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進化するパワーエレクトロニクス、暮らしと社会のイノベーションを誘発

2016年11月28日~29日にパワーエレクトロニクスの最新技術や今後の動向などについて、業界のキーパーソンが議論する「パワーエレクトロニクス・サミット 2016」(主催:日経エレクトロニクス、日経テクノロジーオンライン)が秋葉原コンベンションホール(東京都千代田区)で開催された。そこでは、「市場急拡大、社会システムの主役へ」をテーマに、パワー半導体から応用まで網羅する多彩なセッションが繰り広げられた。その概要を紹介する。

 2日間にわたって開催されたパワーエレクトロニクス・サミット2016では、先端技術開発に携わる研究者、企業のトップ、アナリストなど多彩な講師が登壇した。

 初日の基調講演で登壇したのは、パワーエレクトロニクス関連の事業を幅広く展開している東芝三菱電機産業システムの取締役副社長を務める菊池秀彦氏である。同氏は、「Power Electronics on Everything(PEoE)」と呼ぶコンセプトを基に、パワーエレクトロニクスの進化がもたらす新しい社会像について解説した(詳細は後のページに掲載)。

 半導体業界の動向に詳しいアナリストとして知られるIHSテクノロジーの南川明氏は、初日のセッションでパワーエレクトロニクスのキーデバイスであるパワー半導体の市場を展望した。同氏によると、パワー半導体の需要は、これから急増する。「スマートホームの普及や再生可能エネルギーの活用、産業用モーターの効率向上、排ガス抑制などに向けた様々な規制が世界中で始まっています。こうした規制に対応するために、高効率なパワー半導体が必要になるはずです」(南川氏)。特に、高耐圧、高移動度、低容量、高周波、高温でも動作可能など優れた特長を備えたSiC(シリコンカーバイド)やGaN(ガリウムナイトライド)などの新材料を使ったパワー半導体の需要が増えるという。

新材料の能力を最大限に利用

 2日目に登壇した東芝 研究開発センターの四戸孝氏と、1日目に登壇したオン・セミコンダクター パワーソリューショングループ ジャパンサイトマネージャの夏目正氏は、新材料を使ったパワー半導体の最新技術動向について語った。

 東芝の四戸氏は、講演の中で新材料を用いたパワー半導体の潜在能力を引き出すことの重要性を強調した。同氏は、従来のSi(シリコン)ベースのパワー半導体を、新材料を使ったデバイスに置き換えても、すべての応用で低消費電力化や小型・軽量化が実現するとは限らないと指摘する。「それぞれの特性を織り込んだ実装技術や制御技術が必要です」(四戸氏)。

 オン・セミコンダクターの夏目氏は、新材料を用いたパワー半導体を活用するためには、新たなノウハウが必要になると指摘した(詳細は後のページに掲載)。

 また2日目に登壇したキーサイト・テクノロジー EDAソリューション統括部 アプリケーション・エンジニアの佐々木広明氏は、機器を設計する際に重要なシミュレーションの精度を高めるためのポイントについて言及した(詳細は後のページに掲載)。革新的な応用が続々

 今回のサミットの中で新材料を使ったパワー半導体の応用について語ったのが、2日目に登壇した東海旅客鉄道新幹線鉄道事業本部 車両部長 上野雅之氏と、本田技術研究所 四輪R&Dセンターの木村顕一郎氏および天野敦史氏である。

 上野氏は、SiCデバイスを採用する次期新幹線車両「N700S」について解説した。「SiCデバイスの採用によって、駆動システムが劇的に小型になります。これによって保守管理が容易になります。海外に展開する『標準車両』を設計するうえでも有利です」(上野氏)。

 木村氏と天野氏は、2016年3月に発売されたホンダの新型燃料電池自動車「CLARITY FUEL CELL」の技術について語った。同車では、燃料電池スタックの出力電圧を最大500Vまで昇圧する「FC昇圧コンバーター(FCVCU)」にSiC デバイスを採用している。「Si C デバイスを利用して小型化や高出力化を進めたことで、航続距離や車内空間、走行特性を妥協のないレベルまで高めることができました」(本田技術研究所 四輪R&D センターCLARITY FUEL CELL パワートレイン開発責任者 木村顕一郎氏)。

 東京大学大学院 新領域創成科学研究科 准教授の藤本博志氏は、SiCパワー半導体の導入によってモーターの小型化や高効率化を図ることで実現した「インホイールモーター」を採用した自動車について語った。同氏は、四輪それぞれにインホイールモーターを組み込んだ電気自動車の開発を進めている。今回は、その取り組みの最新状況を披露した。この中で同氏は、「インホイールモーターの採用によって自動車の安全性と快適性はさらに高まります」とインホイールモーター方式の優位性をアピールした。

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新世代技術の開発も着々

 2日目に登壇したFLOSFIAの共同創業者で京都大学工学研究科 光・電子理工学教育研究センター助教の金子健太郎氏と、1日目に登場した東北大学金属材料研究所 教授の牧野彰宏氏は、新世代ともいえる最先端のパワーエレクトロニクスについて講演した。

 金子氏は、SiC やGaN をしのぐ特性を実現する可能性を秘めたパワー半導体について述べた。同氏が紹介したのは、酸化ガリウム(Ga2O3)を活用した、超低損失ショットキーバリア・ダイオードである。0.1m Ω cm2と世界最小のオン抵抗値を発揮する。「この技術は、これまで手付かずだった家電など小中電力分野の省エネ化に貢献します」(金子氏)。

 牧野氏は、チョークコイルやトランスなどを構成する軟磁性材料の新素材である超高鉄濃度ナノ結晶軟磁性合金「NANOMET」について語った。この材料を使うことで、チョークコイルやトランスで発生する鉄損を72%も改善。これによって電源などの効率を格段に向上できる。

 2日目のプログラムでは社会全体の省エネを進めるうえで焦点となっているモーターの高効率化に関する取り組みについての講演もあった。講師は日本電産 専務執行役員 福永泰氏である。同社では、インターネットを介して複数のモーターをつなげて最適制御する技術の開発に取り組んでいる。「モーターに高性能マイコンとパワー回路を実装した『インテリジェントモーター』の実現を目指しています」(福永氏)。

 今回のパワーエレクトロニクス・サミットでは、パワーエレクトロニクスが秘めている様々な可能性が具体的に明らかになった。来場者の多くは、パワーエレクトロニクスが幅広い分野に大きな進化をもたらすことを確信したはずだ。

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