Octane 车队和 EOS 利用 AM 优化汽车电机冷却系统

COEP 科技大学 | 成功案例

复杂内部几何形状的设计自由度
确保高结构强度
一体化设计增强了热量吸收

在 Octane 车队，我们相信卓越的工程技术是一层一层烧结而成的。借助 EOS 的尖端金属3D 打印技术，我们为轮毂电机制作了完美的外壳，使印度第一辆配备轮毂电机的 FS 赛车焕发了生机。

Piyush Goyal | Octane 车队队长

Octane 车队开始了一项雄心勃勃的计划：制造印度第一辆采用双轮毂永磁同步电机 (PMSM) 的大学生方程式赛车。

事实证明，传统制造方法无法生产出所需的复杂集成设计。这促使团队开始探索 EOS增材制造（AM）。

最终，采用DMLS 技术制造出了具有开创性的轻质电机外壳，其特点是集成了保形冷却通道，成功地控制了热负荷，使电机性能达到最佳且持续。

客户和项目

Octane 车队是印度浦那 COEP 科技大学的官方学生方程式车队。该车队成立于 2010 年，在设计和制造 F1 型赛车方面有着丰富的经验，曾参加过巴拉特方程式和德国大学生方程式等著名的国内和国际比赛。他们拥有建造多辆内燃机和电动汽车赛车的经验。

该项目的目标是开创印度第一辆配备双高功率密度永磁同步电机的大学生方程式赛车，该电机直接安装在轮毂上。该项目的一个关键部分是为这些电机设计和制造一个新颖的定制外壳，其中包含一个有效的冷却系统。

这些高功率密度电机与炎热的环境条件相结合，给热管理带来了巨大挑战。它们会产生大量热量（散热要求高达 2.2kW），因此需要在轮毂严格的空间限制内找到有效的冷却解决方案。

挑战

主要的技术要求是为新型高功率密度 PMSM 轮毂电机定制具有有效热管理功能的外壳。

电机会产生大量热量，每台电机最高可达 2.2 千瓦，这些热量需要散发掉。未经管理的热量会大大降低电机的效率和性能，并可能导致部件故障，包括绝缘击穿、轴承故障、绕组损坏和磁铁退磁。因此，有效冷却对于保持峰值性能和确保电机寿命至关重要。

几个设计限制因素使任务复杂化。电机制造商规定了严格的外壳包络：内径 90 毫米、外径 120 毫米、长度 105 毫米。此外，车轮组件内的空间极为有限，因此无法在 120 毫米外壳直径之外增加一个单独的冷却套。因此，有必要将电机外壳和高效冷却系统（特别是保形冷却套）集成到一个单一的集成组件中。设计需要最大限度地提高结构完整性和散热能力。

机加工或铸造等传统制造技术无法为所需的复杂内部螺旋冷却通道提供足够的设计自由度。使用这些方法很难甚至不可能将外壳和冷却夹套完美地结合在一起。如果采用传统方法来实现所需的性能目标，很可能会导致组件明显变重、变大，材料利用率很低（估计为 25-30%）。

解决方案：EOS增材制造

经过大量的设计迭代和可行性研究后，DMLS 使用一台 EOS M 290被确定为理想的制造解决方案。DMLS 为复杂的内部几何形状提供了必要的设计自由度，为减轻重量提供了巨大潜力，并确保了较高的结构强度。由于铝合金（特别是EOS Aluminium Aluminium AlF357）具有良好的导热性、强度重量比、耐腐蚀性和可加工性，因此被选中。

团队设计了一种创新的集成式圆柱形外壳，其中包含内部螺旋形保形冷却通道。这种集成设计最大限度地增加了冷却通道与发热电机部件之间的接触面积，从而提高了吸热能力。它从本质上消除了与多部件组件相关的潜在泄漏点。AM 实现了流体入口/出口和安装点的精确定位，从而在复杂的车轮组件中实现了无缝集成。最终设计形成了高度紧凑和简化的电机组件。

EOS 发挥了关键作用，提供了优化打印和后处理参数的专业技术，从而使 AlF357 加工的强度和延展性超过了 6061 等级铝的锻造性能，符合国际标准。客户可以打印并严格测试样品部件，以确保最终部件实现零气孔率、光滑的表面光洁度以及与 AA6061 铝坯等级相当的机械强度。

冲过终点线结果

AM 组件实现了出色的散热率。这种出色的冷却效果使电机表面温度保持在 50°C 临界温度以下，从而使电机能够以稳定的峰值性能运行。增材制造的外壳仅重 1.3 千克，比同类传统加工部件的估计重量（至少 2.5 千克）减轻了一半。此外，AM 部件成功地满足了所有结构强度要求，超过了 6061 锻造铝的性能（约 300 兆帕，延展性大于 10%）。此外，EOS Aluminium F357 已被证明是在要求苛刻的应用中替代 AA6061 的有力竞争者--与传统制造方法相比，不仅性能相当，而且设计自由度更高。

除了性能指标外，AM 还具有明显的设计和制造优势。它可以成功地将电机外壳和保形冷却通道集成到一个单一的整体部件中。团队实现了高度复杂的内部和外部几何形状，精确地满足了车辆的特定封装和性能需求。材料利用率大幅提高到 95% 以上，与减材制造的 25-30% 形成鲜明对比。最终，EOS AM 技术直接帮助 Octane 车队实现了其雄心勃勃的目标，即制造出印度第一辆由双轮毂电机驱动的大学生方程式赛车。

未来

事实证明，EOS增材制造技术对于 Octane 车队来说是不可或缺的，它为克服高性能轮毂电机冷却方面复杂的设计集成和制造挑战提供了关键的解决方案。DMLS 的采用带来了实实在在的好处：完全集成的外壳和冷却系统、卓越的热管理，从而使电机性能持续保持峰值、显著减轻重量，并实现了传统方法无法实现的复杂设计。该项目彰显了 AM 在开发复杂、轻质、热效率高的组件方面的巨大潜力，适用于要求苛刻的高性能汽车应用及其他应用。值得注意的是，在 T6 条件下，所获得的性能超过了锻造铝 6061，凸显了 AM 可以释放的材料和设计优势。