17 岁少年重塑电动汽车“心脏”，还手握 60+ 个工

（图片来自 Smithsonian 杂志）

从仿生手到高速跑鞋再到时速超过 70 英里的卡丁车，年仅 17 岁的 Sansone 已手握众多发明，而最近他将目光锁定在了电动汽车的心脏——“电动机”上。对此，Smithsonian 杂志的评价是：“这位 17 岁年轻人设计的电动机可能会改变整个电动汽车行业。”

Sansone 坦白，最初排查故障的过程十分难熬：“没有导师来帮助我，真的，所以每次电动机发生故障时，我都必须进行大量研究并尝试解决问题。”在反复失败 14 次后，Sansone 终于能把第 15 版电动机当做项目原型了。

凭借新型电动机原型，获得竞赛一等奖及 7.5 万美元奖金

该视频指出，大多数电动汽车发动机需要用到由稀土元素制成的磁铁，但提取稀土元素在经济和环境方面的成本都很高，每公斤价格可达数百美元。

电动机的基本原理是，利用旋转的电磁场使转子旋转，而位于电机外部的固定线圈（定子）中会产生这些电磁场。而永磁电动机（需要用到稀土元素）和同步磁阻电动机的区别在于：

得到项目原型后，Sansone 还多次测试电动机的扭矩和效率，并与传统同步磁阻电动机作比较。最后 Sansone 得出其设计的新型电动机的极限为：在 300 RPM（每分钟转数）时，扭矩提高了 39%，效率提高了 31%；在 750 RPM 时，电动机效率提高了 37%——更高的 RPM 目前无法测试，因为项目原型是 3D 打印的，其本质是塑料，无法承受高转速下产生的高温。

思及此，Sansone 想到了他曾听闻过一种无需稀土元素的电动机：同步磁阻电动机。考虑到目前这种电动机主要应用于泵和风扇，其本身功率不足以用于电动汽车， Sansone 便开始头脑风暴，寻思着要如何提高它的性能。

在永磁电动机中，附着在旋转转子边缘的磁铁会产生磁场，该磁场会被旋转磁场的相反磁极所吸引，这种吸引力使转子旋转。

结合相关资料、仔细考量过后，Sansone 在脑海中形成了对这款新型电动机的初步设计方案：可以取代气隙，将另一个磁场整合到电动机中，这或许将有助于增加凸极率以产生更大的扭矩。

据了解，该新型同步磁阻电动机原型由 3D 打印塑料、铜线和钢转子制成，使用各种仪表来测量功率，并用激光转速计来确定电动机的转速。成本相比用到稀土元素的电动机大幅降低，毕竟铜每公斤才 7.83 美元。

对此，电气和计算机工程教授 Heath Hofmann 评价道：“他（Sansone）绝对是在用正确的方式看待事情，这个研究有可能成为下一个大事件。”

相反，同步磁阻电动机则不使用磁铁，取而代之的是一个带有气隙的钢转子与旋转磁场对齐。其中磁阻或者说材料的磁性是这一过程的关键。当转子随着旋转磁场旋转时会产生扭矩，而随着凸极率、比或材料之间的磁性差异更大时，就会产生更大的扭矩。

这个项目的起因可能要追溯到几年前，当时 Sansone 无意中看到了一个介绍关于电动汽车优缺点的视频，其中就讲到了电动机。

目前，Sansone 正在设计其第 16 版电动机并进行 3D 建模，计划用更坚固的材料来制造，以便用更高的 RPM 来测试性能。如果之后这款新型同步磁阻电动机能持续在性能上有所提升，Sansone 将继续申请专利。

提问：17 岁的你在干什么？

大多数人的17 岁应该在高中主攻学习，但有人 17 岁却已在课余时间完成了至少 60 个工程项目——只能说，人和人的 17 岁真的不一样，活脱脱一个“别人家的孩子”。网友感慨：“千万别让我妈看见。”

尽管如此，Sansone 花费一年时间设计的这个新型同步磁阻电动机原型还是很有意义的。从本质上来讲，这个实验消除了所有其他变量，证实了扭矩和效率的提高与他设计更大的凸极率相关。此外，凭借这个电动机原型，Sansone 还获得了美国今年最大的国际高中 STEM 竞赛、Regeneron 国际科学与工程博览会（ISEF）一等奖和 7.5 万美元奖金。

来自美国佛罗里达州皮尔斯堡中央高中的 Robert Sansone 就是这位传奇少年，或者也可以借用外媒对他的形容：“一位天生的工程师”。

初步设计方案 Get！

“我天生就对电动机感兴趣，曾多次在不同的机器人项目中使用。”那条视频指出的电动机缺点，给予了 Sansone 灵感：“我想解决它，并尝试设计一种不同的电动机。”

初步方案有了之后，Sansone 便着手尝试做一些原型设计以验证这一设计是否真的有效。不过，Sansone 指出：“我没有大量资源来制造非常先进的电动机，所以只能用 3D 打印机制作一个小比例模型。”

文章来源：《心脏杂志》 网址: http://www.xzzzzzs.cn/zonghexinwen/2022/0815/1843.html