Mercedes-Benz lance la production à grande échelle de moteurs électriques à flux axial
(media.mercedes-benz.com)- Le moteur à flux axial entre en production de masse à l’usine de Berlin-Marienfelde et est utilisé pour la première fois comme groupe motopropulseur électrique haute performance sur la version de série de la nouvelle Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé
- La production s’effectue dans 3 halls et 7 lignes sur une surface d’environ 30 000 m² ; sur 98 étapes de fabrication au total, 65 sont utilisées pour la première fois chez Mercedes-Benz et 35 sont inédites à l’échelle mondiale
- Le développement des technologies de fabrication a conduit au dépôt de plus de 30 brevets, en combinant technologie laser, contrôle intelligent, inspection qualité basée sur l’IA et processus automatisés
- Des bobines en fil de cuivre rectangulaire, l’assemblage laser du cuivre, le soudage laser des polymères et le contrôle de précision de l’assemblage final rendent possibles une forte densité de puissance et la production de masse
- Berlin-Marienfelde est le plus ancien site de production de Mercedes-Benz, fondé en 1902, et s’impose avec cette production comme pôle de compétences pour la fabrication de moteurs électriques haute performance
Début de la production de masse du moteur à flux axial de Mercedes-Benz
- Mercedes-Benz a lancé à l’usine de Berlin-Marienfelde la production à grande échelle de son nouveau moteur électrique à flux axial
- Cette usine est le plus ancien site de production de Mercedes-Benz, fondé en 1902, et a fait partie pendant des décennies du réseau mondial de production de groupes motopropulseurs
- Depuis 2022, Berlin-Marienfelde accueille également le Mercedes-Benz Digital Factory Campus
- Mercedes-Benz a fait de ce site un centre de compétences pour la fabrication de moteurs électriques haute performance
- Ce nouveau moteur est utilisé pour la première fois au monde sur le modèle de série de la nouvelle Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé
Échelle de production et procédés
- La production de masse des moteurs à flux axial a longtemps été considérée comme presque irréalisable en raison de sa complexité, mais elle passe désormais à l’échelle industrielle à Berlin-Marienfelde
- L’ensemble de la fabrication se compose de 98 étapes de processus, dont 65 sont utilisées pour la première fois chez Mercedes-Benz
- 35 procédés sont inédits à l’échelle mondiale, et les technologies développées ont donné lieu au dépôt de plus de 30 brevets
- La production s’effectue dans 3 halls et 7 lignes de production sur une surface d’environ 30 000 m²
- La fabrication combine des processus hautement automatisés, la technologie laser, le contrôle intelligent, l’inspection qualité basée sur l’IA et le savoir-faire d’une main-d’œuvre qualifiée
De la vision à la production de masse
- La production de masse des moteurs à flux axial impose des exigences élevées en matière de précision, de stabilité des procédés et d’automatisation
- En raison de la structure compacte du moteur et de sa forte densité de puissance, de nouvelles procédures de fabrication dédiées à la production de masse ont dû être développées
- Pour obtenir une forte densité de puissance, le stator utilise un fil de cuivre rectangulaire, qui permet d’insérer plus de cuivre dans le même espace qu’un fil rond
- Le fil de cuivre doit être plié à grande vitesse sur un rayon étroit, sans provoquer de plis, de dommages à l’isolation ni de réduction de section
- Mercedes-Benz a développé avec ses partenaires un procédé spécifique combinant haute précision et cadence de production industrielle
Assemblage des bobines du stator et soudage laser
- Le câblage du bloc de bobines à l’intérieur du stator constitue lui aussi un procédé techniquement exigeant
- Chaque extrémité de bobine doit être reliée au fil de cuivre approprié pour le câblage dans un espace extrêmement restreint
- Comme les structures plastiques adjacentes ne doivent pas être endommagées par la chaleur, un assemblage laser de précision du fil de cuivre est utilisé
- Cette méthode permet un temps de processus très court tout en minimisant l’énergie injectée au point de soudure
Soudage polymère haute précision basé sur le laser
- Le soudage laser simultané par transmission des composants plastiques du groupe motopropulseur exige une grande précision géométrique et un apport énergétique minimalement invasif
- L’apport d’énergie laser est contrôlé avec précision afin d’éviter d’endommager les zones environnantes
- Une inspection qualité optique en temps réel basée sur l’IA enregistre immédiatement l’état des assemblages et contribue à la stabilité du procédé
- Lors du prétraitement avant assemblage des pièces, un traitement d’image basé sur l’IA identifie la position exacte des composants
- Des zones de protection virtuelles sont définies autour des zones sensibles, et le laser ne traite que les surfaces désignées
- Les pièces ainsi assemblées résistent à la pression d’huile et supportent également des charges mécaniques élevées
Assemblage final de haute précision
- L’assemblage final est appelé en interne « mariage » : le stator est placé puis fixé entre deux disques de rotor équipés d’aimants
- Les composants sont soumis à une force magnétique pouvant atteindre 9 kN, soit l’équivalent d’environ 900 kg
- Dans le même temps, le stator doit maintenir une tolérance inférieure à 0,1 mm par rapport au plan central magnétique
- Un algorithme de contrôle innovant corrige la position au cours des 0,5 dernières secondes du procédé à l’aide d’impulsions de contrôle haute fréquence
- Le cœur de l’assemblage final réside moins dans la force elle-même que dans le contrôle intelligent, les capteurs sensibles et l’exécution précise du procédé
Structure et performances du moteur à flux axial
- YASA, spécialiste britannique des moteurs électriques, a développé un prototype innovant à partir du principe fondamental du moteur à flux axial, et le moteur actuel repose sur cette base
- Après avoir acquis YASA en tant que filiale à 100 % en 2021, Mercedes-Benz a continué à faire évoluer le produit et les procédés de production
- Le développement s’est orienté vers les exigences de la production automobile de masse, de la haute performance et de la durabilité en charge continue
- Le moteur à flux axial de l’essieu avant atteint une vitesse de rotation de plus de 15 000 tr/min
- Contrairement aux moteurs classiques à flux radial, le flux électromagnétique d’un moteur à flux axial circule parallèlement à l’axe de rotation
- Les principaux composants sont disposés en forme de disques, les deux rotors encadrant le stator de part et d’autre comme un sandwich
- Cette structure permet une conception de moteur très compacte, une forte densité de puissance et de couple, ainsi qu’une plus grande liberté de packaging du groupe motopropulseur
- Sur la nouvelle Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé, le moteur de l’essieu avant mesure environ 9 cm de large, tandis que les deux moteurs de l’essieu arrière mesurent chacun environ 8 cm de large
- Les 3 moteurs à flux axial sont intégrés dans les High Performance Electric Drive Units (HP.EDU) de chaque essieu et associés dans le même carter à une transmission planétaire compacte à entrée unique
Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé et Digital Factory Campus
- La nouvelle Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé est un modèle de performance 100 % électrique capable d’accélérer de 0 à 100 km/h en seulement 2,1 secondes au maximum
- Avec le Driver’s Package, la vitesse maximale atteint 300 km/h
- Le véhicule technologique CONCEPT AMG GT XX a parcouru plus de 40 000 km à Nardò sur une durée de 7 jours et 13 heures l’année précédente, établissant 25 records longue distance
- La consommation d’énergie combinée de la Mercedes-AMG GT 63 4-Door Coupé est de 21,0 à 17,9 kWh/100 km, avec des émissions combinées de CO₂ de 0 g/km
- La consommation d’énergie combinée de la Mercedes-AMG GT 55 4-Door Coupé est de 21,0 à 17,8 kWh/100 km, avec des émissions combinées de CO₂ de 0 g/km
- Depuis 2022, le Digital Factory Campus joue un rôle central dans la numérisation de la production au sein du réseau mondial de production de Mercedes-Benz
- Ce campus sert d’environnement de production réel pour le développement et les essais d’applications numériques reposant sur l’écosystème de production MO360
- Berlin-Marienfelde combine groupes motopropulseurs électriques haute performance, production numérique et automatisation intelligente, et joue un rôle de transfert des nouvelles technologies vers des procédés de production de masse évolutifs et garantis en qualité
1 commentaires
Avis sur Hacker News
Mercedes a racheté Yasa (Royaume-Uni) il y a quelques années, et passe maintenant à la vitesse supérieure en production de masse
Il y a une bonne vidéo qui explique le moteur à flux axial et montre aussi l’usine
https://youtu.be/B2Hl4c1iZK0?si=VfDYARyuaPVj1nKm
C’est vraiment, vraiment petit
Je l’ai mis ici
https://azimi.me/axial-flux-motor-explainer/
J’ai l’impression que c’est une des principales raisons pour lesquelles l’industrie électronique de pointe chinoise a pu développer et itérer aussi vite sur des véhicules électriques de premier plan
Plus précisément, je me demande en quoi les machines et l’espace de travail nécessaires pour fabriquer des moteurs électriques diffèrent de ceux requis pour les pièces métalliques de moteurs thermiques et les nombreux composants de transmission du groupe motopropulseur. L’atelier dans la vidéo est plus petit que ce que beaucoup imaginent
Si ce type de moteur équipe la prochaine génération de Formula E, on pourrait voir d’énormes progrès en virage. La génération actuelle a déjà une transmission intégrale active, et ce moteur pourrait apporter un meilleur contrôle du couple
D’après ce que j’ai compris, le flux axial est apparu dès les années 1820, mais il était difficile à fabriquer, puis le flux radial a émergé et s’est imposé jusqu’à aujourd’hui. Donc en quelque sorte, le flux axial fait son retour cette année
L’idée de l’effet en cascade de l’allègement, où si le moteur s’allège les autres composants doivent aussi s’alléger, est également très intéressante
J’ai aussi été marqué par le fait que les performances du freinage régénératif deviennent si bonnes qu’on pourrait ne plus avoir besoin de freins dans un futur proche. Cela réduirait encore le poids et le nombre de pièces
Quand ils sont bien conçus, le couple est énorme, et il ne faut pas tant d’énergie que ça pour le produire. Personnellement, ce que j’aimais le plus, c’est qu’ils sont entièrement brushless par conception et faciles à garder propres
Cet article aurait été bien meilleur s’il expliquait quelque part ce qu’est un moteur électrique à flux axial et pourquoi on en a besoin
« Contrairement aux moteurs classiques à flux radial, dans un moteur à flux axial, le flux électromagnétique circule parallèlement à l’axe de rotation. Les composants clés sont disposés en forme de disques, avec deux rotors qui encadrent le stator de part et d’autre. Cette conception permet notamment une architecture moteur particulièrement compacte, une forte densité de puissance et de couple, ainsi qu’une nouvelle liberté de packaging pour le groupe motopropulseur. Sur la nouvelle Mercedes-AMG GT 4-Door Coupe, le moteur de l’essieu avant fait un peu moins de 9 cm de large, et les deux moteurs de l’essieu arrière font chacun environ 8 cm de large. Les trois moteurs à flux axial sont intégrés, selon l’essieu, dans ce qu’on appelle des High Performance Electric Drive Units (HP.EDU), combinés dans un boîtier unique avec un petit train épicycloïdal d’entrée »
Et en plus, une vidéo sur la technologie YASA elle-même, celle dont il est question ici : https://youtu.be/m507ryWhc6c
Voir le robot monter assez vite plus de 20 étages d’escalier avec une charge de 60 kg était vraiment impressionnant. Le couple élevé obtenu dans un format compact m’a beaucoup marqué, et si j’ai bien compris, cela devient surtout plus complexe quand on passe à l’échelle en fabrication
C’est un moteur fin dont le flux magnétique généré est parallèle à l’axe, et on peut utiliser côté onduleur les mêmes algorithmes de commande que pour un moteur synchrone à aimants permanents (PMSM) standard
Très cool. C’est réjouissant de voir davantage de moteurs à flux axial dans de vrais produits, et je me demande si cela deviendra le nouveau standard
Si le coût des matériaux baisse, le coût de production de masse pourrait en pratique devenir inférieur à celui des moteurs à flux radial
Cela dit, en dehors des véhicules premium haute performance, les moteurs à flux radial resteront probablement dominants pendant encore au moins 10 ans. Le flux radial est déjà largement éprouvé, alors que le flux axial aura encore besoin de quelques années pour démontrer sa fiabilité sur le terrain
À cause de charges et de contraintes plus élevées, ainsi que de tolérances plus serrées, la fiabilité globale des moteurs à flux axial pourrait même être inférieure, surtout sur les versions grand public. Mercedes surconçoit probablement le système sur ses véhicules premium pour garantir fiabilité et performances
Le flux radial est déjà « suffisamment bon » pour la plupart des usages. Les gains du flux axial en rendement, encombrement et poids sont intéressants, mais ce n’est pas là que se situe le goulet d’étranglement. Les moteurs à flux radial sont déjà efficaces, assez légers et compacts. Le vrai facteur déterminant pour le poids, c’est la batterie
Je me souviens de l’annonce de YASA et du moment où MB l’a rachetée.
C’est une technologie et une avancée remarquables dans la conception des moteurs électriques, et c’est agréable de voir qu’ils essaient par tous les moyens de la commercialiser.
Je sais ce qu’est un « moteur » et je sais aussi ce que signifie « électrique », mais je n’ai absolument aucune idée de ce qu’est un moteur électrique à flux axial.
Je suis presque certain que ce n’est pas l’objet que Doc Brown utilisait pour voyager dans le temps, mais qui sait, peut-être que si.
Environ une fois par semaine, je me dis que je suis trop idiot pour être sur ce site, et aujourd’hui, c’est ce jour-là. Je vais faire des recherches sur DuckDuckGo.
Édition : en réalité, c’est assez simple. L’article Wikipedia est ici :
https://en.wikipedia.org/wiki/Axial_flux_motor
J’aimerais qu’il y ait un peu plus de schémas, mais l’essentiel reste assez facile à comprendre.
J’aimerais faire un engine swap sur un pickup Toyota des années 1980, du genre de celui de Back to the Future.
J’aimerais remplacer le 22R de 100 ch par un quatre-cylindres en ligne à injection de 150 à 250 ch, ou un turbodiesel, pour faire passer le rendement thermique de 20-25 % à environ 40 % et presque doubler l’économie de carburant.
Le problème, c’est que la plupart des moteurs modernes sont montés transversalement. Avec une plaque d’adaptation, on peut les raccorder à n’importe quelle boîte de vitesses, mais le moteur se retrouve alors trop repoussé vers la cloison pare-feu, ce qui complique l’accès à des éléments comme la pompe à carburant haute pression. Ces pièces sont souvent placées côté transmission pour rester accessibles sur les véhicules à traction avant. Ça donne l’impression d’une obsolescence programmée.
Du coup, j’aimerais que quelqu’un sorte un module d’insertion de moteur à flux axial de 4 à 6 pouces d’épaisseur, de 100 à 200 ch (100 kW), qu’on puisse placer entre le moteur et la boîte de vitesses. Idéalement, avec un système de gestion de batterie (BMS) simple et environ 5 kWh de stockage pour offrir 15 à 20 miles d’autonomie électrique et une consommation hybride basée sur le freinage régénératif.
Si quelqu’un connaît un produit du genre, ça m’intéresse. Et sinon, les gagnants de la loterie d’internet peuvent investir dans un nouveau produit dont personne ne sait encore qu’il le veut, et gagner gros.
Il faudra peut-être l’importer, et c’est vraiment rare aux États-Unis.
Je suis entièrement d’accord. J’aimerais aussi avoir plus d’options pour mon Tacoma.
Je réfléchis aussi à l’idée d’importer un Hilux conduite à gauche depuis le Mexique.
Le plus gros problème sera probablement l’onduleur et le logiciel de contrôle.
La partie intéressante ici, c’est probablement moins le moteur lui-même que la fabrication.
Passer d’un prototype à un produit qu’on peut fabriquer en série de manière fiable, c’est généralement la partie difficile.
Cela fait des années que je vois des attentes exagérées autour des moteurs électriques à flux axial, censés réduire le poids d’une voiture de 100 livres, voire de plusieurs centaines.
Cette annonce signifie-t-elle que cela commence vraiment à se produire, petit à petit ?
Pour le poids total comme pour la durabilité à long terme, la batterie compte plus que le moteur, mais toute amélioration reste bonne à prendre.
C’est bien de voir les résultats de YASA se concrétiser, mais le Royaume-Uni doit vraiment se ressaisir s’il veut tirer pleinement parti de la prochaine percée technologique.
Cette vidéo m’a aidé à comprendre ce qu’est un moteur à flux axial et en quoi il diffère du flux radial.
Les avancées en science des matériaux qui rendent une telle puissance possible sont impressionnantes, tout comme l’ingénierie et la fabrication.
https://www.youtube.com/watch?v=dCO633KE7RA