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17岁工程师发明环保电机 不需要使用稀土磁铁

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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