01
研究開発

常務執行役員
研究開発本部長

鉢呂 友康

Tomoyasu Hachiro

当社は，創業当時から受け継がれる好奇心と探究心を糧

用による保守性・拡張性・再利用性の向上，電気設計図面に，難しい課題を解決しようとする強い意志によって，時からソフトウェアを生成する自動化などを進めた。近年で代や社会の要求に合わせた研究開発を進めてきた。このは IP ネットワーク技術や省電力無線通信技術の応用，装120 周年記念号では，研究開発をパワーエレクトロニク

置の小形化に伴う耐ノイズ性の向上を図ってきた。現在はス，情報通信（ICT），共通基盤技術の 3 分野に分類し，現場機器のネットワーク化が進み，多様なデータを中央に

これまでの 10 年・現在・今後についてまとめている。

集約して分析・処理して現場機器にフィードバックするク

パワーエレクトロニクス分野では，1990 年代に入ってラウドコンピューティング技術が発展している。今後は現

主 回 路 デ バ イ ス に IGBT（Insulated Gate Bipolar

場に近い個別機器が自立的に機能するためのエッジコン

Transistor）を適用することで飛躍的に電力変換装置のピューティング技術を高度化することで，通信コスト削減

大容量化，スイッチング速度の向上による高機能化や低騒とリアルタイム性を両立させながら，故障予兆診断や無人音化を進めた。最近の 10 年では制御回路に FPGA（Field

での最適運転を実現し，機器稼働率の向上と保守コストのProgrammable Gate Array）を適用することで，電流低減に貢献していく。

制御をハードウェアロジックで高速に実現でき，開発・設コンピュータ解析技術では，計算機性能の向上と解析ソ計の柔軟性が増すことで，共振抑制や高調波抑制などの制

フトウェアの高機能化によって，構造・電磁界・熱流体・御技術の高度化を進めてきた。しかし，IGBT のテール電音響などの物理現象や，それら連成問題を三次元的に，か流に起因するスイッチング速度とオン電圧の制約によっ

つ高精度に解析できるようになり，開発プロセスへの適用て，高機能化と低損失化の両立が難しくなっている。今後が進んできた。今後は大規模かつ複雑化するシステムの解の飛躍のためには主回路デバイスの刷新が必要であり，素析時間短縮のため，全体解析と部分解析の組み合わせによ材を従来の Si（Silicon）から新しい時代の主役として注る解析精度の向上を図る。また分子動力学などを用いた材

目されている SiC（Silicon Carbide）とした主回路デバ料の劣化や破壊の解析技術を確立し，設計段階で長期信頼イスの適用を推進し，更なる高機能化と低損失化を両立さ性を評価する解析技術の構築を目指す。

せる革新的な電力変換装置の創出に努める。
情報通信分野では，情報通信機器の信頼性向上のための電源・通信・制御システムの二重化，リアルタイム OS 採

今後も社会を支えているという使命感を持って新しいことに挑戦し，新しい技術・新しい製品・新しいシステムを創出し続けていく所存である。
明電時報

通巻 356 号

2017

No.3

09

01 研究開発

当社の幅広い製品を支え，製品力の強化・品質向上に貢献する基盤・製品技術を開発

2007

2011

2013

● 植物系樹脂を使用したエコ絶縁被覆●中国科学院・ 国研 産業技術総合研究●高圧インバータ用に独自の 5 レベル所（産総研）との国際共同研究体制

回路方式を開発し，高効率・小形化

で低温脱硝触媒を開発

を達成

を開発

基本セル1

2008
●解析用 HPC（High Performance

CDC1

C1

CDC2

C2

Computing） シ ス テ ム を 導 入 し，
大規模解析を開始

2012

2009

基本セル2

●高速・大容量システムを実現する● PM センサレスモータ制御技術を再相モジュール直流モジュール相モジュールフィールドネットワーク IO リンクⅢ

エネ発電システムへ応用

を開発

2014
●パ ワ ー エ レ ク ト ロ ニ ク ス 製 品 用HILS（Hardware－In－the－Loop－
Simulation）による検証で開発ス
ピードを向上●モータ振動抑制や電力高調波低減に●太陽光発電用 PCS（Power Condi­

効果的な制御技術「一般化周期外乱

tioning Subsystem）の高効率をオブザーバ」を開発実現する新主回路・変調方式を開発

実システム（n次周波数成分）

1.00

dn
u＊
n

＋

d＊
n
（＝0） －

0.50＋ ＋ un～Pn

yn

GF（s ）

yn

0.00
－0.50

GF（s ）
－ ＋＾
un

＾
dn

学習機能

＾
Pn－1

＾n）
（＝Q
逆モデル
（n次周波数成分）－1.00
0.00000.00500.01000.01500.0200従来変調方式の指令波形

実現

1.00
0.50

●大電力試験分野

0.00

で「I S O / I E C

－0.50
－1.00
0.00002010

0.00500.01000.01500.0200開発した変調方式の指令波形●電力機器の●保護リレーの IP ネットワーク化を

17025」 の 試
験所認定を取得●プリント板保護コーティング剤の腐

フル三次元

食ガス透過性評価手法を確立

モデルの耐

2015

震解析技術
を開発

● 監 視 装 置 向 け CPU ボ ー ド に SoC（System－on－a－Chip）を適用し，小形で高性能・消費電力低減を実現

10

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2017

No.3

●予防保全のためのセンシングシステ
ムを構築し，フィールド適用を開始●プリント板の SI（Signal Integrity）/
PI（Power Integrity）解析技術を確立し，設計段階でのノイズの見える化で開発フロントローディングに貢献●熱流体解析の大規模化で，発電機内部の状態把握及び冷却効率を向上

0

1
（m）

2016
●モータの電磁力から発生する振動及び音に関する解析
技術を向上●ロータの高強度化，効率的な冷却方式などの高速モータ技術を確立

2017●モータインバータシステムの EMI（Electro Magnetic Interference）

2018 ～
研究開発分野の今後

低炭素化社会の実現に向けて電を進める。

気エネルギーの効率的利用が求め

一方，IoT（Internet of Things）

られる中，当社が目指すパワーエ

によって社会や産業全体のデジタ

レクトロニクス応用製品の方向性

ル化が進展している中， 当社 ICT

は，「 大 容 量 化 」・「 小 形 化 」・「 高応 用 製 品 の 目 指 す べ き 方 向 性 は，効率化」・「高速化」の 4 つである。

データ活用によるシステムやサーこれらの包括的な指標として，装ビスの高度化・インテリジェント

置体積あたりの出力容量を示すパ化である。各種インフラ機器のセ

ワー密度がある。当社製品の一例

ンサデータを活用し，機器の稼働では，2020 年に 10 年前の 5 倍の率向上や運用・保守コスト低減な

高出力密度化を目標としているもどの付加価値をお客様に提供してのがある。これは同じ出力容量といく。そのため，インフラ機器のすれば、体積が 1/5 になることにセンサデータを現場側で知的に処なる。一概には信じられないもの

理 す る IoT コ ン ト ロ ー ラ や， デ ーであるが，この実現とさらなる向タ解析技術を駆使した故障予兆診

上を目指していく。

断技術，当社が保有するプラント

電力変換機器では，高密度実装

運用ノウハウを機械化し，プラン技術に関する研究開発を推進す

トの自動運転を実現するための機る。そのため，新しいスイッチン

械学習技術の応用など，知能情報

グデバイスとして注目されている処理技術に関するハードウェアとSiC を活用した主回路技術や高度

ソフトウェアの研究開発を進めてな解析技術を駆使した高密度設

いく。

計・実装技術，高速制御技術を適さらに，当社の全ての研究開発の用した高周波・高効率制御技術な開発スピードの向上と製品競争力強

どの要素技術を強化するととも化に向け，絶縁を中心とした材料技に， そ れ ら を 融 合 す る こ と で パ

術 や 解 析 技 術（CAE：Computer

ワー密度を最大化する。

Aided Engineering） などの共通

電 動 機 で は， 今 後 は「 高 速 化 」

基盤技術の高度化に取り組む。特を重点とした開発を進める。中でに CAE で は， 損 失・ 冷 却・ 強 度

も高速回転を実現するための機能などの製品設計や検証をコン

性材料や高速電動機に適した絶縁ピュータ内に再現した仮想の製品

材 料・ 磁 性 材 料 な ど の 材 料 技 術，を用いて擬似的に実施するための及び高速回転に起因する発熱に対技術確立に取り組む。さらには金する冷却性能向上のための解析技

属疲労や微小破壊などの材料挙動術や電力変換器と電動機の協調設を加味した解析技術を確立し，製計などに注力した基盤技術の開発

品寿命の解析の実現を目指す。

解析技術の確立

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11

研究開発

01-1 パワーエレクトロニクス
省エネ化・高応答化を実現する可変速装置・電力変換装置技術

パワーエレクトロニクス製品用 HILS
評価対象

インバータ
（実機）

考案した
制御技術

て，太陽光 PCS など電力変換製
る。HILS を活用することで早期

接続

モデル化
出典：㈱NEAT

試験装置

太陽光パネル
電力系統

試験環境ブロック図

HILS とは制御装置のテスト評

パワエレ機器は半導体スイッチ価に用いられる装置で，航空機・やフィルタ回路などの電気回路や自動車分野で広く用いられてき制御装置から構成され，半導体スた。当社では主に自動車関連製品

イッチを数十 kHz で駆動して任に適用してきたが，現在ではパ意の出力を得る。その制御装置を

ワーエレクトロニクス（以下，パ

評価するためには，半導体スイッワエレ）機器の評価でも活用してチの駆動に対して高速のモデル演いる。

算間隔が必要である。

過去 10 年

こ れ を 実 現 す る HILS を 用 い
品の制御装置評価を実施していインバータ＆試験装置
をシミュレーション

実装

インバータ
の制御装置

電力変換製品
評価システム(例)パワエレ製品用HILS

現在の問題発見・解決を実現し，製品の信頼性向上に貢献している。
今後は，パワエレ機器だけではなく，周辺のシステムとともに評価し，システムとしての信頼性向上に貢献していく。

パワエレ製品用 HILS

未来像

電力変換製品の FRT（Fault Ride

HILS を新製品開発で活用し，問電力変換装置だけではなく，お客Through）要件対応などの新機能

題の早期発見・解決によって製品開様のシステムを組み合わせた際の挙追加時の制御装置評価に活用した。

発のスピードアップを図っている。

動を HILS で評価し，システム全体

電力変換製品の多くは系統に接続制御装置の試験を早期に実施するして運用するため，系統に接続したことは，手戻り作業の短縮につなが

また，蓄積した HILS での解析結場合の現象を把握することが不可欠る。また試作機を用いて評価する場

果やモデルベースの開発によって試である。特に FRT 要件に対応する

合，問題発生時に装置のどこに問題

作レスでの開発を実現し，更なる製ためには，系統の様々な事故を再現があるかの要因分析に時間を要す

品開発のスピードアップを実現する。

した試験を実施することが必要になる。そこで試作機評価前に HILS でる。HILS を使用することで様々な制御装置を評価することで，試作機

系統条件を再現でき，新機能を追加

評価時の問題点を早期に抽出でき，するための評価試験を実施した。

製品開発のスピードアップにつなでの信頼性を向上する。

がっている。
プラント・システムへの展開

12

明電時報

通巻 356 号

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研究開発

01-1 パワーエレクトロニクス

一般化周 期 外乱オブザーバ技術
2

抑制開始

1

0
（%） 発散
－1

実部

（%）
－2
0 0.5 1 1.5 2
時間（s）

－2
－2 －1 0 1
実部（%）

2
1
0

－1

2

虚部

抑制開始
位相補正
振幅補正

実部

収束

1

0
（%）
－1

（%）
－2
0 0.5 1 1.5 2
時間（s）（a）学習機能なしが必要となるが，本方式は未知の

2
虚部

0

－1

虚部

周期外乱検出値1

虚部

周期外乱検出値

2

振幅
補正
収束

制御対象システムであっても同定

位相
補正

－2
－2 －1 0 1
実部（%）

しながら制御するモデル自動学習
2（b）学習機能あり

モデルの自動学習機能の効果機能を備えるため，高い適応性・安定性があり，現地調整工数の省力化，制御品質均一化にも貢献する。

当社が開発した一般化周期外乱成分を複素ベクトルによって一般

オブザーバ方式は，制御システム化し，抽出した周期外乱を打ち消の安定性や品質に悪影響を与える

すように自動的に抑制する。簡素

周期的外乱を抑制する普遍的な制なアルゴリズムであり，様々な用御技術である。例えば，モータド

途への水平展開も容易である。既

ライブシステムの振動・共振の抑存の制御方式との親和性が高く，制，電力系統連系機器の高調波の併用することで周期的な外乱を除抑制などで効果を発揮する。本方去できる。

式は，制御システムの特定周波数

実システム（n次周波数成分）
dn
＊
n

u＊
n

＋

d
（＝0） －Pn

yn

GF（s ）yn

GF（s ）
－ ＋＾
un

＾
dn

学習機能

＾
Pn－1

＾n）
（＝Q
逆モデル
（n次周波数成分）

また，一般的に制御にはモデル

基本構成

過去 10 年

現在

未来像

● P I D 制 御 （ P r o p o r t i o n a l －●適応・学習制御●複合領域協調設計

I n t e g r a l－D e r i v a t i v e～＋ ＋ un

電力系統インピーダンス・各種プ

IoT を 活 用 し た 統 計 的 制 御 モ デController）

ラント・モータ駆動システムなど制ル・無線通信を介した制御・余寿命

例えば水処理プラントの流体制御

御対象の特性が経時的に変動する場など診断技術・人工知能技術が進展など，古くから幅広く利用されてき合は，効率・応答性・精度などの制するとともに，CAE による詳細解たが，PID パラメータの決定は調整

御性能が低下する可能性があるた

析モデルの制御応用（縮退化技術）

員のスキルに依存していた。PID 自め，動作中に制御パラメータやモデと，モデルベース開発環境での複合

動調整ツールで，制御品質均一化とルを最適に自動調整する技術が望ま

領域協調設計技術が本格化する。制調整時間短縮に貢献した。

れる。前述した一般化周期外乱オブ

御特性がモノの仕様や設計にも事前●ロバスト制御

ザーバの用途展開や，時系列データに反映され，複数の技術分野が協調

より高度な制御性能が要求されるを用いた学習制御・適応自動調整技

して最適設計される。制御設計自体

ダイナモメータシステムを中心に，術などを検討しており，更なる高性が自動化する可能性も踏まえ，最適

非線形ロバスト共振抑制制御など高能化や省力化に向けた開発を進めて協調設計・自動設計に挑戦する。

応答・高精度で安定した装置の提供いる。

に貢献した。

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13

研究開発

01-1 パワーエレクトロニクス

インバ ータ用モータ制御
当社のモータ制御技術は，バイ制御にも着手した。2000 年頃か再生可能エネルギーの利用で，発ポーラトランジスタを適用した初ら PM モータのセンサレスベクト

電効率が優れた可変速発電システ

期のインバータ開発と同時に始まル制御，V/f 制御を順次開発し，ムが主流となってきており，さらり，継続的発展を遂げてきた。

一通りのラインアップの開発を完に励磁電流が発生せず高効率な了した。

PM 式発電機が適用されている。

まず V/f 制御を実用に耐えるようにするため，過電流抑制制御やそれらのセンサレスモータドラ

当社はいち早くそれらに対してデッドタイム補償といった安定化

イブ制御開発と並行して，空転しPM センサレスベクトル制御を適制御を開発し，汎用インバータをているモータを再起動するための用し，製品化を達成してきた。こはじめとするモータドライブ用イ

速度推定方式を開発し，製品適用

れらの製品では発電効率も重要視

ンバータ製品に適用してきた。

を果たしている。PMモータ制御

されることから，PM 式発電機のその後，IM（Induction Motor）の場合にはインバータ起動時の初永久磁石の温度変動を補償する制用速度センサ付きベクトル制御・期磁極位置推定技術が必要であ御も導入している。

同センサレス制御及びモータ定数る。この技術はセンサレス用途だ

動力計測インバータ用途などの自動調整機能を実用化し，1990

けでなくエレベータ用インバータ

高応答制御が求められる分野に対

年代半ばからは PM（Permanentにも適用され，速度検出器の位置

しては，電流予測を用いた高速制

Magnet type synchronous）

検出信号を不要なシステムとした。

御や電流センサ誤差補償技術とモータの速度センサ付きベクトル

近年では，風力や小水力などのいった基盤技術開発を行っている。

過去 10 年

現在

未来像

主にPMモータのセンサレスドラ

IM・PM モータ双方のセンサレス

高周波数用途 PM モータに対するイブ制御を開発してきた。2003 年

制御の更なる高性能化に取り組んで

瞬停再始動やベクトル式センサレスに同一次元磁束オブザーバ式ベクトいる。磁気軸受の本格的な実用化や制御が求められる。同時に，制御定ル制御及び空転再始動時速度・位相

大容量機械の電動化への要望の高ま数同定技術も高精度化を進め，高効推定制御を，2007 年に V/f 形 PMりを受け，出力の高周波化の開発を率モータへのセンサレス制御対応もモータ制御を研究開発し，2010 年

進めている

視野に入れて研究・開発を推進する。

に製品化した風力発電用コンバータには拡張誘起電圧オブザーバ式ベク

セル多重式直接高
一般産業

再エネ

トル制御を導入した。本方式は，その後小水力発電用コンバータにも適用されている。
また，磁束オブザーバ式ベクトル制御の PM モータ磁気飽和に対する制御限界把握の研究も行った。

高周波化

PM センサレス制御

IM制御
PM制御
初期
磁極
位置
推定

V/f

を導入する必要があ

センサ付き・センサレス
ベクトル

り，瞬停再始動方式などの 2 レベルイン

空転再始動
高精度化

モータ制御ロードマップ

14

明電時報

通巻 356 号

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圧インバータにも

バータ以外への拡張適用を進める。

研究開発

01-1 パワーエレクトロニクス

高効率変 換 技術
一つに，変換回路の高電圧化があいた入力変圧器が不要となる。加る。この分野における直近の研究

えて，相電圧５レベル，線間電圧

成果の一つに，当社独自の 5 レベ

９レベルの入出力電圧は，高調波ル回路方式を適用した高圧イン

歪みを大きく抑制し，高電圧モーバータ装置がある。

タの直接駆動を実現する。これら

本回路方式の特長は，フライン
グキャパシタ（5 レベル出力を実現するための直流電圧源）を，入力 3 相，出力 3 相の計 6 相で共通の特長によって，業界最高クラスの効率と小形化を実現した。
今後も電力変換器の高効率化に注目し，研究を進めていく。

利用する点である。各相に設けら高圧インバータ試作機

れるキャパシタを共通にすること
で，その個数・容量を低減するとともに，キャパシタを通過する電

当社は電力変換の高効率化を実流が複数相で相殺されることで，現するため，変換回路方式や制御

損失の低減効果が得られる。また方式など様々な技術の研究を続け

本回路構成によって，従来の高圧てきた。高効率化に有効な手段のインバータで大きな体積を占めて

過去 10 年

現在

vDC1

vC1

vDC2

vC2

負荷

ミニモデル回路構成図

未来像

太陽光発電用 PCS を開発し，主インバータ主回路の 3 レベル化

電力変換装置に求められる性能や回路・変調方式を変更して高電圧化

で， 高 効 率 化 を 実 現 し た。 ま た，

機能は，多様化する傾向にある。効（750V） し， 高 い 効 率（96.5 ％）400V 系無停電電源装置

THYRIC

率やサイズ・コストに対する要求のを 実 現 し た。 ま た，15kW の フ ル

7000 では，業界最高クラスの高効

みならず，用途や環境に応じ応答性

SiC インバータを試作し，小形・高率（97％以上）を達成

や信頼性などの複数の要求を実現す

効率化を実現した。

サイリックる必要がある。当社は，SiC などの次世代パワーデバイスの活用や，高周波スイッチング技術などの回路技術の向上，様々なシミュレーション
技術を複合的に利用した設計技術の確立などの研究を進め，用途・要望に合わせて最高の性能を提供できる
基盤（技術）・製品技術を生み出す。

SiC インバータ試作機

THYRIC 7000

明電時報

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No.3

15

研究開発

01-1 パワーエレクトロニクス

回転機 基盤技術
近年は，三次元のフルモデルで熱流体解析を実施できる解析環境を整え，冷却性能を改善する熱流体解析技術を構築している。
回転機は今後もますます高出力
密度化・高効率化・軽量化などの設計ツール

要望が高まっていくと考える。設

回転機は，当社創業時から開用モータ，ダイナモメータ，EV用

計解析技術を更に強化し，新しい発・生産している主要製品の一つ

モータなどの性能を向上してきた。

高性能材料を取り入れ，各種の要である。発電機や誘導電動機など

PM モータは，他のモータに比望を実現する基盤技術を引き続きの製造・販売に始まり，1968 頃

べ設計の自由度が高く，お客様のには永久磁石を採用した PM モー

要望に応えられるよう専用にカスタの生産を開始している。そのタマイズされた高性能なモータを後，ネオジム磁石に代表される高提供できる。これを実現する基盤

性能永久磁石の出現で回転機の大技術として，設計力を強化する電幅な小形・高効率化が進み，PMG

磁界解析技術の開発やモータ設計（永久磁石式発電機），エレベータツールの開発を進めてきた。また

過去 10 年

現在

強化していく。

熱流体解析

未来像

2010 年頃にはレアアース原材料

ブロアやコンプレッサなど，高速

省エネ・地球環境問題に対応するの価格が高騰し，ネオジム磁石使用

回転が必要とされる機器をダイレク

ため，内燃機関の電動化は今後ます

量を削減した省レアアースモータやト駆動する高速モータの開発に注力

ます加速していく。高性能磁石（高フェライト磁し，磁気軸受を採用することで従来

磁束密度・高保磁力）・低鉄損電磁石を採用したのベアリングでは実現できなかった

鋼板・高性能絶縁材料（高耐圧・高脱レアアース

高回転速度を達成している。

放熱性）などの新しい材料を適用す

モータの開発ることで，回転機の高出力密度化やを推進した。

高効率化が図られていく。新材料を適用して高性能を実現するための設計解析技術を強化し，回転機並びにロータ断面図

回転機が組み込まれるシステム製品の更なる高性能化に努め，地球環境に貢献する製品を創出していく。

ロータ構造

16

明電時報

通巻 356 号

2017

No.3

高速モータ

研究開発

01-2 ICT
プラント設備の制御技術とセンシングによる機器監視・故障予兆診断・保護技術

ICT 関連 の制御技術にかつ独立して実行でき，実行時演算処理技術
電源
モジュール

電源
モジュール

CPU
モジュール

システムバス
バス技術
通信
モジュール

通信
モジュール

CPU
モジュール

入出力
モジュール

通信処理技術

通信
モジュール

線挿抜できるシステムバスを開発
入出力
モジュール

した。
二重化処理技術によって，従来二重化専用モジュールで構築して〈待機系〉
二重化処理技術〈動作系〉を実現した。
システムバス技術によって，活システムバス
通信
モジュール

間のバラつきをなくし，安定動作いた機能を CPU モジュールに組
み込みユニットの小形化を実現

プロセスコントローラ構成図

した。
通信処理技術では，Ethernet
プラント設備向けプロセスコン

当社は，独自のラダー処理用プ

技術を利用した高速・大容量シス

トローラに要求される要素技術とロセッサと計装制御用汎用プロテムに対応する当社独自のフィーして，「演算処理技術」
・「システ

セッサを FPGA 1 チップに実装

ルドネットワーク（IO リンクⅢ）

ムバス技術」
・「二重化処理技術」
・し，専用演算プロセッサを開発しを開発した。

「通信処理技術」が挙げられる。

た。これにより，演算処理を高速

過去 10 年

現在

未来像

JIS 規格対応プロセスコントロー

クラウドシステムに適応したクラ社会インフラのプラント監視制御

ラ（U NISEQUE VC5000） を 製

ウド中継装置（CG1000）と計装システムは，情報通信技術の発展に品化した。また，当社フィールド

制御用ワンループコントローラ

伴い大きく姿を変えてきた。また昨

ネットワーク（IO リンクⅢ）を製（MEIFIT－LP FD200）を製品化し今 の 社 会 潮 流 で あ る IoT・ ク ラ ウ

品化した。

た。液晶ディスプレイを採用し，多ド・ビッグデータ解析などを活用

様な画面表示による視認性と操作性

し，維持管理・運転管理・設備管理を向上した。

の業務品質の改善と効率化が求めら

ユニセック

メイフィットれている。
上記の要求に対応していくため

UNISEQUE VC5000に，従来のプロセスコントローラを高知能化・堅ろう化し，付加価値の向上と安定動作を両立した監視制御
技術・製品技術を創出する。
IO リンクⅢ

   CG1000

MEIFIT－LP
FD200

明電時報

通巻 356 号

2017

No.3

17

研究開発

01-2 ICT

マイコ ン応用技術
ミューポートミューピボックμPORT/μPIBOC に代表される
コンピュータ／コントローラ装置のメイン CPU（中央演算ユニット）系列と，保護装置・制御機器・通信機器などに内蔵される機能特化型の組み込み CPU 系列に二分化されている。
前者は，ユーザソフトウェア
への親和性を重視して，X86 系
盤（外観）

盤（内観）

の最先端デバイスの適用を進めており，一方後者は特化機能と性能の実現とともに，省力化・省ス

世の中にマイコンの技術が登場

によって構成されていたダイナモ

ペース化を図るために，ARM コ

したのは 1970 年代初頭のことで装置やテレコン装置が，最初にマアを核として周辺機能まで組み込あるが，当社でもマイコン技術のイコン化された。以来，マイコン

んだ SoC の採用を進めている。

導入は古く，1975 年頃に遡る。

技術は日々進化を重ねてきた。

従来，ハードワイアードロジック

過去 10 年

当 社 の マ イ コ ン 応 用 技 術 は，

現在

未来像

フリースケール社製プロセッサ

ア ル テ ラ 社 製 SoC FPGA を

半導体プロセスの微細加工によっ

POWER QUICC Ⅱ pro をプラット

Cyclone V に搭載したテレコンのて，高性能でシステムレベルの性能

フォームとしたテレコンの伝送機能

CPU ボードは，FPGA とマイコン

を 1 チップで実現する SoC は，今を IP 化するためのメディア／プロをワンチップ化したことで，省ス

後更なる小形化・コスト競争力強

トコル変換装置を開発した。

ペース・低消費電力化を実現した。

化・消費電力低減の観点から重要なパーツとなる。当社は，これまで開発してきたプラットフォームを継承
するとともに，次世代のマイコンとして FPGA とマルチコアプロセッ
サコアを集積した MPSoC（Multi
Processor System－on－Chip）などを搭載した製品を市場に先駆けて創出する。

IP 変換器用プロセッサ

18

明電時報

通巻 356 号

2017

No.3

テレコン用プロセッサ

研究開発

01-2 ICT

保全デー タ 解析による設備診断技術
クラウド
サービス

当社

お客様

・遠隔監視
・予兆診断
・予寿命診断

モバイル

データ
センタ

TELEMOT

当社製PLC

相関関係などで，予兆診断精度を基準保全）によるメンテナンスが向上するとともに対象設備の拡大できるようになりつつある。当社を目指す。

フィールド検証を 2015 年度に開

端末
音響センサ

うになり，今日では CBM（状態

備管理効率の向上を目的とした
保全端末

センサ
計測機器
IPMATⅢ

音響データの分析や複数データのは，お客様設備の稼働率向上と設

インターネット

現場
通信端末

容易に保全データを収集できるよ

振動センサ

計測データ

始した。実際に稼働中の水力発電

発電量

振動

故障停止

所設備を対象にセンシングシステ
ムを構築し，保全データの継続的

現場機器
VCB

変圧器

発電機

ワンストップサービス

な収集・蓄積と分析に取り組んでデータ解析による異常の見える化いる。本検証では，機械学習手法
を応用して発電機軸受付近の振動

従来のメンテナンスはTBM（時データを事後解析し，実際に故障

間 基 準 保 全 ） が 主 流 だ っ た が，が発生する約 12 日前に機械的故

IoT の発達によって，インフラ設

障の予兆を検出した。

備に設置したセンサから常時かつ

過去 10 年

100
80
60
40
20
0

異常度

故障停止

閾値

故障停止12日前に異常予兆検出

今後は振動データのみならず，

現在

異常度の高い状態が続く

データ解析結果

未来像

オンライン収集した振動データか

現場機器の多様なデータをセンサ

Emission）信号を，部分放電信号とら，正常値と異なる振動を自動識別

ネットワークで収集し，サイバー空インバータノイズ信号に分別できる

できる 1 クラス・サポートベクター間で創出した情報価値を機器に

軌道平行測度法を開発し，電気設備

マシンを応用し，電気設備の機械系

フィードバックすることで，機器のの部分放電を検出した。

異常予兆を早期に検出した。

自動診断を実現する。

Y
Z

部分放電検出結果

Z

Original Signal of Vibration
Cyber Space

0.02
0.00

Accumulation & Analysis

－0.02
－0.04
0e＋00

4e＋04

Normal Condition
0.4
0.0
－0.4

5

10

15

Order

20

Time

CepstrumY

0.04

Cepstrum

AE signal of inverter noise

Cepstrum

AE signal of partial discharge

Amplitude

オンサイト計測したAE（Acoustic

Extract Values

8e＋04

Anomalous Condition

Time

0.4

Sensor networks

0.0
－0.4

5

10

15

20

5

10

15

20

Order

Data
collection

0.4

Physical Space

0.0
－0.4

Feedback&
Automatic
operations

異常予兆検出結果

Order

Equipment

自動診断

明電時報

通巻 356 号

2017

No.3

19

研究開発

01-2 ICT

保護リ レー
事故を検出する二重化システムとするなど，信頼性を確保している。
ソ フ ト ウ ェ ア 面 で は RTOS
（Real－Time Operating System）
を採用し，迅速な動作を実現するとともに，標準モジュール化や電気設計図面からソフトウェアの自保護リレー

動生成，故障状態から故障部位を推定し，異常の早期復旧に役立てるなど信頼性の向上を図ってい保護リレーは発電所や変電所，ため，保護リレーには確実に事故る。近年では，IP ネットワーク

送配電線路，需要家設備などで発を検出する信頼性と，迅速に故障技術をはじめとした汎用技術への生した短絡故障や地絡故障などの区間を切り離すリアルタイム性が対応が求められ，既存の信頼性・

故障区間を電力系統から速やかに求められる。

リアルタイム性とそれら汎用技術

切り離し，系統への影響を最小限

ハードウェア面では主保護リに抑える責務を負っている。そのレー・後備保護リレーそれぞれが

過去 10 年

現在

未来像

電力系統の各所に配置された装置

RTOS・汎用 OS の併用と，更なタフェースを採用するなど，汎用技間で計測された電流・電圧などの瞬る汎用技術の採用による高機能化を術を適用した機種を開発した。

時値データを，IP ネットワークで実現する。装置のネットワーク化が通信する新たな保護リレーへの取り

進み，遠方から装置の監視・制御を組みを実施している。

実現するために必要なセキュリティ

画面例

通巻 356 号

2017

No.3

対策に取り組む。

などのノイズ発生源の近傍に保護リ

CPU の高性能化・高速化に伴い

レーが設置されることが増えたた

高度な処理が実現し人工知能（AI）

め，耐ノイズ性能を強化する開発を技術によるデータ解析機能の高度行い，信頼性を向上している。

化・予兆診断・電力自由化によって近年，初期に納入した機器の更新

複雑化する電力系統の保護や各種パ時期がきており，高機能化しつつ既ラメータの自動調整などの機能を実存機種の置き換えを容易に行える機装する。

種の開発に取り組んでいる。

明電時報

なっている。

ブラウザを用いたヒューマンイン

また装置の小形化に伴い，遮断器20への柔軟な対応の両立が課題と研究開発

01-3 共通基盤技術
製品の開発期間短縮化と信頼性を高める材料・分析・解析技術

絶縁技術

ワニス

滴下含浸

減，低 VOC（揮発性有機化合物）

技術にとどまらず，各モールド部化を目的とし，これまで各種の回品の検証にも関わることで実機特転機器用コイル含浸ワニスの開発

性を研究にフィードバックし，信と含浸システムを構築してきた。

頼性を高めている。

また小形モータは，急速に市場を変圧器の絶縁技術では，海外材拡大しつつある EV 用モータの絶料や環境対応材料など，改めて長縁に関する寿命・信頼性に特に重期信頼性を確認すべきものを支援

点を置き，知見・ノウハウを蓄積

している。

している。
絶縁は，重電機器における黒子の存在で普段は意識されないが，機器の寿命・信頼性に大きく寄与する技術である。
⑴ 回転機器絶縁の技術紹介⑵ 静止機器絶縁の技術紹介
静止機器の絶縁技術は，開閉装置と変圧器に区分される。
開閉装置は，縮小化と信頼性の向上のため，高強度・高耐熱・低大形回転機器は，縮小化（耐熱

線膨張率・低誘電率のモールド原性向上），絶縁信頼性向上と廃棄料を，エポキシ樹脂をベースに開樹脂量の低減による環境負荷低発している。「研究」という要素

がいし

過去 10 年

現在

未来像

●回転機絶縁●回転機絶縁●回転機絶縁

電気絶縁性に優れるエポキシ樹脂

急増する車両用モータ生産に対応

回転機器は一層の小形化・軽量化と凝固するまでの時間が長い不飽和し，滴下含浸設備を一新した。新設が求められ，含浸ワニスには高い放ポリエステル樹脂の長所を生かした

備では機種ごとに最適な含浸量を制

熱性・熱伝導性が不可欠となっていミューレジン＃ 9000 を開発した。

御しながら混流生産ができ，廃棄ワる。さらに作業性・環境性を考慮し車両用モータの製造では，量産・高ニス量削減に貢献している。より高て新しい原材料を選定する。

信頼性の滴下含浸システムを構築

い信頼性と製造のしやすさのための●静止機器絶縁した。

最適化を図っている。

●機器絶縁●静止機器絶縁1970 年代から安定性・耐熱性・
寸法安定性などの点でエポキシ樹脂

1970 年代から培ってきたモール

モールド樹脂の原料となるエポキが使われてきたが，材料革新が進

ド技術を生かし，高信頼性・高強度

シメーカの再編が進みつつあるが，み，リサイクル性を視野に入れた高で安価な耐熱性樹脂を新たに開発し原料変更があってもモールド特性に性能の熱可塑性樹脂の採用も視野にた。また従来の樹脂原料と全く異な影響のない配合・製法を確立した。

入れて評価・開発する。

る，石油に依存せず植物油を由来としたエコ樹脂を開発した。

明電時報

通巻 356 号

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No.3

21

研究開発

01-3 共通基盤技術

セラミ ックス技術
子の微細組織制御に関する研究を重ねている。
また，ディーゼル発電機用排ガ
ス脱硝触媒の開発で培った押出成形技術をベースに，2011 年より
中国科学院・ 国研 産業技術総合研究所（産総研）との国際共同研究体制で低温脱硝触媒ハニカムを開発した。近年，深刻な社会問題と
低温脱硝触媒ハニカム

決に向けて，その実用化検討を継

当社では，極めて過酷な環境に形ギャップレス避雷器の実用化に続している。最近では，セラミッ

対し高い信頼性が求められる製品

成功し，その 40 年以上の実績とク成膜技術を応用したセラミックで，高強度・高耐熱性といった

信 頼 性 が 評 価 さ れ，2014 年 に平膜水処理システムが海外で水再セラミックスの特性を利用した

IEEE マイルストーンの認定を受

生処理の認証を受けるなど大きな製品技術を開発してきた。特にけた。現在も避雷器の更なる小成果を上げている。

1975 年に世界に先駆け酸化亜鉛

形・高性能化に向け，酸化亜鉛素

過去 10 年

現在

●酸化亜鉛素子●低温脱硝触媒の開発

未来像
当社の取り扱い製品の技術領域で2009 年 ｢ で ん き の 礎 ｣，2014

中国科学院過程工程研究所，産総は，高電圧・気候条件など過酷な環

年 ｢IEEE マイルストーン｣ の認定

研と共同で ｢低温脱硝触媒｣ を開発

境にさらされることが多い。また，を受けた。その後も酸化亜鉛素子のした。当社の有する粉体調整技術，

使用期間が長期間にわたるケースが微細構造制御による小形化の研究開セラミックスの成形・焼成技術，及多く，長期信頼性の確保が不可欠で発を進めてきた。

び目的の触媒機能を付与するコーある。セラミックス材料は，これら●環境浄化触媒

ティング技術を組み合わせ，触媒ハの要請に応えうる技術の一つであ

ニカムの製作工程を確立した。

り，今後も多様化する製品仕様への温室効果ガスの一つであるメタン
をプラスティック原料として有用な

この実用化を目的とし，中国現地対応が求められる。

ベ ン ゼ ン に 変 換 す る 触 媒（MTBの工場設備で実証試験を実施中であ

これまでに当社で培ったセラミッ〈Methane To Benzene 〉触媒）る。深刻な中国の大気汚染問題の解

クスに関する技術要素を組み合わの開発を推進した。中国大気汚染問

決に向け，技術的貢献を目指す。

せ，再生可能エネルギーや次世代イ

題の解決を目的とした国際共同研究

ンフラなど時代要請の変化に対応｢中国低温脱硝触媒の開発｣ に着手

する。

した。

22

なっている中国大気汚染問題の解

明電時報

通巻 356 号

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No.3

研究開発

01-3 共通基盤技術

分析技術

走査型電子顕微鏡

発生する潜在的な欠陥を調査する化に合わせてサブミクロンオーダ「良品解析」を推進している。部の試料加工精度と欠陥箇所のマク

材の内部構造の非破壊欠陥調査のロ観察を実現した。

た め， 三 次 元 CT（Computed

今後も進化する電気部品や電子

Tomography）装置を導入し，例

部品に合わせ，分析技術の開発をえば，電子部品のチップ構造や半積極的に推進する。

田各層のボイド評価，ボンディン

解析センターでは，「製品品質向グワイヤや混入物のマクロ観察な

上」・「新製品創出」
・「環境への配どの分析技術を強化している。

慮」の 3 つの重点実施事項を掲げ

熱や腐食性ガスなど設置環境をて，製品の品質向上に取り組んで想定した長期信頼性試験についている。

は，各種加速試験と故障データを長年培った分析技術を基に，不統計解析し，寿命算定などのノウ具合が生じた製品の故障原因究明

ハウとして積極的に蓄積している。

と再発防止に向けて活動してい

近年，FIB（集束イオンビーム

る。中でも，製品開発の段階から加工）を搭載した電子顕微鏡を導電子部品や電気部品の製造工程で入し，電子部品の小形化・高集積部品の三次元内部透過像

FIB 加工によるチップ断層像

過去 10 年

現在

未来像

●絶縁診断技術●微小構造，物質解析技術●次世代デバイス評価技術

樹脂表面の化学変化を指標とした樹脂やセラミックなどミリレベル

マイクロレベルからナノレベル領

絶縁フレームの劣化診断技術を中部からマイクロレベル領域の構造解析域に存在する微量物質のキャラクタ

電力㈱と共同研究で確立した。

技術を確立し，プリント実装基板やリゼーション力を構築し，次世代デ●コーティング剤の信頼性技術

接点などの微小異物の構造解析の獲

バイスの欠陥解析技術を確立する。

スルーホール連結基板をモデルと得と不具合究明や適用部材の使用環●不具合現象の解析技術

し，プリント板保護コーティング剤

境での故障寿命を想定した新しい加不具合原因に起因する材料の表面の腐食ガスの透過性に関する評価手

速劣化試験法の開発（腐食・光劣や界面などについて，放射光による法を確立した。

化・熱劣化）を推進している。

分子／原子レベルの状態解析まで深●ウィスカ防止技術●環境規制物質分析技術

堀りし，材料劣化や寿命プロセスな

亜鉛めっき部材の経年でのウィス

RoHS 指令で追加対象となる環境

カ発生を抑制するための技術及び評

規制物質（フタル酸エステルなど）

価手法を確立した。

の迅速かつ高精度分析技術の開発をどの反応現象を把握して製品不具合を撲滅する。

推進している。

明電時報

通巻 356 号

2017

No.3

23

研究開発

01-3 共通基盤技術

解析シ ミュレーション技術から取得し，非線形性や環境因子

二次元・三次元併用解析

三次元渦電流解析

磁石部＋
二次元非線形静磁界解析

三次元渦電流解析を考慮した材料モデルの構築や，金属疲労などの強度基準の作成を進めている。
今後は，分子動力学などで劣化

損失ほぼ一致磁石の渦電流分布
計算時間膨大理想正弦波電流駆動のIPMモータに適用し，妥当性及び有用性を確認

二次元・三次元併用解析による PM モータのインバータ駆動時の磁石内渦電流損失計算法

や破壊の解析技術を確立し，設備
情報とリンクさせて損傷の予知や機器の保護を行い，自己修復などの仕組みを開発し，製品の信頼性の向上や新しい価値を創造して

数値解析分野は当社が注力して実に展開するため，社内規格で汎いる技術分野の一つである。例え

用解析ソフトウェアの ANSYS とば，電磁界解析分野では，モータ

JMAG を基本ツールと位置付けの永久磁石の発熱量を高速に計算て，技術とツールの共通化を進め自動組立するため，二次元と三次元解析を併ている。さらに，解析の精度に重

ネジ部
剛性修正

用した専用ソフトを開発している。

要な影響を及ぼす材料物性は，実また，製品設計に解析技術を確

機又は採取した試験片の材料試験

過去 10 年

現在

いく。
溶接構造部

解析モデル

部品

固定部

フル三次元モデルによる詳細耐震解析

未来像

複合領域解析技術を開発し，機械

モデルベース開発の一環として，

VR（仮想現実）技術が進展して，的応力と電磁界及び熱流体の相互の電動機の内部を詳細にモデル化した

仮想試作が普及する。一方で，三次影響を考慮した高精度な損失及び温有限要素法解析と実験モード解析を

元プリンタの進化によって実機の試

度上算定を実現した。

組み合わせることで，機器の振動特作も容易となる。

ステータコア性を正確に再現し，この振動特性か

さらに材料や加工分野では，原ら騒音（音圧）を再現して低騒音化

子・分子レベルの研究が進んでいを進めている。

る。また，製品の運転状態では製品単体にとどまらず，システムや地域

IPMモータ全体などの広い範囲での最適化が進鉄損分布んでいる。これらの組み合わせによって，性能や環境問題などの複数

永久磁石の課題を解決した革新的な製品やサービスを提供する。

渦電流損失分布

渦電流損失解析

24

明電時報

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No.3

音圧分布解析結果

研究開発

01-3 共通基盤技術

熱流体解 析 特化型 HP C システム
ANSYS Fluent に特化して構成

License Manager
・FlexNetPublisher

Application
Hosts

License・Ansys・Fluent
・CFX

ライセンス確認 Orchestrator
ジョブ
実行

Univa GEngine rid

EnginFrame

ジョブ投入画面

インタラクティブジョブ
画面の表示

設計技術者
解析管理者

解析技術者

ポータルシステムイメージ

析 モ デ ル が 大 規 模 と な る た め，

利用が一般的である。特に海外

既 存 の 192 コ ア HPC シ ス テ ムマーケット向けの大形発電機の開（2013 年度導入）による解析は必要で解析が不可欠である。

性能的に困難であった。

感無く利用できるシステムとした。
これにより，既存システムでは大規模な解析に 10 日以上を要し

フレーム
コイル

そ こ で 2016 年 度 に 新 た な

しかし，発電機内部は，形状や768 コアの HPC システムを導入

材質の異なる様々なパーツが組した。このシステムは並列処理み込まれており構造が複雑で，解方法などを熱流体解析ソフト

過去 10 年を採用することで，解析者が違和ていた解析時間を1日に短縮した。

現在，製品開発では解析技術の発には，コストダウン・小形化がションで解析する場合と同じ操作性で解析できるポータルシステム

DCV

ジョブ確認画面し，さらに通常のワークステー

現在

磁石
Y
X

Z

発電機内部の温度分布

未来像

計算の高速化技術は，CPU 単体

高速化・大規模化への対応のたの高速化の飽和によって，複数のコ

め，熱流体解析に特化した 768 コ

アや CPU に計算を分散・並列化す

アの HPC システムを導入している。

大規模かつ高速計算を推進し，分子レベルの解析を実用化する。
一方，一つの計算には時間がかかる HPC 技術に変化した。そこで，

るが，得られた結果を関数化するこ構造及び電磁界解析ソフトではマルとで，迅速に全体特性の把握を複数

チコア対応ソルバーの導入を推進の関数を組み合わせて行う 1D 解析

した。

も進める。

一方，ハードでは複数の計算機をまた，実験によって取得した膨大集合させた計算サーバや高機能ワーなデータから，特徴の抽出（定式化）

クステーションの導入と，多数の計を行う技術や実験と数値計算との算機を用いながら計算をリモートで組み合わせについて適用研究を進容易に実行できる解析ポータルシス

める。

テムを開発した。
新 HPC システム

明電時報

通巻 356 号

2017

No.3

25

研究開発

01-3 共通基盤技術

SI/PI 解析技術
（1）
トポロジー解析ドライバ

配線長＝1mm

施し，伝送線路の特性インピーダ（1）IRドロップ解析

Rbrg

J1

0V

ンスや配線長及び対策部品を決

U1

レシーバ①
配線長＝5mm

配線長＝100mm

VDDQ定），⑵反射解析（インピーダン

レシーバ②

0－Vdd×5%
以下

DQ0
DQ1
DQ2
DQ3
DQ4
DQ5
DQ6
DQ7

負荷IC 電圧（V） 電圧降下量（V） 電圧降下割合（%） 合否判定
U1
1.334
0.013
0.9
OK
J1
1.331
0.016
1.1
OK

伝搬速度が遅い
伝搬速度が速い（2）インプットインピーダンス解析（3）
トランスファーインピーダンス解析
1

0.4
0.2
0
－0.2

Ztを超え
る周波数
帯域

0.001

－0.4
－0.6
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4Time（ns）

0.0001
0.1

ら受けるノイズ及び与えるノイズ

ターゲット ･
インピーダンスZt

0.01を確認）などを行っている。
PI 解析では，⑴ IR ドロップ解U1

コンデンサの自己共振による低インピーダンス
1

10

Freq.（MHz）

SI解析

100

析（基板のパターン抵抗による電源電圧低下を確認），⑵インプッPI解析

SI 解析，PI 解析

トインピーダンス解析（LSI の電LSI（大規模集積回路）の高速・法では，SI/PI に関する課題を解

源ピンへの電流の流入確認），⑶

高周波化及び低電圧化によって，決できない。そこで当社は 2013

トランスファーインピーダンス解

電子機器の雑音（ノイズ）が深刻

年に SI/PI 解析を導入した。

析（LSI 動作時の電源－GND のイな問題となってきた。
従来の勘や経験に頼った設計手

過去 10 年

SI 解析では，主に⑴トポロジ
解析（信号のタイミング検証を実現在行っている。

未来像

EMI（電磁妨害）は SI/PI と密接

SI/PI/EMI 問題に対して三次元電や経験を基に行っており，大きな問な関係にあり，低ノイズ製品を創出

磁界解析が有効であることから，現

題は起こっていなかった。近年，電するために必要な技術である。SI/

在の部分的な回路を短時間で精度よ子回路の集積化技術の進歩で電子部

PI に加え，EMI を含めた電磁界連く解析する技術を向上させる。将来

品が高速・低電圧化し，ノイズによ成解析技術に取り組んでいる。さらは，三次元電磁界解析技術が改善さる機器の誤動作が懸念されてきた。

に，ノイズ問題を未然に防止するた

れ実用レベルになった場合，フルモ

そこで 2013 年から SI/PI 解析を導め，蓄積したノウハウを基に有効なデル解析に発展させる。

入した。複数の評価ボードを解析し設計ルールを充実させている。

てきた。SI/PI 解析を適用すること
で，設計段階でノイズの見える化ができ，開発のフロントローディングに貢献した。

3次元電磁界解析環境【連成解析（3D電磁界と回路）】・回路からノイズ源は指定可能
・ノイズ経路の特定・形状／材料の配慮

在の EMI 解析だけではなく，静電気

2.5次元プリント板解析環境

電磁界シミュレーション
統合環境
回路解析環境【高速解析（2.5D電磁界と回路）】
・プリント板全体の高速解析
・回路の高速伝送線路解析とシームレスな連携
・デザイン・ルールの反映
・高効率なSI/PI/EMC対策
設計最適化

SI/PI/EMC 電磁界連成解析

通巻 356 号

2017

No.3

また EMC（電磁両立性）を満足した製品を早期に開発するため，現【電磁界解析（2.5D/3D電磁界）】・詳細モデルの電磁界解析
・伝導ノイズ／放射ノイズの定量化と再現にフィードバックして精度を向上し

明電時報

ンピーダンス変化を確認）などを

10 年前のプリント板設計は，勘ながら製作し，実測した結果を解析

26

播遅延等を確認），⑶クロストー
ク解析（隣接や交差する信号間か

異種コンデンサ同士の反共振による高インピーダンス

0.1

0.6

Z11（Ω）

Voltage（V）

0.8

－0.8
0

ス不整合で発生する反射による伝電源ネット名：VDDQ（＋1.35V）（2）反射解析（3）
クロストーク解析

放電などの EMS（電磁感受性）解析技術に取り組む。そうすることで
SI/PI/EMC に関する全てのノイズ現象に対応する。

研究開発

01-3 共通基盤技術

パワーエ レ クトロニクス機器の EMI 解析技術
なくなるため，手戻りのない開発

モータインバータシステム
ダイオード
整流器

ケーブル
三相
交流

LISN
疑似電源
回路網

IGBT
インバータ

コストを最小とする製品を開発で

ケーブル

コモン
モード
フィルタ

IM

きる。当社では，モータインバー
タシステムなどのパワーエレクト

ヒートシンクアース

ノイズ解析システム構成図

ロニクス機器で，システム全体の電気回路及び回路各部の電磁結合
を集中定数回路や分布定数回路で近年，パワーエレクトロニクス
機器における半導体デバイスの高の増大や期間の長期化が課題とモデリングし，伝導ノイズの発生なっている。

量と経路をシミュレーションで求速化に伴い，高周波ノイズの問題

この課題を解決するために試作が顕在化している。EMC 対策の

前から EMI 解析を実施し，その重要性の高まりから，IEC や JIS

結果からノイズ発生量・経路を予160

な ど で EMC の 標 準 規 格 化 が 進

測して EMC 規格に準拠するノイ

120

み，特に欧州では厳しく規制されズ対策を施した設計を行う。
このように設計段階でノイズ対適合させるため，設計と試作の繰策を確立することで，EMC 対策

り返しが必要となり，開発コストのための設計と試作の繰り返しが

過去 10 年

現在

モータコモンモード電流
コモンモードフィルタあり
コモンモードフィルタなし

140

電流

ている。このような厳しい規格にめる研究に取り組んでいる。

10080（dBμA）

60
40
20
0
0.01

0.1

1

周波数（MHz）

100

10

モータインバータシステムのEMI解析例

未来像

パワーエレクトロニクス機器は，

モータインバータシステムで，半SiC を代表とする次世代デバイス

現在も大半の機器がそうであるよう

導体スイッチング素子・EMI フィル

による機器が一般化すると，EMCに，伝導ノイズや放射ノイズという

タ・ケーブル・モータなどの電気回問題がより顕著になり複雑化する。

観点ではなく，電圧・電流波形のひ路と回路各部の浮遊容量及び浮遊イ

また IoT が重要設備に普及すると，ずみという観点で規制されていた。

ンダクタンスをモデリングし，回路

通信データへの信頼性要求が高まる

ノイズ問題の解決は，経験則から現

解析ツールや電磁界解析ツールによため，データへの影響を避けるため場で対応する考え方のため，機器評

る EMI 解析で，伝導ノイズの発生に製品一般に対する EMC 規制が厳

価時の計測によって初めてノイズが量と伝搬経路を予測している。

しくなる。厳しい EMC 規制に適合顕在化し，規格非適合となることが現在はこれらのモデリング技術及するために，電気回路解析・電磁界

あ っ た。 設 計 変 更 を 最 小 限 と し，び高周波帯域の解析技術が向上し，解析・熱回路解析を連成し，温度

フィルタコアなどで対症療法的に対設計段階で最適な EMI 対策ができ依存性を考慮した電磁ノイズ及び処するため，手戻りが多く発生し，るよう研究を進めている。

ESD（静電気放電）の解析を設計

開発効率には改善の余地があった。

段階における事前検討に活用する。

明電時報

通巻 356 号

2017

No.3

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研究開発

01-3 共通基盤技術

大電力 技術し，トレーサビリィティの確保，測定系の不確かさ評価に注力した。さらに大電流を計測するシャ
ントは，巡回シャントプロジェク
トに参画し，他試験所との比較試験を行っている。
今後は，大電流アークの基礎研究と連携して製品競争力を高めていく。

遮断試験の様子

遮断器・変圧器・避雷器などのでは，これらの試験結果の信頼性

変電配電機器は，短絡事故時の大を客観的に説明することが求めら

電流に耐えられるか，遮断器であれており，試験所の中立性・試験

れば大電流を実際に遮断できるか能力が一定の水準以上にあることなどの検証試験を行うことが規定を 示 す た め，「ISO/IEC17025」

されており，当社では短絡試験用に基づく試験所認定を取得した。

発電機などを備えた大電力試験所

認定取得にあたり，特に大電流・で検証試験を実施している。近年

高電圧を測定する最新機器を導入

過去 10 年

現在

内部閃絡試験の様子

未来像「ISO/IEC17025」に基づき日本

1962 年以来使用してきた短絡試

アーク延長設備の改良や回復電圧適合性認定協会（JAB）から試験

験用発電機をはじめとして，コンデ

試験波形の改善など試験技術の高度所認定を取得した。

ンサバンク自動開閉試験設備の立ち化に加え，真空アークの基礎研究な上げ，内部閃絡試験用台車の導入などと測定手法に関して連携を深め，ど設備の大規模更新・改修に着手

変電配電機器の製品競争力を向上し，検証試験を確実に実施でき体制する。

を整備している。

認定証

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明電時報

通巻 356 号

2017

No.3

既設短絡発電機真空アーク