这个高中生发明的电动机，可能要引发电车革命

本文来自微信公众号：差评 （ID：chaping321），作者：小辣椒，撰文：八戒，编辑：面线，头图来自：Society for Science

17 岁的时候你在干嘛？

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。

从 1997 年开始，英特尔公司开始大力赞助这个赛事，使得 ISEF 的影响力不断扩大， 2020 年英特尔退出，改由美国的再生元制药公司接棒。

其他大家熟知的博通、微软、赛斯科等科技公司，也给这个奖项提供了各种帮助。

资金的涌入也带来了平台的发展，平台良性发展进一步提高了赛事的高含金量。

许多诺奖、麦克阿瑟奖学金（天才奖）得主、苹果谷歌微软的工程师，年轻时都参加过这个比赛。

如今，已经变成全球青少年的科学盛宴。

像今年，来自全球 180 多个国家、地区共计近千万学生参赛，最终却只有 1800 余人入围总决赛。

除了参赛者，评委的门槛也极高。

ISEF 每年会邀请上千名相关专家当评委，硬性标准也很简单粗暴：要么拥有博士学位，要么得有 6 年相关科研经验。

而且评委里还包括了数十位诺贝尔奖获得者，这些诺奖得主还会在大赛期间与学生进行深度交流，帮助辅导他们做成更完美的研究。

这样高规格的赛事，就挖掘了许多妖孽出来，除了桑松，我们翻了翻这个 ISEF 的获奖名单，好家伙，简直是神仙打架。

今年 ISEF 的亚军是沙特阿拉伯的阿卜杜拉·阿尔甘迪，他改进了一种金属有机材料（ NiFe-LDH  ）。

这种材料可以从水中提取氢气并且安全储存，而且比其他的采氢、储氢材料更便宜。

今年斩获季军的是美国的瑞沙布 · 吉安，他开发了一种 AI 模型，可以帮助医药公司通过 DNA 工程快速有效地生产药物。

吉安在 13 岁时的研究改进了胰腺癌的放射治疗、胰腺癌放射治疗、放射治疗……凭此他还被评为了美国杰出青年科学家。

他在 2018 年又被《 时代 》杂志评为全球 25 位最有影响力的青少年之一。

要知道，这些小孩都还只有 18 岁啊，小辣椒只能说牛。

资料来源：

《 直驱与传动 》：胡莹同步磁阻电机的 “ 王者荣耀 ” ，新一轮电机应用革命发酵中

新浪汽车：交流异步电机与永磁同步电机有何区别？到底谁更好？

Smithsonian magazine ：This 17-Year-Old Designed a Motor That Could Potentially Transform the Electric Car Industry

https : //www.societyforscience.org/ 

Hackday ：YOUNG INVENTOR BUILDS MOTOR WITHOUT RARE EARTHS

Regeneron ISEF finalist exhibit hall ： @RobertSansone

TIME ：TIME's 25 Most Influential Teens of 2018

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