11/24 ＜カーボンニュートラルへ電動化のコア技術＞ 電動化（EV駆動等）モータと 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

兵庫県立大学 特任教授/名誉教授　永田 正義　氏

＜主な専門・ご活動・受賞など＞
・電気学会　フェロー
・IEC国際規格第55委員会（巻線関係）、委員長
・電気学会Ａ部門論文誌　前編修長
・電気学会技術調査専門委員会「インバータ駆動モータ絶縁評価法」　前委員長
・電気学会技術調査専門委員会「テーラーメイドによるコンポジット絶縁材料開発の進展と応用」　委員
・電気学会技術調査専門委員会「パワーモジュールの電気絶縁信頼性」　委員
・実用的インバータ駆動モータ絶縁評価法、平成30年度電気学会・技術報告賞受賞
・関連テーマでの講演、執筆多数

　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。日々、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。
　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インパルス電圧波形の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試験の標準化が最大のコア技術課題である。
　インバータサージ電圧の発生と高速伝搬の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が様々な環境要因で複雑に変化するためである。
　本セミナーでは、部分放電特性について十分理解し、EVのパワートレインの構成部品、駆動モータ本体とパワーモジュール、さらにそれらを電子制御するプリント基板回路において、「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から応用まで詳しく解説する。また、自社開発の高機能な樹脂絶縁材料をEVモータや半導体基板材料に適応する場合、その技術課題と電気的特性の評価方法について具体的に解説する。

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？
　2.7 インパルス電圧と交流電圧による絶縁試験の違いは何か？
　2.8 部分放電が開始する電圧(PDIV)を簡単に評価する方法は何か？

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）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(PD)計測とデータ収集
　4.1 AC試験器とインパルス試験器との違い
　4.2 微弱で高繰り返しインパルスPDの計測の難しさ
　4.3 インパルス電源と印加電圧波形特性
　4.4 各種PDセンサーと計測信号波形
　4.5 センサー感度とノイズ、閾値と部分放電フリー判定条件
　4.6 インパルスPDの高繰り返し発生形態とデータ収集法
　4.7 インパルス（矩形波）電圧波形による課電寿命試験

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、その問題点を理解して対応する。
　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 高周波化による電子回路基板の絶縁性能への影響
　6.2 各電極配線構造(電界強度分布)による部分放電形態の相違点
　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
　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
　6.5 熱対策としてのサーマル界面材料(TIM)のPDIV特性の計測

７．高耐熱性樹脂材料の応用と特性試験方法のポイント
　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□

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