Дискови двигатели за електромобили: как аксиалният флукс мотор на Mercedes-Benz влиза в сериите

Mercedes-Benz произвежда сериино в Берлин-Мариенфелде аксиален флукс мотор — дискова конструкция, дебютираща в AMG GT 4-Türer Coupé с до 860 kW. Технологията е наполовина по-лека и по-компактна от конвенционалните мотори при сравнима мощност. Паралелно китайски изследователи постигат плътност от 25,73 kW/kg, а моторите навлизат и в хуманоидни роботи и летящи таксита.

Mercedes-Benz стартира мащабно серийно производство на своя електрически аксиален флукс мотор в завода в Берлин-Мариенфелде — дискова конструкция, която тежи и заема наполовина по-малко пространство от конвенционалните електромотори при сравнима мощност. Технологията дебютира в новия Mercedes-AMG GT 4-Türer Coupé с пикова мощност до 860 kW, докато паралелно китайски изследователи представят собствена версия с плътност на мощността от близо 26 kW/kg.

Какво е аксиален флукс мотор

При конвенционалните електромотори — така наречените радиални — магнитният поток тръгва навън от центъра на вала, а роторът обгражда статора отвън. При аксиалния флукс мотор потокът е успореден на оста на въртене, а основните компоненти са подредени дисково: два ротора „обгръщат" статора от двете страни като сандвич.

Тази конфигурация позволява по-компактна архитектура, по-висока плътност на мощност и въртящ момент, както и нови възможности за подреждане на компонентите в купето. Принципът всъщност датира още от най-ранните електромотори на Майкъл Фарадей през XIX век, но ограниченията в магнитните материали и производствените технологии дълго време са пречели на масовото му приложение.

• Магнитният поток е успореден на вала, а не перпендикулярен на него
• Дисковата форма намалява дължината и обема на мотора с до 50% спрямо конвенционален мотор със сравнима мощност
• По-високата плътност на въртящия момент означава по-малко тегло за същата мощност
• Освобождава се повече пространство в купето и багажника благодарение на по-компактния задвижващ блок

Защо Берлин-Мариенфелде е специален

Заводът в Берлин-Мариенфелде е основан през 1902 г. и от десетилетия е част от глобалната производствена мрежа на Mercedes-Benz за силови агрегати. От 2022 г. там се помещава и Digital Factory Campus на компанията, а сега площадката се превръща в център за компетентност за производство на високопроизводителни електромотори.

Индустриализацията на аксиалния флукс мотор е описана от Mercedes-Benz като един от най-амбициозните производствени проекти в историята на компанията. Това, което дълго се е смятало за твърде сложно за масово производство, вече се произвежда в голяма серия.

• Производството обхваща 98 технологични стъпки, 65 от които са нови за Mercedes-Benz, а 35 са напълно нови за автомобилната индустрия
• Разработените технологии са довели до над 30 патентни заявки
• Производствената площ е около 30 000 квадратни метра, разпределени в три халета и седем производствени линии
• Използват се лазерни технологии, изкуствен интелект за контрол на качеството и високоавтоматизирани производствени системи

„Сватбата": монтаж с точност под 0,1 мм

Едно от най-взискателните места в производствения процес е финалният монтаж, вътрешно наричан „сватба" (Hochzeit). При него статорът се позиционира между два ротора с мощни магнити. По време на операцията върху компонентите действат магнитни сили до 9 килонютона — приблизително равностойни на 900 килограма натиск.

Въпреки тези сили статорът трябва да остане подравнен с толеранс под 0,1 милиметра. Mercedes-Benz постига това чрез специализирани сензори и собствен алгоритъм за управление, който коригира позицията на компонентите непрекъснато през последните части от секундата преди приключване на монтажа.

Друго технологично предизвикателство е производството на медните намотки на статора — вместо кръгла жица се използва правоъгълна медна жица, което позволява повече мед в същия обем и по-висока плътност на мощността. Свързването на бобинните пакети се извършва чрез високопрецизен лазерен процес, който минимизира преноса на топлина към чувствителни съседни компоненти.

AMG GT 4-Türer Coupé: витрината на технологията

Компактността на новия мотор е впечатляваща: моторът на предната ос е широк едва под девет сантиметра, а двата мотора на задната ос — по около осем сантиметра всеки. Технологията идва от YASA — британски специалист по електромотори, който от 2021 г. е изцяло собственост на Mercedes-Benz.

Всяка ос използва три аксиални флукс мотора, обединени в т.нар. High Performance Electric Drive Units (HP.EDU) заедно с компактна планетарна предавка в общ корпус.

И двете версии използват по три аксиални флукс мотора и 800-волтова батерийна архитектура. Издръжливостта на технологията вече беше демонстрирана и от концептуалния автомобил CONCEPT AMG GT XX, който измина над 40 000 км за седем дни на пистата в Nardò, поставяйки 25 рекорда за дълги разстояния. Серийното производство на самия автомобил стартира във фабриката в Зинделфинген през лятото на 2026 г.

Китай не изостава

Паралелно с немския пробив, китайски изследователи от Pangoo Power и Института по материалознание и инженерство в Нингбо към Китайската академия на науките представиха собствен аксиален флукс мотор с нов постоянен магнитен материал, оптимизиран специално за тази архитектура.

Постигнатите резултати — плътност на мощността от 25,73 kW/kg при обороти над 18 000 в минута — адресират исторически проблем на дисковата конструкция: нестабилност при високи скорости заради деформации и магнитен дисбаланс. Плътността на въртящия момент достига 293 N·m/kg — с 22% по-висока от сравними продукти на пазара, което авторите насочват и към извънавтомобилни приложения като хуманоидни роботи и летящи таксита (eVTOL).

Други китайски производители следват различни пътища към по-компактни и мощни електромотори:

• Xiaomi оборудва Xiaomi YU7 GT с новия силов агрегат HyperEngine V8S EVO, достигащ 28 000 об/мин с модул от силициев карбид (SiC) и ефективност от 98,38%
• BYD разширява своя 240-киловатов електромотор и към по-достъпни модели
• Dongfeng вече произвежда серийно eπ 007 Flash Edition — първият масов пътнически електромобил с четири мотора, вградени директно в колелата

Какво следва

Пазарът на аксиални флукс мотори се очаква да нарасне от около 1,25 млрд. долара през 2024 г. до близо 4,86 млрд. долара до 2032 г., според пазарни прогнози. За производителите на луксозни и високопроизводителни електромобили дисковата конструкция обещава комбинация, която досега изглеждаше невъзможна — повече мощност, по-малко тегло и повече свободно пространство в купето.