美高中生研发超低成本电动车马达，扭力、效能大升级！新马达是否将突破目前发展限制？
17岁的你，可能还在烦恼升学、规划出国旅游的行程、或跟三五好友相约健身运动。然而，年仅 17 岁的美国少年 Robert Sansone 却已准备好改写电动车的发展历史！
电动车虽然已经经过相当长时间的发展，但是除了大家所熟知的电池、电网、充电基础设施等，是造成电动车迟迟不能大放异彩的原因，电动车的电动马达也是另外一个问题所在。几年前，Robert Sansone 看到一支影片分析电动车的优势与劣势，里面就提到了电动马达的问题。
就技术面来说，电动马达已属相当成熟，但是目前主流仍是「永磁马达」（permanent magnet motors），需要使用稀土元素（rare-earth elements）制成的磁铁作为材料，其开采过程对环境的负担大，制造成本也相当高。
相较於稀土元素每公斤的成本为数百美元，每公斤的铜仅需要7.83美元。另外，其稀少性也是一个问题，许多稀土资源大多自中国开采，因此面对国际政治环境的快速变化，稀土元素的价格会受到相当大的波动。
同步磁阻马达成本相对低，但不够强劲
Robert Sansone 表示，自己天生就对电动马达感兴趣，当时曾经听过一种称为「同步磁阻马达」（synchronous reluctance motors）的电动马达。
同步磁阻马达的运作方式如下：切有气隙的钢制转子（steel rotor）随着定子（stator）产生的磁场旋转，凸极比（saliency ratio）越高，或材料之间的磁性差异性愈高，其所产生的扭矩就愈大。
同步磁阻马达虽然不需要使用钕、钐、镝等稀土元素，但是其最大的问题在於动力不够强劲，大多只能用於帮浦、风扇等方面；因此，这一位年仅17岁的高中生就在思考，是不是可以改善提升「同步磁阻马达」的性能，提供电动车使用？
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历经多次修正，扭力、效能皆更强大
经过一年的时间，历经无数次的失败经验与修正後，Robert Sansone 终於在第 15 次成功地打造出一款全新的同步磁阻马达模型。
同时，经过各项测试，确认扭力、性能效率皆较市面上现有的同步磁阻马达具有更强大的扭力和性能效率：在转速为 300 rpm 的情境下，扭力较现有的同步磁阻马达高出 39% ，性能效率高出 31% ；在转速为 750 rpm 的情境下，性能效率则高出 37% 。
Robert Sansone 究竟是怎麽成功改良现有的同步磁阻马达？这一点他语带保留，只透漏在概念上，是在马达中加入另外一个磁场，至於使用的其他元件等细节，则不便多说，因未来他将提出专利申请。
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研发同步磁阻马达获奖，盼申请专利
这一项作品已让 Robert Sansone 荣获今年国际科学与工程博览会（Regeneron International Science and Engineering Fair 2022，ISEF 2022）竞赛的首奖，获得7万5000美金（约新台币233万元）的奖金。
过去，Robert Sansone 仅能透过 3D 列印塑胶将这一款模型以缩小比例制成，因缺乏相关资源与他人的指导，没有办法再提高测试的极限。
至今，他已着手进行打造第 16 款模型，在获得相关奖金的挹注後，未来会改采用更坚固的材质制造，以达到更高的测试极限。
Robert Sansone 表示，若第16款模型测试成功，他会申请专利。虽然美国这一位高中生所设计的同步磁阻马达现阶段仍然无法取代永磁马达，但是他的研发若顺利成功，极有可能突破电动车现在的发展限制。
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本文开放合作夥伴转载，资料来源：Smithsonian Magazine、autoevolution、Yahoo!、SUPERMOTO8，首图来源：Society for Science