A 17 anni inventò un motore senza terre rare: il progetto che potrebbe cambiare le EV

Aveva appena 17 anni quando costruì un motore elettrico sperimentale utilizzando plastica stampata in 3D, rame e un rotore in acciaio. Quattro anni dopo, il progetto di Robert Sansone conserva un’attualità particolare: eliminare dai propulsori delle auto elettriche i magneti permanenti realizzati con elementi delle terre rare.

La storia nasce infatti nel 2022, non nel 2026. Sansone, allora studente della Fort Pierce Central High School in Florida, vinse il George D. Yancopoulos Innovator Award da 75.000 dollari al Regeneron International Science and Engineering Fair grazie alla sua ricerca sui motori sincroni a riluttanza.

L’obiettivo era affrontare uno dei problemi della mobilità elettrica: molti motori ad alte prestazioni utilizzano magneti permanenti contenenti elementi come neodimio e disprosio, materiali strategici la cui estrazione e approvvigionamento presentano criticità economiche e ambientali.

Un motore senza magneti permanenti

Sansone concentrò il lavoro sul motore sincrono a riluttanza, o SynRM. In questa architettura non sono necessari magneti permanenti sul rotore: è quest’ultimo ad allinearsi con il campo magnetico rotante generato dallo statore.

Il problema è ottenere prestazioni sufficientemente elevate per applicazioni impegnative come quelle automobilistiche. Sansone cercò quindi di aumentare la cosiddetta salienza magnetica, parametro direttamente collegato alla capacità del motore di produrre coppia.

La soluzione ideata prevedeva l’introduzione di un ulteriore campo magnetico. Alcuni dettagli non furono divulgati perché il giovane inventore intendeva proteggere successivamente la tecnologia.

Senza disporre delle attrezzature di un laboratorio industriale, Sansone costruì personalmente i prototipi. Furono necessari 15 tentativi prima di arrivare a una versione funzionante, realizzata anche attraverso componenti stampati in 3D e avvolgimenti in rame preparati artigianalmente.

Più coppia nei primi esperimenti

I risultati ottenuti in laboratorio furono notevoli, ma devono essere contestualizzati. A 300 giri/min il prototipo mostrò il 39% di coppia in più e un’efficienza superiore del 31% rispetto alla configurazione SynRM tradizionale utilizzata come riferimento. A 750 giri/min il vantaggio in efficienza raggiunse il 37%.

Sansone effettuò anche un secondo esperimento per isolare il principio teorico alla base della soluzione, trovando una correlazione tra l’aumento della salienza magnetica e i miglioramenti osservati. La documentazione del progetto concludeva quindi che l’architettura meritava ulteriori studi come possibile alternativa ai motori con magneti permanenti.

Non significa, tuttavia, che fosse già nato un motore pronto per un’automobile. Il prototipo lavorava infatti a velocità estremamente basse rispetto ai propulsori utilizzati sulle moderne EV. Sansone non poté aumentare ulteriormente i regimi perché i componenti plastici tendevano a surriscaldarsi: durante gli esperimenti uno dei prototipi arrivò persino a sciogliersi.

Dall’esperimento all’automobile

Ed è proprio qui che si trova la distanza fra una promettente ricerca e una tecnologia industriale. Heath Hofmann, specialista di motori elettrici dell’Università del Michigan, giudicò interessante il principio, sottolineando però quanto i motori a riluttanza possano essere complessi da produrre con la precisione necessaria.

Sansone iniziò successivamente a lavorare a una sedicesima versione costruita con materiali più resistenti, con l’obiettivo di sperimentare regimi superiori. Nel 2023 raccontava inoltre di aver ottenuto accesso a software di simulazione elettromagnetica per approfondire lo sviluppo.

Definirlo oggi il motore destinato a rivoluzionare le auto elettriche sarebbe quindi prematuro. Ma l’intuizione del diciassettenne americano anticipava una questione diventata sempre più importante: ottenere propulsori efficienti riducendo la dipendenza dai magneti permanenti e dalle terre rare.

La parte straordinaria della storia rimane questa: mentre l’industria automobilistica investe enormi risorse nello stesso problema, Sansone cominciò ad affrontarlo a 17 anni, costruendo quindici motori praticamente da solo prima di trovarne uno che funzionasse.