電動化モビリティ電装品 (駆動モータ、インバータ、DC-DCコンバータ、バッテリーパック、バスバー等) の高電圧絶縁技術の基礎と樹脂材料の応用

脱炭素化に向けて、各種モビリティの電動化開発が積極的に推し進められている。世界中で急速に普及している電気自動車 (EV) では、急速充電器の高出力化だけでなく、駆動モータ、SiCインバータ、DC-DCコンバータ、バッテリーパック、バスバー等の各電装品において800Vアーキテクチャの高電圧化、高スイッチング化が実施されている。安全性、信頼性の観点からEVの耐絶縁性能を保証するためにはこれらの主要素部品の電気的絶縁特性の評価試験方法を習得することが不可欠である。 　本セミナーでは、電動化モビリティ (EV、航空機等) の駆動システムの製品設計開発に必須の高電圧絶縁評価技術の基礎から徹底解説し、原理から理解することでそれらの信頼性絶縁評価法を習得することを目的としている。 　EV/HEV駆動モータの高電圧絶縁技術について最新の動向を把握しながら、構成部材であるヘヤピン平角巻線、バスバー、基板材料、封止材の高機能化に向けた樹脂材料の開発ポイントについて解説する。また、自社開発の高機能な樹脂素材を車載コンポーネントの絶縁に適応する場合、その高温領域での電気的特性の計測技術について具体例を示しながら、分かり易く解説する。

1. 電動化モビリティの高電圧絶縁技術の最新技術動向
   1. EV駆動モータの高耐電圧化に向けたマグネットワイヤ (巻線) の開発動向
   2. 電動航空機の絶縁リスクと高電圧絶縁対策
   3. 車載電装部品の信頼性設計・評価に向けた熱・絶縁技術動向
   4. 樹脂・セラミック絶縁材料の高耐電圧性、高耐熱性、高熱伝導性に向けた開発動向
2. 電動化に必須の高電圧絶縁評価方法の基礎
   1. 絶縁破壊につながる部分放電 (PD) 、沿面放電とは何か?
   2. 樹脂材料の絶縁劣化メカニズム
   3. PD発生電圧 (PDIV) の予測方法
   4. モータとパワーモジュールの絶縁構造と弱点部位
   5. 交流試験とは異なるインパルス電圧波形による試験方法
   6. SiCパワー半導体を用いた高電圧化、高スイッチング周波数化とPD発生との関連性
   7. PD特性の周囲環境 (温度、湿度、気圧) の依存性
   8. 絶縁破壊電圧ではわからない耐電圧性を左右する樹脂材料の特性
3. PD計測とデータ収集・処理方法
   1. AC試験器とインパルス試験器
   2. PD計測値のばらつきの要因
      • 温度
      • 湿度
      • 空間電荷
   3. インパルス電源、各種PDセンサーの紹介
   4. インバータPWM電圧波形とPDIV特性
      • 立ち上がり時間
      • パルス幅
      • 周波数
   5. センサー感度とノイズレベル、閾値設定、判定条件
   6. インパルス電圧の印加方法、データ収集と処理方法
   7. 恒温恒湿槽を使ったPDIVの温度湿度依存性の測定方法と注意点
4. インバータ駆動モータの絶縁評価試験の具体例
   1. 駆動モータのインパルス絶縁評価試験の方法
   2. EV・HEV用モータと産業用モータの絶縁評価の相違点
   3. ステータ巻線方式と各コイルにかかる電圧 (分担電圧) 計測
   4. モータ内部におけるサージ電圧の伝搬特性
   5. インパルス試験電圧波形と試験結線方法
   6. 巻線のターン間、対地間と相間で発生するPD信号波形の特徴
   7. 国際規格 (IEC) 試験方法と課題点
   8. インパルス電圧波形に対するPDIV特性
   9. 各環境要因 (温度、湿度、気圧) の変化に対するPDIV特性
   10. 巻線構造、PD計測と分担電圧計測からPD発生箇所の推定
5. 駆動モータシステムの各要素部品の熱・絶縁対策と評価試験
   1. EV・HEV用平角巻線 (厚膜化、低誘電率化) のPDIV計測と寿命試験
   2. 樹脂フィルム材料のPDIV温度特性の評価試験方法
   3. ナノコンポジット (耐サージ) 巻線の優れた長寿命特性とそのメカニズム
   4. 耐サージモータ巻線の高温高周波寿命試験法と国際規格
   5. プリント回路基板の高周波絶縁評価方法
   6. パワーモジュールの熱・絶縁対策と材料
   7. バッテリーパックとバスバーの熱・絶縁対策と材料
6. まとめと今後の課題