Motorul inventat de un puști de 17 ani poate revoluționa mașinile electrice din zilele noastre

Un puști în vârstă de 17 ani a inventat motorul care ar putea revoluționa actuala industrie a mașinilor electrice. Aceasta nu este singura invenție a băiatului, băiatul putându-se lăuda și cu alte invenții.

Robert Sansone este un inginer înnăscut. De la mâini animatronice la ghete de alergare de mare viteză și un kart care poate atinge viteze de peste 110 km/h, inventatorul din Fort Pierce, Florida, estimează că a finalizat cel puțin 60 de proiecte de inginerie în timpul său liber, și are doar 17 ani.

Acum câțiva ani, Sansone a dat peste un videoclip despre avantajele și dezavantajele mașinilor electrice. Videoclipul a explicat că majoritatea motoarelor de mașini electrice necesită magneți fabricați din elemente rare, care pot fi costisitoare, atât din punct de vedere financiar, cât și din punct de vedere al mediului. Materialele necesare pot costa sute de dolari per kilogram, în comparație cu cuprul care costă aproximativ 7 dolari/kg.

Liceanul auzise de un tip de motor electric, motorul sincron cu reluctantă care nu folosește aceste materiale rare. Acest tip de motor este folosit în prezent pentru pompe și ventilatoare, dar nu este suficient de puternic pentru a fi folosit într-un vehicul electric. Așadar, Sansone a început să facă cercetări prin care ar putea să-și îmbunătățească performanța.

Pe parcursul unui an, Sansone a creat un prototip al unui nou motor sincron cu reluctanță, care avea un cuplu și o eficiență mai mari decât cele existente. Prototipul a fost realizat din plastic imprimat 3-D, fire de cupru și un rotor de oțel și a fost testat folosind o varietate de contoare pentru a măsura puterea și un tahometru cu laser pentru a determina viteza de rotație a motorului. Munca lui i-a adus primul premiu și 75.000 de dolari la Târgul Internațional de Știință și Inginerie Regeneron (ISEF) de anul acesta, cea mai mare competiție internațională STEM pentru licee.

Motoarele cu magneți permanenți mai puțin sustenabile folosesc materiale precum neodim, samariu și disproziu, care sunt la mare căutare deoarece sunt folosite în multe produse diferite, inclusiv căști, explică Heath Hofmann, profesor de inginerie electrică și informatică la Universitatea din Michigan. Hofmann a lucrat intens la vehiculele electrice, inclusiv consultarea cu Tesla pentru a dezvolta algoritmi de control pentru propulsia sa.

Motoarele electrice folosesc câmpuri electromagnetice rotative pentru a învârti un rotor. Bobinele de sârmă din porțiunea exterioară staționară a motorului, numită stator, produc aceste câmpuri electromagnetice. În motoarele cu magneți permanenți, magneții atașați la marginea unui rotor care se rotește produc un câmp magnetic care este atras de polii opuși ai câmpului de rotație, iar această atracție învârte rotorul.

Motoarele cu reluctanță sincronă nu folosesc magneți. În schimb, un rotor de oțel cu goluri de aer tăiate în el se aliniază cu câmpul magnetic rotativ. Reticența sau magnetismul unui material este cheia acestui proces. Pe măsură ce rotorul se rotește împreună cu câmpul magnetic rotativ, se produce cuplu. Se produce mai mult cuplu atunci când raportul de proeminență sau diferența de magnetism între materiale este mai mare.

Motorul inventat de tânărul de 17 ani ar putea revoluționa industria mașinilor electrice

În loc să folosească goluri de aer, Sansone s-a gândit că ar putea încorpora un alt câmp magnetic într-un motor. Acest lucru ar crește acest raport de proeminență și, la rândul său, ar produce mai mult cuplu. Designul său are alte componente, dar nu poate dezvălui mai multe detalii pentru că speră să breveteze tehnologia în viitor.

A fost nevoie de mai multe prototipuri înainte de a-și putea testa designul. Sansone și-a testat motorul pentru cuplu și eficiență, apoi l-a reconfigurat pentru a funcționa ca un motor sincron cu reluctanță mai tradițional pentru comparație. El a descoperit că noul său design a prezentat un cuplu cu 39% mai mare și o eficiență cu 31% mai mare la 300 de rotații pe minut.

La 750 RPM, a funcționat cu o eficiență cu 37% mai mare. Nu și-a putut testa prototipul la turații mai mari pe minut, deoarece piesele de plastic s-ar supraîncălzi, o lecție pe care a învățat-o pe cale grea când unul dintre prototipuri s-a topit pe birou, după cum a spus el.

În comparație, motorul Model S al Tesla poate atinge până la 18.000 RPM, a explicat principalul designer de motoare al companiei, Konstantinos Laskaris, într-un interviu din 2016 cu Christian Ruoff de la revista de vehicule electrice Charged.

Sansone și-a validat rezultatele într-un al doilea experiment, în care a „izolat principiul teoretic în baza căruia noul design creează proeminență magnetică”, conform prezentării proiectului său. În esență, acest experiment a eliminat toate celelalte variabile și a confirmat că îmbunătățirile cuplului și eficiența au fost corelate cu raportul mai mare de proeminență al designului său.

Hofmann spune că materialele pentru motoarele cu reluctanță sincronă sunt ieftine, dar mașinile sunt complexe și dificil de fabricat. Costurile ridicate de producție reprezintă, prin urmare, o barieră în calea utilizării lor pe scară largă și un factor limitator major pentru invenția Sansone.

Sansone lucrează acum la calcule și modelare 3-D pentru versiunea 16 a motorului său, pe care intenționează să o construiască din materiale mai rezistente, astfel încât să-l poată testa la turații mai mari pe minut. Dacă motorul său continuă să funcționeze cu viteză și eficiență ridicată, el spune că va merge mai departe cu procesul de brevetare.

În calitate de senior în creștere la Fort Pierce Central High School, Sansone visează să urmeze Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Câștigurile sale de la ISEF vor merge către școlarizarea la facultate. Sansone spune că inițial nu plănuise să intre în competiție. Dar când a aflat că una dintre clasele sale i-a permis să finalizeze un proiect de cercetare și o lucrare de un an pe un subiect ales de el, a decis să profite de ocazie pentru a continua să lucreze la motorul său.

După ce s-a descurcat bine la concursurile raionale și de stat, a avansat la ISEF. Sansone așteaptă până la următoarea etapă de testare înainte de a aborda orice companie de automobile, dar speră că într-o zi motorul său va fi designul ales pentru vehiculele electrice.