車載電装部品の熱・高電圧化対策と絶縁評価技術

現在、世界で販売競争が激化しているxEVの開発において、高出力化、小型・軽量化、高機能化が技術革新のポイントとなっている。そのため、主駆動系モータおよび車載電装部品における熱と高電圧絶縁の課題がより深刻となり、その対策に今最も関心が持たれている。 高電圧化と高密度化による各要素部品の温度上昇は絶縁性能を著しく低下させ、インバータサージが重畳する繰り返しインパルス電圧によって部分放電や沿面放電が各絶縁弱点箇所で発生し易くなる。モビリティ電動化において、樹脂材料の熱劣化や絶縁破壊につながる部分放電発生のメカニズムを十分理解をした上で、絶縁性能向上のための高性能な各種樹脂材料の試作と評価試験を実施した上で、それらの各車載電装部品への応用展開を提案していくことが各メーカーの技術力アップにつながる。 　本講演では、駆動モータ、平角巻線、スロットライナー、バスバー、パワーモジュールの基板材料と封止材、PCU等の回路基板、バッテリーパッケージ、等々の各車載電装部品に関する高電圧絶縁と評価技術について電気の基礎から徹底解説することで、これらの高品質な絶縁設計と信頼性評価法を基本原理から学んで頂くことを目的としている。 さらに、主に電気機器を対象に発効されている各種関連のIEC規格について紹介し、電動車への規格適用の妥当性と課題点について解説する。

1. 電動化モビリティの車載電装部品の最新の技術動向
   1. xEV駆動モータの高耐熱・高耐電圧化に向けた開発
   2. 高機能・高性能な樹脂・セラミック絶縁材料の開発
   3. 車載電装部品への各種絶縁材料の応用
      • バスバー
      • パワーモジュール
      • 回路基板 等
   4. xEV用ヘヤピン巻線の開発
      • 厚膜
      • 低誘電率
      • 横巻平角線
   5. 架橋、導電性フッ素樹脂の車載電装部品への応用
2. 電気絶縁特性の計測・評価法の基礎
   1. 電気の基礎から学ぶ電気絶縁材料・計測技術
   2. 絶縁材料の各基本特性と絶縁劣化メカニズム
   3. 絶縁破壊につながる部分放電、沿面放電、電気トリー進展
   4. 絶縁破壊電圧 (BDV) と部分放電開始電圧 (PDIV) 、BDV/PDIV計測方法
   5. 部分放電 (PD) 発生の予測方法
      • パッセンの法則
      • ダーキンの式
   6. PD発生メカニズムと環境要因の依存性
      • 温度
      • 湿度
      • 気圧
      • 放射線
   7. 絶縁の弱点部位とPDの発生箇所
   8. 材料熱的劣化と高周波化によるPDIV低下メカニズム
   9. 密閉空間、PD発生領域がPDIV計測に及ぼす影響
   10. 樹脂材料の熱的物性の変化が電気的特性に及ぼす影響
   11. 帯電 (空間電荷) の問題と対策
   12. 樹脂材料の絶縁油 (鉱油とエステル油) の耐性
   13. 樹脂材料の耐放射線 (電動化航空機等)
3. PD計測方法とIEC国際規格
   1. AC試験器とインパルス試験器
   2. インパルス電源、PDセンサーについて
   3. 試験用試料の作製
      • PD発生箇所
      • 電界強度分布
   4. 電圧印加方法、センサー感度、ノイズレベル、閾値設定
   5. データ取得・収集と統計的処理方法
   6. PD計測値のばらつきの要因と再現性
   7. PDIVの環境要因依存性
      • 温度
      • 湿度
      • 気圧
   8. 恒温恒湿槽を使ったPDIV計測方法と注意点
   9. 産業用低圧インバータ駆動モータ関連IEC規格と課題点
      • IEC60034-18-41
      • IEC61934
      • IEC60034-27-5TS他
   10. 電気絶縁システムの熱耐久性、寿命評価のための規格 (IEC61857)
   11. モータ巻線の寿命評価試験 (IEC63263TS)
4. xEV用&産業用のインバータ駆動モータと車載要素部品の絶縁評価試験
   1. 産業モータのIEC規格に準拠したインパルス絶縁評価試験
   2. xEV用ヘヤピンステータのインパルス絶縁評価試験
   3. xEV用厚膜平角巻線のPDIV (AC) /RPDIV (Impulse) 計測と寿命試験
   4. 樹脂フィルム材料 (PI, PEEK他) のPDIV/RPDIVの温度・気圧特性の計測
• 質疑応答