＜脱炭素社会に向けた電動化のコア技術＞EV用モータ・パワーモジュール・回路基板の高電圧化・高周波化・熱対策に向けた、樹脂材料開発と絶縁品質評価技術

　カーボンニュートラル社会構築に向け、幅広い産業分野において電動化が叫ばれ、世界中で電気自動車（EV）へのシフトが加速している。進化するパワーエレクトロニクス技術を基盤に、インバータ電源で駆動するモータは、EVだけでなく、電気製品、産業用機器、建設機械、鉄道車両、高速エレベータ、等々の幅広い市場で急速に生産が拡大している。インバータに使用されるパワーモジュールは、高電圧、大電流化、高速スイッチング化と同時に熱冷却技術が進み、それによるバッテリー消費の高効率化が実現されている。
　電動化システムにおいて危惧される最大の技術課題は、高電圧化、高周波化によるインバータから発生する高繰り返しサージインパルス電圧伝搬によるモータ内での微小な部分放電発生による絶縁破壊トラブルである。微弱な部分放電の精度の高い計測と熱・高電圧・高周波化対策としての高電圧絶縁設計と評価が最大の技術課題となっている。特にEVでは、安全に長距離走行できるためには信頼性の高い品質管理と診断技術が要求される。
　モータの急速な劣化故障はインパルス波形のサージ電圧によって発生する部分放電が原因であるが、その発生メカニズムや計測の方法は、従来のAC電圧の場合と比べて大きく異なっており、十分に理解されていない。その理由は、発生箇所の特定が困難であるナノ秒時間スケールの部分放電現象の発生が様々な環境要因で複雑に変化するためである。部分放電についてはよく理解できないという理由でブラックボックスとして無視しないことが重要である。本セミナーでは、部分放電を十分理解し、EVのパワートレインの構成部品、モータ本体とインバータ、さらにそれを電子制御する回路システムにおいて、「いかに絶縁トラブルにつながる部分放電を発生させないか！」の基本対策について、基礎知識から応用まで詳しく解説する。
　EV開発用電動モータは小形軽量化とともに、搭載の昇圧システムによる高電圧化、高回転・高出力化によるパフォーマンス向上の競争が激しさを増している。過酷な使用環境条件下におけるEVモータの劣化対策、新モータ構造開発、絶縁シートレス、それに適した高耐熱性、高熱伝導性、高耐圧性のある高機能な厚肉平角巻線とその樹脂絶縁材料の実用的な評価試験とその試験データの見方、解釈のポイントについて詳しく解説する。
　インバータや電子制御回路基板において、ワイドギャップバンド半導体（SiC, GaN）が用いられるようになると、高速スイッチングによる効率化や制御性が向上する。しかし、高周波化により、高温化するパワーモジュール内で部分放電が発生し易くなり、急速な絶縁トラブルが危惧される。モータとは異なるその劣化メカニズムと対策、封止樹脂材料の高機能化の開発状況、評価試験方法について詳しく解説する。

１．脱炭素化社会に向けた高電圧電動化の最新技術動向と課題
　1.1 インバータ駆動モータ、パワーモジュールと電子制御回路の高電圧絶縁評価技術
　1.2 EVモータの高電圧化に向けた技術動向と絶縁破壊の課題
　1.3 パワーモジュール(SiC, GaN)の高速スイッチング化による絶縁技術課題
　1.4 高耐熱性、高熱伝導性樹脂材料の開発技術と動向

２．モータ/パワーモジュール/制御回路の部分放電と絶縁破壊の理解とポイント
　2.1 部分放電とは何か？　わからないからと放っておかない。
　2.2 高電圧化すると部分放電が発生するのはなぜか？　
　2.3 部分放電が発生する電圧を計測すると大きくばらつくのはなぜか？
　2.4 使用環境で大きく変動する部分放電形態と発生メカニズム
　2.5 どこで発生するのか？　弱点部位を重点対策する。
　2.6 樹脂材料の熱的、電気的劣化メカニズムとは？それを理解して開発、評価する。
　2.7 インパルス電圧と従来の交流電圧による絶縁評価試験の違いを知る。
　2.8 インバータサージと電磁波ノイズ問題（EMC）との違いを知る。

３．部分放電特性と樹脂材料の絶縁劣化メカニズムの基礎
　3.1 各電圧波形（ACとインパルス）による部分放電の特徴
　3.2 環境要因（温度、湿度、気圧他）の影響
　3.3 空間電荷（帯電）と水分の影響
　3.4 部分放電が開始する電圧値(PDIV)の理論予測
　3.5 高温下、熱劣化による部分放電の発生と絶縁劣化メカニズム
　3.6 部分放電と材料との相互作用による絶縁劣化メカニズム

４．インパルス部分放電の計測方法
　4.1 AC部分放電試験器とインパルス試験器との違い
　4.2 微弱なインパルス部分放電の計測の難しさ
　4.3 インパルス電源と印加電圧波形
　4.4 各種部分放電センサーと計測波形
　4.5 高周波電圧印加方法と課電寿命試験
　4.6 センサー感度とノイズ、閾値と部分放電フリー判定条件

５．電動化モータのインパルス絶縁試験方法の具体例とポイント
　5.1 インバータ駆動モータのインパルス試験の必要性
　5.2 モータ内部におけるサージ電圧の伝搬特性の計測の必要性
　5.3 インパルス試験電圧波形と様々なモータ結線方法
　5.4 国際規格（IEC）試験方法とその問題点の理解と対応
　5.5 各インパルス電圧波形（立ち上がり時間とパルス幅）に対するPDIV特性
　5.6 PDIV特性の環境要因（温度、湿度、気圧他）依存性
　5.7 各コイルの分担電圧と部分放電発生箇所の推定
　5.8 絶縁破壊の前駆現象である部分放電を発生させないための留意点
 
６．プリント回路基板の絶縁性能試験方法の具体例とポイント
　6.1 制御回路システムの高周波化による基板の絶縁性能への影響
　6.2 各電極配線構造による部分放電形態の相違点：PDIVの計測値の比較
　6.3 部分放電発生の高周波依存性：PDIVの周波数特性の計測方法とポイント
　6.4 電気トリ―による絶縁ゲル・樹脂の絶縁劣化メカニズム：部分放電劣化との相違点
　6.5 熱対策としてのサーマル界面材料(TIM)の利用:TIM中のPDIV特性の計測

７．高耐熱性樹脂材料の試験方法の具体例とポイント
　7.1 EV用平角巻線の厚肉化、低誘電率化による高電圧モータ絶縁性能の向上
　7.2 耐高熱性絶縁材料のPDIVの温度特性計測と課電寿命試験方法
　7.3 ナノコンポジット絶縁材料の優れた耐サージ特性と高寿命化
　7.4 高機能性絶縁フィルムの高温環境下での部分放電計測とノウハウ
　
８．まとめと今後の課題

□質疑応答□