17歳にしてすでに60以上の発明を成し遂げた。海外の天才高校生が3Dプリンターでエンジンを組み立て、50万元の賞金を獲得した。

この投稿は warrior bear によって 2022-8-13 22:16 に最後に編集されました。

2022年8月13日、南極熊は、海外の17歳の天才少年が「手でエンジンを組み立て」、世界最大の国際青少年科学コンテストISEFに参加し、一等賞50万元を獲得したことを知りました。優勝者のロバート・サンソンさんはまだ高校を卒業していないが、将来は電気自動車業界を変えたいと語った。なぜそんなことを言うのですか？彼が研究している電気エンジンには希土類元素は必要ない。

現在、電気自動車に使用されている多くの電気モーターには、ネオジム、サマリウム、ジスプロシウムなどの希土類材料で作られた永久磁石が必要です。レアアースは量が少なく高価なだけでなく、採掘プロセスによって生態環境に多大な損害を与えます。各国はプロセスを改善し、エンジンに使用される希土類元素の量を削減しようと努めている。

△希土類元素を全く必要としないエンジンもあります。テスラの旧世代製品で使用されていた誘導モーターのほか、同期リラクタンスモーターもあります。しかし、このエンジンが現在達成できるパワーは、電気自動車のニーズを満たすには小さすぎます。 17歳の少年が行ったのは、トルクと効率を同時に向上させた新しい同期リラクタンスモーターを設計し、その功績で賞を受賞したことだ。

サムソン自身は、自分のエンジンのパワーが十分ではないことを理解していましたが、その最大の重要性は、同期リラクタンスモーターの継続的な改善に向けた方向性を見いだしたことでした。これを見たネットユーザーは皆ため息をついた。「高校生にしては素晴らしい成果だ」彼が今後数十年で業界にどれほど貢献するか想像してみてください。

成功するには15番目の試作機が必要でした。

サンソンさんは、エンジニアリング、特に自動車とエンジンに生まれつき興味を持っている人の一人です。数年前、偶然、電気自動車を紹介するビデオを見て、ほとんどの電気モーターには希土類元素が必要だということを知り、この問題を解決したいと思ったそうです。彼は希土類元素を必要としない同期リラクタンスモーターを思いつき、まずはその出力を高める方法をブレインストーミングしました。同期リラクタンスモーターの低電力問題を解決するには、まずその動作原理を理解する必要があります。従来の電気モーターは、一般的に、モーターの外側に固定されたコイル（ステーター）によって生成される回転電磁場を使用してローターを回転させます。

永久磁石エンジンでは、回転するローターの端に磁石が取り付けられており、それによって磁場が生成され、ローターを回転させる引力が発生します。同期リラクタンスモーターでは、磁石の代わりに鋼鉄製のローターが使用され、回転磁界モデルに合わせてローターにエアギャップが切り込まれているため、ローターは回転磁界とともに回転します。

回転プロセス中、ローターの磁気抵抗（材料の磁気特性）が特に重要になります。ローターと非磁性空隙間の磁気差が大きいほど、つまり突極効果が強くなるほど、トルクは大きくなります。同様に、トルクが大きいほど、モーターのパワーも大きくなります。言い換えれば、同期リラクタンスモーターの電力サイズを変更することは、最終的には突極効果の問題になります。

サムソンはどのようにして突極効果を改善したのでしょうか?

現在わかっている情報から、同期リラクタンスモーターのエアギャップを取り除き、別の磁場を組み込んだことがわかります。この操作により、突極効果が大幅に強化されます。

その他の設計の詳細については、サンソン氏は、この設計の特許を後で申請したいと考えているため、まずは明らかにすると述べた。モーターの設計後、サンソンにとって次のステップはその実現可能性を検証することです。しかし、リソースの制限により、このリンクでは多くの問題が発生しました。エンジンを作るのに適切な材料がなかったため、3D プリントを使用して小規模なモデルを作成する必要がありました。さらに、彼には指導者がいなかったため、機器が故障するたびに、サムソンはすべて自分で勉強してトラブルシューティングしなければなりませんでした。ようやく正常に動作したのは、15 番目の試作品になってからでした。機械全体は、3D プリントされたプラスチック、銅線、および鋼鉄のローターで作られています。

その後、サンソーネ氏はさまざまなメーターを使用して電力を測定し、レーザータコメーターを使用してモーターの速度を測定し、比較のために従来の同期リラクタンスモーターとして再構成しました。結論としては、新しい設計では 300 rpm でのトルクが 39% 増加し、効率が 31% 増加します。

750 rpm では、効率が 37 パーセント向上します。フォローアップテスト中に、興味深いことが起こりました。サンソンがモーターの効率を高速で測定しようとしたとき、モデルが過熱のために溶けてしまったのです。溶けてしまったのです...

そのため、彼はより高速での効率の比較を継続しませんでした。しかし、現在の成果は、「ユースサイエンスワールドカップ」として知られるISEFコンテストで賞を獲得するのに十分です。同氏はコンテストのスピーチで、この新型エンジンはもともと電気自動車向けに設計されたものだが、産業機器やロボットなどの用途にも使えると述べた。サンソンエンジンは、実際の路面電車としては回転速度が十分ではありません。一部のネットユーザーは、同期リラクタンスモーターがどれだけ改良されても、その効率は誘導モーターに追いつかないかもしれないと指摘した。

ネットユーザーらは「しかし、10代の若者向けの作品としては、やはり印象的だ」とコメントした。

17 歳のとき、私は学生で、余暇に 60 以上のエンジニアリングプロジェクトを完了しました。エンジンに加えて、サムソンは多くの発明をしており、そのほとんどは車と速度に関連しています。例えば、たった1日で作られた車は時速112キロメートルで走ることができます。

1時間で35キロ走れる高速ランニングシューズもある。ボルトの最高スプリント速度は時速45キロに過ぎず、サムソン氏はランニングシューズの助けを借りればより長く走れると語った。

とにかく、幼少期から成人期にかけて、彼は余暇に60以上のプロジェクトを完了しました。しかし、このエンジン研究はアマチュアではなく、このコンテストのために高校が開講した講座です。一度申し込むと、1年間、自分の研究テーマを選ぶことができます。サンソンがグランプリを獲得したからといって、エンジンプロジェクトが終了したわけではありません。彼は現在、エンジンの第16世代プロトタイプをテストしており、今回はより高速に対応するために、より強力な材料を使用する予定です。この実験に関しては、サンソン氏は現時点では成功するかどうか確信が持てない。成功すれば、特許申請を進め、自動車会社との協力関係を築く予定だ。

サンソーネ氏はこう締めくくった。「いつか私のエンジンが電気自動車の優先設計になることを願っています。」

参考文献:
[1]https://www.smithsonianmag.com/innovation/this-17-year-old-designed-a-motor-that-could-potentially-transform-the-electric-car-industry-180980550/[2]https://news.ycombinator.com/item?id=32426777[3]https://www.youtube.com/watch?v=XMm_MRyILbY[4]https://projectboard.world/isef/project/etsd014---investigating-a-novel-electric-motor-design[5]https://www.linkedin.com/in/robert-sansone-62116b1b7

17歳にしてすでに60以上の発明を成し遂げた。海外の天才高校生が3Dプリンターでエンジンを組み立て、50万元の賞金を獲得した。

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