SaaS-Design ist für Next von entscheidender Bedeutung

Brian Casey, Präsident und CEO von ECM PCB Stator Technology | 08. November 2022

Die Welt elektrisiert sich rasant, und als Folge davon sind immer mehr Dinge, die wir nutzen, elektrisierend. Von E-Bikes bis hin zu Haushaltsgeräten wird den Batterien und Betriebssystemen dieser Produkte große Aufmerksamkeit geschenkt. Was jedoch nicht übersehen werden sollte, ist die Tatsache, dass alle diese Geräte Elektromotoren benötigen. Im kommenden Jahrzehnt wird die Welt eine ganze Reihe von Elektromotoren ganz anderer Art benötigen als die klobigen, ineffizienten Angebote der Vergangenheit.

Das hört sich vielleicht nach einer Hardware-Herausforderung an, aber wie bei vielen realen Problemen liegen die Lösungen tatsächlich im Code. SaaS-Design wird eine entscheidende Rolle bei der Erfüllung der Anforderungen von Elektromotoren der nächsten Generation spielen. Bevor wir näher darauf eingehen, sind einige Markt- und technische Zusammenhänge angebracht. Es gibt mehrere zugrunde liegende Strömungen, die den Anstieg der Nachfrage nach Elektromotoren der nächsten Generation antreiben.

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Im Jahr 2021 überstieg die Zahl der jährlich produzierten Elektromotoren laut Future Markets Insight eine Milliarde. Weitere Analysen deuten darauf hin, dass die Notwendigkeit und Anwendung dieser Maschinen in absehbarer Zeit nicht nachlassen wird. Eine Studie von Allied Market Research aus dem Jahr 2022 prognostiziert, dass sich der jährliche Wert der Elektromotorenindustrie in weniger als einem Jahrzehnt von 106 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021 auf über 200 Milliarden US-Dollar verdoppeln wird.

Beide Quellen gehen davon aus, dass diese boomende Nachfrage nach Elektromotoren in einer langen Liste von Branchen auftreten wird: HVAC-Geräte, E-Mobilität, Unterhaltungselektronik, Haushaltsgeräte, Robotik, medizinische Geräte, Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und unbemannte Fahrzeuge – was auch immer.

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Was treibt diesen Trend voran? Ein offensichtlicher Katalysator ist die Umstellung vieler dieser Kategorien – etwa Mobilität und Heizung – von fossilen Brennstoffen auf elektrische Energie. Ein weiterer Treiber ist der Aufschwung von Robotik und Automatisierung in mehreren Sektoren. Und ein dritter Faktor, der den weltweiten Bedarf an Elektromotoren antreibt, ist der von der Politik und der Umweltbefürwortung unterstützte Vorstoß, mehr Energie in Strom umzuwandeln, um die Energienetze zu dekarbonisieren.

Bei ECM PCB Stator Technology haben wir interne Untersuchungen durchgeführt, um herauszufinden, welche Art von Maschinen für diese elektrifizierte Zukunft am besten geeignet sind. Eine vorherrschende Schlussfolgerung: Die Welt braucht nicht einfach mehr Elektromotoren. Die globalen Märkte benötigen Elektromotoren der nächsten Generation, die effizienter, leistungsfähiger, maßgeschneiderter und nachhaltiger hergestellt sind.

Zwei unterstützende Faktoren für diese Einschätzung sind eine stärkere Spezialisierung der Anwendungsfälle und die Transformation der Energienetze. Die Ausweitung so vieler elektrischer Geräte auf immer mehr Branchen erfordert eine stärkere Anpassung der Leistungsspezifikationen und Designparameter von Elektromotoren. Beispielsweise werden handelsübliche Motorvarianten den Innovationsanforderungen der zunehmenden industriellen Automatisierung und Robotik nicht gerecht.

Ein weiterer Faktor, der die Notwendigkeit effizienterer Motoren der nächsten Generation unterstreicht, ist der erhöhte Druck auf das US-Energienetz, mehr Strom zu erzeugen und gleichzeitig den CO2-Ausstoß zu reduzieren. Hier verbindet sich neuartige Elektromotortechnologie mit Nachhaltigkeit.

Nach Angaben des US-Energieministeriums verbrauchen Elektromotorsysteme in den USA schätzungsweise mehr als die Hälfte des gesamten Stroms. Laut derselben Quelle liegt der durchschnittliche Wirkungsgrad dieser Motoren bei etwa 75 Prozent. Laut der US Energy Information Administration stammten im Jahr 2021 nur 20 Prozent des in den USA erzeugten Stroms aus erneuerbaren (kohlenstoffneutralen) Quellen.

Es gibt sicherlich Raum für mehr empirische Forschung, aber hypothetisch könnte eine Verbesserung der durchschnittlichen Effizienz von Elektromotoren in den USA um 10 bis 15 Prozent einen großen Beitrag zur Senkung der Energiekosten für Privatpersonen und Unternehmen leisten und gleichzeitig den Strombedarf im US-Netz senken Übergang zu einem höheren Prozentsatz sauberer Quellen.

Ein großer Teil dieser Gewinne kann durch die Modernisierung der bestehenden kommerziellen Infrastruktur, insbesondere im HLK-Bereich, mit effizienteren Elektromotorsystemen erzielt werden. Darüber hinaus gilt es jedoch, eine komplexere Energie- und Designgleichung zu lösen. Wie können wir den Versorgungsbedarf einer Welt decken, die voraussichtlich jährlich über eine Milliarde Elektromotoren mit sehr spezifischen Anforderungen in Tausenden von Anwendungen benötigen wird?

Ein Teil der Antwort liegt darin, zu akzeptieren, dass herkömmliche Elektromotoren dieser Aufgabe nicht gewachsen sind. Herkömmliche Maschinen wie Wechselstrom-, Gleichstrom- und hermetische Geräte erreichen selten Wirkungsgrade über 75 Prozent. Diese Klassen von Elektromotoren sind sperrig und laut, erfordern bei der Herstellung viele Rohstoffe und sind kostspieliger und komplizierter in der Herstellung und Entsorgung.

Nach Ansicht von ECM kommt es bei der Versorgung der Welt mit Milliarden spezialisierter, energie- und platzsparender Elektromotoren auf zwei Dinge an: bessere Technologie und SaaS-Design. Auf der Technologieseite haben wir uns auf die Entwicklung von Axialfluss-Elektromotoren auf Leiterplatten – oder PCB-Statoren – spezialisiert. Die PCB-Statoren von ECM ersetzen die Kupferwicklungen herkömmlicher elektrischer Maschinen durch einen ultradünnen Stator. Dieser PCB-Stator wird zur zentralen Komponente für die optimale Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie in spannungsbetriebenen Systemen.

Dadurch sind ECM-Motoren mit Statoren auf Leiterplatten kleiner, 70 Prozent leichter, erreichen Wirkungsgrade von bis zu 96 Prozent und verbrauchen bis zu 80 Prozent weniger Rohstoffe als herkömmliche Maschinen – wie AC-, DC- und hermetische Einheiten.

Um maßgeschneiderte Motoren mit präzisen Leistungsspezifikationen und Abmessungen zu erstellen, greift ECM auf Software zurück. Konkret haben wir eine proprietäre Plattform namens PrintStator entwickelt. Mit PrintStator konnten die hauseigenen Ingenieure von ECM schnell optimierte Leiterplatten-Stator-Elektromotoren nach genauen Spezifikationen für mehrere Anwendungsfälle entwerfen, modellieren und prototypisieren. Dazu gehören Anwendungen für Blue-Chip-Unternehmen, Regierungen, kleine Unternehmen, Gaming-Unternehmen, Innovatoren, Disruptoren und Start-ups – um nur einige zu nennen.

Dennoch kann das ECM-Team in einer Welt, in der jedes Jahr Hunderte Millionen hochspezialisierter Elektromotoren benötigt werden, nur eine begrenzte Anzahl von Einheiten entwerfen und produzieren. Aus diesem Grund glauben wir, dass die Erfüllung der Anforderungen an Elektromotoren der nächsten Generation in einem größeren Bereich der Wirtschafts- und Energieinfrastruktur der Erde in Software as a Service liegt.

Die richtige SaaS-Designplattform kann Legionen von Innovatoren die Möglichkeit bieten, maßgeschneiderte Elektromotoren in mehreren Sektoren zu modellieren, zu prototypisieren und herzustellen. Was ECM betrifft, planen wir, PrintStator im Jahr 2023 über ein SaaS-Modell der Öffentlichkeit anzubieten. Es gibt sicherlich andere Akteure da draußen, die ihr eigenes Angebot erweitern könnten.

Langfristig könnte das SaaS-Design das praktikabelste Mittel sein, um den weltweit steigenden Bedarf an Elektromotoren in großem Maßstab zu decken.

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