モータ/パワーモジュール/絶縁材料の部分放電と絶縁評価技術

2050年までに地球温暖化ガスである二酸化炭素 (CO2) の排出量実質ゼロを目標に掲げ、幅広い産業分野において電動化が加速している。世界的な潮流として、2030年頃にはガソリン車の販売が廃止され、電気自動車 (EV) が主流となる時代が到来する。HEV/EV用パワートレインの主要ユニットであるパワー制御システム、コンバータ、インバータ、電動モータ本体は、高密度化、高放熱化、高効率化に向けた技術改良が行われている。この電動化の開発競争において、新たな技術課題となっているのが、繰り返しサージ電圧による各主要ユニット内での絶縁破壊の前駆現象、つまり微弱な部分放電の診断と対策である。 　インバータ電源の開発において、高効率な次世代パワー半導体デバイス (SiC,GaN) が実装されたパワーモジュールの高温下における高圧絶縁性能の評価技術が重要となって来ている。また、小形軽量化とともに、高電圧化による高回転・高出力化設計されるモータ本体についても、インバータから高繰り返し発生する立ち上がりの急峻な高インパルス電圧に対する絶縁信頼性向上の技術開発が求められている。 　本セミナーでは、電動化の基本ユニットであるパワーモジュールやモータにおいて、「いかに絶縁破壊につながる部分放電を発生させないか」の基本対策や電動化の必須技術として具体的に役立つ貴重な知識と実験のノウハウについて習得できる。様々な環境要因で複雑に変化する部分放電の発生機構、その具体的な計測方法や各部の絶縁構造・材料など絶縁性能評価法の基礎から応用まで詳しく講義する。

1. はじめに
   1. パワーエレクトロニクスと電動化技術の課題と動向
   2. モータとパワーモジュールの絶縁評価技術とは?
   3. 高パワー密度化、高放熱化と高速スイッチング化による技術課題
   4. 新しい半導体デバイスとその高密度パッケージ技術
2. モータ/パワーモジュールの部分放電と絶縁破壊
   1. 部分放電とは何か?
   2. 部分放電が発生する電圧がばらつくのはなぜか?
   3. 部分放電の形態と発生メカニズム
   4. 絶縁構造と材料との関係
   5. インパルスと交流電圧による部分放電の違い
   6. インバータサージと電磁波ノイズとの違いと対策
3. 部分放電特性と開始電圧
   1. 各電圧波形による部分放電特性
      • 直流
      • 交流
      • インパルス
   2. 環境要因の影響
      • 温度
      • 湿度
      • 気圧 他
   3. 空間電荷 (帯電) の影響
   4. 部分放電による絶縁劣化メカニズム
   5. 部分放電開始電圧値 (PDIV) の予測
4. インパルス部分放電の計測方法
   1. 微弱な部分放電の計測の難しさ
   2. インパルス電源と電圧波形
   3. 各種部分放電センサーと測定波形
   4. 電圧印加方法と周波数依存性
   5. センサーノイズ、閾値とPDフリー判定条件
5. モータのインパルス絶縁評価試験
   1. インパルス試験電圧波形と各結線方法
   2. 国際規格 (IEC) 試験方法と課題点
   3. サージ電圧の伝搬特性
   4. 各インパルス電圧波形に対するPDIV特性
   5. PDIV特性の環境要因依存性
   6. 各コイルの分担電圧と部分放電発生箇所の推定
   7. 部分放電を発生させないための留意点
6. パワーモジュール絶縁性能評価試験
   1. パワーモジュール模擬プリント基板の部分放電
   2. 試験と各計測方法
   3. 高速スイッチング周波数と部分放電
   4. 絶縁ゲル・樹脂中の電気トリ – の発生と成長
7. 絶縁材料の性能評価試験
   1. 試験と各計測方法
   2. 高機能性絶縁材料の高温特性
   3. ナノコンポジット絶縁材料の優れた耐サージ特性
   4. EV用平角巻線のPDIVと課電寿命の高温特性
   5. 絶縁基板と封止材料の部分放電と高温誘電特性
8. まとめと今後の課題