産業技術総合研究所(産総研)は、明電舎と共同で、SiC CMOS駆動回路を内蔵したSiCパワーモジュール(SiC CMOSパワーモジュール)によるモーター駆動を世界で初めて実現したと3月12日に発表。高速スイッチング動作時のノイズ低減により、低損失化を達成したとしている。

  • SiC CMOS駆動回路を内蔵したパワーモジュールによるモーターシステムの概要(原論文の図を元にしたイメージ)

SiC(シリコンカーバイド)パワーデバイスは省エネルギー性能が高く、電気自動車やハイブリッド車のモータードライブ制御といった、高効率化が重要な分野において応用が進められている。

このようなパワーデバイスは、スイッチのオン/オフを繰り返すことで電力の変換を行うときにエネルギー損失(スイッチングロス)が発生するが、これは高速スイッチング動作(パワーデバイスのスイッチング速度を上げること)によって低減できる。

研究チームは、現行のSiCパワーデバイスはきわめて低速なスイッチング動作のみで用いられ、本来の省エネルギー性能を十分に引き出さずに使われていると指摘。その大きな要因は、高速スイッチング動作由来のノイズにより、現行の駆動方法ではSiCパワーデバイスが誤動作するリスクがあるためだという。こうしたノイズを低減可能な駆動方法を開発し、モーターシステムなどに適用することが求められている。

  • 今回の研究技術による誤動作の抑制結果

産総研はこれまで、SiC CMOS駆動回路を用いたSiCパワーデバイスの高速スイッチング動作技術の開発に取り組んできた。また、明電舎はインバーター・モーターの実用化を進め、量産電気自動車への供給も行っている。今回、両者は共同で、デバイスの基礎技術からモーターシステム応用までを含めて統合的な共同研究を実施。SiC CMOSパワーモジュールを用いたモーター駆動に世界で初めて成功した。

開発した独自の駆動方法によってノイズを低減することにより、モーターシステムの信頼性を向上させられ、現行のSiCパワーモジュールをSiC CMOSパワーモジュールに置き換えるだけで、スイッチング動作時のエネルギー損失(スイッチングロス)を約10分の1に低減することもできるという。

今後は、モーターシステムの省エネルギー性能の実証や、スイッチング動作のさらなる高速化に取り組み、モーターシステム以外の別のシステムにも、SiC CMOSパワーモジュールを適用することで、SiCパワーデバイスのさらなる普及に寄与するという。研究成果の詳細は両者のニュースリリースを参照のこと。また、都内で開催される「令和7年電気学会全国大会」の中で、3月20日に発表予定だという。