萌芽研究
パワーエレクトロニクス機器の高信頼化のための電流経路可視化による状態監視システムの開発
2026年6月掲載
| 研究者 | 千葉工業大学 林 真一郎 准教授 |
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※本HPでの当該情報の公開についてご了承をいただいている題目のみ掲載しています
パワーデバイスの電流アンバランス計測へ応用するための要素技術の開発を通じて、「電流経路可視化技術」について研究しました。
自由な発想が活きる
Q.「パワーアカデミー研究助成」に応募したきっかけをお教え下さい。
博士後期課程の学生だった頃、研究室の先輩から「パワーアカデミー研究助成」の制度を教えていただいたことが、本助成を知ったきっかけです。当時は博士課程枠で採択していただきました。私にとって初めて獲得した外部研究費であり、採択の知らせを受けたときの喜びは今でも鮮明に覚えています。また、大学教員・研究者を目指すうえでの大きな自信にもつながりました。
今回は、大学教員・研究者として研究の幅をさらに広げるため、和田圭二先生（東京都立大学）、佐藤宣夫先生（千葉工業大学）にご参画いただき、チーム型共同研究に応募しました。本助成は自由な発想に基づいて研究提案ができる点に魅力があり、また本研究グループのテーマがパワーアカデミー研究マップと高い親和性を持つと感じたことも、応募の大きな理由です。
電流アンバランスの検出技術
Q.ご研究内容をお教え下さい。
真夏にエアコンが突然故障したら、あるいは高速道路を走行中の電気自動車が突然故障して止まってしまったら、私たちの生活や安全に大きな影響を及ぼす可能性があります。電力機器は長く使うことで少しずつ劣化していくため、故障を完全に避けることは難しい場合もあります。しかし、例えば2～3か月前に「そろそろ故障するかもしれない」と分かれば、点検や交換など、さまざまな対策を取ることができます。
そこで本研究グループでは、電力機器の「突然の故障」を防ぐため、機器の経年劣化による異常を事前に検出する技術の確立を目指しています。特に、電力機器の重要な部品であり、故障要因にもなりやすいパワーデバイスに着目し、稼働中の電力機器における劣化の検出手法を研究しています。
今回の研究では、電力機器中を導通する電流の経路を、機器を分解せずに計測する技術、すなわち「電流経路可視化技術」について検討しました。この技術は、パワーデバイスの劣化によって生じる電流の偏り、いわゆる電流アンバランスを検出するうえで重要な技術であると考えています。
矩形波電流を可視化する
Q.現在までの研究成果と今後の展開についてお教えください。
本助成の期間中には、既存の電流経路可視化技術を、パワーデバイスの電流アンバランス計測へ応用するための要素技術の開発に取り組みました。
磁気センサを用いて電流を非侵襲的に計測する場合、計測したい電流信号とノイズをどのように分離するかが大きな課題となります。本研究グループでは、図1に示すように、特定の周波数成分だけを取り出すことができるロックインアンプを用いることで、ノイズの影響を抑える方法を検討しました。
一方で、パワーデバイスを導通する電流は矩形波であり、多くの周波数成分を含んでいます。そのため、計測対象である矩形波電流をより鮮明に可視化するための手法を検討し、実験によってその有効性を確認しました。図2の実験結果では、パワーデバイスを導通する電流経路が緑色で可視化されており、かつ i2 > i1 で電流アンバランスが生じている様子を確認することができました。
今後は、稼働中の電力機器のメンテナンスに活用できる技術を目指し、より複雑な回路における電流経路の可視化に取り組んでいきます。
図1 本研究グループが開発した電流経路可視化装置
図2 実験結果
成果を社会へ還元したい
Q.最後にひと言お願いします。
本助成では、幅広い研究テーマを対象とした採択制度、自由度の高い研究支援、さらにコミュニケーションシートや最終報告会を通じた企業の方々との交流など、研究の幅を広げる貴重な機会を多くいただきました。心より感謝申し上げます。今回得られた研究成果を将来的に社会へ還元できるよう、今後も研究に精進してまいります。
電気工学分野は、一見すると華やかさが少なく、地味に感じられることもあるかもしれません。しかし、私たちの暮らしを陰ながら支える「縁の下の力持ち」であり、これからの社会においても継続的に必要とされる重要な分野です。これから専門分野を選択していく学生・生徒の皆さんにも、ぜひ電気工学の面白さや社会的意義に目を向けていただきたいと思います。
パワーアカデミー事務局