Motore elettrico senza terre rare? Un ragazzo di 17 anni ha trovato la soluzione
I costruttori di auto affermano che i veicoli elettrici da loro realizzati rappresentano una soluzione sostenibile per salvaguardare l’ambiente. È innegabile, però, che ancora oggi ci sono un po’ di problemi da risolvere a riguardo. Ad esempio le batterie agli ioni di litio sono realizzate con materie prime difficili da trovare, costose e non proprio ecologiche al massimo. Allo stesso tempo, però, un motore elettrico utilizza dei materiali provenienti da terre rare per la realizzazione dei magneti permanenti. Anche questi sono costosi e difficili da reperire. Riuscire a rendere i veicoli elettrici più sostenibili eliminando questi materiali non è affatto facile.
I ricercatori di tutto il mondo lavorano duramente per sviluppare batterie che non utilizzino nichel, cobalto o litio. Probabilmente il miglior risultato di questa ricerca sono le batterie LFP che anche Tesla ha iniziato a utilizzare. Non presentano densità di energia particolarmente elevate, ma permettono di risolvere il problema relativo alle terre rare. Ci sono delle soluzioni per evitare i materiali provenienti dalle terre rare come il neodimio, il samario e il disprosio usati oggi per i magneti permanenti. I motori sincroni a riluttanza funzionano senza magneti permanenti. Tuttavia hanno bassa potenza e bassa coppia. Al massimo possono essere usati per delle ventole, non di più. Un ragazzo di 17 anni potrebbe avere una soluzione per migliorare questo tipo di motore al punto da poterlo utilizzare nei veicoli elettrici.
L’adolescente Robert Sansone è un inventore con sede a Fort Pierce, in Florida. Ha 17 anni e ha già all’attivo oltre 60 progetti completati legati al mondo dell’ingegneria. I suoi lavori includono di tutto, dalle mani animatroniche agli stivali da corsa ad alta velocità, passando per i go-kart. Ora sta lavorando per migliorare il motore elettrico. In particolare, il motore sincrono a riluttanza, che può funzionare senza magneti.
I motori sincroni a riluttanza utilizzano un rotore in acciaio con traferri tagliati al suo interno. Ruota con il campo magnetico generato dallo statore. Maggiore è il rapporto di salienza, o la differenza di magnetismo tra i materiali (in questo caso, l’acciaio e i traferri non magnetici), maggiore è la coppia che genera. È qui che interviene la genialità di Sansone: ha sostituito i traferri con un campo magnetico secondario. Sono stati utilizzati più componenti, tuttavia i dettagli al momento sono segreti in quanto la tecnologia non è ancora brevettata.
Dopo più di un anno di lavoro, Sansone ha creato un prototipo funzionante di un motore sincrono a riluttanza migliorato con coppia ed efficienza significativamente maggiori rispetto a quelli esistenti attualmente in commercio. In mancanza di risorse, Sansone ha utilizzato plastica stampata in 3D per costruire il suo prototipo di motore. Ha dovuto buttare via molti scarti prima di arrivare a quello funzionante.
L’adolescente ha spiegato che, non avendo molte risorse per realizzare motori avanzati, ha dovuto realizzare un prototipo in scala usando una stampante 3D. Ha dovuto realizzare il motore 15 volte prima di avere un motore perfettamente funzionante. La coppia erogata è maggiore del 39%, mentre l’efficienza è il 31% più elevata ad una velocità di rotazione di 300 giri al minuto. A 750 giri al minuto, l’efficienza è migliorata del 37%. Chiaramente le velocità di rotazione di un motore elettrico in commercio sono ben più elevate: si superano i 15 mila giri al minuto. Purtroppo questo prototipo non è stato portato a regimi di rotazione più elevati per non surriscaldare i componenti in plastica. La sua invenzione, tuttavia, gli ha fatto vincere il primo premio e 75 mila dollari alla Regeneron International Science and Engineering Fair (ISEF), la più grande competizione internazionale STEM delle scuole superiori. Sansone lavora ora al suo sedicesimo prototipo, realizzato con materiali più robusti in modo da poterlo testare a regimi più elevati. Se la sua invenzione avrà successo a velocità più elevate, intende procedere con la brevettazione.
