Hiện nay xe hơi, mô tô điện đang tưng bừng sản xuất, phần quan trọng nhất là động cơ điện. Trong động cơ điện những mảnh nam châm thiên nhiên là vật liệu chính yếu. Thời gian gần đây, nguồn nhập nam châm thiên nhiên từ Trung Quốc ngày càng trục trặc, khó khăn.
Robert Sansone với động cơ mới thiết kế – Nguồn. Society for Science
Trong lúc dầu sôi lửa bỏng này, một thiếu niên ở Fort Pierce, Florida, cậu bé Robert Sansone, mới 17 tuổi đã tự thiết kế một loại động cơ điện, dùng trong sản xuất xe hơi điện mà không cần đến nam châm thiên nhiên.
Người ta gọi Robert Sansone là một kỹ sư bẩm sinh, cậu từng phát minh bàn tay điện tử cho tới đôi giày chạy bộ và xe go-kart (xe 4 bánh loại nhỏ) có tốc độ đến 70 miles 1 giờ. Chưa kể cậu bé còn ít nhất 60 dự án kỹ thuật đang để kho, chưa xài đến.
Robert Sansone (giữa) nhận giải nhất của ISEF. Nguồn. www.autoevolution.com
Cái khó ló cái khôn
Mấy năm trước, tình cờ Sansone coi một băng video “than thở” về những ưu và nhược điểm của xe hơi điện. Ðoạn video đã giải thích hầu hết các động cơ xe điện và cần phải có những nam châm thiên nhiên chiết xuất từ đất hiếm, rất đắt tiền, và khó khai thác, đang bị Trung Quốc làm mình làm mẩy. Giá món “đất” này khá cao, cỡ vài trăm đô một ký, so với đồng, chỉ khoảng $7.83/ký. Sansone nói “Nếu trở ngại với nam châm, tại sao mình làm một động cơ điện kiểu khác.”
Sansone gắn động cơ – nguồn ảnh: www.webbikeworld.com
Thần đồng ra tay
Người học sinh trung học này nói là làm, cậu mày mò nghiên cứu một loại động cơ điện trở đồng bộ (synchronous reluctance motor), động cơ này không dùng nam châm, đã từng được sử dụng trong máy bơm nước, quạt, nhưng chúng không đủ mạnh cho xe điện. Vì vậy Sansone suy nghĩ tìm cách nâng cao công suất của nó.
Suốt một năm, Sansone đã hoàn tất một mẫu động cơ “Ðiện trở đồng bộ” có sức quay mạnh hơn và lực kéo lớn hơn với loại động cơ đang có. Mẫu động cơ đã được in bằng phương pháp 3D từ nhựa, dây điện và động cơ bằng thép, rồi đem thử nghiệm với các đồng hồ đo khác nhau để đo công suất và dùng đồng hồ laser để kiểm tra tốc độ quay của động cơ.
Kết quả, Sansone thắng giải nhất tại cuộc thi STEM, dành cho cấp trung học lớn nhất thế giới, với tiền thưởng $75,000.00 tại Hội Chợ Khoa Học và Kỹ Thuật Quốc Tế Regeneron năm 2022.
Sansone và “đồ nghề” sản xuất (Nguồn ảnh Society for Science)
Động cơ “Sansone”
“Ðộng cơ điện trở đồng bộ” của Sansone không sử dụng nam châm. Thay vào đó là một rô tơ bằng thép có các khe hở để không khí lưu thông vào và tự điều chỉnh vị trí khi từ trường quay. Ðiện trở và từ tính của vật liệu là chìa khóa chính của quy trình này. Khi rô tơ quay cùng với từ trường, lực đẩy/kéo đã được tạo ra, lực càng tăng khi sử dụng vật liệu lớn hơn.
Thay vì dùng những khe hở không khí, Sansone đã kết hợp thêm một lực từ trường khác cho động cơ, điều này sẽ tăng số vòng quay và lực quay. Thiết kế của cậu còn có những chi tiết kỹ thuật hỗ trợ khác, nhưng cậu không thể tiết lộ.
Ðộng cơ điện của Sansone hoạt động tốt hơn loại động cơ điện tương tự dùng phương cách “Ðiện trở đồng bộ” sau khi thử nghiệm.
Sansone nói “Tôi không có người cố vấn, nên mỗi khi động cơ bị hư, tôi lại phải nghiên cứu cả trăm thứ để tìm ra lý do thất bại, tới cái động cơ thứ 15 thì nó chạy OK”.
Thiết kế động cơ điện mới. Nguồn. Robert Sansone
Thay đổi thế giới
Sansone thử động cơ của mình để kiểm tra lực quay và hiệu quả, sau đó cậu đã thiết kế lại như “động cơ điện trở đồng bộ” để so sánh. Cậu nhận thấy rằng động cơ mới của mình có lực quay 39% và 31% hiệu quả tốt hơn ở 300 vòng/1 phút. Khi quay ở 750 vòng/1 phút, động cơ có 37% hiệu quả hơn. Sansone đã không thử ở số vòng quay nhanh hơn, vì vỏ động cơ bằng nhựa sẽ bị quá nóng, đó là một bài học cậu đã nếm khi một động cơ mẫu thiết kế công phu bị nóng chảy ngay trên bàn thử nghiệm.
Ðể so sánh, động cơ điện xe Model S của Tesla có lực quay tới 18,000 vòng/1 phút. Tuy nhiên kết quả ban đầu của Sansone đã rất đáng kể.
Hofmann một trong những kỹ sư kỹ thuật của Tesla cho biết “Vật liệu để làm ra “Ðộng cơ điện trở đồng bộ” rất rẻ”. Còn phần mình, Sansone đang loay hoay thử nghiệm động cơ điện mẫu thứ 16, mẫu này anh dự định sẽ làm bằng những vật liệu tốt và cứng hơn để có thể nâng số vòng cao hơn. Nếu động cơ điện của Sansone chạy ngon lành, ngành xe điện thế giới sẽ có một biến chuyển ngoạn mục!
Mẫu động cơ điện đang thử nghiệm. Nguồn. autoevolution.com
HĐV
