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这个高中生发明的电动机,可能要引发电车革命

   2022-10-17 Society for Science63860
导读

做不完的习题,打不够的篮球,看不腻的 ta ?美国小伙子罗伯特·桑松(Robert Sansone)的17岁,手搓了个汽车电动机,直接拿到了被誉为科技界青少年世界杯的 IEFS 冠军和 75000美元的奖金。他的研究还被媒体称作,“

 

做不完的习题,打不够的篮球,看不腻的 ta ?


美国小伙子罗伯特·桑松(Robert Sansone)的 17 岁,手搓了个汽车电动机,直接拿到了被誉为科技界青少年世界杯的 IEFS 冠军和 75000 美元的奖金。


他的研究还被媒体称作,“可能发明了一个会改变电动汽车行业的电机”。



大家都知道,电动车和油车不一样,电动车动力来源主要靠电动发动机。


电动机的方案很多,但凭借着转化效率高等原因,永磁同步电机(下称永磁机)隐隐有着一统江湖的劲头。



可是,顾名思义永磁机必须要用永磁体


制作永磁体又必须要用稀土材料


但是稀土产量少、价格贵,而且提取过程非常破坏环境。


更重要的是,稀土资源的命脉握在中国手里,这让西方世界很难接受。


所以在 2011 年前后,美国能源部主导了一波去稀土化项目,就是为了带领西方世界摆脱中国稀土依赖。


这也导致了如今国外车企,大都还在交流异步电机(也称感应电机,下称感应电机)上挣扎,通过提高功率密度、把电动机做得更大等方法来缝缝补补。


在了解这些情况后,桑松就在想,能不能再设计一种不需要永磁体、同样能量转化效率高的电机。


他想到了曾经了解过的同步磁阻电机(Synchronous Reluctance Motor,下称 SynRM)


SynRM 并不是新事物,它的理论模型早在 1923 年就被提出来了。


通俗地说,SynRM 就是把永磁体换成了一个钢转子,这样结构就变简单了,价钱也更便宜。



但它的问题是,功率太小,我们现在常见的 SynRM 只能放到泵或者风扇上。


桑松需要做的,就是提高 SynRM 的性能,让它能带得动车子。


为了达到这个目的,桑松将另一个磁场整合进 SynRM,从而产生更大的扭矩(因为桑松准备为这项技术申请专利,所以更多的细节没有展示)


由于没有足够的材料、资金来进行 1 : 1 的实验,所以桑松利用 3D 打印机制作了一个缩小模型。



在经过整整 15 次实验后,他终于得到了令自己满意的设计。


经他改良过的 SynRM 在每分钟 300 转的情况下提升了 39% 的最大扭矩和 31% 的效率,在 750 转时,它的效率更是提高了 37%。


不过,当他准备进一步提高数值测试时,塑料模型因为过热融化了。


所以截止目前,该模型还没有得到工业上的验证。



即使如此,桑松的成就也足以让人惊叹,他凭借这个研究,击败了全球青少年,成功斩获了国际性青少年科学竞赛 ISEF 冠军,捧走了 75000 美元奖金。


这个桑松还是个天才发明家,17 岁的他在业余时间已经完成了 60 多项发明,比如像这个可以让自己奔跑时速超过 35 Km/h 的机械跑鞋。



这种天才少年参加的 ISEF 当然相当不简单,它被誉为青少年界的诺贝尔奖。


ISEF 全名是国际科学与工程博览会(International Science and Engineering Fair ),如今已经有 70 年历史。


    


 
(文/小编)
 
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