메르세데스-벤츠가 베를린-마리엔펠데(Berlin-Marienfelde) 공장에서 새로운 일렉트릭 축방향 자속 모터(axial flux motor)의 대량 양산을 시작했다.
메르세데스-벤츠의 이 혁명적인 구동 시스템의 대량 양산 시작과 함께 회사의 가장 오래된 제조 사이트가 120년이 넘는 역사에서 새로운 챕터를 열고 있다.
콤팩트한 고성능 모터가 신형 메르세데스-AMG GT 4도어 쿠페에서 양산차 세계 데뷔를 기념하고 있다.
1902년에 설립된 베를린-마리엔펠데 공장은 수십 년 동안 글로벌 파워트레인 생산 네트워크의 일부였다. 2022년부터는 메르세데스-벤츠 디지털 팩토리 캠퍼스(Digital Factory Campus)의 본거지이기도 하다. 메르세데스-벤츠는 이제 이 사이트를 고성능 전기 모터 제조의 우수성 센터로 확립하고 있다.
메르세데스-벤츠 그룹 AG 이사회 멤버(생산·품질·공급망 관리 담당) 미하엘 쉬베(Michael Schiebe)는 “베를린-마리엔펠데에서 축방향 자속 모터의 대량 양산 시작과 함께 우리는 전기 모빌리티를 위한 선구적인 혁신을 산업적 현실로 가져오고 있다”고 밝혔다.
이어 “그렇게 함으로써 우리는 독일 자동차 산업의 기술 리더십, 운영 우수성, 전환에 대한 강력한 신호를 보내고 있다. 열정, 정밀성, 위대한 개척 정신으로 이 고도로 기술적이고 복잡한 프로젝트를 가능하게 한 팀에게 특별한 감사를 표한다”고 강조했다.
98개 공정 중 35개가 세계 최초, 비전이 산업적 현실이 되는 과정
축방향 자속 모터의 대량 양산을 시작함으로써 기술적 비전이 산업적 현실이 되고 있다. 복잡성으로 인해 오랫동안 거의 실현 불가능하다고 여겨졌던 것이 이제 베를린-마리엔펠데에서 대량으로 제조되고 있다.
총 98개의 공정 단계로 구성된다. 이 중 65개는 메르세데스-벤츠에서 처음으로 사용되며, 35개 공정은 세계 최초다.
이 목적을 위해 개발된 기술은 30개 이상의 특허 출원으로 이어졌다. 약 3만 평방미터의 생산 공간에 걸쳐, 3개의 홀과 7개의 생산 라인에서 메르세데스-벤츠는 고도로 자동화된 제조 공정, 레이저 기술, 지능형 제어 시스템, AI 기반 품질 관리, 고도로 숙련된 직원들의 전문성을 결합한다.
사각 구리선과 레이저 연결, 비전에서 대량 양산까지의 기술
축방향 자속 모터의 대량 양산 시작은 정밀성, 공정 신뢰성, 자동화에 예외적인 요구를 둔다. 모터의 컴팩트한 설계와 높은 전력 밀도는 이 응용을 위해 특별히 새롭게 개발되고 대량 양산을 위해 산업화된 제조 방법을 요구한다.
한 예는 구리 코일의 제조다. 액셜 플럭스 모터의 높은 전력 밀도를 달성하기 위해 스테이터에 다른 요소들과 함께 사각 구리선이 사용된다. 이를 통해 둥근 선보다 같은 설치 공간에 더 많은 구리를 설치할 수 있다.
그러나 선은 주름을 형성하거나, 절연을 손상시키거나, 단면을 줄이지 않으면서 고속으로 좁은 반경으로 구부러져야 한다. 메르세데스-벤츠는 이 목적을 위해 최대 정밀성과 산업적 사이클 능력을 결합하는 특수 공정을 파트너와 협력하여 개발했다.
스테이터의 코일 패키지 상호 연결도 기술적으로 까다롭다. 각 코일 끝은 매우 제한된 설치 공간 내에서 인접한 플라스틱 구조에 열 손상을 일으키지 않으면서 해당 상호 연결 선에 연결되어야 한다. 해결책은 구리선의 고정밀 레이저 연결이다. 이는 매우 짧은 공정 시간을 유지하면서 용접 지점에서 최소한의 에너지 입력을 가능하게 한다.
고정밀 레이저 폴리머 용접, AI가 실시간으로 품질을 검사하는 방법
정밀성이 중요한 제조 공정의 또 다른 예는 폴리머 용접이다. 드라이브트레인의 플라스틱 구성품의 동시 레이저 투과 용접은 주변 영역의 손상을 피하기 위해 최고 수준의 기하학적 정확성과 최소 침습적 에너지 입력을 요구한다.
AI 지원 광학 실시간 품질 관리가 접합을 즉시 문서화하여 공정 신뢰성을 지원한다. 접합 파트너의 컨디셔닝 중 AI 기반 이미지 처리가 구성품의 정확한 위치를 감지하고, 민감한 영역 위에 가상 보호 영역을 배치하며, 레이저가 의도된 표면만 정확하게 처리하도록 보장한다. 이렇게 접합된 구성품은 오일 압력 밀폐성과 높은 기계적 부하를 견디는 능력을 모두 갖춘다.
900kg 자력을 0.1mm로 제어하는 ‘결혼’ 공정, 액셜 플럭스 모터 최종 조립의 정밀함
내부적으로 ‘결혼(wedding)’으로 알려진 최종 조립이 특히 인상적이다. 이 공정 중 스테이터가 자석이 장착된 두 개의 로터 디스크 사이에 위치하여 영구적으로 접합된다.
최대 9kN(킬로뉴턴), 약 900킬로그램에 해당하는 자기력이 구성품에 작용한다. 동시에 스테이터는 0.1밀리미터 미만의 공차로 자기 중심 평면 내에 유지되어야 한다.
혁신적인 제어 알고리즘이 공정의 마지막 0.5초에 고주파 제어 임펄스를 사용하여 위치를 보정한다. 여기서 중요한 것은 힘만이 아니라 지능형 제어, 민감한 센서 기술, 정밀한 공정 관리다.
가장 작은 공간에 최대 성능을, 축방향 자속 모터의 원리
영국 전기 모터 전문 업체 YASA가 축방향 자속 모터의 기본 원리를 기반으로 현재 모터의 기반이 되는 혁신적인 프로토타입을 개발했다.
2021년 YASA가 메르세데스-벤츠 AG의 완전 자회사가 된 이후 메르세데스-벤츠는 이 기술을 지속적으로 더욱 발전시켰다. 이는 자동차 대량 양산, 고성능, 지속적인 부하 능력의 요구를 충족하기 위해 제품 자체와 생산 공정 모두에 적용된다. 한 예로 전방 차축의 액셜 플럭스 모터는 분당 15,000회전 이상의 속도에 도달한다.
기존 래디얼 플럭스 모터와 대조적으로 축방향 자속 모터의 전자기 플럭스는 회전축에 평행하게 흐른다. 핵심 구성품은 디스크 형태의 레이아웃으로 배열된다. 두 개의 로터가 좌우에서 스테이터를 샌드위치처럼 감싼다.
이 설계는 특히 컴팩트한 모터 아키텍처, 높은 출력 및 토크 밀도, 드라이브트레인 패키징의 새로운 자유를 가능하게 한다. 신형 메르세데스-AMG GT 4도어 쿠페에서 전방 차축의 모터는 9cm 미만 너비이며, 후방 차축의 두 모터는 각각 약 8센티미터 너비다.
세 개의 축방향 자속 모터는 차축당 이른바 고성능 전기 구동 유닛(HP.EDU)에 통합되며, 그곳에서 컴팩트한 입력 유성 기어박스와 단일 하우징에 결합된다.
신형 메르세데스-AMG GT 4도어 쿠페가 이 기술의 성능 잠재력을 명확하게 보여준다.
완전 전기 퍼포먼스 모델은 0에서 100km/h까지 단 2.1초에 가속하며 드라이버 패키지로 최고 속도 300km/h에 도달한다.
그 능력은 전년도에 기술 데몬스트레이터 CONCEPT AMG GT XX와 함께한 나르도(Nardò)에서의 스펙터클한 기록 주행으로도 입증되었다. 7일 13시간 동안 4만 킬로미터 이상을 주행하며 25개의 장거리 기록을 세웠다.
디지털 팩토리 캠퍼스가 혁신 엔진이 된다, 베를린 마리엔펠데의 미래
축방향 자속 모터의 대량 양산 시작은 베를린-마리엔펠데 사이트의 전략적 추가 발전과 밀접하게 연결되어 있다.
메르세데스-벤츠 디지털 팩토리 캠퍼스와 함께 이 공장은 2022년부터 글로벌 메르세데스-벤츠 생산 네트워크 내 생산의 디지털화에서 중심 역할을 맡아왔다. 캠퍼스는 MO360 생산 생태계를 기반으로 한 디지털 애플리케이션의 개발 및 테스트를 위한 실제 생산 환경으로 기능한다.
축방향 자속 모터의 산업화로 베를린-마리엔펠데는 핵심 미래 분야를 한데 모은다. 고성능 전기 구동 시스템, 디지털 생산, 지능형 자동화다.
가장 오래된 생산 메르세데스-벤츠 사이트로서 새로운 기술을 확장 가능하고 품질이 보장된 대량 양산 공정으로 이전하는 데 중심 역할을 맡고 있다.