Mercedes-Benz、電動アキシャルフラックスモーターの大規模生産を開始
(media.mercedes-benz.com)- アキシャルフラックスモーターがBerlin-Marienfelde工場で大規模量産に入り、新型Mercedes-AMG GT 4-Door Coupéの量産車向け高性能電動ドライブトレインに初採用された
- 生産は約30,000㎡規模の3つのホールと7本のラインで行われ、全98工程のうち65工程がMercedes-Benzで初採用、35工程は世界的にも新しい工程である
- 製造技術の開発により30件超の特許出願が行われ、レーザー技術・インテリジェント制御・AIベースの品質検査・自動化工程が組み合わされている
- 長方形銅線コイル、レーザー銅接合、ポリマーレーザー溶接、最終組立の精密制御により、高い出力密度と大量生産が可能になった
- Berlin-Marienfeldeは1902年設立のMercedes-Benz最古の生産拠点であり、今回の生産開始によって高性能電動モーター製造能力の中核拠点として位置付けられる
Mercedes-Benz、アキシャルフラックスモーターの量産開始
- Mercedes-BenzがBerlin-Marienfelde工場で新型電動アキシャルフラックスモーターの大規模量産を開始した
- この工場は1902年設立のMercedes-Benz最古の生産拠点であり、数十年にわたりグローバルなパワートレイン生産ネットワークの一部を担ってきた
- 2022年からBerlin-MarienfeldeにはMercedes-Benz Digital Factory Campusも置かれている
- Mercedes-Benzはこの拠点を高性能電動モーター製造能力センターとして構築した
- 新型モーターは新型Mercedes-AMG GT 4-Door Coupéの量産車で世界初採用となる
生産規模と工程
- アキシャルフラックスモーターの量産は、かつてはその複雑さゆえに実現がほぼ困難と考えられていたが、Berlin-Marienfeldeで大規模生産へと移行した
- 全製造工程は98の工程段階で構成され、このうち65工程はMercedes-Benzで初めて使用される
- 35工程は世界的にも新しい工程であり、開発された技術は30件超の特許出願につながった
- 生産は約30,000㎡の面積を持つ3つのホールと7本の生産ラインで行われる
- 製造では、高度に自動化された工程、レーザー技術、インテリジェント制御、AIベースの品質検査、熟練人材のノウハウが組み合わされている
ビジョンから量産へ
- アキシャルフラックスモーターの量産には、精度、工程安定性、自動化に対する高い要求がある
- モーターのコンパクトな構造と高い出力密度のため、量産向けに新しい製造手順が別途開発された
- 高出力密度のため、固定子には長方形の銅線が使用され、同じ空間に丸線より多くの銅を収められる
- 銅線は高速で狭い半径に合わせて曲げる必要があり、しわ、絶縁損傷、断面減少が生じてはならない
- Mercedes-Benzはパートナーとともに、高精度と工業生産速度を両立する特殊工程を開発した
固定子コイル接合とレーザー溶接
- 固定子内部のコイルパッケージ配線も技術的に難度の高い工程である
- 各コイル端部は、非常に限られた空間で適切な配線用銅線に接続されなければならない
- 隣接するプラスチック構造が熱で損傷してはならないため、精密な銅線レーザー接合が用いられる
- この方式により、溶接点に投入されるエネルギーを最小限に抑えながら、非常に短い工程時間が可能になる
レーザーベースの高精度ポリマー溶接
- 駆動系プラスチック部品の同時レーザー透過溶接は、高い幾何学精度と最小限の侵襲的エネルギー投入を必要とする
- 周辺領域の損傷を避けるため、レーザーエネルギー投入は精密に制御される
- AIベースの光学リアルタイム品質検査が接合状態を即座に記録し、工程安定性を支える
- 部品接合の前処理では、AIベースの画像処理が部品の正確な位置を認識する
- 敏感な領域には仮想保護ゾーンが設定され、レーザーは指定された表面のみを処理する
- このように接合された部品は、油圧に耐え、高い機械的負荷にも耐える
高精度な最終組立
- 最終組立は社内で「結婚」と呼ばれ、固定子が磁石を持つ2枚のローターディスクの間に配置され固定される
- 部品には最大9kNの磁力が作用し、これは約900kgに相当する
- 同時に固定子は、磁気中心面に対して0.1mm未満の公差を維持しなければならない
- 革新的な制御アルゴリズムは、工程最後の0.5秒間に高周波制御パルスで位置を補正する
- 最終組立の核心は力そのものよりも、インテリジェント制御、高感度センサー、正確な工程運用にある
アキシャルフラックスモーターの構造と性能
- 英国の電動モーター専門企業YASAがアキシャルフラックスモーターの基本原理をもとに革新的なプロトタイプを開発し、現在のモーターはこれを基盤としている
- Mercedes-Benzは2021年にYASAを完全子会社化した後、製品と生産工程を継続的に発展させてきた
- 開発は、自動車の大量生産、高性能、持続的負荷耐久性の要求条件に合わせる方向で進められている
- 前車軸のアキシャルフラックスモーターは毎分15,000回転を超える回転速度に達する
- 従来のラジアルフラックスモーターと異なり、アキシャルフラックスモーターの電磁フラックスは回転軸と平行に流れる
- 主要部品はディスク形状で配置され、2つのローターが固定子を左右からサンドイッチ状に挟み込む
- この構造により、非常にコンパクトなモーター設計、高い出力・トルク密度、駆動系パッケージングの自由度が可能になる
- 新型Mercedes-AMG GT 4-Door Coupéでは、前車軸モーターの幅は約9cm、後車軸の2基のモーターはそれぞれ約8cm幅である
- 3基のアキシャルフラックスモーターは各車軸のHigh Performance Electric Drive Units(HP.EDU)に統合され、小型の単入力遊星ギア変速機と同じハウジングに組み込まれる
Mercedes-AMG GT 4-Door CoupéとDigital Factory Campus
- 新型Mercedes-AMG GT 4-Door Coupéは純電動の高性能モデルで、0から100km/hまで最短2.1秒で加速する
- Driver’s Package適用時の最高速度は300km/hに達する
- CONCEPT AMG GT XX技術車両は前年にNardòで7日13時間にわたり40,000km以上を走行し、25件の長距離記録を打ち立てた
- Mercedes-AMG GT 63 4-Door Coupéの複合エネルギー消費量は21.0〜17.9kWh/100km、複合CO₂排出量は0g/kmである
- Mercedes-AMG GT 55 4-Door Coupéの複合エネルギー消費量は21.0〜17.8kWh/100km、複合CO₂排出量は0g/kmである
- Digital Factory Campusは2022年からグローバルなMercedes-Benz生産ネットワークの生産デジタル化において中心的役割を担っている
- このキャンパスは、MO360生産エコシステムに基づくデジタルアプリケーションの開発と試験のための実生産環境として使われている
- Berlin-Marienfeldeは電動高性能ドライブトレイン、デジタル生産、インテリジェント自動化を結び付け、新技術を拡張可能で品質保証された量産工程へ移行する役割を担う
1件のコメント
Hacker Newsの意見
Mercedesは数年前に**Yasa（英国）**を買収していて、いま量産のペースを上げているところ
アキシャルフラックスモーターを説明し、工場見学も見せてくれる良い動画がある
https://youtu.be/B2Hl4c1iZK0?si=VfDYARyuaPVj1nKm
本当に、本当に小さい
ここに置いてある
https://azimi.me/axial-flux-motor-explainer/
中国の先端電子産業が先進的なEVをあれほど速く開発し、反復改善できた主な理由はここにある気がする
より正確には、電動モーターを扱うのに必要な機械や作業空間が、内燃機関の金属部品やドライブトレインの多くの動力伝達部品を扱う場合とどう違うのか、という話だ。動画の作業場は多くの人が想像するより小さい
こうしたモーターが次世代のFormula Eマシンに搭載されれば、コーナリングで大きな改善が見られそうだ。現行世代はすでにアクティブ4輪駆動を備えており、このモーターがより優れたトルク制御をもたらすと思う
見る限り、アキシャルフラックスは元祖が1820年代ごろに登場したが製造が容易ではなく、その後ラジアルフラックスが現れて現在まで続いてきたようだ。なので今年はアキシャルフラックスが復活する年とも言える
モーターが軽くなると他の部品も一緒に軽くしなければならないという連鎖的な軽量化効果の話もとても興味深い
とりわけ回生ブレーキ性能が非常に高くなり、近い将来にはブレーキが不要になるかもしれないという点が印象的だった。そうなれば重量も部品点数もさらに減る
きちんと構成すればトルクはものすごく大きく、そのトルクを出すのに大量のエネルギーも必要ない。個人的に最も良かったのは、構造上完全にブラシレスで、きれいな状態を保ちやすいことだった
あの記事がどこかの時点で電動アキシャルフラックスモーターとは何か、なぜ必要なのかを説明してくれていたら、ずっと良かったはずだ
「従来のラジアルフラックスモーターとは異なり、アキシャルフラックスモーターの電磁フラックスは回転軸と平行に流れる。主要部品は円盤状の構造で配置され、2つのローターが左右からステーターを挟む。この設計により、特にコンパクトなモーター構造、高い出力・トルク密度、ドライブトレインのパッケージングにおける新たな自由度が可能になる。新型Mercedes-AMG GT 4-Door Coupeでは、前車軸モーターの幅は9cm弱で、後車軸の2つのモーターはそれぞれ幅約8cmだ。3つのアキシャルフラックスモーターは車軸ごとにいわゆるHigh Performance Electric Drive Units（HP.EDU）に統合され、単一ハウジング内で小型の入力遊星ギアボックスと組み合わされる」
さらに、ここで扱われているYASA技術そのものについての動画もある: https://youtu.be/m507ryWhc6c
ロボットが60kgの荷物を積んで20階以上の階段をかなり速く上る様子を見て本当にすごいと思った。小さなフォームファクターから生まれる高トルクが非常に印象的で、私の理解では特にスケールアップして製造する際により複雑になる
発生するフラックスが軸と平行な薄型モーターで、標準的な永久磁石同期モーター（PMSM）のようにインバーター側で同じ駆動アルゴリズムを適用して使える
とてもクールだ。実製品でアキシャルフラックスモーターをより多く見かけるのは喜ばしいし、今後新たな標準になるのか興味深い
材料コストが下がれば、大量生産コストはラジアルフラックスモーターより実際に低くなる可能性もある
ただし高性能プレミアム車を除けば、少なくとも10年ほどはラジアルフラックスモーターが引き続き主流だと思う。ラジアルフラックス方式はすでに十分実証されており、アキシャルフラックス方式は現場で信頼性を証明するのにまだ数年は必要だ
より高い荷重と応力、より厳しい公差のため、とくに大衆向けグレードではアキシャルフラックスモーターの総合的な信頼性が低くなる可能性もある。Mercedesはプレミアム車で信頼性と性能のためにかなり保守的な設計をしている可能性が高い
ラジアルフラックス方式は大半の用途ですでに「十分に良い」。アキシャルフラックス方式の効率、フォームファクター、重量改善は良いが、ボトルネックではない。ラジアルフラックスモーターもすでに高効率で、かなり軽く小さい。重量を左右する本当の要因はバッテリーだ
YASAが発表したときと、MBが買収したときのことを覚えている
電気モーター設計における驚くべき技術と進歩であり、どうにかして商用化しようとしている様子を見るのはうれしい
「モーター」が何かも、「電気」がどういう意味かも分かるが、電気軸方向磁束モーターが何なのかはまったく分からない
Doc Brownがタイムトラベルに使った代物ではないだろうとはかなり確信しているが、もしかしたらそうかもしれない
週に一度くらい、自分はこのサイトにいるには頭が悪すぎる気がすることがあるが、今日はその日だ。DuckDuckGoで調べに行く
修正: 実際にはかなり単純だった。Wikipediaの記事はこれ
https://en.wikipedia.org/wiki/Axial_flux_motor
図がもう少しあるとよいが、要点はかなり理解しやすい
1980年代のToyotaピックアップ、つまりBack to the Futureに出てきたような車にエンジンスワップをしたい
100馬力の22Rを、150〜250馬力の燃料噴射直列4気筒かターボディーゼルに載せ替えて、熱効率を20〜25%から約40%に上げ、燃費をほぼ2倍にしたい
問題は、現代のエンジンの大半が横置きだという点だ。アダプタープレートを使えばどんなトランスミッションにも合わせられるが、そうするとエンジンがファイアウォール側に押し込まれすぎて、高圧燃料ポンプのような部品にアクセスしにくくなる。こうした部品は、前輪駆動車でアクセスしやすいようトランスミッション側に付いていることが多い。計画的陳腐化のように感じる
だから、誰かがエンジンとトランスミッションの間に入れられる、厚さ4〜6インチ、100〜200馬力（100kW）級の軸方向磁束モーター挿入モジュールを出してくれたらと思う。必要に応じて簡単なバッテリー管理システム（BMS）と約5kWhの蓄電容量を組み合わせ、15〜20マイルのEV走行距離と回生ブレーキベースのハイブリッド燃費を実現できればよい
心当たりの製品があれば教えてほしい。なければ、ネット宝くじに当たった人たちは、まだみんなが欲しがっていることに気づいていない新製品に投資して大儲けできるだろう
ただし輸入が必要かもしれないし、米国では本当に珍しい
まったく同感だ。自分のTacomaにももっと選択肢があればいいのにと思う
メキシコから左ハンドルのHiluxを持ち込むことも考えている
最大の問題はインバーターと制御ソフトウェアになるだろう
ここで興味深い部分は、モーター自体よりも製造である可能性が高い
試作品から、安定して大量生産できる製品へ移ることが、たいてい難しい部分だ
ここ数年、軸方向磁束電気モーターが車1台あたり100ポンド、多ければ数百ポンドの軽量化をもたらすという誇大な期待を見てきた
今回の発表は、それが実際に少しずつ起こり始めたということなのだろうか？
総重量や長期耐久性の面では、モーターよりバッテリーのほうが重要だが、それでもどんな改善でも助けにはなる
YASAの成果が実を結ぶのは喜ばしいが、英国は次の技術的ブレークスルーをきちんと生かすには本気で目を覚ます必要がある
この動画のおかげで、軸方向磁束モーターが何で、放射方向磁束とどう違うのか理解できた
こうした出力を可能にする材料科学の成果も、エンジニアリングも製造も驚くべきものだ
https://www.youtube.com/watch?v=dCO633KE7RA