Un nuovo motore per gli EV

Un motore elettrico senza terre rare

Un giovane ingegnere, di nome Robert Sansone, ha vinto il primo premio, da 75.000 dollari, alla Regeneron International Science and Engineering Fair (ISEF) di quest’anno, la più grande competizione internazionale STEM per le scuole superiori.

Secondo lo Smithsonian Magazine, la sua nuova invenzione potrebbe un giorno trasformare l’industria dei veicoli elettrici (EV). Si tratta di un motore sincrono a riluttanza con prestazioni migliorate rispetto ai modelli precedenti.

In genere questi tipi di motori vengono utilizzati per pompe e ventilatori, ma non sono abbastanza potenti per i veicoli elettrici. Il nuovo modello di Sansone migliora la coppia, e richiede metalli rari costosi e spesso di provenienza non etica.

Sansone, che ha solo 17 anni, stima di aver completato circa 60 progetti di ingegneria nel suo tempo libero. L’inventore, che vive in Florida, ha costruito, tra le altre innovazioni, mani animatroniche, un go-kart da 70 miglia orarie e stivali da corsa ad alta velocità.

Circa due anni fa, Sansone si è imbattuto in un video che spiegava i vantaggi e gli svantaggi delle auto elettriche. Il video descriveva come i motori dei veicoli elettrici utilizzino in genere metalli di terre rare, che sono costosi e spesso vengono prodotti in modo dannoso per l’ambiente.

Il liceale ha deciso di migliorare i modelli esistenti di motore a riluttanza sincrona, che non richiedono metalli di terre rare. Nel corso di un anno ha creato un prototipo di un nuovo tipo di motore a riluttanza sincrona che ha una coppia e un’efficienza maggiori rispetto ai modelli esistenti. Il prototipo è stato realizzato con plastica stampata in 3D, fili di rame e un rotore in acciaio. Il lavoro su questo prototipo, che è stato testato utilizzando un tachimetro laser per determinare la coppia, è valso a Sansone il primo premio dell’ISEF, il George D. Yancopoulos Innovator Award.

Grandi aziende, tra cui BMW e MAHLE, stanno sviluppando motori senza magneti per le stesse ragioni di Sansone. In particolare, la produzione di motori a magneti normali è una macchia per l’industria degli EV, che è altrimenti orientata alla sostenibilità. La stragrande maggioranza dei metalli delle terre rare necessari viene estratta in Cina, il che significa che l’industria occidentale degli EV è attualmente molto dipendente dalle loro importazioni.

Il motore elettrico di quinta generazione di BMW, che alimenterà la nuova BMW iX M60, è privo di magneti e non utilizza metalli di terre rare. BMW ha annunciato che la potenza combinata del motore anteriore e posteriore della nuova iX M60 sarà di 532 CV e 749 lb-ft di coppia. Anche il produttore di sistemi per auto MAHLE ha presentato un proprio motore elettrico senza magneti che non richiede elementi di terre rare. Questo motore utilizza un design speciale per generare la coppia attraverso una trasmissione di potenza senza contatto, che lo rende esente da usura e altamente efficiente alle alte velocità.

Il motore di Sansone utilizza un altro tipo di design. I motori sincroni a riluttanza utilizzano un rotore in acciaio, con spazi d’aria tagliati al suo interno, allineato con un campo magnetico rotante. Il motore genera un campo magnetico utilizzando la riluttanza magnetica. Sansone ha modificato il progetto del tipico motore a riluttanza sincrono eliminando le fessure d’aria per incorporare un altro campo magnetico aggiungendo altri materiali. Purtroppo non ha ancora rivelato altre informazioni perché spera di brevettare il suo progetto.

Sansone afferma di aver impiegato 15 tentativi per realizzare un prototipo funzionante. Dopo aver eseguito alcuni test, ha scoperto che il nuovo progetto mostrava una coppia del 39% superiore e un’efficienza del 31% superiore a 300 giri al minuto (RPM) rispetto a un motore sincrono a riluttanza tradizionale che ha usato come confronto. A 750 giri al minuto, l’efficienza era superiore del 37%. Sansone non ha potuto testare il suo motore a un numero di giri superiore perché il prototipo in plastica si sarebbe fuso. Ora che ha ottenuto il plauso e l’attenzione per il suo progetto, si spera che sia in grado di eseguire i test su un prototipo di motore completamente funzionante utilizzando materiali più robusti.