Mercedes-Benz 축류 전동기 대규모 생산

Mercedes-Benz는 베를린-마리엔펠데 공장에서 전기 축류 전동기의 대규모 생산을 시작했습니다. 이 고성능이며 컴팩트한 전동기는 Mercedes-AMG GT 4도어 쿠페에 처음 적용되며, 기술 프로토타입에서 산업 현실로의 전환을 의미합니다.

축류와 방사형 플럭스 기술 비교

축류 전동기는 전자기 플럭스가 회전축에 평행하게 흐른다는 점에서 기존의 방사형 플럭스 전동기와 차별화됩니다. 이 설계에서는 두 개의 로터 디스크가 중앙의 스테이터를 끼워 넣어 팬케이크 형태의 팩터를 형성합니다.

이 아키텍처는 여러 기술적 장점을 제공합니다:

• 고출력 밀도: 설계 덕분에 크기에 비해 더 높은 토크와 전력을 제공하는 보다 컴팩트한 전동기를 구현할 수 있습니다.
• 컴팩트한 패키징: Mercedes-AMG GT 4도어 쿠페에서 전축 전동기의 폭은 약 9 cm이며, 두 개의 후축 전동기는 각각 약 8 cm 폭입니다.
• 성능 향상: 이 기술을 통해 완전 전기 퍼포먼스 모델은 0~100 km/h 가속을 최소 2.1초에 달성하고, 드라이버 패키지와 함께 최고 속도 300 km/h에 도달합니다.

산업화 및 제조 혁신

축류 기술을 프로토타입에서 대량 생산으로 전환하기 위해 전 세계적으로 35개의 새로운 제조 공정을 개발하고 30건 이상의 특허를 출원했습니다. 생산 시설은 3개의 홀과 7개의 생산 라인에 걸쳐 30,000㎡ 규모이며, 총 98개의 공정 단계가 포함됩니다.

고급 부품 제작

• 직사각형 구리 와이어: 스테이터 내부의 구리 밀도를 최대화하기 위해 Mercedes-Benz는 절연 손상이나 접힘 없이 고속으로 직사각형 구리 와이어를 좁은 반경으로 굽는 특수 공정을 개발했습니다.
• 레이저 인터커넥션: 극히 제한된 공간 때문에 구리 와이어 끝은 고정밀 레이저 용접으로 연결되며, 이는 주변 플라스틱 구조를 보호하기 위해 열 에너지 투입을 최소화합니다.
• AI 기반 폴리머 용접: 조립 시 플라스틱 부품에 레이저 전송 용접을 동시에 사용합니다. AI 기반 광학 실시간 품질 관리와 이미지 처리를 통해 부품 배치를 정확히 하고 민감 부위 손상을 방지합니다.

“웨딩” 조립 공정

• 고정밀 엔드 어셈블리: 최종 조립인 “웨딩”은 스테이터를 두 개의 자기 로터 디스크 사이에 배치하는 과정입니다.
• 자기력 관리: 이 과정에서는 최대 9 kN(약 900 kg)의 자기력을 관리하면서 스테이터를 자기 중심면에서 0.1 mm 미만의 공차로 유지해야 합니다. 이는 공정 마지막 0.5초 동안 위치를 보정하는 고주파 제어 알고리즘을 통해 달성됩니다.

전략적 통합 및 기원

이 기술은 영국 전동기 전문업체 YASA의 연구를 기반으로 하며, Mercedes-Benz는 2021년에 YASA를 전액 출자 자회사로 인수했습니다. 인수 이후 Mercedes-Benz는 자동차 대량 생산과 장기 내구성 요구에 맞추어 제품 및 제조 공정을 정교화했습니다.

기술 커뮤니티 관점

발표가 제조 분야의 도약을 강조하는 반면, 엔지니어와 애호가들 사이의 기술 토론은 이 기술의 영향에 대해 보다 미묘한 시각을 보여줍니다:

• 신뢰성 vs. 성능: 일부 관찰자는 축류 전동기가 뛰어난 출력 밀도를 제공하지만, 더 높은 하중과 스트레스를 받으며 방사형 전동기보다 더 엄격한 공차가 필요하다고 지적합니다.
• 대중 시장 실현 가능성: 방사형 전동기가 ‘충분히 좋고’ 신뢰성 측면에서 더 검증된 기술이기 때문에 향후 10년간 대중 차량의 표준으로 남을 가능성이 높다는 의견이 지배적입니다.
• 제조가 진정한 성과: 여러 논평가들은 주요 돌파구는 전동기 설계 자체가 아니라, 복잡한 형상을 신뢰성 있게 대량 생산할 수 있게 된 점이라고 강조합니다.

"주요 이점은 동일한 출력에 대해 더 작고 가볍다는 점인 것 같습니다... 방사형 전동기는 이미 효율이 높고, 무게와 크기도 적당합니다. 실제 무게에서 중요한 요소는 배터리입니다."

"프로토타입에서 신뢰성 있게 대량 생산할 수 있는 단계로 넘어가는 것이 종종 가장 어려운 부분입니다."