EV等電動化モビリティ用モータと関連電装品のための高電圧絶縁技術と樹脂材料開発

地球環境問題を背景として、CO2ゼロの環境社会へと変革する今、電動化モビリティ (電気自動車EV、空飛ぶクルマ、電動化航空機) のイノベーションに向けた樹脂絶縁材料の高機能化が進められている。特に、自動車産業の分野においては、世界的規模でEV/HEVへのシフトが急速であり、従来に比べ、圧倒的に小型・軽量・高パワー密度化により、車載部品 (モータ、インバータ、バッテリー、バスバー、DC – DCコンバータ、パワーコントロールユニット等々) に適応される樹脂絶縁材料の耐電圧化、耐熱化、高熱伝導性が要求されている。車両走行の厳しい環境 (高温、多湿、低気圧) の中で多くの部品の絶縁トラブルの対策のためには、各種絶縁材料の特性、インバータサージによる劣化メカニズムと絶縁破壊を引き起こす部分放電現象の基礎知識をしっかりと学ぶ必要がある。また、電動化モビリティの品質保証をするためには、高電圧絶縁技術のコアである各車載部品のインパルス絶縁評価方法について習得することは不可欠である。現在、各社の開発競争が激化する中、知らないでは済まされない。 　本講演では、EV用ヘヤピンステータだけでなく、その高電圧化、コンパクト化、製造の自動化を目的に使用されている厚膜平角線、絶縁フィルム、バスバー、パワーモジュールの高密度実装を模擬した回路基板等について、インパルス絶縁評価試験とIEC国際規格について具体例を紹介しながら、技術ノウハウを習得して頂く。

1. モビリティ電動化の技術開発動向
   1. 電気自動車 (EV) 用駆動モータ絶縁の課題と対策
   2. パワーエレクトロニクス部品の高密度実装における絶縁課題と対策
   3. EV関連電装品に適応される樹脂絶縁材料の品質評価
2. 電動化技術に必修の樹脂絶縁材料の基礎と応用
   1. 絶縁材料の各基本特性
      • 耐電界性
      • 誘電特性
      • 耐熱性
      • 熱伝導性
      • 吸水性
      • 空間電荷蓄積
   2. 周囲環境要因で変化する材料特性
   3. 絶縁劣化現象とメカニズム
   4. 絶縁材料の部分放電開始電圧と寿命予測
3. 電動化に必修の部分放電の基礎知識
   1. 絶縁破壊の原因、放電現象
      • 部分放電
      • 沿面放電
      • バリア放電
      • 電気トリー
      • ストリーマ放電
   2. 絶縁破壊を加速する帯電現象と空間電荷蓄積
   3. 部分放電発生の要因と形態
      • インバータサージ
      • 環境要因
      • 印加電圧波形
      • ACとインパルス
      • 極性
      • 周波数
   4. 放電の発生条件と環境因子 (温度、湿度、気圧、放射線) の影響
      • パッセンの法則
      • 部分放電開始電圧の予測
      • 部分放電フリーの条件
   5. インパルス部分放電の特性と計測方法
4. 高機能性樹脂材料の電動化モビリティへの応用
   1. EV用モータ巻線の高機能化
      • 厚肉化
      • 複層化
      • 低誘電率化
   2. 高耐熱絶縁用フィルムの高機能化
      • 複合化
      • 薄膜化
      • 放熱性向上
   3. バスバー、ワニス、パワーモジュールの封止材と回路基板材料
   4. ナノコンポジット機能性材料の電気絶縁性能の向上と適応拡大
5. 樹脂絶縁材料のAC/インパルス絶縁評価法の基礎と実例
   1. 電源 (AC、インパルス) と各種計測センサーの選定
   2. 実験装置、環境要因設定、計測方法
   3. データ収集方法と処理
   4. データのばらつきの要因
   5. インパルス絶縁評価法とは?その特徴と内容
   6. 絶縁フィルムの絶縁評価試験
   7. 回路基板試料の絶縁評価試験
   8. ヘヤピンモータ用厚膜平角巻線の絶縁評価試験
6. 実機モータの評価試験から学ぶ計測・評価の技術ノウハウ
   1. 産業用モータのIEC国際規格に準拠した絶縁評価試験
   2. EV用ヘヤピンモータのインパルス絶縁評価試験
   3. EV用ヘヤピンモータの部分放電発生箇所の特定方法
7. まとめと今後の課題