自動車電化における革新的な変革とソリューション

近年、自動車業界は車両の電動化の急速な進展により革命的な変革を遂げています。技術の進歩や環境意識の高まりとともに、自動車メーカーや消費者は電気自動車（EV）や電動化技術の研究、開発、実装にますます注目しています。この変化は、従来の内燃機関車に対する課題を提示するだけでなく、自動車業界における新たな競争環境を示しています。このような状況下で、車両電動化の進展における動向を理解することが、重要かつ避けられないテーマとなっています。本記事では、車両電動化のアプリケーション要件を探り、この進化する分野で村田製作所が提供する関連ソリューションについて議論を展開します。

自動車の電動化が電子部品の需要増加を促進しています

自動車の電動化が進むにつれ、電子部品への需要が大幅に増加することが予想されています。特にバッテリー技術の技術革新により、電気自動車の航続距離や充電速度が大幅に向上しました。さらに、自動車はますます賢く、そしてつながるようになり、V2X（Vehicle-to-Everything）通信や自動運転のような技術を取り入れることで、運転の安全性やユーザー体験を向上させています。   また、環境への意識やエネルギー節約への取り組みが高まり、市場の需要も増加しています。消費者は電気自動車や環境に優しい車をますます選ぶ傾向にあり、その結果、電動化技術の適用と市場浸透が促進されています。さらに、さまざまな国で電気自動車の開発を促進するために政府の支援政策や補助金制度が導入されており、これが自動車の電動化産業の成長をさらに後押ししています。   村田製作所は、自動車用の高性能部品への需要が急増すると見込み、信頼性向上に重点を置いた継続的な製品開発を行っています。高温環境での正常動作を保証し、安全機能を強化することで、村田は高負荷条件下でのパワーエレクトロニクスシステムの安定した動作に寄与しています。   村田の使命は、次世代の輸送技術を切り開くエンジニアを支える、部品の設計・製造にあります。革新的な電子製品への継続的なニーズは、電気自動車（EV）、先進運転支援システム（ADAS）、インフォテインメントシステム、MaaS（Mobility-as-a-Service）などの新しいモバイル技術を支えるものです。   自動車向け製品のラインアップは多岐にわたり、インバーター、BMS（バッテリーマネジメントシステム）、OBC（オンボード充電器）、DC-DCコンバーター、車両電動化用のエンジンECU、さらに車両接続用のTCU（テレマティクス制御ユニット）やIVI（車載インフォテインメント）を含みます。また、自動車のAD/ADAS（高度運転支援システム）向け製品として、ADAS、APA（自動駐車支援）、LiDAR、レーダー、センサーカメラ、さらに車載照明、EPS（電動パワーステアリング）、PKE（パッシブキーエントリー）/TPMS（タイヤ空気圧監視システム）、ゲートウェイ/車載LANなど、車両ボディ/シャーシ/安全用途向け製品など多様な範囲にわたります。   村田は自動車電動化アプリケーション向けに特化した幅広いソリューションを提供しています。次に、村田が提供する関連製品の主要な機能的特長についてご紹介します。 

高温フィルムコンデンサおよびNTCサーミスタが自動車の要件を満たします

まず、村田製作所は高温対応のフィルムコンデンサを導入しています。これらのコンデンサは誘電体材料としてプラスチックポリマー膜を使用しており、優れた周波数および温度特性、直流バイアスがないこと、高い絶縁抵抗を特徴としています。近年、一般的に使用されているのは、内部電極が膜上に蒸着されたメタライズドフィルムコンデンサです。   フィルムコンデンサは、構造と誘電体材料の種類によって分類することができます。構造は「巻き型」と「積層型」の2つに大別されます。巻き型は、ポリマーフィルムを巻き付けて圧縮し、それをケースに収める方式です。一方、積層型は複数のポリマーフィルムを積み重ね、それをケースに収める方式です。現在、製造が容易であることから巻き型がより一般的に使用されています。   フィルムコンデンサは、誘電体材料としてPP、PET、PEN、PPSなどのさまざまなポリマ材料を使用します。誘電体材料の種類によって、フィルムコンデンサの特性が大きく異なり、それに応じて用途も異なります。たとえば、PPフィルムコンデンサは自己修復性が優れており、高い信頼性を持つため、自動車や産業機器の用途で広く使用されています。   現在、自動車および産業用途で一般的に使用されているPPフィルムコンデンサの動作温度は、105°Cまでの動作を確保できます。さらに、村田製作所のFHシリーズでは、高誘電率を持つ耐高温フィルムを採用し、125°Cでの連続動作を実現しています。これらのコンデンサには、高温環境での自己修復機能も備わっており、従来のPPフィルムコンデンサと比較して小型化を可能にしています。FHシリーズのターゲット用途には、高温耐性と信頼性が求められるハイブリッド車や電気自動車向けの平滑コンデンサ、さらに産業機器などが含まれます。   一方、NTC（負の温度係数）サーミスタは、温度が上昇するにつれて抵抗が減少する特性を持つ感温抵抗器であり、その特性から名付けられました。NTCサーミスタは、エアコンの温度表示、スマートフォンや電気ケトル、アイロンの温度制御装置、さらには電力設備の電流制御装置など、さまざまな用途で温度センサとして一般的に使用されています。また、車両の電動化が進むにつれ、自動車製品にもNTCサーミスタがますます使用されるようになっています。   村田製作所は1984年頃からNTCサーミスタの量産を開始し、現在では主にチップタイプ製品をラインアップに揃えています。村田製作所のNCUシリーズのNTCサーミスタは、表面実装型のチップタイプ温度センサであり、温度検出用に使用されます。高い信頼性を持ち、信頼性が厳しく求められる自動車市場にも適しており、広い温度範囲にわたる温度検知および補償機能を提供します。

自動車の信号および電力伝送用途向けのコモンモードチョークコイル

自動車環境では、騒音レベルが高いという特徴があるため、効果的なノイズフィルタリングが重要となります。村田製作所は、EMI（電磁妨害）抑制フィルター（EMCおよびノイズ抑制）向けにコモンモードチョークコイル（CMCC）を導入しました。コモンモードチョークコイルは、USB、HDMI、MIPI、または自動車用のCAN、CAN-FD、100Base-T1、1000Base-T1、SerDes、A2B®などの差動伝送ライン、電源ライン、オーディオラインで問題となるコモンモードノイズを低減するために設計されたフィルターです。これらのコイルは信号に影響を与えず（高い遮断周波数を備えています）、数MHzから数百MHzの周波数範囲でのコモンモードノイズの除去に非常に適しています。   コモンモードチョークコイルには2つの利点があります。一つ目は、信号とノイズの周波数が重なっている場合でも、伝導モードが異なればノイズを除去できることです。二つ目は、高い差動電流が存在しても、性能の低下を引き起こす磁心飽和が発生しないことです。   自動車向け用途では、村田製作所は異なる信号ラインに適したさまざまなコモンモードチョークコイルを提供しています。マルチメディアエンターテイメントシステムのUSB、HDMI、LVDS、その他の信号ラインには、コンパクトで低背型の積層タイプであるDLM11SN_HZ2が使用できます。このコイルは高速差動信号ラインの信号波形に影響を与えず、ノイズ低減を実現します。一方、巻線タイプのDLW21SZ_HQ2は、-40℃から105℃の広い温度範囲で動作し、非常に高い自己共振周波数を持つため、高遮断周波数と優れた高速信号伝送特性を提供します。また、DLW21SZ_XQ2は高いコモンモードインピーダンスを提供し、優れたノイズ低減性能を発揮し、高速差動信号ラインの信号波形に影響を与えずノイズを低減します。   安全用途向けには、巻線タイプのDLW21SH_HQ2は-40℃から125℃の温度範囲で動作し、非常に高い自己共振周波数を持ち、高遮断周波数と優れた高速信号伝送特性を実現します。DLW31SH_SQ2は高周波帯で高いインピーダンスを実現し、広い周波数帯域にわたる優れたノイズ低減性能を提供し、指定された温度範囲内で自動車用途に適しています。さらに、村田製作所はCAN/FlexRay用途、車載Ethernet、および電源ライン用途向けのさまざまなコモンモードチョークコイルも提供しています。

高品質の車載グレード水晶デバイスと電力インダクター

村田製作所は、高品質、量産性、コスト効率に優れた独自のパッケージング技術を使用した車載グレードの水晶振動子（XRCGBシリーズ、XRCGEシリーズ）を提供しています。この水晶振動子は、車載イーサネットPHY向けの次世代の自動車通信規格を満たすよう設計されており、顧客の要求に応える製品仕様を備えています。負荷容量（Cs）として、6pF、8pF、10pFなどのオプションが提供されており、さらに+125°C / +150°C対応製品も製品ラインアップに追加されています。   村田製作所の車載グレード水晶振動子は、車載用途の信頼性要件（AEC-Q200）を満たし、以下のような厳しい試験を通過しています：+125°Cでの1000時間の高温曝露試験、-55°Cから+125°Cへの1000回の温度サイクル試験、+85°Cでの湿度負荷試験（85%RH、DC6V）、および+125°C、DC6Vでの1000時間の高温負荷試験。   これらの水晶振動子は、ECUの小型化に適したコンパクトで高信頼性なパッケージングを備えており、サイズは2.0×1.6mmです。従来の3.2×2.5mmサイズと比較して、驚異的な60%のサイズ削減を実現しています。高信頼性パッケージングにはCERALOCK技術を採用しており、機械的および気候的耐性、例えば耐衝撃性に優れています。   村田製作所独自の粒子スクリーニング技術により、生産中に水晶振動子の特性低下を引き起こす可能性のある粒子を含む不良品を正確に識別します。また、形状設計はAOI（自動光学検査）に適しており、小型の角電極が実装されたことでハンダフィレットの視認性が向上しています。   さらに村田製作所は、自動車用パワートレインおよび安全装置向けに推奨されるISO16750-3（エンジン振動試験）準拠の電力インダクタも提供しています。これには、MDH10060C-100MB#およびMDH10060C-101MB#が含まれています。この電力インダクタの寸法は長さ10.1±0.3mm、幅10.0±0.3mm、高さ6.0±0.3mmで、0.1MHz測定周波数で10μH±20%のインダクタンスをサポートし、自己温度上昇を含む動作温度範囲は-55°Cから150°Cです。シールドされたフェライト磁芯を採用しています。   MDH10060C-100MB#では、インダクタンス変動に対応する定格電流（Isat）は4.8A（最大）/ 6A（標準）で、温度上昇に対応する定格電流（Itemp）は3.4A（最大）/ 5.2A（標準）です。最大DC抵抗は0.0247Ωで、DC抵抗は0.019Ω±30%です。   MDH10060C-101MB#では、インダクタンス変動に対応する定格電流（Isat）は1.5A（最大）/ 1.9A（標準）で、温度上昇に対応する定格電流（Itemp）は1.2A（最大）/ 1.8A（標準）です。最大DC抵抗は0.208Ωで、DC抵抗は0.160Ω±30%です。

結論

自動車の電動化のトレンドは、技術革新、市場の需要、政策支援など、さまざまな側面で発展を続けていくと予測されています。この進化は、自動車業界の未来に対して、機会と課題の両面を提供します。自動車の電動化への移行に対応するため、村田製作所は開発のスピードを加速し、自動車関連製品の設計柔軟性を向上させることを目的とした幅広いソリューションを提供しています。村田製作所の多様な製品ポートフォリオは、自動車業界の多様化するニーズに応える上で重要な役割を果たしています。   この記事では、スペースの都合により、村田製作所が提供する関連製品の一部のみを紹介しています。村田製作所の自動車関連製品ソリューションの詳細については、村田製作所またはArrowにお問い合わせいただき、詳細な情報やサポートをご活用ください。