(News.oto-hui.com) – Theo tạp chí Smithsonian (thuộc viện nghiên cứu lớn nhất thế giới Smithsonian, trực thuộc Chính phủ Mỹ), Robert Sansone (17 tuổi, ở Fort Pierce, bang Florida, Mỹ) đã chế tạo ra loại động cơ điện không cần dùng nam châm (Synchronous Reluctance Motor) cho ngành công nghiệp ô tô. Việc sử dụng nam châm sẽ tạo ra giá thành đắt đỏ cũng tốn kém nhiều nguyên tố đất hiếm hơn. Loại động cơ này đã giúp Robert đạt giải nhất trong cuộc thi STEM năm 2022.
Nam sinh Robert Sansone vốn là một “kỹ sư bẩm sinh”, em sáng chế từ bàn tay điện tử đến giày chạy tốc độ cao và một chiếc xe go-kart có thể đạt tốc độ hơn 113km/h.
“Nhà phát minh” này ước tính mình đã hoàn thành ít nhất 60 dự án kỹ thuật trong thời gian rảnh rỗi ngoài giờ học.
Vài năm trước, Robert đã xem một video về những ưu điểm và nhược điểm của ôtô điện. Đoạn video giải thích: Hầu hết các động cơ ôtô điện đều yêu cầu nam châm làm từ các nguyên tố đất hiếm, có thể tốn kém cả về tài chính và môi trường để chiết xuất. Các vật liệu đất hiếm cần thiết có thể có giá hàng trăm USD/kg. Trong khi đó, đồng trị giá 7,83 USD/kg.
“Tôi thực sự không có người cố vấn để giúp mình, vì vậy mỗi lần động cơ bị hỏng, tôi phải nghiên cứu rất nhiều và thử khắc phục sự cố. Nhưng cuối cùng trên động cơ thứ 15, tôi đã có thể có được một nguyên mẫu hoạt động”, Nam sinh nói.
Trên thị trường đồ gia dụng, có một loại động cơ điện trở bằng lõi đồng tạo ra từ trường quay, không sử dụng những vật liệu đất hiếm. Động cơ này hiện được sử dụng cho máy bơm và quạt, nhưng nó không đủ mạnh để sử dụng trong xe điện. Vì vậy, Robert bắt đầu động não tìm cách cải thiện hiệu suất của nó.
“Tôi có niềm đam mê đối với động cơ điện. Tôi muốn thử thiết kế một loại động cơ khác sử dụng đồng”, Robert Sansone chia sẻ.
Trong suốt một năm, Robert đã sáng chế một động cơ điện trở từ lõi đồng bộ, tạo ra từ trường quay và có hiệu suất cao hơn những động cơ hiện có. Nguyên mẫu được làm từ nhựa in 3-D, dây đồng và rotor thép. Động cơ này được thử nghiệm bằng cách sử dụng nhiều loại đồng hồ để đo công suất và máy đo tốc độ laser để xác định tốc độ quay của động cơ.
Động cơ điện sử dụng điện từ trường quay để làm quay rôto. Các cuộn dây ở phần ngoài đứng yên của động cơ, được gọi là stato, tạo ra các trường điện từ này. Trong động cơ nam châm vĩnh cửu, nam châm gắn vào cạnh của rôto đang quay tạo ra từ trường hút về các cực đối diện trên trường quay. Lực hút này làm quay rôto.
Tuy nhiên, Động cơ điện trở đồng bộ (Synchronous Reluctance Motor) không sử dụng nam châm. Thay vào đó, một cánh quạt làm bằng thép với các khe hở không khí cắt vào đó sẽ tự điều chỉnh theo từ trường quay. Điện trở, hay từ tính của vật liệu, là chìa khóa của quá trình này. Khi rôto quay cùng với từ trường quay, mô-men xoắn được tạo ra. Nhiều mômen xoắn hơn được tạo ra khi có sự khác biệt về từ tính giữa các vật liệu (trong trường hợp này là thép và các khe hở không khí không từ tính).
Thay vì sử dụng các khe hở không khí, Robert nghĩ rằng mình có thể kết hợp một từ trường khác vào một động cơ. Điều này sẽ làm tăng tỷ lệ của độ tự cảm giữa trục d và Q (Saliency Ratio), và do đó, tạo ra nhiều mô-men xoắn hơn. Thiết kế của Robert có các thành phần khác, nhưng nam sinh cho biết không thể tiết lộ thêm bất kỳ chi tiết nào vì em ấy hy vọng sẽ được cấp bằng sáng chế công nghệ này trong tương lai.
Thiết kế động cơ mới tạo ra mô-men xoắn cao hơn gần 40% và hoạt động hiệu quả ở tốc độ vòng quay dưới <1000 vòng/phút. Ở tốc độ 300 vòng/phút (RPM), Động cơ toạ ra mô-men xoắn lớn hơn 39% và hiệu suất cao hơn 31%. Ở 750 RPM, nó hoạt động với hiệu suất cao hơn 37%, theo Tạp chí Smithsonian báo cáo.
Sản phẩm của Robert đã mang về cho em giải nhất và 75.000 USD tiền thưởng trong cuộc thi STEM trung học quốc tế lớn nhất tại Hội chợ Khoa học và kỹ thuật quốc tế Regeneron (ISEF) năm 2022.
Robert đang đợi đến giai đoạn thử nghiệm tiếp theo của mình trước khi tiếp cận các công ty ôtô. Em hy vọng một ngày nào đó động cơ của em sẽ là thiết kế được lựa chọn cho xe điện.
Là một học sinh cuối cấp tại trường trung học trung tâm Fort Pierce, Robert ước mơ được vào học tại Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT). Em cho biết sẽ dùng tiền thưởng thắng cuộc từ ISEF để trang trải học phí đại học.
Ông Heath Hofmann – giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại một trường đại học, có nhiều năm làm việc về xe điện, bao gồm cả tư vấn cho Tesla để phát triển các thuật toán điều khiển cho động cơ đẩy – đánh giá cao những nỗ lực của Sansone, song máy móc rất phức tạp và nổi tiếng là khó sản xuất, do đó sẽ là rào cản đối với phát minh của Robert.
Robert đồng ý, nhưng nói “với các công nghệ mới (chẳng hạn như in 3-D), sẽ dễ dàng hơn trong việc làm động cơ mới trong tương lai”.
Bài viết liên quan:
- Mahle giới thiệu động cơ điện có độ bền vĩnh cửu
- Koenigsegg ra mắt động cơ điện Quark tí hon nặng chỉ 30kg với công suất 335 hp
- Động cơ điện Mahle: Không cần bảo dưỡng, hiệu suất luôn đạt 95% ở các mức vận hành
- Khám phá động cơ điện mang tính bước ngoặt của Porsche Taycan
- Động cơ điện HyperPower có thể tạo ra sức mạnh 1.340 mã lực.
