電動化のコア技術、駆動モータの絶縁劣化と計測・評価技術

産業用モータの開発現場では、省エネに対応すべく最新パワエレ技術を用いたモータのインバータ駆動が進んでいる。しかし、インバータサージと呼ばれる立ち上がりの急峻なインパルス電圧によってモータ内に微小な放電が繰り返し発生するため、絶縁システムのトラブルを引き起こすことが危惧されている。その対策と国際規格に基づく試験評価方法が重要な課題となっている。また、今後、環境規制を受けて世界中で急速に進展する電気自動車 (EV) の開発においては、駆動モータの小形軽量化とともに、高電圧化、高周波化による高回転・高出力化が進められており、過酷な使用条件下における駆動モータの部分放電と絶縁劣化対策、さらには高性能なモータ巻線開発とその有効な評価方法が必要とされている。 　モータの劣化損耗は高温下で発生するインパルス部分放電による電気的要因が主であるが、その発生メカニズムや検知の方法は、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のが現状である。その理由は、ナノ秒時間スケールの微少な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。本講演では、どのような条件で部分放電が発生し、それをどのような検知器と手順で正確にとらえることができるのか、産業用モータとEV用モータと比較しながら、インバータ駆動モータの部分放電と絶縁評価、ポリマー絶縁材料のインパルス試験方法とその問題点について基礎から詳しく解説する。

1. はじめに
   1. インバータ駆動モータの絶縁評価技術の現状
   2. インバータサージによる部分放電と絶縁劣化とは何か?
   3. AC運転とは違ったモータの電気絶縁トラブルの課題
2. 駆動モータ内で起きるインパルス部分放電現象とは何か?
   1. 様々な環境要因で変化する部分放電特性
   2. 部分放電によるモータ巻線の絶縁損傷
   3. 微少な部分放電がスタートする電圧値の予測
3. 繰り返しインパルスによる部分放電計測法
   1. サージ電圧波形を模擬するインパルス電源
   2. 部分放電センサ
4. 国際電気標準会議 (IEC) 規格による試験方法
   1. インパルス試験電圧波形の規定と結線方法
   2. ストレスカテゴリーとインパルス電圧絶縁クラス
   3. 規格の課題点
5. 実機モータを用いたインパルス絶縁評価試験の実例紹介
   1. モータ、試験方法、電源と計測器
   2. 各電圧波形に対する部分放電開始電圧特性
   3. 各コイルの分担電圧と部分放電発生箇所の推定
   4. 環境条件に左右される部分放電フリー検証の留意点
6. EV用モータ巻線の開発と性能評価法
   1. EV用モータの絶縁システムとサージ伝搬特性
   2. ナノコンポジット巻線の優れた耐サージ特性
   3. 低誘電率絶縁材料の高PDIV特性
   4. EV用高機能性絶縁材料のラッピング平角線特性
7. まとめと今後の課題