電磁アクチュエータシステムのための磁性材料とその評価技術
電磁アクチュエータシステムのための磁性材料とその評価技術調査専門委員会編目
1.

次
4.3 高周波・高調波の磁気計測

はじめに｢電磁アクチュエータシステムのための磁性4.4 二次元ベクトル磁気特性

34.4.1 ベクトル磁気特性技術による電気機材料の必要性と課題」
2.

磁性材料の基礎と数値解析
2.1 磁性の根源的理解

器の低損失・高効率化法
62.2 磁区構造と LLG 解析

72.3 多結晶と磁場解析10られている磁性材料の現状

58

175.1.2 磁気軸受の周波数特性解析

615.1.3 ロータダンパによる表面磁石モータ

2.5.1 高調波特性 1202.5.2 電磁鋼板の高周波モデリング2124

3. 電磁アクチュエータから見た磁性材料
3.1 軟磁性
3.1.1 Fe-3%Si(110)の磁区構造

273.1.2 圧粉磁芯モーターと積層磁芯モーターとの特性比較

3034373.2.2 Nd 焼結磁石の動向

40424.2 応力印加時の磁気計測

6768

5.3 電磁アクチュエータでの磁性材料の応用
70

5.3.2 小型モータにおける磁性材料の現状
73

5.3.3 アクチュエータ用軟磁性材料の適応
76775.3.5 電磁アクチュエータでの磁性材料の応用

79

5.4.1 環境磁界発電におけるコイル・磁性材料の設計

4.2.1 応力印加時の磁気計測１47

4.2.2 応力印加時の磁気計測 248

4.2.3 アモルファス薄帯の歪み取り焼鈍と磁気Sample : DO NOT PRINT

5.2.2 電気自動車での磁性材料の応用 1
5.2.3 電気自動車での磁性材料の応用 2

5.4 検出器・回路内への磁性材料の応用

磁気特性の計測方法

特性65

5.3.4 鉄道における磁性材料の応用状況と今後の展望

4.1 JIS,IEC 規格での計測方法

5.2.1 自動車用電装部品における磁性材料

例

3.2.1 省希少元素組成永久磁石材料の研究開発64

5.2 電気自動車における磁性材料と課題

3.2 硬磁性（焼結 1）4.の損失低減5.3.1 エアコンにおける磁性材料の応用

3.1.3 最新の軟磁性材料：アモルファス・ナノ結晶合金

57

電磁アクチュエータへの応用

13

2.5 高調波特性

2.6 ヒステリシス現象と数値解析

ル磁気特性技術
5.

5.1.1 多自由度電磁アクチュエータに用い

2.4.1 磁性材料の応力と時間高調波を考慮した
電磁界数値解析55

4.4.2 電磁アクチュエータのためのベクト

5.1 リニアドライブでの磁性材料の応用

2.4 応力印加時の磁気特性と電磁界解析

2.4.2 軟磁性材料の応力印加時の磁気特性

53

51

81

5.4.2 パワーエレクトロニクス技術の動向と磁性材料への期待

82

6. おわりにおよび今後の展開

84

電磁アクチュエータシステムのための磁性材料とその評価技術調査専門委員会委員
委 員 長藤﨑幹進藤裕 司( 川 崎 重 工 業 )鳥 居粛( 東 京 都 市 大 学 )田代晋 久()

中井英 雄( 豊 田 中 央 研 究 所 )尚 道( J F E ス チ ー ル )事

敬 介( 豊 田 工 業 大 学 )
信

州

大学

委

員

戸 高

孝 ( 大 分 大 学 )

幹事補佐

小田原

峻也( 豊 田 工 業 大 学 )

中村

委

池田

文 昭(フォトン)長 谷 川 昌 樹(林裕 希(東英工業)

広 沢哲( 物 質 材 料 研 究 機 構 )岩田圭 司( 新 日 鐵 住 金 )本蔵

義 信( マ グ ネ デ ザ イ ン )

上田

靖 人()

松井啓 仁( 日 本 自 動 車 部 品 総 合 研 究 所 )上原裕 二()中 島晋(日立金属)

榎園

正 人( ベクトル磁気特性技術研究所)

柳瀬俊 次(岐阜大学)

川添良 幸()

山崎克 巳( 千 葉 工 業 大 学 )北野伸 起( ダ イ キ ン 工 業 )山 田隆(JSOL)

佐藤之 彦()

山田健 伸(安川電機)

清水敏 久( 首 都 大 学 東 京 )吉澤佳 祐(鉄道総合技術研究所)

島村

正 彦(日本電気計測器工業会)

割田

好 則( シ ナ ノ ケ ン シ )

員

東富
東
千芝士

北葉通大大学学

目電機)

妹尾

剛 士(デンソー)

主な参加者

長谷川水 田貴 裕(三菱電機)

主な協力者

甲斐祐一郎 ( 鹿 児 島 大 学 )寺谷達 夫( 名 古 屋 大 学 )

途中退任者

伊藤栄光 （ 東 英 工 業 ）土井祐 仁( 信 越 化 学 工 業 )丸川泰弘 (

途中退任幹事Sample : DO NOT PRINT布鳥居均 (鉄道総合技術研究所)

日立

金属)

粛( 東 京 都 市 大 学 )電気学会技術報告 第1397号 3

1.2 磁性体マルチスケール

1. はじめに電気エネルギー技術の進展、更なる普及により磁性材料（電磁アクチュエータシステムのための磁性材料の必要性と課題）への要求仕様も大きく変化することになるが、磁性材料を活用する電気関係者側でもその基盤現象の把握は、ともに1.1 背景

コンカレントな研究開発するうえで重要なことといえる。

リニアモータカーや電気自動車といった移動手段には、磁性材料は、その取り扱う大きさ（スケール）により、電磁アクチュエータシステムが数多く使用されてきてお支配する物理法則が異なり、図 1.2 のごとくマルチスケールり、パワーエレクトロニクス技術をベースとした可変速制の視点で捉える必要がある(10)。

(1)

御技術により現在の高度文明を支えている 。

m(メートル)スケールの電気自動車は、移動手段としてニ

これは、一つには電気エネルギーが、動力、位置、光、ュートン力学をベースに設計され、cm(センチメートル)スケ熱、冷却、情報と高度社会に必要とされる物理量に幅広くールの電気モータで駆動される。電気モータは電磁気学を変化されるだけではなく、制御性、安全性、応答性、清潔ベースに設計され、そのコアは磁性材料でできている。磁性、可逆性といった優れた特性を有しているからである(2, 3)。

性材料は、mm-μm（ミリメートル‐マイクロメートル）の更には、マイクロ波といった電磁気の有機化学や金属還元メゾスケールの多結晶体を持っていることが多い(11)。多結作用への応用が更なる電気エネルギーの展開として期待さ晶体は冶金学をベースとし、その結晶粒を更に微視化するれる(4, 5)と μm（マイクロメートル）のミクロスケールの磁区構造の。

このように、電気エネルギーでは図 1.1 のごとくその回路変化で磁化過程が発生する。磁区構造は、LLG(ランダウ・および機器において一時的に磁気エネルギーに変換して使リフシッツ・ギルバート) の式で支配され(12, 13)、nm（ナノ用される。磁気エネルギーでは機器の小型高効率化のためメートル）の電子のスピンにより磁化が発現される(14, 15)。には大きな磁束密度を必要としており、そのために、磁性スピン構造は、原子・電子の量子力学をベースに研究がさ材料が数多く使用されている。つまりエネルギー系の磁性れている。

材料は「磁化される」ことを利用して、以下の３種類の形

其々のスケールでは、これまで数多くの研究開発がなさ態で電気エネルギーの機器の中で使用されていると考えられてきたが、今回の電気エネルギーの要求仕様に答えるにれる(6,7,8)。

はマクロの視点だけではなく、磁性材料といったミクロな1.

電気エネルギーの変換（変圧器）：電磁誘導作用
B .............................................................
(1.1)
rotE  
t2.

させ、電子スピン、磁区構造、多結晶の視点からマクロなモータを考えることで新たなブレークスルーが期待されるものといえる。これにより、マクロな視点での材料開発も電磁力（モータ、発電機）：マックスウェルの応力

F T  ndS ........................................... (1.2)

磁性材料
電流Im
ThinSTeelP late1 222
 2 Bx  By  Bz
1 By Bx
Tm   
0 
Bz Bx
3.

視点が大切である。つまり異なるスケール間を適切に接続

Bx By

1 2By  Bz2  Bx22Bz B y
 .......... (1.3)
By Bz

1 222 Bz  Bx  By 2Bx Bz

Z

【使い方】

磁化M
外部磁界Hext

電圧VB   0 H ext  M蓄積（回路の中の「リアクトル」）：磁気エネルギーE   B  dH ............................................................. (1.4)
以上のごとく、今後その応用展開が益々期待される電気エネルギーでは磁性材料の利用が不可欠といえるが、その電気自動車、パワーエレクトロニクス、スマートグリッド 電気回路

図 1.1 磁性材料と電気エネルギーとの関係
出典：藤崎敬介「電磁アクチュエータシステムのための磁性材料の必要性と課題」
平成 27 年度電気学会全国大会,5-Ｓ22-1,Ｓ22(1)-Ｓ22(4)Super-Macro

技術革新を支えているパワーエレクトロニクス技術進展に応じて磁性材料に対する要求仕様も大きく変化するものといえる。パワーエレクトロニクス技術は、一つには電力用半導体がキーとなるが、IC,LSI,IT といった情報系技術の進展をみると、益々高機能・低価格の方向に進展し、社会的に大きく普及していくものといえる。
そこで本文ではその付託に答えるべく、磁性材料の基礎現象から磁性材料の要求仕様およびそのための今後の研究課題についてまとめたので以下に述べる(9)。

Sample : DO NOT PRINT

電気機器(10m-scale)

ModeL

Electrical Vehicle

Macro(cm-scale)
MotorMeso(mm-scale)
Crystal Grain

Micro(μm-scale)
Magnetic domain

Nano(nm-scale)Atomic structure[110]

ナ(110) Plane (Goss plane)
ノ[100][111][001] direction (Goss direction)

Ex.

C
al

Equivalent B-H ofbasic structure

Transportation
Dynamics

B-H curve ofmaterial

B-H curve of
single crystal

Design of motor

Crystal shapeand orientation

Motor analysis

Polycrystal
model

Parameters of LLG

Sludge,Ingredient

Spintronics

Magnetic domain（ μ-MAG, LLG）

Molecular dynamic
Ab initio

図 1.2 磁性体マルチスケール
出典：藤崎敬介「電磁アクチュエータシステムのための磁性材料の必要性と課題」
平成 27 年度電気学会全国大会,5-Ｓ22-1,Ｓ22(1)-Ｓ22(4)