Mercedes-Benz, 전기 축방향 자속 모터 대규모 생산 시작

 (media.mercedes-benz.com)
1P by GN⁺ | ★ favorite | 댓글 1개
  • 축방향 자속 모터가 Berlin-Marienfelde 공장에서 대규모 양산에 들어가며, 새 Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé의 양산차용 고성능 전기 구동계로 처음 적용됨
  • 생산은 약 30,000㎡ 규모의 3개 홀과 7개 라인에서 이뤄지며, 전체 98개 공정 중 65개가 Mercedes-Benz에서 처음 쓰이고 35개는 전 세계적으로 새로운 공정임
  • 제조 기술 개발로 30건 이상 특허 출원이 이뤄졌고, 레이저 기술·지능형 제어·AI 기반 품질 검사·자동화 공정이 결합됨
  • 직사각형 구리선 코일, 레이저 구리 접합, 폴리머 레이저 용접, 최종 조립의 정밀 제어가 높은 출력 밀도와 대량 생산을 가능하게 함
  • Berlin-Marienfelde는 1902년 설립된 Mercedes-Benz의 가장 오래된 생산 거점이며, 이번 생산으로 고성능 전기 모터 제조 역량 거점으로 자리 잡음

Mercedes-Benz 축방향 자속 모터 양산 개시

  • Mercedes-Benz가 Berlin-Marienfelde 공장에서 새 전기 축방향 자속 모터의 대규모 양산을 시작함
  • 이 공장은 1902년 설립된 Mercedes-Benz의 가장 오래된 생산 거점이며, 수십 년간 글로벌 파워트레인 생산 네트워크의 일부였음
  • 2022년부터 Berlin-Marienfelde에는 Mercedes-Benz Digital Factory Campus도 자리함
  • Mercedes-Benz는 이 거점을 고성능 전기 모터 제조 역량 센터로 구축함
  • 새 모터는 새 Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé의 양산차에서 세계 최초로 적용됨

생산 규모와 공정

  • 축방향 자속 모터 양산은 한때 복잡성 때문에 거의 실현하기 어렵다고 여겨졌으나, Berlin-Marienfelde에서 대규모 생산으로 전환됨
  • 전체 제조는 98개 공정 단계로 구성되며, 이 중 65개는 Mercedes-Benz에서 처음 사용됨
  • 35개 공정은 전 세계적으로 새로운 공정이며, 개발된 기술은 30건 이상의 특허 출원으로 이어짐
  • 생산은 약 30,000㎡ 면적의 3개 홀과 7개 생산 라인에서 진행됨
  • 제조는 고도 자동화 공정, 레이저 기술, 지능형 제어, AI 기반 품질 검사, 숙련 인력의 노하우를 결합함

비전에서 대량 생산으로

  • 축방향 자속 모터 양산은 정밀도, 공정 안정성, 자동화에 높은 요구 조건을 가짐
  • 모터의 콤팩트한 구조와 높은 출력 밀도 때문에 대량 생산용으로 새 제조 절차가 별도로 개발됨
  • 고출력 밀도를 위해 고정자에는 직사각형 구리선이 사용되며, 같은 공간에 원형선보다 더 많은 구리를 넣을 수 있음
  • 구리선은 빠른 속도로 좁은 반경에 맞춰 굽혀져야 하며, 주름·절연 손상·단면 감소가 생기면 안 됨
  • Mercedes-Benz는 파트너들과 함께 높은 정밀도와 산업 생산 속도를 결합한 특수 공정을 개발함

고정자 코일 접합과 레이저 용접

  • 고정자 안의 코일 패키지 배선도 기술적으로 까다로운 공정임
  • 각 코일 끝단은 매우 제한된 공간에서 적절한 배선용 구리선과 연결돼야 함
  • 인접한 플라스틱 구조물이 열로 손상되지 않아야 하므로 정밀한 구리선 레이저 접합이 사용됨
  • 이 방식은 용접 지점에 투입되는 에너지를 최소화하면서 매우 짧은 공정 시간을 가능하게 함

레이저 기반 고정밀 폴리머 용접

  • 구동계 플라스틱 부품의 동시 레이저 투과 용접은 높은 기하학적 정밀도와 최소 침습적 에너지 투입을 요구함
  • 주변 영역 손상을 피하기 위해 레이저 에너지 투입이 정밀하게 제어됨
  • AI 기반 광학 실시간 품질 검사가 접합 상태를 즉시 기록하고 공정 안정성을 지원함
  • 부품 접합 전처리에서는 AI 기반 이미지 처리가 부품의 정확한 위치를 인식함
  • 민감한 영역에는 가상 보호 구역이 설정되며, 레이저는 지정된 표면만 처리함
  • 이렇게 결합된 부품은 오일 압력에 견디고 높은 기계적 하중도 버팀

고정밀 최종 조립

  • 최종 조립은 내부적으로 “결혼”이라 불리며, 고정자가 자석을 가진 두 로터 디스크 사이에 배치되고 고정됨
  • 부품에는 최대 9kN의 자기력이 작용하며, 이는 약 900kg에 해당함
  • 동시에 고정자는 자기 중심면에서 0.1mm 미만의 공차를 유지해야 함
  • 혁신적 제어 알고리듬은 공정 마지막 0.5초 동안 고주파 제어 펄스로 위치를 보정함
  • 최종 조립의 핵심은 힘 자체보다 지능형 제어, 민감한 센서, 정확한 공정 운영에 있음

축방향 자속 모터의 구조와 성능

  • 영국 전기 모터 전문 기업 YASA가 축방향 자속 모터의 기본 원리를 바탕으로 혁신적 프로토타입을 개발했고, 현재 모터는 이를 기반으로 함
  • Mercedes-Benz는 2021년 YASA를 완전 자회사로 인수한 뒤 제품과 생산 공정을 계속 발전시킴
  • 개발은 자동차 대량 생산, 고성능, 지속적 부하 내구성 요구 조건에 맞추는 방향으로 진행됨
  • 앞차축의 축방향 자속 모터는 분당 15,000회전을 넘는 회전 속도에 도달함
  • 기존 반경방향 자속 모터와 달리 축방향 자속 모터의 전자기 자속은 회전축과 평행하게 흐름
  • 주요 부품은 디스크 형태로 배치되며, 두 로터가 고정자를 좌우에서 샌드위치처럼 감쌈
  • 이 구조는 매우 콤팩트한 모터 설계, 높은 출력·토크 밀도, 구동계 패키징 자유도를 가능하게 함
  • 새 Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé에서 앞차축 모터 폭은 약 9cm이며, 뒤차축의 두 모터는 각각 약 8cm 폭임
  • 3개의 축방향 자속 모터는 각 차축의 High Performance Electric Drive Units(HP.EDU)에 통합되며, 소형 단일 입력 유성기어 변속기와 같은 하우징에 결합됨

Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé와 Digital Factory Campus

  • 새 Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé는 순수 전기 성능 모델이며, 0에서 100km/h까지 최대 2.1초 만에 가속함
  • Driver’s Package 적용 시 최고속도는 300km/h에 도달함
  • CONCEPT AMG GT XX 기술 차량은 전년도 Nardò에서 7일 13시간 동안 40,000km 이상을 주행하고 25개 장거리 기록을 세움
  • Mercedes-AMG GT 63 4-Door Coupé의 복합 에너지 소비량은 21.0~17.9kWh/100km이며, 복합 CO₂ 배출량은 0g/km임
  • Mercedes-AMG GT 55 4-Door Coupé의 복합 에너지 소비량은 21.0~17.8kWh/100km이며, 복합 CO₂ 배출량은 0g/km임
  • Digital Factory Campus는 2022년부터 글로벌 Mercedes-Benz 생산 네트워크의 생산 디지털화에서 중심 역할을 맡음
  • 이 캠퍼스는 MO360 생산 생태계를 기반으로 하는 디지털 애플리케이션의 개발과 시험을 위한 실제 생산 환경으로 쓰임
  • Berlin-Marienfelde는 전기 고성능 구동계, 디지털 생산, 지능형 자동화를 결합하며 새 기술을 확장 가능하고 품질 보증된 대량 생산 공정으로 옮기는 역할을 맡음

함께 보면 좋은 글 β

GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • Mercedes가 몇 년 전 Yasa(영국) 를 인수했고, 이제 양산 속도를 내는 중임
    축방향 자속 모터를 설명하고 공장 방문도 보여주는 좋은 영상이 있음
    https://youtu.be/B2Hl4c1iZK0?si=VfDYARyuaPVj1nKm
    정말, 정말 작음

    • 이게 어떻게 동작하는지 궁금해서 Claude에게 시각화해 달라고 했고, 주로 Fable이 얼마나 괜찮은지 보려던 목적이었는데 전체 감을 잡기엔 충분히 좋았음
      여기 올려둠
      https://azimi.me/axial-flux-motor-explainer/
    • 전기 모터 개발이 내연기관 개발과 어떻게 다른지 궁금함
      중국의 첨단 전자 산업이 선도적인 전기차를 그렇게 빠르게 개발하고 반복 개선할 수 있었던 주된 이유가 여기에 있는 것 같음
      더 정확히는 전기 모터를 다루는 데 필요한 기계와 작업 공간이, 내연기관 금속 부품과 구동계의 여러 동력 전달 부품을 다루는 경우와 어떻게 다른지에 대한 생각임. 영상 속 작업장은 많은 사람이 상상하는 것보다 작음
      이런 모터가 다음 세대 Formula E 차량에 들어가면 코너링에서 엄청난 개선을 보게 될 듯함. 최신 세대는 이미 능동형 4륜구동을 갖췄고, 이 모터가 더 나은 토크 조절을 가져올 수 있다고 봄
    • 좋은 영상임
      보니 축방향 자속은 원조가 1820년대쯤 나왔지만 제조가 쉽지 않았고, 이후 방사방향 자속이 등장해 지금까지 이어진 듯함. 그래서 올해 축방향 자속이 다시 돌아오는 셈임
      모터가 가벼워지면 다른 부품도 함께 가벼워져야 한다는 연쇄 경량화 효과 이야기도 매우 흥미로움
      특히 회생제동 성능이 워낙 좋아져 가까운 미래에는 브레이크가 필요 없을 수도 있다는 부분이 인상적임. 그렇게 되면 무게와 부품 수가 또 줄어듦
    • 좋은 영상이었고, 동작 방식을 잘 설명한 Munro 영상도 마음에 들었음: https://www.youtube.com/watch?v=m507ryWhc6c
    • 몇 년 전 집 연구실에서 작은 축방향 자속 모터를 몇 개 만들어 봤는데, 효율이 극도로 높음
      제대로 구성하면 토크가 엄청나고, 그 토크를 내는 데 에너지도 많이 필요하지 않음. 개인적으로 가장 좋았던 점은 구조상 완전히 브러시리스이고 깨끗하게 유지하기 쉽다는 점이었음

  • 저 글이 어느 지점에서든 전기 축방향 자속 모터가 무엇인지, 왜 필요한지 설명해 줬다면 훨씬 좋았을 것임

    • “More”를 누르고 아래로 내리면 나옴
      “기존 방사방향 자속 모터와 달리, 축방향 자속 모터의 전자기 자속은 회전축과 평행하게 흐른다. 핵심 부품은 원반형 구조로 배치되며, 두 로터가 좌우에서 스테이터를 끼운다. 이 설계는 특히 컴팩트한 모터 구조, 높은 출력 및 토크 밀도, 구동계 패키징의 새로운 자유도를 가능하게 한다. 신형 Mercedes-AMG GT 4-Door Coupe에서 앞차축 모터의 폭은 9cm가 조금 안 되고, 뒤차축의 두 모터는 각각 약 8cm 폭이다. 세 개의 축방향 자속 모터는 차축별로 이른바 High Performance Electric Drive Units(HP.EDU)에 통합되며, 단일 하우징 안에서 소형 입력 유성기어박스와 결합된다”
    • “제조를 고려한 설계”를 전문으로 하는 엔지니어링 회사 Munroe Live가 설명한 아주 좋은 YouTube 영상이 있음: https://youtu.be/dCO633KE7RA “Axial Flux Motors Explained”
      추가로, 여기서 다루는 YASA 기술 자체에 대한 영상도 있음: https://youtu.be/m507ryWhc6c
    • 선전에서 축방향 자속 모터로 사족보행 로봇을 만드는 중국 스타트업 Astrall Dynamics를 방문했음
      로봇이 60kg 짐을 싣고 20층 넘게 계단을 꽤 빠르게 오르는 모습을 보니 정말 멋졌음. 작은 폼팩터에서 나오는 높은 토크가 매우 인상적이었고, 이해한 바로는 특히 규모를 키워 제조할 때 더 복잡해짐
    • 글 속에 조금 묻혀 있지만 설명은 있음

      기존 방사방향 자속 모터와 달리, 축방향 자속 모터의 전자기 자속은 회전축과 평행하게 흐른다. 핵심 부품은 원반형 구조로 배치되며, 두 로터가 좌우에서 스테이터를 끼운다. 이 설계는 특히 컴팩트한 모터 구조, 높은 출력 및 토크 밀도, 구동계 패키징의 새로운 자유도를 가능하게 한다. 신형 Mercedes‑AMG GT 4‑Door Coupe에서 앞차축 모터의 폭은 9cm가 조금 안 되고, 뒤차축의 두 모터는 각각 약 8cm 폭이다. 세 개의 축방향 자속 모터는 차축별로 이른바 High Performance Electric Drive Units(HP.EDU)에 통합되며, 단일 하우징 안에서 소형 입력 유성기어박스와 결합된다

    • “무엇인가”는 답이 길어질 수 있지만, 왜 필요한지는 주어진 부피와 지름에서 토크 밀도를 높일 수 있기 때문임
      생성되는 자속이 축과 평행한 얇은 모터이고, 표준 영구자석 동기모터(PMSM)처럼 인버터 쪽에서 같은 구동 알고리즘을 적용해 쓸 수 있음

  • 아주 멋짐. 실제 제품에서 축방향 자속 모터가 더 많이 보이는 건 반가운 일이고, 앞으로 새 표준이 될지 흥미로움
    재료 비용이 줄면 대량 생산 비용이 방사방향 자속 모터보다 실제로 낮아질 수도 있음
    다만 고성능 프리미엄 차량을 제외하면 최소 10년 정도는 방사방향 자속 모터가 계속 지배적일 것 같음. 방사방향 방식은 이미 충분히 검증됐고, 축방향 방식은 현장에서 신뢰성을 입증하는 데 몇 년은 더 필요함
    더 높은 하중과 응력, 더 빡빡한 공차 때문에 특히 대중형 트림에서는 축방향 모터의 전체 신뢰성이 낮아질 수도 있음. Mercedes는 프리미엄 차량에서 신뢰성과 성능을 위해 과하게 설계하고 있을 가능성이 큼
    방사방향 방식은 대부분의 용도에서 이미 “충분히 좋음”. 축방향 방식의 효율, 폼팩터, 무게 개선은 좋지만 병목은 아님. 방사방향 모터도 이미 효율이 높고 꽤 가볍고 작음. 무게를 좌우하는 진짜 요인은 배터리임

    • 이 기술이 전기자전거 크기로 줄어들 수 있는지, 더 나아가 사람들이 들고 다니는 초소형 이동수단 형태, 예를 들면 가벼운 스쿠터나 스케이트보드에도 들어갈 수 있는지 보고 싶음

  • YASA가 발표했을 때와 MB가 인수했을 때가 기억남
    전기 모터 설계에서 놀라운 기술과 진전이고, 어떻게든 상용화하려는 모습을 보니 좋음

  • “모터”가 뭔지는 알고 “전기”가 무슨 뜻인지도 알지만, 전기 축방향 자속 모터가 뭔지는 전혀 모르겠음
    Doc Brown이 시간여행에 쓴 물건은 아닐 거라고 꽤 확신하지만, 어쩌면 그럴 수도 있음
    일주일에 한 번쯤은 내가 이 사이트에 있기엔 너무 멍청한 것 같다는 생각을 하는데, 오늘이 그날임. DuckDuckGo로 조사하러 감
    수정: 실제로는 꽤 단순함. Wikipedia 문서는 여기 있음
    https://en.wikipedia.org/wiki/Axial_flux_motor
    도식이 좀 더 있으면 좋겠지만, 핵심은 꽤 쉽게 이해할 수 있게 해 줌

  • 1980년대 Toyota 픽업, 그러니까 Back to the Future에 나온 것 같은 차에 엔진 스왑을 하고 싶음
    100마력 22R을 150~250마력 연료분사 직렬 4기통이나 터보디젤로 바꿔 열효율을 20~25%에서 약 40%로 올리고, 연비를 거의 두 배로 만들고 싶음
    문제는 대부분의 현대 엔진이 가로배치라는 점임. 어댑터 플레이트를 쓰면 어떤 변속기에도 맞출 수 있지만, 그러면 엔진이 방화벽 쪽으로 너무 밀려 고압 연료펌프 같은 부품에 접근하기 어려워짐. 이 부품은 전륜구동 차량에서 접근하기 쉽도록 변속기 쪽에 달린 경우가 많음. 계획적 진부화처럼 느껴짐
    그래서 누군가 엔진과 변속기 사이에 넣을 수 있는 4~6인치 두께, 100~200마력(100kW)급 축방향 자속 모터 삽입 모듈을 내줬으면 좋겠음. 선택적으로 간단한 배터리 관리 시스템(BMS)과 약 5kWh 저장용량을 붙여 15~20마일 전기 주행거리와 회생제동 기반 하이브리드 연비를 제공하면 좋겠음
    아는 제품이 있으면 알려주면 좋겠음. 없다면 인터넷 복권에 당첨된 사람들은, 아직 모두가 원한다는 사실을 모르는 신제품에 투자해서 크게 벌 수 있을 것임

    • 2LTE 엔진으로 바꿀 수 있음. 80년대 Hilux에 해당하는 디젤 엔진임
      다만 수입해야 할 수도 있고, 미국에서는 정말 드묾
      전적으로 동감함. 내 Tacoma에도 더 많은 선택지가 있었으면 좋겠음
      멕시코에서 좌핸들 Hilux를 들여오는 생각도 해보는 중임
    • BMW 330e 구동계 같은 것이 그런 구성을 갖고 있고, 대부분의 독일 후륜구동 하이브리드도 마찬가지임
      가장 큰 문제는 인버터와 제어 소프트웨어가 될 것임

  • 여기서 흥미로운 부분은 모터 자체보다 제조일 가능성이 큼
    시제품에서 안정적으로 대량 생산할 수 있는 제품으로 넘어가는 일이 보통 어려운 부분임

  • 몇 년 동안 축방향 자속 전기 모터가 차 한 대당 100파운드, 많게는 몇백 파운드를 줄여줄 것이라는 과대 기대를 봐왔음
    이번 발표는 그게 실제로 조금씩 일어나기 시작했다는 뜻일까?
    전체 무게나 장기 내구성 측면에서는 모터보다 배터리가 더 중요하지만, 그래도 어떤 개선이든 도움이 됨

  • YASA의 성과가 실현되는 건 반갑지만, 영국은 다음 기술 돌파구를 온전히 살리려면 정말 정신 차려야 함

  • 이 영상 덕분에 축방향 자속 모터가 무엇이고 방사방향 자속과 어떻게 다른지 이해했음
    이런 출력을 가능하게 하는 재료과학의 성과도, 엔지니어링과 제조도 놀라움
    https://www.youtube.com/watch?v=dCO633KE7RA

답변달기