Mercedes-Benz bắt đầu sản xuất hàng loạt động cơ điện từ thông trục
(media.mercedes-benz.com)- Động cơ từ thông trục đã bước vào giai đoạn sản xuất hàng loạt tại nhà máy Berlin-Marienfelde và lần đầu tiên được áp dụng làm hệ truyền động điện hiệu năng cao cho mẫu Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé mới
- Việc sản xuất diễn ra tại 3 nhà xưởng và 7 dây chuyền với tổng diện tích khoảng 30.000㎡; trong tổng số 98 công đoạn, có 65 công đoạn lần đầu được Mercedes-Benz sử dụng và 35 công đoạn là hoàn toàn mới trên phạm vi toàn cầu
- Việc phát triển công nghệ sản xuất đã dẫn tới hơn 30 đơn xin cấp bằng sáng chế, kết hợp công nghệ laser, điều khiển thông minh, kiểm tra chất lượng bằng AI và quy trình tự động hóa
- Cuộn dây đồng hình chữ nhật, liên kết đồng bằng laser, hàn laser polymer và điều khiển chính xác ở khâu lắp ráp cuối cùng giúp đạt mật độ công suất cao và khả năng sản xuất số lượng lớn
- Berlin-Marienfelde là cơ sở sản xuất lâu đời nhất của Mercedes-Benz, được thành lập từ năm 1902, và với đợt sản xuất này đã trở thành trung tâm năng lực sản xuất động cơ điện hiệu năng cao
Mercedes-Benz bắt đầu sản xuất hàng loạt động cơ từ thông trục
- Mercedes-Benz đã bắt đầu sản xuất hàng loạt quy mô lớn động cơ điện từ thông trục mới tại nhà máy Berlin-Marienfelde
- Đây là cơ sở sản xuất lâu đời nhất của Mercedes-Benz, được thành lập vào năm 1902, và trong nhiều thập kỷ đã là một phần của mạng lưới sản xuất hệ truyền động toàn cầu
- Từ năm 2022, Berlin-Marienfelde cũng là nơi đặt Mercedes-Benz Digital Factory Campus
- Mercedes-Benz đã xây dựng địa điểm này thành trung tâm năng lực sản xuất động cơ điện hiệu năng cao
- Động cơ mới lần đầu tiên trên thế giới được ứng dụng trên phiên bản xe sản xuất hàng loạt của Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé mới
Quy mô sản xuất và quy trình
- Sản xuất hàng loạt động cơ từ thông trục từng được xem là gần như không thể thực hiện do độ phức tạp, nhưng nay đã được chuyển thành sản xuất quy mô lớn tại Berlin-Marienfelde
- Toàn bộ quá trình sản xuất gồm 98 bước công đoạn, trong đó 65 bước được sử dụng lần đầu tại Mercedes-Benz
- Có 35 công đoạn là mới trên phạm vi toàn cầu, và các công nghệ được phát triển đã dẫn đến hơn 30 đơn xin cấp bằng sáng chế
- Việc sản xuất được triển khai tại 3 nhà xưởng và 7 dây chuyền sản xuất với diện tích khoảng 30.000㎡
- Quá trình chế tạo kết hợp tự động hóa trình độ cao, công nghệ laser, điều khiển thông minh, kiểm tra chất lượng bằng AI và kinh nghiệm của đội ngũ lành nghề
Từ tầm nhìn đến sản xuất hàng loạt
- Sản xuất hàng loạt động cơ từ thông trục đòi hỏi tiêu chuẩn rất cao về độ chính xác, độ ổn định quy trình và tự động hóa
- Do cấu trúc nhỏ gọn và mật độ công suất cao của động cơ, các quy trình sản xuất mới đã được phát triển riêng cho mục tiêu sản xuất hàng loạt
- Để đạt mật độ công suất cao, stato sử dụng dây đồng hình chữ nhật, cho phép đưa nhiều đồng vào cùng một không gian hơn so với dây tròn
- Dây đồng phải được uốn ở tốc độ cao theo bán kính hẹp mà không phát sinh nếp nhăn, hư hại lớp cách điện hay giảm tiết diện
- Mercedes-Benz đã cùng các đối tác phát triển quy trình chuyên biệt kết hợp độ chính xác cao với tốc độ sản xuất công nghiệp
Nối cuộn dây stato và hàn laser
- Việc đi dây cho cụm cuộn dây bên trong stato cũng là một công đoạn khó về mặt kỹ thuật
- Đầu cuối của từng cuộn dây phải được kết nối với dây đồng dẫn phù hợp trong không gian cực kỳ hạn chế
- Do các cấu trúc nhựa lân cận không được phép bị hư hại bởi nhiệt, phương pháp liên kết dây đồng bằng laser độ chính xác cao được sử dụng
- Cách làm này cho phép thời gian công đoạn rất ngắn đồng thời giảm thiểu năng lượng đưa vào điểm hàn
Hàn polymer chính xác cao dựa trên laser
- Hàn truyền qua laser đồng thời cho các chi tiết nhựa của hệ truyền động đòi hỏi độ chính xác hình học cao và mức năng lượng tác động tối thiểu
- Năng lượng laser được kiểm soát chính xác để tránh làm hư hại các khu vực xung quanh
- Kiểm tra chất lượng quang học thời gian thực bằng AI ghi nhận ngay trạng thái liên kết và hỗ trợ độ ổn định của quy trình
- Ở bước tiền xử lý trước khi ghép chi tiết, xử lý hình ảnh dựa trên AI nhận diện chính xác vị trí của linh kiện
- Các vùng nhạy cảm được thiết lập thành khu bảo vệ ảo, và laser chỉ xử lý các bề mặt được chỉ định
- Các chi tiết được ghép theo cách này có thể chịu được áp suất dầu và tải cơ học cao
Lắp ráp cuối cùng với độ chính xác cao
- Khâu lắp ráp cuối cùng được gọi nội bộ là “marriage”, trong đó stato được đặt và cố định giữa hai đĩa rôto có nam châm
- Các linh kiện chịu lực từ lên tới 9kN, tương đương khoảng 900kg
- Đồng thời, stato phải duy trì dung sai dưới 0,1mm so với mặt phẳng trung tâm từ tính
- Thuật toán điều khiển đổi mới hiệu chỉnh vị trí bằng các xung điều khiển tần số cao trong 0,5 giây cuối của quy trình
- Yếu tố cốt lõi của lắp ráp cuối cùng không chỉ là lực tác động mà còn là điều khiển thông minh, cảm biến nhạy và vận hành quy trình chính xác
Cấu trúc và hiệu năng của động cơ từ thông trục
- YASA, công ty chuyên về động cơ điện của Anh, đã phát triển nguyên mẫu đột phá dựa trên nguyên lý cơ bản của động cơ từ thông trục, và động cơ hiện nay được xây dựng trên nền tảng đó
- Sau khi mua lại hoàn toàn YASA vào năm 2021, Mercedes-Benz tiếp tục phát triển sản phẩm và quy trình sản xuất
- Quá trình phát triển được định hướng để đáp ứng yêu cầu về sản xuất ô tô hàng loạt, hiệu năng cao và độ bền tải liên tục
- Động cơ từ thông trục ở trục trước đạt tốc độ quay hơn 15.000 vòng/phút
- Khác với động cơ từ thông hướng tâm truyền thống, từ thông điện từ của động cơ từ thông trục chạy song song với trục quay
- Các thành phần chính được bố trí theo dạng đĩa, với hai rôto kẹp stato từ hai bên như một chiếc sandwich
- Cấu trúc này cho phép thiết kế động cơ cực kỳ nhỏ gọn, mật độ công suất và mô-men xoắn cao, cũng như tính linh hoạt trong đóng gói hệ truyền động
- Trên mẫu Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé mới, động cơ trục trước có bề rộng khoảng 9cm, còn hai động cơ ở trục sau mỗi chiếc rộng khoảng 8cm
- Ba động cơ từ thông trục được tích hợp vào các High Performance Electric Drive Units (HP.EDU) trên từng trục và kết hợp trong cùng một vỏ với hộp số hành tinh đầu vào đơn cỡ nhỏ
Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé và Digital Factory Campus
- Mercedes-AMG GT 4-Door Coupé mới là mẫu xe hiệu năng thuần điện, có thể tăng tốc từ 0 lên 100km/h chỉ trong tối đa 2,1 giây
- Khi trang bị Driver’s Package, tốc độ tối đa đạt 300km/h
- Xe công nghệ CONCEPT AMG GT XX đã chạy hơn 40.000km trong 7 ngày 13 giờ tại Nardò vào năm trước và lập 25 kỷ lục đường dài
- Mức tiêu thụ năng lượng kết hợp của Mercedes-AMG GT 63 4-Door Coupé là 21.0~17.9kWh/100km, còn lượng phát thải CO₂ kết hợp là 0g/km
- Mức tiêu thụ năng lượng kết hợp của Mercedes-AMG GT 55 4-Door Coupé là 21.0~17.8kWh/100km, còn lượng phát thải CO₂ kết hợp là 0g/km
- Từ năm 2022, Digital Factory Campus giữ vai trò trung tâm trong việc số hóa sản xuất của mạng lưới sản xuất Mercedes-Benz toàn cầu
- Cơ sở này được sử dụng như môi trường sản xuất thực tế để phát triển và thử nghiệm các ứng dụng số dựa trên hệ sinh thái sản xuất MO360
- Berlin-Marienfelde kết hợp hệ truyền động điện hiệu năng cao, sản xuất số và tự động hóa thông minh, đồng thời đảm nhiệm vai trò đưa công nghệ mới vào các quy trình sản xuất hàng loạt có thể mở rộng và được bảo đảm chất lượng
1 bình luận
Ý kiến trên Hacker News
Mercedes đã mua lại Yasa (Anh) từ vài năm trước, và giờ đang đẩy nhanh tốc độ sản xuất hàng loạt
Có một video rất hay giải thích về động cơ từ thông dọc trục và cũng cho xem chuyến thăm nhà máy
https://youtu.be/B2Hl4c1iZK0?si=VfDYARyuaPVj1nKm
Nhỏ thật, rất rất nhỏ
Tôi để nó ở đây
https://azimi.me/axial-flux-motor-explainer/
Có vẻ đây là một phần lý do chính khiến ngành điện tử tiên tiến của Trung Quốc có thể phát triển và lặp lại cải tiến xe điện dẫn đầu nhanh đến vậy
Cụ thể hơn, tôi đang nghĩ đến việc máy móc và không gian làm việc cần để xử lý động cơ điện khác thế nào so với khi phải xử lý các chi tiết kim loại của động cơ đốt trong và nhiều bộ phận truyền lực trong hệ truyền động. Xưởng trong video nhỏ hơn nhiều so với hình dung của đa số mọi người
Nếu loại động cơ này được đưa vào thế hệ xe Formula E tiếp theo thì có lẽ ta sẽ thấy cải thiện cực lớn ở khả năng vào cua. Thế hệ hiện tại đã có dẫn động 4 bánh chủ động, và tôi nghĩ động cơ này có thể mang lại điều khiển mô-men xoắn tốt hơn
Xem ra từ thông dọc trục là ý tưởng nguyên bản từ khoảng những năm 1820, nhưng khi đó rất khó sản xuất, rồi sau đó từ thông hướng tâm xuất hiện và kéo dài đến tận bây giờ. Vậy nên năm nay có thể xem như từ thông dọc trục đang trở lại
Câu chuyện về hiệu ứng giảm khối lượng dây chuyền, tức động cơ nhẹ hơn thì các bộ phận khác cũng phải nhẹ hơn theo, cũng rất thú vị
Đặc biệt ấn tượng là chỗ hiệu quả phanh tái sinh tốt đến mức trong tương lai gần có thể không cần phanh nữa. Khi đó trọng lượng và số lượng linh kiện lại giảm thêm
Nếu cấu hình đúng thì mô-men xoắn cực lớn, mà không cần quá nhiều năng lượng để tạo ra mô-men đó. Cá nhân tôi thích nhất là về mặt cấu trúc nó hoàn toàn không chổi than và rất dễ giữ sạch
Sẽ tốt hơn rất nhiều nếu bài đó ở chỗ nào đó có giải thích động cơ điện từ thông dọc trục là gì và vì sao nó cần thiết
“Không giống động cơ từ thông hướng tâm truyền thống, từ thông điện từ trong động cơ từ thông dọc trục chạy song song với trục quay. Các thành phần cốt lõi được bố trí theo cấu trúc dạng đĩa, với hai rotor kẹp stator từ hai bên. Thiết kế này cho phép cấu trúc động cơ đặc biệt nhỏ gọn, mật độ công suất và mô-men xoắn cao, cùng mức độ tự do mới trong việc đóng gói hệ truyền động. Trên chiếc Mercedes-AMG GT 4-Door Coupe mới, động cơ ở trục trước rộng chưa tới 9 cm, còn hai động cơ ở trục sau mỗi cái rộng khoảng 8 cm. Ba động cơ từ thông dọc trục được tích hợp theo từng trục vào các cụm gọi là High Performance Electric Drive Units (HP.EDU), kết hợp với hộp số hành tinh đầu vào cỡ nhỏ trong một vỏ duy nhất”
Ngoài ra còn có video về chính công nghệ YASA đang được nói đến ở đây: https://youtu.be/m507ryWhc6c
Xem con robot mang tải 60 kg và leo hơn 20 tầng cầu thang khá nhanh thực sự rất ấn tượng. Mô-men xoắn cao trong một kiểu dáng nhỏ gọn rất đáng nể, và theo những gì tôi hiểu thì việc mở rộng quy mô để sản xuất lại phức tạp hơn đáng kể
Đây là loại động cơ mỏng, có từ thông sinh ra song song với trục, và cũng có thể dùng cùng thuật toán điều khiển phía inverter như động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) tiêu chuẩn
Rất tuyệt. Thật đáng mừng khi thấy động cơ từ thông dọc trục xuất hiện nhiều hơn trong sản phẩm thực tế, và sẽ rất thú vị nếu nó trở thành tiêu chuẩn mới trong tương lai
Nếu chi phí vật liệu giảm xuống, chi phí sản xuất hàng loạt của nó thực tế có thể thấp hơn động cơ từ thông hướng tâm
Tuy vậy, ngoài các dòng xe cao cấp hiệu năng cao, tôi nghĩ động cơ từ thông hướng tâm vẫn sẽ tiếp tục thống trị ít nhất khoảng 10 năm nữa. Loại hướng tâm đã được kiểm chứng quá đầy đủ, còn loại dọc trục sẽ cần thêm vài năm để chứng minh độ tin cậy ngoài thực địa
Tải trọng và ứng suất cao hơn, cùng dung sai chặt chẽ hơn, có thể khiến độ tin cậy tổng thể của động cơ dọc trục thấp hơn, đặc biệt ở các phiên bản phổ thông. Có khả năng Mercedes đang thiết kế dư khá nhiều trên các xe cao cấp để đảm bảo độ tin cậy và hiệu năng
Loại hướng tâm với hầu hết ứng dụng hiện nay đã là “đủ tốt”. Những cải thiện về hiệu suất, kiểu dáng và trọng lượng của loại dọc trục thì hay đấy, nhưng không phải nút thắt cổ chai. Động cơ hướng tâm vốn đã hiệu quả cao, khá nhẹ và nhỏ rồi. Yếu tố thực sự quyết định trọng lượng là pin
Tôi nhớ lúc YASA công bố nó và lúc MB mua lại công ty này.
Đây là công nghệ và bước tiến đáng kinh ngạc trong thiết kế động cơ điện, và thật vui khi thấy họ đang cố gắng thương mại hóa nó bằng cách nào đó.
Tôi biết “động cơ” là gì và cũng biết “điện” nghĩa là gì, nhưng hoàn toàn không biết động cơ điện từ thông hướng trục là gì.
Tôi khá chắc nó không phải món đồ mà Doc Brown dùng để du hành thời gian, nhưng biết đâu lại đúng.
Khoảng mỗi tuần một lần tôi lại nghĩ có lẽ mình quá ngốc để ở trên trang này, và hôm nay đúng là ngày đó. Tôi đi tra bằng DuckDuckGo đây.
Chỉnh sửa: thật ra nó khá đơn giản. Bài Wikipedia ở đây
https://en.wikipedia.org/wiki/Axial_flux_motor
Giá mà có thêm vài sơ đồ thì tốt, nhưng phần cốt lõi được giải thích khá dễ hiểu.
Tôi muốn swap động cơ cho một chiếc Toyota pickup thập niên 1980, kiểu như chiếc xe trong Back to the Future.
Tôi muốn thay máy 22R 100 mã lực bằng một động cơ I4 phun nhiên liệu 150~250 mã lực hoặc turbodiesel, để nâng hiệu suất nhiệt từ 20~25% lên khoảng 40% và gần như tăng gấp đôi mức tiết kiệm nhiên liệu.
Vấn đề là hầu hết động cơ hiện đại đều đặt ngang. Có thể dùng adapter plate để ghép với gần như bất kỳ hộp số nào, nhưng như vậy động cơ sẽ bị đẩy quá sát vách ngăn khoang máy, khiến việc tiếp cận các bộ phận như bơm nhiên liệu áp suất cao trở nên khó khăn. Những bộ phận này thường được gắn phía hộp số để dễ tiếp cận trên xe dẫn động cầu trước. Cảm giác như kiểu cố tình làm lỗi thời sản phẩm.
Vì vậy tôi ước ai đó sẽ làm một mô-đun chèn động cơ từ thông hướng trục dày 4~6 inch, cỡ 100~200 mã lực (100kW), có thể đặt giữa động cơ và hộp số. Nếu có thể tùy chọn kèm một hệ thống quản lý pin (BMS) đơn giản và khoảng 5kWh dung lượng lưu trữ để cho quãng đường chạy điện 15~20 dặm cùng mức tiêu hao kiểu hybrid dựa trên phanh tái sinh thì càng tốt.
Nếu ai biết sản phẩm nào như vậy thì cho tôi biết với. Còn nếu chưa có, những người trúng xổ số Internet có thể kiếm bộn tiền bằng cách đầu tư vào một sản phẩm mới mà mọi người vẫn chưa biết là họ muốn nó.
Tuy vậy có thể phải nhập khẩu, và ở Mỹ thì cực kỳ hiếm.
Hoàn toàn đồng ý. Tôi cũng ước Tacoma của mình có nhiều lựa chọn hơn.
Tôi cũng đang nghĩ đến chuyện nhập một chiếc Hilux tay lái trái từ Mexico.
Vấn đề lớn nhất có lẽ sẽ là inverter và phần mềm điều khiển.
Phần thú vị ở đây có lẽ là sản xuất hơn là bản thân động cơ.
Chuyển từ nguyên mẫu sang một sản phẩm có thể sản xuất hàng loạt một cách ổn định thường mới là phần khó.
Tôi đã thấy những kỳ vọng bị thổi phồng trong vài năm qua rằng động cơ điện từ thông hướng trục sẽ giúp giảm 100 pound, thậm chí vài trăm pound cho mỗi chiếc xe.
Thông báo lần này có nghĩa là điều đó đang thực sự bắt đầu xảy ra từng chút một sao?
Xét về tổng khối lượng hay độ bền dài hạn thì pin vẫn quan trọng hơn động cơ, nhưng dù sao bất kỳ cải tiến nào cũng đều hữu ích.
Thật mừng khi thấy thành quả của YASA đang trở thành hiện thực, nhưng nếu Anh muốn tận dụng trọn vẹn bước đột phá công nghệ tiếp theo thì thật sự cần phải tỉnh táo hơn.
Nhờ video này mà tôi hiểu được động cơ từ thông hướng trục là gì và nó khác với từ thông hướng tâm như thế nào.
Những thành tựu của khoa học vật liệu giúp tạo ra mức công suất như thế này, cũng như kỹ thuật và sản xuất, đều thật đáng kinh ngạc.
https://www.youtube.com/watch?v=dCO633KE7RA