad en campo
Por las mayores cargas y tensiones, y por tolerancias más ajustadas, la confiabilidad total de los motores axiales podría ser menor, sobre todo en versiones de mercado masivo. Es muy probable que Mercedes los esté sobrediseñando por confiabilidad y rendimiento en vehículos premium
El enfoque radial ya es “lo suficientemente bueno” para la mayoría de los usos. Las mejoras del enfoque axial en eficiencia, formato y peso están bien, pero no son el cuello de botella. Los motores radiales ya son eficientes y bastante ligeros y compactos. El factor que realmente domina el peso es la batería
Recuerdo cuando YASA lo anunció y cuando MB la adquirió
Es una tecnología y un avance asombrosos en el diseño de motores eléctricos, y da gusto ver que están intentando comercializarlo de una forma u otra
Sé qué es un “motor” y también qué significa “eléctrico”, pero no tengo ni idea de qué es un motor eléctrico de flujo axial
Estoy bastante seguro de que no es el aparato que Doc Brown usó para viajar en el tiempo, aunque quizá sí lo sea
Como una vez por semana me da la impresión de que soy demasiado tonto para estar en este sitio, y hoy es ese día. Me voy a investigar en DuckDuckGo
Edit: en realidad es bastante simple. El artículo de Wikipedia está aquí
https://en.wikipedia.org/wiki/Axial_flux_motor
Ojalá tuviera algunos diagramas más, pero deja el punto clave bastante fácil de entender
Quiero hacerle un engine swap a una pickup Toyota de los 80, o sea, a algo como la que salió en Back to the Future
Quiero cambiar el 22R de 100 hp por un cuatro en línea de inyección de combustible de 150~250 hp o por un turbodiésel, subir la eficiencia térmica de 20~25% a alrededor de 40% y casi duplicar el rendimiento de combustible
El problema es que la mayoría de los motores modernos son de montaje transversal. Con una placa adaptadora se puede acoplar a cualquier transmisión, pero entonces el motor queda demasiado empujado hacia el cortafuegos y se vuelve difícil acceder a piezas como la bomba de combustible de alta presión. Muchas veces esas piezas van del lado de la transmisión para que sean fáciles de alcanzar en vehículos de tracción delantera. Se siente como obsolescencia programada
Así que me gustaría que alguien sacara un módulo de inserción de motor de flujo axial de 4~6 pulgadas de grosor, para 100~200 hp (100 kW), que se pueda poner entre el motor y la transmisión
Idealmente, con un sistema sencillo de gestión de batería (BMS) y unos 5 kWh de almacenamiento para dar 15~20 millas de autonomía eléctrica y consumo de híbrido con frenado regenerativo
Si conocen algún producto así, me encantaría saberlo. Y si no existe, la gente que se ganó la lotería de internet podría ganar a lo grande invirtiendo en un producto nuevo que todavía no sabe que todo el mundo quiere
Aunque quizá haya que importarlo, y en EE. UU. es realmente raro
Totalmente de acuerdo. Ojalá hubiera más opciones también para mi Tacoma
Incluso estoy pensando en traer un Hilux con volante a la izquierda desde México
El mayor problema probablemente sería el inversor y el software de control
La parte interesante aquí quizá sea más la fabricación que el motor en sí
Lo difícil suele ser pasar del prototipo a un producto que pueda fabricarse en masa de forma confiable
Llevo años viendo expectativas exageradas de que los motores eléctricos de flujo axial le quitarían 100 libras por auto, o hasta varios cientos
¿Este anuncio significa que eso por fin está empezando a ocurrir de verdad?
En términos de peso total o durabilidad a largo plazo, la batería importa más que el motor, pero aun así cualquier mejora ayuda
Da gusto ver que el trabajo de YASA se haga realidad, pero el Reino Unido de verdad necesita ponerse las pilas si quiere aprovechar por completo el próximo gran avance tecnológico
Gracias a este video entendí qué es un motor de flujo axial y en qué se diferencia del flujo radial
Tanto la ciencia de materiales que permite este nivel de potencia como la ingeniería y la fabricación son impresionantes
https://www.youtube.com/watch?v=dCO633KE7RA