高電圧化によるEVモータ / 回路基板 / 樹脂材料の電気・熱的劣化機構と絶縁評価・対策技術

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。今日、EV/PHV用パワートレインの主要ユニットである電動モータ本体、パワー制御システム、コンバータ、インバータは、高電圧化、高周波化および高放熱化に向けた構造・材料の技術開発が過熱している。EVの小形軽量化とともに、高回転・高出力化設計されるモータ本体において新たな課題となっているのが、繰り返しサージ電圧による絶縁破壊トラブルであり、その前駆現象である部分放電発生の計測技術と対策が求められている。また、インバータでは、電子回路基板やパワーモジュールの高周波化と高温化によってシステムの絶縁性能の低下を招くため、その評価と対策が必要である。 　本セミナーでは、電動化の必須技術として、基本ユニットである駆動モータやその制御用回路基板において、「いかに絶縁破壊につながる部分放電を発生させないか!」、「高い絶縁性をもつ品質保証」へのアプローチの方法を具体的に学ぶ。EV用モータ巻線、スロット絶縁シート、ワニス、基板、封止材等への応用のための高機能樹脂材料の開発に役立つ知識、その評価方法のノウハウについて習得できる。関連する電気工学の基礎知識の要点を示しながら、基本原理から徹底的に分かり易く説明する。

1. 高電圧電動化技術の最新動向と課題
   1. 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
   2. パワーモジュールと回路基板材料の高周波化と絶縁技術課題
   3. 絶縁材料の高性能・高機能化に向けた実験・計算の最新動向
2. 部分放電と絶縁破壊の理解のポイント
   1. 絶縁劣化の前駆現象、部分放電とは何か?
      • ブラックボックスにしないで理解して対策する
   2. 高電圧化すると部分放電が発生し易くなるのはなぜか?
      • 大気中では約330Vを越えると放電が起きる
   3. 高周波スイッチング化すると部分放電が発生し易くなるのはなぜか?
      • 部分放電中の電子、イオンの挙動が影響する
   4. 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?
   5. 環境 (温度、湿度、気圧他) 条件で部分放電が大きく変化する
   6. 材料への帯電、水分と汚れが部分放電発生に悪影響する
   7. 部分放電はどこで発生するのか?
      • 絶縁弱点部位を対策する。
   8. 高温下での樹脂材料の電気的・熱的劣化損耗メカニズムとは?
   9. インバータサージ伝搬と電磁波ノイズ問題 (EMC) とは異なる
3. インパルス部分放電の計測方法
   1. 各電圧波形 (ACとインパルス) による部分放電形態の相違
   2. 部分放電が開始する電圧値 (PDIV) の理論予測
   3. AC試験器とインパルス試験器との違い
   4. 微弱なインパルス部分放電の計測方法
   5. インパルス電源と部分放電センサー
   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
   7. データの取得と処理
4. 電動化モータのインパルス絶縁試験から学ぶ
   1. インバータ駆動モータのインパルス試験の必要性
   2. モータ内部へのサージ電圧の伝搬特性の計測
   3. インパルス試験のためのモータ結線方法
   4. 国際規格 (IEC) 試験方法と課題点
   5. 各インパルス電圧波形に対するPDIV特性
   6. PDIV特性の環境要因の依存性
      • 温度
      • 湿度
      • 気圧
   7. 各コイルの分担電圧と部分放電発生箇所の推定
5. プリント回路基板の絶縁評価試験から学ぶ
   1. 回路基板の高周波絶縁評価試験方法
   2. 電極配線構造による部分放電の発生形態と可視化
   3. 部分放電発生電圧 (PDIV) の高周波依存性
   4. 電気トリーによる絶縁ゲル・樹脂の絶縁劣化メカニズム
   5. 熱対策としてのサーマル界面材料 (TIM) の効果
6. 高耐熱性樹脂材料の試験から学ぶ
   1. 絶縁材料の低誘電率化と厚肉化の方法
   2. EV用厚肉平角巻線の高電圧絶縁特性
   3. 耐高熱性絶縁材料のPDIVの高温特性と課電寿命試験
   4. 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. まとめと今後の課題