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. はじめに次
4. 電気工学における磁性材料「次世代高効率モータの最近の進展」

4.1 モータ鉄心としての電磁鋼板

1.1 高効率モータおよびパワーエレクトロニ

4.2 圧粉磁芯用粉末のヒステリシス損に及ぼすクスのための磁性材料研究開発

03

1.2 高効率モータ用の最近の軟磁性材料の動向 04
1.3 自動車における磁気センサの技術動向

08

1.4 「永久磁石の製造プロセス、評価方法、
12

1.5 高周波向け磁性材料について

18

1.6 マイクロマグネティクスを用いた
23磁区構造計算の問題
5.2 積層鉄芯と圧粉鉄芯の均質化法

5558

6.1 軟磁性材料の応力印加時の磁気計測手法

60

6.2 高保磁力磁石の磁気測定装置と課題

6467

7. 磁性材料の磁気特性を活かした磁気応用
27

2.3 駆動用モータの高効率と小型化のための

7.1 高効率モーター用磁性材料の技術動向

697.2 鉄系アモルファス薄帯の磁気特性制御と33

3. パワーエレクトロニクス励磁の磁性材料

バーニアモータへの応用

75

7.3 アモルファス合金薄帯の小型ラジアルの必要性

ギャップモータへの適用評価

3.1 スイッチング電源における磁気部品への7.4 磁歪材料と磁気双安定素子
34

3.2 SiC／GaN パワーエレクトロニクスと高周波電力磁気応用のコラボレーション

52

NdFeB 系異方性ボンド磁石

27

2.2 アモルファスおよびナノ結晶軟磁性合金の期待

4.4

6.3 磁気ナノ粒子の磁気特性測定およびその応用

磁気・磁性材料の研究の必要性

磁性材と磁気計測

51

6. 磁性材料と磁気特性計測

2. パワーエレクトロニクスで励磁される

モータ用鉄心への応用の現状と動向

45

5.1 電気自動車用磁性材料のモータ設計開発のために～

2.1 磁気研究への期待

原料鉄粉特性の影響
4.3 焼結ＮｄＦｅＢ永久磁石
5. 磁性体マルチスケール解析

高効率採用」 ～さらなる次世代高効率電磁鋼板の磁区構造解析

4285

7.5 電解めっき法を利用して作製した
軟磁性薄帯

37

81

89

8. パワーエレクトロニクス高周波電磁場の物質照射
8.1 パワーエレクトロニクス高周波電磁場の物質照射技術

91

9. モータ・パワーエレクトロニクス応用時の要請
9.1 従来の間違いを正した新磁性理論に基づく超強度永久磁石の設計開発

95

9.2 ベクトル磁気ヒステリシス特性とその応用 95
9.3 駆動時のモータの磁気計測

Sample : DO NOT PRINT97

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

敬 介( 豊 田 工 業 大 学 )土井祐 仁( 信 越 化 学 工 業 )

幹事

進藤

幹事

田代

裕 司( 川 崎 重 工 業 )度會亜 起(愛知製鋼)

晋 久()戸 高孝(大分大学)

信州

大学

委

員幹事補佐

小田原峻也( 日 本 電 気 硝 子 )鳥 居粛( 東 京 都 市 大 学 )委赤城

文 子( 工 学 院 大 学 )中 井英 雄( 豊 田 中 央 研 究 所 )池田文 昭（ フ ォ ト ン )

中 島

岩田

圭 司（ 日 本 製 鉄 ）

高下

上田

靖 人（）

吉田貴 行(DOWA エレクトロニクス)

上原裕 二（）林

裕 希（ 東 英 工 業 )榎園

正 人（ ベ ク トル 磁気 特性 技術 研 究所 ）広 沢哲（物質材料研究機構）

川添良 幸（ 東 北 大 学 ）本蔵

義 信（ マ グ ネ デ ザ イ ン ）佐藤之 彦（ 千 葉 大 学 ）水田

貴 裕（ 三 菱 電 機 ）島村

正 彦（ 日 本 電 気 計 測 器 工 業 会 ）溝口勝 俊（ シ ナ ノ ケ ン シ ）清水敏 久（ 首 都 大 学 東 京 ）山崎克 己（ 千 葉 工 業 大 学 ）青木哲 也（ デ ン ソ ー ）

山 田

寺谷

達 夫（ 名 古 屋 大 学 ）

員

東富芝士

通

主な参加者

途中退任者

Sample : DO NOT PRINT

晋(日立金属)拓 也( J F E ス チ ー ル )隆（JSOL）

山田

健 伸（ 安 川 電 機 ）山寺

秀 哉( 豊 田 中 央 研 究 所 )

山本

日登志(K

豊田

俊介 (J

細谷

達 也( 村 田 製 作 所 )佐藤敏 郎(村川鉄 州（ 日 本 製 鉄 ）三嶋千 里(村松和 弘（ 佐 賀 大 学 ）笹山瑛 由（ 九 州 大 学 ）柳井武 志（ 長 崎 大 学 ）中村尚 道( J F E ス チ ー ル )馬場拓 行(DOWA エレクトロニクス)

信愛RR州知IC大製)
M学鋼)))

電気学会技術報告 第1493号 3

1.はじめに「次世代高効率モータの最近の進展」

反磁界の影響で透磁率の低さが課題であり、板形状の材料開発が期待される。板形状の多結晶体は圧延しやすく高周波特性のための極薄材が可能であるが、損失の点からしたら、アモルファス、ナノ結晶材が有利といえる。それらは1.1. 高効率モータおよびパワーエレクトロニクスのための磁性材料開発

単ロール等での製造法を前提とすることが多いのが、製造電気エネルギーは、力、速度、位置、温度、情報などに製造方法も含めた材料開発が必要といえる。

上鋼板の厚みを薄くすることに限界が生じることが多く、変換され、高応答、高効率利用であるために、国内エネル

磁性材料は、インダクタ、変圧器、モータなどで使用さギー消費の 43%で使用されている。また 10 年ほど前まではれるが、材料の磁気特性はパワーエレクトロニクス回路おその３割がパワーエレクトロニクス技術を介して利用されよびモータ駆動システムでの全体で使用され、磁気デバイているとされてきたが、2030 年にはその割合がその８割にスに流れる電流、印加される電圧は、回路、システム全体達するといわれており、現在まさにパワーエレクトロニクと共通になっている。そのため、全体の特性と磁気特性とス普及期にあるといえる。さらに現在進行中の電気自動車は物理現象として一体化しているので、研究開発された磁の動きは、内燃機関からパワーエレクトロニクスで励磁さ性材料は、磁性材料や磁気デバイス単体の特性評価だけでれる電気モータ駆動に推移する移動革命となっている。こは不十分であって、実使用条件での評価が必要である。パ

うしたハイブリッドも含めた電動化は、自動車だけではな

ワーエレクトロニクス回路内における半導体と磁性材料とく、船、飛行機にもおよび一種の移動体革命といった様相の相互作用については、マイナループの存在による鉄損増を呈している。現在、化学や金属などの製造方法は、それ加、および急峻な立ち上がりによるリンギングの発生とそ

ぞれ国内エネルギー利用の 15 %, 12 %を占めているが、マイれによる磁性材料の鉄損増加の事例も報告されている。
（藤﨑

クロ波応用の研究が進められ実証化開発も行っている状況を考えると、近い将来それらの電気エネルギー、パワーエ敬介）

参考文献

レクトロニクス応用の可能性を持っている。
パワーエレクトロニクス技術では電力用半導体のスイッチング動作により任意の電圧、周波数に高効率高応答に電力を変換できる。スイッチング動作では、ON または OFF状態では電圧または電流がゼロ（理想状態）となるので、電力の変換効率がよい。そこでは高周波動作による小型化および大電力化による市場拡大が図られているが、そのボトルネックとなっているのでが、高周波の磁性材料である。
動作周波数を高周波させると小型化が実現できるが、同時に電力変換の効率が悪くなる。スイッチング損失と同時に言われているのが磁性体の損失増加である。mW クラスから MW クラスまでのパワーエレクトロニクス器を製作すると、その重量比で３－５割がインダクタ、変圧器などの磁性材料である。20kVA 無停電電源を構成する素子のコスト分析を行うと、電力用半導体や貯蔵用コンデンサよりもフィルタ用のインダクタの占める割合が大きく 44 %という数字が出ている。このように、小型化、損失、コストの面で高周波パワーエレクトロニクス器のボトルネックになっているのが磁性材料となっている。
更に、GaN, SiC といったワイドバンドギャップ材料を用いた素子の普及はパワーエレクトロニクス器の大容量化を可能とし、磁性材料の量産化技術を必要とする。
こうした高周波大電力向けの磁性材料としては、フェライトが主に使用されているが、飽和磁化、熱暴走、耐振動性の点で必ずしも十分とはいいがたく、金属系の材料の期待が大きい。粒子形状の磁性材料が多く研究され実用に供しており、高周波のインダクタで使用されている。しかし、Sample : DO NOT PRINT(１) 藤﨑敬介編著「モータ駆動システムのための磁性材料活用技術」コロナ社 (2018.9)(２) 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「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」電気学会技術報告, No. 1397，(2017.12)(３) 本蔵、藤﨑「最新の磁性材料の開発」電気学会雑誌, Vol. 134, No.12,
pp.828-831, (2014).
(４) Tim Heidel, ”ARPA-E Initiatives in High Efficiency Power
Conversion ”APEC Plenary Session Ft. Worth, TX, (March 14, 2014)(５) 富士電機株式会社カタログ「高圧インバータ FRENIC4600FM5e」(2014a/G2007)/KO-D/CTP5EP. (2014-9)(６) J. W. Kolar, Future Challenges for Research and Teaching in PowerElectronics, Presentation held at the 14th International Conference on
Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM 2014),
Brasov, Romania, (May 22-24, 2014).
(７) J. S. Glaser, et. al. “A 900 W, 300V to 50 V dc-dc power converter with 30
MHz switching frequency,” In Proc. Twenty-Fourth Annual IEEE AppliedPower Electronics Conf. and Exposition APEC 2009, pp. 1121-1128,(2009)( ８ )https://www.electronicsweekly.com/uncategorised/gan-on-si-power-transist
ors-french-lab-leti-2015-07/(９) 藤崎敬介「ミクロ材料電磁界数値解析による高周波軟磁性材料の形状と損失特性」電気学会マグネティックス・リニアドライブ・日本磁気学会合同研究会資料，MAG-14-208, LD-14-100, (2014.12)(10) K. Fujisaki,“Advanced magnetic material requirement for higher efficientelectrical motor design, ” 第 38 回 日 本 磁 気 学 会 学 術 講 演 会 ,Symposium “Challenge of Magnetics to Improve Energy Efficiency”,
4aB-2, (2014-9)(11) 藤﨑敬介「今後の磁性材料とパワーエレクトロニクスに関して」日
本磁気学会 第 202 回研究会, エネルギーに関連する磁性材料の現状とその展開(ISSN 1882-2940), 202-1, pp. 1-6, 中央大学駿河台記念館, (2015.5.26)(12) 藤﨑敬介「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」S22(1)-S22(4)（第 5 分冊）電気学会全国大会、5-S22-1, S22-1,
S22(1)-S22(4)（第 5 分冊）, (2015.3)(13) 藤崎敬介「パワーエレクトロニクス進展により必要とされる磁性材料の磁気特性 」電気学会マグネティックス研究会、MAG-13-149,(2013.12)