一个只有17岁、名叫罗伯特·桑松（RobertSansone）的高中生，研发出了一个时速超过70英里的卡丁车，使人惊叹不已的是，这种电动汽车的制造不需要稀土磁铁，它将可能会改变电动汽车行业，为电动汽车的可持续发展铺平道路。

几年前，桑松看到了一段关于电动汽车优缺点的视频。该视频解释说，大多数电动汽车电机都需要由稀土元素制成的磁铁，提取稀土元素在经济和环境方面的成本都很高。所需的稀土材料每公斤可花费数百美元。相比之下，铜每公斤价值七个多美元。

桑松说，“我对电动机有着天生的兴趣，”他曾在不同的机器人项目中使用过它们。“对于这个可持续性发展问题，我想解决它，尝试设计一种不同的电机。

这位高中生听说过一种不使用这些稀土材料的电动机——同步磁阻电机。这种电机目前用于泵和风扇，但它本身的功率不足以用于电动汽车。因此，桑松开始四处收集信息，想方设法提高其性能。

在一年的时间里，他制造出了一种新型同步磁阻电机的原型，该电机比现有电机具有更大的旋转力（即扭矩）和效率。该原型由3D打印塑料、铜线和钢转子制成，并使用各种仪表进行测试以测量功率，并使用激光转速计来确定电机的转速。他的这一创新为他赢得了今年最大的高中生国际科学与工程博览会(ISEF)的一等奖和75,美元的奖金。

密歇根州大学电气和计算机工程教授希思·霍夫曼（HeathHofmann）解释说，可持续性较差的永磁电机使用钕、钐和镝等材料，这些材料的需求量很大，它们用于许多不同的产品，包括耳机和耳塞。霍夫曼在电动汽车方面进行了广泛的研究，包括咨询特斯拉以开发其推进驱动的控制算法。

他说，“使用磁铁的应用数量似乎越来越多，”“很多材料都是在中国开采的，因此价格往往取决于我们与中国的贸易状况。”他补充说，特斯拉最近开始在其电机中使用永磁体。

电动机使用旋转电磁场来旋转转子。电机的静止外部部分（称为定子）中的线圈产生这些电磁场。在永磁电机中，附着在旋转转子边缘的磁铁会产生一个磁场，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。

同步磁阻电机不使用磁铁。取而代之的是，一个带有气隙的钢转子与旋转磁场对齐。磁阻或材料的磁性是这一过程的关键。当转子与旋转磁场一起旋转时，会产生扭矩。当凸极比或材料之间的磁性差异（在这种情况下，钢和非磁性气隙）更大时，会产生更大的扭矩。

桑松认为他可以将另一个磁场整合到电机中，而不是使用气隙。这将增加该凸极比，进而产生更大的扭矩。他的设计还有其他组件，但他不能透露更多细节，因为他希望将来为这项技术申请专利。

桑松说，“一旦我有了这个最初的想法，我就必须做一些原型设计来尝试看看这个设计是否真的有效，”“我没有大量资源来制造非常先进的电机，所以我不得不使用3D打印机按比例制作一个小型版本。”制作了几个原型机。

“我没有导师来帮助我，真的，所以每次电机发生故障时，我都必须进行大量研究并尝试解决问题所在，”“但最终在第15台电机上，我得到了一个工作原型。”

桑松测试了他的电机的扭矩和功率，然后将其重新配置为作为传统的同步磁阻电机运行以进行比较。他发现他的新颖设计在每分钟转时扭矩增加了39%，功率提高了31%。在每分钟转时，效率提高了37%。他无法以更高的每分钟转速测试他的原型机，因为塑料件会过热。其中一个原型机在他的桌子上过热而融化。

特斯拉的首席电机设计师KonstantinosLaskaris曾表示，特斯拉的ModelS电机可以达到每分钟18,的转速。

根据桑松的项目介绍，在第二个实验中验证他的结果，在该实验中，他“隔离了新设计产生磁显着性的理论原理”。从本质上讲，这个实验消除了所有其他变量，并证实了扭矩和效率的提高与他的设计更大的凸极比相关。

霍夫曼谈到桑松的研发说，“他肯定以正确的方式看待事情，”“这有可能成为下一件大事。”他评价说，我们许多教授一生都在从事该研究工作，但是他们最终能做成功的很少。

霍夫曼说，同步磁阻电机的材料很便宜，但机器很复杂，而且制造起来非常困难。因此，高昂的制造成本是它们广泛使用的障碍，也是这项发明的主要限制因素。桑松对此表示赞同，但表示“借助如3-D打印增强制造等新技术，未来建造它会更容易。”

桑松现在正在为他的第16版电机进行计算和3-D建模，计划用更坚固的材料制造这种电机，以便以更高的每分钟转速对其进行测试。如果他的电机继续以高速和高效率运行，他说他将继续申请专利。

作为皮尔斯堡中央高中的一名学生，桑松梦想进入麻省理工学院。他所获得的奖金将用于大学学费。

桑松说他最初并没有计划参加比赛。但当他得知他的一门课程允许他完成一项为期一年的研究项目和关于他选择的主题的论文时，他决定借此机会继续研究他的电机。

“我在想，如果我能把这么多精力投入其中，我不妨把它做成一个科学博览会项目并与之竞争，”他解释道。

目前，桑松正在等待下一阶段的测试，然后再与汽车公司接洽，但他希望有一天他的电机将成为电动汽车的首选设计。他表示，“现有电动机中的稀土材料是影响电动汽车可持续性发展的主要因素，”“在我新颖的电机设计的帮助下，希望看到电动汽车完全可持续发展的那一天梦想成真。”

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