17岁工程师发明环保电机不需要使用稀土磁铁

盖世汽车讯 大多数电动汽车发动机都需要使用由稀土元素制成的磁铁，但是稀土元素的储量有限、价格高，而且在采矿时易造成环境污染。据外媒报道，美国佛罗里达州皮尔斯堡17岁的发明家Robert Sansone开发了一种新型同步磁阻电机原型。该样机由3D打印塑料、铜线和钢转子制成。与现有电机相比，具有更大的旋转力（或扭矩）和效率。

电动机利用旋转的电磁场使转子旋转，而位于电机外部固定部分的线圈（称为定子），会产生电磁场。在永磁电机中，附着在旋转转子边缘的磁铁会产生磁场，该磁场被旋转磁场中相反的磁极所吸引，这种吸引力使转子旋转。

同步磁阻电机不使用磁铁，而是使带有空气间隙的钢转子与旋转磁场对齐。在这一过程中，磁阻（或者说材料的磁性）是关键因素。当转子随着旋转的磁场旋转时，就产生转矩。当凸极比或材料之间的磁性差异（在这种情况下为钢和非磁性空气间隙）更大，会产生更大的扭矩。

Sansone认为，可以将另一磁场整合到电机中，而不必使用空气间隙。这将增加凸极比（saliency ratio），进而产生更大的扭矩。Sansone希望将来为这项技术申请专利。

Sansone测试了电机的转矩和效率，然后重新进行配置，使其作为更传统的同步磁阻电机运行，以进行比较。结果显示，在新设计中，当达到每分钟300转（RPM）时，扭矩提高了39%，效率提高31%。当达到750 RPM时，效率提高37%。相比之下，特斯拉的Model S电机可以达到18,000 RPM。

Sansone进行了第二次实验，以验证其结果。从本质上说，这个实验排除了所有其他变量，并证实了该设计中更大的凸极比有利于提高扭矩和效率。

据介绍，同步磁阻电机的材料成本很低，但制造过程比较复杂，从而限制其广泛使用。在Sansone的发明中，这也是主要影响因素。Sansone表示，未来通过增材制造等新技术，有望简化制造过程。

目前，Sansone正在为其第16版电机进行计算和3D建模，并计划使用更坚固的材料来制造这种电机，以便以更高的每分钟转数进行测试。

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