Il CAD può aiutare a soddisfare gli standard di efficienza per i motori elettrici

Brian Casey, CEO di ECM PCB Stator Technology | 09 maggio 2023

Con un occhio alla sostenibilità, l’ente governativo sta introducendo gradualmente gli standard minimi di prestazione energetica (MEPS) imposti per legge per i motori. Ciò è dovuto in gran parte al fatto che, secondo i dati dell’UE, gli otto miliardi di motori elettrici attualmente in uso nell’Unione Europea consumano quasi il 50% di tutta l’elettricità prodotta nella regione.

Ridurre quel pozzo di energia attraverso la regolamentazione è un obiettivo ovvio per i politici europei che cercano una rete elettrica più rispettosa dell’ambiente. Il regolamento risultante ha spinto le aziende alla ricerca di soluzioni per adattare i prodotti alle nuove regole prestazionali. Come per molte sfide commerciali, la soluzione per passare rapidamente a milioni di motori elettrici ad alta efficienza risiede nella progettazione.

Prima di approfondire questo argomento, sono necessarie alcune informazioni sul regime normativo dell’UE. Nel 2019, il Parlamento Europeo ha approvato la legislazione sulla “progettazione ecocompatibile” con un quadro per l’introduzione graduale dei requisiti minimi di efficienza dei motori elettrici basati sulle classi della Commissione Elettrotecnica Internazionale da IE1 (Efficienza Standard) a IE4 (Efficienza Super-Premium). Questi nuovi regolamenti MEPS hanno un ampio campo di applicazione, coprendo tutto, dagli elettrodomestici al condizionamento industriale, e si applicano a motori con una gamma di potenza da 0,12 kW a 1000 kW.

Nel luglio 2023 l’UE diventerà la prima regione al mondo a rendere obbligatoria la classe di efficienza IE4 per alcune categorie di motori elettrici. Complessivamente, l’Unione Europea prevede che questo quadro eliminerà 40 milioni di tonnellate di emissioni di CO2 ogni anno. Inoltre, l’UE prevede che le sue normative sulla progettazione ecocompatibile dei motori faranno risparmiare alle famiglie europee 22 miliardi di dollari in costi energetici garantendo 110 TWh di risparmio energetico annuo entro il 2030. Quest’ultimo è equivalente al consumo annuo di elettricità dei Paesi Bassi.

Per contestualizzare il tutto, utilizzando semplicemente motori più efficienti, l’UE può risparmiare tanta energia quanta ne utilizza attualmente la sua settima economia più grande ogni anno. Queste sono tutte buone notizie per l’ambiente, i paesi dell’UE e i loro cittadini. Tuttavia, rimane un enigma. In che modo i produttori globali di elettronica convertono centinaia di linee di prodotti con motori elettrici conformi agli standard di progettazione ecocompatibile dell'UE?

Parte della risposta sta nell’accettare che lo status quo, ovvero l’utilizzo di motori elettrici tradizionali e standardizzati, non sarà sufficiente per i produttori che vendono in Europa. Le macchine convenzionali raramente raggiungono tassi di efficienza superiori al 75% e offrono un'ottimizzazione della progettazione minima o nulla. Queste classi di motori elettrici sono ingombranti e rumorose e richiedono molte materie prime per essere prodotte. Inoltre, sono costosi e complicati da produrre e smaltire.

La continua dipendenza da questa tecnologia obsoleta è la ragione principale per cui i sistemi di motori elettrici assorbono il 50% della produzione annua di elettricità dell’UE e rappresentano oltre il 50% del consumo energetico globale. In breve, l’UE – e altre regioni che impongono standard di efficienza dei motori più elevati – non possono risolvere le sfide energetiche del 21° secolo utilizzando una tecnologia motoristica vecchia di 50 anni.

Per gli attori commerciali, il rispetto degli standard minimi di prestazione energetica (MEPS) dell’Unione Europea richiederà la capacità di creare motori elettrici progettati su misura e con prestazioni migliori che possano essere prodotti in modo sostenibile. Essendo una startup, l'approccio di ECM PCB Stator Technology per soddisfare questa esigenza si riduce a due cose: tecnologia avanzata dei motori e CAD.

Dal punto di vista tecnologico, ECM ha sviluppato motori elettrici a circuito stampato, o PCB Stator. Lo statore PCB sostituisce gli avvolgimenti in rame presenti nelle macchine elettriche convenzionali con uno statore ultrasottile. I motori elettrici che incorporano gli statori dei circuiti stampati di ECM sono più piccoli, più leggeri del 70%, raggiungono efficienze fino al 96% e utilizzano fino all'80% in meno di materie prime rispetto alle macchine convenzionali.

ECM abbina questa scienza dello statore PCB alla sua piattaforma CAD PrintStator. Ciò consente agli innovatori di definire prestazioni precise e specifiche dimensionali per creare soluzioni di motori elettrici personalizzate integrate con la tecnologia brevettata PCB Stator. Ad esempio, se un produttore europeo di lavatrici ha bisogno di un motore elettrico da 1,62 cavalli che raggiunga un'efficienza del 94% e sia conforme a un fattore di forma esatto, questo può essere progettato tramite il software.